一種基于TDMA的可擴展網(wǎng)絡模擬方法

岳鵬 萬佳君

【摘要】 本文闡述了國內外網(wǎng)絡模擬技術的發(fā)展歷程，針對現(xiàn)有技術的不足提出了一種基于TDMA的可擴展網(wǎng)絡模擬方法，并對其進行了技術分析。

【關鍵詞】 TDMA 網(wǎng)絡模擬 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

近年來國內外在網(wǎng)絡模擬器方面開展的研究較多，對取得的研究成果進行分析，按照實現(xiàn)方式可以將現(xiàn)有的網(wǎng)絡模擬器分為兩類：純軟件模擬器和軟硬件結合模擬器。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，并且可以通過提供標準接口使模擬器與協(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。

在軟硬件結合的模擬器方面，近年來各研究機構也取得了一定的研究成果，構造了不少網(wǎng)絡模擬系統(tǒng)，但這些設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，不能模擬與拓撲有關的協(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，因此可擴展性較差；第四，模擬器無法模擬結點的移動性，因而不能模擬動態(tài)拓撲；第五，模擬器采用虛擬設備的方法模擬無線網(wǎng)絡特性，但是虛擬設備增多時精度降低。

二、可擴展網(wǎng)絡模擬方法

通過對現(xiàn)有的軟硬件結合模擬器進行分析，發(fā)現(xiàn)普遍存在可擴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)絡環(huán)境，由至少兩個終端和一個網(wǎng)絡模擬控制器組成，可根據(jù)組網(wǎng)規(guī)模級聯(lián)擴展增加，每個終端均內嵌一塊時鐘處理板和以太網(wǎng)卡。時鐘處理板與網(wǎng)絡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

終端加電工作后，自動提取存儲單元的網(wǎng)絡參數(shù)，網(wǎng)絡參數(shù)文件是各個終端入網(wǎng)認證的唯一標識。在終端人機交互界面設置終端啟動參數(shù)，選擇成員編號、成員類型、工作模式、工作參數(shù)信息，并指定是否承擔網(wǎng)絡時鐘同步基準的責任，即是否作為主站建立網(wǎng)絡。

選定承擔時間同步基準的終端設置啟動參數(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，采用RS-485總線進行時鐘信號的發(fā)送和接收，設計完成網(wǎng)絡模擬控制器，非時間同步基準終端（即從站）通過網(wǎng)絡模擬控制器接收到時鐘同步基準的消息后入網(wǎng)，獲取當前時隙的時元、時幀、時隙號，與基準時間統(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

在以太網(wǎng)正常工作情況下，任何兩個結點之間都是連通的，并且數(shù)據(jù)傳輸產生差錯的概率非常小。為了模擬無線結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)絡模擬控制器人機交互界面設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)絡拓撲結構，使指定退網(wǎng)的終端脫離時鐘同步基準的覆蓋，從而實現(xiàn)退網(wǎng)的管理。

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

當網(wǎng)絡模擬控制器停止運行，執(zhí)行退網(wǎng)處理，在網(wǎng)絡模擬控制器人機界面可見網(wǎng)絡拓撲結構發(fā)生的變化，曾經入網(wǎng)的終端都隨之消失。

三、小結

本設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展組網(wǎng)控制方法，從整個系統(tǒng)架構設計、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)絡模擬的可擴展性差、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

[1] 戰(zhàn)術Ad Hoc網(wǎng)絡模擬器的設計與實現(xiàn)，系統(tǒng)仿真學報，蘭明蛟 彭來獻 田暢，2008

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

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

[4] TDMA網(wǎng)絡協(xié)議的關鍵技術—時隙同步技術，應用科技，張菊茜 眭衍銘，2001