一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法
【專利摘要】本發(fā)明一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，通過仿真場景配置，創(chuàng)建并完成衛(wèi)星移動通信的無線傳輸仿真和協(xié)議傳輸仿真，統(tǒng)計得到單條鏈路和系統(tǒng)全局的通信性能，完成對衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)設(shè)計和衛(wèi)星通信關(guān)鍵技術(shù)的評估。通過存儲模型數(shù)據(jù)創(chuàng)建所需的節(jié)點模型、信道模型和協(xié)議模型形成仿真模型，使得仿真過程具有優(yōu)良的可擴展性和重復(fù)性，并將繁雜的仿真基礎(chǔ)模型封裝，根據(jù)需要修改其數(shù)據(jù)和位置，使得仿真模型的建立更加簡明，提高其適應(yīng)的普遍性；通過依次進行的網(wǎng)絡(luò)、鏈路和協(xié)議進行仿真，實現(xiàn)仿真不同的衛(wèi)星協(xié)議、不同衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、不同衛(wèi)星系統(tǒng)配置、不同的衛(wèi)星通信相關(guān)技術(shù)，從而實現(xiàn)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計、衛(wèi)星通信技術(shù)的相關(guān)評估。
【專利說明】
一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星移動通信仿真領(lǐng)域，具體為一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，隨著衛(wèi)星技術(shù)的進步，衛(wèi)星移動通信在國防建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展以及社會生活等方面都發(fā)揮著越來越重要的作用。衛(wèi)星通信技術(shù)面臨著高時延、高衰落等有異與地面通信系統(tǒng)的通信難題，同時相比于地面系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)造價高昂、構(gòu)造復(fù)雜，并且不易改造。
[0003]與地面通信系統(tǒng)類似，衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展也離不開仿真測試平臺的支撐，系統(tǒng)級的仿真驗證可以快速的、低成本的評估系統(tǒng)方案和算法的性能，定量分析星上有效載荷算法和架構(gòu)改進對全系統(tǒng)性能的影響，從而降低風(fēng)險，避免在設(shè)計層面就埋下問題和風(fēng)險，符合有效載荷設(shè)計和發(fā)展的未來趨勢。同時，通過仿真軟件直觀的演示星地鏈路的傳輸性能、業(yè)務(wù)提供能力等，從而更形象直觀的展示技術(shù)方案的先進性。
[0004]當(dāng)前較流行以下四款網(wǎng)絡(luò)仿真器如下:
[0005]1.NS2:NS2(Network Simulator vers1n 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態(tài)觀察器，可以在仿真運行結(jié)束后，動態(tài)察看仿真的運行過程，觀察跟蹤的數(shù)據(jù)。NS2功能強大，可擴展性強，執(zhí)行效率高，已廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、無線移動網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的仿真。
[0006]2.0MNeT++: OMNeT++是一種離散事件仿真器，具備可嵌入式仿真內(nèi)核和強大圖形界面接口，可運行于多個操作系統(tǒng)平臺，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。
[0007]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的消息存儲轉(zhuǎn)發(fā)。DTNsim還支持消息的分片傳送。如果一個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)點接收，那么該節(jié)點將會等待剩余的消息分片的到來。
[0008]4.0NE: 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、面向?qū)ο蠛湍M真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點。ONE將移動模型、DTN路由和可視化的圖形界面整合為一體，非常容易進行擴展，并可以提供大量的分析模型和結(jié)果報告。
[0009]雖然這四款仿真軟件有著非常優(yōu)秀的仿真性能，但是在仿真衛(wèi)星移動通信方案時，存在著無法逾越的缺點:NS2缺少對DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境很好的支持。同時，NS2進行多節(jié)點仿真時，不能夠傳輸實際數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致無法進行真實數(shù)據(jù)的傳輸。OMNET++需要用戶自己實現(xiàn)特定功能。DTNsim是專門為DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計的模擬器。但是，它只是單純地關(guān)注于路由的仿真。同時，在多節(jié)點仿真時，不能進行真實數(shù)據(jù)的傳輸。ONE網(wǎng)絡(luò)模擬器只實現(xiàn)了 DTN協(xié)議的BP部分，在進行多節(jié)點仿真時，只是傳送虛擬數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)信息的信息)，既不能實現(xiàn)真實數(shù)據(jù)傳送也不能體現(xiàn)數(shù)據(jù)流向。
[0010]綜上所述，NS2和OMNET++網(wǎng)絡(luò)仿真器缺乏對DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好支持，需用戶進行特定的開發(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)計的模擬器，但是都有各自的缺陷。而且在多節(jié)點仿真時，其都只能模擬虛擬數(shù)據(jù)傳輸，不能進行真實數(shù)據(jù)傳送，不能滿足衛(wèi)星移動通信仿真的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，通過仿真場景配置，創(chuàng)建并完成衛(wèi)星移動通信的無線傳輸仿真和協(xié)議傳輸仿真，統(tǒng)計得到單條鏈路和系統(tǒng)全局的通信性能，從而完成對衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)設(shè)計和衛(wèi)星通信關(guān)鍵技術(shù)的評估。
[0012]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0013]一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，包括如下步驟，
[0014]步驟I，模型創(chuàng)建的步驟，根據(jù)衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真的需求，完成衛(wèi)星移動通信仿真模型的創(chuàng)建;所述的衛(wèi)星移動通信仿真模型包括支持?jǐn)U展的仿真模型和不支持?jǐn)U展的仿真模型，支持?jǐn)U展的仿真模型包括衛(wèi)星移動通信節(jié)點仿真模型和衛(wèi)星通信信道仿真豐旲型;
[0015]步驟2，網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建的步驟，根據(jù)衛(wèi)星移動通信節(jié)點仿真模型，創(chuàng)建所需數(shù)量的衛(wèi)星移動通信節(jié)點，并修改衛(wèi)星移動通信節(jié)點的配置參數(shù);根據(jù)仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男枨笮薷男l(wèi)星移動通信節(jié)點在仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械奈恢?；由確定配置參數(shù)和位置的衛(wèi)星移動通信節(jié)點構(gòu)建得到對應(yīng)的仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?br>[0016]步驟3，網(wǎng)絡(luò)仿真的步驟，對仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M行業(yè)務(wù)狀態(tài)更新和位置更新，得到若干個新的業(yè)務(wù)請求和切換請求;通過對業(yè)務(wù)請求和切換請求的無線資源管理得到衛(wèi)星移動通信鏈路，并以鏈路為單位存儲對應(yīng)鏈路所有節(jié)點的業(yè)務(wù)信息、位置信息和無線資源信息；
[0017]步驟4，鏈路仿真的步驟，對所有衛(wèi)星移動通信鏈路依次進行鏈路計算和鏈路級到系統(tǒng)級的映射，得到每個鏈路對應(yīng)的載噪比、物理層時延和物理層誤包率；以鏈路為單位存儲對應(yīng)鏈路的載噪比、物理層時延和物理層誤包率；
[0018]步驟5，協(xié)議仿真的步驟，根據(jù)每個鏈路對應(yīng)的物理層時延和物理層的誤包率對所有鏈路依次進行協(xié)議仿真，得到每個鏈路對應(yīng)的掉話率、網(wǎng)絡(luò)層丟包率、網(wǎng)絡(luò)層誤包率和網(wǎng)絡(luò)層時延；以鏈路為單位存儲對應(yīng)鏈路的網(wǎng)絡(luò)層丟包率、網(wǎng)絡(luò)層誤包率和網(wǎng)絡(luò)層時延；
[0019]步驟6，在設(shè)定的仿真時間內(nèi)以協(xié)議幀為步長循環(huán)執(zhí)行步驟3到5，完成對面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證。
[0020]優(yōu)選的，還包括將以鏈路為單位存儲的仿真信息儲存為圖形或文件形式，并顯示的步驟;所述的仿真信息包括對應(yīng)鏈路所有節(jié)點的業(yè)務(wù)信息、位置信息和無線資源信息，載噪比、物理層時延和物理層誤包率，以及網(wǎng)絡(luò)層丟包率、網(wǎng)絡(luò)層誤包率和網(wǎng)絡(luò)層時延。
[0021]優(yōu)選的，步驟I中創(chuàng)建仿真模型時，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，構(gòu)建包括衛(wèi)星通信節(jié)點模塊，衛(wèi)星通信信道模塊和衛(wèi)星通信協(xié)議模塊的衛(wèi)星移動通信仿真基礎(chǔ)模塊;對衛(wèi)星移動通信仿真基礎(chǔ)模塊進行模型特化存儲得到仿真模型庫數(shù)據(jù)，存儲在仿真模型庫模塊中，根據(jù)衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真的需求，選取對應(yīng)的仿真模型庫數(shù)據(jù)創(chuàng)建得到衛(wèi)星移動通信仿真模型。
[0022]優(yōu)選的，步驟3中，無線資源管理包括路由查找，呼叫準(zhǔn)入判決，無線資源分配和切換管理。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0024]本發(fā)明所述方法通過存儲模型數(shù)據(jù)創(chuàng)建所需的節(jié)點模型、信道模型和協(xié)議模型形成仿真模型，使得仿真過程具有優(yōu)良的可擴展性和重復(fù)性，并將繁雜的仿真基礎(chǔ)模型封裝，根據(jù)需要修改其數(shù)據(jù)和位置，使得仿真模型的建立更加簡明，提高其適應(yīng)的普遍性;通過依次進行的網(wǎng)絡(luò)、鏈路和協(xié)議進行仿真，實現(xiàn)仿真不同的衛(wèi)星協(xié)議、不同衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、不同衛(wèi)星系統(tǒng)配置、不同的衛(wèi)星通信相關(guān)技術(shù)，從而實現(xiàn)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計、衛(wèi)星通信技術(shù)的相關(guān)評估。
[0025]進一步的，通過將以鏈路為單位存儲的仿真信息儲存為圖形或文件形式，并顯示，更好的為用戶提供了接入和操作的入口，能夠便捷地管理仿真模型庫、配置仿真場景、控制仿真過程、跟蹤仿真參數(shù)跟蹤、展示仿真結(jié)果、展示仿真場景，使得仿真平臺具有良好的交互性。
[0026]進一步的，通過衛(wèi)星移動通信仿真基礎(chǔ)模塊模型特化存儲得到仿真模型庫數(shù)據(jù)，為自定義仿真模型提供操作支持，能夠更好的創(chuàng)建用戶所需的衛(wèi)星移動通信場景。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實例中所述方法具體實現(xiàn)時衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖2為本發(fā)明實例中所述方法具體實現(xiàn)時衛(wèi)星移動通信仿真平臺交互界面模塊示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明實例中所述方法的整體仿真流程。
[0030]圖4為本發(fā)明實例中所述方法具體實現(xiàn)時衛(wèi)星移動通信仿真平臺仿真模型庫構(gòu)成圖。
[0031]圖5本發(fā)明實例中所述方法具體實現(xiàn)時圖形形式的仿真信息示意圖。
[0032]圖6本發(fā)明實例中所述方法實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信端到端仿真流程圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0034]本發(fā)明一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，包括如下步驟，
[0035]第一步，根據(jù)衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證的需求，完成衛(wèi)星移動通信仿真模型的創(chuàng)建，支持?jǐn)U展的仿真模型包括衛(wèi)星移動通信節(jié)點仿真模型、衛(wèi)星通信信道仿真模型。其中衛(wèi)星通信節(jié)點模型包括衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器模型、天線模型、終端模型、地面站模型以及衛(wèi)星模型；衛(wèi)星通信信道仿真模型包括大尺度衰落模型和多徑衰落模型，大尺度衰落模塊包括云霧衰減模型、雨衰模型、大氣衰減模型、對流層衰減模型。
[0036]第二步，調(diào)用在第一步中創(chuàng)建好的仿真節(jié)點模型，創(chuàng)建所需的仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?通過調(diào)用在第一步中創(chuàng)建好的仿真信道模型，確定仿真系統(tǒng)的信道環(huán)境;并配置仿真參數(shù)，需要配置的仿真參數(shù)包括:仿真開始時間、仿真統(tǒng)計間隔、仿真時長;通過修改指定模塊的衛(wèi)星移動通信核心算法接口，自定義衛(wèi)星通信核心算法。通過上面四個方面，創(chuàng)建完整的衛(wèi)星移動通信仿真場景。
[0037]第三步，仿真進行分為四個步驟:仿真運行時，對已經(jīng)創(chuàng)建的仿真網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)更新，更新所有節(jié)點的位置、業(yè)務(wù)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)更新過程中終端節(jié)點和地面關(guān)口站節(jié)點會發(fā)起業(yè)務(wù)請求;隨后分析業(yè)務(wù)請求，進行路由、呼叫準(zhǔn)入，如果呼叫準(zhǔn)入允許，則進行資源分配、切換判斷及處理、創(chuàng)建通信鏈路，如果呼叫準(zhǔn)入被拒絕，則提示用戶，并顯示相關(guān)原因；通信鏈路創(chuàng)建后，鏈路計算及映射模塊提取所需的通信節(jié)點參數(shù)、信道參數(shù)，進行鏈路傳輸過程的計算，獲取當(dāng)前鏈路的載噪比，然后使用映射模型將載噪比映射成為物理層包的誤包率;映射完成后，協(xié)議仿真模塊利用物理層包的誤包率和生成隨機數(shù)的方式，判決此次物理層包傳輸是否正確，并以此向MAC層、RLC層、PDCP層映射，得到此次鏈路傳輸?shù)男阅芙y(tǒng)計。仿真過程在業(yè)務(wù)結(jié)束或者仿真終止之前，依照上述流程不斷進行業(yè)務(wù)更新，路由、呼叫準(zhǔn)入、資源分配、切換管理，然后進行鏈路計算及映射，最后進行協(xié)議傳輸仿真及統(tǒng)計。仿真暫停是仿真在本次仿真結(jié)束后暫停仿真，仿真終止時，仿真在本次仿真結(jié)束后終止，并清除整個仿真系統(tǒng)。
[0038]在仿真場景配置和仿真運行過程中，用戶在任意時刻都能查看仿真場景的構(gòu)成，并查看當(dāng)前時刻的鏈路參數(shù)和節(jié)點參數(shù)。鏈路參數(shù)包括各條鏈路的鏈路編號、發(fā)起節(jié)點、接收節(jié)點、中集節(jié)點、業(yè)務(wù)類型、剩余時長，節(jié)點參數(shù)包括各節(jié)點的編號、節(jié)點類型、位置信息、業(yè)務(wù)信息、所采用的天線模型。
[0039]在仿真運行過程中與仿真結(jié)束后，支持用戶以曲線圖或者柱狀圖的形式查看指定鏈路或者全局的仿真統(tǒng)計信息，同時支持用戶通過緩存文件的形式查看仿真結(jié)果。
[0040]其中，通過仿真交互界面完成仿真模型的創(chuàng)建、衛(wèi)星移動通信拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)和信道環(huán)境的創(chuàng)建，通過修改指定接口的方式定義衛(wèi)星移動通信技術(shù)核心算法。能夠進行自定義的衛(wèi)星通信核心算法接口包括:路由算法接口、呼叫準(zhǔn)入算法接口、資源分配算法接口、切換算法接口、鏈路自適應(yīng)算法接口、自適應(yīng)編碼算法接口、速率匹配算法接口。仿真結(jié)果按照類型不同分為無線傳輸統(tǒng)計結(jié)果、協(xié)議傳輸統(tǒng)計結(jié)果。其中無線傳輸統(tǒng)計結(jié)果包括:鏈路的總載噪比、鏈路總時延、鏈路各節(jié)點之間的載噪比、鏈路各節(jié)點之間的時延、干擾大小、多徑衰減大下；協(xié)議傳輸統(tǒng)計結(jié)果包括:網(wǎng)絡(luò)層吞吐量、MAC層吞吐量、包到達時刻、到達包大小、包傳輸時延、誤包率、掉話率。
[0041 ]本發(fā)明通過衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證系統(tǒng)級實現(xiàn)，包含仿真基礎(chǔ)模塊、仿真模型庫模塊、仿真功能實現(xiàn)模塊、網(wǎng)絡(luò)集合管理模塊及仿真交互界面模塊構(gòu)成的五層架構(gòu)。具體的仿真過程包括衛(wèi)星移動通信仿真模型創(chuàng)建、衛(wèi)星移動通信仿真場景創(chuàng)建、衛(wèi)星移動通信仿真運行、仿真平臺場景展示及參數(shù)跟蹤、仿真統(tǒng)計結(jié)果查看五個部分，其系統(tǒng)采用了五層實現(xiàn)架構(gòu)與面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，具有優(yōu)良的可擴展性和便捷的可操作性，具體實現(xiàn)方案如下。
[0042]采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，構(gòu)建衛(wèi)星移動通信仿真基礎(chǔ)模塊。衛(wèi)星移動通信仿真基礎(chǔ)模塊分為三大類:衛(wèi)星通信節(jié)點模塊，包括衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器模塊、天線模塊、終端模塊、地面站模塊以及衛(wèi)星模;衛(wèi)星通信信道模塊，包括大尺度衰落模塊和多徑衰落模塊，大尺度衰落模塊包括云霧衰減模塊、雨衰模塊、大氣衰減模塊、對流層衰減模塊和多徑模塊;衛(wèi)星通信協(xié)議模塊，包含rocp層、RLC層、MAC層、PHY層協(xié)議模塊及對應(yīng)的協(xié)議包模塊。
[0043]在仿真基礎(chǔ)模塊的基礎(chǔ)上，構(gòu)建仿真模型庫。模型庫將各類型的基礎(chǔ)模塊進行特化存儲，并建立對應(yīng)的訪問、增刪、編輯、離線存儲接口，用戶通過上述接口實現(xiàn)對仿真模型庫的訪問與管理。仿真模型庫支持?jǐn)U展的衛(wèi)星通信節(jié)點模型包括衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器模型、天線模型、終端模型、地面站模型以及衛(wèi)星模型；仿真模型庫支持?jǐn)U展的衛(wèi)星通信信道仿真模型包括大尺度衰落模型和多徑衰落模型，大尺度衰落模塊包括云霧衰減模型、雨衰模型、大氣衰減模型、對流層衰減模型。
[0044]在仿真模型庫的基礎(chǔ)上構(gòu)建三個仿真功能模塊，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K、鏈路計算及映射模塊和協(xié)議仿真模塊，模塊化地實現(xiàn)仿真過程。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K負(fù)責(zé)實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和信道模型的管理，確定衛(wèi)星模塊、關(guān)口站模塊和終端模塊的數(shù)量、類型、位置及業(yè)務(wù)狀態(tài)，并確定當(dāng)前仿真場景下所使用的信道模型;鏈路計算及映射模塊通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K所提供的接口，獲取鏈路計算所需要的鏈路信息，完成鏈路計算返回載噪比，并完成鏈路級到系統(tǒng)級的映射，通過載噪比確定這一仿真時刻物理層的誤包率;協(xié)議仿真模塊負(fù)責(zé)仿真衛(wèi)星移動通信協(xié)議的功能，將鏈路計算及映射得到的物理層誤包率，向協(xié)議上層映射，最終統(tǒng)計出各層協(xié)議的協(xié)議傳輸性能參數(shù)并存儲，同時仿真協(xié)議傳輸相關(guān)的衛(wèi)星通信核心技術(shù)，包括鏈路自適應(yīng)算法、自適應(yīng)編碼算法、速率匹配算法。
[0045]網(wǎng)絡(luò)集合管理模塊將三個仿真功能實現(xiàn)模塊通過組合的方式結(jié)合起來，實現(xiàn)仿真全過程，并實現(xiàn)對仿真結(jié)果的收集、分析與處理，衛(wèi)星移動通信路由算法、呼叫準(zhǔn)入算法、資源分配算法、切換管理算法也在這個模塊中通過接口的方式實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)集合管理模塊實現(xiàn)對三個核心模塊及仿真模型庫模塊接口的重新封裝，為仿真交互模塊提供仿真和控制其他模塊的接口。
[0046]仿真交互模塊調(diào)用網(wǎng)絡(luò)集合管理的相關(guān)接口，實現(xiàn)仿真模型庫展示與管理、控制仿真過程、配置仿真場景、跟蹤仿真參數(shù)、仿真性能展示、仿真場景展示六項功能。
[0047]其中，平臺優(yōu)選的能夠采用C++代碼實現(xiàn)，鏈路計算模塊依據(jù)國際電信聯(lián)盟協(xié)議編寫，仿真基礎(chǔ)模塊使用Qt編寫而成。
[0048]在上述的仿真平臺架構(gòu)下，本優(yōu)選實例中所述方法的仿真流程如下。
[0049](I)仿真模型創(chuàng)建:用戶判斷是否需要創(chuàng)建新的仿真模型，如果需要則利用交互界面的模型庫管理功能，進行仿真模型的擴展;如果不需要，則直接進行仿真場景配置。
[0050](2)仿真場景創(chuàng)建:用戶使用交互界面的仿真場景配置功能設(shè)置仿真參數(shù)、配置仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、設(shè)置信道模型和協(xié)議參數(shù)。并根據(jù)仿真場景，修改底層的路由算法、呼叫準(zhǔn)入算法、資源分配算法、切換管理算法對應(yīng)的接口，完成仿真場景的創(chuàng)建。
[0051 ] (3)仿真運行及控制:仿真場景建立以后，用戶通過仿真交互模塊控制仿真的開始、暫停與終止，仿真系統(tǒng)的運行由網(wǎng)絡(luò)集合管理模塊協(xié)調(diào)三個仿真功能實現(xiàn)模塊完成。仿真運行時，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K對已經(jīng)創(chuàng)建的仿真網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)更新，更新所有節(jié)點的位置、業(yè)務(wù)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)更新過程中終端節(jié)點和地面關(guān)口站節(jié)點會發(fā)起業(yè)務(wù)請求;隨后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K分析業(yè)務(wù)請求，進行路由、呼叫準(zhǔn)入，如果呼叫準(zhǔn)入允許，則進行資源分配、切換判斷及處理、創(chuàng)建通信鏈路，如果呼叫準(zhǔn)入被拒絕，則通過仿真界面提示用戶，并顯示相關(guān)原因；通信鏈路創(chuàng)建后，鏈路計算及映射模塊從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K中提取所需的通信節(jié)點參數(shù)、信道參數(shù)，進行鏈路傳輸過程的計算，獲取當(dāng)前鏈路的載噪比，然后使用映射模型將載噪比映射成為物理層包的誤包率；映射完成后，協(xié)議仿真模塊利用物理層包的誤包率和生成隨機數(shù)的方式，判決此次物理層包傳輸是否正確，并以此向MAC層、RLC層、PDCP層映射，得到此次鏈路傳輸?shù)男阅芙y(tǒng)計。仿真過程在業(yè)務(wù)結(jié)束或者仿真終止之前，依照上述流程不斷進行業(yè)務(wù)更新，路由、呼叫準(zhǔn)入、資源分配、切換管理，然后進行鏈路計算及映射，最后進行協(xié)議傳輸仿真及統(tǒng)計，仿真暫停是，仿真在本次仿真結(jié)束后暫停仿真，仿真終止時，仿真系統(tǒng)在本次仿真結(jié)束后終止仿真，并清除整個仿真系統(tǒng)。仿真統(tǒng)計結(jié)果按照類型不同分為無線傳輸統(tǒng)計結(jié)果、協(xié)議傳輸統(tǒng)計結(jié)果，其中無線傳輸統(tǒng)計結(jié)果包括:鏈路的總載噪比、鏈路總時延、鏈路各節(jié)點之間的載噪比、鏈路各節(jié)點之間的時延、干擾大小、多徑衰減大下;協(xié)議傳輸統(tǒng)計結(jié)果包括:網(wǎng)絡(luò)層吞吐量、MAC層吞吐量、包到達時刻、到達包大小、包傳輸時延、誤包率、掉話率。
[0052](4)仿真場景展示及參數(shù)跟蹤:在仿真場景配置和仿真運行過程中，用戶在任意時刻都能通過仿真交互界面的場景展示窗口查看仿真場景的構(gòu)成，并通仿真交互界面的參數(shù)跟蹤窗口查看當(dāng)前時刻的鏈路參數(shù)和節(jié)點參數(shù)。鏈路參數(shù)包括各條鏈路的鏈路編號、發(fā)起節(jié)點、接收節(jié)點、中集節(jié)點、業(yè)務(wù)類型、剩余時長，節(jié)點參數(shù)包括各節(jié)點的編號、節(jié)點類型、位置信息、業(yè)務(wù)信息、所采用的天線模型。
[0053](5)在仿真運行過程中與仿真結(jié)束后，支持用戶通過仿真界面以曲線圖或者柱狀圖的形式查看指定鏈路或者全局的仿真統(tǒng)計信息，同時支持用戶通過緩存文件的形式查看仿真結(jié)果。
[0054]本發(fā)明所述方法具體實現(xiàn)時，衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證系統(tǒng)的整體構(gòu)成如圖1所示，優(yōu)選的整個系統(tǒng)均采用C++實現(xiàn)。交互界面模塊如圖2所示，使用Qt實現(xiàn)。
[0055]本發(fā)明所述方法的仿真過程如圖3所示，用戶首先判斷是否創(chuàng)建新模型，如果需要則創(chuàng)建新的仿真模型;模型準(zhǔn)備完畢，用戶使用交互界面和修改底層模塊兩種方式，配置自己所需的仿真場景，并設(shè)置仿真參數(shù);隨后進行仿真，仿真過程的分為仿真網(wǎng)絡(luò)更新，包括路由、呼叫準(zhǔn)入、資源分配和切換管理的無線資源管理，鏈路傳輸仿真和仿真結(jié)果統(tǒng)計四步構(gòu)成;隨后系統(tǒng)判決是否業(yè)務(wù)結(jié)束或者仿真終止，如果仿真繼續(xù)則重復(fù)上面的過程。具體的鏈路傳輸仿真過程如圖6所示，單次仿真過程中，鏈路計算模塊從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K中獲取鏈路計算所需參數(shù)，計算得到載噪比、時延，利用載噪比進行鏈路級到系統(tǒng)級的映射，獲取到當(dāng)前鏈路的誤包率;隨后協(xié)議仿真模塊利用計算得到的誤包率，向上層映射，獲得MAC層、RLC層、PDCP層的誤包率、吞吐量等性能統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
[0056]采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，構(gòu)建衛(wèi)星移動通信的仿真基礎(chǔ)類。仿真基礎(chǔ)類分為三大類:衛(wèi)星通信節(jié)點類，包括衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器類、天線類、終端類、地面站類以及衛(wèi)星類;衛(wèi)星通信信道類，包括大尺度衰落類和多徑衰落類，其中大尺度衰落類包括云霧衰減類、雨衰類、大氣衰減類、對流層衰減類、多徑類等;衛(wèi)星通信協(xié)議類，包含rocp層、RLC層、MAC層、PHY層協(xié)議類及對應(yīng)的協(xié)議包類。
[0057]在上述仿真基礎(chǔ)類的基礎(chǔ)上構(gòu)建仿真模型庫類，如圖4所示仿真模型庫由模型存儲模塊及模型庫接口構(gòu)成。編寫仿真模型庫存儲模塊，為所要擴展的衛(wèi)星通信仿真模型創(chuàng)建存儲隊列，并編寫相應(yīng)的隊列搜索方法、模型訪問方法;隨后利用上述接口，為每個所要擴展的衛(wèi)星通信仿真模型編寫相應(yīng)的增添模型、刪除模型接口，并為每個所要擴展的衛(wèi)星通信仿真模型編寫對應(yīng)的離線存儲接口。離線存儲接口的作用是當(dāng)用戶創(chuàng)建仿真模型的時，在指定位置為仿真模型生成文件備份，當(dāng)模型被刪除是，也刪除對應(yīng)的文件備份。當(dāng)仿真模型庫系統(tǒng)重啟時，模型庫讀取文件備份，從而使得用戶自定義的仿真模型能夠離線不丟失。調(diào)用仿真模型庫所提供的仿真基礎(chǔ)類，通過組合的方式構(gòu)建三個仿真核心類，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾眍?、鏈路計算及映射類和協(xié)議仿真類。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾眍愗?fù)責(zé)實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和信道模型的管理，確定仿真場景中衛(wèi)星、關(guān)口站和終端的數(shù)量及位置，并確定當(dāng)前仿真場景下所使用的信道模型；鏈路計算及映射類通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾眍愃峁┑慕涌冢@取鏈路計算所需要的信息，完成鏈路計算返回載噪比、時延，并完成鏈路級到系統(tǒng)級的映射，通過載噪比確定這一仿真時刻物理層包的傳輸正誤;協(xié)議仿真類實現(xiàn)協(xié)議傳輸過程的仿真，并實現(xiàn)自適應(yīng)編碼、速率匹配等協(xié)議相關(guān)的衛(wèi)星移動通信核心技術(shù)接口，同時負(fù)責(zé)統(tǒng)計出相關(guān)協(xié)議傳輸性能參數(shù)并存儲。具體內(nèi)容如下所述:
[0058]a)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器模型通過以下參數(shù)的定義新模型:飽和通量密度;等效噪聲溫度;輸入/輸出回退;飽和輸出功率;工作模式(透明轉(zhuǎn)發(fā)，非透明轉(zhuǎn)發(fā))。
[0059]b)天線模型通過以下參數(shù)定義新模型:最大增益;方向圖，方向圖采用統(tǒng)一的饋源加方向圖的模式定義，以文件形式輸入;天線直徑;天線品質(zhì)因數(shù);極化角天線效率;天線輻射功率。
[0060]c)終端模型、地面站模型通過選取對應(yīng)的天線模型、設(shè)置品質(zhì)因數(shù)實現(xiàn)自定義。
[0061]d)衛(wèi)星模型通過選取對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)器模型和天線模型定義、設(shè)置品質(zhì)因數(shù)實現(xiàn)自定義。
[0062]e)無線傳輸模型，包括云霧衰減、雨衰、大氣衰減、對流層衰減、多徑模型等，多徑模型支持路徑數(shù)目可設(shè)，通過UI設(shè)置每徑的時延、衰減、分布等參數(shù)，多徑計算方法的修改需要通過修改代碼。其余模型的修改，同樣需要通過修改代碼的方式進行。
[0063]f)協(xié)議傳輸模型，包括PDCP層模型、RLC層模型、MAC層模型、PHY層模型、業(yè)務(wù)生成模型以及對于的數(shù)據(jù)包及協(xié)議包模型。
[0064]網(wǎng)絡(luò)集合管理類將三個核心類通過組合的方式結(jié)合起來，調(diào)用三個類的接口實現(xiàn)仿真全過程，并實現(xiàn)對仿真結(jié)果的存儲、分析與處理。在網(wǎng)絡(luò)集合管理類中，為路由算法、呼叫準(zhǔn)入算法、資源分配算法、切換管理算法編寫相應(yīng)的接口，后期用戶通過修改這些接口實現(xiàn)不同的核心技術(shù)算法。同時，網(wǎng)絡(luò)集合管理類實現(xiàn)對三個核心仿真類及仿真模型庫類接口的重新封裝。
[0065]交互界面模塊支持仿真控制、模型庫展示及管理、場景配置、參數(shù)跟蹤、性能展示、仿真場景展示六個功能。
[0066]通過仿真控制，實現(xiàn)對仿真過程的開始、暫停、結(jié)束以及輸出仿真報告的控制。
[0067]模型庫展示及管理，能夠分類展示不同的模型并進行刪除和增加，底層通過模型名稱刪除對應(yīng)模型及離線備份文件。將仿真界面的各項操作與對應(yīng)的底層接口對接起來，實現(xiàn)交互界面對底層模型庫的展示和管理。通過上述方式，可以便捷的實現(xiàn)模型擴展，并且實現(xiàn)離線備份，當(dāng)系統(tǒng)在此啟動時，用戶創(chuàng)建的模型不會丟失。
[0068]場景配置能夠?qū)崿F(xiàn)對仿真參數(shù)、傳輸環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖远x，從而定義出自己所需的仿真場景。
[0069]參數(shù)跟蹤能夠?qū)崟r展示系統(tǒng)運行過程中的基本信息，幫助用戶了解底層系統(tǒng)的運行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)的變化。根據(jù)參數(shù)的內(nèi)容劃分為鏈路相關(guān)參數(shù)和節(jié)點相關(guān)參數(shù)。能夠?qū)崟r顯示當(dāng)前系統(tǒng)中所有鏈路的基本情況和所有節(jié)點的信息。
[0070]性能展示實現(xiàn)對仿真結(jié)果的統(tǒng)計和展示，性能統(tǒng)計實現(xiàn)在底層依靠性能統(tǒng)計體系，上層的展示主要通過曲線的形式實現(xiàn)，如圖5所示。在仿真平臺的底層，系統(tǒng)依靠性能統(tǒng)計體系進行仿真結(jié)果的收集、處理和存儲，仿真平臺每運行一個仿真間隔，性能統(tǒng)計體系將產(chǎn)生的有用仿真信息被層層收集，匯集到一起進行分析和存儲。在仿真平臺上層，首先需要分析不同仿真結(jié)果、選取合適的展示方式，例如將仿真結(jié)果分類展示，將有對比意義的曲線盡可能聚合在同一坐標(biāo)系內(nèi)，允許用戶設(shè)定統(tǒng)計間隔等方式，方便用戶進行分析對比，從而實現(xiàn)對的底層存儲結(jié)果的整合與高效展示。
[0071]仿真場景展示使用不同形狀的圖形表示不同類型的節(jié)點，使用不同顏色區(qū)別節(jié)點的業(yè)務(wù)狀態(tài)，使用節(jié)點之間的連線表示衛(wèi)星移動通信鏈路。
【主權(quán)項】
1.一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟I，根據(jù)衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真的需求，完成衛(wèi)星移動通信仿真模型的創(chuàng)建；所述的衛(wèi)星移動通信仿真模型包括支持?jǐn)U展的仿真模型和不支持?jǐn)U展的仿真模型，支持?jǐn)U展的仿真模型包括衛(wèi)星移動通信節(jié)點仿真模型和衛(wèi)星通信信道仿真模型； 步驟2，根據(jù)衛(wèi)星移動通信節(jié)點仿真模型，創(chuàng)建所需數(shù)量的衛(wèi)星移動通信節(jié)點，并修改衛(wèi)星移動通信節(jié)點的配置參數(shù);根據(jù)仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男枨笮薷男l(wèi)星移動通信節(jié)點在仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械奈恢?；由確定配置參數(shù)和位置的衛(wèi)星移動通信節(jié)點構(gòu)建得到對應(yīng)的仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?步驟3，對仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M行業(yè)務(wù)狀態(tài)更新和位置更新，得到若干個新的業(yè)務(wù)請求和切換請求;通過對業(yè)務(wù)請求和切換請求的無線資源管理得到衛(wèi)星移動通信鏈路，并以鏈路為單位存儲對應(yīng)鏈路所有節(jié)點的業(yè)務(wù)信息、位置信息和無線資源信息； 步驟4，對所有衛(wèi)星移動通信鏈路依次進行鏈路計算和鏈路級到系統(tǒng)級的映射，得到每個鏈路對應(yīng)的載噪比、物理層時延和物理層誤包率；以鏈路為單位存儲對應(yīng)鏈路的載噪比、物理層時延和物理層誤包率； 步驟5，根據(jù)每個鏈路對應(yīng)的物理層時延和物理層的誤包率對所有鏈路依次進行協(xié)議仿真，得到每個鏈路對應(yīng)的掉話率、網(wǎng)絡(luò)層丟包率、網(wǎng)絡(luò)層誤包率和網(wǎng)絡(luò)層時延；以鏈路為單位存儲對應(yīng)鏈路的網(wǎng)絡(luò)層丟包率、網(wǎng)絡(luò)層誤包率和網(wǎng)絡(luò)層時延； 步驟6，在設(shè)定的仿真時間內(nèi)以協(xié)議幀為步長循環(huán)執(zhí)行步驟3到5，完成對面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，其特征在于，還包括將以鏈路為單位存儲的仿真信息儲存為圖形或文件形式，并顯示的步驟;所述的仿真信息包括對應(yīng)鏈路所有節(jié)點的業(yè)務(wù)信息、位置信息和無線資源信息，載噪比、物理層時延和物理層誤包率，以及網(wǎng)絡(luò)層丟包率、網(wǎng)絡(luò)層誤包率和網(wǎng)絡(luò)層時延。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，其特征在于，步驟I中創(chuàng)建仿真模型時，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，構(gòu)建包括衛(wèi)星通信節(jié)點模塊，衛(wèi)星通信信道模塊和衛(wèi)星通信協(xié)議模塊的衛(wèi)星移動通信仿真基礎(chǔ)模塊;對衛(wèi)星移動通信仿真基礎(chǔ)模塊進行模型特化存儲得到仿真模型庫數(shù)據(jù)，根據(jù)衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真的需求，選取對應(yīng)的仿真模型庫數(shù)據(jù)創(chuàng)建得到衛(wèi)星移動通信仿真模型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng)級仿真演示驗證方法，其特征在于，步驟3中，無線資源管理包括路由查找，呼叫準(zhǔn)入判決，無線資源分配和切換管理。
【文檔編號】H04B17/391GK105915304SQ201610378531
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】呂剛明, 王曉杰, 任品毅, 李雄飛, 樓大年, 孫垂強, 李國兵, 杜清河, 朱浩
【申請人】西安交通大學(xué)