CN114527679A - 一种半实物仿真验证方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半实物仿真验证方法及系统，包括：在仿真网络中建立实装设备的镜像虚拟节点与空间信息网络；基于所述仿真网络的半实物接口，将所述实装设备映射至所述镜像虚拟节点；在操作系统内核协议栈的应用层，建立所述镜像虚拟节点的协议栈；当所述仿真网络镜像虚拟节点接收到其他节点的系统帧时，进行以太帧封装，并经由适配器以太网端口与实装设备进行数据交互。本发明可以验证协议实现的分组交互应答格式与规范的接口定义是否一致，可以测试不同协议实现软件之间的接口互通和协议信令互相交互能力，可以评估协议实现对故障的识别和响应时间、业务重路由恢复时间、对错误或干扰信息的识别及应对能力，进行协议软件的健壮性测试。

Description

一种半实物仿真验证方法及系统

技术领域

本发明属于仿真领域，具体涉及一种半实物仿真验证方法及系统。

背景技术

仿真验证技术可以有效克服实物试验的局限性，显著缩短研制周期、降低技术和项目风险及研制成本，已成为与实物测试并举的一种新的试验形式。仿真验证与实物试验可以相辅相成，相得益彰。仿真验证可以弥补实物试验的不足，支持试验与评价工作提高安全、效率和效能。

虽然数字化仿真具备大规模仿真能力，但由于数字化仿真中的各对象都是基于实物的想定配置，因此可信度较差。所以如何增强仿真的可信度，成为一个当前技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种半实物仿真验证方法及系统，将虚拟网络与实装设备进行联合仿真，能够更精确有效地完成技术体制验证和协议效能演示评估，为实装设备测试与未来实装设备的研制打下基础。

本发明的技术内容包括：

一种半实物仿真验证方法，其步骤包括：

在仿真网络中建立实装设备的镜像虚拟节点与空间信息网络；

基于所述仿真网络的半实物接口，将所述实装设备映射至所述镜像虚拟节点，并在操作系统内核协议栈的应用层，建立所述镜像虚拟节点的协议栈；

当所述仿真网络一节点接收到其他节点的系统帧S时：

若所述节点为非镜像虚拟节点，则基于所述系统帧S进行模拟仿真计算，并将计算得到的系统帧S′发送至所述仿真网络中的相应节点；

若所述节点为所述镜像虚拟节点，则基于所述系统帧S封装的以太帧E，通过适配器以太网端口与所述实装设备进行数据交互，得到以太帧E′，并将以太帧E′转换为系统帧S′后，发送至所述仿真网络中的相应节点，其中所述适配器用于以太帧与实装设备数据帧之间的转换。

进一步地，所述映射包括：节点映射或端口映射。

进一步地，所述协议栈包括：Exata的协议栈。

进一步地，进行所述数据交互时，所述实装设备基于内核协议栈进行计算。

一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行以上所述方法。

一种半实物仿真验证系统，包括：

仿真网络，用于建立实装设备的镜像虚拟节点与空间信息网络；基于所述仿真网络的半实物接口，将所述实装设备映射至所述镜像虚拟节点，并在操作系统内核协议栈的应用层，建立所述镜像虚拟节点的协议栈；当所述仿真网络一节点接收到其他节点的系统帧S时：

若所述节点为非镜像虚拟节点，则基于所述系统帧S进行模拟仿真计算，并将计算得到的系统帧S′发送至所述仿真网络中的相应节点；

若所述节点为所述镜像虚拟节点，基于将封装所述系统帧S得到的以太帧E，发送到适配器以太网端口；接收适配器以太网端口发送的以太帧E′，并将以太帧E′转换为系统帧S′后，发送至所述仿真网络中的相应节点；

适配器，用于以太帧与实装设备数据帧之间的转换；

实装设备，用于基于适配器以太网端口发送的实装设备数据帧D，进行数据计算，并将获取的实装设备数据帧D′发送至适配器以太网端口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、可以验证协议实现的分组交互应答格式与规范的接口定义是否一致；

2、可以测试不同协议实现软件之间的接口互通和协议信令互相交互能力，验证协议交互的通联情况，判断不同软件实现之间的互操作性；

3、可以评估协议实现对故障的识别和响应时间、业务重路由恢复时间、对错误或干扰信息的识别及应对能力，进行协议软件的健壮性测试。

附图说明

图1本发明的半实物仿真系统组成架构示意图。

图2本发明的半实物仿真协议栈工作原理。

图3本发明的半实物仿真系统数据处理流程图。

图4本发明的半实物仿真系统应用示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明特定实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

由于实装设备或外部子系统接入到半实物仿真系统时，异构性是接入的根源，系统中存在的异构成分导致了系统中子系统可能会无法实现有效的交互。因此，如图1所示，本发明基于仿真验证平台提供的半实物接口，规范子系统间的通信接口与帧格式，设计子系统间的帧格式转换方式，从而解决系统中存在的异构成分，实现实装设备或子系统的有效接入。

在本发明的一卫星仿真实施例中，实装设备(卫星载荷样机、用户终端、测运控单元及其他分系统等)与数字化仿真平台通过测试网络交换设备(拟采用高性能交换机)进行互连，采用标准化的以太网帧格式实现互通。实装设备与数字化仿真平台之间通过适配器实现物理接口与帧结构的适配。数字化仿真平台模拟虚拟的卫星网络，实现用户终端、卫星节点和地面站节点的模拟，实装设备接入虚拟网络，实现虚拟网络与实装设备的联合仿真。

半实物仿真系统为更快接入实装设备，对实装设备进行建模，包括：卫星、用户终端和地面站等节点，建立模拟的网络节点与空间信息网络，并提供半实物接口，支持实装设备的接入。实装设备或其地面模拟设备通过节点映射或端口映射，映射至虚拟网络的模拟节点，称为镜像虚拟节点，镜像虚拟节点作为实装设备在虚拟网络中的代理节点，实现实装设备与网络中其他模拟节点的数据交互，从而实现联合仿真。进行协议实验时，必须保证实装设备与虚拟网络中节点的协议栈一致性。如图2所示，仿真系统的协议栈是运行在操作系统之上的，相当于操作系统内核协议栈的应用层，半实物仿真则是通过winpcap或socket方式从网络获取数据包，解析数据包内容，根据映射规则得到数据包的镜像虚拟节点或端口，将数据包传递至镜像虚拟节点在Exata的协议栈中，在虚拟网络中传输，实现真实设备的内核协议栈与Exata的协议栈的联合仿真。

本发明的半实物仿真数据处理的流程，如图3所示，包括：

a)模拟网络中的节点接收到网络中其他节点的数据帧，判断节点是否存在映射的实装设备，若不存在，则继续在网络中传输。否则，封装成以太网帧，根据适配器端口映射关系，发送至相应的适配器以太网端口；

b)适配器以太网端口接收到帧时，将以太网帧转换为实装设备数据帧格式，并进行物理连接信号转换。根据交换准则，将接收帧传递至目的实装设备端口；

c)实装设备对数据帧进行处理，若需要返回至模拟网络，则发送至适配器；

d)适配器接收到帧，转换为以太网帧，并进行物理连接信号转换，根据交换准则，交换至相应以太网端口；

e)半实物仿真系统接收到帧时，转换为系统帧格式，并根据卫星节点接口映射关系，交给镜像虚拟节点接口处理，继续在虚拟网络中传输。

如图4所示，为星载网络路由交换设备与仿真网络中的卫星节点进行半实物仿真，主要对路由协议进行测试验证。基于应用场景任务需求，仿真网络中建立了卫星网络仿真模型，主要包括卫星网络拓扑模型与网络业务模型，以及组成网络的卫星模型，卫星模型具备从物理层至应用层的分层协议栈。分组路由协议位于协议栈的网络层。星载网络路由交换设备中装载了星上路由协议，且与仿真网络中卫星模型的分组路由协议保持一致。星载路由设备通过测试终端与仿真服务器相连。仿真启动后，通过仿真网络的半实物接口实现路由协议控制包的数据交互，仿真网络中的卫星模型与星载网络路由交换设备能够互相识别，在仿真网络与星载网络路由交换设备中建立路由表，从而测试路由协议的正确性。

综上所述，基于上述仿真方案，可以对协议实现方案测试可以进行功能的一致性测试、互操作性测试和健壮性测试：

1)一致性测试，网络仿真模拟分组格式，定义各类业务的分组，通过网络仿真系统注入被测协议软件，接收被测协议软件的分组数据，进行解析和判别。可以验证协议实现的分组交互应答格式与规范的接口定义是否一致。

2)互操作性测试，搭建网络仿真环境，配置网络运行和系统组网的关键参数，通过半实物仿真接口连入不同的网络协议软件，仿真系统提供仿真业务数据，可以测试不同协议实现软件之间的接口互通和协议信令互相交互能力，验证协议交互的通联情况，判断不同软件实现之间的互操作性。

3)健壮性测试，网络仿真模拟卫星通信网络系统的环境，模拟与被测节点相邻或业务相关的节点故障、信道故障。可以评估协议实现对故障的识别和响应时间、业务重路由恢复时间、对错误或干扰信息的识别及应对能力，进行协议软件的健壮性测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种半实物仿真验证方法，其步骤包括：

在仿真网络中建立实装设备的镜像虚拟节点与空间信息网络；

基于所述仿真网络的半实物接口，将所述实装设备映射至所述镜像虚拟节点，并在操作系统内核协议栈的应用层，建立所述镜像虚拟节点的协议栈；

当所述仿真网络一节点接收到其他节点的系统帧S时：

若所述节点为非镜像虚拟节点，则基于所述系统帧S进行模拟仿真计算，并将计算得到的系统帧S′发送至所述仿真网络中的相应节点；

若所述节点为所述镜像虚拟节点，则基于所述系统帧S封装的以太帧E，通过适配器以太网端口与所述实装设备进行数据交互，得到以太帧E′，并将以太帧E′转换为系统帧S′后，发送至所述仿真网络中的相应节点，其中所述适配器用于以太帧与实装设备数据帧之间的转换。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述映射包括：节点映射或端口映射。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协议栈包括：Exata的协议栈。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述数据交互时，所述实装设备基于内核协议栈进行计算。

5.一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1-4中任一所述方法。

6.一种半实物仿真验证系统，包括：

仿真网络，用于建立实装设备的镜像虚拟节点与空间信息网络；基于所述仿真网络的半实物接口，将所述实装设备映射至所述镜像虚拟节点，并在操作系统内核协议栈的应用层，建立所述镜像虚拟节点的协议栈；当所述仿真网络一节点接收到其他节点的系统帧S时：

若所述节点为非镜像虚拟节点，则基于所述系统帧S进行模拟仿真计算，并将计算得到的系统帧S′发送至所述仿真网络中的相应节点；

若所述节点为所述镜像虚拟节点，基于将封装所述系统帧S得到的以太帧E，发送到适配器以太网端口；接收适配器以太网端口发送的以太帧E′，并将以太帧E′转换为系统帧S′后，发送至所述仿真网络中的相应节点；

适配器，用于以太帧与实装设备数据帧之间的转换；

实装设备，用于基于适配器以太网端口发送的实装设备数据帧D，进行数据计算，并将获取的实装设备数据帧D′发送至适配器以太网端口。

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