一种自组网分布式仿真系统技术方案

本发明专利技术属于计算机仿真技术领域，具体涉及一种自组网分布式仿真系统；该系统包括：分布式数据库和分布式部署的多个主机；每个主机上部署有控制单元、仿真节点、数据面通道和控制面通道；所有控制单元通过动态选举来选出主控制单元；控制面通道为控制单元的通信载体，数据面通道为所有仿真节点间的无线流量的通信载体，数据面和网络面通过overlay网络通道进行通信；仿真节点用于映射现实自组网节点，仿真节点上挂载有事件通信模块和无线处理模块，事件通信模块用于处理控制面通道传输的事件消息；无线处理模块用于处理数据面通道传输的无线数据；本发明专利技术扩展性强，可灵活部署不同网络模型应对各类实时真实流量、网络协议。网络协议。网络协议。

【技术实现步骤摘要】
一种自组网分布式仿真系统


[0001]本专利技术属于计算机仿真
，具体涉及一种自组网分布式仿真系统。

技术介绍

[0002]移动无线自组网(MANET)是一种拓扑变化快，各个具有移动性的节点对等且通信计算能力和带宽有限，能够在没有任何中心节点的情况下创建连接和断开连接网络，既不依赖固定连接基站，也不依赖预定义的拓扑结构的无线网络。正是由于其没有控制中心移动自组织的特点，整个移动网络可以快速组网，高可靠抗毁性强。并且自组网节点间通信除了正常网络中的收发还包含了寻径转发功能，将数据包进行多跳转发传输至目的节点来维持网络的正常通信无需额外节点。这些独立组网和自组织的特性在行动迅速、部署环境没有特殊依赖的军事网络，大规模协同无人机组网、传感器网络等应用中发挥重要作用。
[0003]MANET中自组网模型的模型验证和标准确认，需要的Qos指标包括最小功率、容错率、最大带宽，包冲突概率等。针对这些指标需要移动无线自组网模型对真实业务流量验证，例如实时音频和视频会议以及短信等实时网络应用需要不同的带宽和延迟要求。时敏型业务对延迟非常敏感，而传输型的业务对传输带宽要求很高。此外，无线自组织网络还有许多正在开发的适应自组网动态拓扑、无线信道变化的路由协议，展示按需式路由协议在实际设备组网的效果与可行性需要真实业务流量驱动。其次，对于不同节点数量规模、不同噪声干扰环境下自组网的鲁棒性测试，延迟容忍网络(Delay Tolerant Network，DTN)的链路时延是一般网络协议栈所无法接受的。这些场景的验证方案如果采用真实网络设备或QEMU、VMware虚拟机模拟仿真节点部署，不仅批量配置内核协议栈繁杂，部署参数冗余，且网络构建不够灵活，每次协议架构升级无法快速更新。
[0004]因此，为了验证节点部署的按需启动的协议，能够根据网络中实际流量类型做出决策的仿真场景，需要基于实时流量可挂载真实网络协议的仿真方案。过去的一些采用Ns3、Opnet、Exata等仿真软件的研究中仿真节点对于实时流量的处理比较简单，没有考虑到真实流量与协议的收发包处理，对带宽与时延的考虑偏向理论值，因为它们基于特定领域且输入的变量较为固定有限，通常是对于传输通信性能的模拟分析。在专利号为CN112327667A，名为面向大规模无人集群网络的半实物仿真要素设计方法中考虑使用SDN架构融入仿真中，每个节点使用命名空间隔离的容器构建，SDN控制器使用openflow下发控制信息来构建管理并上发虚拟拓扑。但是容器节点自定义部分只针对进程级，每台主机都要与控制器建立连接通信管理全部节点，导致控制器开销较大，而仿真的可靠性依赖于集中管控的控制器正常执行。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种自组网分布式仿真系统，该方法包括：分布式数据库和分布式部署的多个主机；每个主机上部署有控制单元、仿真节点、数据面通道和控制面通道；所有控制单元通过动态选举来选出主控制单元，主控制单元基于全
局视角对整个网络进行观测和控制，从控制单元负责管理当前主机内全部仿真节点的资源控制、协议加载、业务下发及上报整合数据；控制面通道为控制单元的通信载体，数据面通道为所有仿真节点间的无线流量的通信载体，数据面和网络面通过overlay网络通道进行通信；仿真节点用于映射现实自组网节点，仿真节点上挂载有事件通信模块和无线处理模块，事件通信模块用于处理控制面通道传输的事件消息；无线处理模块用于处理数据面通道传输的无线数据。
[0006]优选的，所有控制单元通过动态选举来选出主控制单元的过程包括：
[0007]S1：每个分布式主机的控制单元启动后发起加入会话广播，接收到加入会话广播的其他主机返回加入会话响应；
[0008]S2：加入会话响应中若包含主控单元信息，且控制单元设定权重小于或等于主控制单元则不会触发选举操作，执行步骤S5，否则执行步骤S3；
[0009]S3：刚加入会话的主机发起申请主控操作并广播申请消息，申请消息包含当前主机id和请求权重；
[0010]S4：所有主机执行协商主控操作：控制单元接收到申请消息，比对所有申请消息的请求权重，将权重最大的主机更新为预设主控制单元；
[0011]S5：所有主机执行同步主控操作：更新主控制单元后，主控制单元广播单元同步广播信息，全局会话中的所有主机记录全部单元同步广播信息并返回确认信息；当主控制单元收到全部主机的确认信息后，主控制单元完成确认；
[0012]S6：从控制单元向主控制单元定时发送维持心跳包，当有主控制单元未响应心跳包或权重大于当前主控制单元主机加入会话时再次触发动态选举，执行步骤S1；
[0013]S7：主控制单元定时发起时钟同步操作：主控制单元向从控制单元发送时钟同步请求，从控制单元接收后返回该请求；从控制单元记录自己发送返回的时间ts1，和主控制节点接收返回的时间tr1；主控制节点记录自己的发送请求的时间ts2和从控制节点接收请求实际时间tr2；计算时间偏差为求实际时间tr2；计算时间偏差为将主控制单元的发送时间加上该偏差值设定为从控制单元时间；
[0014]S8：后端代理的主控制器地址重定向主控制单元的物理IP地址。
[0015]优选的，控制单元包括网络模型配置模块、节点资源控制模块、拓扑配置及态势控制模块、数据采集分析模块和业务解析下发模块；
[0016]所述网络模型配置模块用于配置仿真节点的网络模型和射频参数；
[0017]所述节点资源控制模块用于配置仿真节点在主机的资源占用限制；
[0018]所述拓扑配置及态势控制模块用于实时触发节点移动速度以及态势坐标俯仰角、偏向角；
[0019]所述数据采集分析模块用于采集链路状态、丢包、时延、无线收发包统计数据；
[0020]所述业务解析下发模块用于解析前端仿真命令并部署流量业务。
[0021]优选的，主机上部署仿真节点采用预计算多权值部署算法。
[0022]优选的，仿真节点通过控制器来执行加载各层级模型、节点的生存时间管理和资源配置及监听功能；仿真节点用于接收控制单元下发事件消息，并且序列化、反序列化通信数据，存储响应事件消息到本机的分布式数据库中，以便后续控制单元加载和上传；仿真节
点配置有资源占用限制，各个仿真节点独立自主。
[0023]进一步的，各个仿真节点独立自主包括：节点内自身存储射频范围内带内外信号，根据模型定义归纳为噪声或无线数据处理；当前仿真节点对于其他仿真节点的无线参数根据记录状态表自行计算，非主控计算传递，使得仿真节点实现动态加入或退出自组网。
[0024]优选的，overlay网络通道绑定了多个探针在vxlan或网桥上，overlay网络通道转发数据包时，同时监听并分析不同协议栈内数据，根据分析结果将数据保存至对应的分布式数据库中。
[0025]优选的，事件通信模块监听控制面通道传输的事件消息，正确解析事件消息，解析成功后发送事件接收响应并将该事件存入消息队列中；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自组网分布式仿真系统，其特征在于，包括：分布式数据库和分布式部署的多个主机；每个主机上部署有控制单元、仿真节点、数据面通道和控制面通道；所有控制单元通过动态选举来选出主控制单元，主控制单元基于全局视角对整个网络进行观测和控制，从控制单元负责管理当前主机内全部仿真节点的资源控制、协议加载、业务下发及上报整合数据；控制面通道为控制单元的通信载体，数据面通道为所有仿真节点间的无线流量的通信载体，数据面和网络面通过overlay网络通道进行通信；仿真节点用于映射现实自组网节点，仿真节点上挂载有事件通信模块和无线处理模块，事件通信模块用于处理控制面通道传输的事件消息；无线处理模块用于处理数据面通道传输的无线数据。2.根据权利要求1所述的一种自组网分布式仿真系统，其特征在于，所有控制单元通过动态选举来选出主控制单元的过程包括：S1：每个分布式主机的控制单元启动后发起加入会话广播，接收到加入会话广播的其他主机返回加入会话响应；S2：加入会话响应中若包含主控单元信息，且控制单元设定权重小于或等于主控制单元则不会触发选举操作，执行步骤S5，否则执行步骤S3；S3：刚加入会话的主机发起申请主控操作并广播申请消息，申请消息包含当前主机id和请求权重；S4：所有主机执行协商主控操作：控制单元接收到申请消息，比对所有申请消息的请求权重，将权重最大的主机更新为预设主控制单元；S5：所有主机执行同步主控操作：更新主控制单元后，主控制单元广播单元同步广播信息，全局会话中的所有主机记录全部单元同步广播信息并返回确认信息；当主控制单元收到全部主机的确认信息后，主控制单元完成确认；S6：从控制单元向主控制单元定时发送维持心跳包，当有主控制单元未响应心跳包或权重大于当前主控制单元主机加入会话时再次触发动态选举，执行步骤S1；S7：主控制单元定时发起时钟同步操作：主控制单元向从控制单元发送时钟同步请求，从控制单元接收后返回该请求；从控制单元记录自己发送返回的时间ts1，和主控制节点接收返回的时间tr1；主控制节点记录自己的发送请求的时间ts2和从控制节点接收请求实际时间tr2；计算时间偏差为时间tr2；计算时间偏差为将主控制单元的发送时间加上该偏差值设定为从控制单元时间；S8：后端代理的主控制器地址重定向...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐川，梁康，赵国锋，韩珍珍，黄嘉康，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：