CN110855482A

CN110855482A - 三维动态通信网络模拟仿真方法、系统及存储介质

Info

Publication number: CN110855482A
Application number: CN201911069698.1A
Authority: CN
Inventors: 彭美平; 李方英
Original assignee: Zhiqu Communication Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Zhiqu Communication Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2020-02-28

Abstract

本发明公开了一种三维动态通信网络模拟仿真方法、系统及存储介质，该方法包括：建立通信网络仿真工程，定义通信网络协议、设备模型；建立三维模型工程，定义3D实体与2D实体模型及三维地形场景模型，生成对应的模型文件；新建一仿真工程，通过所述模型文件添加3D实体与2D实体模型配置参数，与所述通信网络仿真工程中NS3节点模型一一映射；待仿真场景及仿真参数配置完成后，调用通信网络仿真模拟器运行仿真，动态记录仿真结果。本发明实施例能够将使得编辑器、编译器、调试器、工程管理器、2D/3D可视化展示于一体化实现，操作简单，交互界面友好，从而使NS3模拟仿真系统更加实用，且具有产业上的利用价值。

Description

三维动态通信网络模拟仿真方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，特别涉及一种三维动态通信网络模拟仿真方法、系统及存储介质。

背景技术

仿真技术是用一个系统来模拟一个真实系统的技术。通信网络仿真技术是一种新的网络规划和定义技术，通过建立网络设备、链路和协议模型，来模型网络流量的传输，从而获取网络(组网、设备、协议算法等)定义或优化所需要的网络性能。相对传统的网络规划和定义方法，通信网络仿真技术能够为网络规划和定义技术提供客观、可靠、量化的依据，缩短网络建设周期，有效降低投资风险，提供网络决策的科学性。

NS3(Network Simulator 3)是一个开源的、综合了众多优秀模拟器特点的新型网络模拟器，NS-3的适用平台包括：Linux、Mac OS、Cygwin(Windows下的仿Linux环境)。NS-3并不是NS-2的扩展，而是一个全新的模拟器。NS-2采用C++和OTcl代码编写，在学习过程中需要学习新的OTcl语言。而NS-3全部采用C++语言编写，并且带有可选择性的Python语言绑定，用户可以选择C++或者Python语言编写脚本代码，使用起来更加灵活。NS-3并不支持NS-2的API；虽然NS-2中的一些模块已经移植到了NS-3中，但NS-3远没有NS-2完善。在NS-3开发的过程中，NS-3项目组会继续维护NS-2，同时也会研究过渡和整合机制。NS-3并不包含目前所有NS-2的功能，但它具有某些新的特性，如：正确的多网卡处理、IP寻址策略的使用、更详细的802.11模块等等。

NS3在可扩展性、性能优化等方面具有其独特的优点，但是，NS3网络模拟系统对图形化操作界面以及3D/2D可视化展示存在缺失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三维动态通信网络模拟仿真方法、系统及存储介质，能够将使得编辑器、编译器、调试器、工程管理器、2D/3D可视化展示于一体化实现，操作简单，交互界面友好，从而使NS3模拟仿真系统更加实用，且具有产业上的利用价值。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明的一个方面，提供了一种三维动态通信网络模拟仿真方法，该方法包括：

建立通信网络仿真工程，定义通信网络协议、设备模型；

建立三维模型工程，定义3D实体与2D实体模型及三维地形场景模型，生成对应的模型文件；

新建一仿真工程，通过所述模型文件添加3D实体与2D实体模型配置参数，与所述通信网络仿真工程中NS3节点模型一一映射；

待仿真场景及仿真参数配置完成后，调用通信网络仿真模拟器运行仿真，动态记录仿真结果。

进一步的，所述待仿真场景及仿真参数配置完成后，调用通信网络仿真模拟器运行仿真，动态记录仿真结果的步骤之后，所述方法还包括：

对仿真结果进行分析，通过修改通信网络实体模型和三维实体模型进行再次仿真或重复多次仿真。

进一步的，所述新建一仿真工程的步骤之后，所述方法还包括：

通过编写具有通信网络设备实体与三维实体之间的映射关系的XML仿真工程文件，导入并建立仿真拓扑环境。

进一步的，所述建立通信网络仿真工程的步骤具体包括：

预先定义信网络设备模型、三维实体模型以及三维场景模型，并建立对应的模型数据库。

本发明的另一方面，提供了一种三维动态通信网络模拟仿真系统，该系统包括：

通信网络仿真模块，集成NS3网络仿真模拟器核心，用于自定义开发通信网络协议模型、设备模型及仿真核心API；

虚拟现实场景构建模块，用于图形化的基本模型构建，模型变换，碰撞检测，场景构造及管理，视口管理及其辅助功能；

网络性能评估模块，用于包含通信网络仿真数据、虚拟现实仿真数据的收集以及自定义仿真数据的收集，并以图形化形式显示。

进一步的，所述系统还包括：

代码编辑模块，用于提供定义通信协议模型、定义3D实体与2D实体模型或场景的代码编辑、编译与调试以及工程管理器。

进一步的，所述系统还包括：

仿真模型库模块，用于存储并提供通信网络协议模型库、三维场景模型库、半实物仿真接口模型以及分布式仿真接口模型。

本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有三维动态通信网络模拟仿真程序，所述三维动态通信网络模拟仿真程序被处理器执行时实现上述的三维动态通信网络模拟仿真方法的步骤。

本发明的有益效果：

本发明实施例的三维动态通信网络模拟仿真方法、系统及存储介质，将虚拟现实技术与通信网络仿真技术相结合，创新性地实现了三维动态通信网络仿真可视化，及人机交互可操作性的通信网络仿真技术，集成优化NS3网络模拟器系统核心，使其无缝运行于Windows、Linux、Mac OS、麒麟等操作系统；系统引入嵌入式多核技术，提高并行通信网络仿真效率及半实物仿真效率。用于可重构的通信网络仿真与虚拟现实仿真的通用定义架构及其实现，也可用于并行仿真、分布式仿真、半实物仿真、通信网络仿真测试床等领域的系统集成仿真平台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的三维动态通信网络模拟仿真方法流程框图：

图2为本发明实施例的三维动态通信网络模拟仿真系统结构图；

图3为本发明实施例的三维动态通信网络模拟仿真系统的工作流程图；

图4为本发明实施例的一种分布式仿真集成框架结构图；

图5本发明实施例的三维动态通信网络模拟仿真系统的虚拟现实场景视口界面；

图6本发明实施例的三维动态通信网络模拟仿真系统的通信网络仿真2D运行界面；

图7本发明实施例的三维动态通信网络模拟仿真系统的代码编辑窗口界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种三维动态通信网络模拟仿真方法，该方法包括：

S101、建立通信网络仿真工程，定义通信网络协议、设备模型；

S102、建立三维模型工程，定义3D实体与2D实体模型及三维地形场景模型，生成对应的模型文件；

S103、新建一仿真工程，通过所述模型文件添加3D实体与2D实体模型配置参数，与所述通信网络仿真工程中NS3节点模型一一映射；

S104、待仿真场景及仿真参数配置完成后，调用通信网络仿真模拟器运行仿真，动态记录仿真结果。

其中，所述待仿真场景及仿真参数配置完成后，调用通信网络仿真模拟器运行仿真，动态记录仿真结果的步骤之后，所述方法还包括：

其中，所述新建一仿真工程的步骤之后，所述方法还包括：

其中，所述建立通信网络仿真工程的步骤具体包括：

在开始一次仿真时，首先根据需求定义通信网络设备模型、三维实体模型以及三维场景模型(可利用模型库中提供的网络设备模型，也可在模型库中提供的设备模型改进，同时也可重新定义新设备模型)；

其次，构建虚拟现实仿真场景，以及配置仿真实体参数(包括通信网络设备节点参数、三维实体相关参数等)；

待仿真场景及仿真参数配置完成后，调用通信网络仿真核心运行仿真，动态记录仿真结果，且在仿真过程中可动态修改通信网络实体参数及三维实体参数；

在得到仿真结果后，对仿真结果进行分析，可通过修改通信网络实体模型和三维实体模型进行再次仿真或重复多次仿真。

通信网络设备实体与三维实体之间的映射，在本发明方法中提供两种映射方式：一种为直接方式，即在构建仿真场景时，三维实体与通信网络设备实体直接关联，即在通信网络设备实体中的图形属性参数直接配置三维实体模型；一种为间接方式，使用XML脚本技术定义两者直接的映射关系，例如：

实施例2

如图2、3所示，提供了一种三维动态通信网络模拟仿真系统，该系统包括：

通信网络仿真模块，集成NS3网络仿真模拟器核心，用于自定义开发通信网络协议模型、设备模型及仿真核心API；通过集成优化NS3网络模拟器系统核心模块，用于为通信网络仿真提供离散事件调度机制及仿真运行机制，扩展嵌入式多核并行调度技术，在仿真过程中，优化任务分配方案及任务之间执行的协调性，使数据通信和多任务执行保持一致，优化集成仿真性能。其可运行于Windows、Linux、Mac OS、麒麟等操作系统，支持GCC、MSVC等编译器。

虚拟现实场景构建模块，用于图形化的基本模型构建，模型变换，碰撞检测，场景构造及管理，视口管理及其辅助功能；具体的，构建通信网络仿真拓扑环境及人机交互式环境，主要表现为面向大规模场景快速、自动化采集与构建需求，支持高度逼真，大场景，强交互的虚拟现实仿真集成开发环境。利用图形化界面，用户可在开发环境中快速自定义3D模型及场景，另外开发环境还提供通过XML文件导入外部3D模型及场景，并可对模型进行矩阵变换，平移，拖曳，缩放，复制等功能，提高平台的可扩展性。

网络性能评估模块，包含通信网络仿真数据(时延、吞吐量、丢包率等)、虚拟现实仿真数据(碰撞、毁伤等)的收集，以及自定义仿真数据的收集，并以图形化形式显示。

其中，所述系统还包括：

代码编辑模块，用于提供定义通信协议模型、定义3D实体模型或场景的代码编辑、编译与调试以及工程管理器，还包括生成ive、osg、path等模型文件；

其中，所述系统还包括：

以可视化的方式进行通信网络仿真场景部署，将仿真模拟系统分为虚拟现实场景构建模块、通信网络仿真核心模块、代码编辑模块、仿真结果分析模块、模型库管理模块。每个模块相互独立，且又相互依赖，每个模块提供相应的API调用接口，实现个模块之间的资源共享。

如图4所示，其中一种分布式仿真集成框,由5个模块组成，基础资源模块、电磁计算模块、系统应用模块、数据交互模块、扩展集成模块。集成资源模块包含构建仿真场景所需要的资源库，如三维实体模型、通信网络设备实体模块、高程影像、GIS数据、电磁数据等相关建模基础数据；电磁计算模块为复杂电磁环境计算引擎，为通信仿真模拟提供相应的电磁计算结果，提供仿真精度；系统应用模块为本发明提出的仿真模拟环境；数据交互模块为本发明提出的通信网络仿真模拟环境具有多种分布式仿真接口，如HLA、DDS、SOCKET等相关第三方系统接口；扩展集成模块为第三方仿真系统，如STK、VR-foces等仿真工具。

图5为系统虚拟显示场景配置界面，虚拟现实场景构建模块提供图形化的基本模型构建(提供丰富的虚拟场景中所需的各种实体模型，如地形，地球，建筑，卫星，车辆等)，模型变换(通过矩阵变换对三维模型的平移变换、旋转变换、缩放变换等)，LOD控制(虚拟现实引擎根据用户输入参数动态地控制三维场景中LOD模型的选择与显示)，碰撞检测(根据用户输入参数对系统中三维实体进行碰撞检测，发现碰撞实时反馈碰撞信息)，场景构造及管理，视口管理以及其他辅助功能(如外部三维模型/场景导入)。

图6为通信网络仿真集成核心进行仿真的2D运行界面，通信网络仿真模块将NS3仿真内核以插件形式集成到AiNe Simulator集成开发平台，用户可自定义通信网络协议，设备模型或在平台自带模型进行优化改进，调用网络仿真内核对通信网络进行仿真。

图7为代码编辑模块界面，代码编辑模块提供虚拟现实工程管理、通信网络仿真工程管理及代码编辑，查看，导航等功能，为执行通信网络协议仿真设计，三维模型及场景设计的编辑、编译与调试提供一站式的服务。

实施例3

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有三维动态通信网络模拟仿真程序，所述三维动态通信网络模拟仿真程序被处理器执行时实现上述的三维动态通信网络模拟仿真方法的步骤。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种三维动态通信网络模拟仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

建立通信网络仿真工程，定义通信网络协议、设备模型；

2.根据权利要求1所述的三维动态通信网络模拟仿真方法，其特征在于，所述待仿真场景及仿真参数配置完成后，调用通信网络仿真模拟器运行仿真，动态记录仿真结果的步骤之后，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的三维动态通信网络模拟仿真方法，其特征在于，所述新建一仿真工程的步骤之后，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的三维动态通信网络模拟仿真方法，其特征在于，所述建立通信网络仿真工程的步骤具体包括：

5.一种三维动态通信网络模拟仿真系统，其特征在于，所述系统包括：

6.根据权利要求5所述的三维动态通信网络模拟仿真系统，其特征在于，所述系统还包括：

7.根据权利要求5所述的三维动态通信网络模拟仿真系统，其特征在于，所述系统还包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有三维动态通信网络模拟仿真程序，所述三维动态通信网络模拟仿真程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任意一项所述的三维动态通信网络模拟仿真方法的步骤。