CN113568323B - 一种无线自组织网络半实物仿真装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线自组织网络半实物仿真装置和方法，包括信源/信宿设备、自组织网络实物设备、节点移动数据产生系统和自组织网络仿真单元，所述的自组织网络仿真单元包括虚/实数据交互模块、目标移动管理模块、实物设备映射节点和仿真虚拟节点，完成网络节点的半实物仿真计算和全数字仿真的计算。本发明将无线自组织网络半实物仿真中的业务信息采用实物设备来完成，能够为网络施加真实的网络负载，使得网络协议的仿真验证的真实性大幅提高。

Description

一种无线自组织网络半实物仿真装置和方法

技术领域

本发明属于无线网络半实物仿真技术领域，具体涉及无线自组织网络半实物仿真装置和方法。

背景技术

目前无线自组织网络仿真手段主要包括数字仿真和半实物仿真两类。数字仿真的仿真模型的建立完全采用数学模型，用数学语言去描述一个系统，并编写程序，在计算机环境中对实际系统进行研究。其优点是灵活性强，便于改变系统结构和参数，效率高，重复性好。缺点是对某些复杂系统可能难以建立精确模型。半实物仿真是在条件允许的情况下尽可能在仿真系统中接入实物，以取代相应部分的数学模型，更接近实际情况，得到更确切的信息，能够提高仿真结果的置信度。这种仿真技术可扩展实物仿真的规模，也可以弥补计算机仿真精度不高的问题，是目前无线自组织网络仿真技术研究的主要方向。

无线自组织网络协议栈参考OSI七层协议模型，从上到下分为应用层、网络层、数据链路层和物理层。在目前的无线自组织网络的半实物仿真方法研究中，提出了一些针对物理层的数字及实物联合仿真的方法，但尚未见针对应用层、网络层等的数字及实物联合仿真方法。例如：在“一种半实物仿真系统及其通信方法”中提出了一种实物设备与数字仿真环境的映射及联合仿真方法，该方法主要实现了物理层技术在实物设备中验证，其他技术在数字仿真环境中验证的方法。在“一种航空自组网半实物网络仿真平台”中主要提出了一种数字仿真环境与实物设备间的仿真同步方法以及通信带宽保证方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种自组织网络半实物仿真装置和方法。本发明方案能够解决上述现有技术中存在的问题。

本发明的技术解决方案：

根据第一方面，提供一种无线自组织网络半实物仿真装置，包括信源/信宿设备、自组织网络实物设备、节点移动数据产生系统和自组织网络仿真单元，所述的节点移动数据产生系统获得节点移动的参数数据，并将数据处理后发送给自组织网络仿真单元；所述的信源/信宿设备作为自组织网络业务信息的产生端和使用端，按照真实的工作流程和信息格式产生应用层业务数据，传送给自组织网络实物设备，并接收自组织网络实物设备传送的其他信源/信宿的应用层业务信息；所述的自组织网络实物设备内部运行网络应用层和网络层软件，获得相关的数据，并通过虚/实数据交互接口将获得数据转换为仿真需要的数据格式，传送给自组织网络仿真单元；所述的自组织网络仿真单元包括虚/实数据交互模块、节点移动管理模块、实物设备映射节点和仿真虚拟节点，所述的虚/实数据交互模块接收虚/实数据交互接口传递的数据，并将其传送给对应的实物设备映射节点，接收实物设备映射节点的数据并通过该实物设备映射节点对应的自组织网络实物设备的虚/实数据交互接口传送给自组织网络实物设备；所述的实物设备映射节点接收自组织网络实物设备的应用层和网络层的数据，并建立网络数据链路层和物理层的仿真模型，获得仿真模型计算的数据，从而获得网络节点的完整数据；所述的节点移动管理模块获得节点移动数据产生系统的移动相关数据，并对移动数据进行处理，并将处理的结果传送给实物设备映射节点和仿真虚拟节点，所述的自组织网络实物设备、实物设备映射节点和仿真虚拟节点根据计算获得的网络数据和移动数据的处理结果，计算网络是否处于连通状态；所述的仿真虚拟节点建立网络的应用层、网络层、数据链路层和物理层的模型，并进行仿真，获得相应的仿真结果。

进一步的，所述的信源/信宿设备、自组织网络实物设备和实物设备映射节点为一一对应的关系。

进一步的，所述的仿真虚拟节点的数量为需要仿真的总节点数减去实物设备映射节点数。

优选的，所述的信源/信宿设备、自组织网络实物设备的数量不小于2。

根据第二方面，提供上述一种自组织网络半实物仿真方法，包括以下步骤：

对信源/信宿设备和自组织网络实物设备上电、初始化并运行，对自组织网络仿真单元初始化，获取节点移动数据；

信源/信宿设备产生数据发送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备完成应用层及网络层功能；

根据自组织网络的节点之间的网络连通关系和数据的源/目的地址，确定数据的传输路径；

若存在自组织网络实物节点与自组织网络仿真单元中的仿真虚拟节点进行数据交互或自组织网络实物节点之间进行数据交互的传输路径，则自组织网络实物设备将应用层和网络层的数据传送给自组织网络仿真单元；反之，自组织网络实物设备不将应用层和网络层的数据传送给自组织网络仿真单元；

自组织网络仿真单元接收到应用层和网络层的数据并转换后，结合节点移动数据进行数据链路层及物理层协议仿真，并根据仿真的结果判断传输路径是否可连通；若连通，则进行下一步，若不连通，则丢弃数据；

若存在自组织网络仿真单元与自组织网络实物进行数据交换的传输路径，则根据情况将自组织网络仿真单元的数据通过数据转换后，发送给自组织网络实物设备，进行下一步；若不存在，则将数据发送给自组织网络仿真单元内部的仿真虚拟节点进行仿真并获得仿真结果；

自组织网络实物设备对获得的数据进行处理，完成应用层和网络层功能后发送给信源/信宿设备，从而获得仿真结果。

进一步的，所述数据的传输路径包括：

路径一：信源/信宿设备一将数据传送给自组织网络实物设备一，自组织网络实物设备一将数据传送给实物设备映射节点一，实物设备映射节点一将数据传送给实物设备映射节点二，实物设备映射节点二将数据传送给自组织网络实物设备二，自组织网络实物设备二将数据传送给信源/信宿设备二；

路径二：仿真虚拟节点之间进行数据传送；

路径三：信源/信宿设备将数据传送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备将数据传送给实物设备映射节点，实物设备映射节点将数据传送给仿真虚拟节点；

路径四：仿真虚拟节点将获得的数据传送给实物设备映射节点，实物设备映射节点将数据传送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备将数据发送给信源/信宿设备。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明将自组织网络半实物仿真中的业务信息采用实物设备来完成，能够为网络施加真实的网络负载，使得网络协议的仿真验证的真实性大幅提高；

(2)半实物仿真获得的数据和数字仿真的数据进行比较，可以验证引入的实物设备的正确性，提高后续的网络实物研制的正确性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的一种自组织网络半实物仿真装置结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明实施例提供一种自组织网络半实物仿真装置，包括信源/信宿设备、自组织网络实物设备、节点移动数据产生系统和自组织网络仿真单元，

节点移动数据产生系统获得节点移动的参数数据，并将数据处理后发送给自组织网络仿真单元，在一个实施例中，节点移动的数据包括航迹、姿态和速度；

信源/信宿设备作为自组织网络业务信息的产生端和使用端，按照真实的工作流程和信息格式产生应用层业务数据，并传送给自组织网络实物设备，并接收自组织网络实物设备传送的其他信源/信宿的应用层业务信息；

自组织网络实物设备内部运行网络应用层和网络层软件，获得相关的数据，并通过虚/实数据交互接口将获得数据转换为仿真需要的数据格式，传送给自组织网络仿真单元；

自组织网络仿真单元包括虚/实数据交互模块、节点移动管理模块、实物设备映射节点和仿真虚拟节点；

虚/实数据交互模块实现接收自组织网络实物设备虚/实数据交互接口传递的数据，并将其传送给对应的实物设备映射节点。另外，又实现接收实物设备映射节点的数据并通过虚/实数据交互接口传送给对应的自组织网络实物设备；

实物设备映射节点接收自组织网络实物设备的应用层和网络层的数据，并建立网络数据链路层和物理层的仿真模型，获得仿真模型计算的数据，从而获得网络节点的完整数据；

节点移动管理模块获得节点移动数据产生系统的移动相关数据，并对移动数据进行处理，并将处理的结果传送给实物设备映射节点和仿真虚拟节点，实物设备映射节点和仿真虚拟节点根据计算获得的网络数据和移动数据的处理结果，计算网络是否处于连通状态；

仿真虚拟节点建立网络的应用层、网络层、数据链路层和物理层的模型，并进行仿真，获得相应的仿真结果。其中，仿真虚拟节点的仿真初始数据来源有三个，其一为本仿真虚拟节点应用层产生的数据，该数据与信源/信宿设备产生的数据大小、周期等尽量相同，其二为其它仿真虚拟节点产生的数据，其三为实物设备映射节点产生的数据。仿真虚拟节点的设置目的是为了补充待仿真自组织网络的节点数，模拟真实的待仿真自组织网络的规模，从而使半实物仿真的结果更真实，并且达到了在使用最少的实物设备得到最真实的结果的目的。

进一步的在一个实施例中，信源/信宿设备、自组织网络实物设备和实物设备映射节点为一一对应的关系。

进一步的在一个实施例中，仿真虚拟节点的数量为需要仿真的总节点数减去实物设备映射节点数。

优选的在一个实施例中，信源/信宿设备、自组织网络实物设备的数量不小于2，便于有一个完整的有实物参与仿真的结果。

在一个具体的实施例中，如图1所示，其中的信源/信宿设备、自组织网络实物设备和仿真虚拟节点都设为两个，其数据交换如图所示。

根据第二个实施例，提供上述一种自组织网络半实物仿真方法，包括以下步骤：

步骤一，对信源/信宿设备和自组织网络实物设备上电、初始化并运行，对自组织网络仿真单元初始化，获取节点移动数据；

步骤二，信源/信宿设备产生数据发送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备完成应用层及网络层功能；

步骤三，根据自组织网络的节点之间的网络连通关系和数据的源/目的地址，确定数据的传输路径；

进一步的在一个实施例中，数据的传输路径包括：

路径一：信源/信宿设备一将数据传送给自组织网络实物设备一，自组织网络实物设备一将数据通过虚/实数据交互接口一和虚/实数据交互模块一传送给实物设备映射节点一，实物设备映射节点一将数据传送给实物设备映射节点二，实物设备映射节点二将数据通过虚/实数据交互模块二和虚/实数据交互接口二将数据传送给自组织网络实物设备二，自组织网络实物设备二将数据传送给信源/信宿设备二；此为有实物参与完整路径仿真的网络过程，即网络中产生数据和接收数据的两端皆为实物设备；

路径二：仿真虚拟节点之间进行数据传送；此为完全进行数据仿真的网络过程，即网络中产生数据和接收数据的两端皆为仿真虚拟节点；

路径三：信源/信宿设备将数据传送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备将数据传送给实物设备映射节点，实物设备映射节点将数据传送给仿真虚拟节点，此为有一半实物参与的仿真过程，即网络中产生数据的一端为实物，网络中接收数据的一端为仿真虚拟节点；

路径四，仿真虚拟节点将获得的数据传送给实物设备映射节点，实物设备映射节点将数据传送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备将数据发送给信源/信宿设备；此为有一半实物参与的仿真过程，即网络中产生数据的一端为仿真虚拟节点，网络中接收数据的一端为实物。

步骤四，若传输路径存在自组织网络实物节点与自组织网络仿真单元中的仿真虚拟节点进行数据交互或自组织网络实物节点之间进行数据交互的情况，即路径一或路径三的情况，则自组织网络实物设备将应用层的数据传送给自组织网络仿真单元；反之，即路径二和路径四的情况，自组织网络实物设备不将应用层的数据传送给自组织网络仿真单元，自组织网络仿真单元内部的仿真虚拟节点结合节点移动数据进行仿真并获得的仿真结果；

在一个实施例中，仿真虚拟节点的仿真初始数据来源有三个，其一为本仿真虚拟节点应用层产生的数据，该数据与信源/信宿设备产生的数据大小、周期等尽量相同，其二为其它仿真虚拟节点产生的数据，其三为实物设备映射节点产生的数据。

步骤五，自组织网络仿真单元接收到数据进行数据转换后，结合节点移动数据进行数据链路层及物理层协议仿真；

步骤六，若传输路径存在自组织网络仿真单元计算获得的数据与自组织网络实物进行数据交换，即路径一或路径四的情况，则根据情况将自组织网络仿真单元的数据通过数据转换后，发送给自组织网络实物设备，进行下一步；若不存在，即路径二或路径三的情况，则将获得的数据发送给自组织网络仿真单元内部的仿真虚拟节点进行仿真并获得仿真结果；

步骤七，自组织网络实物设备根据获得的数据进行处理后，完成应用层和网络层功能后发送给信源/信宿设备，从而获得仿真结果。

通过本发明的半实物仿真中有实物参与的仿真结果与数字仿真的结果做比较，对比相同节点的仿真结果是否相同，得到半实物仿真中的自组织网络实物设备的功能实现是否正确，能在正式实物设备测试之前确定自组织网络实物设备的功能实现是否正确，减小了实物测试的成本。

综上，本发明提供的一种自组织网络半实物仿真装置和方法，相比于现有技术至少具有以下优势：

(1)本发明将自组织网络半实物仿真中的业务信息采用实物设备来完成，能够为网络施加真实的网络负载，使得网络协议的仿真验证的真实性大幅提高；

(2)本发明通过半实物仿真获得的数据和数字仿真的数据进行比较，可以验证引入的实物设备的功能实现的正确性，提高后续的实物设备研制的正确性。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无线自组织网络半实物仿真装置，其特征在于，包括信源/信宿设备、自组织网络实物设备、节点移动数据产生系统和自组织网络仿真单元，

所述的节点移动数据产生系统获得节点移动的参数数据，并将数据处理后发送给自组织网络仿真单元；

所述的信源/信宿设备作为自组织网络业务信息的产生端和使用端，按照真实的工作流程和信息格式产生应用层业务数据，并传送给自组织网络实物设备，并接收自组织网络实物设备传送的其他信源/信宿的应用层业务信息；

所述的自组织网络实物设备内部运行网络应用层和网络层软件，获得相关的数据，并通过虚/实数据交互接口将获得数据转换为仿真需要的数据格式，传送给自组织网络仿真单元；

所述的自组织网络仿真单元包括虚/实数据交互模块、节点移动管理模块、实物设备映射节点和仿真虚拟节点，所述的虚/实数据交互模块接收虚/实数据交互接口传递的数据，并将其传送给对应的实物设备映射节点，接收实物设备映射节点的数据并通过该实物设备映射节点对应的自组织网络实物设备的虚/实数据交互接口传送给自组织网络实物设备；

所述的实物设备映射节点接收自组织网络实物设备的应用层和网络层的数据，并建立网络数据链路层和物理层的仿真模型，获得仿真模型计算的数据，从而获得网络节点的完整数据；

所述的节点移动管理模块获得节点移动数据产生系统的移动相关数据，并对移动数据进行处理，并将处理的结果传送给实物设备映射节点和仿真虚拟节点，所述的自组织网络实物设备、实物设备映射节点和仿真虚拟节点根据计算获得的网络数据和移动数据的处理结果，计算网络是否处于连通状态；

所述的仿真虚拟节点建立网络的应用层、网络层、数据链路层和物理层的模型，并进行仿真，获得相应的仿真结果。

2.根据权利要求1所述的一种无线自组织网络半实物仿真装置，其特征在于，所述的信源/信宿设备、自组织网络实物设备和实物设备映射节点为一一对应的关系。

3.根据权利要求1所述的一种无线自组织网络半实物仿真装置，其特征在于，所述的仿真虚拟节点的数量为需要仿真的总节点数减去实物设备映射节点数。

4.根据权利要求2所述的一种无线自组织网络半实物仿真装置，其特征在于，所述的信源/信宿设备、自组织网络实物设备的数量不小于2。

5.如权利要求1-4任一所述的一种无线自组织网络半实物仿真装置的仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对信源/信宿设备和自组织网络实物设备上电、初始化并运行，对自组织网络仿真单元初始化，获取节点移动数据；

信源/信宿设备产生数据发送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备完成应用层及网络层功能；

根据自组织网络的节点之间的网络连通关系和数据的源/目的地址，确定数据的传输路径；

若存在自组织网络实物节点与自组织网络仿真单元中的仿真虚拟节点进行数据交互或自组织网络实物节点之间进行数据交互的传输路径，则自组织网络实物设备将应用层和网络层的数据传送给自组织网络仿真单元；反之，自组织网络实物设备不将应用层和网络层的数据传送给自组织网络仿真单元；

自组织网络仿真单元接收到应用层和网络层的数据并转换后，结合节点移动数据进行数据链路层及物理层协议仿真，并根据仿真的结果判断传输路径是否可连通；若连通，则进行下一步，若不连通，则丢弃数据；

若存在自组织网络仿真单元与自组织网络实物进行数据交换的传输路径，则根据情况将自组织网络仿真单元的数据通过数据转换后，发送给自组织网络实物设备，进行下一步；若不存在，则将数据发送给自组织网络仿真单元内部的仿真虚拟节点进行仿真并获得仿真结果；

自组织网络实物设备对获得的数据进行处理，完成应用层和网络层功能后发送给信源/信宿设备，从而获得仿真结果。

6.根据权利要求5所述的一种自组织网络半实物仿真方法，其特征在于，所述数据的传输路径包括：

路径一：信源/信宿设备一将数据传送给自组织网络实物设备一，自组织网络实物设备一将数据传送给实物设备映射节点一，实物设备映射节点一将数据传送给实物设备映射节点二，实物设备映射节点二将数据传送给自组织网络实物设备二，自组织网络实物设备二将数据传送给信源/信宿设备二；

路径二：仿真虚拟节点之间进行数据传送；

路径三：信源/信宿设备将数据传送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备将数据传送给实物设备映射节点，实物设备映射节点将数据传送给仿真虚拟节点；

路径四：仿真虚拟节点将获得的数据传送给实物设备映射节点，实物设备映射节点将数据传送给自组织网络实物设备，自组织网络实物设备将数据发送给信源/信宿设备。