论文研究-基于OPNET的JTIDS网络建模仿真 .pdf

所需积分/C币:6 2019-08-15 14:57:44 484KB .PDF

基于OPNET的JTIDS网络建模仿真,刘鹏飞,马建强,分析了联合战术信息分发系统JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System)的概念,特点和发展趋势。根据联合战术信息分发系统的组网特点
国科技论又在线 个时隙长 传送段 起始段 保护段 图 信号在一个时隙内的示意图 时隙的分组形式 般来说,所有网络参与者的时隙分配都是以时元为周期的。所以,对网络管理来说, 时元是最长的有效时间间隔, 中的资源一般是指其个时元中的个时隙。 时除以时隙块的形式被分配给网络中的参与者,时隙块由等间隔的时隙结合而成。它的 表示方法为: 时隙组起始时隙号重现率。 个时元分成、 个组,每个组有个时隙,时元内连续的个时隙分属于 个不同的组。定义以为底时隙数的对数为重现率,重现率决定组中时隙的间隔,重现率最 大值为,此时时隙块内的时隙个数为,该时隙块就是整个组。比如 表示它 属于时隙组,以第个时隙开始,每个时隙出觋次 中有个网络参与群的概念,它是数据链中按照所要实现的不同功能划分的若 虚拟的网络参与组( ,),每个完成不同的功能。每个 又由若干参与单元( )组成,各个共同完成承担的任务。网络中指派 一个时间质量等级较高的节点最为临时基准站,称为网终时间基准( )。通过的时隙分配得到一系列时璩,并在这些时隙中完成它们各自的功能 每隔 (一个时元)发送一次系统时间,同时把一个时元内的时隙分配给不同的 系列的时隙分配给后,然后在这个中再次分配时隙给每个。这样每个 在各自的时隙内工作,共同完成了承担的任务 时隙的访问模式 般来说,使用的是专用访问模式,也就是某吋隙块分配给单个使用,它可以不受 限制地使用分配给它们的时隙。这和模式的优点是,在同一个时隙内,只有个在发送消 息,这样正在接收消息的各个不会在同一个时隙内收到其它干扰的消息。然而,如果消 息流量很大,这和模式将浪费系统资源 此外,还有其他几种访问模式,分别介绍如下: 争用访问模式:允许里的各个按照各自的需求,通过从公共时隙池里以伪随机 方式选择发送时隙,竞争使用该参与群的现有资源。这种模式可以充分利用系统资源,特别 是消息流量很大或者消息流量随响应的情况而变时。不过,按照这种方法,给定消息到达预 定目的地的概率降低,因为接受者视距内不止个可能在同一个时隙里选择发送。 重排访问模式:允许里的各个定期重新安排共享的时隙池,以便每个按照各 国科技论又在线 自预期的要求和其他通告的要求为自己分配时隙。这个共享的时隙池就是所谓的重排池, 用于在特定的里父换消息。如果对时隙的要求的总和超过了重排池的容量,这些 自己按照某个公共的比例因数降低自己的时隙要求,使总的安排不超过重排池的容量。 点名访问模式:参与群里发送时隙的安排是通过使用.通信控制消息动态控制的 在接受.消息后,被查询的在本里的所有后续时隙中发送消息,直到耗尽对该 的消息询问,或者直到该到达指定的发送期限这时开始査询另一个。可以由集中控制 点名模式或后续终端在结束它们自已的发送后进行查询。 建模与仿真 本仿真平台采用 作为开发工具。我们将遵循 层次化建模 途径,分别从网络模型,节点模型以及进程模型三个层次对数据链系统进行建模。定义过程 的可能的状态及可能的状态转移及条件,为每个状态编写进入代码及退出代码,通过编译后 就形成可以使用的进程模型。这个过程主要是编程和调用 的核心过 程 建立节点模型。利用系统提供的功能模垗和自己编写的功能模垗实现节点的 功能 建立网络模型。把系统提供的节点和自己开发的节点适当地连接起来, 形成特定的网络系统。在进行开发之前,应该首先根据实际系统的要求设计网络的拓扑结 构,需要哪些网络和功能节点,每种节点所需实现的功能,以及所需要的统计量。一般说来, 系统的设计应该遵从自顶向下的原则,而开发过程是自底向上的过程 仿真场景 在 中,场景( )的概念非常重要,它被用米表达用户的网络或协议的 设计方案,每个场景代表一种设计方案。图显示了仿真中的场景配置,数据链系统仿真平 台主要包含种物理实体,分别为网络初始化模块 网络时间参考模块 和 ,端机节点模块。仿真场景采用 中的外部模块访问 方法实现,使得将大量节点于动设置的工作简化,它采用文本方式建模,可以 采用循环话句来刻画多个特定规格的节点。在仿真场景变化时,只需修改相应的参数,重新 编译生成 可识别的仿真场景文件即可。另外,动态目标节点的运动轨迹被生成 为文件,在仿真时破读入,以实现节点实时移动的目的。需要注意的是,由于基于轨 迹文件的移动方式下,如果仿貞时间超过基于运动轨迹所设定的最大时间,则仿貞节点还停 留在运动轨迹的未端。因此,在长时间仿真运行开始,需要将轨迹文件中的轨迹复制多次, 以达到往返运动的效果。 国科技论又在线 NIH-A nTi D_10 J_122 DD D飞到 26955 JOD J日 领hJ151 ∠JQ93 图仿真场景 节点模型 功能设计 节点是 网络中的新增节点,它表小网终时间参考。在设计中每个子网都存 在一个 负有对所属网络的端机进行冋步和轮询的责任,它的主要功能如下: 给了网内的端机发送同步信息,完成各端机的点名和信息收集以及初始化; 完成 轮询机制的初始化操作; 根据锊个时隙的类型和接入方式对端机进行轮询调度 信息接收和广播的功能; ≯统计子网的性能,比如端到端时延,丢包率等 节点模型 的节点模型图所示,此节点采用三层协议模型,业务层 层和物理层。业 务层只包含一个处理机( 层由一个具有队列缓存特性的处理机 来实现,而物理层由收、发端和天线模型组成。这些进程模块主要功能如 负责处理发射天线和接收天线上的增益 负责处理在无线移动环境的建模,通过利用 的管道来 实现; :仿真的层行为,实现端机的同步和初始化,对所属的端札 国科技论又在线 进行轮询调度,发送调度信息使端机发送数据包,同吋接收其他节点发来的数据包 处理收到的数据包,由于应用层的处理与实际应用相关,在目 前仿真未做处理。 图中蓝色线和红色线分别代表了发送数据和接收数据的方向 Content Processing ontrol Control hannel Channel Host MAc Traffic Tra千fic hanne hannel Host Rx Host T antenn 图 节点模型 进程模型 进程模型如图所示,进程模型按照仿真顺序包括:初始化、点名、调度、 接收、广播等状态。初始化是在初始化配置节点初始化完成后才进行,并在完成后通知各所 属端机节点进入初始化状态。在通信前,首先对各端机节点进行点名,以确认各端机节点是 否凵经进入通信状态。然后进入状态,等待接收 模块发送过来的每个 吋隙的丌始中断信息,根据三种接入算法对所属的端机逑行调度,发送命令端机发送数据。 进程模型如图所示,从图中我们可以看出,进程 主要由状态 等组成。各状态完成的主要功能如下 接收 节点的中断信息,进行初始化全局变量,状态变量, 完成统计数据的注册工作和给端机发送远稈中断使其开始初始化操作,完成后进入 状态 等待所有端机完成初始化操作和接收就绪后进入状态。 中断来临后,主要负责判淅当前转移条件,进入将要执行的状态 :执行子网的广播信息的操作 当端机处于带时隙复用的专用接入吋,进行调度操作。 :当端机处于专用接入吋,进行调度操作 :当端机处于争用接入时,进行调度操作。 接收数据包,并做相应的处理。 国科技论又在线 判断数据包发送是否发生碰撞,从而降低或者增加竞争接入时的竞 争窗凵大小 根据每个端机在当前时隙的接入方式,对端机进行轮询调度,给端机 发送远程中断信息使端机执行相应的操作。 ROGNICA5T5沁 IDFTiIfATE.] Default Default) TEN ON ACCES I IN IOST INI ALLZLD ALL TERMINAL READ PACKET_COLLTSY13N--PROCESSINEI PACKET_RECEIVED 0 aged RHFF_ NEXT_nNF〕 上 he belo terminal cheduling 图 节点中 进程的状态转移图 端机( )节点模型 功能设计 端机节点模块是仿真中的核心模块。该模块的主要功能如下 接收来自的点名和完成初始化; 模拟产生信息源,并把生成的数据包发送到 在 层对来自应用层的数据包插入子队列中缓存,等待发送出去; 根据不同配置实现栈网和多重网的操作 控制着节点的收发时隙和珧频图案,实现 接入; ≯根据到达的发送时隙把缓存在子队列中的数据包广播发送到其他端机; 接收其他端机发送的数据包,并判断是否可以正确接收,评佔系统性能 节点模型 端机节点也同样采用三层协议模型,应用层、层、物理层。应用层主要根据务 的分布类型和参数确定业务发牛的时间和大小产生相应的业务,并把业务信息进行处理转化 为可以传输的数据报文,包括固定格式报文、可变格式报文和话音三类,这些业务分别对应 着数据链中的某个,报文一经产生马上发送到下层 为仿真的重点,主要处理三种 时隙接入算法,完成点名响应、轮询响应、信息发送、 包队列缓存、广播接收等;物理层主要是处理物理层下的物理介质和接∏等问题,对无线信 道进行建模。端机节点仿貞模型结构如图所示 国科技论又在线 Channe Tra千千i Terminal Rx 图端机节点模型 根据上文所介绍的划分的层次,在每个时隙到达的时候,发送端的数据流程为:应用层 产生某类战术数据报文送往 模块, 模块在实现 接入 的基础上,根据时隙的划分从相应的发送缓冲队列中读取消息发送至物理层。 从图中我们可以看到端机节点由以下模块构成: 负责处理发射天线和接收天线上的增益 :从物理信道上发送接收数据包以及负责处理在无线移 动环境的建模,通过利用 的管道来实现; 仿真端机的层行为,重点是实现 接入,包括发送和 接收数据包,以及对收到数据包的进行处理等; 生成竞争接入的数据包,并把数据包发送到 层 :生成带时隙复用的专用接入,也就是轮询的数据包,并把数据包发送到 层 生成专用接入的数据包,并把数据包发送到 层 图中监色线和红色线分别代衣了发送数据和接收薮据的方向。 模块详细设计 应用层的业务生成模型如图所示,应用层通过 模型来模拟业务的 生,状态产生业务,而状态静默, 状态父替产生,时间长度服从指数 分布。在状态下,数据包的到达服从泊松分布,各状态完成的主要功能如下: :强制状态,等待端机业务初始化时钟的到来后,初始化业务的发送速率;根 据中断的类型,产生对应于不同接入方式的数据包 强制状态,在此期间生成数据包并发送出去,数据包的产生间隔服从指数分 布 :强制状态,在此期间模块不产生任何数据包。 国科技论又在线 N IP-PIET-IGENERATEJ START ON) [de ault (SOURCEION NIT SOUREE_OFF OFF 图端机节点的业务进程模型 模块详细设计 进程模型是仿真改计中的核心模块,如图所小,从图中我们可以看出, 进程 主要由 等状态 组成,其中直线表示无条件转移,虚线表示有条件转移。各状态完成的主要功能如卜 :初始化全局变量,状态变量,完成统汁数据的注册工作以及端机业务参数的 初始化,完成后转移到 状态 :这是个特殊的状态,主要负责判断当前转移条件,并决定是继续保持 在原状态还是转移到 状态、 状态、 状态、 状态 状态 状态和 状态 负责接收其他端机发送的来自物理层无线接收机模块的数据包 判断数据包是被接收或者丢弃,更新统计量 :负责接收来自应用层模块的数据帧并根据相应的类型存储到相应 的发送缓冲队列中。 :当端机处于专用接入时,从相应的缓冲队列中读取数据帧并发送至物理 层的无线发射机模块,完成数据帧的发送后转移到 状态。 当端机处于带时隙复用的专用接入时,从相应的缓冲队列中读取数据帧并 发送至物理层的无线发射机模块,完成数据帧的发送后转移到 状态 :当端机处于争用接入时,从相应的缓冲队列中读取数据帧并发送至物 理层的无线发射机模块,并同时给 状态发送自中,完成数据帧的发送 后转移到 状态 :接收来自 的自中断,判断数据包发送是否发生碰撞,从 而降低或者增加竞争接入时的竞争窗口大小; :接收来自的远程中断,根据端札在当前时隙的接入方式,进入 国科技论又在线 状态、 状态和 状态中的个发送数据。 TM_PK_Ar PACKET-CQLLSION_ ROCESSING) M_PACKET_ARR VALJ 0 EDICATED点E〕 default]r 1 DEDICTED WITH SL口TR凵SE -叫 DLEALISTE 〔 TERMINAL_ IN TIALZED CONFE-NT-ON_ACLESSI AP PACKET, ARR VALI PPP PK Ard Transmitting 图端机节点的层进程模型 无线信道建模 物理层主要对无线信道进行建模,以产生无线传输中的衰落、误码、时延等特性。在仿 真中我们采用了 管道建模来模拟无线信道的传输过程。 无线仿真中采用 个首尾相接的管道阶段( )来尽量接近真实地模仿数据帧在信道中的传输。然 而在仿真中于无线的广播传输方式,封包被人量复制,仿真时间急剧增加,为了加快仿真 速度并在不影响仿真精确度的前提下,我们将部分无关的管道阶段进行过滤,最终的无线信 道个管道阶段如图所示: 发信札 取信枳 发信机 收信机 接收主询 13)错误线正 蜡纠 错误分布 传揄比延 借误分有 传输时延 误比特率 只比特率 链路闭锁 信踩比 发送功率 仨躁比 -扰噪声 信道匹 背景啾声 背景唤声 发送犬线益 发送尺线增益 接收功率 攻功率 传播时延 (6按收大线牌益 传潘延 按收犬线单益 数据包 数居包 图无线通信管道阶段

...展开详情
img

关注 私信 TA的资源

上传资源赚积分,得勋章
最新资源