CN103368910A - 虚拟无线通信网络系统及其建立方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种虚拟无线通信网络系统及其建立方法。该虚拟无线通信网络系包括：多个虚拟节点，所述多个虚拟节点根据其之间的干扰关系被分为多个虚拟节点组，其中，每个虚拟节点表示一个无线通信节点；和多个组通信管理模块，与多个虚拟节点组分别一一关联，其中，每一个组通信管理模块被配置用于管理相关联的虚拟节点组与其他虚拟节点组之间的数据交换，以模拟无线通信节点的通信行为。根据本发明实施例的技术方案具有高灵活性、可裁剪性强、成本低等显著的优点。与集中式虚拟方案相比，可以显著地减小管理数据开销，从而提高整个系统的实时性。

Description

虚拟无线通信网络系统及其建立方法

技术领域

本发明涉及虚拟无线通信网络系统及其建立方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，各种无线通信协议、无线通信技术的开发工作变得越来越引人关注。对于新的无线通信技术，需要在实际应用之前评估其运行性能。

总的来说，评估无线通信技术的现有方法有两种。其一是在真实环境中架设真实的通信系统，例如包括多个节点、服务器等，在该系统上实现开发的无线通信技术并以此来评估其性能。然而，很显然，这样的方法受到了场地、维护、硬件成本等限制。因此，这样的评估往往只能在小范围的情况下(具有较少的通信节点和较小的测试面积)进行，这限制了评估的准确性和实用性。

另一方面，提出了使用虚拟无线网络来评估新技术性能的方法。例如，提出了使用计算机或者虚拟机来模拟无线网络中的节点，从而模拟整个无线通信网络中的信号传输等行为，以此来评估新技术的性能。这种方法具有成本低、可裁剪性好、方便灵活等优点，因此具有较大的应用前景。

在使用虚拟无线网络的情况下，需要使每个虚拟节点的通信行为符合真实无线通信中的节点的行为。例如，在真实的无线网络中，相互邻近的几个通信节点之间可能存在着干扰。于是，在这些节点在同一时刻试图传输数据时，可能由于存在干扰而导致数据包丢失。因此，在实现虚拟网络时，也需要模拟这样的干扰情况。

此外，对于例如基于IEEE.802.11协议的通信来说，发送数据和接收数据需要计算信号的通信质量。例如，当接收到的数据包的信噪比低于预定阈值时，认为数据包所承载的信息已经很大程度上发生了改变，因此，将有可能丢弃该数据包。本领域技术人员可以根据本发明的教导将其中的实质和精神应用于其他通信协议。

在现有技术中，例如参见2005年3月30日由HRLLaboratories，LLC的Gavin Holland撰写的“Wireless NetworkEmulation System(WiNE)，Final Technical Report”，已经提出了使用虚拟机和虚拟节点的方式来模拟无线通信网络的技术方案。在现有技术中，将虚拟节点布置在虚拟机上，并且在物理机上设置尽可能多的虚拟机从而模拟尽可能多的无线节点。这样，实际上采用了有线网络的环境来模拟无线通信的行为。为了模拟无线节点的通信行为，在现有技术中设置有虚拟的中央服务器，所有虚拟节点的通信行为，例如发送和接收，都首先报告给该中央服务器。

更具体地，该中央服务器知道全部虚拟节点的布置、相互之间的干扰、模拟通信的所有参数等，由此来决定每一个虚拟节点的通信行为。如图2所示，例如，当一个虚拟节点201希望发出一个数据包时，其首先向中央服务器200报告该行为。此时，中央服务器确定可能影响该虚拟节点201的发送行为的其他虚拟节点(例如202和203)，根据这些节点的状态来决定该虚拟节点201是否能够成功发出数据包。例如当中央服务器200发现虚拟节点201附近的另一虚拟节点202也正在发送数据时(表明存在无线通信干扰)，该中央服务器200根据虚拟网络的预设参数计算两个虚拟节点之间的干扰强度、信道质量等，当计算结果表明来自虚拟节点202干扰强烈到足以导致虚拟节点201发送信号失败时，中央服务器200指示该虚拟节点201此次发送失败。另一方面，当虚拟节点201接收数据时，中央服务器200根据其他节点的行为、网络环境、通信参数等计算该接收数据包的信噪比，当发现信噪比低于预定阈值时，指示正在接收数据包的虚拟节点201丢弃该数据包，并请求重新发送。当服务器认为通信成功时，各虚拟节点之间的数据包被允许发送(通过有线网络，未示出)。

从上述技术方案可以看出，中央服务器知道全部虚拟节点的通信情况，并且决定各虚拟节点的行为，从而模拟无线通信。

然而，上述现有技术的方案存在着如下的缺陷。第一，可以看出，所有的通信都由该服务器分析、指派。故此，中央服务器是整个虚拟系统的性能瓶颈。当虚拟节点数目增加时，所包含的计算量将呈几何数级增加。第二，在该方案中，每一个数据包必须首先由服务器进行分析和判断，这影响了通信流的实时性。最后，购置高性能的服务器将带来相当多的成本支出，而服务器的稳定性也将成为整个虚拟网络运行的关键因素。

发明内容

为了解决或至少部分地解决现有技术的上述缺陷，提出了本发明。在一个方面中，提供了一种虚拟无线通信网络系统，包括：多个虚拟节点，所述多个虚拟节点根据其之间的干扰关系被分为多个虚拟节点组，其中，每个虚拟节点表示一个无线通信节点；和多个组通信管理模块，与多个虚拟节点组分别一一关联，其中，每一个组通信管理模块被配置用于管理相关联的虚拟节点组与其他虚拟节点组之间的数据交换，以模拟无线通信节点的通信行为。在另一方面中，提供了一种建立虚拟无线通信网络系统的方法，包括：架设多个虚拟节点，根据所述多个虚拟节点之间的干扰关系将所述多个虚拟节点分为多个虚拟节点组，其中，每个虚拟节点表示一个无线通信节点；和为每个虚拟节点组配置组通信管理模块，所述组通信管理模块被配置用于管理该虚拟节点组与其他虚拟节点组之间的数据交换，以模拟无线通信节点的通信行为。

根据本发明实施例的技术方案具有高灵活性、可裁剪性强、成本低等显著的优点。与集中式虚拟方案相比，可以显著地减小管理数据开销，从而提高整个系统的实时性。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算系统100的框图；

图2示出了现有技术中的虚拟无线网络的系统；

图3示出了根据本发明的一个实施例的虚拟节点之间的干扰图以及根据该干扰图形成的虚拟节点分组的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的虚拟节点组和相关联的组通信管理模块的示意图；

图5示出了根据本发明实施例的将虚拟节点组分为多个虚拟节点组群的示意图；

图6示出了根据本发明示例性实施例的虚拟节点组群和相关联的群通信管理模块的示意图；

图7示出了根据本发明的一个示例性实施例的利用物理机-虚拟机结构实现根据本发明的虚拟无线网络的示意图；

图8示出了根据本发明示例性实施例的构建虚拟无线网络的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算系统100的框图。如图1所示，计算机系统100可以包括：CPU(中央处理单元)101、RAM(随机存取存储器)102、ROM(只读存储器)103、系统总线104、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行接口控制器107、并行接口控制器108、显示控制器109、硬盘110、键盘111、串行外部设备112、并行外部设备113和显示器114。在这些设备中，与系统总线104耦合的有CPU 101、RAM 102、ROM 103、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行控制器107、并行控制器108和显示控制器109。硬盘110与硬盘控制器105耦合，键盘111与键盘控制器106耦合，串行外部设备112与串行接口控制器107耦合，并行外部设备113与并行接口控制器108耦合，以及显示器114与显示控制器109耦合。应当理解，图1所述的结构框图仅仅是为了示例的目的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根据具体情况增加或减少某些设备。

所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

下面将参照本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机程序指令通过计算机或其它可编程数据处理装置执行，产生了实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在能使得计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置(instruction  means)的制造品(manufacture)。

也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

取代现有技术中的集中式虚拟结构，本发明的实施例提供了分布式的虚拟无线通信系统。在根据本发明实施例的虚拟无线网络系统中，不存在唯一的中央服务器，而是根据各个虚拟节点之间的干扰关系将多个虚拟节点分为适当的多个虚拟节点组，进而，可以根据需要，将多个虚拟节点组分为适当的虚拟节点组群。为每个虚拟节点组配置组通信管理模块。可以在虚拟节点组群中配置群通信管理模块。本发明提供了组通信和群通信之间的协调，以使得能够在有线通信环境中模拟无线通信的行为。根据本发明的技术方案具有高灵活性、可裁剪性强、成本低等显著的优点。与集中式虚拟方案相比，可以显著地减小管理数据开销，从而提高整个系统的实时性。

现在参看图3，其示出了根据本发明的一个实施例的虚拟节点之间的干扰图以及根据该干扰图形成的虚拟节点分组的示意图。如图所示，在虚拟无线网络中存在若干个虚拟节点301-309。如本领域技术人员所知的，虚拟节点可以使用任何适当的手段来实现。例如，可以使用适当的计算机应用程序来模拟无线节点。然而，也可以使用专用集成电路(IC)来实现虚拟无线节点。在其他实施例中，可以采用软件/硬件模块的方式实现虚拟节点，所述模块可以被设置在一台物理机或者虚拟机上。这些虚拟节点彼此通过有线网络或其他方式相互连接。可以根据具体测试目的预先设定多个虚拟节点之间的距离、环境(例如，是否存在阻挡物)、信道强度等多个参数。换言之，在实际环境中，两个真实节点可能距离很近或者相隔很远，然而模拟这两个实际节点的虚拟节点可以被布置为相互邻近，而是通过设置虚拟节点中的参数(例如，与相邻节点的距离)来体现出真实世界中的位置关系。上述通过设置虚拟节点的参数来反映实际节点情况的技术在本领域中是公知的。

接下来，根据虚拟无线网络300中的预定参数和节点301-309之间的实际位置确定虚拟无线网络300的干扰图。如图3所示，其中的双向箭头表明在两个节点之间相互干扰。根据虚拟无线网络的预定参数等形成该无线网络的干扰图对于本领域技术人员来说是公知的。

继续参考图3。在该干扰图中，可确定该干扰图的极大连接子图。可以利用图论中的现有算法确定一个干扰图的极大全连接子图，这是本领域技术人员公知的。例如，可以确定该干扰图的极大连接子图3000、3100和3200。尽管此处仅仅示出了9个虚拟节点和三个极大全连接子图，然而，本领域技术人员应当理解，上述节点数目和极大全连接子图的数目仅仅是为了说明而给出的例子。本发明并不仅仅局限于上述举例说明的节点数目和极大全连接子图的数目。如图3所示，例如在极大连接子图3000中，虚拟节点301、302、303是两两之间彼此相互干扰的。将这样的节点划分到一个虚拟节点组中。

如此划分的原因在于，当真实的无线节点具有如虚拟节点301、302、303之间的干扰关系时，在同一时间仅有一个无线节点能够接收数据或发送数据，而其余两个无线节点将由于相互之间的干扰关系而无法成功地发送或接收数据包，而只能等待重新发送或者丢弃没有成功传输的数据包。而干扰图中的极大全连接子图意味着子图中的所有节点都是两两干扰的，因此在同一时刻只能有一个节点发送或接收数据。尽管此处以举例的方式示出了极大全连接子图包括3个虚拟节点，然而，本领域技术人员应当理解，其他虚拟节点的数目也是可能的。

如上所述，将虚拟节点301、302、303分在一个组中(组3000)，并为该组配置组通信管理模块4000，如图4所示。如下文所述，组通信管理模块4000负责本组虚拟节点与其他虚拟节点组之间的数据交换，包括用于构建虚拟无线网络的管理数据和在各虚拟节点之间传送的通信数据，从而使得组3000内的虚拟节点模拟真实无线节点的通信行为。

具体来说，在组通信管理模块4000的控制下，使得在同一时刻，在该组中仅有一个虚拟节点可以发送或接收数据。类似的，为虚拟节点组3100和3200配置组通信管理模块4100和4200，使得在同一时刻，每个虚拟节点组中仅有一个虚拟节点可以发送或接收数据。

图4示出了根据本发明的实施例的虚拟节点组之间的相互通信。如图所示，以组通信管理模块4000为例，其包括组传输记录模块4010、组干扰系数计算模块4020。类似的，组通信管理模块4100包括组传输记录模块4110、组干扰系数计算模块4120。组通信管理模块4200包括组传输记录模块4210、组干扰系数计算模块4220。组传输记录模块4010记录虚拟节点组3000的每一次数据传输(例如，传输目的、时间戳、信道质量等)，以供其他组访问。

组干扰系数计算模块4020用于计算各组之间的通信组干扰系数。如图3所示，当计算出干扰图的极大全连接子图时，将每个极大全连接子图作为一个组，将每个组视为一个新的节点，从而重新生成组之间的干扰图，如图5所示。参考图3和图5，可以以下公式来计算两组之间的组干扰系数：

$\max (\underset{N}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{N}.\frac{m}{M},\underset{M}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{M}.\frac{n}{N})---\left(1\right)$

其中，N是第N组中包含的虚拟节点的数目，M是与所述第N组发生干扰的第M组中包含的虚拟节点数目；以及其中m是第M组中与第N组中节点发生干扰的节点数目，n是第N组中与第M组中节点发生干扰的节点数目。

以组3100和3200为例。组3100中的一个节点306与组3200中的两个节点307和308之间存在干扰，因此，组3100与组3200的组干扰系数为1/3＊2/3＝2/9。另一方面，组3200中的节点307与组3100中的节点306发生干扰的概率是1/3＊1/3＝1/9，而节点308与节点306发生干扰的概率也是1/3＊1/3＝1/9，因此，组3200与组3100发生干扰的概率是1/9+1/9＝2/9。

故此，组3100和3200之间的组干扰系数被确定为二者中的最大值，也即

$f_3=\max (\frac{1}{3}.\frac{2}{3},\frac{1}{3}.\frac{1}{3}+\frac{1}{3}.\frac{1}{3})=\frac{2}{9}---\left(2\right)$

类似的，可以计算组3000和3200以及组3000和3100之间的组干扰系数f1和f2：

$f_1=\max (\frac{1}{3}.\frac{1}{3},\frac{1}{3}.\frac{1}{3})=\frac{1}{9}---\left(3\right)$

$f_2=\max (\frac{1}{3}.\frac{2}{3}+\frac{1}{3}.\frac{1}{3},\frac{1}{3}.\frac{2}{3}+\frac{1}{3}.\frac{1}{3})=\frac{1}{3}---\left(4\right)$

在根据本发明的虚拟无线系统中，每个虚拟节点组根据所计算出的组干扰系数作为概率访问与其发生干扰的其他虚拟节点组的组传输记录模块。更具体地，以组3000和3100为例，所计算出的二者之间的组干扰系数为1/9，因此，组3000和3100各以1/9的概率访问对方的组传输记录模块，获得对方的数据传输的信息。例如，组通信管理模块可以包含随机数发生器，取整数范围1-9生成随机数。当该随机数为1时，可以访问其他组的组传输记录模块。当访问组3100的组传输记录模块时发现此时组3100正在传输数据时，则认为组3000当前的数据传输受到了组3100的干扰，故此放弃当前数据传输，转而等待重新发送或者要求数据发送方重新发送。另一方面，如果没有发现组3100正在传输数据，那么组3000的通信可以正常进行。

需要注意的是，上述组干扰系数仅仅代表组之间相互干扰的一种模拟的方式。实际上，当在组3000和3200之间以预定的频率放弃通信时，所放弃的通信并不一定代表着例如节点303与307之间的通信，相反有可能是其他节点之间的通信。然而，对于无线网络的模拟和测试目的来说，以预定的频率模拟通信受到干扰的情况就已经足够了，至于放弃通信的准确性对于绝大多数测试的内容来说都不是重要的。

另一方面，所计算的1/9仅仅是一种示例性的计算方式。从某种程度上来讲，是一种相当严苛的模拟，也即，每9次通信中必定有一次会发生干扰。然而，本发明并不局限于此，可以根据测试的目的、内容等设计其他的模拟方式。

例如，可以以1/9作为基础干扰的概率，考虑真实无线环境中的通信情况加入其他的因素。在一个实施例中，可以计算例如接收信号的信噪比来对该概率进行进一步的约束。当信噪比高于预定阈值时，则判断该传输可以成功，反之，则放弃当前传输。在该实施例中，可以通过访问与其发生干扰的节点(可能有多个)的组传输记录模块来获知其是否正在进行数据传输，并且利用干扰图以及预定的参数(例如，所模拟的真实节点之间的距离等)来计算噪声(可能有多个)。通常，在虚拟无线系统中，信道强度是预设的参数。由此，可以利用上述计算出的噪声和信道强度来计算信噪比。并在1/9的频率的基础上结合信噪比的计算来决定是否模拟干扰。

在另一个实施例中，可以对组干扰系数加入随机扰动，以更加贴近真实情况。例如，由于随机扰动的存在，在一些时段内，可能以小于1/9(例如，1/10)的概率放弃通信。本领域技术人员还可以预见到其他的扰动方式。

在根据本发明的实施例中，首先根据虚拟节点之间的干扰关系将虚拟节点分为多个组。在一个实施例中，生成了虚拟节点之间的干扰图，并识别出其中的极大全连接子图。将虚拟节点干扰图的极大全连接子图作为虚拟节点分组的依据。正如前文所述，如此分组之后，在组通信管理模块的控制下，可以使得该组内的若干个节点在同一时刻仅有一个节点在执行通信。

与现有技术的集中式结构相比，对虚拟节点分组可以大大节省数据开销。在本发明中，不存在需要知晓每个通信节点通信状况的中央服务器。每个组通信管理模块只需要管理本组内的节点并且以一定的频率访问其他相关的虚拟节点组，即可实现真实环境中的无线通信的模拟。

进一步的，在各虚拟节点组之间，根据本发明，计算各虚拟节点组之间的组干扰系数，并使用该组干扰系数作为频率来访问其他虚拟节点组的组通信管理模块，从而模拟各组之间的干扰情况。这同样大大节约了管理数据的开销。再一次，在现有技术的集中式结构中，中央服务器需要知道每一个节点的通信状况，也就是说，各个节点需要将其数据传输情况实时地报告给中央服务器。当其中一个节点试图发送数据时，中央服务器需要计算该节点附近位置的全部节点的通信情况，甚至还需要计算与该节点相隔甚远的其他节点的通信情况，才能决定该节点是否能够成功发送或接收数据包。然而，根据本发明，计算了虚拟节点组之间的组干扰系数，仅以预定的频率与其他节点组交换管理数据。这大大节省了管理数据的开销。

在可选实施例中，当存在大量的虚拟节点时，对虚拟节点分组之后，还可以进一步根据各虚拟节点之间的干扰图和各组的组干扰系数将虚拟节点组分为多个虚拟节点组群。为每一个虚拟节点组群配置群通信管理模块，所述群通信管理模块被配置为管理相关联的虚拟节点组群与其他各虚拟节点组群之间的数据交换，以模拟无线网络的通信行为。

此时，考虑系统的效率和虚拟节点组之间的组干扰系数，可以为虚拟节点组群预先设定一个最大包含节点数。在该节点数目范围内，将组干扰系数最大的两个组合并为一个虚拟节点组群。将形成的虚拟节点组群视为一个新的虚拟节点组，继续寻找组干扰系数最大的两个组并将其合并到同一个群中，直至所包含的节点数已经达到了虚拟节点组群的最大节点数或只剩下一个虚拟节点组。

举例来说，如上所述，组3000与组3100之间的组干扰系数是1/3，组3000与组3200之间的组干扰系数是1/9，以及组3100与组3200之间的组干扰系数是2/9。参照附图6，将组干扰系数最大的两个组3000、3100合并为一个组群6000，以及将剩余的一个虚拟节点组3200划分为一个组群6100。本领域技术人员应当理解，此处为了叙述清楚而仅仅示出了三个虚拟节点组，然而，根据本发明的虚拟节点组的数目并不局限于此，可以存在更多个虚拟节点组。虚拟节点组群所允许的最大节点数可以根据实际情况来设定。例如，可以根据测试的目标来选择，也可以根据虚拟节点的总数来设定。例如，预先决定将所有虚拟节点分为三个组群，则可以将每个虚拟节点组群中的虚拟节点总数设定为所有虚拟节点总数的三分之一左右。当然，此处仅仅是为了说明而给出的例子，本领域技术人员可以预见其他可行的设置虚拟节点组群所包含的虚拟节点数目的方法。

为该虚拟节点组群6000、6100分别配置群通信管理模块7000、7100。群通信管理模块7000包括群传输记录模块7010，群干扰系数计算模块7020以及群传输缓存7030。类似的，群通信管理模块7100包括群传输记录模块7110，群干扰系数计算模块7120以及群传输缓存7130。

群传输记录模块记录群的每一次数据传输(例如，传输目的、时间戳、信道质量等)，用于供其他群访问。群干扰系数计算模块根据干扰图和各极大全连接子图利用上述公式(1)计算各群之间的群干扰系数，并利用该系数作为频率放弃被认为存在干扰的通信。此时，可以将合并之后的群视为一个虚拟节点组来应用上述公式(1)。例如，如图所示，群6000总共包含6个节点，其中两个节点303和306与群6100中的节点307和308发生干扰，故此，群6000和6100之间的群干扰系数为：

$\mathrm{Max}(\frac{1}{6}\·\frac{1}{3}+\frac{1}{6}\·\frac{2}{3},\frac{1}{3}\·\frac{2}{6}+\frac{1}{3}\·\frac{1}{6})=\frac{1}{6}---\left(5\right)$

每个虚拟节点组群根据所计算出的群干扰系数作为概率访问与其发生干扰的其他虚拟节点组群。更具体地，以群6000和6100为例，所计算出的二者之间的群干扰系数为1/6，因此，群6000和6100各以1/6的概率访问对方的群传输记录模块，获得对方的数据传输的信息。例如，群通信管理模块可以包含随机数发生器，取整数范围1-6生成随机数。当该随机数为1时，可以访问其他群的群传输记录模块。当访问群6100的群传输记录模块7110时发现此时群6100正在传输数据时，则认为群6000当前的数据传输受到了群6100的干扰，故此放弃当前数据传输，转而等待重新发送或者要求数据发送方重新发送。另一方面，如果没有发现群6100正在传输数据，那么群6000的通信可以正常进行。

例如，在一个群中，在同一时刻有多个虚拟节点组准备向另一群内的虚拟节点组传输数据时，群传输缓存7130用于存储该多个虚拟节点组的数据，并且当群通信管理模块判断可以传输时，从该群传输缓存向外发送或向群内的各虚拟节点组传输。

如以上参考虚拟节点组所描述的，将群干扰系数转化为访问频率时也可以加入其他因素，例如其他群给当前群带来的噪声信号。另一方面，也可以考虑加入其他因素以更加真实地模拟实际无线网络节点的干扰行为。

尽管此处仅仅参考附图6描述了具有两个群的模拟无线网络，然而，本领域技术人员将会理解，更多的群的数目也是可行的。本领域技术人员可以根据进行研究、测试的目的来使用更多的虚拟节点组群。

如上所述，虚拟节点的实现可以采用多种方式，例如，采用一段计算机应用程序、采用专用集成电路、软件/硬件模块的形式。在根据本发明的一个实施例中，使用虚拟机来实现虚拟节点。

众所周知，可以一台物理机上架设多台虚拟机，以执行不同的任务，从而起到节省成本、增强灵活性的目的。可以将虚拟节点组布置在虚拟机上，从而以一台物理机实现多个虚拟节点组的无线网络模拟。

例如，如图7所示，可以将三个虚拟节点组连同其对应的组通信管理模块分别设置在位于同一物理机上的三个虚拟机上。在该实施例中，甚至不需要无线网络，即可在一台物理机上实现虚拟无线网络的模拟。相应地，本领域技术人员将会理解，可以在一台物理机上架设多个虚拟机，每个虚拟机上可以运行一组虚拟节点。无线节点的总数取决于物理机的性能。

在虚拟节点的数目进一步增多时，可以将多个虚拟节点组进一步分为多个虚拟节点组群。此时，可以将一个虚拟节点组群设置在一台物理机上。如上所述，可以计算各虚拟节点组之间的组干扰系数，将组干扰系数最高的两个虚拟节点组合并到一个群中。然后将所形成群视为一个虚拟节点组，继续寻找与该组干扰系数最高的虚拟节点组并进行合并。在物理机性能能够承受的范围内，持续这样的步骤，并将最终所得到的虚拟节点组群设置在一台物理机上。接下来，再寻找组干扰系数最高的两个虚拟节点组，重复上述步骤，直到所有的虚拟节点组都已经被分配到适当的群中并设置在物理机上。在该实施例中，虚拟节点组群的群通信管理模块可以被设置在一台虚拟机上。更优选地，群通信管理模块可以被设置在物理机上的特权虚拟机上。本领域技术人员将理解，特权虚拟机是指在物理机上拥有创建和管理其他物理机的虚拟机。

以下讲述根据本发明的构建虚拟无线网络的方法。图8示出了根据本发明一个实施例的方法的流程图。步骤801，架设多个虚拟节点，根据所述多个虚拟节点之间的干扰关系将所述多个虚拟节点分为多个虚拟节点组。在步骤802，为每个虚拟节点组配置组通信管理模块，用于管理该虚拟节点组与其他虚拟节点组之间的数据交换，以模拟真实无线节点的通信行为。

在一个实施例中，计算多个虚拟节点之间的干扰关系，以形成干扰图。可以根据具体测试目的预先设定多个虚拟节点之间的距离、环境条件(例如，是否存在阻挡物)等多个条件。根据所形成的干扰图，将干扰图中的极大全连接子图所包含的虚拟节点分到同一个虚拟节点组中。

在可选实施例中，根据干扰图和各极大全连接子图计算各虚拟节点组之间的组干扰系数，并且根据所述组干扰系数将多个虚拟节点组分为多个虚拟节点组群。可以使用公式(1)根据干扰图中的各虚拟节点组之间的干扰关系来计算组干扰系数。接下来，为每个虚拟节点组群配置群通信管理模块，用于管理所述虚拟节点组群与其他各虚拟节点组群之间的数据交换，以模拟真实无线节点的通信行为。

在一个实施例中，根据所述组干扰系数将多个虚拟节点组分为多个虚拟节点组群包括如下步骤：1)将组干扰系数最大的两个虚拟节点组合并为一个虚拟节点组群；2)将形成虚拟节点组群视为一个新的虚拟节点组，重复上述处理，直至所形成的虚拟节点组群所包含的节点数已经达到了该虚拟节点组群所允许的最大节点数；重复上述处理1)和将形成虚拟节点组群视为一个新的虚拟节点组，重复上述处理，直至所形成的虚拟节点组群所包含的节点数已经达到了该虚拟节点组群所允许的最大节点数或者只剩下一个虚拟节点组。在剩下最后一个虚拟节点组时，将该虚拟节点组划分为一个虚拟节点组群。

在一个实施例中，组通信管理模块包括组传输记录模块和组干扰系数计算模块。将其中一个虚拟节点组的数据传输记录在该组的组传输记录模块中，利用组干扰系数计算模块根据所述干扰图和极大全连接子图计算该虚拟节点组与至少一个其他虚拟节点组之间的至少一个组干扰系数。该虚拟节点组的组通信管理模块以所计算的组干扰系数作为频率访问与其形成干扰的另一虚拟节点组的组传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组正在传输数据时，放弃该组当前的数据传输。

在将各虚拟节点组分为多个虚拟节点组群的实施例中，除了上述组通信管理模块执行的方法之外，还为每个虚拟节点组群配置群通信管理模块。群通信管理模块包括群传输记录模块、群干扰系数计算模块和群传输缓存。群传输缓存用于缓存至少一个虚拟节点组的传输数据。群传输记录模块记录该虚拟节点组群的数据传输(例如，传输目的、时间戳、信道质量等)，用于供其他群访问。群干扰系数计算模块计算该虚拟节点组群与至少一个其他虚拟节点组群之间的至少一个群干扰系数。例如，参照上文所述的计算方法，利用干扰图和公式(1)来计算群干扰系数。

其中一个虚拟节点组群的群通信管理模块以所计算的群干扰系数作为频率访问与其形成干扰的另一虚拟节点组群的组传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组群的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组群正在传输数据时，放弃该群当前的数据传输。

在根据本发明的实施例中，可以以多种载体实现上述形成虚拟无线网络的方法。例如，可以采用物理机和虚拟机的方式。然而，本发明并不局限于此。可以采用专用集成电路的形式实现虚拟节点以及相关的通信管理模块的功能。当然，也可以全部采用物理机来实现虚拟无线网络。

在一个实施例中，提供物理机。在物理机上架设多个虚拟机。将一组虚拟节点以及与该虚拟节点组相关联的组通信管理模块设置在一台虚拟机上。

当虚拟节点较多时，可以提供多台物理机，在每个物理机上架设多个虚拟机。将一组虚拟节点以及与该虚拟节点组相关联的组通信管理模块设置在一个虚拟机上，以及将属于同一个虚拟节点组群的多个虚拟节点组和相关联的群通信管理模块设置在同一台物理机上。

在采用物理机-虚拟机的实施例中，可以将群通信管理模块设置在物理机的特权虚拟机中。

根据上述方法，每个虚拟节点组可以关注本组内的虚拟节点的数据传输，并且根据一定的频率了解其他虚拟节点组的数据传输情况。由此，可以避免设置中央服务器所带来的海量数据处理以及由此导致的性能瓶颈和高可靠性要求。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (18)

1.一种虚拟无线通信网络系统，包括：

多个虚拟节点，所述多个虚拟节点根据其之间的干扰关系被分为多个虚拟节点组，其中，每个虚拟节点表示一个无线通信节点；和

多个组通信管理模块，与多个虚拟节点组分别一一关联，其中，每一个组通信管理模块被配置用于管理相关联的虚拟节点组与其他虚拟节点组之间的数据交换，以模拟无线通信节点的通信行为。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，虚拟节点组是通过下述方式划分的：

根据所述多个虚拟节点之间的干扰关系形成干扰图；

将所述干扰图的每个极大全连接子图中所包含的虚拟节点分到一个虚拟节点组中。

3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括群通信管理模块，每一个群通信管理模块与其中一个虚拟节点组群相关联，所述群通信管理模块被配置用于管理与其相关联的虚拟节点组群与其他各虚拟节点组群之间的数据交换，以模拟真实无线节点的通信行为；

其中，虚拟节点组群是以下述方式划分的：

根据所述干扰图和各极大全连接子图计算各虚拟节点组之间的组干扰系数；以及

根据所述组干扰系数将多个虚拟节点组分为多个虚拟节点组群。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，

根据所述组干扰系数将多个虚拟节点组分为多个虚拟节点组群包括：

1)将组干扰系数最大的两个虚拟节点组合并为一个虚拟节点组群；

2)将形成的虚拟节点组群视为一个新的虚拟节点组，重复上述处理，直至所形成的虚拟节点组群所包含的节点数已经达到了该虚拟节点组群所允许的最大节点数或者只剩下一个虚拟节点组；

在剩下最后一个虚拟节点组时，将该虚拟节点组划分为一个虚拟节点组群。

5.根据权利要求2所述的系统，其中每个所述组通信管理模块包括组传输记录模块和组干扰系数计算模块；

其中，所述组传输记录模块记录该虚拟节点组的数据传输，所述组干扰系数计算模块根据所述干扰图和极大全连接子图计算该虚拟节点组与至少一个其他虚拟节点组之间的至少一个组干扰系数；

其中一个虚拟节点组的组通信管理模块以与所计算的组干扰系数相关的频率访问所述组干扰系数所涉及的另一虚拟节点组的组传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组正在传输数据时，放弃当前的数据传输。

6.根据权利要求3所述的系统，每个所述组通信管理模块包括组传输记录模块和组干扰系数计算模块：

所述组传输记录模块记录该虚拟节点组的数据传输，所述组干扰系数计算模块计算该虚拟节点组与至少一个其他虚拟节点组之间的至少一个组干扰系数；

其中一个虚拟节点组的组通信管理模块以所计算的组干扰系数作为频率访问所述组干扰系数所涉及的另一虚拟节点组的组传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组正在传输数据时，放弃当前的数据传输；

所述群通信管理模块包括群传输记录模块、群干扰系数计算模块和群传输缓存：

所述群传输缓存用于缓存所述虚拟节点组群中的至少一个虚拟节点组的传输数据；

所述群传输记录模块记录该虚拟节点组群的数据传输，所述群干扰系数计算模块计算该虚拟节点组群与至少一个其他虚拟节点组群之间的至少一个群干扰系数；

其中一个虚拟节点组群的群通信管理模块以与所计算的群干扰系数相关的频率访问所述组干扰系数所涉及的另一虚拟节点组群的群传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组群的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组群正在传输数据时，放弃当前的数据传输。

7.根据权利要求5所述的系统，包括：

物理机；

在所述物理机上运行的多个虚拟机；

在每个虚拟机上设置一组虚拟节点以及与所述虚拟节点组相关联的组通信管理模块。

8.根据权利要求6所述的系统，包括：

多个物理机；

在每个物理机上运行的多个虚拟机；

在每个虚拟机上架设一组虚拟节点以及与所述虚拟节点组相关联的组通信管理模块；

将属于同一个虚拟节点组群的多个虚拟节点组、相关联的组通信管理模块和相关联的群通信管理模块设置在同一台物理机上。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，

将所述群通信管理模块布置在所述物理机上的特权虚拟机中。

10.一种建立虚拟无线通信网络系统的方法，包括：

架设多个虚拟节点，根据所述多个虚拟节点之间的干扰关系将所述多个虚拟节点分为多个虚拟节点组，其中，每个虚拟节点表示一个无线通信节点；和

为每个虚拟节点组配置组通信管理模块，所述组通信管理模块被配置用于管理该虚拟节点组与其他虚拟节点组之间的数据交换，以模拟无线通信节点的通信行为。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述根据所述多个虚拟节点之间的干扰关系将所述多个虚拟节点分为多个虚拟节点组包含：

根据所述多个虚拟节点之间的干扰关系形成干扰图；

将所述干扰图的极大全连接子图中所包含的虚拟节点分到一个虚拟节点组中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，

根据所述干扰图和各极大全连接子图计算各虚拟节点组之间的组干扰系数；

根据所述组干扰系数将多个虚拟节点组分为多个虚拟节点组群；以及

为每个虚拟节点组群配置群通信管理模块，所述群通信管理模块被配置用于管理所述虚拟节点组群与其他各虚拟节点组群之间的数据交换，以模拟真实无线节点的通信行为。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

所述根据所述组干扰系数将多个虚拟节点组分为多个虚拟节点组群包括：

1)将组干扰系数最大的两个虚拟节点组合并为一个虚拟节点组群；

2)将形成虚拟节点组群视为一个新的虚拟节点组，重复上述处理，直至所形成的虚拟节点组群所包含的节点数已经达到了该虚拟节点组群所允许的最大节点数或者只剩下一个虚拟节点组；

在剩下最后一个虚拟节点组时，将该虚拟节点组划分为一个虚拟节点组群。

14.根据权利要求11所述的方法，其中每个所述组通信管理模块包括组传输记录模块和组干扰系数计算模块；

将该虚拟节点组的数据传输记录在所述组传输记录模块中，利用所述组干扰系数计算模块根据所述干扰图和极大全连接子图计算该虚拟节点组与至少一个其他虚拟节点组之间的至少一个组干扰系数；

其中一个虚拟节点组的组通信管理模块以所计算的组干扰系数作为频率访问所述组干扰系数所涉及的另一虚拟节点组的组传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组正在传输数据时，放弃当前的数据传输。

15.根据权利要求12所述的方法，每个所述组通信管理模块包括组传输记录模块和组干扰系数计算模块：

将虚拟节点组的数据传输记录在所述组传输记录模块中，利用所述组干扰系数计算模块根据所述干扰图和极大全连接子图计算该虚拟节点组与至少一个其他虚拟节点组之间的至少一个组干扰系数；

其中一个虚拟节点组的组通信管理模块以所计算的组干扰系数作为频率访问所述组干扰系数所涉及的另一虚拟节点组的组传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组正在传输数据时，放弃当前的数据传输；

所述群通信管理模块包括群传输记录模块、群干扰系数计算模块和群传输缓存：

所述群传输缓存用于缓存所述虚拟节点组群中的至少一个虚拟节点组的传输数据；

所述群传输记录模块记录该虚拟节点组群的数据传输，所述群干扰系数计算模块计算该虚拟节点组群与至少一个其他虚拟节点组群之间的至少一个群干扰系数；

其中一个虚拟节点组群的群通信管理模块以所计算的群干扰系数作为频率访问所述组干扰系数所涉及的另一虚拟节点组群的群传输记录模块，以获取所述另一虚拟节点组群的数据传输记录，并且当发现所述另一虚拟节点组群正在传输数据时，放弃当前的数据传输。

16.根据权利要求14所述的方法，包括：

提供物理机；

在所述物理机上架设多个虚拟机；

将一组虚拟节点以及与所述虚拟节点组相关联的组通信管理模块设置在一台虚拟机上。

17.根据权利要求15所述的方法，包括：

提供多台物理机；

在每个物理机上架设多个虚拟机；

将一组虚拟节点以及与所述虚拟节点组相关联的组通信管理模块设置在一个虚拟机上；

将属于同一个虚拟节点组群的多个虚拟节点组、相关联的组通信管理模块和相关联的群通信管理模块设置在同一台物理机上。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，

将所述群通信管理模块设置在所述物理机上的特权虚拟机中。

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