[发明专利]卫星网络协议仿真系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机仿真领域，特别是涉及一种卫星网络协议仿真系统及方法。

背景技术

星座网络能提供全球的覆盖以及多样的业务，因此成为了下一代互联网(NGI)的必要组成部分。卫星网络还能为人口稀少区域的用户提供宽带接入。卫星网络当前面临的主要挑战是设计适合的网络协议，而在设计过程中仿真评价是必不可少的。

在构建协议仿真平台时，必须考虑卫星网络的特性：1.卫星高速地围绕地球运动。这种高速的移动性使得网络拓扑快速而规则地改变，对于网络层和路由层的协议就必须应对复杂的处理情况。2.星上的处理能力和电源都有限，这在一定程度上限制了常见的MAC和路由层的协议应用于卫星网络上。

下面是国内外关于卫星网络协议仿真器的研究工作。

GaliLEO是一款专为LEO/MEO星座设计的能支持面向连接或面向无连接通信模式的网络仿真器。典型的应用包括，仿真接入技术、路由策略和容错管理。仿真器是用Java编写的，能通过动态加载的方式集成用户定制的模块。但其协议仿真的功能并不完善，仅仅关注路由协议。

NS-2是一款可扩展的基于事件驱动的网络仿真器，但其并不直接支持卫星星座。TomHenderson将其扩展用于仿真卫星星座，他构建了一个基于数据包级别的LEO网络仿真器，并提供了一些基本的仿真细节。

OPNET是一款功能强大的基于事件驱动的网络仿真器，提供图形用户接口。但它也不能直接支持卫星星座。OPNET中仅仅把卫星节点视为中继节点。当前也有一些基于OPNET的卫星仿真机制，大都是将陆地节点通过离散化其链路的通断来近似模拟卫星网络。

发明内容

现有技术中对于卫星仿真的研究在对于仿真的效率和仿真建模的复杂性上，都存在有待改进的地方。本发明提供一种卫星网络协议仿真系统和方法，为卫星网络提供一个通用的仿真系统和方法，支持各种卫星星座网络各层的协议。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

一种卫星网络协议仿真系统，其基于STK和OPNET modeler构建，其特征在于，包括星座模块、网络模块、队列模块、路由模块、数据包发生器和结果评价模块，其中：

星座模块的构建在STK中实现，STK仿真产生卫星网络拓扑参数并运行仿真，输出仿真结果文件，此结果文件要转成XML格式的OPNET标准输入文件；

网络模块由上述的XML文件和OPNET的EMA库生成，其将星座模块中的卫星网络拓扑参数以OPNET能识别的方式反映在OPNET中；

队列模块负责实时监控网络的链路状况，并将数据包发生器产生的需要转发的数据包放入队列；

路由模块用来更新路由表并将数据包转发到目的节点的下一跳，队列模块中待发出的数据包通过查路由模块中的路由表进行转发；

数据包发生器用于产生网络中的流量；

结果评价模块用于根据OPNET仿真结果评价网络协议的功效和性能指标。

所述的卫星网络拓扑参数包括星间链路的连接关系和传输时延。

所述的数据包发生器可产生指数分布或泊松分布的流量，数据包发生器考虑的流量密度还依据地理和时间的因素。

一种卫星网络协议仿真方法，其基于STK和OPNET modeler实现，其特征在于包括如下步骤：

1)使用STK建立星座模块，仿真卫星星座，运行仿真得到制定卫星星座网络的卫星网络拓扑参数，该卫星网络拓扑参数描述仿真场景，输出仿真结果文件；

2)将STK输出的仿真结果文件转换成OPNET标准格式XML导入，由XML文件和OPNET的EMA库生成网络模块，网络模块将星座模块中的卫星网络拓扑参数以OPNET能识别的方式反映在OPNET中；

3)在网络模块下创建队列模块和路由模块，队列模块负责实时监控网络的链路状况，并将需要转发的数据包放入队列；路由模块用来更新路由表并将数据包转发到目的节点的下一跳，队列模块中待发出的数据包通过查路由模块中的路由表进行转发；

4)在仿真场景和队列模块及路由模块下，设置具体业务流情形，并运行仿真；

5)以图表的形式显示OPNET仿真结果；

6)如果路由协议不能适应卫星网络的要求，返回步骤3)，修改路由模块，如果卫星网络拓扑发生变化，回到步骤1)，生成新的网络拓扑参数。

所述的卫星网络拓扑参数包括星间链路的连接关系和传输时延。

所述OPNET仿真结果包括时延，吞吐量。