CN1691557B - 生成随机用户的实现方法及通信网络的仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生成随机用户的实现方法及通信网络的仿真方法，该实现方法用于在通信网络仿真系统中随机生成用户的位置信息，所述通信网络仿真系统中包括规划区域内的地貌、地物特性，包括以下步骤：(1)根据所述规划区域内地貌、地物特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层；(2)将所述图层中的栅格根据本栅格所在的业务密度设置成不同组；(3)在各个组中随机选择本组的栅格，保存所述栅格的位置信息，得到随机用户所在的位置。本发明克服了现有技术中随机用户重复和无法反映用户实际分布的缺陷，使得生成的随机用户能充分反映用户的实际分布情况，从而提高了仿真的可靠性。而且由于生成过程无重复计算，导致用户生成速度快，从而导致仿真的速度加快。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域的仿真技术，尤其涉及仿真技术中生成随机用户的实现方法。
背景技术
近年来，移动通信网络以惊人的速度向前发展，其运营效率和运营收益最终归结于通信网络的质量好坏与容量的大小，而这需要通过通信网络规划来达到网络优化。在通信网络规划中，通过通信网络仿真系统将真实环境中的实际情况尽可能地反映出来，然后对该通信网络仿真系统的技术性能进行验证，从而定位或预测通信网络质量和容量问题，制订出网络优化方案。
请参阅图1，图1为现有通信网络仿真系统中采用的通信网络仿真的基本流程图，包括以下步骤：
S110：生成随机用户，获得各个用户所在的位置坐标；
S120：确定所述随机用户的业务类型和占用资源；
S130：通过功率控制仿真随机用户的通信情况，获得仿真数据。
在上述仿真方法中，需对用户的位置进行必要的概率统计性假设，以确定随机用户的具体坐标位置。由于生成的随机用户与实际用户的分布情况的吻合程度，直接影响到仿真结果与实际组网后的网络运行的统计指标的吻合程度，从而影响到对通信网络技术性能的验证的准确性。
但是，目前这些假设很多是基于一些公认的传统经验公式，如用户的分布服从均匀分布，用户业务的到达过程服从泊松分布等。这些假设虽然在很大程度上满足了仿真的需求，但是，与用户的实际分布还是存在较大的差距。
现有技术中采用的第一种生成随机用户的实现方法是将整个规划区划分成一块或多块连续的区域，在每个区域内生成给定密度、给定分布的栅格作为随机用户所在的位置坐标。虽然该方法产生随机用户位置坐标的速度快，但是由于该方法是以用户在给定面积范围内为均匀分布为前提来生成随机用户，并未考虑到用户所在的地理信息，从而不能很好地反映实际用户的分布差异，因此达不到较好的仿真质量。
请参阅图2，图2为通信网络仿真系统中采用的第二种生成随机用户的实现方法。该通信网络仿真系统包括通信网络规则信息，如规划区域内地貌、地物特征，具体包括以下步骤：
步骤S210：把规划区域划分成一块或多块相似且连续的子区域，统计所述子区域个数；
步骤S220：分析规划区域内地貌、地物特征，设置业务密度，形成业务密度栅格层，确定各个子区域每个栅格的业务密度；
步骤S230：在每个子区域中划分成若干单元，每个单元由相同业务密度且单连通的栅格组成，所述单元的个数和子区域的业务类型个数相同，并为各个子区域的每个单元生成外接矩形，并计算矩形区域面积；
步骤S240：计算不同单元内需要产生该业务类型的随机用户数；
步骤S250：按照获得的随机用户数，在对应单元内产生相应个数的栅格，保存栅格的位置坐标，作为随机用户的位置信息；
步骤S260：分别按照不同矩形区域和不同的地貌类型进行循环，筛选出所有随机用户的位置坐标。
图3为一个简化DOM(District Overlay Model地物覆盖模型)，以图3为例，具体说明第二种随机用户生成的具体实现过程。
假设图3给出的是某一块800米×800米的规划区域，并以20米精度进行抽样。该规划区域有三种地貌类型：道路、建筑物和空地。DOM图中标号1、2、3、4表示道路，共157个栅格，由白色单连通栅格组成的单元表示建筑物，图2中，表示建筑物的单元从左到右再从上到下进行编号，单元所占的栅格数依次为30、30、30、30、30、28、28、30、14、14、48、32、10、16、16、18、18、18、22、22、22。DOM中剩余的部分为空地，所有空地从左到右再从上到下进行编号，其所占的栅格数依次为84、126、142、78、108、150、155、94。它虽然与实际的DOM有较大的差异，但它能反映问题的实质，并且便于描述。
现假设在建筑物内业务密度为50用户/平方公里，道路上的业务密度为100用户/平方公里，在空地上的业务密度为20用户/平方公里。用本方法生成随机用户的过程如下：
第一步：划分相似区域的大小，此处不同道路和不同建筑物等不做区分，即相似区域为一块；
第二步：细分每一块区域不同地貌的用户分布特点，根据不同地貌指定用户的业务密度P，这个DOM中共有1600个栅格，其中包含三种地貌，分别为道路[1]、建筑物[2]和空地[3]，P[1]＝100用户/平方公里，P[2]＝50用户/平方公里，P[3]＝20用户/平方公里。
第三步：每个单元生成该单元的外接矩形，以建筑物为例，它分成了21个单元，各个单元的外接矩形的栅格个数分别为(30、30、30、30、30、28、28、30、14、14、63、48、10、16、16、18、18、18、22、22、22)，依据下述公式计算每个单元的需要产生的随机用户个数。
单元的随机用户产生的个数＝本单元的业务密度*外接矩形的面积
以第一个单元的外接矩形为例，业务密度为50用户/平方公里，
外接矩形的面积＝外接的栅格数*单个栅格面积＝30*202＝12000平方米＝0.012平方公里，
求得单元的随机用户产生的个数为0.6，由于在一个单元产生的用户个数应是整数个，采用四舍五入的原则，该单元产生1个随机用户。
按照上述方法，计算每个单元应该生成的随机用户的个数依次为(1，1，1，1，1，1，1，1，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0)。
从上可知，在图3中黑线5组成的框内始终不可能生成随机用户，而其它单元产生随机用户个数有较多的重复，因此生成随机用户未能接近实际用户的分布，影响仿真结果的可靠性。
现有技术还在上述方法的基础上提出了第三种随机用户生成方法，请参阅图4，为现有技术的第三种随机用户生成方法的流程图.
该方法与第二种随机用户生成方法类似，相同步骤不在赘述。步骤S330修改成同一子区域内具有相同业务密度的多边形生成外接矩形。
通过上述方法减少了产生的随机用户个数重复性，但是由于在实际通信中，相同地貌往往是分散分布的，所以这种方法也没有很好地解决第二种方法存在的缺陷。即，由于在单元内产生的随机用户个数时是经过四舍五入处理后的整数，所以每次该单元产生的随机用户数是相同的，很容易导致产生的随机用户重复，这与用户的实际分布存在差别较大，从而影响整个仿真结果的可靠性。还有，由于在随机用户生成过程中的重复计算很多，所以导致生成速度慢，也影响了整个仿真过程的速度。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种充分利用通信网络规划信息，反映用户分布差异的随机用户生成方法。
本发明的另一个目的在于提供一种仿真结果可靠性高的通信网络的仿真方法。
为解决上述问题，相应地，本发明一种生成随机用户的实现方法，用于在通信网络仿真系统中随机生成用户的位置信息，所述通信网络仿真系统中包括规划区域内的地貌、地物特性，包括以下步骤：(1)根据所述规划区域内地貌、地物特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层；(2)将所述图层中的栅格根据本栅格所在的业务密度设置成不同组；(3)在各个组中随机选择本组的栅格，保存所述栅格的位置信息，得到随机用户所在的位置。
其中，步骤(2)中还包括：对各个组的栅格进行连续编号，所述编号和所述栅格的坐标位置存在对应关系。
其中，步骤(3)进一步包括以下步骤：(31)计算各个组需要产生的随机用户数；(32)在各个组中随机生成对应个数的随机用户所在的位置。
其中，步骤(32)中生成随机用户所在位置的具体步骤包括：获得各个组的编号范围；在所述编号范围内随机产生编号，根据所述编号，获得对应随机用户的具体位置。
其中，步骤(31)中通过N＝P*G*S来计算随机用户数，其中N为组需要产生的随机用户数；P为本组的地貌类型对应的业务密度；G为该组的栅格个数；S为单个栅格面积。
其中，在步骤(1)和(2)之间还包括：将所述规划区域划分成若干子区域来生成随机用户。
本发明还公开了一种通信网络的仿真方法，通信网络包括规划区域内的地貌、地物特性，包括：A：确定随机用户的位置信息，具体包括：a：根据所述规划区域内地貌、地物特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层；b：将所述规划区域内的栅格根据本栅格所在的业务密度设置成不同组；c：在各个组中随机选择本组的栅格，该栅格所在的位置做为随机用户所在的位置；B：确定所述随机用户的业务类型和占用资源；C：通过功率控制仿真所述随机用户的通信情况，获得仿真数据。
其中，步骤b中还包括：各个组的栅格进行连续编号，所述编号和所述栅格的坐标位置存在对应关系。
其中，步骤c进一步包括以下步骤：(c1)计算各个组需要产生的随机用户数；(c2)在各个组中随机生成对应个数的随机用户所在的位置。
其中，步骤(c2)中生成随机用户所在位置的具体步骤包括：获得各个组的编号范围；在所述编号范围内随机产生编号，根据所述编号，获得对应随机用户的具体位置。
其中，步骤(c1)中通过N＝P*G*S来计算随机用户数，其中N为组需要产生的随机用户数；P为本组的地貌类型对应的业务密度；G为该组的栅格个数；S为单个栅格面积。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将通信网络仿真系统中具有相同业务密度的栅格设置为组，通过随机选择栅格得到随机用户所在的位置，从现有技术的离散不规则面状区域的用户的生成转换成本发明的线状的随机用户的生成，克服了现有技术中随机用户重复和无法反映用户实际分布的缺陷，使得生成的随机用户能充分反映用户的实际分布情况。而且由于生成过程无重复计算，从而导致用户生成速度快。
(2)本发明中事先将各个组的栅格进行编号，建立编号和所述栅格的坐标位置的对应关系，使得在生成随机用户的过程中，利用该对应关系，能够快速生成随机用户的位置，从而提高用户生成的速度。
(3)采用上述随机用户生成步骤进行仿真，由于用于仿真的随机用户接近用户实际分布，因此提高了仿真的可靠性，并且，该随机用户生成步骤的速度快，从而加快了仿真的速度。
附图说明
图1是通信网络仿真系统的仿真流程原理图。
图2是现有技术中采用的第二种随机用户位置坐标生成的实现流程图。
图3是简化DOM模型。
图4是现有技术中采用的第三种随机用户位置坐标生成的实现流程图。
图5是本发明的生成随机用户的实现原理流程图。
图6是本发明的生成随机用户的一个具体实施的流程图。
图7是本发明通信网络的仿真的原理图。
图8为本发明的静态仿真的流程图。
具体实施方式
以下结合附图为例，具体说明本发明。
一种生成随机用户的实现方法，用于在通信网络仿真系统中随机生成用户的位置信息，所述通信网络仿真系统中包括规划区域内的地貌、地物特性。请参阅图5，图5是本发明的生成随机用户的实现原理流程图。包括以下步骤：根据所述规划区域内地貌、地物特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层(步骤S410)；将所述图层中的栅格根据本栅格所在的业务密度设置成不同组(步骤S420)；在各个组中随机选择本组的栅格，保存所述栅格的位置信息，得到随机用户所在的位置(步骤S430)。
结合生成随机用户的一个具体实施例来说明本本发明的实现方法。请参阅图6，图6是本发明的生成随机用户的一个具体实施的流程图。包括以下步骤：
S510：分析用户的分布特点，把规划区域划分成一块或多块相似的连续的子区域。
S520：根据子区域内地貌、地理特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层.业务密度的设置可通过工程师根据其经验或规划区域信息来输入，栅格图层由栅格组成，栅格所在的位置通常用二维的坐标来表示.并且，从栅格图层中能反映每个栅格所在的业务密度信息.
S530：对每一子区域中，具备相同业务密度的栅格进行扫描编号成一个组。子区域中组的个数与本子区域的业务密度个数相同。每组中的编号对应一个栅格的二维坐标信息。通过这种映射关系，可以快速复原生成的随机用户所在的二维位置坐标。
S540：计算各个组需要产生的随机用户数。通过N＝P*G*S来计算随机用户数，其中N为组需要产生的随机用户数；P为本组的地貌类型对应的业务密度；G为该组的栅格个数；S为单个栅格面积。
S550：获得各个组的编号范围，在所述编号范围内随机产生给定分布的编号，给定分布包括均匀分布等分布类型。
S560：根据这些编号以及所属组，结合步骤S530中不同组的编号与DOM栅格二维坐标的对应关系，得到所有随机用户的位置。
这是本发明的一个具体实施例，从上述实施例可看出，本发明通过将相同业务密度的栅格设置成一个组，并且给这些栅格编号，将二维的栅格位置坐标信息转换成一维序列。这样，产生随机用户的过程就转换成随机选择一维序列中的其中一个编号，提高了生成的速度，更重要的生成的随机用户真正达到随意性强的特点，接近用户的实际分布。
还是以图3的DOM为例，说明采用本发明的方法生成随机用户的过程。
第一步：划分相似区域的大小，此处不同道路和不同建筑物等不做区分，因此相似区域为一块；
第二步：细分每一块区域不同地貌的用户分布特点，根据不同地貌指定用户的业务密度P，这个DOM中共有1600个栅格，其中包含三种地貌，分别为道路[1]、建筑物[2]和空地[3]，P[1]＝100用户/平方公里，P[2]＝50用户/平方公里，P[3]＝20用户/平方公里。
第三步：将相同业务类型的栅格以扫描编号的方式设置成组，然后计算每个组的栅格总数，道路组的栅格总数为157，建筑物组的栅格总数为506，空地组的栅格总数为937。各个组的每个编号依次保存着对应栅格点所在的DOM中的二维坐标，譬如道路的第一个点对应的二维坐标为(19，1)，第二个点对应的二维坐标为(19，2)，第157个点对应的二维坐标为(19，40)。
第四步：计算不同组需要产生的随机用户数，根据公式N＝P*G*S，道路组产生随机用户的个数为N＝100*157*(0.02)2＝6.28，取整为6，同样地建筑物组产生随机用户的个数为10，空地组产生随机用户的个数为7。
第五步：分别在[1，157]内产生6个均匀分布随机数，在[1，506]内产生10个均匀分布随机数，在[1，937]内产生7个均匀分布随机数。其中在道路上产生的6个均匀分布随机数为(64，140，9，55，128，2)，在建筑物内产生的10个均匀分布随机数为(70，103，100，306，138，100，8，378，225，471)，在空地内产生的7个均匀分布随机数为(437，392，793，492，190，630，785)。
第六步：根据这些随机数的编号以及所属组，结合第三步中不同组的编号与栅格二维坐标的对应关系，得到所有随机用户的位置。
本发明还提供了一种通信网络的仿真方法，请参阅图7，图7为本发明通信网络的仿真的原理图。它包括以下步骤：
S610：确定随机用户的位置信息，具体包括：S710：根据所述规划区域内地貌、地物特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层；S720：将所述图层中的栅格根据本栅格所在的业务密度设置成不同组；步骤S730：在各个组中随机选择本组的栅格，保存所述栅格的位置信息，得到随机用户所在的位置；
S620：确定所述随机用户的业务类型和占用资源；
S630：通过功率控制仿真所述随机用户的通信情况，获得仿真数据。
确定随机用户的位置信息在上述步骤中已充分公开，不在此赘述。由于生成的随机用户接近用户实际分布情况，所以提高了仿真的可靠性，并且由于生成随机用户的速度快，也提高了仿真的速度。
请参阅图8，图8为本发明的静态仿真方法。
静态仿真法是通过抽取通信系统运行过程中的若干静态取样(每个静态取样也称为一个静态抓拍)，将所有取样结果进行记录，用统计的方法加以分析，产生所需要的结果。系统静态仿真的基本流程可以参照图8。
首先进行初始化步骤，设置仿真用户个数、用户的分布、功率控制方案，静态抓拍数目等参数(步骤S810)；
然后进行步骤S820：在随机用户生成阶段确定随机用户的位置信息；本实施例中的随机用户生成步骤采用上述公开的步骤。本发明提出的生成随机用户的新方法，充分利用了地理信息数据和用户的行为特性，使得生成的随机用户既可以充分反映用户的实际分布情况，同时，它提出的具体生成方法，可以克服许多实际工程中碰到的问题，并提高仿真运行速度。
然后进行步骤S830：在信道、功率、噪声初始化阶段确定用户的业务类型、占用资源(信道、初始功率等)等；
然后进行步骤S830：对功率指标进行统计；
然后进行步骤S840，进行功率控制，功率控制的方法可以是理想功率控制，也可以按照给定的步长进行步进式功率控制；
最后进行步骤S850：获得仿真数据。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本技术领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种生成随机用户的实现方法，用于在通信网络仿真系统中随机生成用户的位置信息，所述通信网络仿真系统中包括规划区域内的地貌、地物特性，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据所述规划区域内地貌、地物特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层；
(2)将所述图层中的栅格根据本栅格所在的业务密度设置成不同组；对各个组的栅格进行连续编号，所述编号和所述栅格的坐标位置存在对应关系；
(3)在各个组中随机选择本组的栅格，保存所述栅格的位置信息，得到随机用户所在的位置；步骤(3)进一步包括以下步骤：
(31)计算各个组需要产生的随机用户数，具体包括：通过N＝P*G*S来计算随机用户数，其中N为组需要产生的随机用户数；P为本组的地貌类型对应的业务密度；G为该组的栅格个数；S为单个栅格面积；
(32)在各个组中随机生成对应个数的随机用户所在的位置，具体包括：获得各个组的编号范围；在所述编号范围内随机产生编号，根据所述编号，获得对应随机用户的具体位置。
2.如权利要求1所述的生成随机用户的实现方法，其特征在于，在步骤(1)和(2)之间还包括：将所述规划区域划分成若干子区域来生成随机用户。
3.一种通信网络的仿真方法，通信网络包括规划区域内的地貌、地物特性，其特征在于，包括：
A：确定随机用户的位置信息，具体包括：
a：根据所述规划区域内地貌、地物特性，设置业务密度，形成业务密度栅格图层；
b：将所述规划区域内的栅格根据本栅格所在的业务密度设置成不同组；各个组的栅格进行连续编号，所述编号和所述栅格的坐标位置存在对应关系；
c：在各个组中随机选择本组的栅格，该栅格所在的位置做为随机用户所在的位置；步骤c进一步包括以下步骤：
(c1)计算各个组需要产生的随机用户数，其中通过N＝P*G*S来计算随机用户数，其中N为组需要产生的随机用户数；P为本组的地貌类型对应的业务密度；G为该组的栅格个数；S为单个栅格面积；
(c2)在各个组中随机生成对应个数的随机用户所在的位置，包括：获得各个组的编号范围；在所述编号范围内随机产生编号，根据所述编号，获得对应随机用户的具体位置；
B：确定所述随机用户的业务类型和占用资源；
C：通过功率控制仿真所述随机用户的通信情况，获得仿真数据。
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