CN115150138B - 一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统及方法，属于天基信息网络技术领域。本发明针对天基信息网络体系，构建了天基信息网络的体系级、网络级、装备级验证平台，利用数据驱动装备、系统原型和体系架构模型，协同完成对天基信息网络的网络规划、资源分配、业务通信功能，实现对体系架构的应用体系、系统工作流程和典型功能等验证，可以解决天基信息网络的体系架构设计与验证问题。

Description

一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统及方法

技术领域

本发明涉及天基信息网络技术领域，特别是指一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统及方法，旨在解决天基信息网络的体系架构设计与验证的问题。

背景技术

随着各个国家大力发展天基信息系统，大量的体系架构设计与验证需求涌现出来。目前存在的天基信息验证系统一部分是针对物理装备，如某种物理天线性能进行验证，另一部分则是针对天基信息系统中的某一部分，如系统中的协议安全性进行分析和验证，无法支持从应用体系到原型系统、装备，包含应用体系、接口、工作流程等的多层级验证需求。

基于模型的系统工程是由传统系统工程发展来的，目前在天基信息网络领域中多应用于上层需求和体系设计阶段，由其构建的体系架构模型大多把网络级仿真、原型系统的数据用于模型的修正与迭代，尚无协同体系级、网络级、装备级验证平台的统一协同验证方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统及方法。本发明可实现多级验证平台联动和协同工作，完成对天基信息系统的多层面综合验证。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统，其包括体系级验证平台、网络级验证平台和装备级验证平台，不同层级的验证平台之间具有数据、事件交互机制，以实现数据驱动的多级协同验证；其中：

体系级验证平台上建立有天基网络节点状态与功能行为模型，通过外部参数和事件触发，遍历流程图中节点状态和节点实现行为或功能，针对体系设计与工作流程进行验证；

网络级验证平台上建立有天基网络节点链路层、网络层、传输层及应用层协议模型，对组网协议、网络管控、业务应用进行验证；

装备级验证平台由实装设备或原型系统构成，与网络级验证节点互联，实现网络级验证数据在实装设备中的信息处理，对装备网络应用功能与性能进行验证。

进一步地，体系级验证平台和网络级验证平台之间采用分布式接口实现信令数据交互；网络级验证平台和实装设备之间采用虚实互联接口实现业务数据交互；原型系统或实装设备采用数据网关接入分布式中心，实现仿真控制信令交互。

进一步地，天基网络多级协同验证系统采用基于现实时间的事件采样动态同步机制，并结合数据时戳实现时间的统一推进；其中，装备级验证平台基于现实时间，网络级验证平台采用事件触发的动态时间同步实现网络级与装备级验证平台的时间同步；体系级验证平台根据网络级验证平台的数据所包含的时间戳推进时间，实现多级协同验证时间同步。

一种数据驱动的天基网络多级协同验证方法，包括以下步骤：

（1）体系级验证平台启动体系验证流程，依据任务需求进行任务规划，生成任务规划指令并发送给装备级验证平台；

（2）装备级验证平台分配本次任务使用的卫星、波束资源，将资源分配结果分发给体系级验证平台与网络级验证平台；

（3）体系级验证平台配置网络参数，启动入网验证流程，并向网络级验证平台发送用户入网指令，触发入网协议流程；

（4）网络级验证平台配置网络参数，与通信终端交互入网协议信令，将入网统计数据发送给体系级验证平台，按照时序推进体系级验证中的入网流程；

（5）体系级验证平台依据任务需求启动业务流程验证，并向网络级验证平台发送业务配置指令，触发网络级验证业务协议流程；

（6）网络级验证平台通过虚拟节点与通信装备进行业务通信，交互业务数据，将业务统计数据发送给体系级验证平台，推进体系验证中的业务行为流程验证；

（7）体系级验证平台在任务结束后，向装备级验证平台发送任务结束信息，触发装备验证中任务资源的回收。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.本发明针对多级协同验证设计了具体流程、系统构成、接口和时间同步方法，并结合验证需求及原型系统、装备，建立了体系节点状态与功能行为模型、网络仿真节点模型。在构建验证场景，接入原型系统、装备后，可通过数据交互驱动各级验证平台，实现多级验证平台联动和协同工作，完成对天基信息系统的多层面综合验证。

2.本发明提出的多级协同验证架构采用系统级接口、装备级接口实现异构系统间的信息交互，实现了在统一管理调度下，由实时数据驱动的系统联动和协同工作。

3.本发明提出的多级协同验证架构采用事件采样动态时间同步+时间戳的推进方法，保证了多级系统的仿真时间同步与推进一致性。

总之，本发明提出了基于数据驱动的多级协同验证系统和方法，可以实现包括系统体系架构、组网技术体制与协议、以及装备技术性能在内的多层面综合验证。

附图说明

图1为本发明实施例中天基网络多级协同验证方法的示意图。

图2为本发明实施例中天基网络多级协同验证系统的示意图。

图3为本发明实施例中天基网络多级协同验证系统的接口示意图。

图4为本发明实施例中事件采样动态时间同步+时间戳推进方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统，包括体系级、网络级与装备级验证。不同层级之间建立数据、事件交互机制，实现数据驱动的多级协同验证。其中：

体系级验证平台建立天基网络节点状态与功能行为模型，通过外部参数和事件触发，遍历流程图中节点状态和节点实现行为或功能，针对体系设计与工作流程进行验证。

网络级验证平台建立天基网络节点链路层、网络层、传输层及应用层协议模型，对组网协议、网络管控、业务应用进行验证。

装备级验证平台由实装设备或原型系统构成，与网络级验证节点互联，实现网络级验证数据在实装设备中的信息处理，对装备网络应用功能与性能进行验证。

体系级验证平台与网络级验证平台采用分布式接口实现信令数据交互；网络级验证平台和原型系统或实装设备采用虚实互联接口实现业务数据交互；原型系统或实装设备采用数据网关接入分布式总线，实现仿真控制信令交互。

该系统采用基于现实时间的事件采样动态同步机制，并结合数据时戳实现时间的统一推进。装备级验证基于现实时间；网络级验证采用事件触发的动态时间同步实现网络级与装备级验证的时间同步；体系级验证则根据网络级验证数据所包含的时间戳推进时间，达到多级协同验证时间同步。

一种数据驱动的天基网络多级协同验证方法，包括以下步骤：

（1）体系级验证平台启动体系验证流程，依据任务需求进行任务规划，并生成任务规划指令MC发送给装备级验证平台；

（2）装备级验证平台分配本次任务使用的卫星、波束资源，将资源分配结果RA分发给体系级验证平台与网络级验证平台；

（3）体系级验证平台配置网络参数，启动入网验证流程，并向网络级验证平台发送用户入网指令AC，触发入网协议流程；

（4）网络级验证平台配置网络参数，与通信终端交互入网协议信令APS，将入网统计数据ASD发送给体系级验证平台，推进体系级验证中的入网流程；

（5）体系级验证平台依据任务需求启动业务流程验证，并向网络级验证平台发送业务配置指令SC，触发网络级验证业务协议流程；

（6）网络级验证平台通过虚拟节点与通信装备进行业务通信，交互业务数据，将业务统计数据SSD发送给体系级验证平台，推进体系验证中的业务行为流程验证；

（7）体系级验证平台在任务结束后，向装备级验证平台发送任务结束信息EC，触发装备验证中任务资源的回收。

下面以某卫通系统验证为例进行详细说明：

如图2所示，一种数据驱动的多级协同验证系统，包括体系级、网络级与装备级验证。不同层级之间建立数据、事件交互机制，由这些数据、事件作为接收方某些事件、流程的触发条件，如体系级的入网指令会驱动网络级验证的入网流程，实现数据驱动的多级协同验证。

如图2所示，体系级验证平台应用Sysml建立天基网络节点状态与功能行为模型及相应的活动图、状态图；根据验证需求构建相应的用例图，流程图，通过外部参数和事件触发相应动作，遍历流程图中节点状态和节点实现行为或功能，针对体系设计与工作流程进行验证。

如图2所示，网络级验证平台应用OPNET建立天基网络节点链路层、网络层、传输层及应用层协议模型及对应的虚拟卫星、终端、地面站虚拟节点，构建网络仿真场景，对组网协议、网络管控、业务应用进行验证。

如图2所示，装备级验证平台由资源管理、路由交换、通信终端等实装设备或原型样机构成，与网络级验证节点互联，实现网络级验证数据在实装设备中的信息处理，对装备网络应用功能与性能进行验证。

如图3所示，体系级系统与网络级系统采用rti等分布式接口交互信息，网络级系统和原型系统或装备采用sitl等虚实互联接口交互信息，原型系统或装备也可以使用接入网关接入分布式总线。

如图4所示，采用基于现实时间的事件采样动态同步机制，并结合数据时戳实现时间的统一推进。装备级验证平台的各组成设备运行基于现实时间；网络级验证平台采用事件触发的动态时间同步，在每个事件发生时刻进行时间采样，依据采样时间与下一事件时间的差值动态调整事件触发间隔，实现网络级与装备级验证的时间同步；体系级验证则根据网络级验证数据所包含的时间戳推进时间，达到多级协同验证时间同步。

如图1所示，一种数据驱动的天基网络多级协同验证方法，包括以下步骤：

（1）体系级验证平台启动体系验证流程，依据外部输入的卫通系统验证任务需求，生成任务规划指令MC（终端入网规划、业务资源规划）等发送给装备级验证平台；

（2）装备级验证平台分配本次任务使用的卫星、波束资源，将资源分配结果RA（可用卫星资源，可用波束资源，可用信道资源）分发给体系级验证平台与网络级验证平台；

（3）体系级验证平台配置网络参数，包括各个终端接入时间、接入卫星，启动入网验证流程，并向网络级验证平台发送用户入网指令AC（入网终端，入网卫星），触发入网协议流程；

（4）网络级验证平台配置网络参数，包括各个终端、卫星的频率、带宽、速率等信道参数，天线指向角、俯仰角等，与通信终端交互入网协议信令，将入网统计数据ASD（入网结果，入网时间）发送给体系级验证平台，推进体系级验证中的入网流程；

（5）体系级验证平台依据任务需求启动业务流程验证，并向网络级验证平台发送业务配置指令SC（业务源站，业务目的站，业务类型，业务时间），触发网络级验证业务协议流程；

（6）网络级验证平台通过虚拟节点与通信装备进行业务通信，将业务统计数据SSD（业务时延，业务丢包率，业务收发量，业务路径）发送给体系级验证平台，推进体系验证中的业务行为流程验证；

（7）体系级验证平台在任务结束后，向装备级验证平台发送任务结束信息EC，触发装备验证中任务资源的回收。

总之，本发明针对天基信息网络体系，构建了天基信息网络的体系级、网络级、装备级验证平台，利用数据驱动装备、系统原型和体系架构模型，协同完成对天基信息网络的网络规划、资源分配、业务通信功能，实现对体系架构的应用体系、系统工作流程和典型功能等验证，可以解决天基信息网络的体系架构设计与验证问题。

Claims (4)

1.一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统，其特征在于，包括体系级验证平台、网络级验证平台和装备级验证平台，不同层级的验证平台之间具有数据、事件交互机制，以实现数据驱动的多级协同验证；其中：

体系级验证平台上建立有天基网络节点状态与功能行为模型及相应的活动图、状态图，并根据验证需求构建相应的用例图、流程图；通过外部参数和事件触发，遍历流程图中节点状态和节点实现行为或功能，针对体系设计与工作流程进行验证；

网络级验证平台上建立有天基网络节点链路层、网络层、传输层及应用层协议模型，对组网协议、网络管控、业务应用进行验证；

装备级验证平台由实装设备或原型系统构成，与网络级验证平台互联，实现网络级验证数据在实装设备中的信息处理，对装备网络应用功能与性能进行验证；

数据驱动的多级协同验证的具体实现方式为：

（1）体系级验证平台启动体系验证流程，依据任务需求进行任务规划，生成任务规划指令并发送给装备级验证平台；

（2）装备级验证平台分配本次任务使用的卫星、波束资源，将资源分配结果分发给体系级验证平台与网络级验证平台；

（3）体系级验证平台配置网络参数，启动入网验证流程，并向网络级验证平台发送用户入网指令，触发入网协议流程；

（4）网络级验证平台配置网络参数，与通信终端交互入网协议信令，将入网统计数据发送给体系级验证平台，按照时序推进体系级验证中的入网流程；

（5）体系级验证平台依据任务需求启动业务流程验证，并向网络级验证平台发送业务配置指令，触发网络级验证业务协议流程；

（6）网络级验证平台通过虚拟节点与通信装备进行业务通信，交互业务数据，将业务统计数据发送给体系级验证平台，推进体系验证中的业务行为流程验证；

（7）体系级验证平台在任务结束后，向装备级验证平台发送任务结束信息，触发装备级验证平台进行任务资源的回收。

2.根据权利要求1所述的一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统，其特征在于，体系级验证平台和网络级验证平台之间采用分布式接口实现信令数据交互；网络级验证平台和实装设备之间采用虚实互联接口实现业务数据交互；原型系统或实装设备采用数据网关接入分布式中心，实现仿真控制信令交互。

3.根据权利要求1所述的一种数据驱动的天基网络多级协同验证系统，其特征在于，天基网络多级协同验证系统采用基于现实时间的事件采样动态同步机制，并结合数据时戳实现时间的统一推进；其中，装备级验证平台基于现实时间，网络级验证平台采用事件触发的动态时间同步实现网络级与装备级验证平台的时间同步；体系级验证平台根据网络级验证平台的数据所包含的时间戳推进时间，实现多级协同验证时间同步。

4.一种数据驱动的天基网络多级协同验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）体系级验证平台启动体系验证流程，依据任务需求进行任务规划，生成任务规划指令并发送给装备级验证平台；

（2）装备级验证平台分配本次任务使用的卫星、波束资源，将资源分配结果分发给体系级验证平台与网络级验证平台；

（3）体系级验证平台配置网络参数，启动入网验证流程，并向网络级验证平台发送用户入网指令，触发入网协议流程；

（4）网络级验证平台配置网络参数，与通信终端交互入网协议信令，将入网统计数据发送给体系级验证平台，按照时序推进体系级验证中的入网流程；

（5）体系级验证平台依据任务需求启动业务流程验证，并向网络级验证平台发送业务配置指令，触发网络级验证业务协议流程；

（6）网络级验证平台通过虚拟节点与通信装备进行业务通信，交互业务数据，将业务统计数据发送给体系级验证平台，推进体系验证中的业务行为流程验证；

（7）体系级验证平台在任务结束后，向装备级验证平台发送任务结束信息，触发装备级验证平台进行任务资源的回收。