CN116996149A - 基于混合现实的中继通信系统测试方法和测试平台 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于混合现实的中继通信系统测试方法和测试平台。所述方法通过使用混合现实技术在虚拟环境中模拟和测试中继通信系统，使得能够在虚拟环境中模拟和测试各种中继通信方案，可以在安全和便捷的虚拟环境中进行大量的测试，提高测试的效率、精确度和方便性；根据环境变化和通信需求，自动调整中继设备的位置，以优化通信效果，增强了中继通信系统的实用性和适应性；在模拟和测试过程中，用户可以与系统交互，以优化通信参数，提高通信性能，提升用户体验，使用户能够更好地控制和管理中继通信系统；在虚拟环境中全面测试新的中继通信策略，可以在实际部署之前发现和解决可能的问题，从而降低实际部署的风险。

Description

基于混合现实的中继通信系统测试方法和测试平台

技术领域

本申请涉及设备测试技术领域，特别是涉及一种基于混合现实的中继通信系统测试方法和测试平台。

背景技术

随着移动通信技术和互联网的飞速发展，中继通信系统已经成为实现无线信号覆盖，优化网络性能的重要工具。然而，现有的中继通信系统经常面临一些挑战。例如，传统的中继通信系统通常需要在多个位置设置设备，以确保覆盖所有可能的用户。然而，这种做法既昂贵又耗时，而且在某些情况下可能无法提供最优的服务。例如，在复杂的城市环境或者在人口密集的地方，信号可能会受到建筑物或者其他无线设备的干扰。此外，根据用户的移动模式和信号需求，中继设备的最佳位置可能会随时间变化。

为了解决这些问题，研究人员开始探索使用自动调整位置的中继通信方法和系统。这种系统可以根据实时的网络条件和用户需求，动态调整中继设备的位置。这种方法有潜力显著提高网络性能和服务质量，但同时也引入了新的测试和验证需求。

现有的中继通信系统测试存在一些不足：

(1)实际测试环境的局限性：现行的中继通信系统的测试大多基于实际的网络部署和运行环境。这种实际的、物理的测试环境限制了测试的灵活性和效率，因为每次环境的改变或测试条件的变化，可能都需要重新配置和部署设备。此外，实际环境的复杂性、不可控性(如天气、其他电磁源的干扰等)可能引入额外的噪音，影响测试结果的准确性和可复制性。

(2)测试覆盖性不足：当前测试方法通常以实际环境为基础，可能无法涵盖所有可能的用户行为模式、网络条件以及设备分布情况。在现有的测试环境中，模拟大规模的用户移动行为、网络流量变化和中继设备的动态调整都具有很大的挑战。

(3)缺乏动态环境的模拟：实际的中继通信系统需要应对的是一种动态、变化的环境，包括用户的移动性、服务需求的变化，以及可能的设备故障等。然而，现有的测试方法往往假定了一种静态或者只有有限变化的环境，无法全面模拟和验证在动态环境中的中继通信策略。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于混合现实的中继通信系统测试方法和测试平台。

一种基于混合现实的中继通信系统测试方法，所述方法包括：

构建混合现实环境和设备节点。

根据实际测试环境和中继设备实际布局，构建虚拟环境。

在所述虚拟环境中对中继通信系统进行配置。

用户通过混合现实的界面直接观察并控制所述虚拟环境中的所述中继通信系统的行为。

根据虚拟环境中的中继通信系统的通信参数对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果。

在其中一个实施例中，构建混合现实环境和设备节点，包括：

根据测试任务需求选择混合现实设备，并对所述混合现实设备进行安装和校准，所述混合现实设备包括头戴式显示器、定位跟踪设备以及手持控制器。

在其中一个实施例中，根据实际测试环境和中继设备实际布局，构建虚拟环境，包括：

根据实际测试环境和测试任务中的网络环境采用三维建模软件进行建模，得到虚拟环境。

对中继设备进行建模，得到中继设备模型。

根据中继设备实际布局在所述虚拟环境中布置中继设备模型。

在其中一个实施例中，在所述虚拟环境中对中继通信系统进行配置，包括：

在虚拟环境中设置中继设备参数和网络拓扑，并配置中继路径和协议。

构建中继通信系统的数学模型。

根据所述数学模型采用仿真软件模拟多跳中继通信，生成仿真结果，并采用预设方式展示。

在其中一个实施例中，构建中继通信系统的数学模型，所述数学模型包括信号传输模型、设备定位模型以及网络性能模型。

所述信号传输模型，用于计算在给定环境下，信号从发射点到接收点的强度变化。

所述设备定位模型，用于描述中继设备根据周围环境和自身状态自动调整位置的规律。

所述网络性能模型，用于用具信号覆盖情况、中继设备位置以及网络负载，计算网络的服务质量。

在其中一个实施例中，根据虚拟环境中的中继通信系统的通信参数对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果，包括：

运行中继通信系统仿真，并采集中继通信系统当前的设备状态和网络环境。

根据信号传输模型、设备定位模型、网络性能模型以及当前的设备状态和网络环境，计算网络性能指标，所述网络性能指标包括：评估信号覆盖率、网络吞吐量、信号质量以及设备利用率。

将所述网络性能指标显示在所述头戴式显示器中。

在其中一个实施例中，将所述网络性能指标显示在所述头戴式显示器中，包括：

将所述网络性能指标以图表方式、文本形式显示在头戴式显示器中。

在其中一个实施例中，用户通过混合现实的界面直接观察并控制所述虚拟环境中的所述中继通信系统的行为，包括：

用户通过混合现实头戴式显示器从全局视角和局部视角观察中继设备的工作状态。

根据观察到的中继设备工作状态，用户通过手持控制器直接修改设备参数，并观察修改的参数对中继设备的信号覆盖范围和网络信息的影响情况。

用户通过改变虚拟环境的设置和/或网络负载来模拟多种测试状态。

在其中一个实施例中，用户通过混合现实头戴式显示器从全局视角和局部视角观察中继设备的工作状态，所述中继设备的工作状态包括信号覆盖区域和设备运动轨迹。

一种基于混合现实的中继通信系统测试平台，所述平台用于采用上述任一项所述的基于混合现实的中继通信系统测试方法对中继通信系统进行测试；所述平台包括：混合现实设备和仿真平台。

所述混合现实设备包括：头戴式显示器、定位跟踪设备以及手持控制器。

所述头戴式显示器，用于在用户视野中构建和显示虚拟环境。

所述定位跟踪设备，用于实时跟踪和记录用户和中继设备的位置。

所述手持控制器，用于实现用户与虚拟环境的交互，对所述虚拟环境中的中继通信系统的通信参数进行优化。

所述仿真平台，用于根据实际测试环境、中继设备实际布局、中继通信系统的数学模型、环境模型和用户行为模型，构建虚拟环境，还用于根据在虚拟环境中的中继通信系统当前的设备状态和网络环境对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果；所述中继通信系统模型用于模拟中继设备的工作原理和自动调整位置的功能；所述环境模型用于模拟网络环境以及地理环境；所述用户行为模型，用于模拟用户的行为和服务需求。

上述基于混合现实的中继通信系统测试方法和测试平台，所述方法通过使用混合现实技术在虚拟环境中模拟和测试中继通信系统，使得能够在虚拟环境中模拟和测试各种中继通信方案，可以在安全和便捷的虚拟环境中进行大量的测试，提高测试的效率、精确度和方便性；根据环境变化和通信需求，自动调整中继设备的位置，以优化通信效果，增强了中继通信系统的实用性和适应性；在模拟和测试过程中，用户可以与系统交互，以优化通信参数，提高通信性能，提升用户体验，使用户能够更好地控制和管理中继通信系统；在虚拟环境中全面测试新的中继通信策略，可以在实际部署之前发现和解决可能的问题，从而降低实际部署的风险。

附图说明

图1为一个实施例中基于混合现实的中继通信系统测试方法的流程示意图；

图2为另一个实施例中中继通信系统性能评估流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本方法基于混合现实技术对中继通信系统进行测试，详细的模拟和性能评估流程包括了信道模型的建立、通信协议的定义、信号传输的模拟、设备移动和路径变化的模拟、网络流量和负载的模拟、以及数据的收集和分析等步骤。这些详细的步骤都是专利保护的重要组成部分。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于混合现实的中继通信系统测试方法，方法包括以下步骤：

步骤100：构建混合现实环境和设备节点。

具体的，根据测试任务需求选择高分辨率的头戴式显示器(HMD)、高精度的定位跟踪设备以及易操作的手持控制器。按照设备操作规范进行安装，确保所有设备能够正常工作，并对设备进行精准的校准，确保定位精度和显示效果。

步骤102：根据实际测试环境和中继设备实际布局，构建虚拟环境。

具体的，采用三维建模软件将实际测试环境转化为虚拟环境，并对实际的中继设备进行建模，在虚拟环境中添加中继设备模型，并根据中继设备实际布局进行放置，构成中继通信系统测试的虚拟环境。

步骤104：在虚拟环境中对中继通信系统进行配置。

步骤106：用户通过混合现实的界面直接观察并控制虚拟环境中的中继通信系统的行为。

具体的，在虚拟环境中，用户交互对于系统的使用和优化至关重要。用户可以通过混合现实的界面，直接观察并控制中继通信系统的行为。

用户通过混合现实的头戴式显示器直接观察虚拟环境中的中继通信系统的行为，并通过手持控制器控制虚拟环境中的中继通信系统中中继设备的参数，如发射功率、信道频率等。用户还可以通过仿真平台改变虚拟环境的设置，以模拟各种实际情况，是能自动调整位置的中继通信方法，能根据环境变化和通信需求，自动调整中继设备的位置，以优化通信效果。

通过用户交互功能，本方法可以提供直观、灵活的中继通信系统仿真和测试环境，帮助用户在实际部署前进行全面的验证和优化。

在模拟和测试过程中，用户可以与系统交互，以优化通信参数，提高通信性能。这种用户交互和参数优化的方法也是本申请的关键保护点之一。

步骤108：根据虚拟环境中的中继通信系统的通信参数对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果。

具体的，性能评估是仿真和测试过程的关键环节，通过这个环节，用户能够了解到中继通信系统在不同条件下的性能表现。

上述基于混合现实的中继通信系统测试方法中，所述方法通过使用混合现实技术在虚拟环境中模拟和测试中继通信系统，使得能够在虚拟环境中模拟和测试各种中继通信方案，可以在安全和便捷的虚拟环境中进行大量的测试，提高测试的效率、精确度和方便性；根据环境变化和通信需求，自动调整中继设备的位置，以优化通信效果，增强了中继通信系统的实用性和适应性；在模拟和测试过程中，用户可以与系统交互，以优化通信参数，提高通信性能，提升用户体验，使用户能够更好地控制和管理中继通信系统；在虚拟环境中全面测试新的中继通信策略，可以在实际部署之前发现和解决可能的问题，从而降低实际部署的风险。

在其中一个实施例中，步骤100包括：根据测试任务需求选择混合现实设备，并对混合现实设备进行安装和校准，混合现实设备包括头戴式显示器、定位跟踪设备以及手持控制器。

在其中一个实施例中，步骤102包括：根据实际测试环境和测试任务中的网络环境采用三维建模软件进行建模，得到虚拟环境；对中继设备进行建模，得到中继设备模型；根据中继设备实际布局在虚拟环境中布置中继设备模型。

具体的，虚拟环境的构建步骤包括：

(1)创建地理元素：依据实际环境模型，使用三维建模软件创建建筑物、树木、山丘等地理元素。

(2)中继设备模型：在虚拟环境中添加中继设备模型，并根据实际布局进行放置。

在其中一个实施例中，步骤104包括：在虚拟环境中设置中继设备参数和网络拓扑，并配置中继路径和协议；构建中继通信系统的数学模型；根据数学模型采用仿真软件模拟多跳中继通信，生成仿真结果，并采用预设方式展示。

具体的，需要将继通信系统的数学模型转化为具体的软件算法，以便在计算机上运行。我们可以选择适当的编程语言和平台，如C++/Python等和Matlab/Simulink等，来实现这些算法。

在实现过程中，我们需要考虑到算法的效率和精度，尽量选择高效且准确的数值方法。此外，我们还需要考虑到算法的鲁棒性，确保在各种情况下都能正常运行。

最后，我们需要生成仿真结果，并以适当的方式进行展示。我们可以将仿真结果以图表、动画等形式展示出来，以便观察和分析。

例如，我们可以通过色彩渐变的热力图来显示信号覆盖范围，通过动画来显示设备的移动轨迹，通过曲线图来显示网络性能的变化等。

在其中一个实施例中，构建中继通信系统的数学模型，数学模型包括信号传输模型、设备定位模型以及网络性能模型；信号传输模型，用于计算在给定环境下，信号从发射点到接收点的强度变化；设备定位模型，用于描述中继设备根据周围环境和自身状态自动调整位置的规律；网络性能模型，用于用具信号覆盖情况、中继设备位置以及网络负载，计算网络的服务质量。

具体的，需要构建一个描述中继通信系统的数学模型。这个模型应该包括以下几个部分：

信号传输模型：考虑到无线信号在传输过程中会受到衰减、多径效应等影响，我们需要建立一个信号传输模型，该模型可以计算在给定环境下，信号从发射点到接收点的强度变化。

设备定位模型：设备的位置和姿态对信号传输有很大影响，因此我们需要建立一个设备定位模型，该模型可以描述设备如何根据周围环境和自身状态自动调整位置。

网络性能模型：我们还需要建立一个网络性能模型，该模型可以根据信号覆盖情况、设备位置、网络负载等因素，计算网络的服务质量。

在其中一个实施例中，步骤108包括：运行中继通信系统仿真，并采集中继通信系统当前的设备状态和网络环境；根据信号传输模型、设备定位模型、网络性能模型以及当前的设备状态和网络环境，计算网络性能指标，网络性能指标包括：评估信号覆盖率、网络吞吐量、信号质量以及设备利用率；将网络性能指标显示在头戴式显示器中。

具体的，中继通信系统性能评估流程如图2所示。

(1)定义性能指标：为了全面评估中继通信系统的性能，我们需要定义一系列性能指标。这些指标可能包括：

信号覆盖率：表示中继设备的信号能覆盖的区域的比例。

网络吞吐量：表示单位时间内网络可以传输的数据量。

信号质量：可以通过信噪比(SNR)或者误码率(BER)等参数来衡量。

设备利用率：表示中继设备在一段时间内的工作比例。

(2)计算性能指标：在仿真过程中，我们需要实时计算上述性能指标。这需要根据信号传播模型、设备定位模型和网络性能模型，以及当前的设备状态和网络环境，进行复杂的数学运算。为了提高计算效率，我们可以采用一些高效的数值计算方法，如并行计算、近似计算等。

(3)显示性能评估：将计算出的性能指标以直观的方式显示出来，是用户交互的重要部分。我们可以将性能指标以图表、文本等形式显示在头戴式显示器中。例如，我们可以用色彩鲜明的热力图来表示信号覆盖区域，用动态的柱状图来表示网络吞吐量，用实时更新的数值来表示信噪比等。通过这种方式，用户不仅可以了解当前的性能状况，还可以观察到设备参数或环境变化对性能的影响，从而进行有效的决策和优化。

总的来说，性能评估环节通过明确的性能指标、精确的计算方法和直观的显示方式，为用户提供了一个有效的工具，帮助他们理解和优化中继通信系统的性能。

中继通信系统模拟和性能评估的流程，可以进行全面和细致的性能评估，从而确保新的中继通信策略在实际部署之前达到预期的性能。

在其中一个实施例中，将网络性能指标显示在头戴式显示器中，包括：将网络性能指标以图表方式、文本形式显示在头戴式显示器中。

在其中一个实施例中，步骤106包括：用户通过混合现实头戴式显示器从全局视角和局部视角观察中继设备的工作状态；根据观察到的中继设备工作状态，用户通过手持控制器直接修改设备参数，并观察修改的参数对中继设备的信号覆盖范围和网络信息的影响情况；用户通过改变虚拟环境的设置和/或网络负载来模拟多种测试状态；在其中一个实施例中，用户通过混合现实头戴式显示器从全局视角和局部视角观察中继设备的工作状态，中继设备的工作状态包括信号覆盖区域和设备运动轨迹。

具体的，进行用户界面交互以优化通信参数的步骤包括：

(1)设备状态观察：使用混合现实技术，用户可以从任何视角，包括全局视角和局部视角，观察中继设备的工作状态。例如：

信号覆盖区域：用户可以看到每个设备的信号覆盖范围，以及如何随设备的位置和参数变化而变化。

设备运动轨迹：用户可以看到设备如何根据自动调整算法移动，并观察这种移动对信号覆盖和网络性能的影响。

(2)参数修改：用户可以通过手持控制器直接修改设备的参数，例如发射功率、信道频率等。用户可以即时看到这些修改如何影响设备的信号覆盖范围和网络性能。这种直观的反馈可以帮助用户理解各参数对系统性能的影响，并找到最佳的参数设置。

(3)环境调整：用户还可以改变虚拟环境的设置，以模拟各种实际情况。例如：

添加/移除障碍物：用户可以在虚拟环境中添加或移除建筑物、树木等障碍物，观察它们对信号传播和设备定位的影响。

改变网络负载：用户可以增加或减少虚拟用户，改变数据流量，从而模拟不同的网络负载情况。

通过以上的用户交互功能，本发明的混合现实平台可以提供直观、灵活的中继通信系统仿真和测试环境，帮助用户在实际部署前进行全面的验证和优化。

应该理解的是，虽然图1-2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种基于混合现实的中继通信系统测试平台，该平台用于采用上述任一项的基于混合现实的中继通信系统测试方法对中继通信系统进行测试；该平台包括：混合现实设备和仿真平台。

混合现实设备包括：头戴式显示器、定位跟踪设备以及手持控制器。

头戴式显示器，用于在用户视野中构建和显示虚拟环境。

定位跟踪设备，用于实时跟踪和记录用户和中继设备的位置。

手持控制器，用于实现用户与虚拟环境的交互，对虚拟环境中的中继通信系统的通信参数进行优化。

仿真平台，用于根据实际测试环境、中继设备实际布局、中继通信系统的数学模型、环境模型和用户行为模型，构建虚拟环境，还用于根据在虚拟环境中的中继通信系统当前的设备状态和网络环境对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果；中继通信系统模型用于模拟中继设备的工作原理和自动调整位置的功能；环境模型用于模拟网络环境(包括信号强度、干扰等)以及地理环境(包括建筑物、地形等)；用户行为模型，用于模拟用户的行为和服务需求。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于混合现实的中继通信系统测试方法，其特征在于，所述方法包括：

构建混合现实环境和设备节点；

根据实际测试环境和中继设备实际布局，构建虚拟环境；

在所述虚拟环境中对中继通信系统进行配置；

用户通过混合现实的界面直接观察并控制所述虚拟环境中的所述中继通信系统的行为；

根据虚拟环境中的中继通信系统的通信参数对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建混合现实环境和设备节点，包括：

根据测试任务需求选择混合现实设备，并对所述混合现实设备进行安装和校准，所述混合现实设备包括头戴式显示器、定位跟踪设备以及手持控制器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实际测试环境和中继设备实际布局，构建虚拟环境，包括：

根据实际测试环境和测试任务中的网络环境采用三维建模软件进行建模，得到虚拟环境；

对中继设备进行建模，得到中继设备模型；

根据中继设备实际布局在所述虚拟环境中布置中继设备模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述虚拟环境中对中继通信系统进行配置，包括：

在虚拟环境中设置中继设备参数和网络拓扑，并配置中继路径和协议；

构建中继通信系统的数学模型；

根据所述数学模型采用仿真软件模拟多跳中继通信，生成仿真结果，并采用预设方式展示。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，构建中继通信系统的数学模型，所述数学模型包括信号传输模型、设备定位模型以及网络性能模型；

所述信号传输模型，用于计算在给定环境下，信号从发射点到接收点的强度变化；

所述设备定位模型，用于描述中继设备根据周围环境和自身状态自动调整位置的规律；

所述网络性能模型，用于用具信号覆盖情况、中继设备位置以及网络负载，计算网络的服务质量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据虚拟环境中的中继通信系统的通信参数对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果，包括：

运行中继通信系统仿真，并采集中继通信系统当前的设备状态和网络环境；

根据信号传输模型、设备定位模型、网络性能模型以及当前的设备状态和网络环境，计算网络性能指标，所述网络性能指标包括：评估信号覆盖率、网络吞吐量、信号质量以及设备利用率；

将所述网络性能指标显示在所述头戴式显示器中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述网络性能指标显示在所述头戴式显示器中，包括：

将所述网络性能指标以图表方式、文本形式显示在头戴式显示器中。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用户通过混合现实的界面直接观察并控制所述虚拟环境中的所述中继通信系统的行为，包括：

用户通过混合现实头戴式显示器从全局视角和局部视角观察中继设备的工作状态；

根据观察到的中继设备工作状态，用户通过手持控制器直接修改设备参数，并观察修改的参数对中继设备的信号覆盖范围和网络信息的影响情况；

用户通过改变虚拟环境的设置和/或网络负载来模拟多种测试状态，。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用户通过混合现实头戴式显示器从全局视角和局部视角观察中继设备的工作状态，所述中继设备的工作状态包括信号覆盖区域和设备运动轨迹。

10.一种基于混合现实的中继通信系统测试平台，其特征在于，所述平台用于采用权利要求1-9任一项所述的基于混合现实的中继通信系统测试方法对中继通信系统进行测试；所述平台包括：混合现实设备和仿真平台；

所述混合现实设备包括：头戴式显示器、定位跟踪设备以及手持控制器；

所述头戴式显示器，用于在用户视野中构建和显示虚拟环境；

所述定位跟踪设备，用于实时跟踪和记录用户和中继设备的位置；

所述手持控制器，用于实现用户与虚拟环境的交互，对所述虚拟环境中的中继通信系统的通信参数进行优化；

所述仿真平台，用于根据实际测试环境、中继设备实际布局、中继通信系统的数学模型、环境模型和用户行为模型，构建虚拟环境，还用于根据在虚拟环境中的中继通信系统当前的设备状态和网络环境对中继通信系统进行性能评估，得到性能评估结果；所述中继通信系统模型用于模拟中继设备的工作原理和自动调整位置的功能；所述环境模型用于模拟网络环境以及地理环境；所述用户行为模型，用于模拟用户的行为和服务需求。