一种基于分布式平台的空间信息网络综合评估演示方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空间信息网络技术和计算机技术两大领域，具体涉及一种基于分布式平台的空间信息网络综合评估演示方法。
【背景技术】
[0002]空间信息网络是以空间平台(如同步卫星或中、低轨道卫星、平流层气球和有人或无人驾驶飞机等)为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。空间信息网络以相对地面静止的同步轨道地球卫星(GEO)和平流层飞艇(或气球)为骨干网络，中低轨卫星(ME0\LE0)、有人无人飞机、地面站作为接入层节点或终端接入骨干网络，实现多个卫星、多个地面站，以及空间站的互联互通，向上向下为各种空间任务提供更好的通信保障
[0003]为了对空间信息网络的建设进行评价支持，最大化空间资源的效能，兼容在轨和在研的飞行器系统，必须具有良好的仿真评估演示环境，为空间信息网络的建设提供模拟平台和验证依据。由于空间信息网络的建设将持续发展，因此其仿真评估演示环境必须支持大规模仿真、具有良好可扩展性和互操作性。高层体系结构(High LevelArchitecture, HLA)是分布式交互仿真领域的标准，可以提高系统的互操作性、可扩展性、可重用性，在国内外军事仿真领域得到广泛应用。国内外相关的空间应用仿真也采用HLA作为分布式交互的技术基础。
[0004]分布式交互仿真技术的发展主要经历了三个阶段:DIS (DistributedInteractive Simulat1ns)分布式交互仿真阶段、ALSP(Aggregate Level Simulat1nProtocol)聚合级仿真协议阶段和目前的HLA阶段。1978年，美国首次系统地阐述了联网仿真技术的功能要求，希望实现受训人员在分布虚拟战场环境中分辨不出训练系统和真实系统。在美国陆军、国防建模与仿真办公室DMSO(Defense Modeling and Simulat1nOffice)和 DARPA(Defense Advanced Research Ptojects Agency)的共同倡导和支持下，1989年正式提出了分布交互式仿真的概念，并制定了一套面向分布式仿真的标准文件，以使这一技术向规范化、标准化、开放化的方向发展。美国陆军的CATT(Combined ArmsTactical Trainer)计划、WARSIM2000 计划(The Warfighter' s Simulat1n 2000)、NPSNET计划、STOW(Synthetic Theater of War)计划等都采用了 DIS标准。聚合级仿真协议ALSP(Aggregate Level Simulat1n Protocol)用于分布的聚合级以离散事件为主的作战仿真系统，它实质上是“构造仿真”。构造仿真的时间管理不同于DIS系统，它不一定与实际时钟直接联系，而是采用时间步长、事件驱动等方法，只要保证聚合级的分布构造仿真系统的体系结构、标准和相应的关键技术，并将基于ALSP标准的分布交互仿真系统应用于1992年、1994年和1996年的军事演习，使ALSP标准得到了改进和完善。美国自2001年起只支持基于HLA的仿真系统开发。我国的航空、航天、船舶、兵器及核工业有关部门也在大力开展HLA的研宄、开发和应用推广，使其成为目前分布式交互仿真领域的主要解决方案。
[0005]分布式仿真可以应用于军事通信，卫星通信，空间通信等方面。对于分布式军事通信网仿真，国外军方多年来一直投入大力研宄，如美国国防部建立的NETWARS仿真系统，基于OPNET核心建立了大量军用通信设备仿真模型，并包含HLA接口，提供了完善的分布式军事通信网仿真平台。国内近年对网络仿真与分布式仿真的研宄都处于快速发展阶段。文献提出了军事通信网分布式仿真的体系结构。实现了将大规模的网络仿真负荷分担到多个仿真平台上，仿真过程的动态控制与仿真数据的实时显示，为大规模军事通信网仿真提供了参考。对于分布式空间通信仿真，国外多年来一直投入大资源开展研宄，如近年美国国防部重点发展的JC-SS仿真系统，该系统基于OPNET仿真平台，提供了大量通信设备模型，并包含HLA接口，给出了一个完善的分布式航空通信网仿真平台。2000年，普林斯顿卫星系统公司 PSS(Princeton Satellite Systems)为 TechSat-21 项目开发了基于多 Agent的软件体系结构OA(ObjectAgent)以及多卫星仿真软件MultiSatSim，并基于二者搭建了仿真平台，演示验证了多Agent控制下卫星编队的智能性和自治能力。2002年，MIT出于DSS仿真需要开发了通用飞行操作处理仿真器GFLOPS(Generalized Flight Operat1nsProcessing Simulator)。2004 年，JPL (Jet Propuls1n Laboratory)为在实时高逼真度条件下研宄编队飞行控制算法开发了编队算法与仿真测试床FAST (Format1nAlgorithmsand Simulat1n Tested)。FAST 正被用于类地行星探寻计划(Ter-restrial PlanetFinder)。国内近年对空间网络仿真与分布式仿真的研宄也处于快速发展的阶段。
[0006]哈尔滨工业大学深圳研宄生院发明了一种面向深空通信的分布式仿真系统，包括功能仿真组件、仿真环境产生及更新组件、仿真性能分析与记录组件。功能仿真组件包括探测星联邦成员、中继星联邦成员、速率控制联邦成员、地面站联邦成员。仿真环境产生及更新组件包括深空环境联邦成员，仿真性能分析与记录组件包括数据采集联邦成员。该发明未采用HLA作为分布式交互的基础，但仍然具有可重用性和互操作性的特点。
[0007]目前的分布式仿真主要思想在于每个单元模拟不同的网络实体，通过各单元的联合仿真模拟整个网络的工作流程。空间信息网络正处于发展阶段，瓶颈科学问题在于没有规范和典型的数学模型对其进行建模，因此，对于空间信息网络仿真评估演示显得尤为重要。目前还未有支持空间信息网络仿真、评估和演示一体化环境建设的研宄。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种生成一个支持大规模仿真、具有良好可扩展性和互操作性的仿真评估演示综合系统，为空间信息网络的建设提供评价参考的基于分布式平台的空间信息网络综合评估演示方法。
[0009]一种基于分布式平台的空间信息网络综合评估演示方法，其特征在于包括以下步骤:
[0010]第⑴步:用户控制台定义各卫星的轨道、姿态以及用户的数量、位置和业务配置参数，并将这些参数以及创建网络拓扑场景的指令发送给仿真单元，由仿真单元建立空间信息网络拓扑场景；
[0011]第(2)步:仿真单元创建空间信息网络拓扑场景后进行仿真，并将网络拓扑仿真结果发送给评估单元，将仿真生成的卫星轨道信息文件存储路径发送给控制台；网络拓扑仿真结果包括卫星星座对地覆盖情况、固定站部署区域的覆盖时效特性、飞行器与各类移动用户的可见性分析；
[0012]第(3)步:控制台根据收到的卫星轨道信息文件存储路径读取卫星轨道信息文件并生成场景配置脚本，将生成的场景配置脚本发送到仿真单元，由仿真单元建立网络性能仿真场景并进行空间信息网络性能仿真；将空间信息网络性能仿真的统计信息输出到评估单元进行评估计算，将空间信息网络性能仿真的网络拓扑、节点轨迹、网络性能信息送到演示单元;
[0013]第(4)步:控制台将用户指定的评估指标体系、评估算法参数传输到评估单元，评估单元进行空间信息网络性能的综合评估；综合评估内容包括网络的组网能力、信息传输能力、互联互通能力、安全能力和路由交换能力；
[0014]第(5)步:控制台将演示场景参数配置传输到演示单元，评估单元将第(4)步得到的综合评估结果传输到演示单元，演示单元对空间信息网络的拓扑、轨迹、姿态和覆盖进行视景仿真以及针对通信态势进行动态演示，并对综合评估的各层次结果以图形化方式显不O
[0015]其中，第(3)步中的空间信息网络性能仿真具体包括空间信息网络的各类专用协议仿真、管理控制性能仿真、组网性能仿真和抗毁性能仿真。
[0016]本发明与【背景技术】相比具有如下优点:
[0017]1.本发明针对现有研宄难以支持空间信息网络仿真、评估和演示一体化环境建设的弊端，提供了一种基于分布式平台的空间信息网络综合评估演示方法。
[0018]2.本发明提供的方法可以为空间信息网络的建设提供模拟平台和验证依据，同时支持离线和实时在线的仿真评估演示，对空间信息网络的建设进行评价支持，最大化空间资源的效能，支持了空间信息网络建设的持续发展。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例各单元联合工作流程示意图；
[0020]图2是本发明实施例各单元交互示意图；
[0021]图3是本发明实施例创建对象脚本文件；
[0022]图4是本发明实施例网络脚本文件配置流程图；
[0023]图5是本发明实施例性能评估功能模块。
【具体实施方式】
[0024]以下结合图1-图5和实施例详细说明本发明技术方案。
[0025]一种基于分布式平台的空间信息网络综合评估演示方法，确定了仿真评估演示综合环境架构，利用高层体系结构(High Level Architecture, HLA)对空间信息网络的建设进行评价支持，生成一个支持大规模仿真、具有良好可扩展性和互操作性的仿真评估演示综合系统，为空间信息网络的建设提供评价参考，其特征在于包括以下步骤:
[0026]第(I)步:用户控制台定义各卫星的轨道、姿态以及用户的数量、位置和业务配置参数，并将这些参数以及创建网络拓扑场景的指令发送给仿真单元，由仿真单元建立空间信息网络拓扑场景，如图1所示；
[0027](I)采用通用的运行支撑环境RTI (RTI，Run-Time Infr