一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统技术方案

本发明专利技术属于卫星星座仿真及测试技术领域，公开了一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，包括云计算系统、物理节点、物理链路模拟器以及综合控制系统，用于实现物理集群资源虚拟化技术与多类型节点及异构链路模拟技术，形成超万颗星的虚拟化仿真环境。本发明专利技术建立了面向卫星网络的地面高保真仿真、测试与评估的半物理平台，联合虚拟化系统和物理系统实现对所述大规模星座系统仿真评估及测试验证，可以对算法协议软件运行时的资源占用情况以及第三方设备组网性能进行测试评估，为大规模卫星星座系统能力的验证提供可信的途径和平台；同时，通过部分物理硬件功能的虚拟化确保仿真验证系统仿真和测试评估的高效性、一致性和准确性。一致性和准确性。一致性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统


[0001]本专利技术属于卫星星座仿真及测试
，尤其涉及一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统。

技术介绍

[0002]目前，空间互联网包括由各类在轨运行的飞行器、卫星或卫星星座构成的空间信息处理及通信设施，各类地面站、核心网等相关地面基础设施，各类应用系统融合构成的高性能全球网络基础设施，是新一代全球互联网的发展重点方向、新一轮空间竞争的焦点。国际卫星产业龙头企业均在积极开展空间互联网业务投资，力求抢占卫星空间网络高地，争夺空间宝贵资源。以Starlink、Oneweb等为代表的低轨巨型星座工程已经进入实际部署阶段，在我国，空间互联网作为国家空间信息基础设施的重要组成部分，纳入了“新基建”范畴。新一代“千星星座”乃至“万星星座”的空间互联网星座系统启动建设。
[0003]新一代“千星星座”乃至“万星星座”的空间互联网星座网络规模较大，网络结构复杂，通过传统的实验与数学分析设计网络，人力与物力成本过高，不能满足实际的需求。仿真作为一种客观可靠的规划和设计技术，通过仿真能够有效地分析卫星星座的优缺点。虽然软件仿真具有方便快捷，操作简单灵活，成本低等特点，但是软件仿真只是功能仿真，其正确性和准确性无法有效得到保证。
[0004]广东奥尔特云科技有限公司在其申请的专利文献“一种基于容器云的卫星星座仿真架构和网络仿真系统”(申请号：202110175307.5，申请公布号：CN112800620A，申请公布日：2021.05.14)中公开了一种基于容器云的卫星星座仿真架构和网络仿真系统。该系统将多台物理服务器通过交换机相互连通，运行在物理机服务器的若干容器组成平台层，用于卫星星座仿真，同时建立包括网络服务、调度服务、日志服务、监控服务、同步服务和存储服务的基础服务层，用于提供容器管理和物理资源分配，该系统提高了大规模卫星系统的仿真效率和稳定性。但是该系统局限于纯软件仿真的劣势，其真实性和准确性无法得到有效保证。因此，亟需设计一种新的大规模卫星网络仿真评估测试系统。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：通过传统的实验与数学分析设计网络，人力与物力成本过高，不能满足实际需求；软件仿真只是功能仿真，其真实性、正确性和准确性无法有效得到保证。
[0006]解决以上问题及缺陷的难度为：大规模卫星星座系统结构庞大且复杂，全实物测试成本昂贵，代价巨大，软件仿真真实性无法得到保证，如何设计一个面向大规模卫星星座的仿真测试系统，在有限的成本内提高仿真结果的正确性成为一个亟待解决的问题。
[0007]解决以上问题及缺陷的意义为：本专利技术所设计的一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统和实物仿真相比，系统结构更易修改、优化，研发费用更加低廉，周期更短。和软件仿真相比，仿真更加逼真，仿真精度更高。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，尤其涉及一种联合虚拟化系统和物理系统实现大规模星座系统仿真评估及测试验证的系统，旨在解决面向大规模卫星星座网络仿真评估及测试时，软件仿真无法保证真实性和准确性的问题。
[0009]本专利技术是这样实现的，一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，包括云计算系统、物理节点、物理链路模拟器以及综合控制系统，实现物理集群资源虚拟化技术与多类型节点及异构链路模拟技术，形成超万颗星的虚拟化仿真环境，把部分数学模型、部分物理模型和实际设备联系在一起运转，组成仿真系统，同时在系统中进行的仿真试验，更接近实际情况，从而得到更确切的信息。
[0010]其中，所述云计算系统，由物理服务器集群构成，所述服务器集群运行开源虚拟化软件和云计算管理系统软件；其中，所述虚拟化软件实现物理资源的虚拟化，所述云计算管理系统软件实现对容器化虚拟节点建立、中止、删除和调度的管理模块；
[0011]所述物理节点，用于采用星载路由交换模块，提供路由交换能力，并运行及第三方组网协议；
[0012]所述物理链路模拟器，支持网络拓扑控制及链路的特性模拟，用于运行网络连接控制软件；
[0013]所述综合控制系统，包括一台PC和演示设备；其中，所述PC包括仿真想定配置模块、仿真控制模块、动态演示模块以及性能评估模块，用于分别运行综合控制系统软件；所述演示设备，用于负责系统控制软件的用户界面展示及仿真过程、性能评估结果的展示。
[0014]进一步，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统的硬件架构包括：
[0015]根据网络规模、仿真性能粒度需求规划不同仿真中节点的规模部署以及参数设置，实现对组网协议、算法在不同网络规模下的组网性能评估；通过物理系统实现对组网协议、算法资源运行中对资源消耗情况的测试；通过对部分物理硬件功能的虚拟化以及软件协议、算法在所述虚拟化系统与所述物理系统的无缝移植，确保所述仿真验证系统仿真和测试评估的高效性、一致性和准确性。
[0016]进一步，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统的逻辑架构，包括物理硬件层、虚拟化层、资源调度层、控制层及应用层。
[0017]其中，所述物理层，是系统物理设施的集合；
[0018]所述虚拟化层，用于采用虚拟化技术，根据用户配置表为虚拟节点分配CPU、内存、网络和磁盘资源；
[0019]所述资源调度层，用于负责系统虚拟化资源的管理及物理设备控制；
[0020]所述控制层，用于将仿真想定环境中节点、链路、载荷及业务映射为实际仿真环境中的数字、虚拟及实物节点，并实现配置管理；
[0021]所述应用层，用于为大规模星座系统仿真及测试服务应用系统，包括仿真想定服务、协议模型库服务、性能评估服务以及动态演示服务。
[0022]本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的虚实系统联合的大规模卫星网络仿
真评估及测试系统的虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试方法，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试方法包括：
[0023]建立组网协议算法的统一格式，形成组网协议算法模型库；
[0024]通过服务应用系统提供协议模型库服务、仿真想定服务、性能评估服务以及动态演示服务。
[0025]进一步，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试方法还包括对被仿真/测试的算法、协议和实物对系统资源占用测试方案，该方案包括：
[0026](1)虚拟节点资源占用监测方案
[0027]基于OpenvSwitch软件虚拟交换机的链表数据结构输出所述仿真的网络性能状态和数据对所述虚拟节点资源占用监测；
[0028]通过容器技术构建容器化的虚拟卫星网络节点，算法协议软件运行在容器节点中；随机指定10％数量的容器节点，以10s为周期，从容器引擎中提取所述容器节点在整个仿真测试过程中的资源占用数据。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，其特征在于，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，包括云计算系统、物理节点、物理链路模拟器以及综合控制系统，用于实现物理集群资源虚拟化技术与多类型节点及异构链路模拟技术，形成超万颗星的虚拟化仿真环境；其中，所述云计算系统，由物理服务器集群构成，所述服务器集群运行开源虚拟化软件和云计算管理系统软件；其中，所述虚拟化软件实现物理资源的虚拟化，所述云计算管理系统软件实现对容器化虚拟节点建立、中止、删除和调度的管理模块；所述物理节点，用于采用星载路由交换模块，提供路由交换能力，并运行及第三方组网协议；所述物理链路模拟器，支持网络拓扑控制及链路的特性模拟，用于运行网络连接控制软件；所述综合控制系统，包括一台PC和演示设备；其中，所述PC包括仿真想定配置模块、仿真控制模块、动态演示模块以及性能评估模块，用于分别运行综合控制系统软件；所述演示设备，用于负责系统控制软件的用户界面展示及仿真过程、性能评估结果的展示。2.如权利要求1所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，其特征在于，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统的硬件架构包括：根据网络规模、仿真性能粒度需求规划不同仿真中节点的规模部署以及参数设置，实现对组网协议、算法在不同网络规模下的组网性能评估；通过物理系统实现对组网协议、算法资源运行中对资源消耗情况的测试；通过对部分物理硬件功能的虚拟化以及软件协议、算法在所述虚拟化系统与所述物理系统的无缝移植。3.如权利要求1所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统，其特征在于，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统的逻辑架构，包括物理硬件层、虚拟化层、资源调度层、控制层及应用层；其中，所述物理层，是系统物理设施的集合；所述虚拟化层，用于采用虚拟化技术，根据用户配置表为虚拟节点分配CPU、内存、网络和磁盘资源；所述资源调度层，用于负责系统虚拟化资源的管理及物理设备控制；所述控制层，用于将仿真想定环境中节点、链路、载荷及业务映射为实际仿真环境中的数字、虚拟及实物节点，并实现配置管理；所述应用层，用于为大规模星座系统仿真及测试服务应用系统，包括仿真想定服务、协议模型库服务、性能评估服务以及动态演示服务。4.一种运行权利要求1～3任意一项所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试系统的虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试方法，其特征在于，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试方法包括：建立组网协议算法的统一格式，形成组网协议算法模型库；通过服务应用系统提供协议模型库服务、仿真想定服务、性能评估服务以及动态演示服务。5.如权利要求4所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试方法，其特征在于，所述虚实系统联合的大规模卫星网络仿真评估及测试方法还包括对被仿真/测试的算
法、协议和实物对系统资源占用测试方案，该方案包括：(1)虚拟节点资源占用监测方案基于OpenvSwitch软件虚拟交换机的链表数据结构输出所述仿真的网络性能状态和数据对所述虚拟节点资源占用监测；通过容器技术构建容器化的虚拟卫星网络节点，算法协议软件运行在容器节点中；随机指定10％数量的容器节点，以10s为周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：史琰，盛敏，白卫岗，任鹏，邱智亮，吕豪强，朱彦，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：