面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统技术方案

本发明专利技术提出了一种面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统，采用了基于高层体系结构(HLA)规范的结构，具有可重用性和互操作性；能够实现多协议间，不同仿真系统平台间的数据通信，解决了不同协议间的数据无法识别、各仿真系统接口不规范的问题；能够实时真实传送每个数据包，传输效果明显，性能分析强；通过外接软件仿真真实传输场景提供实时动态通信环境数据；通过两个中继联邦模拟多个中继，演示面向深空DTN网络的多节点分段数据传输，通过多中继多跳分段传输，提高在深空中长距离、长时延环境下的传输效率；采集调度模块作为仿真平台的控制中心，一方面，采集当前仿真平台运行的实时相关数据实时显示出来，另一方面，对采集的数据进行有效分析，做出相关决策。本发明专利技术的仿真系统具备断续连接、存储转发及保管传输三大特性，这也很好适应了空间DTN网络传输特性。

【技术实现步骤摘要】
面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统
本专利技术属于深空通信仿真领域，涉及一种面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统。
技术介绍
深空通信是深空探测任务顺利实施的重要保障，其面临着与传统地面无线通信截然不同的通信难题，例如：传输距离远，路径损耗大，传播时延长，链路易频繁中断等。由于深空探测实验不易进行搭载测试，一个优良的仿真平台能够，准确模拟深空环境下的通信链路，分析并测试相关的技术和理论，是深空通信研究开展的必要保障。当前较流行以下四款网络仿真器：1)NS2：NS2(NetworkSimulatorversion2)网络仿真器是一种面向对象的网络仿真器。NS2软件配有仿真过程动态观察器，可以在仿真运行结束后，动态察看仿真的运行过程，观察跟踪的数据。NS2功能强大，可扩展性强，执行效率高，已广泛应用于局域网、广域网、无线移动网和卫星网络的仿真。2)OMNeT++:OMNeT++是一种离散事件仿真器，具备可嵌入式仿真内核和强大图形界面接口，可运行于多个操作系统平台，具备编程，调试和跟踪支持等功能并支持分布式并行仿真。3)DTNsim：DTNsim是用Java语言编写的离散事件模拟器，用来模拟DTN(DistributedTransientNetwork，分布的瞬态网络)中传输中断或失败时的消息存储转发。DTNsim还支持消息的分片传送。如果一个消息传送过程中碰到连接关闭，而已经有消息分片成功被节点接收，那么该节点将会等待剩余的消息分片的到来。4)ONE：ONE适用于DTN网络环境的路由协议和应用研究分析的模拟器，具有离散事件驱动、面向对象和模拟真实网络环境的特点。ONE将移动模型、DTN路由和可视化的图形界面整合为一体，非常容易进行扩展，并可以提供大量的分析模型和结果报告。虽然这四款仿真软件有着非常优秀的仿真性能，但是在仿真深空探测的数据通信方案时，存在着无法逾越的缺点：1)NS2缺少对DTN网络环境很好的支持。同时，NS2进行多节点仿真时，不能够传输实际数据，这导致无法进行真实数据的传输。2)OMNET++需要用户自己实现特定功能。同时，在NS2实验仿真大规模节点时，不能够传输真实数据，只能传输数据信息。3)DTNsim是专门为DTN网络环境设计的模拟器。但是，它只是单纯地关注于路由的仿真。同时，在多节点仿真时，不能进行真实数据的传输。4)ONE网络模拟器只实现了DTN协议的BP部分，在进行多节点仿真时，只是传送虚拟数据(数据信息的信息)，既不能实现真实数据传送也不能体现数据流向。综上所述，NS2和OMNET++网络仿真器缺乏对DTN网络环境良好支持，需用户进行特定的开发。而DTNsim和ONE网络仿真器虽然是专门为DTN网络环境设计的模拟器，但是都有各自的缺陷。而且在多节点仿真时，其都只能模拟虚拟数据传输，不能进行真实数据传送，不能满足深空协议仿真的要求，无法实现深空协议仿真。例如，中国专利文献1(CN102821159A）记载了一种面向深空通信的分布式仿真系统，该系统包括功能仿真组件，仿真环境产生及更新组件、仿真性能分析与记录组件，其中，功能仿真组件包括探测星联邦成员、中继星联邦成员、速率控制联邦成员、地面站联邦成员，仿真环境产生及更新组件包括深空环境联邦成员，仿真性能分析与记录组件包括数据采集联邦成员。虽然，文献1提到了中继星联邦成员可以有多个，但是，文献1并未给出多个中继星联邦成员如何实现基于多个中级卫星的多跳通信仿真。深空通信由于超远距离通信造成的路径损耗非常巨大，传输时延长。在现有技术条件下无中继端到端链路传输无法满足要求，当前的空间DTN网络具有：多中继、长时延、频繁中断、文件保管传输等特点，通过利用多中继节点、分段协作完成数据传输。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出了一种面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统，能仿真演示多中继节点分段协作数据传输、模拟链路频繁中断、实现文件传输协议的平台，从而能在地面演示深空文件多中继传输，为深空多节点传输通信方案提供技术支持。本专利技术通过如下技术方案实现：一种面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统，包括：深空探测联邦成员、中继星联邦成员I、中继星联邦成员II、地面站联邦成员、深空环境联邦成员和采集调度联邦成员；其中，深空探测联邦成员，用于实现数据收集，并按照需要仿真的协议对数据进行处理，然后发送出去至中继星联邦成员；中继星联邦成员I和中继星联邦成员II，用于实现数据通信过程中的数据中继传输；地面站联邦成员，作为探测数据的接收端，用于接收中继星联邦成员发送的数据，实现数据的恢复处理；深空环境联邦成员，用于生成深空环境数据并通过广播的方式，实时对整个仿真系统中的各个联邦成员中的所述深空环境数据进行更新；数据采集调度联邦成员，用于实现对仿真过程中的数据参量的记录存储和多中继节点传输路由选择。在数据采集调度联邦成员的调度下，通过中继星联邦成员I和中继星联邦成员II交替实现每一跳中不同的多个中继节点。进一步地，所述在数据采集调度联邦成员的调度下，通过中继星联邦成员I和中继星联邦成员II交替实现每一跳中不同的多个中继节点具体为：数据采集调度成员依据确定的场景信息，将其广播给各个数据模块；中继星联邦成员I和中继星联邦成员II收到场景信息后，进行相应场景的匹配；采集调度联邦成员通过采集仿真场景各个节点间链路信息并据此确定传输路由，从而确定各跳多个节点上所选择的节点，再通知给中继星联邦成员I和中继星联邦成员II。进一步地，所述仿真过程中的数据参量包括节点间链路信息、数据当前传输进度和路由选择。进一步地，所述深空环境联邦成员通过卫星工具包软件STK产生深空环境数据。进一步地，所述面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统采用C++代码实现。本专利技术的有益效果是：本专利技术的面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统1）采用了基于高层体系结构(HLA)规范的结构，具有可重用性和互操作；2）能够实现多协议间，不同仿真系统平台间的数据通信，解决了不同协议间的数据无法识别、各仿真系统接口不规范的问题；3）不同一般仿真系统模拟虚拟数据传输，本专利技术的仿真系统对待传输的数据拆分打包，实时真实传送每个数据包，传输效果明显，性能分析强；4）不同于传统的给出某几项参数的值，本专利技术的仿真系统通过外接软件仿真真实传输场景提供实时动态通信环境数据。例如，通信实时的距离、实时链路状态、实时信号的损耗等，避免了传统取定值方法带来的不可忽略的差错；5）本专利技术的仿真系统通过两个中继联邦模拟多个中继，演示面向深空DTN网络的多节点分段数据传输。通过多跳（每跳多中继）分段传输，提高在深空中长距离、长时延环境下的传输效率。6)本专利技术的仿真系统采集调度模块作为仿真平台的控制中心，一方面，采集当前仿真平台运行的实时相关数据（比如当前数据传送的百分比，各数据传送器间的链路信息等），实时显示出来；另一方面，对采集的数据进行有效分析，做出相关决策（比如控制数据传输情况），使整个平台有效真实的进行数据传送；7）本专利技术的仿真系统具备断续连接、存储转发及保管传输三大特性，这也很好适应了空间DTN网络传输特性。附图说明图1是本专利技术的深空多中继卫星通信的分布式仿真系统的结构图；图2是本专利技术的两个中继模块模拟多中继的实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统，其特征在于：该系统包括：深空探测联邦成员、中继星联邦成员I、中继星联邦成员II、地面站联邦成员、深空环境联邦成员和采集调度联邦成员；其中，深空探测联邦成员，用于实现数据收集，并按照需要仿真的协议对数据进行处理，然后发送出去至中继星联邦成员；中继星联邦成员I和中继星联邦成员II，用于实现数据通信过程中的数据中继传输；地面站联邦成员，作为探测数据的接收端，用于接收中继星联邦成员发送的数据，实现数据的恢复处理；深空环境联邦成员，用于生成深空环境数据并通过广播的方式，实时对整个仿真系统中的各个联邦成员中的所述深空环境数据进行更新；数据采集调度联邦成员，用于实现对仿真过程中的数据参量的记录存储和多中继节点传输路由选择；其中，在数据采集调度联邦成员的调度下，通过中继星联邦成员I和中继星联邦成员II交替实现每一跳中不同的多个中继节点。

【技术特征摘要】
1.一种面向深空多中继卫星通信的分布式仿真系统，其特征在于：该系统包括：深空探测联邦成员、中继星联邦成员I、中继星联邦成员II、地面站联邦成员、深空环境联邦成员和数据采集调度联邦成员；其中，深空探测联邦成员，用于实现数据收集，并按照需要仿真的协议对数据进行处理，然后发送出去至中继星联邦成员I或中继星联邦成员II；中继星联邦成员I和中继星联邦成员II，用于实现数据通信过程中的数据中继传输；地面站联邦成员，作为探测数据的接收端，用于接收中继星联邦成员发送的数据，实现数据的恢复处理；深空环境联邦成员，用于生成深空环境数据并通过广播的方式，实时对整个仿真系统中的各个联邦成员中的所述深空环境数据进行更新；数据采集调度联邦成员，用于实现对仿真过程中的数据参量的记录存储和多中继节点传输路由选择；其中，在数据采集调度联邦成员的调度下...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志华，张钦宇，谭奇，袁鹏，宋昊阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：