分布式通信基站仿真系统探究

陈晓锋，余 宏，莫章洁

（贵州师范学院物理与电子科学学院，贵州 贵阳 550018）

社会在飞速进步，通信更是迅猛发展，目前在无线领域中，分布式基站设备被普遍使用。但在设备中运行嵌入式程序并对其进行调试和测试，无论从工作量和设备消耗量来说，均面对较高的成本问题。因此设计分布式基站仿真系统，可以提升对网络拓扑结构信息交互、故障处理、优化调试等进行评估和测试的灵活性和效率，有效降低成本。

1.分布式通信基站仿真系统设计框架分析

1.1 设计概述

无线通信领域的高频创新致使分布式基站得以普遍化、规模化的使用。分布式基站主要由BBU和RRU构成（如图1）。

图 1 基站组合图

本文主要设计一个BBU与三个RRU之间通信的仿真系统。系统逻辑上由服务器系统（Server）和客户机系统（Client）组成，其中BBU作为服务器系统，RRU作为客户机系统。系统主界面可以对BBU和RRU进行调试，BBU作为系统核心，通过链路与RRU进行连接，RRU之间必须经过BBU进行信号中转才能进行交流（如图2）。

图 2 系统逻辑

1.2 设计要求

设计之前，我们假设存在以下条件：

BBU和RRU之间通过光纤连接。

一个RRU只能够被唯一的BBU进行控制，且RRU必须被BBU控制才能正常工作；而每个BBU能够对较多的RRU进行控制。

BBU与RRU之间的应用层连接通过一个三次握手的过程完成。

消息交互：广播消息、握手消息、保活消息、控制消息、查询消息。

设备分故障和正常两个状态。故障状态时视为与其他设备断开连接。

在假设条件成立的情况下，本设计将达到以下目标：一是通过计算机进程对RRU、BBU进行模拟；二是RRU、BBU的消息交互控制研究；三是RRU、BBU的竞争保活机制；四是RRU、BBU的应用层连接构建；五是RRU、BBU的消息交互查询。

仿真系统的功能主要体现在三个方面，具体的介绍如下所示。一是物理层仿真。首先是物理层仿真，对于分布式通信基站而言，主要基于光纤完成对RRU、RRU的物理层连接，其中后者的数量往往不为1。在仿真过程中可以对设备拓扑结构进行灵活调整，以满足仿真的要求。二是应用层仿真。在物理层以上即为应用层连接，建立物理层连接后，仿真系统通过实际应用层的三次握手协议过程，以此来完成对应用层连接的构建。在建立应用层连接之后，BBU和RRU之间可以进行双向通信。各个RRU之间可以根据要求建立任意连接，但是只能和一个BBU连接，而BBU能够同时连接较多的RRU。在应用层连接构建之后，在出现故障问题时，当前设备才能与其他已连接设备断开。三是故障仿真。如果设备工作中处于故障状态，则当前设备与其余设备保持隔离，在这种情况下仿可以认为各个节点设备均可以作为BBU或者是RRU。当前BBU出现故障后，系统会通过竞争算法将网络中的其他设备之一设置成BBU。

2.分布式通信基站仿真系统的开发环境

本系统的测试需要配置需要的软硬件环境，可以在一台Windows XP 操作系统且装有 Visual Studio 2012 Professional的单机上运行测试。编程方面采用主流且成熟的C++语言。操作系统主要是Windows XP系统，该系统比较成熟，对于网络通信提供了基本的支持，可以基于常用的通信协议完成信息传输过程[4]。所以该系统可以连接各种类型的系统，并通过网络通信方式进行数据传输。系统中采用了客户/服务器结构，还可以组构大范围的实时广域网系统。另外还可以利用多网并行模式，使得系统达到更高的性能要求。系统支持局域网和广域网的各种网络传输媒介，局域网为以太网，广域网可为公用电话网、宽带等。

3.分布式通信基站仿真系统的探究成果

设备拓扑结构如图3所示：

图 3 设备连接图

设备之间通过模拟光纤连接，在操作界面点击虚线，虚线变成实线后会自动建立连接。输入设备ID并点击“设为BBU”按钮，仿真系统会自动完成BBU的设置，其余已连接的设备则会设为RRU。如图4所示。

图 4 BBU 设置

如图5所示，在“Target”里面勾选需要控制的设备，并在下面的空白框内输入想要发送的消息，点击“发送广播”按钮，受该BBU控制的其他RRU就能收到对应的消息。

图5 消息收发示意图

当所有设备如图连接的时候，点击“设置故障”按钮，将当前BBU设为故障设备，此时系统会通过竞争算法选出新的BBU（ID:1）。如图6所示：

图 6 故障自愈

当原始BBU故障后，系统会自己竞选出新的BBU，以保证当前运行设备数量最大化、系统运行机制最优化。具体实现机制如下所示：首先需要选择光纤连接数最大的RRU作为新的BBU，基于这种方式可以维持整个系统保持正常的运行状态。如果存在两个或者多个RRU光纤连接数相同，则会选择与原始BBU理论连接路径最短的RRU作为新的BBU。

4.结语

本文所设计的分布式通信基站仿真系统，主要以目前分布式基站的研发及运维等为依据，可以通过仿真技术对网络结构等进行模拟分析，具体涉及分布式基站设备间消息的交互及通过竞争算法实现BBU的保活等。希望本文的研究可以为分布式通信基站的研发及建设提供实际参考和理论支撑。