[發(fā)明專利]一種多節(jié)點綜合仿真系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111314166B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張周;王彤彤;武欣桐;桑瑋;郄志鵬;閆野
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院;天津（濱海）人工智能軍民融合創(chuàng)新中心
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26;H04L12/24
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種多節(jié)點綜合仿真系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括場景仿真模塊、仿真主控制模塊、網(wǎng)絡(luò)仿真模塊、信道傳輸仿真模塊和實物平臺。方法為：場景仿真模塊按預(yù)設(shè)腳本運行，產(chǎn)生格式化消息；各個節(jié)點按場景腳本在指定地圖上行進，在運行過程中，如發(fā)現(xiàn)環(huán)境變化，則通知仿真主控制程序調(diào)整信道傳輸仿真模塊中鏈路模型；信道傳輸仿真模塊通過仿真主控制程序轉(zhuǎn)換接收場景仿真模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息；通過網(wǎng)絡(luò)仿真模塊將數(shù)據(jù)包的丟包情況實時反饋給仿真主控制模塊，仿真主控制模塊根據(jù)丟包情況映射到場景仿真各個節(jié)點推演流程，模擬復(fù)雜環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸對場景仿真的影響，形成仿真閉環(huán)。本發(fā)明滿足了多種綜合仿真的需要，降低了系統(tǒng)開發(fā)周期和難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及系統(tǒng)仿真軟件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種多節(jié)點綜合仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模數(shù)和復(fù)雜度快速上升，硬件設(shè)備研制成本高、開發(fā)周期長、糾錯成本高，通過硬件設(shè)備堆疊的方式完成網(wǎng)絡(luò)功能驗證越來越困難。一般在硬件設(shè)備研制前，先進行場景應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信協(xié)議等模塊仿真，用以評估方案是否滿足設(shè)計要求，以減少后期研制風(fēng)險；而具體模塊仿真時都會針對場景應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)層、物理層等協(xié)議算法進行分層、分模塊仿真，也即：(1)利用VR-Force等場景仿真軟件，可對戰(zhàn)術(shù)指揮訓(xùn)練、兵力生成以及人在回路中的模擬訓(xùn)練等進行仿真模擬；(2)利用OPNET、QualNet、NS等網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，對路由協(xié)議、接入控制算法等進行多用戶節(jié)點仿真，可對網(wǎng)絡(luò)負載、端到端延遲、接入成功率等進行仿真模擬；(3)利用MATLAB、Simulink等數(shù)字信號仿真軟件，對調(diào)制解調(diào)、編解碼、擴頻解擴、上下變頻、鏈路模型等進行仿真模擬。上述各仿真軟件能夠在評估方案是否滿足設(shè)計要求、指導(dǎo)系統(tǒng)研制實現(xiàn)等方面發(fā)揮積極作用，但對于各模塊之間的相互影響多以靜態(tài)模型體現(xiàn)，不能反應(yīng)系統(tǒng)運行過程中的真實環(huán)境變化。

具體而言，現(xiàn)有仿真模型一般先于硬件研制或與硬件設(shè)備研制同步進行，待硬件設(shè)備研制完成后，再將各算法移植至硬件設(shè)備開展系統(tǒng)驗證，該過程存在以下缺陷：(1)一般僅針對場景、網(wǎng)絡(luò)仿真、通信仿真及信道模型仿真等某一軟件協(xié)議或功能模塊進行單獨仿真，缺乏從上層到下完整的系統(tǒng)仿真結(jié)果和綜合評價能力，例如場景仿真過程中的復(fù)雜地形環(huán)境影響、節(jié)點平臺相互位置變化會導(dǎo)致通信鏈路狀態(tài)變化，而通信鏈路狀態(tài)變化又會影響網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、業(yè)務(wù)傳輸成功率，進而影響場景仿真，而現(xiàn)有仿真系統(tǒng)無法體現(xiàn)這一相互影響的關(guān)聯(lián)關(guān)系；(2)各模塊相互之間影響只能通過簡化模型去逼近，在仿真過程中只能采用單一模型去逼近，模型無法結(jié)合場景仿真過程中動態(tài)反應(yīng)鏈路變化，仿真與真實環(huán)境差異較大；(3)一般在通信仿真過程中會引入實物平臺仿真，但是其它模塊仿真較少將實物平臺引入仿真系統(tǒng)進行整體評估，模型環(huán)境整體偏向理想環(huán)境，仿真模型與真實環(huán)境存在差異；(4)設(shè)計初期系統(tǒng)仿真驗證充分性不足，系統(tǒng)建模不夠完備、不確定性大，導(dǎo)致后期問題處理代價較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種集場景仿真、網(wǎng)絡(luò)仿真、通信仿真及信道模型仿真為一體的多節(jié)點綜合仿真系統(tǒng)及方法，從而實現(xiàn)系統(tǒng)級仿真，并能夠?qū)⒏鱾€仿真模塊相互耦合進行總體性能評估與分析。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種多節(jié)點綜合仿真系統(tǒng)，包括場景仿真模塊、仿真主控模塊、網(wǎng)絡(luò)仿真模塊、信道傳輸仿真模塊和實物平臺；

所述場景仿真模塊，采用VR-Force仿真軟件實現(xiàn)，模擬戰(zhàn)術(shù)級通信網(wǎng)絡(luò)仿真場景，并模擬多種傳感器數(shù)據(jù)生成作為業(yè)務(wù)原始數(shù)據(jù)源，對包括城市空間、山地、叢林、島嶼的復(fù)雜地形及惡劣電磁環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)運用進行仿真模擬，為實際使用提供參考建議；

所述仿真主控模塊，包括消息處理器、狀態(tài)控制模塊及仿真性能統(tǒng)計模塊，用于完成包括目標軌跡、己方狀態(tài)、協(xié)同控制、指揮命令、網(wǎng)管信令、傳感器原始數(shù)據(jù)的各類數(shù)據(jù)的格式化處理及指令映射、仿真劇情腳本設(shè)計、性能統(tǒng)計；

所述網(wǎng)絡(luò)仿真模塊，采用OPNET或QualNet仿真軟件，用于完成無線自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真、MAC接入算法仿真以及密集節(jié)點組網(wǎng)情況下對網(wǎng)絡(luò)容量、信道阻塞進行仿真；