CN114244449B - 卫星网络模拟验证方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种卫星网络模拟验证方法、系统、电子设备及存储介质，该系统包括：星座模型构建模块用于对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；虚拟节点定制模块用于基于卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；链路参数配置模块用于基于卫星网络建模信息配置链路的网络参数；负载流量生成模块用于生成测试机模型实例，测试机模型实例用于将流量灌入虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。本发明通过虚拟节点定制模块和链路参数配置模块实现卫星星座的准确模拟，通过负载流量生成模块生成的测试机实例，往模拟的卫星星座中灌入流量，实现卫星网络功能的精确验证。
Description
技术领域
本发明涉及空间卫星网络示范验证技术领域，尤其涉及一种卫星网络模拟验证方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
随着卫星通信技术的飞速发展，空间卫星网络逐步替代了早期的“弯管式”通信，且卫星网络中涌现了大量新技术，迫切需要进行大规模的测试、部署和试验验证，若把试验卫星发射到太空中进行验证，周期长、成本高，且会影响现有的卫星网络系统的正常运行。因此，有必要建立具有高逼真、高吞吐量、高灵活性、高实时性的空间卫星网络仿真平台，在卫星真正部署之前先进行地面验证。
卫星网络仿真软件主要有卫星系统分析软件卫星工具包STK(Satellite ToolKit)、网络仿真软件OPNET、NS3网络模拟器、NS2网络模拟器、网络仿真软件QualNet、网络仿真软件Mininet等具有成本低、高开放性等优势。STK可以用来进行星座设计、卫星轨道预报、卫星轨道确定、可见性分析、姿态分析、通信链路分析、覆盖分析和三维显示等。众多基于OPNET的低轨卫星仿真，基于离散事件模拟卫星网络，能够准确分析复杂网络的性能和行为。此外，NS2、NS3网络模拟器以及网络仿真软件QualNet也是目前卫星网络仿真验证领域中较多使用的仿真软件。
然而，目前常用的卫星网络仿真软件在仿真逼真性和处理海量卫星节点上存在一定的局限，STK不能直接应用于网络应用层的仿真，OPNET、NS2、NS3以及QualNet等无法实现对上层应用的精确仿真及测试，仿真逼真度不高。目前常用的卫星网络仿真软件在处理海量卫星的高精度模拟时存在资源要求过高，甚至无法实现在有限内存资源和计算资源的情况下的模拟验证。
发明内容
本发明的目的是提供一种卫星网络模拟验证方法、系统、电子设备及存储介质，用以实现对卫星网络在网络应用层上的精确仿真，以及在有限服务器资源上模拟海量卫星节点。
第一方面，本发明提供一种卫星网络模拟验证系统，包括：星座模型构建模块、虚拟节点定制模块、链路参数配置模块以及负载流量生成模块；
所述星座模型构建模块用于对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；
所述虚拟节点定制模块用于基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；
所述链路参数配置模块用于基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数；
所述负载流量生成模块用于生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证系统，所述虚拟节点定制模块包括节点定制创建模块和链路定制创建模块；
所述节点定制创建模块用于基于所述卫星网络建模信息，从服务器资源池获取硬件资源，为所述虚拟节点设置所述硬件资源；
所述链路定制创建模块用于基于所述卫星网络建模信息，使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证系统，其中为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
在虚拟节点运行期间，动态修改所述硬件资源。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证系统，所述虚拟节点定制模块还包括CPU资源设置模块、内存资源设置模块和硬盘资源设置模块；
为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
通过所述CPU资源设置模块为所述虚拟节点设置CPU资源；
通过所述内存资源设置模块为所述虚拟节点设置内存资源；
通过所述硬盘资源设置模块为所述虚拟节点设置硬盘资源。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证系统，通过所述CPU资源设置模块为所述虚拟节点设置CPU资源包括：
为所述虚拟节点设置所使用的CPU，并设置时钟周期和时间配额，所述时钟周期用于限定重新分配虚拟节点对CPU的使用周期，所述时间配额用于限定虚拟节点在一个时钟周期内使用CPU的时间。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证系统，通过所述内存资源设置模块为所述虚拟节点设置内存资源包括：
为所述虚拟节点设置内存和交换分区，所述内存的大小和交换分区的大小可动态修改。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证系统，所述使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路包括：
通过虚拟网卡设备为相同服务器上的虚拟节点创建星间链路，以实现二层互联；
基于虚拟交换机技术创建跨服务器虚拟节点间的星间链路，以实现二层互通，并通过设置不同虚拟局域网ID实现跨服务器不同星间链路的网络隔离；地面站节点和星座卫星节点之间通过虚拟交换机二层互通，并通过控制交换机上的虚拟局域网ID，实现地面站纳管的卫星节点链路控制。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证系统，所述基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数包括：
设置第一服务器为时间源；
第二服务器运行时钟同步守护进程，所述时钟同步守护进程用于调整第二服务器的内核中运行的系统时钟与时间源的时钟同步；
按照所述时间源的时钟配置所述链路的网络参数。
第二方面，本发明还提供一种卫星网络模拟验证方法，包括：
对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；
基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；
基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数；
生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证方法，所述基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路包括：
基于所述卫星网络建模信息，从服务器资源池获取硬件资源，为所述虚拟节点设置所述硬件资源；
基于所述卫星网络建模信息，使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证方法，其中为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
在虚拟节点运行期间，动态修改所述硬件资源。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证方法，为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
为所述虚拟节点设置CPU资源；
为所述虚拟节点设置内存资源；
为所述虚拟节点设置硬盘资源。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证方法，为所述虚拟节点设置CPU资源包括：
为所述虚拟节点设置所使用的CPU，并设置时钟周期和时间配额，所述时钟周期用于限定重新分配虚拟节点对CPU的使用的周期，所述时间配额用于限定虚拟节点在一个时钟周期内使用CPU的时间。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证方法，为所述虚拟节点设置内存资源包括：
为所述虚拟节点设置内存和交换分区，所述内存的大小和交换分区的大小可动态修改。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证方法，所述使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路包括：
为硬件资源池中的每台服务器分别创建虚拟路由器节点，并挂载在虚拟交换机节点上，虚拟路由器上存在两块网卡，对内网卡用于和服务器卫星节点互联、对外网卡用于和控制器或者网管进行通信，从而实现虚拟节点与控制器在控制面上的数据通信。
为相同服务器上的卫星节点间设置虚拟网卡设备，以实现星间链路二层互联的模拟；
跨服务器卫星节点之间的星间链路通过挂载虚拟交换机，实现二层互通，不同的星间链路都挂载在各自服务器的同一个虚拟交换机上，通过设置不同的虚拟局域网ID实现不同星间链路的网络隔离；卫星和地面站之间的星地链路也是基于虚拟交换机和虚拟网卡设备对技术实现，地面站星地链路的网卡挂载到虚拟交换机上，卫星星地链路的网卡也挂载到虚拟交换机上，不同地面站对卫星节点的纳管通过在虚拟交换机上设置不同的虚拟局域网ID来实现。
可选地，根据本发明提供的卫星网络模拟验证方法，所述基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数包括：
设置第一服务器为时间源；
第二服务器运行时钟同步守护进程，所述时钟同步守护进程用于调整第二服务器的内核中运行的系统时钟与时间源的时钟同步；
按照所述时间源的时钟配置所述链路的网络参数。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现根据第二方面所述卫星网络模拟验证方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据第二方面所述卫星网络模拟验证方法的步骤。
本发明提供的卫星网络模拟验证方法、系统、电子设备及存储介质，通过设置星座模型构建模块、虚拟节点定制模块、链路参数配置模块以及负载流量生成模块，以实现卫星网络模拟验证，其中负载流量生成模块生成的测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板，可以实现对卫星网络在网络应用层上的进行精确仿真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的卫星网络模拟验证系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中的星座模型示意图；
图3是本发明实施例提供的虚拟节点定制模块的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的CPU资源设置模块的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的内存资源设置模块的流程示意图；
图6是本发明实施例提供的硬盘资源设置模块的流程示意图；
图7是本发明实施例提供的链路定制创建模块的流程示意图；
图8是本发明实施例提供的链路参数配置模块的流程示意图；
图9是本发明实施例提供的负载流量生成模块的流程示意图；
图10是本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法的流程示意图之一；
图11是本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法的流程示意图之二；
图12是本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法的流程示意图之三；
图13是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
存在对具有上万颗卫星的星链的高精度模拟的需求，此类星链是可以覆盖全球的卫星通信网络，卫星数量庞大。海量卫星在入轨前的逼真模拟和测试技术研究已经迫在眉睫。
图1是本发明提供的卫星网络模拟验证系统的结构示意图，参考图1，本发明提供的卫星网络模拟验证系统包括星座模型构建模块110、虚拟节点定制模块120、链路参数配置模块130以及负载流量生成模块140；
所述星座模型构建模块110用于对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；
所述虚拟节点定制模块120用于基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；
所述链路参数配置模块130用于基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数；
所述负载流量生成模块140用于生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
在本发明实施例中，需要说明的是，本发明基于JSON模型格式化卫星星座不同维度的数据，不同维度的数据包括节点信息(节点数目、CPU、内存、硬盘等)、链路信息(链路两端卫星、带宽、时延、丢包率等)。基于网络虚拟化技术，以格式化数据作为输入，在有限服务器资源上模拟海量卫星节点，并基于虚拟网卡技术模拟海量星间链路、星地链路，基于虚拟交换机技术实现不同服务器虚拟节点的互联互通，设计虚拟路由技术实现不同服务器控制面网络隔离，减少广播风暴。基于虚拟局域网技术实现不同地面站和卫星间的链路隔离，缩小广播域。分布式网络参数设置，各个虚拟节点独自守护网络参数下发进程，到达指定毫秒时间戳时，启动网络参数下发，时间同步进程精度控制在1ms以内。并可向虚拟卫星网络中灌入不同前景应用流量和背景模拟流量，背景模拟流量带宽不低于5G。
图2是本发明实施例中的星座模型示意图，参考图2，在一个实施例中，星座模型包括卫星轨道、轨道上的卫星节点，每个卫星节点间的星间距离以及卫星节点与地面站之间的星地距离，地面上的地面节点、各个关口站，以及用户终端。
星座模型构建模块对不同卫星星座的建模文件进行解析并格式化，获取节点信息、链路信息、链路带宽、链路时延、丢包率等数据，并格式化为JSON模型，作为虚拟节点定制模块和链路参数配置模块的输入。
具体地，星座模型构建模块对包含卫星坐标、姿态、地面站、用户终端等信息的星座模型文件进行解析，提取卫星轨道数目、每轨道卫星节点个数、地面站数目、链路连接关系以及节点CPU、内存、硬盘和链路带宽、时延、丢包率等信息并格式化为JSON模型，并在JSON模型中编排链路IP地址，星间链路编址基于卫星所在的区域编号、星座编号、轨道编号、接口编号等进行统一编址。不同数据信息的JSON模型分别作为后续虚拟节点定制模块、链路参数配置等模块的输入。
图3是本发明实施例提供的虚拟节点定制模块的流程示意图，参考图3，虚拟节点定制模块包括节点定制创建模块、链路定制创建模块、CPU资源设置模块、内存资源设置模块、硬盘资源设置模块。
节点定制创建模块用于基于卫星网络建模信息，从服务器资源池获取硬件资源，为虚拟节点设置所述硬件资源；
链路定制创建模块用于基于卫星网络建模信息，基于虚拟网卡、虚拟交换机、虚拟路由器，创建星间链路和星地链路。
在本发明实施例中，节点定制创建模块可在有限的服务器资源进行海量卫星节点模拟，基于容器技术的轻量化和隔离特性，以格式化的星座模型JSON文件作为输入，根据节点名称和节点个数依据多线程技术批量启动节点。
具体地，卫星网络模拟验证系统添加服务器信息，服务器信息包括IP地址、密码等信息，从而实现卫星网络模拟验证系统对多台服务器的纳管，构建资源池。然后在节点服务器中预置多种镜像模板，包括加载了分布式路由协议程序的镜像模板、加载了虚拟交换机技术的镜像模板和/或启用了MPLS转发面的镜像模板，按需选择镜像模板。将包含虚拟节点信息的JSON模型作为输入，从服务器资源池中获取物理资源，多线程并发创建指定镜像模板的海量虚拟节点，并对虚拟节点的CPU、内存、硬盘等资源进行设置。每个服务器的虚拟卫星节点的控制面网络采用分层架构，上层为一个虚拟路由器，下层为模拟的虚拟卫星或地面站节点，每个服务器上的卫星节点的控制面通过虚拟路由器和部署在其他服务器上的控制器进行通信。虚拟路由器节点有两个端口，分别对内连接卫星节点控制面网络，对外连接控制器网络，对外控制器网络规划一个不被使用的内网网段，比如142.142.0.0/16,控制器地址配置为142.142.0.1/16，假设有5台服务器，那么每台服务器上vr的控制面地址可以设置为142.142.1.1/24，142.142.2.1/24，142.142.3.1/24，142.142.4.1/24，142.142.5.1/24；对内卫星节点控制面网络规划一个子网掩码比较小的内网网段作为控制面网络，比如152.0.0.0/8网段，不同服务器上的卫星节点控制面根据服务器编号和每台服务器上能够启动的虚拟节点个数在152.0.0.0/8网段内再进一步进行子网地址规划，比如根据虚拟节点所需资源以及服务器性能信息，计算出每台服务器可以启动300个虚拟节点，那么每台服务器的子网掩码最大不能超过23，才能为300个节点配置不同的控制面地址，那么不同服务器控制面网络网段可以为152.1.0.0/23,152.2.0.0/23等子网，分别作为不同服务器上虚拟卫星节点的控制面网段。然后在控制器上配置到各个卫星控制面网络的路由，下一条为对应虚拟路由器的对外接口地址，虚拟路由器和卫星节点上也分别配置到控制器地址的路由。通过此种网络分层方案实现了控制面网络隔离，减少控制面ARP洪泛，可以避免控制面网络丢包。
在一个实施例中，为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：在虚拟节点运行期间，动态修改所述硬件资源。
在本实施例中，由于卫星星座规模处于不断调整中，本发明支持网络规模的高可扩展性，通过扩展服务器资源实现卫星星座规模的扩展。通过试验平台纳管新增的服务器，扩充硬件资源，星座扩展构建过程中能够在新增服务器上增加容器节点实例，并且能够扩展新增节点之间、新增节点与原有节点之间的虚拟链路，且能实现新增节点和原有节点之间的网络互通，在扩展构建过程中不影响原有星座节点的链路和业务状态。
图4是本发明实施例提供的CPU资源设置模块的流程示意图，参考图4，在本发明实施例中，虚拟节点定制模块还包括CPU资源设置模块，通过所述CPU资源设置模块为所述虚拟节点设置CPU资源，可选地，通过所述CPU资源设置模块为所述虚拟节点设置CPU资源包括：为所述虚拟节点设置所使用的CPU，并设置时钟周期和时间配额，所述时钟周期用于限定重新分配虚拟节点对CPU的使用的周期，所述时间配额用于限定虚拟节点在一个时钟周期内使用CPU的时间。
具体地，基于Cgroups的cpuset子系统，为容器实例分配单独的CPU，限制容器能使用的CPU逻辑核编号。对多核CPU的服务器，可以设置容器实例使用哪些CPU内核。同时还可以进行CPU周期控制，通过“容器对CPU的使用要在多长时间内做一次重新分配(时钟周期)”以及“在这个周期内有多少时间来跑这个容器(时间配额)”两个参数，限制每个容器能分配到的CPU时钟周期。通过逻辑核编号和CPU时钟周期两个纬度的资源设置，实现容器CPU的绝对限制，从而实现卫星计算资源的较精确模拟。可以在容器实例初始化时设置CPU资源，也可以在容器实例运行过程中在线修改所占CPU资源，实现卫星节点CPU资源的动态伸缩。
图5是本发明实施例提供的内存资源设置模块的流程示意图，参考图5，在本发明实施例中，虚拟节点定制模块还包括内存资源设置模块，通过内存资源设置模块为虚拟节点设置内存资源，可选地，通过内存资源设置模块为虚拟节点设置内存资源包括：为所述虚拟节点设置内存和交换分区，所述内存的大小和交换分区的大小可动态修改。
具体地，内存资源设置模块基于Linux内核Cgroups的memory子系统进行内存和交换分区资源的限制，可以在容器实例初始化时设置内存和交换分区，也可以在容器实例运行过程中在线修改内存和交换分区大小，从而可以实现卫星节点内存和交换分区资源的动态伸缩，可用于验证星上协议最少所需的内存资源。
图6是本发明实施例提供的硬盘资源设置模块的流程示意图，参考图6，在本发明实施例中，虚拟节点定制模块还包括硬盘资源设置模块，通过所述硬盘资源设置模块为所述虚拟节点设置硬盘资源。
具体地，硬盘资源设置模块基本LVM(Logical Volume Manager)逻辑卷管理技术和Device Mapper高级卷管理技术进行磁盘空间管理，容器存储驱动基于Device Mapper。Devicemapper驱动将每一个镜像和容器存储在它自身的具有精简置备、写时拷贝和快照功能的虚拟设备上。Device Mapper技术使用块设备来存储数据，且不限制卷的大小。创建精简配置卷时，精简配置卷使用零块，当开始往块中写入数据时，从公共块池中分配资源。
图7是本发明实施例提供的链路定制创建模块的流程示意图，参考图7，在本发明实施例中，使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路包括：通过虚拟网卡设备为相同服务器上的虚拟节点创建星间链路，以实现二层互联；基于虚拟交换机技术创建跨服务器虚拟节点间的星间链路，以实现二层互通，并通过设置不同虚拟局域网ID实现跨服务器不同星间链路的网络隔离；地面站节点和星座卫星节点之间通过虚拟交换机二层互通，并通过控制交换机上的虚拟局域网ID，实现地面站纳管的卫星节点链路控制。
在本发明实施例中，链路定制创建模块基于虚拟化技术模拟星载路由器前后左右至少4条星间链路、至少1条星地链路、1条控制面链路，虚拟节点的控制面端口和转发面端口分离，控制面端口用于和地面站或SDN控制器进行信令交互，依据虚拟交换机技术，将控制面端口挂载到虚拟交换机上，并在每个服务器上启动一个虚拟路由器进程，虚拟路由器至少有两个端口，分别是对内和卫星节点的管理口互通、对外和控制器互通。基于虚拟路由器技术可实现不同服务器虚拟节点控制面网络的隔离，减小广播域，缓解ARP风暴。同一服务器上的卫星和卫星之间的链路采用虚拟网卡设备技术进行模拟，实现物理层直连的模拟。不同服务器上的虚拟节点之间的直连通过虚拟交换机和虚拟网卡技术实现二层互通，并基于虚拟局域网技术实现网络隔离，减小广播域。所有虚拟节点的端口IP由主控系统通过星座模型中的区域编号、星座编号、轨道编号、接口编号等进行统一编址下发给虚拟节点并配置。
具体地，每个服务器分布式创建各自的虚拟路由器节点，用于不同服务器控制面网络与控制器互联。虚拟路由器上创建一个虚拟网口作为对内端口，和连接卫星节点控制面端口的虚拟交换机互联，对内端口IP和所在服务器虚拟节点的控制面在一个网段；并绑定一个空闲物理口，用于对外和物理交换机互联，对外端口IP网段规划为任意一个不和其他网段重复的内网网段，这里以142.142.0.0/16网段为例，所有服务器的虚拟路由器的对外端口的IP地址均落在该网段的子网范围内，SDN控制器进程独立服务器部署，它用于和虚拟节点控制面端口交互的端口也配置在142.142.0.0/16网段。不同服务器上的对外物理口均连接到物理交换机上，物理交换机配置为二层。
将包含卫星链路IP编址的JSON模型文件作为输入，创建星间和星地链路。相同服务器上的星间链路基于虚拟网卡设备对进行二层互联，不同服务器上的星间链路通过虚拟交换机和虚拟网卡二层互通，并通过虚拟局域网技术实现跨服务器的不同星间链路的网络隔离。星地之间链路通过虚拟交换机互联，每个地面站与其连接的卫星节点之间的链路在同一个虚拟局域网，实现不同地面站与卫星之间链路的网络隔离。将包含卫星链路IP编址的JSON模型文件作为输入，为星间链路、星地链路配置IP，即可使得虚拟卫星节点工作在三层模式。如果虚拟卫星节点内置虚拟交换机进程，链路不需要配置IP，虚拟卫星节点工作在二层模式。
图8是本发明实施例提供的链路参数配置模块的流程示意图，参考图8，在本发明实施例中，基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数包括：设置第一服务器为时间源；第二服务器运行时钟同步守护进程，所述时钟同步守护进程用于调整第二服务器的内核中运行的系统时钟与时间源的时钟同步；按照所述时间源的时钟配置所述链路的网络参数。
在本发明实施例中，链路参数配置模块主要包括带宽、时延、丢包率等网络参数的配置，将星座建模模块中格式化输出的链路网络参数JSON文件作为输入，依据时钟同步、tc和netem技术进行网络参数仿真。
具体地，网络参数JSON文件中包含一系列不同时间戳网络参数大小的组合，为了提高网络仿真的准确性，需要在指定时间戳精确下发网络参数配置，因此，各个服务器以及服务器上的网络节点之间均要时间严格同步。本方案设计局域网时间同步方案，可缩小时间同步误差，可将不同服务器时钟误差缩小在1ms以内。选定一个服务器为时间源，其他服务器运行一个时钟同步守护进程，用于自动调整内核中运行的系统时钟与时间源同步，从而保证服务器时间的一致性和准确性。虚拟容器节点直接复制所在服务器的时间文件和时区文件，实现虚拟容器和服务器时间的一致性，从而最终实现全网虚拟节点的时间同步。容器实例不同时间戳的带宽、时延、丢包率等网络参数均以文件形式独立保存，各个容器实例独立运行网络参数配置下发进程，程序初始化时将文件中网络参数读取出来并缓存在内存中，避免频繁读取文件造成性能下降。配置下发采用严格时间戳对比的方式，避免定时器执行的时间误差，时间戳到达时，网络参数配置下发。
图9是本发明实施例提供的负载流量生成模块的流程示意图，参考图9，所述负载流量生成模块用于生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
在本发明实施例中，为了向虚拟卫星网络中灌入流量，本发明设计开发了负载流量生成模块。负载流量生成模块生成测试机模型实例，测试机模型实例中集成各种业务流量进程。测试机模型实例是依据测试机模型镜像生成的，具有能够实现FTP、TFTP、DNS、FLOOD攻击、HTTP、五元组构造流、指定IP地址的构造流、HTTP并发流，SSH远程访问流、DNS域名查询流、大流量背景流等的构造，依据容器技术构建测试机节点，并基于虚拟交换机技术实现测试机和卫星节点间组网，并通过IP地址、网关等信息使得测试机接入卫星网络，并根据网关配置往卫星网络的对应节点中灌入流量。负载流量生成模块可用于模拟背景流、前景流、高速宽带业务、低速信令交互业务等，也可用于卫星网络路由协议、故障模拟收敛时间、端到端性能检测等功能的验证。其中，背景流量基于内核进行发包，发包速率不低于5G。通过不同应用流量和模拟流量的集成，可以用较少的测试机节点发出不同类型的流量报文，节省了服务器资源。
具体地，镜像模板中集成各种应用层流量和模拟流量进程，使用该镜像模板基于容器技术启动多对客户端和服务端测试机节点，创建测试机节点时，系统可以指定对端卫星信息，也可以指定网关信息，用于配置测试机节点默认路由，引导流量走向。测试机节点和对端卫星节点通过虚拟交换机互联，并通过虚拟局域网技术实现不同用户链路的网络隔离。
可选地，图10是本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法的流程示意图之一，参考图10，本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法包括在系统前端配置界面根据实际需要配置某种应用层业务或背景流量模板，引用该流量模板创建业务流量请求，并指定客户端测试机和服务端测试机名称，即可完成业务流量请求的创建，启动流量任务即可将流量灌入到卫星网络。本系统支持多种不同业务流量请求的创建，支持多任务并发执行，执行结束后，系统前台可以展示运行结果，不同类型的任务运行结果会有不同。
可选地，图11是本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法的流程示意图之二，参考图11，本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法包括在虚拟节点运行期间，动态修改所述硬件资源。
具体地，星座模型资源变更时，系统在线对虚拟节点的CPU、内存进行在线扩容或缩容，并可对硬盘在线扩容，不影响系统虚拟节点正常运行。星座模型节点扩展时，系统先增加并纳管服务器，增加资源池，并新增节点和链路，不影响所有星座节点运行。其中对CPU、内存和硬盘等的进一步阐述，可参考图4至图6以及与图对应的文字描述。
图12是本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法的流程示意图之三，参考图12，本发明提供的卫星网络模拟验证方法包括：
步骤1201，对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；
步骤1202，基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；
步骤1203，基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数；
步骤1204，生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
由于本发明实施例提供的卫星网络模拟验证方法，可以使用上述实施例所述的卫星网络模拟验证系统，其工作原理和有益效果类似，故此处不再详述，具体内容可参见上述实施例的介绍。
图13示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图13所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1310、通信接口(Communications Interface)1320、存储器(memory)1330和通信总线1340，其中，处理器1310，通信接口1320，存储器1330通过通信总线1340完成相互间的通信。处理器1310可以调用存储器1330中的逻辑指令，以执行卫星网络模拟验证方法，该方法包括：对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数；生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
此外，上述的存储器1330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案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中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的卫星网络模拟验证方法，该方法包括：对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数；生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的卫星网络模拟验证方法，该方法包括：对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；基于所述卫星网络建模信息配置所述链路的网络参数；生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
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各实施方式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。基于这样的理解，上述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，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (16)
1.一种卫星网络模拟验证系统，其特征在于，包括：星座模型构建模块、虚拟节点定制模块、链路参数配置模块以及负载流量生成模块；
所述星座模型构建模块用于对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；
所述虚拟节点定制模块用于基于所述卫星网络建模信息创建虚拟节点和链路；
所述虚拟节点定制模块包括节点定制创建模块和链路定制创建模块；
所述节点定制创建模块用于基于所述卫星网络建模信息，从服务器资源池获取硬件资源，为所述虚拟节点设置所述硬件资源；
所述链路定制创建模块用于基于所述卫星网络建模信息，使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路；
所述链路参数配置模块用于基于所述卫星网络建模信息配置所述星间链路和所述星地链路的网络参数；
所述负载流量生成模块用于生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
2.根据权利要求1所述的卫星网络模拟验证系统，其特征在于，其中为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
在虚拟节点运行期间，动态修改所述硬件资源。
3.根据权利要求1或2所述的卫星网络模拟验证系统，其特征在于，所述虚拟节点定制模块还包括CPU资源设置模块、内存资源设置模块和硬盘资源设置模块；
为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
通过所述CPU资源设置模块为所述虚拟节点设置CPU资源；
通过所述内存资源设置模块为所述虚拟节点设置内存资源；
通过所述硬盘资源设置模块为所述虚拟节点设置硬盘资源。
4.根据权利要求3所述的卫星网络模拟验证系统，其特征在于，通过所述CPU资源设置模块为所述虚拟节点设置CPU资源包括：
为所述虚拟节点设置所使用的CPU，并设置时钟周期和时间配额，所述时钟周期用于限定重新分配虚拟节点对CPU的使用的周期，所述时间配额用于限定虚拟节点在一个时钟周期内使用CPU的时间。
5.根据权利要求3所述的卫星网络模拟验证系统，其特征在于，通过所述内存资源设置模块为所述虚拟节点设置内存资源包括：
为所述虚拟节点设置内存和交换分区，所述内存的大小和交换分区的大小可动态修改。
6.根据权利要求1所述的卫星网络模拟验证系统，其特征在于，所述使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路包括：
通过虚拟网卡设备为相同服务器上的虚拟节点创建星间链路，以实现二层互联；
基于虚拟交换机技术创建跨服务器虚拟节点间的星间链路，以实现二层互通，并通过设置不同虚拟局域网ID实现跨服务器不同星间链路的网络隔离；地面站节点和星座卫星节点之间通过虚拟交换机二层互通，并通过控制交换机上的虚拟局域网ID，实现地面站纳管的卫星节点链路控制。
7.根据权利要求1所述的卫星网络模拟验证系统，其特征在于，所述基于所述卫星网络建模信息配置所述星间链路和所述星地链路的网络参数包括：
设置第一服务器为时间源；
第二服务器运行时钟同步守护进程，所述时钟同步守护进程用于调整第二服务器的内核中运行的系统时钟与时间源的时钟同步；
按照所述时间源的时钟配置所述星间链路和所述星地链路的网络参数。
8.一种卫星网络模拟验证方法，其特征在于，包括：
对星座模型文件进行解析，获取格式化的卫星网络建模信息；
基于所述卫星网络建模信息，从服务器资源池获取硬件资源，为虚拟节点设置所述硬件资源；
基于所述卫星网络建模信息，使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路；
基于所述卫星网络建模信息配置所述星间链路和所述星地链路的网络参数；
生成测试机模型实例，所述测试机模型实例用于将流量灌入所述虚拟节点，以执行卫星网络模拟验证；其中所述测试机模型实例集成有应用层业务模板和背景流量模板。
9.根据权利要求8所述的卫星网络模拟验证方法，其特征在于，其中为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
在虚拟节点运行期间，动态修改所述硬件资源。
10.根据权利要求8或9所述的卫星网络模拟验证方法，其特征在于，为所述虚拟节点设置所述硬件资源包括：
为所述虚拟节点设置CPU资源；
为所述虚拟节点设置内存资源；
为所述虚拟节点设置硬盘资源。
11.根据权利要求10所述的卫星网络模拟验证方法，其特征在于，为所述虚拟节点设置CPU资源包括：
为所述虚拟节点设置所使用的CPU，并设置时钟周期和时间配额，所述时钟周期用于限定重新分配虚拟节点对CPU的使用的周期，所述时间配额用于限定虚拟节点在一个时钟周期内使用CPU的时间。
12.根据权利要求10所述的卫星网络模拟验证方法，其特征在于，为所述虚拟节点设置内存资源包括：
为所述虚拟节点设置内存和交换分区，所述内存的大小和交换分区的大小可动态修改。
13.根据权利要求8所述的卫星网络模拟验证方法，其特征在于，所述使用虚拟路由器、虚拟交换机和虚拟网卡，创建星间链路和星地链路包括：
通过虚拟网卡设备为相同服务器上的虚拟节点创建星间链路，以实现二层互联；
基于虚拟交换机技术创建跨服务器虚拟节点间的星间链路，以实现二层互通，并通过设置不同虚拟局域网ID实现跨服务器不同星间链路的网络隔离；地面站节点和星座卫星节点之间通过虚拟交换机二层互通，并通过控制交换机上的虚拟局域网ID，实现地面站纳管的卫星节点链路控制。
14.根据权利要求8所述的卫星网络模拟验证方法，其特征在于，所述基于所述卫星网络建模信息配置所述星间链路和所述星地链路的网络参数包括：
设置第一服务器为时间源；
第二服务器运行时钟同步守护进程，所述时钟同步守护进程用于调整第二服务器的内核中运行的系统时钟与时间源的时钟同步；
按照所述时间源的时钟配置所述星间链路和所述星地链路的网络参数。
15.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现根据权利要求8至14任一项所述卫星网络模拟验证方法的步骤。
16.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求8至14任一项所述卫星网络模拟验证方法的步骤。
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