面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)，采用了基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)規(guī)范的結(jié)構(gòu)，具有可重用性和互操作性；能夠?qū)崿F(xiàn)多協(xié)議間，不同仿真系統(tǒng)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)通信，解決了不同協(xié)議間的數(shù)據(jù)無法識(shí)別、各仿真系統(tǒng)接口不規(guī)范的問題；能夠?qū)崟r(shí)真實(shí)傳送每個(gè)數(shù)據(jù)包，傳輸效果明顯，性能分析強(qiáng)；通過外接軟件仿真真實(shí)傳輸場景提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)通信環(huán)境數(shù)據(jù)；通過兩個(gè)中繼聯(lián)邦模擬多個(gè)中繼，演示面向深空DTN網(wǎng)絡(luò)的多節(jié)點(diǎn)分段數(shù)據(jù)傳輸，通過多中繼多跳分段傳輸，提高在深空中長距離、長時(shí)延環(huán)境下的傳輸效率；采集調(diào)度模塊作為仿真平臺(tái)的控制中心，一方面，采集當(dāng)前仿真平臺(tái)運(yùn)行的實(shí)時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來，另一方面，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，做出相關(guān)決策。本發(fā)明的仿真系統(tǒng)具備斷續(xù)連接、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)及保管傳輸三大特性，這也很好適應(yīng)了空間DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸特性。
【專利說明】面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深空通信仿真領(lǐng)域，涉及一種面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]深空通信是深空探測任務(wù)順利實(shí)施的重要保障，其面臨著與傳統(tǒng)地面無線通信截然不同的通信難題，例如:傳輸距離遠(yuǎn)，路徑損耗大，傳播時(shí)延長，鏈路易頻繁中斷等。
[0003]由于深空探測實(shí)驗(yàn)不易進(jìn)行搭載測試，一個(gè)優(yōu)良的仿真平臺(tái)能夠，準(zhǔn)確模擬深空環(huán)境下的通信鏈路，分析并測試相關(guān)的技術(shù)和理論，是深空通信研究開展的必要保障。
[0004]當(dāng)前較流行以下四款網(wǎng)絡(luò)仿真器:
I) NS2:NS2 (Network Simulator version 2)網(wǎng)絡(luò)仿真器是一種面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)仿真器。NS2軟件配有仿真過程動(dòng)態(tài)觀察器，可以在仿真運(yùn)行結(jié)束后，動(dòng)態(tài)察看仿真的運(yùn)行過程，觀察跟蹤的數(shù)據(jù)。NS2功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)，執(zhí)行效率高，已廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、無線移動(dòng)網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的仿真。
[0005]2) 0MNeT++:0MNeT++是一種離散事件仿真器，具備可嵌入式仿真內(nèi)核和強(qiáng)大圖形界面接口，可運(yùn)行于多個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)，具備編程，調(diào)試和跟蹤支持等功能并支持分布式并行仿真。
[0006]3) DTNsim =DTNsim是用Java語言編寫的離散事件模擬器，用來模擬DTN(Distributed Transient Network,分布的瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò))中傳輸中斷或失敗時(shí)的消息存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。DTNsim還支持消息的分片傳送。如果一個(gè)消息傳送過程中碰到連接關(guān)閉，而已經(jīng)有消息分片成功被節(jié)點(diǎn)接收，那么該節(jié)點(diǎn)將會(huì)等待剩余的消息分片的到來。
[0007]4) ONE =ONE適用于DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的路由協(xié)議和應(yīng)用研究分析的模擬器，具有離散事件驅(qū)動(dòng)、面向?qū)ο蠛湍M真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點(diǎn)。ONE將移動(dòng)模型、DTN路由和可視化的圖形界面整合為一體，非常容易進(jìn)行擴(kuò)展，并可以提供大量的分析模型和結(jié)果報(bào)告。
[0008]雖然這四款仿真軟件有著非常優(yōu)秀的仿真性能，但是在仿真深空探測的數(shù)據(jù)通信方案時(shí)，存在著無法逾越的缺點(diǎn):
I) NS2缺少對(duì)DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境很好的支持。同時(shí)，NS2進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)仿真時(shí)，不能夠傳輸實(shí)際數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致無法進(jìn)行真實(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0009]2) OMNET++需要用戶自己實(shí)現(xiàn)特定功能。同時(shí)，在NS2實(shí)驗(yàn)仿真大規(guī)模節(jié)點(diǎn)時(shí)，不能夠傳輸真實(shí)數(shù)據(jù)，只能傳輸數(shù)據(jù)信息。
[0010]3) DTNsim是專門為DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)的模擬器。但是，它只是單純地關(guān)注于路由的仿真。同時(shí)，在多節(jié)點(diǎn)仿真時(shí)，不能進(jìn)行真實(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0011]4) ONE網(wǎng)絡(luò)模擬器只實(shí)現(xiàn)了 DTN協(xié)議的BP部分，在進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)仿真時(shí)，只是傳送虛擬數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)信息的信息)，既不能實(shí)現(xiàn)真實(shí)數(shù)據(jù)傳送也不能體現(xiàn)數(shù)據(jù)流向。
[0012]綜上所述，NS2和OMNET++網(wǎng)絡(luò)仿真器缺乏對(duì)DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好支持，需用戶進(jìn)行特定的開發(fā)。而DTNsim和ONE網(wǎng)絡(luò)仿真器雖然是專門為DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)的模擬器，但是都有各自的缺陷。而且在多節(jié)點(diǎn)仿真時(shí)，其都只能模擬虛擬數(shù)據(jù)傳輸，不能進(jìn)行真實(shí)數(shù)據(jù)傳送，不能滿足深空協(xié)議仿真的要求，無法實(shí)現(xiàn)深空協(xié)議仿真。
[0013]例如，中國專利文獻(xiàn)1(CN102821159 A)記載了一種面向深空通信的分布式仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括功能仿真組件，仿真環(huán)境產(chǎn)生及更新組件、仿真性能分析與記錄組件，其中，功能仿真組件包括探測星聯(lián)邦成員、中繼星聯(lián)邦成員、速率控制聯(lián)邦成員、地面站聯(lián)邦成員，仿真環(huán)境產(chǎn)生及更新組件包括深空環(huán)境聯(lián)邦成員，仿真性能分析與記錄組件包括數(shù)據(jù)采集聯(lián)邦成員。雖然，文獻(xiàn)I提到了中繼星聯(lián)邦成員可以有多個(gè)，但是，文獻(xiàn)I并未給出多個(gè)中繼星聯(lián)邦成員如何實(shí)現(xiàn)基于多個(gè)中級(jí)衛(wèi)星的多跳通信仿真。
[0014]深空通信由于超遠(yuǎn)距離通信造成的路徑損耗非常巨大，傳輸時(shí)延長。在現(xiàn)有技術(shù)條件下無中繼端到端鏈路傳輸無法滿足要求，當(dāng)前的空間DTN網(wǎng)絡(luò)具有:多中繼、長時(shí)延、頻繁中斷、文件保管傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，通過利用多中繼節(jié)點(diǎn)、分段協(xié)作完成數(shù)據(jù)傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)，能仿真演示多中繼節(jié)點(diǎn)分段協(xié)作數(shù)據(jù)傳輸、模擬鏈路頻繁中斷、實(shí)現(xiàn)文件傳輸協(xié)議的平臺(tái)，從而能在地面演示深空文件多中繼傳輸，為深空多節(jié)點(diǎn)傳輸通信方案提供技術(shù)支持。
[0016]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)，包括:深空探測聯(lián)邦成員、中繼星聯(lián)邦成員1、中繼星聯(lián)邦成員I1、地面站聯(lián)邦成員、深空環(huán)境聯(lián)邦成員和采集調(diào)度聯(lián)邦成員；其中，深空探測聯(lián)邦成員，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，并按照需要仿真的協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后發(fā)送出去至中繼星聯(lián)邦成員；
中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程中的數(shù)據(jù)中繼傳輸；地面站聯(lián)邦成員，作為探測數(shù)據(jù)的接收端，用于接收中繼星聯(lián)邦成員發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的恢復(fù)處理；
深空環(huán)境聯(lián)邦成員，用于生成深空環(huán)境數(shù)據(jù)并通過廣播的方式，實(shí)時(shí)對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)中的各個(gè)聯(lián)邦成員中的所述深空環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行更新；
數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真過程中的數(shù)據(jù)參量的記錄存儲(chǔ)和多中繼節(jié)點(diǎn)傳輸路由選擇。
[0017]在數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員的調(diào)度下，通過中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II交替實(shí)現(xiàn)每一跳中不同的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。
[0018]進(jìn)一步地，所述在數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員的調(diào)度下，通過中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II交替實(shí)現(xiàn)每一跳中不同的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具體為:數(shù)據(jù)采集調(diào)度成員依據(jù)確定的場景信息，將其廣播給各個(gè)數(shù)據(jù)模塊；中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II收到場景信息后，進(jìn)行相應(yīng)場景的匹配；采集調(diào)度聯(lián)邦成員通過采集仿真場景各個(gè)節(jié)點(diǎn)間鏈路信息并據(jù)此確定傳輸路由，從而確定各跳多個(gè)節(jié)點(diǎn)上所選擇的節(jié)點(diǎn)，再通知給中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II。
[0019]進(jìn)一步地，所述仿真過程中的數(shù)據(jù)參量包括節(jié)點(diǎn)間鏈路信息、數(shù)據(jù)當(dāng)前傳輸進(jìn)度和路由選擇。[0020]進(jìn)一步地，所述深空環(huán)境聯(lián)邦成員通過衛(wèi)星工具包軟件STK產(chǎn)生深空環(huán)境數(shù)據(jù)。
[0021]進(jìn)一步地，所述面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)采用C++代碼實(shí)現(xiàn)。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)I)采用了基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)規(guī)范的結(jié)構(gòu)，具有可重用性和互操作；2)能夠?qū)崿F(xiàn)多協(xié)議間，不同仿真系統(tǒng)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)通信，解決了不同協(xié)議間的數(shù)據(jù)無法識(shí)別、各仿真系統(tǒng)接口不規(guī)范的問題；3)不同一般仿真系統(tǒng)模擬虛擬數(shù)據(jù)傳輸，本發(fā)明的仿真系統(tǒng)對(duì)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)拆分打包，實(shí)時(shí)真實(shí)傳送每個(gè)數(shù)據(jù)包，傳輸效果明顯，性能分析強(qiáng)；4)不同于傳統(tǒng)的給出某幾項(xiàng)參數(shù)的值，本發(fā)明的仿真系統(tǒng)通過外接軟件仿真真實(shí)傳輸場景提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)通信環(huán)境數(shù)據(jù)。例如，通信實(shí)時(shí)的距離、實(shí)時(shí)鏈路狀態(tài)、實(shí)時(shí)信號(hào)的損耗等，避免了傳統(tǒng)取定值方法帶來的不可忽略的差錯(cuò)；5)本發(fā)明的仿真系統(tǒng)通過兩個(gè)中繼聯(lián)邦模擬多個(gè)中繼，演示面向深空DTN網(wǎng)絡(luò)的多節(jié)點(diǎn)分段數(shù)據(jù)傳輸。通過多跳(每跳多中繼)分段傳輸，提高在深空中長距離、長時(shí)延環(huán)境下的傳輸效率。6)本發(fā)明的仿真系統(tǒng)采集調(diào)度模塊作為仿真平臺(tái)的控制中心，一方面，采集當(dāng)前仿真平臺(tái)運(yùn)行的實(shí)時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)(比如當(dāng)前數(shù)據(jù)傳送的百分比，各數(shù)據(jù)傳送器間的鏈路信息等)，實(shí)時(shí)顯示出來；另一方面，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，做出相關(guān)決策(比如控制數(shù)據(jù)傳輸情況)，使整個(gè)平臺(tái)有效真實(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；7)本發(fā)明的仿真系統(tǒng)具備斷續(xù)連接、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)及保管傳輸三大特性，這也很好適應(yīng)了空間DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明的兩個(gè)中繼模塊模擬多中繼的實(shí)現(xiàn)過程；
圖3是延遲型CFDP協(xié)議傳輸模型示意圖；
圖4是本發(fā)明的深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)工作流程圖；
圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集調(diào)度模塊工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0025]仿真深空DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸一個(gè)難點(diǎn)在于實(shí)時(shí)提供仿真鏈路數(shù)據(jù)。本發(fā)明的仿真系統(tǒng)引入外接深空?qǐng)鼍澳M軟件衛(wèi)星工具包(STK)，配置需仿真的深空?qǐng)鼍?，自?dòng)實(shí)時(shí)產(chǎn)生各節(jié)點(diǎn)間的鏈路信息及運(yùn)動(dòng)軌道變化等信息，為仿真提供真實(shí)鏈路信息。
[0026]基于HLA的分布式仿真平臺(tái)，本發(fā)明的仿真系統(tǒng)多節(jié)點(diǎn)模擬通信過程、實(shí)時(shí)指標(biāo)提取和動(dòng)態(tài)顯示。如附圖1所示，本發(fā)明的仿真系統(tǒng)由五個(gè)聯(lián)邦成員構(gòu)成，分別是:深空探測聯(lián)邦成員、中繼星聯(lián)邦成員(2)、地面站聯(lián)邦成員、深空環(huán)境聯(lián)邦成員和采集調(diào)度聯(lián)邦成員。其中，通過兩個(gè)中繼聯(lián)邦成員(1、II)交替模擬不同跳的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳輸。
[0027]本發(fā)明的仿真系統(tǒng)的各個(gè)聯(lián)邦成員如下:
深空探測聯(lián)邦成員:實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，并按照需要仿真的協(xié)議或者編碼方案對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后發(fā)送出去，后向目標(biāo)是中繼星聯(lián)邦成員(η)。在整個(gè)仿真系統(tǒng)中的作用是:1.探測數(shù)據(jù)的收集；2.按照具體的協(xié)議或者編碼方案對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；3.數(shù)據(jù)流發(fā)送端，后向接點(diǎn)是中繼星聯(lián)邦成員。[0028]中繼星聯(lián)邦成員(1、II):在通信過程中的傳輸中繼，中繼星聯(lián)邦成員的作用是:
1.實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大轉(zhuǎn)發(fā)作用；2.體現(xiàn)各中繼星的性能，狀態(tài)；3.數(shù)據(jù)流中間環(huán)節(jié)，最終前向節(jié)點(diǎn)是探測星聯(lián)邦成員，最終后向節(jié)點(diǎn)是地面站聯(lián)邦成員(多級(jí))。
[0029]地面站聯(lián)邦成員:是整個(gè)仿真系統(tǒng)中探測數(shù)據(jù)接收端，實(shí)現(xiàn)探測數(shù)據(jù)的恢復(fù)處理工作。地面站聯(lián)邦成員的作用是:1.接收系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流并依照相應(yīng)的編碼或者協(xié)議恢復(fù)探測數(shù)據(jù)；2.系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)，其前向節(jié)點(diǎn)是中繼星聯(lián)邦成員。
[0030]深空環(huán)境聯(lián)邦成員:在整個(gè)仿真系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它保證了，整個(gè)仿真過程是在真實(shí)的深空環(huán)境中進(jìn)行的，此聯(lián)邦成員為輔助性成員，并不直接參與仿真系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的傳遞。深空環(huán)境聯(lián)邦成員生成這些深空環(huán)境數(shù)據(jù)后，實(shí)時(shí)將這些數(shù)據(jù)在整個(gè)仿真網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行更新。深空環(huán)境聯(lián)邦成員的作用是:實(shí)時(shí)產(chǎn)生深空環(huán)境數(shù)據(jù)并通過廣播的方式，使系統(tǒng)中的各個(gè)聯(lián)邦成員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。
[0031]數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員:實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真過程數(shù)據(jù)參量的記錄存儲(chǔ)和多節(jié)點(diǎn)傳輸路由選擇，此聯(lián)邦成員為系統(tǒng)仿真的控制成員，不直接參與仿真數(shù)據(jù)流的流動(dòng)。例如節(jié)點(diǎn)間鏈路信息、數(shù)據(jù)當(dāng)前傳輸進(jìn)度和路由選擇。數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員的作用是:1.實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)的提取和存儲(chǔ)；2.對(duì)仿真的編碼方案或者協(xié)議方案在仿真中的性能給與初步的判斷。
[0032]下面著重介紹仿真多中繼節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，主要包括以下三個(gè)方面:
(I)兩個(gè)中繼模塊的實(shí)現(xiàn)
為了體現(xiàn)真實(shí)數(shù)據(jù)流動(dòng)，易于仿真演示平臺(tái)后續(xù)開發(fā)(比如增加硬件信道模塊)，各中繼節(jié)點(diǎn)應(yīng)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)(如一臺(tái)電腦實(shí)現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn))，這樣遇到難點(diǎn):仿真多中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要耗費(fèi)大量硬件資源。本發(fā)明提出利用兩個(gè)中繼模塊模擬實(shí)現(xiàn)多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，完成仿真。兩個(gè)中繼模塊本質(zhì)上相同，只是由于模擬多節(jié)點(diǎn)時(shí)擔(dān)任不同的角色而已。就單個(gè)中繼而言應(yīng)具有:存貯轉(zhuǎn)發(fā)功能，而且依據(jù)鏈路的特性實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率；具有模擬多節(jié)點(diǎn)的功能。
[0033]附圖2是兩個(gè)中繼模塊模擬多中繼實(shí)現(xiàn)過程。仿真場景為火星發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過火星中繼衛(wèi)星(2個(gè)，A和B) —月球中繼衛(wèi)星(C) 一地球中繼衛(wèi)星(D)的存貯轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)地球基站?？傔^程分為四段傳輸，假定紅色鏈路為確定路由選擇(即火星一A— C一D—地球)。
[0034]利用兩個(gè)中繼模塊(I和II)模擬整個(gè)中繼網(wǎng)(A、B、C和D)，完成多中繼節(jié)點(diǎn)分段協(xié)作傳輸。具體實(shí)現(xiàn)過程:深空通信場景運(yùn)行，探測星(火星探測車)發(fā)送數(shù)據(jù)到火星中繼衛(wèi)星A，此時(shí)用中繼模塊I模擬A接收數(shù)據(jù)；存貯轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳月球中繼衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)C，此時(shí)用中繼模塊II模擬C接收數(shù)據(jù)，存貯轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳地球中繼衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)D ;此時(shí)，中繼模塊I身兼兩職，在模擬A的同時(shí)模擬地球中繼衛(wèi)星D，接收從上一節(jié)點(diǎn)C發(fā)來的數(shù)據(jù)，存貯轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳地球基站，最終地球基站接收數(shù)據(jù)完成整個(gè)深空通信仿真。上述方案的優(yōu)勢在于:與直接實(shí)現(xiàn)多中繼相比，節(jié)約硬件資源；與用單個(gè)中繼模塊模擬相比，體現(xiàn)真實(shí)數(shù)據(jù)流動(dòng)，易于后續(xù)擴(kuò)展。
[0035](2)深空環(huán)境模塊的實(shí)現(xiàn)
深空環(huán)境模塊基于收到的拓?fù)鋱D信息，配置相應(yīng)的深空真實(shí)傳輸場景。通過模擬深空真實(shí)場景來為平臺(tái)實(shí)時(shí)提供深空鏈路信息，主要包括網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)物體間的鏈路實(shí)時(shí)連通情況(鏈路通斷)、鏈路質(zhì)量(誤碼率)和鏈路距離等。
[0036]利用STK來模擬整個(gè)從火星探測車經(jīng)過中繼網(wǎng)絡(luò)，最后到達(dá)地球基站的鏈路級(jí)仿真的各個(gè)星體和其衛(wèi)星等。此深空環(huán)境場景包括:
星體，有火星和地球，分別用于承載火星探測車和地球基站；
衛(wèi)星，由一定量的火星中繼衛(wèi)星、月球中繼衛(wèi)星和地球中繼衛(wèi)星，組成了中繼網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯轉(zhuǎn)發(fā)；
火星探測車和地球基站，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和最后接收。
[0037]以上基本就涵蓋了所需要仿真的深空環(huán)境場景，其中星體、火星探測車和地球基站是固定的，對(duì)于每個(gè)場景來說都是一樣的。由于中繼衛(wèi)星的種類和數(shù)量的不同而造就了最后深空環(huán)境DTN網(wǎng)絡(luò)場景的不同，從而也造就了仿真平臺(tái)可以仿真任意(基于真實(shí)情況，應(yīng)該在一定范圍內(nèi))中繼場景的深空環(huán)境，增強(qiáng)了仿真平臺(tái)的可擴(kuò)展性。
[0038](3)采集調(diào)度模塊的實(shí)現(xiàn)
多中繼多跳分段傳輸?shù)挠行蜻M(jìn)行離不開合理的調(diào)度?；趯?duì)實(shí)時(shí)采集當(dāng)前傳輸鏈路信息和傳輸進(jìn)度分析，確定數(shù)據(jù)傳輸路由，保障多節(jié)點(diǎn)中繼傳輸有效可靠完成。本發(fā)明的仿真系統(tǒng)提供路由選擇接口，可供自由實(shí)現(xiàn)特定路由算法。
[0039]采集調(diào)度模塊作為本發(fā)明的仿真系統(tǒng)的核心，具有中心主導(dǎo)地位。一方面，負(fù)責(zé)采集當(dāng)前仿真平臺(tái)運(yùn)行的實(shí)時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)(比如當(dāng)前數(shù)據(jù)傳送的百分比，各數(shù)據(jù)傳送器間的鏈路信息等)，實(shí)時(shí)顯示出來；另一方面，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，做出相關(guān)決策(比如控制數(shù)據(jù)傳輸情況)，使整個(gè)平臺(tái)有效真實(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
[0040]采集調(diào)度模塊主要通過以下四個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)的:
a.根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自動(dòng)建立相應(yīng)真實(shí)場景，仿真深空通信環(huán)境，實(shí)時(shí)提供鏈路信息。
[0041]b.調(diào)度模塊根據(jù)采集的鏈路信息和數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，實(shí)時(shí)更新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和各物體間位置關(guān)系。
[0042]c.依據(jù)當(dāng)前拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖實(shí)時(shí)確定傳輸路由，完成調(diào)度傳輸。由于中繼節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)即收即發(fā)(收到數(shù)據(jù)后即刻存貯轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳中繼節(jié)點(diǎn))，所以選擇路由在一開始就已經(jīng)確定了，本平臺(tái)采取的路由選擇策略是:首先，選擇下一跳節(jié)點(diǎn)有鏈路的作為傳輸節(jié)點(diǎn)，但是，當(dāng)下一跳有鏈路的節(jié)點(diǎn)有多個(gè)時(shí)，選擇距離最近的作為傳輸節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然，復(fù)雜的路由算法也可以在本發(fā)明的仿真系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
[0043]d.采集當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)度及傳輸速率，實(shí)時(shí)顯示。
[0044]在數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員的調(diào)度下，通過中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II交替實(shí)現(xiàn)每一跳中不同的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具體為:數(shù)據(jù)采集調(diào)度成員依據(jù)確定的場景信息(主要是中繼網(wǎng)的場景信息，如“3-2-4; ”)，將其廣播給各個(gè)數(shù)據(jù)模塊。中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II收到場景信息后，進(jìn)行相應(yīng)場景的匹配:中繼星聯(lián)邦成員I模擬對(duì)應(yīng)的位于奇數(shù)位置的中繼節(jié)點(diǎn)，如“3”和“4”;對(duì)應(yīng)的，中繼星聯(lián)邦成員II模擬對(duì)應(yīng)的位于偶數(shù)位置的中繼節(jié)點(diǎn)，如“2”，從而從整體上確定中繼星聯(lián)邦成員I和II模擬多跳中繼中的屬性。進(jìn)而，采集調(diào)度聯(lián)邦成員通過采集仿真場景各個(gè)節(jié)點(diǎn)間鏈路信息(鏈路通斷和距離等)，依據(jù)此確定傳輸路由(傳輸路由算法的選擇可以自主定義，這里選擇的簡單的I對(duì)I的分段傳輸，首先選擇從下一跳中鏈路連通的節(jié)點(diǎn)中選擇；如果鏈路連通的節(jié)點(diǎn)有多個(gè)，則選擇距離最近的那個(gè)節(jié)點(diǎn))，從而確定各跳多個(gè)節(jié)點(diǎn)上所選擇的節(jié)點(diǎn)，再通知給中繼I和II。這樣從部分上，中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II就確定了自己所實(shí)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)屬性的具體節(jié)點(diǎn)身份。從而在數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員的調(diào)度下，通過中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II交替實(shí)現(xiàn)每一跳中不同的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)模擬。
[0045]以仿真CFDP協(xié)議為例，簡單說明仿真過程:
CFDP協(xié)議是國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)(CCSDS)建議使用的靈活、高效的空間信道數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。CFDP是基于實(shí)際的文件存儲(chǔ)，協(xié)議可以用來在實(shí)體間傳輸數(shù)據(jù)塊。本發(fā)明的仿真系統(tǒng)采用延遲否定型CFDP協(xié)議，其傳輸機(jī)理如附圖3所示。
[0046]本發(fā)明的仿真系統(tǒng)的工作流程如附圖4所示。此流程圖是以CCSDS建議的文件傳輸協(xié)議(延遲型CFDP)為仿真任務(wù)而設(shè)計(jì)。
[0047]本發(fā)明的仿真系統(tǒng)使用C++、界面用MFC實(shí)現(xiàn)。仿真場景為:
【權(quán)利要求】
1.一種面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括:深空探測聯(lián)邦成員、中繼星聯(lián)邦成員1、中繼星聯(lián)邦成員I1、地面站聯(lián)邦成員、深空環(huán)境聯(lián)邦成員和采集調(diào)度聯(lián)邦成員；其中， 深空探測聯(lián)邦成員，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，并按照需要仿真的協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后發(fā)送出去至中繼星聯(lián)邦成員； 中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程中的數(shù)據(jù)中繼傳輸； 地面站聯(lián)邦成員，作為探測數(shù)據(jù)的接收端，用于接收中繼星聯(lián)邦成員發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的恢復(fù)處理； 深空環(huán)境聯(lián)邦成員，用于生成深空環(huán)境數(shù)據(jù)并通過廣播的方式，實(shí)時(shí)對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)中的各個(gè)聯(lián)邦成員中的所述深空環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行更新； 數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真過程中的數(shù)據(jù)參量的記錄存儲(chǔ)和多中繼節(jié)點(diǎn)傳輸路由選擇； 其中，在數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員的調(diào)度下，通過中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II交替實(shí)現(xiàn)每一跳中不同的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述在數(shù)據(jù)采集調(diào)度聯(lián)邦成員的調(diào)度下，通過中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II交替實(shí)現(xiàn)每一跳中不同的多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具體為:數(shù)據(jù)采集調(diào)度成員依據(jù)確定的場景信息，將其廣播給各個(gè)數(shù)據(jù)模塊；中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II收到場景信息后，進(jìn)行相應(yīng)場景的匹配；采集調(diào)度聯(lián)邦成員通過采集仿真場景各個(gè)節(jié)點(diǎn)間鏈路信息并據(jù)此確定傳輸路由，從而確定各跳多個(gè)節(jié)點(diǎn)上所選擇的節(jié)點(diǎn)，再通知給中繼星聯(lián)邦成員I和中繼星聯(lián)邦成員II。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述仿真過程中的數(shù)據(jù)參量包括節(jié)點(diǎn)間鏈路信息、數(shù)據(jù)當(dāng)前傳輸進(jìn)度和路由選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述深空環(huán)境聯(lián)邦成員通過衛(wèi)星工具包軟件STK產(chǎn)生深空環(huán)境數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述面向深空多中繼衛(wèi)星通信的分布式仿真系統(tǒng)采用C++代碼實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H04B17/40GK103647664SQ201310680254
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】楊志華, 張欽宇, 譚奇, 袁鵬, 宋昊陽 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院