一種基于TDMA的可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)模擬方法

岳鵬 萬佳君

【摘要】 本文闡述了國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)的發(fā)展歷程，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提出了一種基于TDMA的可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)模擬方法，并對其進(jìn)行了技術(shù)分析。

【關(guān)鍵詞】 TDMA 網(wǎng)絡(luò)模擬 同步

Study on Joint Tactical Radio System Yue Peng

Abstract： This paper describes the development process of network simulation technology at home and abroad，and puts forward a method based on TDMA to expand network simulation for the deficiency of the existing technology.

Key words： TDMA； network simulation； synchronization

一、概述

近年來國內(nèi)外在網(wǎng)絡(luò)模擬器方面開展的研究較多，對取得的研究成果進(jìn)行分析，按照實現(xiàn)方式可以將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)模擬器分為兩類：純軟件模擬器和軟硬件結(jié)合模擬器。純軟件模擬器成本低廉，但是純軟件模擬器與所有調(diào)試的協(xié)議代碼的耦合性較大，而且模擬的精度低，無法適用于一些特殊場合。

與純軟件模擬器相比，軟硬件結(jié)合模擬器雖然需要額外的硬件支持，但是模擬精度高、實時性強(qiáng)，并且可以通過提供標(biāo)準(zhǔn)接口使模擬器與協(xié)議代碼之間完全隔離，減少模擬器與協(xié)議之間的耦合性。

在軟硬件結(jié)合的模擬器方面，近年來各研究機(jī)構(gòu)也取得了一定的研究成果，構(gòu)造了不少網(wǎng)絡(luò)模擬系統(tǒng)，但這些設(shè)備普遍存在如下不足：第一，不能模擬隱終端和暴露終端問題；第二，不能模擬與拓?fù)溆嘘P(guān)的協(xié)議；第三，仿真系統(tǒng)的規(guī)模依賴串口卡所提供的串口數(shù)量，因此可擴(kuò)展性較差；第四，模擬器無法模擬結(jié)點的移動性，因而不能模擬動態(tài)拓?fù)?；第五，模擬器采用虛擬設(shè)備的方法模擬無線網(wǎng)絡(luò)特性，但是虛擬設(shè)備增多時精度降低。

二、可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)模擬方法

通過對現(xiàn)有的軟硬件結(jié)合模擬器進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)普遍存在可擴(kuò)展性差或只能模擬某一層協(xié)議等缺點，本方法立足真實模擬TDMA網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，由至少兩個終端和一個網(wǎng)絡(luò)模擬控制器組成，可根據(jù)組網(wǎng)規(guī)模級聯(lián)擴(kuò)展增加，每個終端均內(nèi)嵌一塊時鐘處理板和以太網(wǎng)卡。時鐘處理板與網(wǎng)絡(luò)模擬控制器時鐘處理模塊連接，用來接收統(tǒng)一的時鐘同步信號；以太網(wǎng)卡與控制平臺連接，用來收發(fā)控制平臺發(fā)送的消息。

2.1 高精度同步組網(wǎng)技術(shù)

終端加電工作后，自動提取存儲單元的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)文件是各個終端入網(wǎng)認(rèn)證的唯一標(biāo)識。在終端人機(jī)交互界面設(shè)置終端啟動參數(shù)，選擇成員編號、成員類型、工作模式、工作參數(shù)信息，并指定是否承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)時鐘同步基準(zhǔn)的責(zé)任，即是否作為主站建立網(wǎng)絡(luò)。

選定承擔(dān)時間同步基準(zhǔn)的終端設(shè)置啟動參數(shù)后，主站通過時鐘處理板將向外廣播發(fā)送同步信號。為了保證時鐘信號穩(wěn)定、可靠、長距離傳輸，本方法使用差分傳輸技術(shù)，采用RS-485總線進(jìn)行時鐘信號的發(fā)送和接收，設(shè)計完成網(wǎng)絡(luò)模擬控制器，非時間同步基準(zhǔn)終端（即從站）通過網(wǎng)絡(luò)模擬控制器接收到時鐘同步基準(zhǔn)的消息后入網(wǎng)，獲取當(dāng)前時隙的時元、時幀、時隙號，與基準(zhǔn)時間統(tǒng)一，可實現(xiàn)平臺消息的收發(fā)。

2.2 TDMA無線信道數(shù)據(jù)傳輸模擬技術(shù)

在以太網(wǎng)正常工作情況下，任何兩個結(jié)點之間都是連通的，并且數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生差錯的概率非常小。為了模擬無線結(jié)點不連通和傳輸差錯的場景，通過開發(fā)組網(wǎng)控制軟件來控制時鐘處理板來模擬鏈路傳輸?shù)耐〝嗪筒铄e。

可根據(jù)用戶實際需求，在網(wǎng)絡(luò)模擬控制器人機(jī)交互界面設(shè)置終端的通信半徑和各個終端信息收發(fā)的誤碼率，也可隨時修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使指定退網(wǎng)的終端脫離時鐘同步基準(zhǔn)的覆蓋，從而實現(xiàn)退網(wǎng)的管理。

在網(wǎng)絡(luò)模擬控制器有視頻輸出接口，可外接顯示器對網(wǎng)絡(luò)成員進(jìn)行監(jiān)視和管理；此外，網(wǎng)絡(luò)模擬控制器可進(jìn)行級聯(lián)，通過級聯(lián)可使更多的終端進(jìn)行組網(wǎng)，任意一個終端入網(wǎng)、故障、脫網(wǎng)均能在網(wǎng)絡(luò)模擬控制器的顯示界面查看。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)模擬控制器停止運行，執(zhí)行退網(wǎng)處理，在網(wǎng)絡(luò)模擬控制器人機(jī)界面可見網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，曾經(jīng)入網(wǎng)的終端都隨之消失。

三、小結(jié)

本設(shè)計為實驗室模擬系統(tǒng)提供一套廉價、易控的基于有線時隙同步的可擴(kuò)展組網(wǎng)控制方法，從整個系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)工作流程、信息處理等方面深入研究，徹底解決了網(wǎng)絡(luò)模擬的可擴(kuò)展性差、各層協(xié)議模擬困難、有線模擬組網(wǎng)差錯傳輸不可控制的問題。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 戰(zhàn)術(shù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)模擬器的設(shè)計與實現(xiàn)，系統(tǒng)仿真學(xué)報，蘭明蛟 彭來獻(xiàn) 田暢，2008

[2] 基于TDMA短波通信網(wǎng)絡(luò)的仿真，現(xiàn)代電子技術(shù)，張雅，2012

[3] TDMA網(wǎng)絡(luò)及通信信道模擬系統(tǒng)地設(shè)計與實現(xiàn)，軍事通信技術(shù)，成昂軒 彭來獻(xiàn) 田暢，2008

[4] TDMA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的關(guān)鍵技術(shù)—時隙同步技術(shù)，應(yīng)用科技，張菊茜 眭衍銘，2001