CN115242655A - 基于容器的星座网络仿真方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星仿真技术领域，具体是涉及基于容器的星座网络仿真方法、装置、设备及存储介质。本发明的仿真节点容器可以加载实体卫星的控制系统，使得容器可以在该控制系统下仿真实体卫星的运动，之后通过实体卫星所对应的拓扑图控制加载了控制系统的仿真节点容器仿真实体卫星的业务，根据仿真结果就可以获知提前设定的拓扑图是否适用于实体卫星。综上所述，由于本发明设置了容器和星座动态拓扑网络仿真方法，因此可以仿真实体卫星快速变化的状态，使得最终的仿真结果更能真实地反映实体卫星传输业务的真实结果。

Description

基于容器的星座网络仿真方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及卫星仿真技术领域，具体是涉及基于容器的星座网络仿真方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着网络通信技术和航天技术的迅速发展，现在对低轨卫星网络建设的需求日益显著，因此亟需部署低轨卫星网络仿真系统，以用于开展低轨卫星组网关键技术问题及方案验证。由于低轨星座网络拓扑变化频繁，主要原因有：1、低轨卫星星座运行到南北极时由于相对运动速度较快，星间激光建链困难，因此会造成网络通断变化。2、卫星的高速移动会导致卫星之间的相对位置发生变化，因此星间（卫星与卫星之间）拓扑链接（拓扑链接即拓扑图，用于记录哪些卫星之间可以进行通信以及可以通信的时长）会发生改变。3、星座内卫星在交叉后，相邻两卫星建链的光端机（光端机即通信设备）会发生改变，因此星间网络端口（用于通信的端口）也会发生改变。基于以上几点原因，对低轨卫星网络的仿真必须要具备能够模拟节点间网络状态、链接端口及链路状态频繁动态改变的能力，以保障仿真软件可以模拟真实星座网络环境，才可以对网络仿真各个环节的研究起到等效验证的作用。

然而当前传统的卫星网络仿真主要是基于常用的网络仿真软件结合STK（卫星仿真软件）软件的仿真方案，该方法主要存在的问题是只能仿真固定已知星座网络，而不能对由卫星构成的动态网络进行仿真。

综上所述，现有技术缺乏对动态卫星网络的仿真方法。

因此，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了基于容器的星座网络仿真方法、装置、设备及存储介质，解决了现有技术缺乏对动态卫星网络仿真方法的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于容器的星座网络仿真方法，其中，包括：

计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息；

创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序；

依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络；

控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

在一种实现方式中，所述计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息，包括：

采集各个所述实体卫星所在轨道的轨道参数；

根据所述轨道参数，计算任意时刻各个所述实体卫星所对应的预定位置信息；

依据所述预定位置信息，计算各个所述实体卫星上的各个通信设备之间的可见性数据，所述可见性数据用于表征各个所述通信设备之间通信时间信息；

依据各个所述通信设备之间的所述可见性数据，从各个所述实体卫星中筛选出用于建立链路的目标卫星；

生成所述目标卫星所对应的星座拓扑图。

在一种实现方式中，所述依据各个所述通信设备之间的所述可见性数据，从各个所述实体卫星中筛选出用于建立链路的目标卫星，包括：

统计分布式计算架构所涵盖的各个计算架构的内存使用数据信息；

依据各个计算架构的内存使用数据信息，将各个所述通信设备之间的所述可见性数据设置于所述分布式计算架构上；

通过所述分布式计算架构上从各个所述实体卫星中筛选出用于建立链路的目标卫星。

在一种实现方式中，所述创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序，包括：

在初始容器上设置与所述实体卫星上的实体端口所匹配的仿真端口，端口用于通信，所述初始容器未加载与各个所述实体卫星相关的数据；

将所述仿真端口绑定至交换机，创建出各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器。

在一种实现方式中，所述依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络，包括：

将所述星座拓扑图加载至所述交换机；

通过加载所述星座拓扑图之后的所述交换机控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络。

在一种实现方式中，所述通过加载所述星座拓扑图之后的所述交换机控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络，包括：

提取出所述星座拓扑图所涵盖的各个设定时长内的各个端口通断关系表，所述端口通断关系表用于记录各个所述仿真端口之间是否通信；

将各个所述端口通断关系表按照各个设定时长所对应的时间先后顺序进行排序，得到排序之后的各个所述端口通断关系表；

控制所述交换机依据各个所述端口通断关系表的排序控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络 。

在一种实现方式中，所述依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络，还包括：

依据各个所述实体卫星上的通信设备所对应的配置参数，计算所述设定时长内的各个所述实体卫之间应有的丢包率；

将各个所述实体卫之间应有的丢包率通过分布式下发方式加载至各个所述仿真节点容器。

在一种实现方式中，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，之前包括：

依据各个仿真节点容器所对应的节点容器总数和每个宿主机所能容纳的容器数量，得到所需的所述宿主机的数量，所述宿主机为所述仿真节点容器所依托的物理平台；

当所述宿主机的数量大于一时，在各个所述宿主机建立隧道，所述隧道用于各个所述宿主机上仿真节点容器通信。

在一种实现方式中，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，包括：

启动所述交换机；

控制启动之后的所述交换机将各个所述端口通断关系表下发至各个所述仿真节点容器上的各个仿真端口，以启动所述动态网络；

控制启动之后的所述动态网络仿真各个所述实体卫星所对应的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

在一种实现方式中，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，包括：

将各个所述实体卫星所对应的网络协议对应加载至所述动态网络所涵盖的各个所述仿真节点容器上；

控制加载网络协议之后的所述动态网络仿真各个所述实体卫星所对应的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

在一种实现方式中，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，之后还包括：

依据所述仿真结果，得到所述仿真结果中的所述动态网络所对应的带宽和/或吞吐量和/或时延；

依据所述带宽和/或所述吞吐量和/或所述时延，判断所述星座拓扑图是否满足各个所述实体卫星的通信要求。

在一种实现方式中，所述实体卫星为低轨卫星。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于容器的星座网络仿真装置，其中，所述装置包括如下组成部分：

拓扑图生成模块，用于计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息；

容器创建模块，用于创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序；

网络构建模块，用于依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络；

仿真模块，用于控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

第三方面，本发明实施例还提供一种终端设备，其中，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的基于容器的星座网络仿真程序，所述处理器执行所述基于容器的星座网络仿真程序时，实现上述所述的基于容器的星座网络仿真方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有基于容器的星座网络仿真程序，所述基于容器的星座网络仿真程序被处理器执行时，实现上述所述的基于容器的星座网络仿真方法的步骤。

有益效果：本发明的仿真节点容器可以加载实体卫星的控制系统，使得容器可以在该控制系统下仿真实体卫星的运动，之后通过实体卫星所对应的拓扑图控制加载了控制系统的仿真节点容器仿真实体卫星的业务，根据仿真结果就可以获知提前设定的拓扑图是否适用于实体卫星。综上所述，由于本发明设置了容器和星座动态拓扑网络仿真方法，因此可以仿真实体卫星快速变化的状态，使得最终的仿真结果更能真实地反映实体卫星传输业务的真实结果。

附图说明

图1为本发明实施例中的仿真系统框架图；

图2为本发明实施例中的分布式计算框架图；

图3为本发明实施例中的网络性能分析架构图；

图4为本发明的整体流程图；

图5为本发明实施例中的对实体卫星传输业务仿真流程图；

图6为本发明实施例提供的终端设备的内部结构原理框图。

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

经研究发现，随着网络通信技术和航天技术的迅速发展，现在对低轨卫星网络建设的需求日益显著，因此亟需部署低轨卫星网络仿真系统，以用于开展低轨卫星组网关键技术问题及方案验证。由于低轨星座网络拓扑变化频繁，主要原因有：1、低轨卫星星座运行到南北极时由于相对运动速度较快，星间激光建链困难，因此会造成网络通断变化。2、卫星的高速移动会导致卫星之间的相对位置发生变化，因此星间（卫星与卫星之间）拓扑链接（拓扑链接即拓扑图，用于记录哪些卫星之间可以进行通信以及可以通信的时长）会发生改变。3、星座内卫星在交叉后，相邻两卫星建链的光端机（光端机即通信设备）会发生改变，因此星间网络端口（用于通信的端口）也会发生改变。基于以上几点原因，对低轨卫星网络的仿真必须要具备能够模拟节点间网络状态、链接端口及链路状态频繁动态改变的能力，以保障仿真软件可以模拟真实星座网络环境，才可以对网络仿真各个环节的研究起到等效验证的作用。然而当前传统的卫星网络仿真主要是基于常用的网络仿真软件结合STK（卫星仿真软件）软件的仿真方案，该方法主要存在的问题是只能仿真固定已知星座网络，而不能对由卫星构成的动态网络进行仿真。

为解决上述技术问题，本发明提供了基于容器的星座网络仿真方法、装置、设备及存储介质，解决了现有技术缺乏对动态卫星网络仿真方法的问题。具体实施时，首先建立星座拓扑图、创建仿真节点容器，然后根据星座拓扑图控制仿真节点容器之间的通信，最后将实体卫星需要执行的业务放在仿真节点容器上执行，根据仿真执行的结果，判断提前建立的星座拓扑图是否适用于实体卫星。由于本发明的容器可以加载任意实体卫星的控制系统，因此可以仿真任意实体卫星的运行。

举例说明，一个星座网络内部有十个实体卫星，首先构建这十个实体卫星的星座拓扑图，该星座拓扑图是预测的，用于控制实体卫星后续通信。比如星座拓扑图记载了这十个实体卫星在某个时间段内哪些实体卫星之间可以进行通信以及可以通信的时长。然后根据星座拓扑图控制仿真节点容器之间的通信，再将实体卫星需要执行的业务放在仿真节点容器上执行，根据仿真节点容器仿真执行的结果，判断星座拓扑图是否满足于实体卫星的通信要求。

示例性方法

本实施例的基于容器的星座网络仿真方法可应用于终端设备中，所述终端设备可为具有控制功能的终端产品，比如电脑等。本实施例的基于容器的星座网络仿真方法依托于如图1所示的仿真系统：

如图1所示，该仿真系统包括控制平面、计算平面、节点仿真平面、网络分析平面这四部分，下面分别对其进行说明：

控制平面包括仿真计算控制器、仿真实验控制器、节点容器控制器、仿真网络控制器。其中仿真计算控制器主要功能包括仿真实验的的轨道、链路、拓扑等计算任务的控制，分布式计算任务的调度控制，在仿真实验开始前该控制器要根据节点、设备的配置信息调动计算资源对仿真过程中的星座网络拓扑计算，以每个时间片为粒度得到星间时变网络拓扑。即仿真计算控制器要控制建立与实体卫星的轨道相匹配的仿真轨道、与实体卫星之间的通信链路相匹配的链路（比如一个卫星星座内部有两个轨道、每个轨道上五个卫星，链路就是在每个轨道上各自筛选出多个卫星实现轨道之间和轨道内的通信，挑选出来的多对卫星就构成了链路）、组成仿真实体卫星的拓扑图。另外，仿真计算控制器还会实时根据实体卫星的实际运行情况预测出实体卫星未来一段时间的拓扑图。仿真实验控制器主要功能包括实验、节点、设备、网络配置等仿真场景的管理以及控制整个仿真实验的流程运行，即仿真实验控制器控制仿真节点容器上的通信设备、网络（通信设备、网络都是与实体卫星相匹配的）运行以实现仿真。节点容器控制器主要功能包括节点仿真容器的创建，根据服务器集群资源情况自动化创建仿真节点容器（仿真节点容器是虚拟的，建立在实体的服务器集群上，一个服务器上可以创建多个仿真节点容器），同时根据每个节点仿真容器配置的设备（通信设备）数量生成指定的网络端口，最后根据每个节点仿真容器配置的不同协议栈及需求，对每个节点仿真容器加载不同的服务，对节点仿真容器进行定制化生成，创建相互独立的节点仿真容器。仿真网络控制器主要功能包括仿真网络（仿真网络就是由各个仿真节点容器构成的网络）环境的初始化，仿真过程中的动态网络拓扑生成及控制，根据计算好的时变拓扑逐个时间片（T1、T2、T3…）地定时下发控制策略，控制容器两通信端口间的链路状态动态改变，从而解决低轨卫星场景下的高动态网络仿真问题，实现低轨星座网络场景的真实模拟。

计算平面主要依靠计算任务调度器实现仿真系统的如图2所示的分布式计算过程，针对低轨卫星组网所需要的计算服务包括轨道计算服务、链路计算服务以及拓扑计算服务，其中轨道计算服务基于公认的天体物理学轨道参数计算可得出任意时刻卫星的轨道位置信息（实体卫星在轨道上的位置），链路计算服务基于星间激光通信以及星地微波通信，同时考虑到星地大气衰减等因素造成的通信质量损耗，同时考虑设备参数等因素，实现了星间、星地链路计算功能，计算得到任意时刻俩实体卫星节点间的链路预算结果（提前预测各个轨道之间适合用于轨道之间通信的卫星，各个轨道间的卫星对就构成了链路）。拓扑计算服务基于预设的星座内及星座间的建立规则，以及链路计算结果，计算得出任意时刻两个节点间的设备链接情况（任意时刻两个实体卫星上的通信设备是否通信以及通信时长），从而生成节点（实体卫星）间的拓扑关系图。

节点仿真平面主要是用仿真节点容器来模拟实体卫星/地面节点，仿真节点容器上配置不同的网络端口来模拟实体卫星上的通信设备，同时仿真节点容器上可以通过加载不同的服务来实现对不同协议栈的仿真，用户可以自己创建协议栈服务加载到容器中去，使仿真具有更高的灵活性。同时用OVS（开源虚拟交换机OpenVswitch）来搭建底层容器网络，将仿真节点容器暴露的端口绑定在OVS上，搭建分布式OVS网络实现节点端口间的通断控制功能及网络隔离功能，来模拟实体卫星间的物理网口的通断，从而实现动态网络的仿真，同时OVS可以实现更多的安全策略、支持创建固定IP等功能，对网络的定制更加的灵活。可以利用流量镜像功能，对仿真过程中的业务流进行抓包用作仿真分析的数据。

网络分析平面主要是利用如图3所示的大数据分析框架，分析数据主要包括：1、日志采集服务统计收集的仿真节点容器运行过程中产生的数据。2、流量监控服务采集的OVS的镜像流量数据。根据这两组数据，对网络仿真过程中产生的业务流进行跟踪及分析，该方案下支持实时流计算和离线计算，能够得出整个仿真过程中的网络性能指标，如平均丢包、平均时延、吞吐量、网络拥塞及最大用户数等性能（平均丢包、平均时延、吞吐量、网络拥塞及最大用户数都是最后的仿真结果）。对指导星座设计、星座拓扑规则设计、路由协议设计等具有重要的意义，即根据仿真结果判断构建的星座拓扑图是否适用于各个实体卫星所在的星座网络。

在一个实施例中，基于上述仿真系统运行基于容器的星座网络仿真方法，如图4所示，基于容器的星座网络仿真方法具体包括如下步骤：

S100，计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息。

本实施例中，是根据各个实体卫星所在的星座网络的参数信息计算出星座拓扑图，然后根据星座拓扑图控制各个仿真节点容器执行业务，如果仿真节点容器仿真执行业务的仿真结果较好，则说明计算出来的星座拓扑图适用于实际的星座网络，否则就调整星座拓扑图，将调整之后的星座拓扑图继续在仿真系统上运行，以判断调整之后的星座拓扑图是否适用于实际的星座网络运行。

步骤S100包括如下的步骤S101至S107：

S101，采集各个所述实体卫星所在轨道的轨道参数。

本实施例中的轨道参数包括轨道六根数，为现有技术。轨道六根数包括轨道半轴长、轨道偏心率、轨道倾角、升交点经度、近地点幅角（角距）、平近点角。

S102，根据所述轨道参数，计算任意时刻各个所述实体卫星所对应的预定位置信息。

每个实体卫星的运行轨道是周期的，且每个运行轨道都有其相应的轨道参数，根据轨道参数来计算任意时刻的实体卫星所在的位置（轨道计算），如（x,y,z）或（经、纬、高）。

S103，依据所述预定位置信息，计算各个所述实体卫星上的各个通信设备之间的可见性数据，所述可见性数据用于表征各个所述通信设备之间通信时间信息。

根据预测出的各个实体卫星每时刻的预定位置之间的关系就可以判断出每时刻各个实体卫星是否可见，可见就是两个实体卫星在该时刻可以通过各自的通信设备进行通信，不可见就是两个实体卫星不能通过各自的通信设备在该时刻进行通信。

S104，统计分布式计算架构所涵盖的各个计算架构的内存使用数据信息。

S105，依据各个计算架构的内存使用数据信息，将各个所述通信设备之间的所述可见性数据设置于所述分布式计算架构上。

由于要计算整个仿真时间段的结果，因此当大规模仿真节点容器进行仿真时的计算量是巨大的，为此本实施例在计算星间链（多个卫星中可以用于建立链路的卫星）的过程中设计了分布式计算架构，根据计算资源的使用量进行分配，以提高仿真过程中的计算效率。

S106，通过所述分布式计算架构上从各个所述实体卫星中筛选出用于建立链路的目标卫星。

比如有两个轨道，每个轨道上有十个实体卫星，通过分布式计算架构计算其中一个轨道上的任意一个实体卫星与另一个轨道上的任意一个实体卫星是否可见，根据可见性在其中一个轨道上挑选出一个目标卫星、在另一个轨道上也挑选出一个目标卫星，这两个目标卫星就构成了两个轨道之间的通信链路。

S107，生成所述目标卫星所对应的星座拓扑图。

统计步骤S106中的两个目标卫星的可见的时刻以及可见时长，将这些可见性信息按时间片整理汇聚，就生成了星座动态网络拓扑图。

步骤S101至S107生成星座拓扑图是为了在仿真平台上创建仿真场景，创建仿真场景除了需要星座拓扑图，在另一个实施例中，还需要创建低轨卫星星座（仿真节点容器），配置节点通信设备参数（在仿真节点容器上配置与实体卫星上的通信设备一致的通信设备参数），设置节点通信协议（在仿真节点容器上设置和实体卫星一样的通信协议）等配置。节点通信设备参数主要包括设备的通信相关参数、相对卫星的位置参数以及设备的指向方位参数。上述配置使得仿真节点容器更接近于实体卫星，从而使得通过仿真运行仿真节点容器得到的仿真结果更接近与实体卫星真实的运行结果。同时也可以在仿真平台上验证已有的通信设备参数以及通信协议是否适用于实体卫星之间的通信需求。

S200，创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序。

在仿真平台上用仿真节点容器（虚拟的）充当实体卫星，之所以选择容器充当实体卫星，是因为容器系统的灵活的定制化实现卫星节点加载不同的网络协议栈的仿真（即容器可以根据仿真需求，将其系统改变为实体卫星的系统）。步骤S200包括如下的步骤S201和S202：

S201，在初始容器上设置与所述实体卫星上的实体端口所匹配的仿真端口，端口用于通信，所述初始容器未加载与各个所述实体卫星相关的数据。

S202，将所述仿真端口绑定至交换机，创建出各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器。

步骤S201和S202是基于如下原理创建仿真节点容器：

根据步骤S100计算出来的星座拓扑图拓对每个仿真节点容器的通信端口分别规划网段、配置IP以及端口MAC地址。这里在分配IP的过程中要考虑卫星节点所属的不同星座、不同轨道面以及地面用户节点，同时要考虑不同的节点设备链接关系，基于网络规划策略，对节点进行IP网段的规划，对设备规划不同的IP及MAC地址，用于保障真实星间网络层场景模拟效果。将规划好的IP及端口存入数据库用于后续步骤的节点端口绑定及动态网络仿真场景加载。

根据每个节点（初始容器）的配置创建节点容器（仿真节点容器），设置端口配置，绑定容器端口到OVS，并启动节点配置。通过编写自动化程序的方式实现仿真节点容器的自动编排以及根据节点配置的不同协议栈自动启动节点上服务应用，从而实现节点的自动化创建及部署能力。

S300，依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络。

星座拓扑图记载了用于进行轨道之间通信的目标卫星以及目标卫星之间的通信信息，从各个仿真节点容器中筛选出与目标卫星对应的仿真节点容器，然后控制不同轨道上的仿真节点容器通过筛选出来的仿真节点容器进行通信，以实现仿真实体卫星所在的星座网络运行。步骤S300包括如下的步骤S301至S304：

S301，将所述星座拓扑图加载至所述交换机。

本实施例是将星座拓扑图加载至交换机OVS上，让OVS依据星座拓扑图控制各个仿真节点容器的通信。

S302，提取出所述星座拓扑图所涵盖的各个设定时长内的各个端口通断关系表，所述端口通断关系表用于记录各个所述仿真端口之间是否通信。

S303，将各个所述端口通断关系表按照各个设定时长所对应的时间先后顺序进行排序，得到排序之后的各个所述端口通断关系表。

S304，控制所述交换机依据各个所述端口通断关系表的排序控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络。

一个端口通断关系表记录的是一个设定时长内各个仿真端口是否可以进行通信，将所有的端口通断关系表按照时间顺序进行排序，然后交换机按照该排序依次选择对应顺序上的端口通断关系表去控制各个仿真节点容器。之所以要按照时间顺序选择对应的端口通断关系表是为了在时间上实现对仿真节点容器的精准控制。

步骤S302至步骤S304是基于如下原理得到动态网络：根据步骤S100计算得到的星座拓扑图，按时间片（设定时长）进行划分并排序后，根据计算出的设备链接关系得出每个时间片的端口通断关系表。

在另一个实施例中，为了使得仿真节点容器更接近于实体卫星，会给仿真节点容器配置与实体卫星相同的丢包率，具体过程：依据各个所述实体卫星上的通信设备所对应的配置参数，计算所述设定时长内的各个所述实体卫之间应有的丢包率；将各个所述实体卫之间应有的丢包率通过分布式下发方式加载至各个所述仿真节点容器。

上述给仿真节点容器配置丢包率是基于如下原理：

根据设备的配置参数计算出每个时间片的两设备端口间链路状态，包括网络丢包率、时延、带宽等。由于需要对每一时刻各节点间的链接关系以及链路状态进行配置，因此需要结合仿真节点容器所在宿主机的位置，对上述配置进行整理后分布式下发，以提高节点拓扑配置效率。

S400，控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

在一个实施例中，在控制动态网络仿真执行实体卫星所需要执行的业务之前，需要初始化动态网络环境，初始化具体过程如下：依据各个仿真节点容器所对应的节点容器总数和每个宿主机所能容纳的容器数量，得到所需的所述宿主机的数量，所述宿主机为所述仿真节点容器所依托的物理平台；当所述宿主机的数量大于一时，在各个所述宿主机建立隧道，所述隧道用于各个所述宿主机仿真节点间通信；或者，当宿主机的数量等于一时，不需要建立隧道，而是让绑在同一宿主机上的OVS的两个端口与其他端口链路用命名空间进行网络隔离即可。本实施例中的初始化动态网络环境是基于如下原理：

当两个仿真节点容器的端口分布在不同的宿主机上时，这时要让两个端口进行互通，需要在两个宿主机上的OVS之间建立隧道，使两个节点之间可以跨宿主机建立链接，同时也能保证这两个仿真节点容器与其他仿真节点容器网络隔离。因此在任意两个宿主机之间需要根据仿真节点容器分布以及端口规划情况建立多条隧道，实现跨宿主机之间的端口可以相互链接。

当两个仿真节点容器的端口分布在同一台宿主机上，只需要让绑在同一宿主机上的OVS的两个端口与其他端口链路用命名空间进行网络隔离即可。

针对上述两种情况，要对物理宿主机下多条隧道以及网络测率，在该步骤下需要结合仿真节点容器分配情况以及拓扑分布情况对物理服务器网络环境进行初始化。本实施例的初始化过程也做了自动化部署程序，实现高效的自动部署过程。

经过上述的初始化动态网络环境之后就可以进行步骤S400以在仿真平台上仿真实体卫星的运行，步骤S400包括如下的步骤S401、S402、S403：

S401，启动所述交换机。

S402，控制启动之后的所述交换机将各个所述端口通断关系表下发至各个所述仿真节点容器上的各个仿真端口，以启动所述动态网络。

本实施例中，当仿真节点容器以及网络环境都初始化完成后，即可开始网络仿真时延，控制中心基于步骤S300得到的动态网络初始化环境，以及之前计算好的分时间片的流表项，对所有宿主机上的OVS统一下发启动定时任务指令，使每个节点同步开始定时到指定的时间对端口网络终端端口下发响应的流表项（端口通断关系表），从而实现动态网络模拟功能。同时在每个仿真节点容器内启动定时服务，对每个端口状态包括丢包、时延、带宽等进行定时配置。由于考虑到大规模节点场景下的网络仿真在每一个时间片下都会产生大量的流表项（端口通断关系表），会导致流表下发不及时的问题，从而无法真实的模拟星间动态网络场景，因此本实施例预先将每一个时刻下发的流表项与上一时刻进行对比，同时在每个节点内的端口状态配置参数也基于时间进行对比，只过滤出链接和网络状态产生变化的端口的流表项，进行增量更新流表机下发。以最大限度的降低每个时间片下发的流表项，从而提升星座动态网络仿真效率，提高仿真的可靠性。

S403，控制启动之后的所述动态网络仿真各个所述实体卫星所对应的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

在一个实施例中，启动动态网络之后就在动态网络内的各个仿真节点容器上加载实体卫星的网络协议，使得仿真节点容器更接近于实体卫星，从而进一步提高仿真结果的可靠性。本实施例中，当网络仿真节点容器以及动态网络场景启动起来后，即可进行业务流传输模拟过程，由于以容器的方式对节点进行模拟，每个节点都有独立的操作系统环境，可以独立运行各自的服务，可以在节点中加载不同的网络各层协议栈，因此可以进行真实的业务流传输过程仿真。只需进入需要发送数据的节点中，将需要发送的数据发送到响应的节点IP上即可实现两节点的业务流传输模拟。这里由于用户可以对每个仿真节点容器配置相应的协议栈算法，容器镜像启动后根据节点配置调用不同的协议栈服务，比如节点上可以跑动态路由算法，可以基于开始运行后的仿真节点容器端口链路层的通断及状态变化，在模拟网络动态变化过程中进行选路（选择链路），使业务流能够准确到达目的地，同时也可验证仿真的协议栈算法的性能。本实施例除了可以进入到仿真节点容器内部进行业务流仿真外，还暴露了响应的接口，可以实现批量业务流模拟过程，以实现对整个低轨星座网络的性能分析。

在一个实施例中，通过对仿真结果中的带宽和/或吞吐量和/或时延分析，判断星座拓扑图是否满足各个实体卫星的通信要求。本实施例通过对仿真容器节点的日志抓取以及网络端口的流量镜像的方式，实现对整个仿真的网络性能分析功能，基于大数据分析服务，从采集到的容器节点日志可以分析节点运行过程中的各网络协议运行结果，即可进一步对网络协议运行及存储的需求进行分析，同时也可以对网络协议栈的工作流程进行分析以得到协议优化方案。在业务流仿真过程中，将各个宿主机上网络端口的流量进行镜像，后进行大数据分析，可进一步分析出网络协议的性能，比如基于用户设计的路由协议的平均跳数、平均收敛时间等，同时也可以对低轨星座动态仿真过程中的网络性能进行分析，比如整体网络的带宽、吞吐量、时延等指标。基于仿真得出的网络性能指标统计结果，如：带宽可以反应出该场景下网络的传输数据的最大能力，吞吐量可以反应网络的实际通信数据量，时延可以反应网络的通信质量。从而反映所设计的网络规划方案、网络协议及星座规划方案等是否适用于实际天基网络，可对网络拓扑规划、协议设计及星座规划提出更明确指导建议。考虑到在大规模仿真过程中会产生大量需要分析的数据，因此该方案基于大数据分析架构，将仿真过程中产生的数据进行实时统计，实现网络性能统计分析服务，可提高对整体网络的分析效率。

综上所述，如图5所示，本发明在仿真平台上仿真实体卫星的运行主要包含创建仿真场景（在仿真平台上搭建与实体卫星所对应的环境）、计算星间链路、节点IP及端口规划、创建仿真节点、配置动态网络、初始化动态网络环境、启动节点动态网络模拟、模拟业务流传输。

综上，本发明利用容器模拟卫星节点，通过对容器系统的灵活的定制化实现卫星节点加载不通的网络协议栈的仿真，同时容器中加载不同的服务也可以实现动态的控制网络链路状态仿真，以及模拟真实业务场景。其次，节点的动态网络生成，是通过结合OVS定制化容器网络插件，同时设计了整套仿真系统方案，实现从自动计算卫星间动态网络拓扑到自动生成各节点的网络端口规划，将端口绑定到指定的OVS上以及生成节点端口通断流表项，到最后通过对容器网络端口做隔离以及定时下发网络通断流表项的方式，实现了容器节点间的动态网络模拟过程，实现了低轨卫星的动态网络仿真。最后，该方案还设计了通过对网络仿真过程的数据进行抓包来实现对网络仿真过程中的统计分析功能。

本发明的仿真节点容器可以加载实体卫星的控制系统，使得容器可以在该控制系统下仿真实体卫星的运动，之后通过实体卫星所对应的拓扑图控制加载了控制系统的仿真节点容器仿真实体卫星的业务，根据仿真结果就可以获知提前设定的拓扑图是否适用于实体卫星。综上所述，由于本发明设置了容器和星座动态拓扑网络仿真方法，因此可以仿真实体卫星快速变化的状态，使得最终的仿真结果更能真实地反映实体卫星传输业务的真实结果。

另外，本发明为了真实模拟低轨星座的星座网络的动态变化，本发明实现了从轨道预测到可见性预测再到星间拓扑预测完整的全自动仿真流程，无需再通过别的仿真系统进行计算再导入。本发明仿真系统方案只需简单创建场景即可独立运行。本发明为了实现真实的低轨星座的动态网络模拟，本发明实现了一套完整的容器网络仿真解决方案，不依赖于现有的网络插件，即可实现仿真节点间的网络隔离，依据预测的网络拓扑对节点间及端口间的通断状态进行实时模拟。同时本发明也可对链路时延、丢包、带宽等状态进行动态仿真。本发明具有较高的灵活性，基于模拟的低轨卫星间的链路，节点可灵活嵌入不同的协议栈，进行网络协议的等效验证，同时也可以跑真实的业务场景进行网络运行状态的仿真，可利用抓包工具对任意网络节点的端口进行统计分析仿真过程中的网络吞吐量及拥塞状态。

示例性装置

本实施例还提供一种基于容器的星座网络仿真装置，所述装置包括如下组成部分：

拓扑图生成模块，用于计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息；

容器创建模块，用于创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序；

网络构建模块，用于依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络；

仿真模块，用于控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

基于上述实施例，本发明还提供了一种终端设备，其原理框图可以如图6所示。该终端设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏、温度传感器。其中，该终端设备的处理器用于提供计算和控制能力。该终端设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于容器的星座网络仿真方法。该终端设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该终端设备的温度传感器是预先在终端设备内部设置，用于检测内部设备的运行温度。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端设备的限定，具体的终端设备以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种终端设备，终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器中并可在处理器上运行的基于容器的星座网络仿真程序，处理器执行基于容器的星座网络仿真程序时，实现如下操作指令：

计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息；

创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序；

依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络；

控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

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 (15)

1.一种基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，包括：

计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息；

创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序；

依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络；

控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

2.如权利要求1所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息，包括：

采集各个所述实体卫星所在轨道的轨道参数；

根据所述轨道参数，计算任意时刻各个所述实体卫星所对应的预定位置信息；

依据所述预定位置信息，计算各个所述实体卫星上的各个通信设备之间的可见性数据，所述可见性数据用于表征各个所述通信设备之间通信时间信息；

依据各个所述通信设备之间的所述可见性数据，从各个所述实体卫星中筛选出用于建立链路的目标卫星；

生成所述目标卫星所对应的星座拓扑图。

3.如权利要求2所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述依据各个所述通信设备之间的所述可见性数据，从各个所述实体卫星中筛选出用于建立链路的目标卫星，包括：

统计分布式计算架构所涵盖的各个计算架构的内存使用数据信息；

依据各个计算架构的内存使用数据信息，将各个所述通信设备之间的所述可见性数据设置于所述分布式计算架构上；

通过所述分布式计算架构上从各个所述实体卫星中筛选出用于建立链路的目标卫星。

4.如权利要求1所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序，包括：

在初始容器上设置与所述实体卫星上的实体端口所匹配的仿真端口，端口用于通信，所述初始容器未加载与各个所述实体卫星相关的数据；

将所述仿真端口绑定至交换机，创建出各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器。

5.如权利要求4所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络，包括：

将所述星座拓扑图加载至所述交换机；

通过加载所述星座拓扑图之后的所述交换机控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络。

6.如权利要求5所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述通过加载所述星座拓扑图之后的所述交换机控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络，包括：

提取出所述星座拓扑图所涵盖的各个设定时长内的各个端口通断关系表，所述端口通断关系表用于记录各个所述仿真端口之间是否通信；

将各个所述端口通断关系表按照各个设定时长所对应的时间先后顺序进行排序，得到排序之后的各个所述端口通断关系表；

控制所述交换机依据各个所述端口通断关系表的排序控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络。

7.如权利要求6所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络，还包括：

依据各个所述实体卫星上的通信设备所对应的配置参数，计算所述设定时长内的各个所述实体卫之间应有的丢包率；

将各个所述实体卫之间应有的丢包率通过分布式下发方式加载至各个所述仿真节点容器。

8.如权利要求1所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，之前包括：

依据各个仿真节点容器所对应的节点容器总数和每个宿主机所能容纳的容器数量，得到所需的所述宿主机的数量，所述宿主机为所述仿真节点容器所依托的物理平台；

当所述宿主机的数量大于一时，在各个所述宿主机建立隧道，所述隧道用于各个所述宿主机上仿真节点容器通信。

9.如权利要求6所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，包括：

启动所述交换机；

控制启动之后的所述交换机将各个所述端口通断关系表下发至各个所述仿真节点容器上的各个仿真端口，以启动所述动态网络；

控制启动之后的所述动态网络仿真各个所述实体卫星所对应的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

10.如权利要求1所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，包括：

将各个所述实体卫星所对应的网络协议对应加载至所述动态网络所涵盖的各个所述仿真节点容器上；

控制加载网络协议之后的所述动态网络仿真各个所述实体卫星所对应的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

11.如权利要求1所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果，之后还包括：

依据所述仿真结果，得到所述仿真结果中的所述动态网络所对应的带宽和/或吞吐量和/或时延；

依据所述带宽和/或所述吞吐量和/或所述时延，判断所述星座拓扑图是否满足各个所述实体卫星的通信要求。

12.如权利要求1-11任一项所述的基于容器的星座网络仿真方法，其特征在于，所述实体卫星为低轨卫星。

13.一种基于容器的星座网络仿真装置，其特征在于，所述装置包括如下组成部分：

拓扑图生成模块，用于计算星座网络内部的各个实体卫星所对应的星座拓扑图，所述星座拓扑图用于记录各个所述实体卫星之间的通信信息；

容器创建模块，用于创建与各个所述实体卫星所对应的各个仿真节点容器，所述仿真节点容器用于加载与所述实体卫星的控制系统所匹配的模拟控制程序；

网络构建模块，用于依据所述星座拓扑图控制各个所述仿真节点容器，得到由各个所述仿真节点容器构成的动态网络；

仿真模块，用于控制所述动态网络仿真执行各个所述实体卫星所需要执行的业务，统计仿真之后产生的仿真结果。

14.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的基于容器的星座网络仿真程序，所述处理器执行所述基于容器的星座网络仿真程序时，实现如权利要求1-12任一项所述的基于容器的星座网络仿真方法的步骤。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有基于容器的星座网络仿真程序，所述基于容器的星座网络仿真程序被处理器执行时，实现如权利要求1-12任一项所述的基于容器的星座网络仿真方法的步骤。

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