一种多节点综合仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多节点综合仿真系统及方法。该系统包括场景仿真模块、仿真主控制模块、网络仿真模块、信道传输仿真模块和实物平台。方法为：场景仿真模块按预设脚本运行，产生格式化消息；各个节点按场景脚本在指定地图上行进，在运行过程中，如发现环境变化，则通知仿真主控制程序调整信道传输仿真模块中链路模型；信道传输仿真模块通过仿真主控制程序转换接收场景仿真模块发送的数据信息；通过网络仿真模块将数据包的丢包情况实时反馈给仿真主控制模块，仿真主控制模块根据丢包情况映射到场景仿真各个节点推演流程，模拟复杂环境下数据传输对场景仿真的影响，形成仿真闭环。本发明专利技术满足了多种综合仿真的需要，降低了系统开发周期和难度。

A multi node integrated simulation system and method

【技术实现步骤摘要】
一种多节点综合仿真系统及方法
本专利技术涉及系统仿真软件
，特别是一种多节点综合仿真系统及方法。
技术介绍
随着移动通信网络、物联网飞速发展，网络规模数和复杂度快速上升，硬件设备研制成本高、开发周期长、纠错成本高，通过硬件设备堆叠的方式完成网络功能验证越来越困难。一般在硬件设备研制前，先进行场景应用、网络协议、通信协议等模块仿真，用以评估方案是否满足设计要求，以减少后期研制风险；而具体模块仿真时都会针对场景应用、网络层、物理层等协议算法进行分层、分模块仿真，也即：(1)利用VR-Force等场景仿真软件，可对战术指挥训练、兵力生成以及人在回路中的模拟训练等进行仿真模拟；(2)利用OPNET、QualNet、NS等网络仿真软件，对路由协议、接入控制算法等进行多用户节点仿真，可对网络负载、端到端延迟、接入成功率等进行仿真模拟；(3)利用MATLAB、Simulink等数字信号仿真软件，对调制解调、编解码、扩频解扩、上下变频、链路模型等进行仿真模拟。上述各仿真软件能够在评估方案是否满足设计要求、指导系统研制实现等方面发挥积极作用，但对于各模块之间的相互影响多以静态模型体现，不能反应系统运行过程中的真实环境变化。具体而言，现有仿真模型一般先于硬件研制或与硬件设备研制同步进行，待硬件设备研制完成后，再将各算法移植至硬件设备开展系统验证，该过程存在以下缺陷：(1)一般仅针对场景、网络仿真、通信仿真及信道模型仿真等某一软件协议或功能模块进行单独仿真，缺乏从上层到下完整的系统仿真结果和综合评价能力，例如场景仿真过程中的复杂地形环境影响、节点平台相互位置变化会导致通信链路状态变化，而通信链路状态变化又会影响网络状态、业务传输成功率，进而影响场景仿真，而现有仿真系统无法体现这一相互影响的关联关系；(2)各模块相互之间影响只能通过简化模型去逼近，在仿真过程中只能采用单一模型去逼近，模型无法结合场景仿真过程中动态反应链路变化，仿真与真实环境差异较大；(3)一般在通信仿真过程中会引入实物平台仿真，但是其它模块仿真较少将实物平台引入仿真系统进行整体评估，模型环境整体偏向理想环境，仿真模型与真实环境存在差异；(4)设计初期系统仿真验证充分性不足，系统建模不够完备、不确定性大，导致后期问题处理代价较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种集场景仿真、网络仿真、通信仿真及信道模型仿真为一体的多节点综合仿真系统及方法，从而实现系统级仿真，并能够将各个仿真模块相互耦合进行总体性能评估与分析。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种多节点综合仿真系统，包括场景仿真模块、仿真主控模块、网络仿真模块、信道传输仿真模块和实物平台；所述场景仿真模块，采用VR-Force仿真软件实现，模拟战术级通信网络仿真场景，并模拟多种传感器数据生成作为业务原始数据源，对包括城市空间、山地、丛林、岛屿的复杂地形及恶劣电磁环境下的网络运用进行仿真模拟，为实际使用提供参考建议；所述仿真主控模块，包括消息处理器、状态控制模块及仿真性能统计模块，用于完成包括目标轨迹、己方状态、协同控制、指挥命令、网管信令、传感器原始数据的各类数据的格式化处理及指令映射、仿真剧情脚本设计、性能统计；所述网络仿真模块，采用OPNET或QualNet仿真软件，用于完成无线自组网网络协议仿真、MAC接入算法仿真以及密集节点组网情况下对网络容量、信道阻塞进行仿真；所述信道传输仿真模块，用于完成调制解调、编解码、信号检测、信道模型的仿真，并提供外部接口适配；所述实物平台，用于仿真系统的通信、组网应用，实现算法功能仿真到实物平台演示验证，并将真实环境影响引入仿真系统。作为一种具体示例，所述场景仿真模块，具体如下：所述场景仿真模块，模拟任务场景变化，根据预设任务脚本及地图特性，将包括城市空间、山地、丛林、岛屿的复杂地形特征通过仿真主控模块传递给信道传输仿真模块，由信道传输仿真模块评估计算出相应的误码率或者分组成功率曲线，再折算出相应的格式化消息丢包率或链路中断，并在此基础上推演时变通信链路变化对任务场景仿真的影响。作为一种具体示例，所述仿真主控模块，包括消息处理器、状态控制模块及仿真性能统计模块，其中：所述消息处理器，将包括目标轨迹、己方状态、协同控制、指挥命令、网管信令、传感器原始数据的各类数据进行格式化转换，并对格式化后的数据进行融合、协同处理，包括对指控类、传感器数据类消息的融合、处理及封装，并适配各种不同模块接口；所述状态控制模块，用于实现场景逻辑、剧情脚本设计及状态转换功能，通过网络接口实现与VR-FORCES层、网络层、物理层的对接；所述仿真性能统计模块，用于对系统仿真性能指标，包括网络传输时延、业务传输时延、波形加卸载时间进行仿真结果收集与统计，然后将相应统计数据汇总进行仿真数据分析与评估。作为一种具体示例，所述网络仿真模块中，无线自组网网络协议仿真包括：1)初始化：包括读取配置参数、初始化全局变量和为变量分配内存空间；2)空闲状态：等待服务状态，不做任何操作；3)结束：仿真结束，生成统计文件和释放被占用的内存；4)接收信道传输仿真模块数据：接收、处理来自信道传输仿真模块的报文数据，按接口协议标准解析、过滤报文；5)发送业务数据：按接口协议将通信仿真数据解析处理后，送往场景仿真模块、仿真主控模块；6)接收业务数据：接收并处理来自场景仿真模块、仿真主控模块的报文和控制指令，包括解析、过滤报文和相应指令，并将待发送数据按照相应规则组帧后送入发送队列等待发送；7)发送数据到信道传输仿真模块：按照MAC模块输出的发送时机以“先进先出”的方式对消息进行相应处理，包括组帧、添加帧头，然后送往信道传输仿真模块。作为一种具体示例，所述信道传输仿真模块，具体如下：所述信道传输仿真模块基于MATLAB/Simulink来完成物理层模块仿真，所述物理层模块包括调制解调、编解码、信道噪声、信号检测及同步模块，使用Simulink来搭建各物理层模块间通信数据信号处理模型及可视化窗口，定义好通信仿真框架和各模块间交互接口，以此作为算法仿真的基础环境；所述信道传输仿真模块的外部接口采用网络接口，实现与数字中频板卡互通和对信号源控制的功能，构建完整半实物环境，并且与实际终端通过有线或无线方式实现数据传输及接口控制，物理层处理完的数据通过控制信号发生器进行展示；所述信道传输仿真模块根据剧情脚本设定和场景推演进程选取信道传输模型，或在链路传输过程中增加相应的噪声环境、链路模型，以模拟复杂地形、电磁环境对通信传输的影响，并在此基础上仿真计算出该环境下的丢包率曲线。作为一种具体示例，所述实物平台包含基带模块、中频模块，其中基带模块用于通信的物理层实现、接入及组网功能，中频模块包含发送模块和接收模块，发送模块用于将信号转为适合无线信道传输的中频信号，并对接射频将信号发送出去，接收模块用于将收到的中频信号转为基带模块能够处理的数字信号。一种多节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多节点综合仿真系统，其特征在于，包括场景仿真模块、仿真主控模块、网络仿真模块、信道传输仿真模块和实物平台；/n所述场景仿真模块，采用VR-Force仿真软件实现，模拟战术级通信网络仿真场景，并模拟多种传感器数据生成作为业务原始数据源，对包括城市空间、山地、丛林、岛屿的复杂地形及恶劣电磁环境下的网络运用进行仿真模拟，为实际使用提供参考建议；/n所述仿真主控模块，包括消息处理器、状态控制模块及仿真性能统计模块，用于完成包括目标轨迹、己方状态、协同控制、指挥命令、网管信令、传感器原始数据的各类数据的格式化处理及指令映射、仿真剧情脚本设计、性能统计；/n所述网络仿真模块，采用OPNET或QualNet仿真软件，用于完成无线自组网网络协议仿真、MAC接入算法仿真以及密集节点组网情况下对网络容量、信道阻塞进行仿真；/n所述信道传输仿真模块，用于完成调制解调、编解码、信号检测、信道模型的仿真，并提供外部接口适配；/n所述实物平台，用于仿真系统的通信、组网应用，实现算法功能仿真到实物平台演示验证，并将真实环境影响引入仿真系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种多节点综合仿真系统，其特征在于，包括场景仿真模块、仿真主控模块、网络仿真模块、信道传输仿真模块和实物平台；
所述场景仿真模块，采用VR-Force仿真软件实现，模拟战术级通信网络仿真场景，并模拟多种传感器数据生成作为业务原始数据源，对包括城市空间、山地、丛林、岛屿的复杂地形及恶劣电磁环境下的网络运用进行仿真模拟，为实际使用提供参考建议；
所述仿真主控模块，包括消息处理器、状态控制模块及仿真性能统计模块，用于完成包括目标轨迹、己方状态、协同控制、指挥命令、网管信令、传感器原始数据的各类数据的格式化处理及指令映射、仿真剧情脚本设计、性能统计；
所述网络仿真模块，采用OPNET或QualNet仿真软件，用于完成无线自组网网络协议仿真、MAC接入算法仿真以及密集节点组网情况下对网络容量、信道阻塞进行仿真；
所述信道传输仿真模块，用于完成调制解调、编解码、信号检测、信道模型的仿真，并提供外部接口适配；
所述实物平台，用于仿真系统的通信、组网应用，实现算法功能仿真到实物平台演示验证，并将真实环境影响引入仿真系统。


2.根据权利要求1所述的多节点综合仿真系统，其特征在于，所述场景仿真模块，具体如下：
所述场景仿真模块，模拟任务场景变化，根据预设任务脚本及地图特性，将包括城市空间、山地、丛林、岛屿的复杂地形特征通过仿真主控模块传递给信道传输仿真模块，由信道传输仿真模块评估计算出相应的误码率或者分组成功率曲线，再折算出相应的格式化消息丢包率或链路中断，并在此基础上推演时变通信链路变化对任务场景仿真的影响。


3.根据权利要求1所述的多节点综合仿真系统，其特征在于，所述仿真主控模块，包括消息处理器、状态控制模块及仿真性能统计模块，其中：
所述消息处理器，将包括目标轨迹、己方状态、协同控制、指挥命令、网管信令、传感器原始数据的各类数据进行格式化转换，并对格式化后的数据进行融合、协同处理，包括对指控类、传感器数据类消息的融合、处理及封装，并适配各种不同模块接口；
所述状态控制模块，用于实现场景逻辑、剧情脚本设计及状态转换功能，通过网络接口实现与VR-FORCES层、网络层、物理层的对接；
所述仿真性能统计模块，用于对系统仿真性能指标，包括网络传输时延、业务传输时延、波形加卸载时间进行仿真结果收集与统计，然后将相应统计数据汇总进行仿真数据分析与评估。


4.根据权利要求1所述的多节点综合仿真系统，其特征在于，所述网络仿真模块中，无线自组网网络协议仿真包括：
1)初始化：包括读取配置参数、初始化全局变量和为变量分配内存空间；
2)空闲状态：等待服务状态，不做任何操作；
3)结束：仿真结束，生成统计文件和释放被占用的内存；
4)接收信道传输仿真模块数据：接收、处理来自信道传输仿真模块的报文数据，按接口协议标准解析、过滤报文；
5)发送业务数据：按接口协议将通信仿真数据解析处理后，送往场景仿真模块、仿真主控模块；
6)接收业务数据：接收并处理来自场景仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张周，王彤彤，武欣桐，桑玮，郄志鹏，闫野，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，天津滨海人工智能军民融合创新中心，
类型：发明
国别省市：北京;11