CN114063468A - 一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法，属于无线自组网通信技术领域。该方法中的半实物仿真系统由OPNET仿真工具和无线自组网实物节点组成，仿真网络中的虚拟节点与实物节点组成网络，交互拓扑，所有节点均在全网范围进行路由查找，完成数据交互。该数据交互方法可以支持网络化数据的传输，解决了传统仿真中虚拟仿真与实物仿真的诸多问题，对大规模网络的性能验证起到关键支撑作用。

Description

一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法

技术领域

本发明涉及无线自组网通信技术领域，特别是指一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法。

背景技术

无线自组网是面向高速动态组网、多跳远距离传输等应用场景而设计开发的扁平化无线通信系统。系统采用自适应接入控制协议和自适应路由协议，可以适用不同网络拓扑；节点设备体积小、重量轻、功耗低，无需外部基础网络和定位定时设施支持，可自成系统独立使用，具有组网灵活、建网速度快、传输速率高、抗毁抗扰能力强等特点。

通常情况下，一个无线自组织网络中会有几十个甚至上百个无线自组网设备，即“节点”。对于这样的网络规模，开发调试过程中需要用到的空间资源、人力物力都相当可观。与此同时，纯仿真的验证方式又可能会存在实现细节跟实物不一致、无法充分发现实物节点设计缺陷的问题。

发明内容

针对基于传统无线自组网网络规模大、配置不便、环境搭建困难，单靠仿真验证又无法保证节点表现与实物完全一致的问题，本发明提出一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法，该方法将实物节点接入仿真系统，采用半实物仿真的方式对系统进行功能性能验证。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法，所述无线自组网半实物仿真系统基于OPNET网络仿真技术软件包实现，该方法包括以下步骤：

（1）设置包括虚拟节点、实物节点和SITL接口节点的混合组网场景；其中，实物节点为需要进行功能验证的无线自组网设备；虚拟节点采用无线信道模型构建，虚拟节点的资源分配协议与实物节点一致；

（2）虚拟节点和实物节点的接入协议采用相同的TDMA机制；具体来说，将时间轴分为时帧，并进一步划分时隙，节点间占用不同时隙进行通信；

（3）启动实物节点，开始仿真；

（4）所有节点进行组网，所有节点采用相同的路由协议，在最短路径的基础上，以链路信噪比为路径权值，进行路由计算；

（5）路由全网融合，实物节点和虚拟节点周期性交互路由信息，所有节点均持有全网的拓扑信息，用于数据寻路；

（6）注入数据，所有节点按照协议进行寻路分发、转发和接收解析；

（7）数据交互完成。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用相同的协议开发虚拟节点和实物节点，通过OPNET的SITL接口将实物节点接入仿真系统。

2、本发明设计了一套网络数据处理流程，使仿真系统和实物节点可以进行路由和数据的双重交互，可以比较方便地增加网络中的节点数量，便于对大规模网络进行功能性能验证。

总之，本发明将实物节点接入仿真系统，通过路由的融合，使实物节点和虚拟节点之间有数据通路，并且可以通过软件在环仿真(SITL)接口进行交互，进而完成整个半实物仿真系统的功能性能验证。

附图说明

图 1 为本发明实施例中半实物仿真系统的通信架构图。

图 2 为本发明实施例中仿真方法的流程图。

图 3为本发明实施例中半实物仿真系统的结构图。

具体实施方式

下面结合本发明的一个较佳实施示例来对本发明作进一步说明，但是本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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。

一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法，其中，整套半实物仿真系统包括安装有OPNET的一台计算机，根据实物节点协议开发的虚拟节点模型组成仿真网络，OPNET提供的SITL接口，和实物节点若干。

该无线自组网半实物仿真系统具有以下组成部分：

前端UI，通过UI显示三维地形，并将其在用户界面显示出来。用户可以在UI界面对节点的地理位置及运动轨迹进行规划。

后台服务程序，作为UI界面与仿真系统的信息交互。UI控制信息通过后台服务程序传输到仿真程序，仿真程序模拟的节点运行轨迹，以及节点状态信息和仿真信息经后台服务程序传回UI进行可视化处理。

虚拟节点以及实物节点。虚拟节点在OPNET中进行设计，虚拟节点需要尽可能的模拟实物节点的属性与功能。同时，在模拟虚拟节点时，信道要尽可能接近现实信道，达到最佳仿真效果。

代理及数据采集节点。代理节点用于不同类型节点的信息交互，代理包括一个仿真节点，一个虚拟工作站，一个SITL网关以及一个SITL节点模型。数据采集节点周期性获取虚拟节点的状态信息，与实物节点上报的状态汇总后上报到后台服务程序。

数据交互接口。数据交互指虚拟仿真与实际仿真的信息交互，由一个代理节点，一个虚拟节点和一个实物节点连接而成，整体当做一个节点。主要用于虚拟网络与外界硬件网卡的直接关联，用SITL网关与SITL虚拟网络链路。SITL为虚拟网和现实网提供一个接口，将虚拟网络的数据传输包与现实网络传输包之间按照仿真实际要求进行格式转换，使得物理硬件与仿真软件形成一个统一的整体。

协议保障。所有实物节点与虚拟节点之间，保障所有协议相同。主要作用在于保证节点仿真的严谨性与真实性。

信息交互流程。终端发送信息经虚拟节点发送到实物节点时，会与数据收集节点收集的虚拟节点路由信息类似地经过中继节点，中继节点根据所携带信息的IP来源区分为路由信息与数据信息。路由信息发送给所有实物节点进行拓扑融合，数据信息按照路由拓扑发送给目标节点。当信息传输方向相反时，信息交互与之同理。

该无线自组网半实物仿真系统要求OPNET场景中的虚拟节点在协议设计时与实物节点保持一致，以便于在实物节点数量不够或无线环境搭建困难时的功能性能验证。

该无线自组网半实物仿真系统中，数据交互的前提是所有节点持有全网拓扑，要求路由全网融合，实物节点和虚拟节点周期性交互路由信息。

该无线自组网半实物仿真系统支持网络化数据的传输，无需特殊的数据生成APP，无需应用程序对数据进行额外处理。

为了实现数据交互，系统采用TDMA接入方式，将时间轴分为时帧，进一步划分时隙，节点间占用不同时隙进行通信，避免碰撞，此为数据交互的前提。在此基础上，所有节点采用相同的路由协议，在最短路径的基础上，以链路信噪比为路径权值，进行路由计算。

以下为一个更具体的例子：

如图1所示，一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法，所述无线自组网半实物仿真系统包括安装有OPNET的一台计算机，根据实物节点协议开发的若干虚拟节点模型组成仿真网络，OPNET提供的SITL接口，和实物节点若干。该方法中，OPNET场景中的虚拟节点与实物节点采用相同的协议设计，虚拟节点与实物节点之间交互路由。

从开发的角度，所述数据交互由以下步骤具体完成：

S1：虚拟节点采用无线模型，TDMA控制协议与实物节点一致，节点层次模型示例如图3。

：混合组网场景设置，场景中包括虚拟节点、实物节点和接口节点，场景设置如图3。

：启动实物节点，启动仿真。

：所有节点进行组网，路由融合。

：从注入数据，所有节点按照协议进行寻路分发、转发和接收解析

S6：数据交互完成。

从应用的角度，如图2所示，仿真流程主要包括以下步骤：

S1：后台服务器启动。

：前端UI启动，加载地形：导入三维地形，加载用户界面的地图显示。

：任务规划：包括创建仿真任务，规划无人机位置及飞行轨迹，指定接口节点等。

：开始仿真：仿真流程执行，按照设计的方法和环境，驱动仿真系统执行半实物仿真。

：地形及节点显示：仿真控制程序根据协议仿真程序运行产生和通过网卡接收到的节点位置、轨迹信息，生成可视化的节点运动轨迹，并根据节点运动情况显示对应区域的地形。

：仿真结束，日志自动存储：生成格式化的仿真日志，并存储和锁定仿真数据。

OPNET仿真采用分层设计，可以充分保障设计的扩展性、兼容性和可移植性。从仿真对象的角度，仿真系统自上而下分别由场景模型、节点模型和进程模型组成。场景模型模拟现实中的场景，节点的物理相对位置，各个节点的功能，构成了整个网络的拓扑结构；节点模型模拟构成网络拓扑的各个节点的协议模型；进程模型位于三层得到最底层，描述了构成节点的模型的进程，采用有限状态机来设计。

上述协议开发完成以下功能：节点工作时序控制；节点收发控制；节点链路维护信息的收发和相应的解析及组织；节点间资源的协商等等。采用自适应接入协议以及自适应路由协议。

在仿真网络中指定两个对外的接口节点，用于通过SITL及外界网卡直接与外界节点或终端交互，实施示例如图3。SITL接口实现了现实信息接入了仿真系统的过程。

该数据交互方法可以支持网络化数据的传输，解决了传统仿真中虚拟仿真与实物仿真的诸多问题，对大规模网络的性能验证起到关键支撑作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种适用于无线自组网半实物仿真系统的数据交互方法，其特征在于，所述无线自组网半实物仿真系统基于OPNET网络仿真技术软件包实现，该方法包括以下步骤：

（1）设置包括虚拟节点、实物节点和SITL接口节点的混合组网场景；其中，实物节点为需要进行功能验证的无线自组网设备；虚拟节点采用无线信道模型构建，虚拟节点的资源分配协议与实物节点一致；

（2）虚拟节点和实物节点的接入协议采用相同的TDMA机制；具体来说，将时间轴分为时帧，并进一步划分时隙，节点间占用不同时隙进行通信；

（3）启动实物节点，开始仿真；

（4）所有节点进行组网，所有节点采用相同的路由协议，在最短路径的基础上，以链路信噪比为路径权值，进行路由计算；

（5）路由全网融合，实物节点和虚拟节点周期性交互路由信息，所有节点均持有全网的拓扑信息，用于数据寻路；

（6）注入数据，所有节点按照协议进行寻路分发、转发和接收解析；

（7）数据交互完成。

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