戰(zhàn)術(shù)通信子網(wǎng)建模及仿真研究

盧穎,鐘聯(lián)炯

摘? 要： 針對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)中信息傳遞的層級(jí)關(guān)系特征，采用多頻分層技術(shù)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真建模。通過引入營連級(jí)通信場景，給出子網(wǎng)成員節(jié)點(diǎn)和簇首節(jié)點(diǎn)的仿真模型及實(shí)現(xiàn)描述，并提出了一種簡單有效的路由表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在模型節(jié)點(diǎn)域中進(jìn)行加載。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該仿真建模方法具有一定可行性，用其搭建仿真網(wǎng)絡(luò)可有效客觀地反映通信子網(wǎng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 通信子網(wǎng)； 多頻分層； 分層分布式； 節(jié)點(diǎn)建模

中圖分類號(hào)： TN915?34?????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A??????????????????????? 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）23?0044?03

Abstract：For?the?characteristics?of?hierarchical?relationship?of?information?transfer?in?tactical?communication?sub?network， multi?frequency hierarchical technology is used to implement simulation modeling. The?simulation?model?and?description?of?member?nodes and?the?cluster?head?node?are offered?through introducing battalion?level?communication?scenario. A simple and effective routing data structure is proposed， which can loaded in node fields of model. The?experiment?result?demonstrates?the?methods?mentioned above are?feasible.?The simulation?network built with this method???can?effectively?reflect?the?performance?indicators?of?the communication?sub?network.

Keywords：?communication?sub?network； multi?frequency hierarchy； hierarchical distribution； node modeling

0? 引? 言

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括戰(zhàn)區(qū)到各級(jí)機(jī)動(dòng)部隊(duì)的作戰(zhàn)指揮通信。按照戰(zhàn)時(shí)需求，建立能在復(fù)雜環(huán)境下提供安全、可靠、高效的通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，是戰(zhàn)時(shí)通信的關(guān)鍵保障[1]。采用合適的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)于保障通信可靠性和網(wǎng)絡(luò)性能極為重要。戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)中信息的傳遞呈現(xiàn)出一種“縱向化”的特征[2]。指揮控制信息一般自上而下，而態(tài)勢感知信息一般由下而上，每一級(jí)中心節(jié)點(diǎn)都必須對(duì)這些信息統(tǒng)一匯總，分析處理后再向上級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)或向下級(jí)單元分發(fā)，節(jié)點(diǎn)之間存在著一定的隸屬關(guān)系。根據(jù)這種作戰(zhàn)指揮的特點(diǎn)及數(shù)據(jù)采集和發(fā)布的層級(jí)關(guān)系，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模式應(yīng)采用分層分級(jí)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。本文根據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重點(diǎn)研究如何有效進(jìn)行多層分布式體系結(jié)構(gòu)的仿真建模。通過在網(wǎng)絡(luò)各層的終端節(jié)點(diǎn)模型中分別創(chuàng)建單、雙收發(fā)信機(jī)，結(jié)合分頻的方法建立了多層結(jié)構(gòu)模型，從而有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的仿真。

1? 多層分布式結(jié)構(gòu)建模及實(shí)現(xiàn)

1.1? 多層分布式模型

多層分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可被劃分為多個(gè)簇，簇內(nèi)包括一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)和若干成員，只有簇首才能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的路由信息。若干簇首節(jié)點(diǎn)可以形成高一級(jí)的子網(wǎng)，高一級(jí)子網(wǎng)的簇首又可再次分簇[3?4]。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)本身擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，仿真模型的分層分布多是參考部隊(duì)編制及組網(wǎng)功能的層次關(guān)系。根據(jù)子網(wǎng)通信的需求，該體系結(jié)構(gòu)可以通過多頻分層組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。模型中可通過為子網(wǎng)簇首節(jié)點(diǎn)設(shè)置雙收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)這種多層次的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

具體建模時(shí)可設(shè)置子網(wǎng)中非簇首節(jié)點(diǎn)為單收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)，只擁有一對(duì)收發(fā)信機(jī)，同一子網(wǎng)的各站點(diǎn)收發(fā)信機(jī)采用相同通信頻率；簇首節(jié)點(diǎn)則設(shè)置為雙收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)，擁有收發(fā)信機(jī)0和收發(fā)信機(jī)1。收發(fā)信機(jī)0負(fù)責(zé)與本子網(wǎng)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，因此采用的通信頻率與本子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)相同；收發(fā)信機(jī)1負(fù)責(zé)與上層子網(wǎng)通信，因此其頻率同上層子網(wǎng)一致。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，如果是發(fā)往本子網(wǎng)內(nèi)地址，則通過其發(fā)信機(jī)直接發(fā)送；如果要發(fā)往其他子網(wǎng)，則先要發(fā)往簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)通過收發(fā)信機(jī)0接收到數(shù)據(jù)幀，再利用發(fā)信機(jī)1進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。采用上述方法，能解決網(wǎng)絡(luò)中任意兩點(diǎn)之間相互通信的需求。仿真實(shí)現(xiàn)時(shí)需要設(shè)置模型中收發(fā)信機(jī)的通信頻率、數(shù)據(jù)發(fā)送速率、支持的數(shù)據(jù)包格式、帶寬等，而以上參數(shù)需根據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而定。

1.2? 單收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)的建模

單收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)是多層分布式戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)中最底層子網(wǎng)的組成元素。此類節(jié)點(diǎn)只能與同一網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)通信，若要與其他子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信則需要經(jīng)過簇首節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。由于所研究戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)是采用OPNET仿真軟件搭建其網(wǎng)絡(luò)模型的，因此本文將介紹采用OPNET Modeler創(chuàng)建單收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)模型的方法，如圖1（a）所示。

該節(jié)點(diǎn)模型包含數(shù)據(jù)源模塊、MAC層接口模塊、MAC層模塊、信宿模塊、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)模塊，每個(gè)模塊都有相應(yīng)的進(jìn)程模型支持[5?6]。其中，wlan_port_tx0是無線發(fā)射機(jī)，負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)所要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到無線信道上；wlan_port_rx0是無線接收機(jī)，負(fù)責(zé)接收檢測信道的使用情況并獲取信道上的數(shù)據(jù)幀[7]。

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圖1 單、雙收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)模型

1.3? 雙收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)建模

雙收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成多層分布式戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)高層子網(wǎng)的組成元素，也正是通過為該層節(jié)點(diǎn)模型的兩對(duì)收發(fā)信機(jī)設(shè)置不同的頻段，從而實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的分層。該節(jié)點(diǎn)擁有兩對(duì)收發(fā)信機(jī)，一對(duì)負(fù)責(zé)和底層網(wǎng)絡(luò)通信，另一對(duì)負(fù)責(zé)和上層網(wǎng)絡(luò)通信。在OPNET 節(jié)點(diǎn)模型編輯器中建立雙收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)模型，如圖1（b）所示。

雙收發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)模型能使得同一站點(diǎn)與兩個(gè)子網(wǎng)之間進(jìn)行通信，具體實(shí)現(xiàn)過程需要在wlan_mac_intf進(jìn)程模型中加載網(wǎng)絡(luò)的路由信息，站點(diǎn)在接收到上層數(shù)據(jù)幀或下層數(shù)據(jù)幀后，將根據(jù)路由表將數(shù)據(jù)幀分發(fā)到相應(yīng)的進(jìn)程模型進(jìn)行處理。過程如下：當(dāng)wlan_mac_intf接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，首先判斷其目標(biāo)地址，如果是自身則直接發(fā)往Sink模塊進(jìn)行銷毀，否則根據(jù)路由信息計(jì)算出應(yīng)發(fā)向的目標(biāo)地址。若為下層子網(wǎng)，則發(fā)向wireless_lan_mac競爭信道，然后通過wlan_port_tx0發(fā)送；若為上層子網(wǎng)，則先發(fā)向wireless_lan_mac1，再通過wlan_port_tx1進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

2? 仿真網(wǎng)絡(luò)模型建立

2.1? 仿真場景描述

建立網(wǎng)絡(luò)仿真模型如下：仿真場景為一個(gè)兩級(jí)分布式通信網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。該網(wǎng)絡(luò)包含四個(gè)“連”網(wǎng)：company_subnet1～company_subnet4；一個(gè)“營”網(wǎng)：company_subnet0。每個(gè)“連”網(wǎng)內(nèi)設(shè)置四個(gè)通信終端，而營層子網(wǎng)由一個(gè)營網(wǎng)的簇首節(jié)點(diǎn)和四個(gè)連網(wǎng)的簇首組成。該通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)由簇首節(jié)點(diǎn)的雙收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

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圖2 仿真網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以company_subnet1為例，其中的node1.0～node_1.2為單收發(fā)機(jī)站點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一對(duì)收發(fā)信機(jī)，每個(gè)站點(diǎn)的收發(fā)信機(jī)采用同一頻段。node_1.3為簇首，設(shè)置雙收發(fā)信機(jī)，它負(fù)責(zé)將node_1.0～node_1.3發(fā)往其他子網(wǎng)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀準(zhǔn)確轉(zhuǎn)發(fā)。node_1.3所設(shè)置的收發(fā)信機(jī)0采用的頻率和node_1.0～node_1.2相同，子網(wǎng)中的其他站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)幀，首先查看該數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址，如果目標(biāo)地址是node_1.0～node_1.2中的某一個(gè)，則不接收該數(shù)據(jù)幀；如果該數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址是node_1.3，則進(jìn)行接收，并做相應(yīng)處理；如果目標(biāo)地址是本子網(wǎng)以外站點(diǎn)，則接收該數(shù)據(jù)幀，同時(shí)由收發(fā)信機(jī)1轉(zhuǎn)發(fā)到該目標(biāo)地址所在子網(wǎng)的簇首節(jié)點(diǎn)，再由簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送到目標(biāo)站點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)雙收發(fā)信機(jī)站點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)幀后，根據(jù)目標(biāo)站點(diǎn)發(fā)往相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)stream，分別有三個(gè)stream處理：如果數(shù)據(jù)幀目標(biāo)地址域是本站點(diǎn)則通過stream0，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給sink模塊處理；如果數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址是本子網(wǎng)內(nèi)站點(diǎn)，則由與stream1所對(duì)應(yīng)的與底層站點(diǎn)通信的收發(fā)信機(jī)處理；如果數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址為其他子網(wǎng)的站點(diǎn)，則由與stream2所對(duì)應(yīng)的與高層站點(diǎn)通信的收發(fā)信機(jī)處理。

2.2? 路由表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)在節(jié)點(diǎn)模型的“wlan_mac_intf”模塊加載了自定義的轉(zhuǎn)發(fā)路由表。所提出的路由表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體如圖3所示，其中Group0～Group4代表子網(wǎng)company_subnet0～company_subnet4。全網(wǎng)各站點(diǎn)MAC地址統(tǒng)一編號(hào)從0～20，每個(gè)群首有兩個(gè)MAC地址，分網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)外，如3，7，11，15號(hào)節(jié)點(diǎn)在上層子網(wǎng)中對(duì)應(yīng)的MAC地址為17，18，19，20。矩陣的第一列表示節(jié)點(diǎn)所處網(wǎng)絡(luò)層級(jí)（0為連級(jí)節(jié)點(diǎn)，1為營級(jí)節(jié)點(diǎn)）；第二列表示節(jié)點(diǎn)在子網(wǎng)內(nèi)的MAC地址；第三列表示所對(duì)應(yīng)群首的MAC地址；第四列表示所對(duì)應(yīng)群首的上層MAC地址。

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圖3 路由信息數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

表1，表2舉例說明了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)所發(fā)送數(shù)據(jù)的具體路由傳遞關(guān)系。

表1 營長節(jié)點(diǎn)16的路由表

[src_address＼&；dest_address＼&；行為＼&；*＼&；16＼&；接收＼&；16＼&；*＼&；發(fā)往對(duì)應(yīng)群首（3，7，11，15）＼&；]

注：*表示除16號(hào)節(jié)點(diǎn)之外的其他節(jié)點(diǎn)。

表2 連長站點(diǎn)3的路由表

[src_address＼&；dest_address＼&；行為＼&；3＼&；0，1，2＼&；通過發(fā)信機(jī)0發(fā)送＼&；0，1，2＼&；3＼&；通過收信機(jī)1接收＼&；3＼&；4～16＼&；通過發(fā)信機(jī)1發(fā)送＼&；4～16＼&；3＼&；通過收信機(jī)1接收＼&；4～16＼&；0，1，2＼&；通過收信機(jī)1接收，通過發(fā)信機(jī)0

轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)（0，1，2）＼&；0，1，2＼&；4～16＼&；通過收信機(jī)0接收，通過發(fā)信機(jī)1

轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)群首（7，11，15，16）＼&；]

3? 仿真實(shí)例與模型驗(yàn)證

3.1? 業(yè)務(wù)模型參數(shù)

（1） 平均業(yè)務(wù)量強(qiáng)度

如表3所示，仿真時(shí)分別加載三種不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S1，][S2，][S3。]

表3 三種不同業(yè)務(wù)強(qiáng)度

[業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S1]/（Kb/s）＼&；業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S2]/（Kb/s）＼&；業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S3]/（Kb/s）＼&；44.14＼&；25.78＼&；6.65＼&；]

三種業(yè)務(wù)流量的產(chǎn)生模型包括話音業(yè)務(wù)流模型和數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)模型。話音業(yè)務(wù)采用的是兩態(tài)馬爾科夫過程模型[8]，平均包大小為80 B；數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)采用的是自相似過程[9]，包大小服從均值為512 B的指數(shù)分布。

3.2? 仿真實(shí)驗(yàn)及分析

在三種業(yè)務(wù)流量強(qiáng)度下，通信帶寬為128 Kb，256 Kb，512 Kb時(shí)，仿真軟件運(yùn)行60 min。圖4（a）和（b）分別給出了三種帶寬下網(wǎng)絡(luò)的平均延遲和平均丟包率性能指標(biāo)。橫軸為仿真時(shí)間（單位為s），縱軸為平均延遲（單位為s）和丟包率。

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圖4 512 Kb/256 Kb/128 Kb帶寬下延遲和丟包率性能

由圖4可知，三種帶寬下的網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包率是隨著業(yè)務(wù)量強(qiáng)度的增加而逐漸遞增的。512 Kb通信帶寬，業(yè)務(wù)強(qiáng)度達(dá)[S1]時(shí)，網(wǎng)絡(luò)平均端到端延遲為2.46 s，丟包率達(dá)32.55%；[S2]時(shí)為0.58 s，丟包率為2.8%；[S3]時(shí)為0.41 s，丟包率為0.7%。根據(jù)結(jié)果分析可知，[S1]強(qiáng)度下，延遲時(shí)間上升較快且丟包率過高，不符合戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求，而[S3]時(shí)情況較為理想。256 Kb帶寬，[S1]業(yè)務(wù)強(qiáng)度時(shí)端到端延遲為4.4 s，丟包率達(dá)56.6%；[S2]時(shí)為3.6 s，丟包率達(dá)35.03%；[S3]時(shí)，延遲0.48 s，丟包率達(dá)0.08%。[S1，][S2]強(qiáng)度下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果均超出技術(shù)指標(biāo)范圍，無法滿足需求。128 Kb帶寬下，[S1，][S2]強(qiáng)度時(shí)丟包率非常高；[S3]下延遲為0.41 s，由于負(fù)載較輕丟包現(xiàn)象幾乎未明顯看到。同樣，[S1，][S2]強(qiáng)度下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果也無法達(dá)到戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求。

隨著業(yè)務(wù)流量的強(qiáng)度遞增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷愈來愈重，鏈路利用率不斷提高，由此吞吐量增大并趨于飽和，同時(shí)由終端節(jié)點(diǎn)對(duì)信道訪問競爭的越發(fā)激烈，使得數(shù)據(jù)包的延遲和排隊(duì)情況惡化，進(jìn)而加劇了網(wǎng)絡(luò)的丟包現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，該兩層分布式通信子網(wǎng)在通信帶寬為512 Kb，業(yè)務(wù)流量強(qiáng)度為[S3]時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)較為理想。

4? 結(jié)? 語

本文對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信子網(wǎng)仿真建模過程中所涉及到的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)建模問題進(jìn)行了研究及探討。給出在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模型中分別設(shè)置單、雙收發(fā)信機(jī)采用分頻分層技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分層的具體方案，為戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及性能分析提供了技術(shù)依據(jù)。

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[8] ERRAMILLI A，WANG J L. Monitoring packet traffic levels [C]// Proceedings of GLOBECOM4. San Francisco， CA： [s.n.]， 1994： 274?280.

[9] ADDIER R， ZUKERMAN M， NEAME T. Fractal traffic measurement， modeling and performance evaluation [C]// Proceedings of INFOCOM95. Boston， MA： [s.n.]， 1995： 977?984.

轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)（0，1，2）＼&；0，1，2＼&；4～16＼&；通過收信機(jī)0接收，通過發(fā)信機(jī)1

轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)群首（7，11，15，16）＼&；]

3? 仿真實(shí)例與模型驗(yàn)證

3.1? 業(yè)務(wù)模型參數(shù)

（1） 平均業(yè)務(wù)量強(qiáng)度

如表3所示，仿真時(shí)分別加載三種不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S1，][S2，][S3。]

表3 三種不同業(yè)務(wù)強(qiáng)度

[業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S1]/（Kb/s）＼&；業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S2]/（Kb/s）＼&；業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S3]/（Kb/s）＼&；44.14＼&；25.78＼&；6.65＼&；]

三種業(yè)務(wù)流量的產(chǎn)生模型包括話音業(yè)務(wù)流模型和數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)模型。話音業(yè)務(wù)采用的是兩態(tài)馬爾科夫過程模型[8]，平均包大小為80 B；數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)采用的是自相似過程[9]，包大小服從均值為512 B的指數(shù)分布。

3.2? 仿真實(shí)驗(yàn)及分析

在三種業(yè)務(wù)流量強(qiáng)度下，通信帶寬為128 Kb，256 Kb，512 Kb時(shí)，仿真軟件運(yùn)行60 min。圖4（a）和（b）分別給出了三種帶寬下網(wǎng)絡(luò)的平均延遲和平均丟包率性能指標(biāo)。橫軸為仿真時(shí)間（單位為s），縱軸為平均延遲（單位為s）和丟包率。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼39t4.tif>；

圖4 512 Kb/256 Kb/128 Kb帶寬下延遲和丟包率性能

由圖4可知，三種帶寬下的網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包率是隨著業(yè)務(wù)量強(qiáng)度的增加而逐漸遞增的。512 Kb通信帶寬，業(yè)務(wù)強(qiáng)度達(dá)[S1]時(shí)，網(wǎng)絡(luò)平均端到端延遲為2.46 s，丟包率達(dá)32.55%；[S2]時(shí)為0.58 s，丟包率為2.8%；[S3]時(shí)為0.41 s，丟包率為0.7%。根據(jù)結(jié)果分析可知，[S1]強(qiáng)度下，延遲時(shí)間上升較快且丟包率過高，不符合戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求，而[S3]時(shí)情況較為理想。256 Kb帶寬，[S1]業(yè)務(wù)強(qiáng)度時(shí)端到端延遲為4.4 s，丟包率達(dá)56.6%；[S2]時(shí)為3.6 s，丟包率達(dá)35.03%；[S3]時(shí)，延遲0.48 s，丟包率達(dá)0.08%。[S1，][S2]強(qiáng)度下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果均超出技術(shù)指標(biāo)范圍，無法滿足需求。128 Kb帶寬下，[S1，][S2]強(qiáng)度時(shí)丟包率非常高；[S3]下延遲為0.41 s，由于負(fù)載較輕丟包現(xiàn)象幾乎未明顯看到。同樣，[S1，][S2]強(qiáng)度下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果也無法達(dá)到戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求。

隨著業(yè)務(wù)流量的強(qiáng)度遞增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷愈來愈重，鏈路利用率不斷提高，由此吞吐量增大并趨于飽和，同時(shí)由終端節(jié)點(diǎn)對(duì)信道訪問競爭的越發(fā)激烈，使得數(shù)據(jù)包的延遲和排隊(duì)情況惡化，進(jìn)而加劇了網(wǎng)絡(luò)的丟包現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，該兩層分布式通信子網(wǎng)在通信帶寬為512 Kb，業(yè)務(wù)流量強(qiáng)度為[S3]時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)較為理想。

4? 結(jié)? 語

本文對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信子網(wǎng)仿真建模過程中所涉及到的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)建模問題進(jìn)行了研究及探討。給出在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模型中分別設(shè)置單、雙收發(fā)信機(jī)采用分頻分層技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分層的具體方案，為戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及性能分析提供了技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董保良，周興乾，祁小丁，等.戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)性能評(píng)估指標(biāo)體系[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2013，34（8）：103?106.

[2] PAUL S. Communications networks for the force XXI digitized battlefield [J]. Mobile Network and Applications， 1999， 9（4）： 139?155.

[3] 陳林星.移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)：自組織分組無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[4] 王曉凱，侯朝楨.戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)模型及網(wǎng)絡(luò)管理策略[J].計(jì)算機(jī)工程，2003，29（15）：75?77.

[5] 盧穎，康鳳舉，鐘連炯.一種戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)流的建模方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2011，23（8）：1575?1578.

[6] 陳敏.OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[7] OPNET Technologies Inc.?OPNET technologies [EB/OL].[2014?05?06]. http：//www.opnet.com.

[8] ERRAMILLI A，WANG J L. Monitoring packet traffic levels [C]// Proceedings of GLOBECOM4. San Francisco， CA： [s.n.]， 1994： 274?280.

[9] ADDIER R， ZUKERMAN M， NEAME T. Fractal traffic measurement， modeling and performance evaluation [C]// Proceedings of INFOCOM95. Boston， MA： [s.n.]， 1995： 977?984.

轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)（0，1，2）＼&；0，1，2＼&；4～16＼&；通過收信機(jī)0接收，通過發(fā)信機(jī)1

轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)群首（7，11，15，16）＼&；]

3? 仿真實(shí)例與模型驗(yàn)證

3.1? 業(yè)務(wù)模型參數(shù)

（1） 平均業(yè)務(wù)量強(qiáng)度

如表3所示，仿真時(shí)分別加載三種不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S1，][S2，][S3。]

表3 三種不同業(yè)務(wù)強(qiáng)度

[業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S1]/（Kb/s）＼&；業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S2]/（Kb/s）＼&；業(yè)務(wù)強(qiáng)度[S3]/（Kb/s）＼&；44.14＼&；25.78＼&；6.65＼&；]

三種業(yè)務(wù)流量的產(chǎn)生模型包括話音業(yè)務(wù)流模型和數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)模型。話音業(yè)務(wù)采用的是兩態(tài)馬爾科夫過程模型[8]，平均包大小為80 B；數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)采用的是自相似過程[9]，包大小服從均值為512 B的指數(shù)分布。

3.2? 仿真實(shí)驗(yàn)及分析

在三種業(yè)務(wù)流量強(qiáng)度下，通信帶寬為128 Kb，256 Kb，512 Kb時(shí)，仿真軟件運(yùn)行60 min。圖4（a）和（b）分別給出了三種帶寬下網(wǎng)絡(luò)的平均延遲和平均丟包率性能指標(biāo)。橫軸為仿真時(shí)間（單位為s），縱軸為平均延遲（單位為s）和丟包率。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼39t4.tif>；

圖4 512 Kb/256 Kb/128 Kb帶寬下延遲和丟包率性能

由圖4可知，三種帶寬下的網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包率是隨著業(yè)務(wù)量強(qiáng)度的增加而逐漸遞增的。512 Kb通信帶寬，業(yè)務(wù)強(qiáng)度達(dá)[S1]時(shí)，網(wǎng)絡(luò)平均端到端延遲為2.46 s，丟包率達(dá)32.55%；[S2]時(shí)為0.58 s，丟包率為2.8%；[S3]時(shí)為0.41 s，丟包率為0.7%。根據(jù)結(jié)果分析可知，[S1]強(qiáng)度下，延遲時(shí)間上升較快且丟包率過高，不符合戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求，而[S3]時(shí)情況較為理想。256 Kb帶寬，[S1]業(yè)務(wù)強(qiáng)度時(shí)端到端延遲為4.4 s，丟包率達(dá)56.6%；[S2]時(shí)為3.6 s，丟包率達(dá)35.03%；[S3]時(shí)，延遲0.48 s，丟包率達(dá)0.08%。[S1，][S2]強(qiáng)度下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果均超出技術(shù)指標(biāo)范圍，無法滿足需求。128 Kb帶寬下，[S1，][S2]強(qiáng)度時(shí)丟包率非常高；[S3]下延遲為0.41 s，由于負(fù)載較輕丟包現(xiàn)象幾乎未明顯看到。同樣，[S1，][S2]強(qiáng)度下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果也無法達(dá)到戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求。

隨著業(yè)務(wù)流量的強(qiáng)度遞增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷愈來愈重，鏈路利用率不斷提高，由此吞吐量增大并趨于飽和，同時(shí)由終端節(jié)點(diǎn)對(duì)信道訪問競爭的越發(fā)激烈，使得數(shù)據(jù)包的延遲和排隊(duì)情況惡化，進(jìn)而加劇了網(wǎng)絡(luò)的丟包現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，該兩層分布式通信子網(wǎng)在通信帶寬為512 Kb，業(yè)務(wù)流量強(qiáng)度為[S3]時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)較為理想。

4? 結(jié)? 語

本文對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信子網(wǎng)仿真建模過程中所涉及到的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)建模問題進(jìn)行了研究及探討。給出在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模型中分別設(shè)置單、雙收發(fā)信機(jī)采用分頻分層技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分層的具體方案，為戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及性能分析提供了技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董保良，周興乾，祁小丁，等.戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)性能評(píng)估指標(biāo)體系[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2013，34（8）：103?106.

[2] PAUL S. Communications networks for the force XXI digitized battlefield [J]. Mobile Network and Applications， 1999， 9（4）： 139?155.

[3] 陳林星.移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)：自組織分組無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[4] 王曉凱，侯朝楨.戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)模型及網(wǎng)絡(luò)管理策略[J].計(jì)算機(jī)工程，2003，29（15）：75?77.

[5] 盧穎，康鳳舉，鐘連炯.一種戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)流的建模方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2011，23（8）：1575?1578.

[6] 陳敏.OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[7] OPNET Technologies Inc.?OPNET technologies [EB/OL].[2014?05?06]. http：//www.opnet.com.

[8] ERRAMILLI A，WANG J L. Monitoring packet traffic levels [C]// Proceedings of GLOBECOM4. San Francisco， CA： [s.n.]， 1994： 274?280.

[9] ADDIER R， ZUKERMAN M， NEAME T. Fractal traffic measurement， modeling and performance evaluation [C]// Proceedings of INFOCOM95. Boston， MA： [s.n.]， 1995： 977?984.