CN111740797B - 一种基于通信网络的电台信道模拟系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信网络领域，更具体的说是涉及一种基于通信网络的电台信道模拟系统及方法。通过以太网方式来模拟电台的无线信道，将真实电台设备的射频接口等模块采用网络接口的方式替代。设计了路由模拟和广播模拟两种方式来实现无线信道数据的传输过程。其有益效果是电台无线信道数据模拟转发采用网络路由的方式进行时，能够实现半实物通信设备之间跨路由网络时的模拟训练，有效支持了训练系统跨域训练等能力范围扩展；采用广播的方式进行时，能够有效降成本、复杂度，更方便训练系统的运行维护。

Description

一种基于通信网络的电台信道模拟系统及方法

技术领域

本发明涉及通信网络领域，更具体的说是涉及一种基于通信网络的电台信道模拟系统及方法。

背景技术

一般地，成规模的通信网络存在设备种类多、设备数量多、有无线传输设备交叉使用的特点，通信网络的有线设备一般包含光端机、交换机、路由器等，无线设备一般包含WIFI、电台、卫星等设备等，其中电台的种类繁多包含微波通信电台、短波通信电台、超短波通信电台等。一般性的电台有个特点是其通信信道为无中心控制的广播性通信信道，而采用卫星构建的通信信道通常为有中心控制的广播性通信信道，因为卫星通信会在星上做转发。

当前，各个通信网络的客户加强了对通信网络的运行策划，特别是在机动通信网络的运行使用上，为了提升通信网络使用者的设备操作、网络组织运用能力，对网络快速形成整体概念，一些机构纷纷为通信网络策划训练系统环境。为了能够达到训练既能用的要求，该训练系统需要保持物理接口、操作面板、业务通信能力与真实设备是高度一致的。

通信网络训练系统能够促进网络使用者对通信网络的理解，并能够为网络使用者提供试验性平台，通过长此以往的模拟训练，也能够帮助使用者对通信网络产生“颠覆性”的创新想法。

目前，较为流行的网络模拟软件及系统包含Cisco公司使用Qt开发的PacketTracer软件、华为公司的eNSP软件、H3C的H3C Cloud Lab软件等，该类型软件均是模拟真实设备的纯软软件，支持有线链路和无线链路的模拟。

采用网络中真实的通信设备来构建通信网络训练系统可以有效的满足设备物理接口、操作面板、业务通信能力与实际通信网络的一致性。但是真实设备的造价非常高昂，其设计了复杂的电磁链路、考虑了防水、防干扰等问题，甚至还有射频、天线等高价器件，训练维护使用难，训练时设备也容易受到损坏；由于费用、无线链路相互干扰等问题，采用真实通信设备的方案无法满足构建大型通信网络训练系统的需求。

结合背景技术及通信网络训练系统的发展需求，可以知道当前存在较多优秀的网络模拟软件，以支持网络训练和学习需求，但是对于部分训练客户，其操作与实装一致、设备结构布局一致等训练需求是需要依托半实物的仿真设备来实现的，而有线网络的仿真较为简单，但对于电台等无线网络的仿真是较为困难的。因此构建模拟训练系统，仿真电台无线信道实现电台子网和点对点电台链路的数据转发是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于通信网络的电台信道模拟系统及方法。具体技术发明方案如下：

本发明构建了一种基于电台信道模拟的训练系统，该训练系统包含了本发明的电台模拟设备、训练系统服务器、模拟的通信传输类设备、模拟的通信交换路由类设备。训练系统服务器在通信网络训练系统中，用来帮助电台模拟设备建立虚拟的无线信道和构建网络。通过以太网的方式来模拟电台的无线信道，将真实电台设备的射频接口及射频模块采用网络接口的方式替代，该替代后的接口在本发明中称为模拟网络接口。电台信道模拟设备设计了支持网络路由方式和广播方式的信道模拟通信方法，广播方式时能够实现局域网内的通信，路由方式时能够实现跨局域网、跨互联网及能够通过所有支持IP路由的网络进行通信。

训练系统服务器的主要特点是，其存储了通信网络训练系统中所有的电台设备的类型和每一类型设备的通信范围，它能够接收电台模拟设备发起的路由注册指令；能够生成的通信训练系统电台网络，若电台信号的频率相同且电台通信范围未超过其通信距离，则是一个电台网络，若电台信号的频率和电台通信范围超过其通信距离中有一个不满足，则分开形成不同的电台网络；能够向每一个电台模拟设备下发所组网的网络中的其他电台模拟设备的IP地址。

电台模拟设备主要特点是，其存在两种接口，一种是正常网络接口，替代真实电台设备的真实网络接口，用来接收需要通过电台发送的IP报文；另一种接口是模拟网络接口，用来模拟电台的无线信道。模拟网络接口为一种网卡，用以连接水晶头的以太网线，其可以处理网络报文和设置IP地址。电台模拟设备中添加了虚拟的网络路由表，用来接收训练系统服务器下发的电台邻居子网的IP地址列表。在训练时，将电台模拟设备的正常网络接口与实际的网络相连，将电台模拟设备的模拟网络接口连接到同一个网络中，该网络可以是广播网络，也可以是路由网络。。

所述的正常网络接口，在早期的电台中一般采用电台口（K口）来实现。

所述电台网络可以由两个电台组成，也可以由多个电台组成。

所述的电台为广义称谓，一般微波接力设备、超短波电台、短波电台、流星余迹通信设备都在本文范围内。

所述广播网络指用二层交换机组成的网络，其典型特点是广播报文能到达每一个网络内的电台模拟设备模拟网络接口。

所述路由网络是指用二层和三层交换机组成的网络，其典型特点是划分不同的局域网，电台模拟设备发出的IP报文需要通过网络路由的方式才能到达另外的电台模拟设备模拟网络接口。

电台模拟设备的外观、物理接口与实际的通信电台一致，但在该模拟器中设置了高级菜单，优选地，高级菜单不直观显示出来，一般采用在设备键盘上依次输入密码后出现，进入高级菜单后，可设置训练系统服务器的IP地址、子网掩码和网络接口的工作模式，所述工作模式包含路由模式和广播模式两种。

电台模拟设备在开机时、进入高级菜单修改工作模式、进入高级菜单修改子网掩码、进入高级菜单修改服务器IP地址后均会执行电台模拟设备的设备初始化步骤。

电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时的设备初始化步骤如下：

步骤A1、电台模拟设备向所配置的服务器IP地址发起注册指令，注册指令中包含本电台设备的类型、电台设备的工作频率、电台设备的经纬度；

步骤A2、根据电台的通信范围，将理论能通信的电台连接到一个网络，判断的依据为电台使用的频率相同、电台为同类型设备、电台之间的距离小于其通信范围，所述的电台的通信范围是指在训练系统服务器中存储了本通信网络每一型电台设备的通信距离信息；

步骤A3、服务器向该电台下发所处网络中其它电台模拟设备的IP地址列表，该下发过程是动态变化的，当训练系统服务器发现某个电台网络的设备数量或信息发生变化后，将主动向该电台网络的每一个电台模拟设备下发新的IP地址列表。

电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时，电台模拟设备发送报文的过程为:

步骤B1、电台模拟设备从正常网络接口处接收到IP报文，该IP报文称为元IP报文；

步骤B2、重新组建一个新的IP报文，称为路由模拟IP报文，路由模拟IP报文数据部分是元IP报文，路由模拟IP报文头部部分是新的IP报文头部，路由模拟IP报文头部部分的源IP地址为元IP报文的源IP地址，路由模拟IP报文头部部分的目的IP地址为邻居设备的IP地址，路由模拟IP报文头部部分采用固定的端口号来做协议区分，优选地，本发明采用端口号8989来做该类型报文的标识；

步骤B3、电台模拟设备通过模拟网络接口向模拟路由表中的所有IP地址发送路由模拟IP报文。

电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时，电台模拟设备接收报文的过程为:

步骤C1、电台模拟设备从模拟网络接口接收到路由模拟IP报文后；

步骤C2、从路由模拟IP报文的数据部分中取出元IP报文，将元IP报文从正常网络接口中转出。

电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为广播模式时，电台模拟设备发送报文的过程为:

步骤D1、电台模拟设备从正常网络接口处接收到IP报文，该IP报文称为元IP报文；

步骤D2、重新组建一个新的IP报文，称为路由模拟IP报文，广播模拟IP报文数据部分是元IP报文，广播模拟IP报文头部部分是新的IP报文头部，广播模拟IP报文头部部分的源IP地址为元IP报文的源IP地址，广播模拟IP报文头部部分的目的IP地址为广播IP地址255.255.255.255，广播模拟IP报文头部部分采用固定的端口号来做协议区分，优选地，本发明采用端口号8990来做该类型报文的标识；

步骤D3、电台模拟设备将广播模拟IP报文从模拟网络接口中转出。

电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为广播模式时，电台模拟设备接收报文的过程为:

步骤E1、电台模拟设备从模拟网络接口接收到广播模拟IP报文后；

步骤E2、从广播模拟IP报文的数据部分中取出元IP报文，将元IP报文从正常网络接口中转出。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于通信网络的电台信道模拟系统及方法，主要具备如下有益效果：

（1）通过采用以太网的方式模拟电台的无线信道，并增加IP报文来传输电台的业务数据，减少了训练时电磁辐射的干扰，减少了制造模拟设备的成本，能够更好支撑训练网络设备的数量；

（2）电台无线信道数据处理采用网络路由的方式进行时，能够实现半实物通信设备之间跨路由网络时的模拟训练，有效支持了训练系统的能力范围扩展；

（3）电台无线信道数据处理采用广播的方式进行时，能够有效的降低训练网络组网所需要的交换设备性能和功能，从而降低交换设备的成本，降低配置的复杂度，更方便训练系统的运行维护；

（4）支撑广播模式和路由模式的灵活切换，有效的提升了通信网络训练系统的灵活部署能力。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图1为本发明提供的电台模拟设备连接示意图；

附图2为本发明提供的模拟网络接口的工作模式为路由模式时设备初始化流程图；

附图3为本发明提供的模拟网络接口的工作模式为路由模式时电台模拟设备发送报文步骤图；

附图4为本发明提供的模拟网络接口的工作模式为路由模式时电台模拟设备接收报文步骤图；

附图5为本发明提供的模拟网络接口的工作模式为广播模式时电台模拟设备发送报文步骤图；

附图6为本发明提供的模拟网络接口的工作模式为广播模式时，电台模拟设备接收报文步骤图。

附图中，101、104、105、108指正常网络接口；102、103、106、107指模拟网络接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1，本发明实施例公开了一种电台模拟设备连接示意图，用来说明通信网络训练系统的电台网络模拟方法。图中每个电台模拟设备都有两个网络接口，图中未连接侧的网络接口101、105、104、108为本文所述的正常网络接口，用来连接通信网络中的其他设备，为其他设备的数据提供无线通道的传输；图中连接在广播网络/路由网络的网络接口102、103、106、107为本文所述的模拟网络接口，用来模拟电台的无线信道，他们连接在一个广播网络或路由网络中，之间通过IP协议进行通信。图中的电台模拟设备1、电台模拟设备2、电台模拟设备3、电台模拟设备N为本发明实施例用来说明本发明的示意设备数量，真实的通信网络模拟训练系统中可以根据具体的需要增加或减少。

附图1中的所述广播网络指用二层交换机组成的网络，其典型特点是广播报文能到达每一个网络内的电台模拟设备模拟网络接口。优选地，在构建训练系统的时候选择16/32口的以太网交换机相互连接来实现广播网络。

附图1中的所述路由网络是指用二层和三层交换机组成的网络，其典型特点是划分不同的局域网，电台模拟设备发出的IP报文需要通过网络路由的方式才能到达另外的电台模拟设备模拟网络接口。优选地，在构建训练系统的时候选择路由器来构建网络。在部分应用场景，还可以采用互联网公网IP地址来实现跨省份、跨国的通信网络训练教学。

为了实现让通信使用者经过该通信网络训练系统训练后，能够马上进入实际环境下操作设备，该电台模拟设备的外观、物理接口、大小与实际的通信电台一致，但在该模拟器中设置了高级菜单，优选地，高级菜单不直观显示出来，一般采用在设备键盘上依次输入密码后出现，进入高级菜单后，可设置训练系统服务器的IP地址、子网掩码和网络接口的工作模式，所述工作模式包含路由模式和广播模式两种。优选地，在某些没有设备操作面板的电台设备，也可以通过与计算机相互连接的方式，通过计算机超级终端、计算机桌面软件的方式修改电台模拟设备训练系统服务器的IP地址、子网掩码和网络接口的工作模式。

电台模拟设备在开机时、进入高级菜单修改工作模式、进入高级菜单修改子网掩码、进入高级菜单修改服务器IP地址后均会执行电台模拟设备的设备初始化步骤。

参见附图2，本发明实施例公开了一种电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时的设备初始化步骤：

步骤201、电台模拟设备向所配置的训练系统服务器IP地址发起注册指令，注册指令中包含本电台设备的类型、电台设备的工作频率、电台设备的经纬度；

优选地，步骤201的注册指令才用UDP协议来实现，所述的电台设备的类型为该电台的种类和型号，如超短波电台1型，微波接力2型，电台设备的经纬度信息为电台设备的北斗和GPS模块获取的位置信息；

步骤202、训练系统服务器根据电台的通信范围，将理论能通信的电台连接到一个网络，判断的依据为电台使用的频率相同、电台为同类型设备、电台之间的距离小于其通信范围，所述的电台的通信范围是指在训练系统服务器中存储了本通信网络每一型电台设备的通信距离信息；

步骤203、训练系统服务器向该电台下发所处网络中其它电台模拟设备的IP地址列表，该下发过程是动态变化的，当训练系统服务器发现某个电台网络的设备数量或信息发生变化后，将主动向该电台网络的每一个电台模拟设备下发新的IP地址列表。

参见附图3，本发明实施例公开了一种电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时，电台模拟设备发送报文的过程为:

步骤301、电台模拟设备从正常网络接口处接收到IP报文，该IP报文称为元IP报文，元IP报文一般是通信网络的业务报文；

步骤302、电台模拟设备重新组建一个新的IP报文，称为路由模拟IP报文，路由模拟IP报文数据部分是元IP报文，路由模拟IP报文头部部分是新的IP报文头部，路由模拟IP报文头部部分的源IP地址为元IP报文的源IP地址，路由模拟IP报文头部部分的目的IP地址为邻居设备的IP地址，路由模拟IP报文头部部分采用固定的端口号来做协议区分，优选地，本发明采用端口号8989来做该类型报文的标识；

步骤303、电台模拟设备通过模拟网络接口向模拟路由表中的所有IP地址发送路由模拟IP报文，该过程是将步骤302生成的路由模拟IP报文分别发给设备模拟路由表的每一个设备，其中发送的路由模拟IP报文头部部分的目的IP地址是每一个设备的IP地址。

参见附图4，本发明实施例公开了一种电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时，电台模拟设备接收报文的过程为:

步骤401、电台模拟设备从模拟网络接口接收到路由模拟IP报文后，判断其为路由模拟IP报文的方式为通过端口进行匹配判断，需要完全匹配且为模拟网络接口接收的报文则为路由模拟IP报文，本发明的判断端口为8989；

优选地，本发明存在另一个实施例，其在封装有路由模拟IP报文时，端口号为8989，路由模拟IP报文的后面增加了路由模拟的标识字段，该实施例在解包时将去掉该标识字段，采用该种方式能够提升路由模拟IP报文的识别率；

步骤402、从路由模拟IP报文的数据部分中取出元IP报文，将元IP报文从正常网络接口中转出。

参见附图5，本发明实施例公开了一种电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为广播模式时，电台模拟设备发送报文的过程为:

步骤501、电台模拟设备从正常网络接口处接收到IP报文，该IP报文称为元IP报文；

步骤502、重新组建一个新的IP报文，称为路由模拟IP报文，广播模拟IP报文数据部分是元IP报文，广播模拟IP报文头部部分是新的IP报文头部，广播模拟IP报文头部部分的源IP地址为元IP报文的源IP地址，广播模拟IP报文头部部分的目的IP地址为广播IP地址255.255.255.255，广播模拟IP报文头部部分采用固定的端口号来做协议区分，优选地，本发明采用端口号8990来做该类型报文的标识；

步骤503、电台模拟设备将广播模拟IP报文从模拟网络接口中转出。

参见附图5，本发明实施例公开了一种电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为广播模式时，电台模拟设备接收报文的过程为:

步骤601、电台模拟设备从模拟网络接口接收到广播模拟IP报文后，判断其为广播模拟IP报文的方式为通过端口进行匹配判断，需要完全匹配且为模拟网络接口接收的报文则为广播模拟IP报文，本发明判断端口为8990；

步骤602、从广播模拟IP报文的数据部分中取出元IP报文，将元IP报文从正常网络接口中转出；

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于通信网络的电台信道模拟方法，其特征在于基于电台信道模拟的训练系统，该训练系统包含了电台模拟设备、训练系统服务器、模拟的通信传输类设备、模拟的通信交换路由类设备；训练系统服务器在通信网络训练系统中，用来帮助电台模拟设备建立虚拟的无线信道和构建网络；通过以太网的方式来模拟电台的无线信道，将真实电台设备的射频接口及射频模块采用网络接口的方式替代，该替代后的接口称为模拟网络接口；电台信道模拟设备设计了支持网络路由方式和广播方式的信道模拟通信方法，广播方式时能够实现局域网内的通信，路由方式时能够实现跨局域网、跨互联网及能够通过所有支持IP路由的网络进行通信；

训练系统服务器的主要特点是，其存储了通信网络训练系统中所有的电台设备的类型和每一类型设备的通信范围，它能够接收电台模拟设备发起的路由注册指令；能够生成的通信训练系统电台网络，若电台信号的频率相同且电台通信范围未超过其通信距离，则是一个电台网络，若电台信号的频率和电台通信范围超过其通信距离中有一个不满足，则分开形成不同的电台网络；能够向每一个电台模拟设备下发所组网的网络中的其他电台模拟设备的IP地址；

电台模拟设备主要特点是，其存在两种接口，一种是正常网络接口，替代真实电台设备的真实网络接口，用来接收需要通过电台发送的IP报文；另一种接口是模拟网络接口，用来模拟电台的无线信道；模拟网络接口为一种网卡，用以连接水晶头的以太网线，其可以处理网络报文和设置IP地址； 电台模拟设备中添加了虚拟的网络路由表，用来接收训练系统服务器下发的电台邻居子网的IP地址列表；在训练时，将电台模拟设备的正常网络接口与实际的网络相连，将电台模拟设备的模拟网络接口连接到同一个网络中，该网络可以是广播网络，也可以是路由网络。

2.根据权利要求1所述的一种基于通信网络的电台信道模拟方法，其特征在于电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时的设备初始化步骤如下：

步骤201：电台模拟设备向所配置的服务器IP地址发起注册指令，注册指令中包含本电台设备的类型、电台设备的工作频率、电台设备的经纬度；

步骤202：根据电台的通信范围，将理论能通信的电台连接到一个网络，判断的依据为电台使用的频率相同、电台为同类型设备、电台之间的距离小于其通信范围，所述的电台的通信范围是指在训练系统服务器中存储了本通信网络每一型电台设备的通信距离信息；

步骤203：服务器向该电台下发所处网络中其它电台模拟设备的IP地址列表，该下发过程是动态变化的，当训练系统服务器发现某个电台网络的设备数量或信息发生变化后，将主动向该电台网络的每一个电台模拟设备下发新的IP地址列表。

3.根据权利要求1所述的一种基于通信网络的电台信道模拟方法，其特征在于电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时，电台模拟设备发送报文的过程为:

步骤301：电台模拟设备从正常网络接口处接收到IP报文，该IP报文称为元IP报文；

步骤302：重新组建一个新的IP报文，称为路由模拟IP报文，路由模拟IP报文数据部分是元IP报文，路由模拟IP报文头部部分是新的IP报文头部，路由模拟IP报文头部部分的源IP地址为元IP报文的源IP地址，路由模拟IP报文头部部分的目的IP地址为邻居设备的IP地址，路由模拟IP报文头部部分采用固定的端口号来做协议区分；

步骤303：电台模拟设备通过模拟网络接口向模拟路由表中的所有IP地址发送路由模拟IP报文。

4.根据权利要求1所述的一种基于通信网络的电台信道模拟方法，其特征在于电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为路由模式时，电台模拟设备接收报文的过程为:

步骤401：电台模拟设备从模拟网络接口接收到路由模拟IP报文后；

步骤402：从路由模拟IP报文的数据部分中取出元IP报文，将元IP报文从正常网络接口中转出。

5.根据权利要求1所述的一种基于通信网络的电台信道模拟方法，其特征在于电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为广播模式时，电台模拟设备发送报文的过程为:

步骤501：电台模拟设备从正常网络接口处接收到IP报文，该IP报文称为元IP报文；

步骤502：重新组建一个新的IP报文，称为路由模拟IP报文，广播模拟IP报文数据部分是元IP报文，广播模拟IP报文头部部分是新的IP报文头部，广播模拟IP报文头部部分的源IP地址为元IP报文的源IP地址，广播模拟IP报文头部部分的目的IP地址为广播IP地址255.255.255.255，广播模拟IP报文头部部分采用固定的端口号来做协议区分；

步骤503：电台模拟设备将广播模拟IP报文从模拟网络接口中转出。

6.根据权利要求1所述的一种基于通信网络的电台信道模拟方法，其特征在于电台模拟设备的模拟网络接口的工作模式为广播模式时，电台模拟设备接收报文的过程为:

步骤601：电台模拟设备从模拟网络接口接收到广播模拟IP报文后；

步骤602：从广播模拟IP报文的数据部分中取出元IP报文，将元IP报文从正常网络接口中转出。

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