一种航空自组网半实物网络仿真平台的制作方法
一种航空自组网半实物网络仿真平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空电子信息的无线自组网仿真技术，是一种基于时间自同步的航空 自组网半实物仿真平台实现方法，应用于航空无线数据链组网协议算法仿真开发领域。 技术背景
[0002] 航空自组网（AeronauticalAdHocNetwork,AANET)是将移动自组网技术应用于 航空领域，航空网络仿真是一种利用数学建模和统计的方式模拟航空组网的技术，航空自 组网半实物仿真是在航空网络建模的基础上结合实际节点业务数据进行算法分析的技术。 在国外通信行业中，从1983年美国的SIMULATOR肥TWO服ING项目开始，网络建模系统技术 的研究已经有=十多年的历史。网络数据建模在可靠性、实施性和适用性等方面比经验方 案、实验方案和理论方案有无可比拟的优势，特别是在大型的航空网络设计规划上面，随着 航空网络规模的扩大，网络仿真技术也越来越主要。大量的网络仿真技术软件在不同的领 域得到了快速的发展，出现了许多出色的网络仿真平台，比如CACI公司的COMNET、SNT公司 的卵AL肥T、MIL3公司的0P肥TW及UCBerkel巧的NS软件。
[0003] 航空半实物仿真技术是基于网络仿真技术发展而来，其主要特点是综合了仿真平 台的虚拟性和实际节点的可靠性，将实际节点业务数据流引入到虚拟网络平台中进行分 析，保障了对于航空自组网协议开发验证的准确度。当航空组网系统过于复杂时，就无法用 一些软件性条件进行假设性的限制，半实物仿真技术成了可靠和高效的验证设计方案。航 空半实物仿真平台不仅能够对复杂的情况，如快速的航空拓扑变化、混合无线信道、大规模 航空组网、多层协议等进行验证，而且引入了多种软硬件接口技术满足了实物节点对于虚 拟网络通信的约束。
[0004] 近年来，国内在航空通信领域对于航空组网半实物仿真技术的研究较少，没有一 个通用权威的航空半实物仿真平台。中国的航空领域规模在世界排名前列，而对于航空自 组网半实物仿真技术的研究与国外还有很大的差距，在国内几乎处于刚刚起步阶段，因此 建立起我国自研的航空半实物仿真平台技术是一个具有重要意义的研究课题。
【发明内容】
[0005] 为了解决实物节点与虚拟网络仿真平台的数据交互、完成节点之间的时间同步、 管理实物节点与虚拟节点的映射管理等问题，本发明的发明目的在于提供一种航空自组网 半实物网络仿真平台，在该仿真平台中，利用设计的仿真平台虚拟接口对实物节点与对应 的映射节点进行通信管理，保障实物节点与虚拟的航空节点进行业务数据的准确交互，同 时对于仿真平台的仿真时钟步长进行调整，使外部实物节点与平台的虚拟节点保持时钟同 步，提高了仿真时钟精度和航空自组网仿真平台的准确度，确保实物节点与实物节点并行 交互处理的同时又能保持平台的时间同步，提高了网络仿真技术的研发的能力，达到掌握 具有自主知识产权的核屯、处理技术的目的，为后续航空自组网算法的研发提供了有效了验 证平台。
[0006] 本发明的发明目的通过W下技术方案实现：
[0007] -种航空自组网半实物网络仿真平台，包含映射管理单元处理模块、通信管道模 块，所述映射管理单元处理模块包含映射节点创建初始化子模块和映射节点销毁子模块； [000引所述映射节点创建初始化子模块用于完成仿真平台的初始化工作，并在初始化工 作完成后，根据实物节点的映射请求利用数字建模技术创建相应的映射节点，将相应的映 射节点ID与实物节点ID的信息建立在映射链表中，并建立相应的数据交互管道；
[0009] 映射节点销毁子模块用于在接收到实物节点的销毁请求时，查询映射链表，找到 实物节点相应的映射节点，找到映射节点后释放仿真平台中相应建模数据，清除映射链表 中相应的映射关系，并向实物节点发送销毁完成标志；
[0010] 所述通信管道模块包含接口处理模块，所述接口处理模块用于将实物节点的数据 通过数据交互管道发送到映射节点中，将映射节点的相应数据打包发送到相应的虚拟节 点；映射节点收到虚拟节点数据后，通过数据交互管道发送到相应的实物节点。
[0011] 依据上述特征，所述初始化工作包含映射链表初始化、数据交互缓存初始化、查询 映射请求线程创建。
[0012] 依据上述特征，所述映射节点创建初始化子模块创建映射节点的过程包含映射节 点位置、功率、速率、运动模型、物理信道模型、信道调制解调方式和数据交互缓存区开辟。
[0013] 进一步，航空自组网半实物网络仿真平台还包含时间驱动同步模块，所述时间驱 动同步模块用于完成实物节点与仿真平台之间的时间同步工作。
[0014] 优选地，所述时间驱动同步模块采用分级分段时间补偿机制完成实物节点仿真平 台之间的时间同步工作；
[0015] 所述分级分段时间补偿机制由基准步长和偏差步长组成；
[0016] 所述基准步长由仿真平台初始化工作时根据实物节点处理时钟性能决定；
[0017] 所述偏差步长由通过已知测试时间点推算出仿真平台步长与实物节点步长之间 的时间误差决定，时间驱动同步模块通过周期性的实物节点时间检查调整步长时钟，对仿 真平台步长时间进行纠正。
[0018] 优选地，所述接口处理模块采用分组方式进行数据传输。
[0019] 进一步，所述通信管道模块还包含交互子模块，所述交互子模块用于在数据送入 数据交互管道前先进行封装组帖，W及从数据交互管道接收到数据后进行解封装。
[0020] 进一步，所述通信管道模块还包含数据缓存区，所述接口处理模块从数据缓存区 中调取数据进行重发，W及删除数据缓存区中的超时数据。
[0021] 本发明中有W下S个主要的技术要点。
[0022] (1)设计节点映射动态管理机制，完成实物节点在虚拟仿真网络中隐射节点的创 建、运行和销毁流程。W往的节点映射关系是在虚拟仿真网络初始化时建立，一旦建立将无 法修改，直到仿真结束。根据实际网络算法仿真的需要，实物节点和映射节点应满足动态建 立的要求，该就要求实物节点在虚拟网络建立后发起映射节点创建的请求，而具体虚拟节 点创建的过程由仿真平台完成。因此要求映射管理单元对于实物节点与映射节点之间的映 射关系进行动态维护，映射节点还应该具备周期上报运行状态的功能，方便实物节点进行 运行状态的查询，实物节点更加不同的运行状态做出下一步的流程处理工作。
[002引 （2)设计分级分段时间补偿机制，实物节点与映射仿真平台之间的时间同步。对于 虚拟网络仿真时间步长进行分级设置，由基准步长和偏差步长两级组成，其中基准步长为 仿真步长的一级步长在虚拟网络建立的初期确定，而偏差步长由虚拟接口驱动，并进行周 期性的调整，通过时间步长的二级调整基准可W提高网络仿真时间的精度。虚拟接口通过 对于实物节点时间步长的周期检查，而周期性的调整仿真平台的仿真步长，最后达到实物 节点与仿真平台之间的时间同步。
[0024] (3)设计通信管道机制，保障实物节点与仿真平台准确通信的同时，提高通信带 宽。网络半实物仿真技术最重要的要求是满足实物节点与映射节点之间数据交互能力，而 实物节点与映射节点之间数据交互的能力也是衡量半实物仿真技术的一个主要标准。通过 建立通信管道技术，实物节点与映射节点之间通信管道链接，并建立终端接口机制，将交互 数据进行分块分组传输，进行相应的编解码处理，提高了数据通信带宽。
[0025] 本发明的有益效果为；
[0026] (1)设计节点映射动态管理机制，满足实际的网络仿真验证需要，映射关系由实物 节点动态的发起，映射机制由仿真平台完成，提高网络半实物仿真平台验证的灵活性。
[0027] 似设计分级分段时间补偿机制，提高了网络仿真时间步长精度，满足了实物节点 与映射节点时间同步的要求，提高了半实物网络仿真平台的测试精度。
[002引 （3)基于通信管道机制，通过在实物节点与仿真平台之间建立通信管道，提高了实 物节点与仿真平台数据通信的带宽，也提升了仿真平台数据交互的可靠度。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明一种航空自组网半实物网络仿真平台的结构示意图；
[0030] 图2为本发明中映射管理单元处理模块的流程示意图；
[0031] 图3为本发明中时间驱动同步模块的流程示意图；
[0032] 图4为本发明中通道管理模块的流程示意图；
[0033] 图5为发明中实物节点与映射节点数据通信组帖图。
【具体实施方式】
[0034] 本发明通过仿真平台的虚拟接口的映射管理机制及对于仿真平台时间周期性纠 正完成节点之间的数据交互、节点隐射和时间同步。保证了实物节点与映射节点之间数据 的高速通信，而且提高了仿真平台时间精度，保持了实物节点与映射节点之间的时间同步。 如图1所示，本发明主要包含的技术模块有；映射管理单元处理模块、时间驱动同步模块、 通信管道模块。
[0035] 本发明通过采用映射管理单元处理模块完成映射节点的创建、初始化、销毁W及 映射节点与实物节点之间映射关系的创建和销毁。网络半实物仿真技术是利用数字技术建 立虚拟的网络仿真环境，并将一定的实物节点通过节点映射机制映射到虚拟网络中，在虚 拟网络中建立起对应的映射节点。本发明采用了动态映射管理机制，由实物节点发起虚拟 节点的创建、运行和销毁流程，由映射管理单元处理模块完成虚拟网络平台中映射节点的 具体流程，并将运行状态实时的传 递到实物节点中。
[0036] 时间驱动同步模块采用分级分时补偿机制周期性的调整网络仿真平台时间步长， 网络仿真步长时间是分级组成，由基准步长和偏差步长组成。在仿真平台建立时，由虚拟接 口综合实物节点处理时间步长完成仿真基准步长的设置工作，而偏差步长是由虚拟节点周 期性的检验实物节点时间步长对虚拟平台进行周期性的调整，通过分级分时的调整基准步 长和偏差步长完成仿真平台仿真步长的设定工作，最后达到实物节点与虚拟节点之间的时 间同步工作。
[0037]通信管道模块为保障实物节点与映射节点之间数据实时交互，采用了数据缓存管 道技术，为实物节点与映射节点开辟足够的数据缓存区及数据交互管道。为提高数据传输 带宽建立起通信管道机制，将发送的数据进行分组转发，并放入数据交互管道中；为确保数 据的准确性除了进行数据编码检验外，还要建立数据缓存区，当分组传输错误时，进行数据 的重发，当数据超时时，删除超时数据组。下面对各个模块作进一步的详细说明。
[003引 （1)映射管理单元处理模块：
[0039] 映射管理单元处理模块是半实物仿真平台运行的核屯、模块，主要由映射节点创建 初始化子模块和映射节点销毁子模块组成，主要完成了映射节点的创建及与相应实物节点 之间映射关系的建立与维护，图2给出了映射管理单元处理模块的处理流程。根据实际仿 真需求，当半实物仿真平台启动时，完成映射管理单元的初始化工作，主要完成对于映射链 表初始化、数据交互缓存初始化、查询映射请求线程创建等。映射处理模块创建完查询请求 线程后，启动接收来自实物节点映射请求的服务，当收到实物节点映射请求时，在半实物仿 真虚拟网络中利用数字建模技术，创建相应的映射节点。
[0040] 映射节点创建初始化子模块主要使用在映射节点创建阶段中，包括了对于映射节 点位置、功率、速率、运动模型、物理信道模型、信道调制解调方式和数据交互缓存区开辟 等，当映射管理单元完成映射节点的创建后，将相应的映射节点ID与实物节点ID等信息建 立在映射链表中，并建立相应的数据交互管道，为实物节点与映射节点的交互提供足够带 宽。
[0041] 映射节点销毁子模块主要使用在映射节点销毁阶段中，映射管理单元处理模块接 收到实物节点的销毁请求时，首先查询映射链表，找到实物节点相应的映射节点，找到映射 节点后释放虚拟网络中相应建模数据，释放相应的数据缓存区，释放相应的数据通信管道， 最后清楚映射链表中相应的映射关系，并向实物节点发送销毁完成标志。
[0042] (2)时间驱动同步模块：
[0043] 时间驱动同步模块主要完成实物节点与仿真平台之间的时间同步工作，其利用的 同步原理如图3所示。在虚拟数据建模网络中，仿真时钟是由虚拟接口中的时间驱动模块 提供，初始时间点为TM(0)，TM为仿真时间步长，因此平台仿真时间如式1所示，而实物节点 时间为TW。
[0044]T"(s) =T"(n*T")+T"(0) (1)
[0045]T"(s) =T"(n*T")+T"(0) (2)
[0046] 因此可W推导出时间步长误差函数为：
[0047]
[0048] 其中TW(s)、TM(s)、T1、T2、T3和T4为已知时间节点，通过已知测试时间点，可W 推算出仿真步长与实际节点步长之间的时间误差。时间同步模块通过周期性的实物节点时 间检查，对仿真网络平台步长时间进行纠正。
[0049] 网络平台仿真时间才有两级时间表达，由基准步长和偏差步长组成。基准步长由 仿真平台初始化时根据实物节点处理时钟性能决定，而且在后续的仿真过程中无法调整； 偏差步长是由时间驱动模块周期性的调整，因此可W保证实物节点与网络平台之间实时的 时钟同步关系。
[(K)加](3)通信管道模块：
[0051] 通信管道模块是实物节点与映射节点之间数据通信的桥梁，如图4所示为通信管 道构架示意图。在通信管道模块中，数据交互的请求是由主节点发起，并由从节点响应，主 从节点共同完成数据的读写功能，该模块由虚拟接口在映射关系完成后建立起的高速数据 通信渠道，由接口处理模块、数据缓存模块和交互子模块组成。
[0化2] 接口处理模块是虚拟接口连接实物，处理实物业务数据，当虚拟接口收到实物节 点的交互数据后，首先查找数据交互管道的状态，此时实物节点为主节点，映射节点为从节 点，实物节点通过数据交互管道将数据发送到映射节点中，映射节点将相应的数据打包发 送到相应的虚拟节点。当映射节点收到虚拟节点的数据后，映射节点发起数据交互请求，此 时映射节点为主节点，实物节点为从节点，当映射节点收到虚拟节点的数据帖后，经过分析 打包组帖发送到相应的实物节点进行处理，而所有的处理数据都存储在相应映射节点的数 据缓存区中。
[0化3] 为了保证数据高速准确的进行交互，交互子模块用于完成数据的封装和解封。数 据进入数据交互管道前，交互子模块进行相应的封装组帖，如图5所示，帖头信息中添加实 物ID、映射ID、类型、发送时间、序列号等相关发送接收信息。组帖完成后接口处理模块进 行相关帖的分组发送，并进行相关编解码的调制工作。当映射节点收到虚拟节点帖信息后， 交互子模块进行相应的逆操作，将帖头信息进行去除，接口处理模块将相应的帖信息发送 到相应的实物节点进行相关处理，完成实物节点与虚拟平台的数据交互工作。
[0化4] 为确保数据的准确性除了进行数据编码检验外，还要建立数据缓存区，当分组传 输错误时，进行数据的重发，当数据超时时，删除超时数据组。
[0化5] 可W理解的是，对本领域普通技术人员来说，可W根据本发明的技术方案及其发 明构思加W等同替换或改变，而所有该些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 一种航空自组网半实物网络仿真平台，包含映射管理单元处理模块、通信管道模块， 其特征在于所述映射管理单元处理模块包含映射节点创建初始化子模块和映射节点销毁 子模块； 所述映射节点创建初始化子模块用于完成仿真平台的初始化工作，并在初始化工作完 成后，根据实物节点的映射请求利用数字建模技术创建相应的映射节点，将相应的映射节 点ID与实物节点ID的信息建立在映射链表中，并建立相应的数据交互管道； 映射节点销毁子模块用于在接收到实物节点的销毁请求时，查询映射链表，找到实物 节点相应的映射节点，找到映射节点后释放仿真平台中相应建模数据，清除映射链表中相 应的映射关系，并向实物节点发送销毁完成标志； 所述通信管道模块包含接口处理模块，所述接口处理模块用于将实物节点的数据通过 数据交互管道发送到映射节点中，将映射节点的相应数据打包发送到相应的虚拟节点；映 射节点收到虚拟节点数据后，通过数据交互管道发送到相应的实物节点。2. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述初始 化工作包含映射链表初始化、数据交互缓存初始化、查询映射请求线程创建。3. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述映射 节点创建初始化子模块创建映射节点的过程包含映射节点位置、功率、速率、运动模型、物 理信道模型、信道调制解调方式和数据交互缓存区开辟。4. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于还包含时 间驱动同步模块，所述时间驱动同步模块用于完成实物节点与仿真平台之间的时间同步工 作。5. 根据权利要求4所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述时间 驱动同步模块采用分级分段时间补偿机制完成实物节点仿真平台之间的时间同步工作； 所述分级分段时间补偿机制由基准步长和偏差步长组成； 所述基准步长由仿真平台初始化工作时根据实物节点处理时钟性能决定； 所述偏差步长由通过已知测试时间点推算出仿真平台步长与实物节点步长之间的时 间误差决定，时间驱动同步模块通过周期性的实物节点时间检查调整步长时钟，对仿真平 台步长时间进行纠正。6. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述接口 处理模块采用分组方式进行数据传输。7. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述通信 管道模块还包含交互子模块，所述交互子模块用于在数据送入数据交互管道前先进行封装 组帧，以及从数据交互管道接收到数据后进行解封装。8. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述通信 管道模块还包含数据缓存区，所述接口处理模块从数据缓存区中调取数据进行重发，以及 删除数据缓存区中的超时数据。
【专利摘要】本发明公开了一种航空自组网半实物网络仿真平台，包含映射管理单元处理模块、通信管道模块，所述映射管理单元处理模块用于根据实物节点的请求，动态建立和销毁映射节点；所述通信管道模块包含接口处理模块，所述接口处理模块用于将实物节点的数据通过数据交互管道发送到映射节点中，将映射节点的相应数据打包发送到相应的虚拟节点；映射节点收到虚拟节点数据后，通过数据交互管道发送到相应的实物节点。本发明的映射关系由实物节点动态的发起，映射机制由仿真平台完成，提高网络半实物仿真平台验证的灵活性。
【IPC分类】H04L12/24
【公开号】CN104901832
【申请号】CN201510253116
【发明人】彭文攀, 仇启明, 方正, 丁勇飞, 靳超, 殷晓晨
【申请人】中国航空无线电电子研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月18日
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空电子信息的无线自组网仿真技术，是一种基于时间自同步的航空 自组网半实物仿真平台实现方法，应用于航空无线数据链组网协议算法仿真开发领域。 技术背景
[0002] 航空自组网（AeronauticalAdHocNetwork,AANET)是将移动自组网技术应用于 航空领域，航空网络仿真是一种利用数学建模和统计的方式模拟航空组网的技术，航空自 组网半实物仿真是在航空网络建模的基础上结合实际节点业务数据进行算法分析的技术。 在国外通信行业中，从1983年美国的SIMULATOR肥TWO服ING项目开始，网络建模系统技术 的研究已经有=十多年的历史。网络数据建模在可靠性、实施性和适用性等方面比经验方 案、实验方案和理论方案有无可比拟的优势，特别是在大型的航空网络设计规划上面，随着 航空网络规模的扩大，网络仿真技术也越来越主要。大量的网络仿真技术软件在不同的领 域得到了快速的发展，出现了许多出色的网络仿真平台，比如CACI公司的COMNET、SNT公司 的卵AL肥T、MIL3公司的0P肥TW及UCBerkel巧的NS软件。
[0003] 航空半实物仿真技术是基于网络仿真技术发展而来，其主要特点是综合了仿真平 台的虚拟性和实际节点的可靠性，将实际节点业务数据流引入到虚拟网络平台中进行分 析，保障了对于航空自组网协议开发验证的准确度。当航空组网系统过于复杂时，就无法用 一些软件性条件进行假设性的限制，半实物仿真技术成了可靠和高效的验证设计方案。航 空半实物仿真平台不仅能够对复杂的情况，如快速的航空拓扑变化、混合无线信道、大规模 航空组网、多层协议等进行验证，而且引入了多种软硬件接口技术满足了实物节点对于虚 拟网络通信的约束。
[0004] 近年来，国内在航空通信领域对于航空组网半实物仿真技术的研究较少，没有一 个通用权威的航空半实物仿真平台。中国的航空领域规模在世界排名前列，而对于航空自 组网半实物仿真技术的研究与国外还有很大的差距，在国内几乎处于刚刚起步阶段，因此 建立起我国自研的航空半实物仿真平台技术是一个具有重要意义的研究课题。
【发明内容】
[0005] 为了解决实物节点与虚拟网络仿真平台的数据交互、完成节点之间的时间同步、 管理实物节点与虚拟节点的映射管理等问题，本发明的发明目的在于提供一种航空自组网 半实物网络仿真平台，在该仿真平台中，利用设计的仿真平台虚拟接口对实物节点与对应 的映射节点进行通信管理，保障实物节点与虚拟的航空节点进行业务数据的准确交互，同 时对于仿真平台的仿真时钟步长进行调整，使外部实物节点与平台的虚拟节点保持时钟同 步，提高了仿真时钟精度和航空自组网仿真平台的准确度，确保实物节点与实物节点并行 交互处理的同时又能保持平台的时间同步，提高了网络仿真技术的研发的能力，达到掌握 具有自主知识产权的核屯、处理技术的目的，为后续航空自组网算法的研发提供了有效了验 证平台。
[0006] 本发明的发明目的通过W下技术方案实现：
[0007] -种航空自组网半实物网络仿真平台，包含映射管理单元处理模块、通信管道模 块，所述映射管理单元处理模块包含映射节点创建初始化子模块和映射节点销毁子模块； [000引所述映射节点创建初始化子模块用于完成仿真平台的初始化工作，并在初始化工 作完成后，根据实物节点的映射请求利用数字建模技术创建相应的映射节点，将相应的映 射节点ID与实物节点ID的信息建立在映射链表中，并建立相应的数据交互管道；
[0009] 映射节点销毁子模块用于在接收到实物节点的销毁请求时，查询映射链表，找到 实物节点相应的映射节点，找到映射节点后释放仿真平台中相应建模数据，清除映射链表 中相应的映射关系，并向实物节点发送销毁完成标志；
[0010] 所述通信管道模块包含接口处理模块，所述接口处理模块用于将实物节点的数据 通过数据交互管道发送到映射节点中，将映射节点的相应数据打包发送到相应的虚拟节 点；映射节点收到虚拟节点数据后，通过数据交互管道发送到相应的实物节点。
[0011] 依据上述特征，所述初始化工作包含映射链表初始化、数据交互缓存初始化、查询 映射请求线程创建。
[0012] 依据上述特征，所述映射节点创建初始化子模块创建映射节点的过程包含映射节 点位置、功率、速率、运动模型、物理信道模型、信道调制解调方式和数据交互缓存区开辟。
[0013] 进一步，航空自组网半实物网络仿真平台还包含时间驱动同步模块，所述时间驱 动同步模块用于完成实物节点与仿真平台之间的时间同步工作。
[0014] 优选地，所述时间驱动同步模块采用分级分段时间补偿机制完成实物节点仿真平 台之间的时间同步工作；
[0015] 所述分级分段时间补偿机制由基准步长和偏差步长组成；
[0016] 所述基准步长由仿真平台初始化工作时根据实物节点处理时钟性能决定；
[0017] 所述偏差步长由通过已知测试时间点推算出仿真平台步长与实物节点步长之间 的时间误差决定，时间驱动同步模块通过周期性的实物节点时间检查调整步长时钟，对仿 真平台步长时间进行纠正。
[0018] 优选地，所述接口处理模块采用分组方式进行数据传输。
[0019] 进一步，所述通信管道模块还包含交互子模块，所述交互子模块用于在数据送入 数据交互管道前先进行封装组帖，W及从数据交互管道接收到数据后进行解封装。
[0020] 进一步，所述通信管道模块还包含数据缓存区，所述接口处理模块从数据缓存区 中调取数据进行重发，W及删除数据缓存区中的超时数据。
[0021] 本发明中有W下S个主要的技术要点。
[0022] (1)设计节点映射动态管理机制，完成实物节点在虚拟仿真网络中隐射节点的创 建、运行和销毁流程。W往的节点映射关系是在虚拟仿真网络初始化时建立，一旦建立将无 法修改，直到仿真结束。根据实际网络算法仿真的需要，实物节点和映射节点应满足动态建 立的要求，该就要求实物节点在虚拟网络建立后发起映射节点创建的请求，而具体虚拟节 点创建的过程由仿真平台完成。因此要求映射管理单元对于实物节点与映射节点之间的映 射关系进行动态维护，映射节点还应该具备周期上报运行状态的功能，方便实物节点进行 运行状态的查询，实物节点更加不同的运行状态做出下一步的流程处理工作。
[002引 （2)设计分级分段时间补偿机制，实物节点与映射仿真平台之间的时间同步。对于 虚拟网络仿真时间步长进行分级设置，由基准步长和偏差步长两级组成，其中基准步长为 仿真步长的一级步长在虚拟网络建立的初期确定，而偏差步长由虚拟接口驱动，并进行周 期性的调整，通过时间步长的二级调整基准可W提高网络仿真时间的精度。虚拟接口通过 对于实物节点时间步长的周期检查，而周期性的调整仿真平台的仿真步长，最后达到实物 节点与仿真平台之间的时间同步。
[0024] (3)设计通信管道机制，保障实物节点与仿真平台准确通信的同时，提高通信带 宽。网络半实物仿真技术最重要的要求是满足实物节点与映射节点之间数据交互能力，而 实物节点与映射节点之间数据交互的能力也是衡量半实物仿真技术的一个主要标准。通过 建立通信管道技术，实物节点与映射节点之间通信管道链接，并建立终端接口机制，将交互 数据进行分块分组传输，进行相应的编解码处理，提高了数据通信带宽。
[0025] 本发明的有益效果为；
[0026] (1)设计节点映射动态管理机制，满足实际的网络仿真验证需要，映射关系由实物 节点动态的发起，映射机制由仿真平台完成，提高网络半实物仿真平台验证的灵活性。
[0027] 似设计分级分段时间补偿机制，提高了网络仿真时间步长精度，满足了实物节点 与映射节点时间同步的要求，提高了半实物网络仿真平台的测试精度。
[002引 （3)基于通信管道机制，通过在实物节点与仿真平台之间建立通信管道，提高了实 物节点与仿真平台数据通信的带宽，也提升了仿真平台数据交互的可靠度。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明一种航空自组网半实物网络仿真平台的结构示意图；
[0030] 图2为本发明中映射管理单元处理模块的流程示意图；
[0031] 图3为本发明中时间驱动同步模块的流程示意图；
[0032] 图4为本发明中通道管理模块的流程示意图；
[0033] 图5为发明中实物节点与映射节点数据通信组帖图。
【具体实施方式】
[0034] 本发明通过仿真平台的虚拟接口的映射管理机制及对于仿真平台时间周期性纠 正完成节点之间的数据交互、节点隐射和时间同步。保证了实物节点与映射节点之间数据 的高速通信，而且提高了仿真平台时间精度，保持了实物节点与映射节点之间的时间同步。 如图1所示，本发明主要包含的技术模块有；映射管理单元处理模块、时间驱动同步模块、 通信管道模块。
[0035] 本发明通过采用映射管理单元处理模块完成映射节点的创建、初始化、销毁W及 映射节点与实物节点之间映射关系的创建和销毁。网络半实物仿真技术是利用数字技术建 立虚拟的网络仿真环境，并将一定的实物节点通过节点映射机制映射到虚拟网络中，在虚 拟网络中建立起对应的映射节点。本发明采用了动态映射管理机制，由实物节点发起虚拟 节点的创建、运行和销毁流程，由映射管理单元处理模块完成虚拟网络平台中映射节点的 具体流程，并将运行状态实时的传 递到实物节点中。
[0036] 时间驱动同步模块采用分级分时补偿机制周期性的调整网络仿真平台时间步长， 网络仿真步长时间是分级组成，由基准步长和偏差步长组成。在仿真平台建立时，由虚拟接 口综合实物节点处理时间步长完成仿真基准步长的设置工作，而偏差步长是由虚拟节点周 期性的检验实物节点时间步长对虚拟平台进行周期性的调整，通过分级分时的调整基准步 长和偏差步长完成仿真平台仿真步长的设定工作，最后达到实物节点与虚拟节点之间的时 间同步工作。
[0037]通信管道模块为保障实物节点与映射节点之间数据实时交互，采用了数据缓存管 道技术，为实物节点与映射节点开辟足够的数据缓存区及数据交互管道。为提高数据传输 带宽建立起通信管道机制，将发送的数据进行分组转发，并放入数据交互管道中；为确保数 据的准确性除了进行数据编码检验外，还要建立数据缓存区，当分组传输错误时，进行数据 的重发，当数据超时时，删除超时数据组。下面对各个模块作进一步的详细说明。
[003引 （1)映射管理单元处理模块：
[0039] 映射管理单元处理模块是半实物仿真平台运行的核屯、模块，主要由映射节点创建 初始化子模块和映射节点销毁子模块组成，主要完成了映射节点的创建及与相应实物节点 之间映射关系的建立与维护，图2给出了映射管理单元处理模块的处理流程。根据实际仿 真需求，当半实物仿真平台启动时，完成映射管理单元的初始化工作，主要完成对于映射链 表初始化、数据交互缓存初始化、查询映射请求线程创建等。映射处理模块创建完查询请求 线程后，启动接收来自实物节点映射请求的服务，当收到实物节点映射请求时，在半实物仿 真虚拟网络中利用数字建模技术，创建相应的映射节点。
[0040] 映射节点创建初始化子模块主要使用在映射节点创建阶段中，包括了对于映射节 点位置、功率、速率、运动模型、物理信道模型、信道调制解调方式和数据交互缓存区开辟 等，当映射管理单元完成映射节点的创建后，将相应的映射节点ID与实物节点ID等信息建 立在映射链表中，并建立相应的数据交互管道，为实物节点与映射节点的交互提供足够带 宽。
[0041] 映射节点销毁子模块主要使用在映射节点销毁阶段中，映射管理单元处理模块接 收到实物节点的销毁请求时，首先查询映射链表，找到实物节点相应的映射节点，找到映射 节点后释放虚拟网络中相应建模数据，释放相应的数据缓存区，释放相应的数据通信管道， 最后清楚映射链表中相应的映射关系，并向实物节点发送销毁完成标志。
[0042] (2)时间驱动同步模块：
[0043] 时间驱动同步模块主要完成实物节点与仿真平台之间的时间同步工作，其利用的 同步原理如图3所示。在虚拟数据建模网络中，仿真时钟是由虚拟接口中的时间驱动模块 提供，初始时间点为TM(0)，TM为仿真时间步长，因此平台仿真时间如式1所示，而实物节点 时间为TW。
[0044]T"(s) =T"(n*T")+T"(0) (1)
[0045]T"(s) =T"(n*T")+T"(0) (2)
[0046] 因此可W推导出时间步长误差函数为：
[0047]
[0048] 其中TW(s)、TM(s)、T1、T2、T3和T4为已知时间节点，通过已知测试时间点，可W 推算出仿真步长与实际节点步长之间的时间误差。时间同步模块通过周期性的实物节点时 间检查，对仿真网络平台步长时间进行纠正。
[0049] 网络平台仿真时间才有两级时间表达，由基准步长和偏差步长组成。基准步长由 仿真平台初始化时根据实物节点处理时钟性能决定，而且在后续的仿真过程中无法调整； 偏差步长是由时间驱动模块周期性的调整，因此可W保证实物节点与网络平台之间实时的 时钟同步关系。
[(K)加](3)通信管道模块：
[0051] 通信管道模块是实物节点与映射节点之间数据通信的桥梁，如图4所示为通信管 道构架示意图。在通信管道模块中，数据交互的请求是由主节点发起，并由从节点响应，主 从节点共同完成数据的读写功能，该模块由虚拟接口在映射关系完成后建立起的高速数据 通信渠道，由接口处理模块、数据缓存模块和交互子模块组成。
[0化2] 接口处理模块是虚拟接口连接实物，处理实物业务数据，当虚拟接口收到实物节 点的交互数据后，首先查找数据交互管道的状态，此时实物节点为主节点，映射节点为从节 点，实物节点通过数据交互管道将数据发送到映射节点中，映射节点将相应的数据打包发 送到相应的虚拟节点。当映射节点收到虚拟节点的数据后，映射节点发起数据交互请求，此 时映射节点为主节点，实物节点为从节点，当映射节点收到虚拟节点的数据帖后，经过分析 打包组帖发送到相应的实物节点进行处理，而所有的处理数据都存储在相应映射节点的数 据缓存区中。
[0化3] 为了保证数据高速准确的进行交互，交互子模块用于完成数据的封装和解封。数 据进入数据交互管道前，交互子模块进行相应的封装组帖，如图5所示，帖头信息中添加实 物ID、映射ID、类型、发送时间、序列号等相关发送接收信息。组帖完成后接口处理模块进 行相关帖的分组发送，并进行相关编解码的调制工作。当映射节点收到虚拟节点帖信息后， 交互子模块进行相应的逆操作，将帖头信息进行去除，接口处理模块将相应的帖信息发送 到相应的实物节点进行相关处理，完成实物节点与虚拟平台的数据交互工作。
[0化4] 为确保数据的准确性除了进行数据编码检验外，还要建立数据缓存区，当分组传 输错误时，进行数据的重发，当数据超时时，删除超时数据组。
[0化5] 可W理解的是，对本领域普通技术人员来说，可W根据本发明的技术方案及其发 明构思加W等同替换或改变，而所有该些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 一种航空自组网半实物网络仿真平台，包含映射管理单元处理模块、通信管道模块， 其特征在于所述映射管理单元处理模块包含映射节点创建初始化子模块和映射节点销毁 子模块； 所述映射节点创建初始化子模块用于完成仿真平台的初始化工作，并在初始化工作完 成后，根据实物节点的映射请求利用数字建模技术创建相应的映射节点，将相应的映射节 点ID与实物节点ID的信息建立在映射链表中，并建立相应的数据交互管道； 映射节点销毁子模块用于在接收到实物节点的销毁请求时，查询映射链表，找到实物 节点相应的映射节点，找到映射节点后释放仿真平台中相应建模数据，清除映射链表中相 应的映射关系，并向实物节点发送销毁完成标志； 所述通信管道模块包含接口处理模块，所述接口处理模块用于将实物节点的数据通过 数据交互管道发送到映射节点中，将映射节点的相应数据打包发送到相应的虚拟节点；映 射节点收到虚拟节点数据后，通过数据交互管道发送到相应的实物节点。2. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述初始 化工作包含映射链表初始化、数据交互缓存初始化、查询映射请求线程创建。3. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述映射 节点创建初始化子模块创建映射节点的过程包含映射节点位置、功率、速率、运动模型、物 理信道模型、信道调制解调方式和数据交互缓存区开辟。4. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于还包含时 间驱动同步模块，所述时间驱动同步模块用于完成实物节点与仿真平台之间的时间同步工 作。5. 根据权利要求4所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述时间 驱动同步模块采用分级分段时间补偿机制完成实物节点仿真平台之间的时间同步工作； 所述分级分段时间补偿机制由基准步长和偏差步长组成； 所述基准步长由仿真平台初始化工作时根据实物节点处理时钟性能决定； 所述偏差步长由通过已知测试时间点推算出仿真平台步长与实物节点步长之间的时 间误差决定，时间驱动同步模块通过周期性的实物节点时间检查调整步长时钟，对仿真平 台步长时间进行纠正。6. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述接口 处理模块采用分组方式进行数据传输。7. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述通信 管道模块还包含交互子模块，所述交互子模块用于在数据送入数据交互管道前先进行封装 组帧，以及从数据交互管道接收到数据后进行解封装。8. 根据权利要求1所述的一种航空自组网半实物网络仿真平台，其特征在于所述通信 管道模块还包含数据缓存区，所述接口处理模块从数据缓存区中调取数据进行重发，以及 删除数据缓存区中的超时数据。
【专利摘要】本发明公开了一种航空自组网半实物网络仿真平台，包含映射管理单元处理模块、通信管道模块，所述映射管理单元处理模块用于根据实物节点的请求，动态建立和销毁映射节点；所述通信管道模块包含接口处理模块，所述接口处理模块用于将实物节点的数据通过数据交互管道发送到映射节点中，将映射节点的相应数据打包发送到相应的虚拟节点；映射节点收到虚拟节点数据后，通过数据交互管道发送到相应的实物节点。本发明的映射关系由实物节点动态的发起，映射机制由仿真平台完成，提高网络半实物仿真平台验证的灵活性。
【IPC分类】H04L12/24
【公开号】CN104901832
【申请号】CN201510253116
【发明人】彭文攀, 仇启明, 方正, 丁勇飞, 靳超, 殷晓晨
【申请人】中国航空无线电电子研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月18日
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