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5G高密度网络中无线资源管理的仿真方案设计

更新时间：2019-12-08 05:26:12 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：5g 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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数量庞大的物联网设备与突发性的物联网业务碎包使5G网络中的无线资源管理过程变得非常困难,而后者的设计常需借助多种技术的联合仿真来完成,文章提出了一种专门针对5G网络承载物联网业务需求的高效无线资源管理技术仿真方案,并基于该方案搭建了一款完整的仿真平台架构;结合多个无线资源管理技术的串行处理过程,该平台设计了基于事件触发的精细仿真方式和基于虚拟时隙的粗略仿真方式,而且实现了多种物联网业务和多个5G场景的生成以增强设计的完整性.仿真结果表明,基于该方案搭建的平台仿真处理速度明显快于传统平台,特别适用于5G网络承载物联网业务中的无线资源管理技术仿真.

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（自然科学版）

第４２卷第８期

２０１９年８月

合肥工业大学学报

Vol ．４２ No ．８

Aug ．２０１９

JOU RNAL OF HEFEI U NIVERSITY OF TECHNOLOGY （NA T URAL SCIENCE）

DOI ：１０．３９６９／．issn ．１００３‐５０６０．２０１９．０８．０１０

５G 高密度网络中无线资源管理的仿真方案设计

常昆^１，王禄生^１，李小喜^２，张帅^３，汪晏如^４

（１．合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥２３０６０１；２．中国科学技术大学信息科学技术学院，安徽合肥２３００２６；３．复旦大学

信息科学与工程学院，上海２００４３３；４．南京大学电子科学与工程学院，江苏南京２１００２３）

摘

要：数量庞大的物联网设备与突发性的物联网业务碎包使５G 网络中的无线资源管理过程变得非常困

难，而后者的设计常需借助多种技术的联合仿真来完成，文章提出了一种专门针对５G 网络承载物联网业务

需求的高效无线资源管理技术仿真方案，并基于该方案搭建了一款完整的仿真平台架构；结合多个无线资源

管理技术的串行处理过程，该平台设计了基于事件触发的精细仿真方式和基于虚拟时隙的粗略仿真方式，而

且实现了多种物联网业务和多个５G 场景的生成以增强设计的完整性。仿真结果表明，基于该方案搭建的平

台仿真处理速度明显快于传统平台，特别适用于５G 网络承载物联网业务中的无线资源管理技术仿真。

关键词：物联网；无线资源管理；５G 网络；联合仿真；事件触发；虚拟时隙

中图分类号：TN９１９．７２

文献标识码：A

文章编号：１００３‐５０６０（２０１９）０８‐１０６４‐０８

Design of a simulation method for radio resource

management in ５G hyper‐dense networks

１

２

３

４

CHANG Kun ， WANG Lusheng ， LI Xiaoxi ， ZHANG Shuai ， WANG Yanru

（１．School of Computer and Information ，Hefei University of Technology ，Hefei ２３０６０１，China ；２．School of Information Science and

Technology ，University of Science and Technology of China ，Hefei ２３００２６，China ；３．School of Information Science and Technology ，Fu‐

dan University ，Shanghai ２００４３３，China ；４．School of Electronic Science and Engineering ，Nanjing University ，Nanjing ２１００２３，China）

Abstract ：Massive Internet of Things（IoT ）devices and their bursty traffic with tiny packets make ra‐

dio resource management （RRM ）in ５G networks very difficult ，while the design of RRM usually re‐

uires joint simulation of various technologies ，so an efficient simulation method for RRM technolo‐

ies is proposed to meet the specific requirements of ５G networks supporting IoT applications ，and a

complete network simulation platform is built based on this method ．Combining with serial processing

of multiple RRM technologies ，an accurate event‐driven simulation method and a rough simulation

method based on virtual timeslot are designed ．Generation of several IoT applications and ５G scenarios

is also realized to improve the integrity of the whole design ．Simulation results demonstrate that the

latform based on the proposed method is significantly faster than the traditional one ，making it quite

suitable for RRM simulations of ５G networks supporting IoT applications ．

Key words ：Internet of Things（IoT ）；radio resource management （RRM ）；５G network ； oint simula‐

tion ；event‐driven ；virtual timeslot

随着物联网、车联网和５G 网络的发展，网络

伴随着通信设备的增加也迅速增大^［１］。由于系统

资源总量有限，为保证各终端在有限资源条件下

终端数目以指数形式快速增加，同时，通信业务量

收稿日期：２０１７‐１０‐１７；修回日期：２０１７‐１２‐１３

基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１５０１１６０）；合肥工业大学春华计划资助项目（２０１５HGCH００１３）

作者简介：常昆（１９９２－），男，安徽淮北人，合肥工业大学硕士生；

万方数据

王禄生（１９８１－），男，山东潍坊人，博士，合肥工业大学教授，硕士生导师，通讯作者，E‐mail ：wanglusheng＠ hfut ．edu ．cn ．

第８期

常

昆，等：５G 高密度网络中无线资源管理的仿真方案设计

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能进行正常的业务传输，需要在多种网络并存的

基础上对系统资源进行管理，使得系统整体性能

持续接近最优。对高密度网络场景中的无线资源

管理问题进行性能分析时，由于经费、实验区域和

耗时等因素限制，一般难以进行大规模布网实验，

若需要判断所设计无线资源管理方案的性能优

劣，则只能采用仿真实验来模拟^［２］。

之间业务量占主体的通信方式基础上进一步融合

以机器通信为中心的业务模式^［１０］。因此，５G 网

络将呈现时延低、能耗低、可靠性高和覆盖范围广

等特点，将承载智能家居、智慧城市和自动驾驶等

新兴领域的通信业务^［１１］。常见的５G 场景有城市

道路、办公室和地铁站等^{［１２‐１３］}。为满足５G 网络

需求（如低延时、高可靠性等），每个场景会根据实

际设施的空间布局、终端分布位置和各终端业务

特征等，通过部署一定数量的网络设备（如宏蜂

窝、微蜂窝和飞蜂窝等）和使用各种网络技术（如

蓝牙、Zigbee 等），来给终端提供接入服务。这些

场景呈现信号空间传播环境复杂、终端分布密集

和业务传输总量大等特征。下面对２种典型的

５G 网络场景进行介绍。

文献［３‐５］介绍了一些经典平台，这些平台大

多是基于事件触发的，包含完整的网络架构，具有

良好的性能和通用性，可实现节点间的通信。但

是一些研究人员认为，在针对解决特定场景中的

某一类问题时，自主设计的仿真平台其实验结果

更加精确。国内外研究者设计了很多适用于不同

场景的仿真平台。文献［６］采用事件驱动方法，不

仅能配置终端参数（如移动类型、业务类型等），而

且还能模拟物理现象，进行环境测量，并提供广泛

的无线媒介传播模型，实现了无线传感网络的仿

真；文献［７］使用完整的协议栈架构，能模拟出各

种类型的车辆移动轨迹，仿真典型的车联网业务，

并支持网络和车辆之间的实时信息交互，实现了

车联网的仿真；文献［８］设计了２种侧重于研究提

升能量管理效率、适用于智慧城市场景的物联网

仿真平台，该平台适用性强、支撑大规模业务，能

对各种物联网设备进行交互操作；文献［９］设计一

种实现 ZigBee 网络和 UM TS 网络混合互联的移

动网关，并利用分级寻址和一些特殊的 UM TS 网

络发现机制，完成从 ZigBee 网络经 UM TS 网络

到有线网络的路由。这些自主开发平台往往是针

对某个具体应用场景或某项特定性能需求而设计

的，因此在使用上有很大局限性。

１．１．１城市道路场景

该场景为典型的异构网络场景，由类型不同、

数量不等的蜂窝组成，具有业务总量大、信号衰减

速度快、支持大规模终端接入等特征，如图１所

示。该场景根据实际城市环境中建筑物的分布特

点，在部署一定数量宏蜂窝的基础上，引入了大量

发生功率低、覆盖范围小的微蜂窝和飞蜂窝，来加

强特定信号覆盖，给终端提供多种接入选择，以提

高网络容量和扩展网络覆盖范围，满足大规模终

端的接入需求。

综上所述，以上平台存在仿真无线资源管理

技术单一、不适用于５G 超大数量终端场景等问

题，因此本文提出了一种完整、高效的无线资源管

理仿真方案，并结合该方案设计了一款仿真平台。

该平台选择提供矩阵运算功能的 Matlab 语言作

为开发环境，主要由场景生成、业务生成、无线资

源管理联合仿真部分以及数据包处理部分等组

成，不仅能够在高密度网络中对多种资源管理技

术进行联合仿真，而且能够采用不同方式处理数

据包，实现系统的性能评估，还具有仿真处理速度

快的特点，适用于５G 超大数量终端场景。

图１城市道路场景

１．１．２办公室场景

该场景为典型的５G 室内网络场景，如图２

所示。该场景考虑了室内环境中的信号损耗情况

和设施空间布局等，具有信号传播干扰严重和系

统资源总量有限等特点。该场景根据实际室内环

１５G 场景和物联网业务仿真需求

１．１５G 场景特征

万方数据

和４G 网络相比，５G 网络在现有的以人与人

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