CN1719792A - 时分多路接入自组织网络的无线通信仿真器和仿真方法 - Google Patents

Abstract

基于时分多路接入自组织网络的无线通信模块仿真器是一种应用于无线通信、计算机网络和系统仿真的装置和方法，该仿真器包括PCI接口单元(1)、串行EEPROM配置模块(2)、时钟源(3)、同步通信模块(4)、TTL测试插座(5)、RS－232电平转换模块(6)、时钟驱动模块(7)，其中，串行EEPROM配置模块的输出端接PCI接口单元的输入端，PCI接口单元通过PCI数据/地址总线、PCI总线控制信号线与外部相连接，通过本地地址线、本地数据线、本地总线控制信号线与同步通信模块相连接；同步通信模块通过同步通信时钟线接时钟驱动模块，时钟驱动模块的输出端接TTL测试插座，同步通信模块通过通道一至通道八与TTL测试插座相接，TTL测试插座输出端接RS－232电平转换模块。

Description

时分多路接入自组织网络的无线通信仿真器和仿真方法

技术领域

本发明是一种应用于无线通信、计算机网络和系统仿真的装置和方法，尤其是一种应用于基于时分多路接入自组织网络的无线通信模块仿真器及其仿真方法。

背景技术

基于时分多路接入(TDMA)的自组织网络，是无线通信节点以TDMA方式构建的一种网络形式。依据OSI定义的网络层次和功能，可以将自组织网络的无线通信节点的内部功能模块划分为无线通信模块和无线网络模块。TDMA方式决定了无线网络模块对无线通信模块采用了时分复用的形式，通信中的最小单位是时隙。需要说明的是，与传统有基础设施的无线通信节点不同，自组织网络中每一个节点都参与数据的转发，数据从源节点开始，可能经过多个节点转发最终到达目的节点。一般意义上的无线通信节点只负责一跳范围内的数据收发。这样的自组织网络具有如下优点：

●系统存在多条路径传输，充分提高系统稳定性；

●无线通信节点可以通过短距离接力的方式提供高带宽给用户；

●可以通过空间复用的方式提供多点接入，扩大网络范围；

依据上述描述，结合OSI的网络协议模型，无线通信模块负责完成物理层协议；无线网络模块负责完成数据链路层和网络层及以上层次的协议。目前无线网络模块的设计中需要实现的主要通信协议包含两个：一个是数据链路层面的多点接入协议，该协议负责解决无线通信节点如何占用时隙访问信道的问题。另一个是网络层面的无线路由协议，该协议负责解决无线通信节点之间互相通告网络拓扑信息的问题。

上述两个重要协议在调试时需要模拟节点的多种拓扑状况，传统的理论仿真器无法与实际的系统配合调试，而在物理层采用无线通信模块的实物仿真不仅代价昂贵，而且也无法满足节点规模可扩展、网络拓扑灵活变换以及网络参数(如误码率)灵活变换等要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于时分多路接入自组织网络的无线通信模块仿真器及其仿真方法，使得一方面，调试协议代码时，无线网络模块可以采用与实际运行系统直接连接的仿真器；另一方面，不连接昂贵的无线通信模块(通常包含数字信号处理硬件和物理层信道设备)，可以方便地修改拓扑情况、误码率和节点规模。

技术方案：本发明是基于TDMA的自组织网络通信协议仿真器(以下简称仿真器)，多个无线网络模块通过本地通信接口与仿真器相连接。该仿真器包括PCI接口单元、串行EEPROM配置模块、时钟源、同步通信模块、TTL测试插座、RS-232电平转换模块、时钟驱动模块，其中，串行EEPROM配置模块的输出端接PCI接口单元的输入端，PCI接口单元通过PCI数据/地址总线、PCI总线控制信号线与外部相连接，通过本地地址线、本地数据线、本地总线控制信号线与同步通信模块相连接；同步通信模块通过同步通信时钟线接时钟驱动模块，时钟驱动模块的输出端接TTL测试插座，同步通信模块通过通道一至通道八与TTL测试插座相接，TTL测试插座输出端接RS-232电平转换模块。这里所说的本地通信接口就是无线网络模块与无线通信模块实际相连时所使用的接口形式，这样无线网络模块就把仿真器视为实际的无线通信模块和信道的结合体。无线网络模块依据接口信号指示，将时隙数据发送给仿真器，仿真器接收到数据后，通过PCI总线送给计算机主机，计算机主机通过对网络拓扑的认知和误码率的预先设置，将计算合成后的数据返回给仿真器，并由仿真器送给各无线网络模块。目前的设计中可以支持最多八个无线网络模块。

仿真器与无线网络模块的交互时序过程如图2所示。详细的仿真流程如下：

1、仿真器上的同步通信模块[4]依据时钟源[3]所给基准时钟，进行时隙的计数。到达设定值时产生中断信号。

2、中断信号通过PCI接口单元[1]送到PCI总线上，告知主机时隙中断到达。

3、中断信号转化为各通道的时隙同步指示信号送往TTL测试插座[5]和RS232电平转换模块[6]。最终送给仿真器外接的各无线网络模块。

4、仿真器的同步通信模块[4]将第N时隙的各无线网络节点的仿真传输结果数据经由TTL测试插座[5]或RS232电平转换模块[6]传送给各无线网络模块；

5、各无线网络模块通过TTL测试插座[5]或RS232电平转换模块[6]将第N+2时隙的待传输数据传送给仿真器的同步通信模块。

6、仿真器收到第N+2时隙的数据后，通过PCI接口单元[1]将数据传送给主机，仿真器进入等待第N+1时隙中断的状态。

7、主机收到中断信号后依据第N+1时隙的节点数目、拓扑状况对传送数据进行合成计算，确定第N+1时隙的初步仿真结果。

8、主机依据误码率设置，对N+1时隙的初步仿真结果进行修改，得到最终仿真结果。

9、主机通过PCI接口单元[1]将N+1时隙的最终仿真结果写入仿真器的同步通信模块的缓冲区，主机进入等待N+1时隙中断的状态。

利用同步串行接口模拟通常的本地通信接口(与无线通信模块的接口，从协议层次上说这是服务接口)。利用计算机主机模拟拓扑和信道情况(从协议层次上说这是物理层协议)。

在仿真器侧同步通信模块的设计上，为了适配不同TDMA参数的自组织网络，本发明调整了同步通信模块中的缓冲区大小和缓冲区容量，最终满足以下特性。

●时隙的大小可以在4~32毫秒之间设置。

●节点数目可以在2~8之间配置。

有益效果：该发明具有如下优点：

1.无需昂贵的底层无线通信模块就可以进行无线网络模块的协议功能和性能测试；

2.可以方便地更改拓扑和节点数目，无需实际连接无线信道；

3.可以方便地使用不同TDMA时隙参数建立网络，进行仿真；

附图说明

图1是应用场景示意图，

图2是仿真器与无线网络模块交互示意图。

图3是本发明的电路模块结构示意图。其中有：PCI接口单元1、串行EEPROM配置模块2、时钟源3、同步通信模块4、TTL测试插座5、RS-232电平转换模块6、时钟驱动模块7。

图4、图5和图6为本发明的电路原理图，其中图4为PCI总线接口U21，以及U22和U23的电原理图；图5为同步通信模块U19和晶振U20的电原理图；图6是输入输出总线电原理图，包含电平转换模块U0、U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7，总线驱动能力扩展的U17，TTL接口U16和U15电原理图。

具体实施方式

在结构上，基于时分多路接入自组织网络的无线通信模块仿真器，其特征在于该仿真器包括PCI接口单元1、串行EEPROM配置模块2、时钟源3、同步通信模块4、TTL测试插座5、RS-232电平转换模块6、时钟驱动模块7，其中，串行EEPROM配置模块2的输出端接PCI接口单元1的输入端，PCI接口单元1通过PCI数据/地址总线、PCI总线控制信号线与外部相连接，通过本地地址线、本地数据线、本地总线控制信号线与同步通信模块4相连接；同步通信模块4通过同步通信时钟线接时钟驱动模块7，时钟驱动模块7的输出端接TTL测试插座5，同步通信模块4通过通道一至通道八与TTL测试插座5相接，TTL测试插座5输出端接RS-232电平转换模块6。同步通信模块采用了英飞凌科技生产的同步通信处理芯片SAB82538，因为它可以满足系统的三个要求：

●同步通信速率可以达到10Mb/s，满足当前仿真TDMA网络的能力；

●本地总线接口清晰，可以方便地与标准PCI接口芯片相连接；

●外部接口标准，可以方便地与无线通信模块相接，仿真标准的、通用的同步通信服务接口；

同步通信模块的外围电路主要是一个时钟源，工作在18MHz。另一个是外部时钟驱动模块，我们使用了TI公司的74HC244作为八个通道的时钟驱动芯片，满足驱动要求。

PCI接口单元采用了PLX公司的PCI9052芯片，它可以方满足以下两个要求：

●标准的PCI接口；

●本地总线接口清晰，使得同步通信模块可以方便地与PCI接口芯片相连接；可以扩展另一个八路同步通信模块。

●提供通用的输入输出口，满足不同底层物理模块的本地通信接口控制需要；

PCI接口单元的外围电路主要是一个提供上电配置的串行EEPROM。我们使用了NS93C46作为这一模块。TTL的接口测试插座主要采用标准的IDC36插座，这个模块的作用是一方面便于只能提供TTL同步接口的无线网络模块接入；另一方面便于扩展支持不同的物理层传输协议。RS232电平转换模块主要采用了美信公司的MAX239，因为它可以在单片上提供三路输入和五路输出，这样可以完全满足一个通道上的接口需求。

图3给出了分模块构成的框图，PCI接口单元1基于PLX PCI9052构建而成。一方面形成标准的PCI总线接口电信号，另一方面以本地地址线(8位)、本地数据线(16位)和本地总线控制信号与同步通信模块4相连接。在电路原理图图5该接口单元由U21、U23A和U23B组成。

串行EEPROM配置模块2基于串行EEPROM 93C46构建而成，该模块通过串行总线与PCI接口单元1相连接。在电路原理图图5上由U22构成。

同步通信模块的时钟源3基于一个18MHz的晶体振荡器构造而成，通过两根时钟输入线供给同步通信模块4。在电路原理图图5上由U21构成。

同步通信模块4基于SAB82538构造而成。一方面通过本地总线与PCI接口单元1相连接，另一方面输出八个通道的带有时隙指示信号的TTL信号到TTL测试插座5。在电路原理图图4上由U19和外围电阻和电容构成。

TTL测试插座5，基于两个IDC36构造而成。通过TTL接口与接收来自同步通信模块4的信号，该插座可以用于扩展支持外接的不同电平的无线网络模块。在电路原理图图6上由U16和U17构成。

RS-232电平转换模块6，基于八个MAX239构成，提供最常用的RS-232电平的转换信号。一方面输入侧通过TTL接口与TTL测试插座5相连接，另一方面可输出到标准RS-232串口插座。在电路原理图图6上由U0、U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7构成。

时钟驱动模块7，负责产生同步通信所需要的时钟驱动信号。基于74HC244构成。在电路原理图图6上由U18构成。

基于时分多路接入自组织网络的无线通信模块仿真器的仿真方法如下：

1)、仿真器上的同步通信模块4依据时钟源3所给基准时钟，进行时隙的计数，到达设定值时产生中断信号；

2)、中断信号通过PCI接口单元1送到PCI总线上，告知主机时隙中断到达；

3)、中断信号转化为各通道的时隙同步指示信号送往TTL测试插座5和RS232电平转换模块6，最终送给仿真器外接的各无线网络模块；

4)、仿真器的同步通信模块4将第N时隙的仿真传输结果数据经由TTL测试插座5或RS232电平转换模块6传送给各无线网络模块；

5)、各无线网络模块通过TTL测试插座5或RS232电平转换模块6将第N+2时隙的待传输数据传送给仿真器的同步通信模块；

6)、仿真器收到第N+2时隙的数据后，通过PCI接口单元1将数据传送给主机，仿真器进入等待第N+1时隙中断的状态；

7)、主机收到中断信号后依据第N+1时隙的节点数目、拓扑状况对传送数据进行合成计算，确定第N+1时隙的初步仿真结果；

8)、主机依据误码率设置，对N+1时隙的初步仿真结果进行修改，得到最终仿真结果；

9)、主机通过PCI接口单元1将N+1时隙的最终仿真结果写入仿真器的同步通信模块的缓冲区，主机进入等待N+1时隙中断的状态。

Claims (2)

1、一种基于时分多路接入自组织网络的无线通信模块仿真器，其特征在于该仿真器包括PCI接口单元(1)、串行EEPROM配置模块(2)、时钟源(3)、同步通信模块(4)、TTL测试插座(5)、RS-232电平转换模块(6)、时钟驱动模块(7)，其中，串行EEPROM配置模块(2)的输出端接PCI接口单元(1)的输入端，PCI接口单元(1)通过PCI数据/地址总线、PCI总线控制信号线与外部相连接，通过本地地址线、本地数据线、本地总线控制信号线与同步通信模块(4)相连接；同步通信模块(4)通过同步通信时钟线接时钟驱动模块(7)，时钟驱动模块(7)的输出端接TTL测试插座(5)，同步通信模块(4)通过通道一至通道八与TTL测试插座(5)相接，TTL测试插座(5)输出端接RS-232电平转换模块(6)。

2、一种如权利要求1所述的基于时分多路接入自组织网络的无线通信模块仿真器的仿真方法，其特征在于仿真流程如下：

1)、仿真器上的同步通信模块(4)依据时钟源(3)所给基准时钟，进行时隙的计数，到达设定值时产生中断信号；

2)、中断信号通过PCI接口单元(1)送到PCI总线上，告知主机时隙中断到达；

3)、中断信号转化为各通道的时隙同步指示信号送往TTL测试插座(5)和RS232电平转换模块(6)，最终送给仿真器外接的各无线网络模块；

4)、仿真器的同步通信模块(4)将第N时隙的仿真传输结果数据经由TTL测试插座(5)或RS232电平转换模块(6)传送给各无线网络模块；

5)、各无线网络模块通过TTL测试插座(5)或RS232电平转换模块(6)将第N+2时隙的待传输数据传送给仿真器的同步通信模块；

6)、仿真器收到第N+2时隙的数据后，通过PCI接口单元(1)将数据传送给主机，仿真器进入等待第N+1时隙中断的状态；

7)、主机收到中断信号后依据第N+1时隙的节点数目、拓扑状况对传送数据进行合成计算，确定第N+1时隙的初步仿真结果；

8)、主机依据误码率设置，对N+1时隙的初步仿真结果进行修改，得到最终仿真结果；

9)、主机通过PCI接口单元(1)将N+1时隙的最终仿真结果写入仿真器的同步通信模块的缓冲区，主机进入等待N+1时隙中断的状态。

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