CN107612703B - 二维聚合的联合战术通信系统模型及构建方法、应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于联合战术通信系统训练仿真领域，提供一种二维聚合的联合战术通信系统模型构建方法及应用方法，所述联合战术通信系统模型包括底层物理网模型、上层物理网模型和聚合网模型。本发明将底层物理网抽象为上层物理网的上层节点，建立上层物理网模型，使得基于上层物理网模型进行联合战术通信系统训练仿真，可以避免考虑各类微波网、电台网、卫星网之间不同寻路规则的不利影响；基于聚合网模型进行通信态势展现可以直观且便捷地反映军事用户的关注点。基于上述联合战术通信系统二维聚合的上层物理模型网和聚合网模型，进行仿真训练，提升了联合战术通信系统网络模型可用性，改进了计算通信效果的效率和准确性以及通信态势展现的直观性和便捷性。

Description

二维聚合的联合战术通信系统模型及构建方法、应用方法

技术领域

本发明属于联合战术通信系统训练仿真领域，尤其涉及一种二维聚合的联合战术通信系统模型构建方法及应用方法。

背景技术

在进行联合战术通信系统训练仿真时，常需要对用户接入系统后的通信效果进行评估，但是由于联合战术通信系统通常由微波网、战术电台网和卫星网等网构成，在构建联合战术通信系统训练仿真网络模型时，通常对联合战术通信系统的微波网、电台网和卫星网等网络分别构建模型，设计不同网模型间的切换及寻路规则，计算得出通信效果，形成通信态势。但是各类网之间的寻路规则与切换逻辑不同，而且寻路过程较为复杂，若训练过程中通信链路在各网间切换较为频繁，通信效果的计算耗时较长、易于出错，使得不易评估入网用户之间的连通性与连通效果，而且通信态势展现过程复杂且不直观。所以需要改进现有联合战术通信系统网模型的构建方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种二维聚合的联合战术通信系统模型构建方法及应用方法，使得在进行联合战术通信系统训练仿真时，改进通信效果计算的效率和准确性，改善通信态势展现的直观性和便捷性，提高联合战术通信系统网络模型可用性。

一方面，所述二维聚合的联合战术通信系统模型包括底层物理网模型、上层物理网模型和聚合网模型，其中：

所述底层物理网模型包括物理网节点和物理网链路，各物理网节点之间依据业务规则建立链路联系，所有底层物理网构成底层物理网集；

所述上层物理网模型中包含上层节点和上层链路，并且每一个底层物理网抽象为上层物理网的一个上层节点，上层节点的列表即为底层物理网的集合，底层物理网与上层节点之间构成一一对应关系，上层物理网的上层节点之间的链路即为底层物理网集中各底层物理网之间网络交换机的内部链路，上层物理网模型实现业务量的更新以及网系运行态势统计更新计算，提供通信寻路的结果；

所述聚合网模型中包含聚合节点和聚合链路，一个聚合节点即代表一个用户节点、接入节点或干线节点，基于聚合网模型构建的通信态势即可直观且便捷的展现用户关心的各类节点、兵力、设备之间的连通关系。

另一方面，所述二维聚合的联合战术通信系统模型的构建方法包括下述步骤：

构建用于描述联合战术通信系统中各类通信设备的通信设备模型，所述通信设备模型包括无线通信设备模型和有线通信设备模型，其中无线通信设备模型包括微波接力机模型、卫星通信设备模型以及通用电台设备模型，有线通信设备模型包括交换机模型，对于通信设备模型建模，将设备参数划分为基础性能参数和工作参数；

构建用于描述物理网节点都应有属性的物理网节点模型，每个物理网节点对应一个通信设备，都有一个设备ID属性以及关联设备句柄，通过所关联设备ID获取物理网节点需要何种设备开设及设备的部分工作参数，其中部分物理网节点有所属聚合节点属性，物理网节点的状态变化由通信设备触发，状态变化会触发其所在物理网更新，并且触发聚合网模型更新；

根据物理网节点以及物理网链路构建底层物理网模型，物理网节点之间通过物理网链路连接，物理网链路的状态包括通断、链路质量以及传输速率，底层物理网模型自动维护自己的物理网链路状态，根据物理网节点变化进行更新，底层物理网模型还提供网内节点间连通性检查的接口；

构建聚合节点模型，聚合节点包括一个物理网节点列表用以表明聚合节点逻辑上的入网情况，聚合节点模型还有一个关联设备列表，用以表明其所包含的通信设备与物理网节点的关联关系；

构建上层物理网模型，底层物理网集合中的一个底层物理网抽象为上层物理网中的一个上层节点，底层物理网发生变化触发上层物理网更新；

构建聚合网模型，每一个聚合节点内部包含一到多个分属于不同底层物网的物理网节点，组成这些物理网节点的通信设备通过网络交换机连接，聚合节点之间有一到多条聚合链路，底层物理网的物理网节点变化会导致聚合链路状态的变化，聚合节点在物理网节点状态发生变化时才更新状态。

第三方面，所述二维聚合的联合战术通信系统模型的应用方法，包括下述步骤：

根据实际通信需求确定接入联合战术通信系统的通信起点S和通信终点E；

确定通信起点S所接入的底层物理网Ns以及通信终点E所接入的底层物理网Ne；

基于底层物理网与上层节点的一一对应关系，在上层物理网中确定底层物理网Ns对应的上层节点Vs以及底层物理网Ne对应的上层节点Ve；

将上层物理网抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在上层物理网中确定上层节点Vs到Ve是否可达；

若Vs到Ve可达，根据Vs到Ve所经路径确定底层物理网Ns的出网通信设备Ds以及底层物理网Ne的入网通信设备De，若Vs到Ve不可达，则结束；

在Vs到Ve可达的条件下，将底层物理网Ns抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在底层物理网Ns中确定通信起点S所连接的通信设备到出网通信设备Ds是否可达；

将底层物理网Ne抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在底层物理网Ne中确定通信终点E所连接的通信设备到入网通信设备De是否可达；

若通信起点S到出网通信设备Ds以及通信终点E到入网通信设备De任意一个不可达则结束，若均可达，则可分别确定此次通信中Ns和Ne中的分路由，然后根据Vs到Ve的路由确定Vs和Ve之间的上层节点所对应的中间底层物理网，并根据上下游底层物理网间的连接关系确定各中间底层物理网的入网通信设备和出网通信设备，依据最小费用最大流问题求解算法求解出各中间底层物理网中的分路由；

依据通信起点S到通信终点E的各段分路由按通信的先后顺序组合成此次通信的完整通信路由，计算从通信起点S到通信终点E的通信效果，计算完成后结束。

本发明的有益效果是：本发明在微波网、电台网、卫星网等底层物理网的基础上，将底层物理网抽象为上层物理网的上层节点，建立上层物理网模型；在物理网链路连通性及流量分布基础上建立聚合网模型，使得基于上层物理网模型进行联合战术通信系统训练仿真，可以避免考虑各类微波网、电台网、卫星网之间不同寻路规则的不利影响；基于聚合网模型进行通信态势展现可以直观且便捷地反映军事用户的关注点。基于上述联合战术通信系统二维聚合的上层物理模型网和聚合网模型，进行仿真训练，提升了联合战术通信系统网络模型可用性，改进了计算通信效果的效率和准确性以及通信态势展现的直观性和便捷性。

附图说明

图1是二维聚合的联合战术通信系统模型的体系结构图；

图2是一个典型的底层物理网模型结构图；

图3是本发明实施例提供的二维聚合的联合战术通信系统模型的构建方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的二维聚合的联合战术通信系统模型的应用方法的流程图；

图5是通信起点和通信终点建立通信路由的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

本实施例提供的二维聚合的联合战术通信系统模型包括底层物理网模型、上层物理网模型和聚合网模型，二维聚合的联合战术通信系统训练仿真网络模型从通信效果计算和通信态势展现两个维度进行聚合展现，各类网系的内部组成及其相互之间的映射关系如图1所示，其中：

所述底层物理网模型包括物理网节点和物理网链路，各物理网节点之间依据业务规则建立链路联系，所有底层物理网构成底层物理网集；图1中所示的物理网1-12均为本实施例所述的底层物理网，所有底层物理网构成底层物理网集。所述底层物理网按照通信设备的类型可以分为微波网、电台网、卫星网等。底层物理网模型内部结构如图2所示，包括物理网节点和物理网链路，图2中X1至X5为物理网节点，各个物理物理网节点之间的链路为物理网链路。底层物理网模型是从通信效果计算和通信态势展现两个维度对联合战术通信系统网系进行聚合展现的基础。

底层物理网只是一种逻辑概念，物理网节点从实际的硬件设备来看就是一个个的通信设备。通信设备和网络交换机位于通信车辆上，通信车辆上的通信设备有多种，比如微波接力机、高速电台、超短波电台、卫星设备、局域网设备等，不同类型的通信设备间通过网络交换机交换数据和指令。

所述上层物理网模型中包含上层节点和上层链路，并且每一个底层物理网抽象为上层物理网的一个上层节点。图1中，虽然上层物理网仅示出了9个上层节点N1-N9，但是实际上一个底层物理网对应一个上层节点，只是图中内容所限，并未画出所有的上层节点，以省略号表示。上层节点的列表即为底层物理网的集合，底层物理网与上层节点之间构成一一对应关系。假设有12个底层物理网，那么上层节点的列表就是这12个底层物理网的信息。上层物理网的上层节点之间的链路即为各底层物理网之间网络交换机的内部链路，比如图示中上层节点N1到N2之间的链路，就是底层物理网1的网络交换机与底层物理网2的网络交换机的连接链路。上层物理网模型实现业务量的更新以及网系运行态势统计更新计算，提供通信寻路的结果。

所述聚合网模型中包含聚合节点和聚合链路，从用户的角度看，一个聚合节点即代表一个用户节点、接入节点或干线节点，基于聚合网模型构建的通信态势即可直观且便捷的展现用户关心的各类节点、兵力、设备之间的连通关系。

本发明实施例从两个维度进行抽象与聚合：一是从通信效果计算维度聚合。在构建联合战术通信系统的微波网、电台网、卫星网等底层物理网模型的基础上，建立上层物理网，将单个的微波网、电台网、卫星网抽象成上层物理网的一个上层节点，依据各个底层物理网的连接状态，建立上层物理网的上层链路；各个底层物理网维护各自内部物理网节点间的连通性及连通效果，当其连通性发生变化时，通知上层物理网更新网络拓扑和节点状态，使用户的寻路过程基于上层物理网进行计算，避免了寻路时考虑各类底层物理网之间不同寻路规则的不利影响，从而提升了联合战术通信系统网络模型可用性，改进了通信效果计算的效率和准确性。二是从通信态势展现维度聚合。从军事用户关心的视点出发，依据干线节点、用户节点和接入节点拓扑分布情况，在物理网链路连通性及流量分布的基础上，构建聚合节点网系模型，以实现通信态势的直观展现。

实施例二：

本实施例提供了一种二维聚合的联合战术通信系统模型的构建方法，如图3所示，包括下述步骤：

步骤S301、构建用于描述联合战术通信系统中各类通信设备的通信设备模型，所述通信设备模型包括无线通信设备模型和有线通信设备模型，其中无线通信设备模型包括微波接力机模型、卫星通信设备模型以及通用电台设备模型，有线通信设备模型包括交换机模型，对于通信设备模型建模，将设备参数划分为基础性能参数和工作参数。基础性能参数包括频率上限、频率下限、最大通信距离等；工作参数包括工作方式、工作频率、当前传输速率等。

步骤S302、构建用于描述物理网节点都应有属性的物理网节点模型，每个物理网节点对应一个通信设备，都有一个设备ID属性以及关联设备句柄，通过所述设备ID获取物理网节点需要何种设备开设及设备的部分工作参数，其中部分物理网节点有所属聚合节点属性，当兵力去开设某一聚合节点时会将属于它的物理网节点开设。物理网节点还有关联设备句柄，开设某个物理网节点即把与其关联的通信设备开机，物理网节点的状态变化由通信设备触发，状态变化会触发其所在物理网更新，并且触发聚合网模型更新。

步骤S303、根据物理网节点以及物理网链路构建底层物理网模型，包括微波网、电台网、卫星网等。每个物理网节点对应一个通信设备，物理网节点之间通过物理网链路连接，物理网链路的状态包括通断、链路质量以及传输速率，底层物理网模型都自动维护自己的物理网链路状态，根据物理网节点变化进行更新，底层物理网模型还提供网内节点间连通性检查的接口。

步骤S304、构建聚合节点模型，聚合节点是逻辑实体，聚合节点包括一个物理网节点列表用以表明聚合节点逻辑上的入网情况。比如图1中，由底层物理网1-3通过聚合节点M3连接，聚合节点M3包括底层物理网1-3内的部分物理网节点的列表。聚合节点模型还有一个关联设备列表，用以表明通信设备与物理网节点的关联关系。即每个物理网节点具体对应是那个通信设备。

步骤S305、构建上层物理网模型，上层物理网模型中包含上层节点和上层链路。将一个底层物理网抽象为上层物理网的一个节点，底层物理网发生变化触发上层物理网更新。上层节点对应具体的底层物理网，底层物理网发生变化触发上层物理网的更新。更新业务量时，通过通信保障服务获得通信起点和通信终点之间的动态业务量，进而分配到各个底层物理网。上层链路与聚合节点紧密相关，聚合节点变化触发上层链路的动态增加删除。上层物理网模型主要完成背景流量的更新，网系运行态势统计更新计算，提供两个实体间通信寻路的结果。

步骤S306、构建聚合网模型，每一个聚合节点内部包含一到多个分属于不同底层物网的物理网节点，组成这些物理网节点的通信设备通过网络交换机连接，聚合节点之间有一到多条聚合链路，底层物理网的物理网节点变化会导致聚合链路状态的变化，聚合节点在物理网节点状态发生变化时才更新状态。

实施例三：

本实施例提供了一种二维聚合的联合战术通信系统模型的应用方法，如图4所示，包括下述步骤：

步骤S401、根据实际通信需求确定接入联合战术通信系统的通信起点S和通信终点E。所述通信起点S为通信发起方的通信设备，所述通信终点E为通信接收方的通信设备。根据一次通信需求，可以确定通信起点S和通信终点E。S和E的位置如图5所示。

步骤S402、确定通信起点S所接入的底层物理网Ns以及通信终点E所接入的底层物理网Ne。在通信过程中，通信起点和通信终点都需要接入至底层物理网。通信起点和通信终点开机后会自动连接至底层物理网的通信设备，假设通信起点S连接的通信设备为S',通信终点连接的通信设备为E'，如图5所示，可以确定通信起点S所接入的底层物理网Ns以及通信终点E所接入的底层物理网Ne。

步骤S403、基于底层物理网与上层节点的一一对应关系，在上层物理网中确定底层物理网Ns对应的上层节点Vs以及底层物理网Ne对应的上层节点Ve。

步骤S404、将上层物理网抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在上层物理网中确定上层节点Vs到Ve是否可达。图论中最小费用最大流问题求解算法是现有算法，综合考虑考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素，可以找到上层节点Vs到Ve的最佳路径，如果Vs到Ve不可达，则直接结束。

步骤S405、若Vs到Ve可达，根据Vs到Ve所经路径确定底层物理网Ns的出网通信设备Ds以及底层物理网Ne的入网通信设备De，若Vs到Ve不可达，则结束。本步骤中，假设Vs到Ve之间的最佳路径为Vs-Vd…Vf-Ve，根据Vs到Ve所经路径确定底层物理网Ns的出网通信设备Ds，即确定底层物理网Ns与Vd对应的底层物理网连接的通信设备，也就是所述的出网通信设备。同样还要确定底层物理网Ne的入网通信设备De。

步骤S406、在Vs到Ve可达的条件下，将底层物理网Ns抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在底层物理网Ns中确定通信起点S所连接的通信设备到出网通信设备Ds是否可达。

步骤S407、将底层物理网Ne抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在底层物理网Ne中确定通信终点E所连接的通信设备到入网通信设备De是否可达。同样本步骤中根据图论中最小费用最大流问题求解算法来确定S'与Ds之间是否可达，可达时可以得到S到Ds的最佳路径。采用同样方法确定E'与De之间是否可达，可达时可以得到E到De的最佳路径。

步骤S408、若通信起点S到出网通信设备Ds以及通信终点E到入网通信设备De任意一个不可达则结束，若均可达，则可分别确定此次通信在底层物理网Ns和Ne中的分路由，然后根据Vs到Ve的路由确定Vs和Ve之间的上层节点所对应的中间底层物理网，并根据上下游底层物理网间的连接关系确定各中间底层物理网的入网通信设备和出网通信设备，依据最小费用最大流问题求解算法求解出各中间底层物理网中的分路由。

本步骤中，确定S到Ds以及E到De均可达后，可以确定Ns和Ne中的分路由，即S到Ds的路由以及E到De的路由。由于在步骤S404中已经通过最小费用最大流问题求解算法得到上层节点Vs到Ve的最佳路径，即可知道本次通信中上层节点Vs到Ve之间的中间上层节点，即图5所示的中间上层节点Vd…Vf,然后找到这些中间上层节点对应的中间底层物理网，中间上层节点间的连接关系即为中间底层物理网间的连接关系。

上游底层物理网与下游底层物理网连接，可以确定上游底层物理网的出网通信设备以及下游底层物理网的入网通信设备。在一个中间底层物理网中，知晓入网通信设备和出网通信设备之后，根据最小费用最大流问题求解算法求解出各该中间底层物理网中的分路由。

步骤S409、依据通信起点S到通信终点E的各段分路由按通信的先后顺序组合成此次通信的完整通信路由，计算从通信起点S到通信终点E的通信效果，计算完成后结束。

在步骤S408中已经得到了Ns和Ne中的分路由以及各中间底层物理网的分路由，上游底层物理网的出网通信设备与下游底层物理网的入网通信设备连接，因此可以的得到基于通信起点S到通信终点E的完整的通信路由，最后计算信起点S到通信终点E的通信效果，通信效果的计算主要考虑通断、时延和误码率等因素，采用的是现有技术，这里不赘述具体计算过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种二维聚合的联合战术通信系统模型的构建方法，其特征在于，所述二维聚合的联合战术通信系统模型包括底层物理网模型、上层物理网模型和聚合网模型，其中：

所述底层物理网模型包括物理网节点和物理网链路，各物理网节点之间依据业务规则建立链路联系，所有底层物理网构成底层物理网集；

所述上层物理网模型中包含上层节点和上层链路，并且每一个底层物理网抽象为上层物理网的一个上层节点，上层节点的列表即为底层物理网的集合，底层物理网与上层节点之间构成一一对应关系，上层物理网的上层节点之间的链路即为底层物理网集中各底层物理网之间网络交换机的内部链路，上层物理网模型实现业务量的更新以及网系运行态势统计更新计算，提供通信寻路的结果；

所述聚合网模型中包含聚合节点和聚合链路，一个聚合节点即代表一个用户节点、接入节点或干线节点，基于聚合网模型构建的通信态势即可直观且便捷的展现用户关心的各类节点、兵力、设备之间的连通关系；

所述构建方法包括下述步骤：

构建用于描述联合战术通信系统中各类通信设备的通信设备模型，所述通信设备模型包括无线通信设备模型和有线通信设备模型，其中无线通信设备模型包括微波接力机模型、卫星通信设备模型以及通用电台设备模型，有线通信设备模型包括交换机模型，对于通信设备模型建模，将设备参数划分为基础性能参数和工作参数；

构建用于描述物理网节点都应有属性的物理网节点模型，每个物理网节点对应一个通信设备，都有一个设备ID属性以及关联设备句柄，通过所关联设备ID获取物理网节点需要何种设备开设及设备的部分工作参数，其中部分物理网节点有所属聚合节点属性，物理网节点的状态变化由通信设备触发，状态变化会触发其所在物理网更新，并且触发聚合网模型更新；

根据物理网节点以及物理网链路构建底层物理网模型，物理网节点之间通过物理网链路连接，物理网链路的状态包括通断、链路质量以及传输速率，底层物理网模型自动维护自己的物理网链路状态，根据物理网节点变化进行更新，底层物理网模型还提供网内节点间连通性检查的接口；

构建聚合节点模型，聚合节点包括一个物理网节点列表用以表明聚合节点逻辑上的入网情况，聚合节点模型还有一个关联设备列表，用以表明其所包含通信设备与物理网节点的关联关系；

构建上层物理网模型，底层物理网集合中的一个底层物理网抽象为上层物理网中的一个上层节点，底层物理网发生变化触发上层物理网更新；

构建聚合网模型，每一个聚合节点内部包含一到多个分属于不同底层物网的物理网节点，组成这些物理网节点的通信设备通过网络交换机连接，聚合节点之间有一到多条聚合链路，底层物理网的物理网节点变化会导致聚合链路状态的变化，聚合节点在物理网节点状态发生变化时才更新状态。

2.如权利要求1所述二维聚合的联合战术通信系统模型的构建方法，其特征在于，所述底层物理网维护其内部节点间的连通性及连通效果，当连通性发生变化时，通知上层物理网更新上层节点状态和网络拓扑，使用户的寻路过程基于上层物理网进行。

3.一种二维聚合的联合战术通信系统模型的应用方法，其特征在于，包括下述步骤：

根据实际通信需求确定接入联合战术通信系统的通信起点S和通信终点E；

确定通信起点S所接入的底层物理网Ns以及通信终点E所接入的底层物理网Ne；

基于底层物理网与上层节点的一一对应关系，在上层物理网中确定底层物理网Ns对应的上层节点Vs以及底层物理网Ne对应的上层节点Ve；

将上层物理网抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在上层物理网中确定上层节点Vs到Ve是否可达；

若Vs到Ve可达，根据Vs到Ve所经路径确定底层物理网Ns的出网通信设备Ds以及底层物理网Ne的入网通信设备De，若Vs到Ve不可达，则结束；

在Vs到Ve可达的条件下，将底层物理网Ns抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在底层物理网Ns中确定通信起点S所连接的通信设备到出网通信设备Ds是否可达；

将底层物理网Ne抽象为无向连接图，基于图论中最小费用最大流问题求解算法，综合考虑跳数少、链路带宽大以及误码率小三个因素进行加权，在底层物理网Ne中确定通信终点E所连接的通信设备到入网通信设备De是否可达；

若通信起点S到出网通信设备Ds以及通信终点E到入网通信设备De任意一个不可达则结束，若均可达，则可分别确定此次通信中Ns和Ne中的分路由，然后根据Vs到Ve的路由确定Vs和Ve之间的上层节点所对应的中间底层物理网，并根据上下游底层物理网间的连接关系确定各中间底层物理网的入网通信设备和出网通信设备，依据最小费用最大流问题求解算法求解出各中间底层物理网中的分路由；

依据通信起点S到通信终点E的各段分路由按通信的先后顺序组合成此次通信的完整通信路由，计算从通信起点S到通信终点E的通信效果，计算完成后结束。

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