基于HOOK的通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器設(shè)計(jì)

劉存才，梁 禹，袁 舒

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.中國(guó)人民解放軍32180部隊(duì)，北京 100072)

0 引言

在數(shù)字通信領(lǐng)域中，信息與通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮著重要的作用。隨著信息戰(zhàn)的快速發(fā)展，數(shù)字通信網(wǎng)的組成越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)絡(luò)類復(fù)雜系統(tǒng)的依賴性越來(lái)越大，時(shí)延精度要求越來(lái)越高[1]。然而,一般實(shí)驗(yàn)室里的通信環(huán)境缺少對(duì)實(shí)際通信拓?fù)涞哪M，而且實(shí)裝通信設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性要求非常高，因此亟需一種通信系統(tǒng)模擬器[2]來(lái)對(duì)數(shù)字通信網(wǎng)進(jìn)行合理的模擬，在不改變實(shí)裝通信設(shè)備的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，提供高精度的時(shí)延服務(wù)[3]。

目前，大部分針對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的模擬器都是同實(shí)裝通信設(shè)備一起研制[4]，在需求上統(tǒng)一進(jìn)行分析論證，或多或少都需要在實(shí)裝通信設(shè)備中進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)[5]，而且同實(shí)裝通信綁定的模擬器往往局限于特定的適用場(chǎng)景，很難擴(kuò)展到其他領(lǐng)域[6]。因此需要設(shè)計(jì)一種通用的適用于定型之后的通信設(shè)備且對(duì)實(shí)裝通信設(shè)備無(wú)感的通信系統(tǒng)模擬器。

本文針對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種數(shù)字模擬器，能夠模擬數(shù)字通信基礎(chǔ)網(wǎng)的能力，為網(wǎng)絡(luò)信息體系各通信設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)不同介質(zhì)、不同帶寬和不同背景流量情況下傳輸信息提供時(shí)間延遲等通信效果支持，模擬通信傳輸全流程，支撐數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)信息體系全數(shù)字仿真。同時(shí)提出了一種基于HOOK[7]SOCKET[8]的設(shè)計(jì)，不對(duì)實(shí)裝通信設(shè)備進(jìn)行任何更改，使得通信設(shè)備間進(jìn)行無(wú)感操作，提供通信設(shè)備間按需按時(shí)的業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)。

1 通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器包括主機(jī)和端機(jī)兩部分，其中，主機(jī)指通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器的主體軟件部分，部署在獨(dú)立的服務(wù)器上，用于提供通信網(wǎng)絡(luò)模擬服務(wù)。端機(jī)指分布在各模擬通信節(jié)點(diǎn)上的通信模擬代理軟件，主要用于為實(shí)裝通信設(shè)備間的信息傳輸提供通信延遲。通信模擬器主機(jī)、端機(jī)以及模擬通信節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系如圖1所示。

通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器系統(tǒng)運(yùn)行在由交換機(jī)、路由器等構(gòu)成的綜合試驗(yàn)床網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，其中主機(jī)通過(guò)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)與所有模擬通信節(jié)點(diǎn)相連，端機(jī)軟件嵌入到每個(gè)模擬通信節(jié)點(diǎn)設(shè)備中。

圖1 通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器系統(tǒng)組成

1.2 功能組成

通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器功能組成如圖2所示。

圖2 通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器功能組成

1.2.1 模擬器主機(jī)

模擬器主機(jī)用于模擬數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，為模擬通信節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸提供通信延遲、界面顯示以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。主要包括：配置與初始化、業(yè)務(wù)生成、通信路由、時(shí)延計(jì)算、資源管理、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)評(píng)估和通信[9]。

配置與初始化模塊：基于想定和模擬通信節(jié)點(diǎn)的部署情況，配置通信網(wǎng)絡(luò)[10]，包括骨干網(wǎng)拓?fù)洹⒛M通信節(jié)點(diǎn)接入點(diǎn)與接入方式等；設(shè)置各種參數(shù)[11]，包括位置、帶寬、背景流量、節(jié)點(diǎn)地址、模擬通信節(jié)點(diǎn)接入時(shí)延、用于離線工作方式時(shí)的業(yè)務(wù)流量矩陣和業(yè)務(wù)分布等參數(shù)等初始化操作。

業(yè)務(wù)生成模塊：該模塊用于離線工作方式，在離線工作方式時(shí)，模擬器的業(yè)務(wù)生成模塊按想定生成模擬通信節(jié)點(diǎn)之間的通信業(yè)務(wù)，驅(qū)動(dòng)通信模擬器運(yùn)行[12]，模擬結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)；而在在線工作方式時(shí)，模擬通信節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)發(fā)送待傳信息的摘要信息完成業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，模擬結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給目的端機(jī)。

通信路由模塊：基于SPF路由算法[13]對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生到所有其他節(jié)點(diǎn)的初始化備選路由[14]，同時(shí)基于當(dāng)前數(shù)據(jù)包的源和目的地址、鏈路資源狀態(tài)等，動(dòng)態(tài)計(jì)算出通信路由[15]。

時(shí)延計(jì)算模塊：基于通信業(yè)務(wù)信息和通信路由，模擬產(chǎn)生通信延遲τ，該通信延遲涵蓋排隊(duì)時(shí)延、傳輸時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延[16]。

通信資源管理模塊：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的占用與釋放等動(dòng)態(tài)變化與記錄，主要為節(jié)點(diǎn)隊(duì)列資源管理[17]。

數(shù)據(jù)處理模塊：完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，對(duì)通過(guò)通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器主機(jī)的信息交互內(nèi)容按格式進(jìn)行記錄并保存，包括業(yè)務(wù)摘要、主機(jī)發(fā)送消息及返回消息；匹配端機(jī)返回的時(shí)間信息，判斷時(shí)序關(guān)系并分支處理。

統(tǒng)計(jì)評(píng)估模塊：統(tǒng)計(jì)各種數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)傳輸成功率、時(shí)序判斷和平均通信時(shí)延等等，進(jìn)行通信評(píng)估。

通信顯示模塊：提供可視化的通信網(wǎng)模擬界面功能，顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒙酚尚畔ⅰ顟B(tài)輸出信息、業(yè)務(wù)信息以及統(tǒng)計(jì)評(píng)估數(shù)據(jù)等信息。

1.2.2 模擬器端機(jī)

模擬器端機(jī)用于為模擬通信節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸提供通信效果加載。主要包括參數(shù)管理、收發(fā)代理、消息映射以及時(shí)序處理模塊。

參數(shù)管理模塊：負(fù)責(zé)端機(jī)軟件部分的諸如主機(jī)/端機(jī)IP地址、端口號(hào)和在線離線工作方式等參數(shù)配置。

收發(fā)代理模塊：實(shí)現(xiàn)模擬通信節(jié)點(diǎn)的真實(shí)信息的收發(fā)和信息緩存處理。即在信源端，模擬通信節(jié)點(diǎn)生成真實(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，將提取并產(chǎn)生的摘要信息傳給通信模擬器主機(jī)；在信宿端，接收信源模擬通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的真實(shí)數(shù)據(jù)包并進(jìn)行緩存。

消息映射模塊：接收到主機(jī)發(fā)送的通信時(shí)延值時(shí)，根據(jù)主機(jī)傳遞的通信信息與緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)該時(shí)延值與某緩存數(shù)據(jù)包的映射。

時(shí)序處理模塊：根據(jù)映射結(jié)果，判斷時(shí)序關(guān)系并進(jìn)行分支處理。時(shí)序正常時(shí)，在相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)將真實(shí)數(shù)據(jù)包遞交給模擬通信節(jié)點(diǎn)；時(shí)序關(guān)系不滿足時(shí)，立即遞交真實(shí)數(shù)據(jù)包給目的通信節(jié)點(diǎn)，并且記錄異常時(shí)序信息。

1.3 系統(tǒng)流程

通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器系統(tǒng)流程主要分為試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)執(zhí)行以及結(jié)果展示與分析3個(gè)階段，由模擬通信節(jié)點(diǎn)、模擬器主機(jī)以及端機(jī)共同完成全流程，如圖3所示。

圖3 通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器系統(tǒng)流程

1.3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段

在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器系統(tǒng)中的主機(jī)和端機(jī)分別進(jìn)行相應(yīng)的初始化工作。主機(jī)按照初始化配置文件中的試驗(yàn)想定內(nèi)容完成通信網(wǎng)絡(luò)想定編輯(包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、模擬通信節(jié)點(diǎn)部署與接入等)，并進(jìn)行相關(guān)屬性配置(包括帶寬、背景流量、路由協(xié)議、接入時(shí)延和地址信息等各種參數(shù)和屬性)，端機(jī)通過(guò)讀取試驗(yàn)運(yùn)控臺(tái)下發(fā)的初始化配置文件完成地址設(shè)置等初始化工作。

1.3.2 試驗(yàn)執(zhí)行階段

待系統(tǒng)初始化運(yùn)行后進(jìn)行業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，各模擬通信節(jié)點(diǎn)開始進(jìn)行各自數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，模擬通信節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)將摘要信息發(fā)送給通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器主機(jī)。

通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器主機(jī)接收到待傳輸信息的摘要信息后，映射到邏輯拓?fù)涞脑春湍康牟⒆鳛橐粭l邏輯業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)通信網(wǎng)模擬運(yùn)行，自動(dòng)尋找通信路由，結(jié)合需傳輸信息情況、路由、當(dāng)前背景流量和信道特性等，計(jì)算得出該信息傳輸所需要的延時(shí)，并將時(shí)延消息打包發(fā)送給目的通信節(jié)點(diǎn)的端機(jī)軟件。同時(shí)，在該業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、鏈路等通信資源的占用與釋放，最后通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器主機(jī)將相關(guān)資源信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

模擬目的通信節(jié)點(diǎn)的端機(jī)軟件收到模擬源通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的業(yè)務(wù)信息后首先進(jìn)行緩存，待收到主機(jī)發(fā)送的通信時(shí)延消息后，與緩存的業(yè)務(wù)信息進(jìn)行映射，找到與之匹配的業(yè)務(wù)信息，進(jìn)行時(shí)序判斷與處理，等滿足延時(shí)要求后將該業(yè)務(wù)信息遞交給目的模擬通信節(jié)點(diǎn)。

1.3.3 結(jié)果展示與分析

根據(jù)存儲(chǔ)的試驗(yàn)運(yùn)行資源數(shù)據(jù)信息，一方面，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)展示和通信顯示；另一方面，能夠?qū)ο嚓P(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析與評(píng)估，得到本次試驗(yàn)任務(wù)的分析評(píng)估結(jié)果。

2 HOOK SOCKET設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室里的模擬通信節(jié)點(diǎn)大部分為實(shí)裝通信設(shè)備，這些設(shè)備經(jīng)過(guò)試驗(yàn)定型后是不能夠?qū)ζ浯a設(shè)計(jì)進(jìn)行任何的更改，為了達(dá)到目的通信設(shè)備在相應(yīng)的延時(shí)值收到業(yè)務(wù)信息，需要將發(fā)出的業(yè)務(wù)進(jìn)行截取以及緩存，而HOOK(掛鉤)能夠做到通信設(shè)備間的無(wú)感操作，能夠有效地截取源通信設(shè)備發(fā)出的業(yè)務(wù)包。

截取發(fā)送業(yè)務(wù)包的關(guān)鍵在于鉤取SOCKET信息，由于WINDOWS預(yù)設(shè)的消息類型中沒(méi)有直接有關(guān)SOCKET的鉤子定義，因此，需要對(duì)SOCKET的HOOK進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。一種可行的思想是將socket api的函數(shù)入口與所要截取處理的函數(shù)入口進(jìn)行替換，即系統(tǒng)檢測(cè)到發(fā)送socket消息時(shí)，首先進(jìn)入自己的處理函數(shù)中，等待處理完畢后，再調(diào)用真正的底層socket api的函數(shù)發(fā)送該消息。

2.1 DLL加載設(shè)置

HOOK程序需要放到動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中進(jìn)行執(zhí)行，在動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL[18]的DLL_PROCESS_ATTACH初始化中，需要將socket api的函數(shù)入口與自處理程序入口進(jìn)行替換。

以UDP[19]的發(fā)送消息為例，需要執(zhí)行函數(shù)hookapi(“ws2_32.dll”，“sendto”，(DWORD)MySendto，&sendtoapi)。其中，hookapi函數(shù)以及MySendto函數(shù)為自定義函數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)GetProcAddress、OpenProcess以及WriteProcessMemory等函數(shù)將“ws2_32.dll”中的“sendto”函數(shù)入口替換為MySendto函數(shù)入口。這樣一旦系統(tǒng)檢測(cè)到調(diào)用sendto函數(shù)時(shí)，就會(huì)首先跳轉(zhuǎn)到自定義的MySendto函數(shù)中進(jìn)行處理。

2.2 開啟鉤子

只有當(dāng)用戶手動(dòng)選擇開啟鉤子時(shí)，才會(huì)對(duì)發(fā)送的業(yè)務(wù)進(jìn)行截取，此時(shí)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)g_hHook=SetWindowsHookEx(WH_GETMESSAGE，(HOOKPROC)Hook，g_hinstDll，0)，開始安裝SOCKET鉤子。其中g(shù)_hHook為鉤子過(guò)程的句柄；WH_GETMESSAGE表示安裝一個(gè)鉤子過(guò)程對(duì)發(fā)送到消息隊(duì)列的消息進(jìn)行監(jiān)視；HOOK為自定義的鉤子過(guò)程，在該過(guò)程中只需要調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)CallNextHookEx(g_hHook，nCode，wParam，lParam)直接將鉤子信息傳遞給鉤子鏈中下一個(gè)等待接收的信息即可[20]；g_hinstDll為指向鉤子過(guò)程所在的DLL句柄，該值在DLL初始化時(shí)賦值為安裝鉤子過(guò)程的代碼所在的DLL的句柄；由于要截取所有進(jìn)程發(fā)送的業(yè)務(wù)消息，因此，需要將該鉤子程序設(shè)置為全局鉤子，即將指定與鉤子過(guò)程相關(guān)的線程標(biāo)識(shí)設(shè)置為0。

只有調(diào)用SetWindowsHookEx函數(shù)安裝鉤子后，系統(tǒng)才會(huì)開始監(jiān)視所有的隊(duì)列消息，而且只有當(dāng)該隊(duì)列消息為SOCKET發(fā)送消息時(shí)，才會(huì)進(jìn)行函數(shù)入口替換處理，開始進(jìn)行HOOK操作。

2.3 HOOK處理操作

每當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用sendto函數(shù)時(shí)，由于進(jìn)行了函數(shù)入口轉(zhuǎn)換，業(yè)務(wù)截取會(huì)首先在自定義函數(shù)MySendto函數(shù)中進(jìn)行操作。對(duì)鉤住的業(yè)務(wù)包進(jìn)行分析，如果符合相關(guān)的解包協(xié)議，那么進(jìn)行下一步的業(yè)務(wù)解析，否則直接調(diào)用底層真正的sendto api直接發(fā)送該原始業(yè)務(wù)消息。

針對(duì)本文的通信系統(tǒng)模擬器來(lái)說(shuō)，如果截取的業(yè)務(wù)包符合相關(guān)解包協(xié)議，那么會(huì)對(duì)該業(yè)務(wù)包進(jìn)行兩部分的處理：① 直接將該業(yè)務(wù)包發(fā)送至目的端機(jī)緩存起來(lái)；② 抽取該業(yè)務(wù)包的摘要信息發(fā)送給主機(jī)。對(duì)原始業(yè)務(wù)包進(jìn)行相關(guān)操作后，統(tǒng)一調(diào)用底層真正的sendto api發(fā)送函數(shù)。

由于對(duì)系統(tǒng)sendto函數(shù)進(jìn)行了函數(shù)入口替換，為了防止在調(diào)用底層api發(fā)送函數(shù)時(shí)出現(xiàn)死循環(huán)，需要在解析該業(yè)務(wù)包前進(jìn)行判斷。如果該業(yè)務(wù)包為本鉤子DLL發(fā)送或者目的接收通信設(shè)備同本鉤子DLL部署在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，那么不執(zhí)行后續(xù)的解包操作，直接調(diào)用底層真正的sendto api函數(shù)發(fā)送該業(yè)務(wù)包。

2.4 關(guān)閉鉤子

在退出鉤子程序前，需要將sendto函數(shù)的入口還原為ws2_32.dll中sendto api函數(shù)的真正入口，然后調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)UnhookWindowsHookEx將已經(jīng)安裝的鉤子進(jìn)行移除。在關(guān)閉鉤子程序后，系統(tǒng)將不會(huì)對(duì)socket函數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 基于HOOK的通信信息流程

為了更好地說(shuō)明基于HOOK的通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器的信息流程，特定義術(shù)語(yǔ)：

τ0： 節(jié)點(diǎn)接入時(shí)延值，該值為可設(shè)置的固定值；

τ： 通信模擬器主機(jī)計(jì)算出的邏輯通信時(shí)延值(包括了兩端通信節(jié)點(diǎn)的接入時(shí)延值)；

T0：源模擬通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)刻；

T1：目的端機(jī)接收完原始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的時(shí)刻；

T2：目的端機(jī)得知τ(即接收到主機(jī)發(fā)送的τ)的時(shí)刻；

t3：該數(shù)據(jù)的最大可接受延遲值。

由于端機(jī)與模擬通信節(jié)點(diǎn)配置在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，所以端機(jī)可以HOOK住這臺(tái)機(jī)子里系統(tǒng)發(fā)出的所有消息，包括模擬通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的SOCKET消息。在端機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的鉤子程序，每當(dāng)源模擬通信節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，在SOCKET消息發(fā)送出去之前，端機(jī)就可以HOOK該信息，通過(guò)相關(guān)協(xié)議解析該業(yè)務(wù)，封裝新的業(yè)務(wù)發(fā)送目的地址為目的模擬通信節(jié)點(diǎn)處的端機(jī)，同時(shí)抽取出相關(guān)摘要信息發(fā)送給主機(jī)。目的端機(jī)接收到信息后進(jìn)行緩存，當(dāng)接收到主機(jī)發(fā)送的時(shí)延消息后，通過(guò)源和業(yè)務(wù)序列號(hào)進(jìn)行匹配，進(jìn)行時(shí)序處理之后將原業(yè)務(wù)信息按時(shí)發(fā)送給目的通信節(jié)點(diǎn)。基于HOOK的通信信息流程如圖4所示。

由源模擬通信節(jié)點(diǎn)經(jīng)由端機(jī)和主機(jī)發(fā)送業(yè)務(wù)信息至目的模擬通信節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)流程步驟如下：

① 源模擬通信節(jié)點(diǎn)向目的模擬通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送真實(shí)業(yè)務(wù)信息；

② 部署于源模擬通信節(jié)點(diǎn)的端機(jī)使用HOOK截取該真實(shí)業(yè)務(wù)信息，并且對(duì)該業(yè)務(wù)信息進(jìn)行封裝與抽取處理，生成封裝以及摘要兩條業(yè)務(wù)信息；

③ 部署于源模擬通信節(jié)點(diǎn)的端機(jī)將封裝有原始業(yè)務(wù)信息的包發(fā)送給部署于目的模擬通信節(jié)點(diǎn)的端機(jī)，由目的端機(jī)將該業(yè)務(wù)包進(jìn)行緩存；

④ 部署于源模擬通信節(jié)點(diǎn)的端機(jī)同時(shí)向主機(jī)發(fā)送待傳輸信息的摘要信息，包括信息源、信息目的、待傳信息大小、業(yè)務(wù)序列號(hào)、待傳信息時(shí)間發(fā)送時(shí)間T0和最遲可接受延時(shí)t3等；

⑤ 主機(jī)根據(jù)摘要信息自動(dòng)尋找通信路由，結(jié)合需傳輸信息情況、當(dāng)前背景流量、信道特性等，計(jì)算得出該信息傳輸所需要的通信延時(shí)τ；

⑥ 主機(jī)將τ，T0，t3值等時(shí)延信息包發(fā)送給部署于目的模擬通信節(jié)點(diǎn)的端機(jī)；

⑦ 目的端機(jī)將業(yè)務(wù)信息與時(shí)延信息進(jìn)行映射并且判斷時(shí)間關(guān)系，當(dāng)T1≤T0+τ且T2≤T0+τ且τ≤t3時(shí)，目的端機(jī)等待到T0+τ時(shí)刻將真實(shí)業(yè)務(wù)信息遞交給目的模擬通信節(jié)點(diǎn)；當(dāng)時(shí)間關(guān)系不滿足以上要求時(shí)，在目的端機(jī)收到主機(jī)發(fā)來(lái)的時(shí)延信息時(shí)立即將真實(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)遞交給目的模擬通信節(jié)點(diǎn)，并且記錄該異常時(shí)序信息[21]；

⑧ 目的端機(jī)將映射信息反饋給主機(jī)，主機(jī)同步判斷時(shí)間關(guān)系，當(dāng)滿足T1≤T0+τ且T2≤T0+τ且τ≤t3時(shí)，主機(jī)正常記錄并且顯示該業(yè)務(wù)的傳輸信息，當(dāng)不滿足上述時(shí)間關(guān)系時(shí)，主機(jī)記錄該異常時(shí)序信息。

圖4 基于HOOK的通信信息流程

4 通信模擬器軟件界面展示

基于HOOK的通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器設(shè)計(jì)，本文研發(fā)了一款通信模擬器軟件，其軟件界面示意如圖5所示。

模擬器主機(jī)采用MAPX[22]插件展示通信以及通信設(shè)備節(jié)點(diǎn)拓?fù)湫畔ⅲ軌蜻M(jìn)行地圖的縮放、移動(dòng)、拖拽和單擊雙擊等操作。每當(dāng)模擬通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送一條信息時(shí)，在地圖上動(dòng)態(tài)顯示該業(yè)務(wù)信息的傳輸路徑，在業(yè)務(wù)信息輸出窗口顯示該業(yè)務(wù)信息的摘要信息、時(shí)延、路由以及傳輸成功與否等信息，在左側(cè)的統(tǒng)計(jì)評(píng)估窗口顯示鏈路利用率、傳輸成功率和通信時(shí)延等相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息。

模擬器端機(jī)利用HOOK機(jī)制截取以及緩存相關(guān)業(yè)務(wù)信息，在相應(yīng)的時(shí)刻值將業(yè)務(wù)信息遞交給目的模擬通信節(jié)點(diǎn)。

圖5 通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器界面示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室里的局域網(wǎng)缺少實(shí)際的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约皩?shí)裝通信設(shè)備在不能更改設(shè)計(jì)的前提下，需要高可靠延遲傳輸?shù)囊?，本文提出了一種基于HOOK SOCKET的通信系統(tǒng)數(shù)字模擬器設(shè)計(jì)，能夠模擬按需的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，提供業(yè)務(wù)生成、通信路由、時(shí)延計(jì)算、資源管理、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)評(píng)估和通信顯示等功能設(shè)計(jì)，能夠使通信設(shè)備間進(jìn)行無(wú)感操作，為傳輸信息提供時(shí)間延遲等通信效果支持，能夠較好地支撐數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)全數(shù)字仿真。

本文基于數(shù)字通信系統(tǒng)中特定協(xié)議應(yīng)用，按照文中的設(shè)計(jì)思想，研制通信模擬器并在試驗(yàn)床上經(jīng)過(guò)全面驗(yàn)證，能夠可靠有效地滿足數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸?shù)囊蟆１疚奶岢龅耐ㄐ畔到y(tǒng)數(shù)字模擬器設(shè)計(jì)方法對(duì)進(jìn)一步研究數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信息體系提供了一定的思路。由于數(shù)字通信系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，全面合理、高可信的全系統(tǒng)仿真還存在著許多困難，還有許多工作需繼續(xù)深入地研究。