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1、10申请公布号CN104053179A43申请公布日20140917CN104053179A21申请号201410191412822申请日20140507H04W24/0620090171申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号72发明人龙恳黎伟余翔马向前兰莹菲胡渝纺冉骁骑74专利代理机构重庆华科专利事务所50123代理人康海燕54发明名称一种CRAN系统级仿真平台57摘要本发明涉及了一种用于CRAN系统级仿真平台。该仿真平台主要包含三层次核心模拟引擎层、CRAN网络仿真层和用户层。核心模拟引擎是整个仿真过程中的离散事件管理框架，负责安排和处理离散事件以及仿真时钟的推进；。
2、CRAN网络仿真层根据CRAN核心网络各个子层的特点抽象成具体模块，该层主要模拟CRAN架构的物理资源、网络拓扑、虚拟化管理；用户层用于应用特征变量设置和仿真结果输出。用户可根据具体应用要求搭建CRAN通信网络，然后针对通信中的不同模块的算法进行反复测试和优化，为实际CRAN网络搭建提供参考，给开发工作带来便利。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页10申请公布号CN104053179ACN104053179A1/2页21一种CRAN系统级仿真平台，其特征在于，所述平台设计为三层核心模拟引擎层、CRAN网络。
3、仿真层和用户层；所述CRAN核心模拟引擎层负责管理事件队列、控制仿真的顺序执行以及仿真时钟的推进，是整个仿真运行的框架，其具有四个子模块仿真事件模块、仿真实体模块、事件队列模块和仿真执行模块；CRAN网络仿真层根据CRAN核心网络各个子层的特点抽象成具体模块，设计有四个子层物理资源层、虚拟资源层、虚拟基站层、虚拟网络运营商层，每个子层设计对应组件表示该层的实际特性并且通过全局中心代理进行统一调度管理；所述用户层用于模拟CRAN网络中虚拟网络运营商和虚拟用户业务和资源需求，用户根据实际的仿真模型搭建自己的CRAN网络，仿真初始化后生成用户ID、无线远端（RRH）列表、虚拟用户属性、协议列表、任务。
4、量信息。2根据权利要求1所述的CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述仿真事件模块用于表示仿真实体产生并在它们之间传递的事件消息，其中包括基本事件类型、初始化时间、结束时间、传递时间、资源标识、目标实体和传到目标实体的数据。3根据权利要求1所述CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述仿真实体模块是物理模型在计算机中的表示，包含属性和方法，主要属性包括实体名称、实体ID、事件缓冲链表、当前状态；主要方法包括实体初始化、事件处理、销毁实体。4根据权利要求1所述CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述事件队列模块声明了SIMEVENT类型的链表，用于存取仿真过程中产生的事件；事件队列中，事件根据时间戳存储。
5、，采用先入先出设计；该模块包含添加事件、移除事件、获取队列长度的方法。5根据权利要求1所述CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述仿真执行模块是整个离散事件仿真的框架，负责管理事件队列、安排和处理事件以及时钟的推进，其中时钟推进采用先进乐观机。6根据权利要求15之任一项所述CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述CRAN网络仿真层中的物理资源子层，设计有协议处理设备模块、地带处理设备模块、交换设备模块、管理设备，它们用于描述实际网络中的物理设备；所述模块继承自SIMENTITY基类，包括各种物理资源属性存储资源、通用处理资源、专用处理资源、带宽资源、虚拟基站列表和资源使用状态更新方法、虚拟基站资源。
6、分配策略以及虚拟基站添加、移除和虚拟基站资源负载处理。7根据权利要求15之任一项所述CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述CRAN网络仿真层中的虚拟资源子层，采用物力资源池对物理资源各模块处理能力进行整合，用图的形式建立物理资源类型、资源大小和设备ID的映射。8根据权利要求15之任一项所述CRAN系统仿真平台，其特征在于所述CRAN网络仿真层中虚拟基站子层，主要由虚拟基站模块组成；虚拟基站模块实现对CRAN架构中虚拟基站的行为模拟，主要包括的属性有虚拟基站ID、制式、资源特征列表、用户任务链表，包括的方法有用户任务添加、移除。9根据权利要求15之任一项所述CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述。
7、CRAN网络仿真层中虚拟运营商子层，主要包括无线远端模块，所述无限远端模块包括天线部分和射频单元两个子模块。权利要求书CN104053179A2/2页310根据权利要求15之任一项所述CRAN系统级仿真平台，其特征在于所述网络仿真层中全局中心代理模块接收来自虚拟网络运营商层、虚拟基站层、物理资源层的所有参数，并根据调度算法协调每一层的各个模块的工作；主要有根据虚拟应用层的用户ID链表和虚拟基站的资源图按照相应的负载均衡算法实现负载的分配以及均衡；根据物理资源层提供的物理资源利用率和虚拟基站链表实现虚拟机站的迁移、负载均衡、节能算法。11利用权利要求110所述CRAN系统级仿真平台实现相关算法仿。
8、真的方法，所述方法的基本步骤如下A、初始化核心模拟引擎在创建其他实体之前需要对CRANSIM参数进行初始化，包括用户数量、日期和跟中标志；B、创建物理资源池物理资源池整合了所有模拟实际的物理设备的模块，一个物理资源池由多个专用物理设备模块组成；物理资源池的创建包括以下几个步骤（A）创建基带处理设备链表、创建协议处理设备链表、创建管理设备链表、创建交换设备链表；（B）创建通用处理器链表、创建专用DSP处理器链表；（C）创建通用处理器和专用处理器，完成对其中的ID和处理能力MIPS设置，添加到步骤（B）中的链表中；（D）创建基带处理设备、协议处理设备、管理设备和交换设备并添加到步骤（A）创建的链表。
9、中；（E）创建物理资源池特征对象；C、创建全局中心代理全局中心代理负责管理物理资源层的物理资源分配、虚拟基站的生命周期以及人物的调度，用户可在全局中心代理实现对各个层次中的算法策略；D、创建虚拟基站对虚拟基站参数进行设置，包括基站ID设置，分配给它的虚拟资源大小设置，协议ID设置，资源调度方式设置并提交给全局中心代理；E、组建无线远端网络设置无线远端标识，并以此来构建通信小区；实现信道状态设置并在此基础上实现自己的协作算法，接收用户链表和业务链表量化成虚拟资源需求，并将这些信息添加到全局中心代理；F、创建通信任务针对不同协议进行典型的通信业务设置，包括用户ID、用户任务量，并提交给全局中心代理。
10、；G、启动仿真；H、仿真结束打印结果。权利要求书CN104053179A1/6页4一种CRAN系统级仿真平台技术领域0001本发明属于无线通信技术领域。具体地涉及一种实现CRAN架构无线接入系统仿真平台。背景技术0002随着移动运营商所面临的竞争日趋激烈，虽然用户数量和业务量在急剧增加，但是单用户的ARPU值却增长缓慢甚至慢慢减少，严重的削弱了移动运营商的盈利能力和市场优势。无线接入网是移动运营商的生存资本，而传统无线接入网有着许多固有缺点，如基站数量巨大，需要高额的建设和运维成本；基站实际利用率低，网络平均负载大大低于忙时负载，基站之间不能共享处理能力，难以提高频谱效率；平台的专有性使得运营。
11、商需要维护多个不同制式且不兼容的平台，增加了扩容和维护时的成本。在这种情况下一种新型的无线接入网架构CRAN被提出，以解决以上困境。0003CRAN是一种有4CCLEAN、CENTRALIZED、COOPERATIVE、CLOUD特点的绿色无线接入网，也是目前移动通信无线网络架构的主要演进方向。如图1所示，CRAN主要包括三个部分远端无线射频单元和天线组成的分布式无线网络；有高宽带低延迟的光纤或传输网络连接射频单元；有高性能通用处理器和实时虚拟化技术组成的集中式基带处理池。这种新型无线接入网技术是由中国移动通信研究院在2010年3月首次提出，旨在达到降低能源消耗较少资本和运维开支，提高频谱利用。
12、率增加用户带宽，开放平台支持多标准共存和平滑升级，对终端用户提供更好的因特网服务。0004目前CRAN无线接入网构架的组件还面临诸多技术挑战，其中包括低成本光网络传输无线信号、先进的协作发射/接收技术、基站虚拟化技术等。鉴于CRAN无线接入网的诸多优势，自提出之日起就受到了极大的重视，许多研究机构纷纷投入了大量的精力从事处理芯片设备和算法的研究。处理芯片方面主要包括基于通用CPU的通用处理平台、基于软基带DSP的物理层硬件加速器的研究以构建大规模基带处理池。算法方面包括基于实时虚拟化技术的虚拟基站管理、基带资源分配、协议资源分配和动态载波迁移技术等。但是各种芯片设备和算法的研究都着重解决专有问。
13、题，到目前为止还没有一个专有的平台把各种算法协调到一个CRAN架构的仿真系统中，实现对算法在CRAN系统中的性能整体表现的评估。发明内容0005针对以上问题，本发明的目的在于搭建一个基于CRAN架构的系统级仿真平台，以达到对CRAN仿真环境进行模拟，对提出的新算法在CRAN系统中的性能改善进行整体评估的目的。0006本发明的技术方案如下0007所述CRAN系统级仿真平台设计为三个层次核心模拟引擎层、CRAN网络仿真层和用户层。说明书CN104053179A2/6页50008所述CRAN核心模拟引擎层设计了四个子模块仿真事件模块SIMEVENT、仿真实体模块SIMENTITY、事件队列模块EVE。
14、NTQUEUE和仿真执行模块CRANSIM。0009所述CRAN网络仿真层是对整个CRAN无线接入网核心物理设备、资源抽象、资源分配管理的具体实现。结合CRAN架构的特点，CRAN网络仿真层设计四个子层物理资源层、虚拟资源层、虚拟基站层、虚拟网络运营商层，每个子层设计对应组件表示该层的实际特性。0010所述用户层用于模拟CRAN网络中虚拟网络运营商和虚拟用户业务和资源需求，用户根据实际的仿真模型搭建自己的CRAN网络，仿真初始化后生成用户ID、无线远端RRH列表、虚拟用户属性、协议列表、任务量信息。0011具体地，所述CRAN核心模拟引擎层的仿真事件模块SIMEVENT用于表示仿真实体产生并在。
15、他们之间传递的事件消息，其中包括基本事件类型EVTYPE、初始化时间STARTIME、结束时间ENDTIME、传递时间WAITINGTIME、资源标识SRCOBJECT、目标实体TAGOBJECT和传到目标实体的数据DATA。0012具体地，所述CRAN核心模拟引擎层的仿真实体模块SIMENTITY是模型在计算机中的表示。主要包含属性和方法，属性是具体模型特征的表征，方法用于表示是模型的状态转移。在核心模拟引擎层中，仿真实体模块是根据CRAN网络中物理资源的特性进行抽象，主要属性包括实体名称NAME、实体ID、事件缓冲链表EVBUFFER、当前状态STATE；主要方法主要包括实体初始化STAR。
16、TENTITY、事件处理PROCESSEVENT、销毁实体CLOSEENTITY。0013具体地，所述CRAN核心模拟引擎层的事件队列EVENTQUEUE模块声明了EVENTSIM类型的链表，用于于存取仿真过程中产生的事件。事件队列中，事件以时间戳存储，采用先入先出设计。该模块包含添加事件ADDEVENT、移除事件REMOVEEVENT、获取队列长度GETSIZE方法。0014具体地，所述CRAN核心模拟引擎层的仿真执行模块CRANSIM是整个离散事件仿真的框架，负责管理事件队列、安排和处理事件以及时钟的推进，其中时钟以先进乐观机制推进。0015进一步，所述CRAN网络仿真层中的物理资源子层，。
17、设计了协议处理设备模块PROTOCOLHOST、地带处理设备模块BASEPROCESSHOST、交换设备模块CHANGEHOST，他们用于描述实际网络中的物理设备，所述模块继承自SIMENTITY基类，包括各种物理资源属性存储资源RAM、通用处理资源CPU、专用处理资源DSP、带宽资源BW、虚拟基站列表VBLIST和资源使用状态更新方法UPDATERESOURCESTATUS、虚拟基站资源分配策略RESOURCEFORVBSCHEDULE以及虚拟基站添加VBADD、移除VBREMOVE和虚拟基站资源负载处理VBRESUSAGEPROCESS。0016所述CRAN网络仿真层中的虚拟资源子层，采用。
18、物力资源池PHYRESOURCEPOOL对物理资源各模块处理能力进行整合，用图的形式建立物理资源类型、资源大小和设备ID的映射。0017所述CRAN网络仿真层中虚拟基站子层，主要有虚拟基站模块VB组成。虚拟基站模块实现对CRAN架构中虚拟基站的行为模拟，主要包括的属性有虚拟基站ID、制式PROTOCOLTYPE、资源特征列表RESOURCELIST、用户任务链表USERLETLIST，行为方法说明书CN104053179A3/6页6有用户任务添加USERLETADD、移除USERLETREMOVE。0018所述CRAN网络仿真层中虚拟运营商子层，主要包括无线远端RRH模块。所述无限远端模块包括。
19、天线部分TS和射频单元RFU两个子模块。0019所述网络仿真层中全局中心代理模块CRANBROKER接收来自虚拟网络运营商层、虚拟基站层、物理资源层的所有参数，并根据调度算法协调每一层的各个模块的工作。主要有根据虚拟应用层的用户ID链表和虚拟基站的资源图按照相应的负载均衡算法实现负载的分配以及均衡；根据物理资源层提供的物理资源利用率和虚拟基站链表实现虚拟机站的迁移、负载均衡、节能算法。0020本发明的优点以及有益效果如下0021本发明针对CRAN无线接入网架构特点，提出了一种CRAN系统级仿真平台，用于对真实CRAN网络各环境的模拟。用户可以在该平台的基础上根据实际网络情况组建自己的CRAN网。
20、络，并且可以对各个模块实现相应的算法进行反复的测试和优化。该仿真平台底层核心模拟引擎实现了对CRAN整个系统的高度抽象和对离散事件仿真进行管理以及仿真的时钟推进。网络仿真层在核心模拟引擎的基础上实现CRAN中典型模块组件，用户可以在该平台的基础上根据实际需求调用具体的模块，像搭积木一样搭建CRAN网络，并且在各个模块中实现具体算法并进行反复的执行仿真进行测试和优化，从而为实际的CRAN网络的搭建提供参考。通过该平台，仿真开发人员可以将主要精力集中于仿真系统的建模和逻辑描述方面，将工作重心放在算法的优化上面，不用花费大量时间和精力在搭建证实测试网络，从而较大程度的减少了仿真测试工作，提高工作效率。
21、。0022本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。附图说明0023图1是CRAN架构无线接入网系统示意图；0024图2是仿真平台层次结构图；0025图3是核心模拟引擎各模块UML类图；0026图4是核心模拟引擎执行流程图；0027图5是CRAN网络仿真层各模块UML类图；0028图6是CRAN仿真平台UML时序图。具体实施方式0029本发明为方便CRAN研究中的算法仿真验证和系统级的性能评估，设计了一种CRAN系统级仿真平台。本平台的设计采用了面向对象的思想，。
22、在JAVA程序开发语言下设计实现，下面结合附图具体说明。为实现CRAN架构系统级仿真，本发明分为三层设计，如图2所示，该仿真平台分为核心模拟引擎层、CRAN网络仿真层和用户层。0030底层核心模拟引擎层负责管理事件队列、控制仿真的顺序执行以及仿真时钟的推进，是整个仿真运行的框架。图3展示了底层核心模拟引擎的模块组织结构，主要包括仿真事件SIMEVENT模块、仿真实体SIMENTITY模块、事件队列EVENTQUEUE模块和仿真执说明书CN104053179A4/6页7行CRANSIM模块。0031其中，仿真事件模块是对仿真过程中产生的事件的抽象，它代表在实体SIMENTITY模块之间传递和处理。
23、的消息。根据CRAN网络中消息的类型，SIMEVENT模块对其进行抽象，主要属性包括基本事件类型EVTYPE、初始化时间STARTIME、结束时间ENDTIME、传递时间WAITINGTIME、资源标识SRCOBJECT、目标实体TAGOBJECT和传到目标实体的数据DATA。考虑到事件在队列中的排序和实体之间的传递，事件模块实现了JAVA中的CLONEABLE和COMPAREABLE两个接口，如下表所示00320033在实体模块中该类被作为基本的数据类型，声明产生一个实例化具体事件E并根据具体事件的类型初始化上述属性值，最后该事件将在具体实体的方法METHOD中被处理或传递到目标实体。003。
24、4仿真实体模块是对CRAN架构中的具体物理节点的模拟，其中包括物理节点状态和功能。物理节点状态通过属性表示，功能通过方法METHOD表示。主要属性包括实体名称NAME、实体ID、事件缓冲链表EVBUFFER、当前状态STATE；主要方法主要包括实体初始化STARTENTITY、事件处理PROCESSEVENT、销毁实体CLOSEENTITY。在仿真过程中，可以继承这个基类，重载方法和初始化属性达到对具体物理节点的状态和处理方式的独特性描述。在仿真进行时，从仿真实体当前状态出发，仿真时钟被推进到相应的事件发生时刻，处理事件的方法被执行，返回执行结果，然后更新状态。仿真实体的状态由初始设置或者来自。
25、上一步仿真运算的状态值。0035事件队列EVENTQUEUE模块声明了SIMEVENT类型的链表，用于存取仿真过程中产生的事件；事件队列中，事件根据时间戳存储，采用先入先出设计；该模块包含添加事件、移除事件、获取队列长度的方法。0036仿真执行模块CRANSIM是整个离散事件仿真的框架，负责管理事件队列、安排和处理事件以及时钟的推进。图4是CRANSIM执行仿真的具体过程。0037图5所示为本发明的CRAN网络仿真层的UML类图，CRAN核心网络架构在这一层中被描述成各个模块，这些模块通过继承或组合底层通用模块的方式实现。主要包括00381物理资源模块它具有描述CRAN底层实际物理设备的协议设。
26、备模块、基带处理设备模块、交换设备模块，这些模块由实际的物理资源模块组成，物理资源模块用于描述说明书CN104053179A5/6页8实现运算、存储和传输的基本单元，包括各种物理资源属性存储资源RAM、通用处理资源CPU、专用处理资源DSP、带宽资源BW、虚拟基站列表VBLIST和资源使用状态更新方法UPDATERESOURCESTATUS、虚拟基站资源分配策略RESOURCEFORVBSCHEDULE以及虚拟基站添加VBADD、移除VBREMOVE和虚拟基站资源负载处理VBRESUSAGEPROCESS00392虚拟基站模块虚拟基站模块是由全局中心代理按照资源分配算法和协议标准生成，是对物理。
27、资源池的资源的抽象；它连接无线远端，接收来自无线远端的处理任务，任务由全局中心代理按分配算法分配；对于无线远端而言，射频单元所生成的处理任务在这里被处理。00403管理设备模块。协议设备模块、基带处理模块交换设备模块将自身物理资源的状态周期性的以链表形式传递给管理设备模块，管理设备将所有设备模块的资源状态汇总并以MAP的形式传递给全局中心代理，为全局中心代理的算法提供参数。00414实现物理资源实时虚拟化管理的全局中心代理模块，全局中心代理模块负责对CRAN架构中从物理层到虚拟运营商层的每一层进行管理，包括物理资源调度和分配、负载任务的均衡、虚拟基站的生命周期管理等。00425无线远端模块。无。
28、线远端模块包括天线子模块TS和射频处理单元子模块RFU。天线子模块实现用户接入、信道条件和接入算法；由图5相应部分可以看到，天线子模块包括用户设置、协议设置、典型协议业务设置和描述信道和接入算法的接口INTERFACECHANNEL、INTERFACECOMP。虚拟运营商根据实际用户数量和业务需求通过适量的无限远端搭建的网络，正如CRAN架构的设计初衷，这部分应该有体积小、成本低、组网快的特点。0043图6是基于本仿真平台对一个CRAN网络仿真的UML时序图。该时序图展示了一个仿真过程中所有实体的生命周期和消息传递过程。在本仿真平台下创建一个仿真程序可以由以下步骤完成00441、初始化核心模拟。
29、引擎在创建其他实体之前需要对CRANSIM参数进行初始化，包括用户数量、日期和跟中标志。00452、创建物理资源池物理资源池整合了所有模拟实际的物理设备的模块，一个物理资源池由多个专用物理设备模块组成；物理资源池的创建包括以下几个步骤A创建基带处理设备链表、创建协议处理设备链表、创建管理设备链表、创建交换设备链表；B创建通用处理器链表、创建专用DSP处理器链表；C创建通用处理器和专用处理器，完成对其中的ID和处理能力MIPS设置，添加到步骤B中的链表中；D创建基带处理设备、协议处理设备、管理设备和交换设备并添加到步骤A创建的链表中；E创建物理资源池特征对象。00463、创建全局中心代理全局中心。
30、代理负责管理物理资源层的物理资源分配、虚拟基站的生命周期以及人物的调度，用户可在全局中心代理实现对各个层次中的算法策略。00474、创建虚拟基站对虚拟基站参数进行设置，包括基站ID设置，分配给它的虚拟资源大小设置，协议ID设置，资源调度方式设置并提交给全局中心代理。00485、组建无线远端网络设置无线远端标识，并以此来构建通信小区；实现信道状态设置并在此基础上实现自己的协作算法，接收用户链表和业务链表量化成虚拟资源需求，并将这些信息添加到全局中心代理。说明书CN104053179A6/6页900496、创建通信任务针对不同协议进行典型的通信业务设置，包括用户ID、用户任务量，并提交给全局中心代理。00507、启动仿真。00518、仿真结束打印结果。0052以上实施过程理解为用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读本发明记载的内容之后，技术人员可以对本发明的具体模块做细节上的修改，这些等效改变同样落入本发明权利要求所限定的范围。说明书CN104053179A1/4页10图1图2说明书附图CN104053179A102/4页11图3图4说明书附图CN104053179A113/4页12图5说明书附图CN104053179A124/4页13图6说明书附图CN104053179A13。