[发明专利]一种基于虚拟网卡的无线信道仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在Windows操作系统下，一种基于虚拟网卡的无线信道仿真方法，属于信息通信技术领域。

背景技术

随着无线IP网络越来越广泛的应用，对这些网络的建模与仿真也成了一个重要的环节。利用以太网的有线信道对无线信道进行仿真是一种广为采用的方法。

TCP/IP协议族分为四个概念层，自下而上分别为：网络接口层、网间层、传输层、应用层。对于位于最底层网络接口层并没有详细定义。由于底层与硬件的关联十分紧密，所以这部分的功能通常由网络接口卡和相应的网卡驱动来完成。大致相当于开放系统互连(OSI)七层模型中的物理层与数据链路层。

通常在数学仿真中仿真软件对协议族都会有一套专门的实现，而不是直接使用操作系统的协议，这是由具体需求决定的。如OPNET、NS(Network Simulator)等软件中，应用程序、协议实现和网络模拟器都被一起编译形成一个单一的复杂的程序。由于结构过于复杂，这样的模拟器是很难开发、调试、验证和扩展的。模拟器和应用程序之间缺少API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)支持也限制了其使用。

在半实物仿真与交互仿真中，一方面仿真环境与真实环境的一致性直接影响到仿真的可信度，另一方面在仿真过程中直接使用操作系统内置的协议能够大大减小开发的工作量。而在实际的仿真环境中底层的实现经常会面临两个问题：首先，在仿真阶段往往还不具备真实的网络接口卡及相关驱动；其次，无线网络接口部分不一定以网络接口卡的形式提供，而Windows内置的TCP/IP协议是以NDIS(Network Driver Interface Specification，网络驱动接口规范)驱动的形式提供的，无法在不符合NDIS规范的设备上直接使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于虚拟网卡的无线信道仿真方法，对无线信道的数据链路层与物理层进行仿真，底层的协议由仿真人员灵活订制，同时底层通信对上层是透明的，上层应用能够直接使用操作系统自身TCP/IP协议，从而在最大程度上保证仿真环境与真实环境的一致性。

本发明的一种基于虚拟网卡的无线信道仿真方法，包括以下几个步骤：

步骤一：搭建仿真模型的硬件环境；

搭建仿真系统所需的以太网，以及仿真成员内部的物理网卡和虚拟网卡。

步骤二：构建仿真模型的仿真环境；

构建仿真环境，创建仿真成员的虚拟网卡和虚拟信道。

步骤三：用户配置仿真成员的初始化参数；

初始化仿真成员的位置参数(如地理坐标、移动方式等)和网络参数(网络地址、网络性能、通信协议等)。

步骤四：仿真系统加载虚拟网卡驱动，完成内部初始化工作

仿真系统根据用户配置加载虚拟网卡驱动，启动相关的进程和线程，并完成对网卡地址、缓冲区、相关事件和异常报告等对象的分配或初始化工作。

步骤五：开始仿真，仿真成员进行数据收发；

仿真数据从发送方经虚拟网卡和虚拟信道送达一个或多个接收方，并在到达接收方的虚拟网卡之前进行针对信道的仿真处理。

步骤六：结束仿真，评估无线信道的性能。

本发明的优点在于：

(1)配置灵活，可扩展性好。仿真模型中不依赖真实的无线通信设备，虚拟设备的数量和参数可以随意配置；

(2)对底层透明，可重用性高。屏蔽了底层的硬件差异，无论底层采用何种设备，都统一虚拟为以太网卡；

(3)保证了仿真环境与真实环境的一致性，仿真结果更精确，提高了仿真可信度；

(4)降低仿真人员的工作量，真实环境中的应用不需要改动就可直接移植到仿真环境中进行测试与评估，避免了为仿真环境与真实环境各开发一套应用的重复劳动；反过来，仿真环境中的应用也能够很容易地移植到真实环境中来。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明仿真模型的硬件环境示意图；

图3是本发明虚拟网卡和虚拟信道的示意图；

图4是本发明步骤五中数据发送的流程图；

图5是本发明步骤五中数据接收的流程图；

图中：

1-仿真成员          2-虚拟网卡      3-虚拟信道        4-物理网卡

201-待发送处理模块  202-异常报告    203-接收缓冲队列

2011-发送缓冲队列   2012-待发送事件