一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统及方法与流程

本发明涉及一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统及方法，属于卫星宽带通信技术领域。

背景技术：

卫星宽带通信将数字多媒体、卫星通信广播与互联网有机结合，利用统一的服务平台实现大容量宽带数据通信，为用户提供高质量的因特网接入和各种互动式多媒体服务，是当前卫星通信发展的重要方向。发展卫星宽带通信系统对于解决我国各领域对宽带多媒体业务通信的迫切需求、占据卫星宽带通信技术的前沿位置、促进我国基于卫星的信息高速网络的基础设施建设具有重要意义。

当前，各卫星宽带通信系统一般独立构建并为系统内用户提供服务，而随着用户需求的不断发展，在各卫星宽带通信系统用户间进行信息交互，并与地面网络互联互通成为必然。

由于不同的卫星宽带通信系统会采用不同的通信体制与技术标准，因此采用有效的技术手段实现多系统间的高效异构互联显得极为必要。采用地面系统互联的方式解决此问题是一种有效的手段，但仍然存在很多核心技术问题有待解决。例如，对基于传输控制协议(TCP)的业务，需要处理不同卫星宽带通信系统采用不同TCP加速方式而导致的传输效率降低甚至是无法有效互通等问题。

为此，有必要构建一个能够对异构互联卫星宽带通信系统进行验证的半物理仿真验证系统，通过软硬件结合的方式进行异构系统互联过程中关键技术的仿真与验证，为关键技术问题的解决提供有效的解决方案，为提高卫星宽带通信系统异构互联设计与实施的效率提供帮助，为建立高效、可靠的异构互联卫星宽带通信系统奠定技术基础。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统及方法，采用软硬件结合的思想进行系统设计与构建，具有灵活性高、扩展性强、可对卫星宽带通信系统异构互联中遇到的关键技术问题进行仿真分析并快速提供关键技术解决方案的特点。本发明的另一个目的在于提供一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证方法。

本发明的技术方案为：一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统，包括地面异构互联网关、仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统、地面网络。

地面异构互联网关根据需要异构互联的卫星宽带通信子系统的数目、业务传输带宽需求、地面子网的数目及其业务传输带宽需求配置相应的子网及相应的网络端口。优选的方案为：当异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统需要接入1个接口带宽为10Mbps的仿真的卫星宽带通信子系统、2个接口带宽皆为100Mbps的地面模拟的卫星宽带通信子系统、1个接口带宽为100Mbps的真实卫星宽带通信子系统以及2个接口带宽为1000Mbps的地面网络时，地面异构互联网关需要配置6个子网，相应的网络端口分别为10Mbps、100Mbps、100Mbps、100Mbps、1000Mbps、1000Mbps。

仿真的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统网络仿真。该子系统能够通过软件仿真，采用单机或分布式等适用的仿真方式实现。该子系统能够模拟卫星宽带通信子系统总体构成，能够模拟网络通信体系与协议，实现子系统从应用层到物理层的基本功能，能够模拟子系统多用户业务输入特性，模拟大量用户的同时接入，能够模拟系统基本信令交互过程，实现不同卫星宽带通信体制下系统的特征与应用效能分析。此外，子系统能够通过可配置的网络接口与地面异构互联网关相连，实现和地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；

地面模拟的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统地面模拟。该子系统能够以硬件设备的方式模拟卫星宽带通信有效载荷、地面终端和信关站、子系统管理与控制、卫星宽带通信信道，并可以通过软硬件重构的方式实现系统通信体制的更新。该子系统能够通过地面终端模拟设备和信关站模拟设备的网络接口与地面异构互联网关相连，实现与仿真的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；对于仿真的卫星宽带通信系统仿真中发现的关键问题，可以在该系统中进行设备软硬件研制与更新并进行功能与性能验证。

真实卫星宽带通信子系统包括真实的卫星转发器、地面终端和信关站、子系统管理与控制中心，将其引入异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统的目的是为了在系统中接入真实卫星宽带通信系统的业务与应用，实现与其他异构卫星宽带通信系统的异构互联，提升半物理仿真验证的可信性。真实卫星宽带通信子系统的地面终端和信关站通过卫星转发器实现卫星宽带通信，子系统管理与控制中心管理该真实卫星宽带通信子系统。真实卫星宽带通信子系统能够与仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；

真实卫星宽带通信子系统是一个或多个通信体制相同或不同的子系统。真实卫星宽带通信子系统的子系统管理与控制中心能够实现真实卫星宽带通信子系统的配置管理、设备管理、终端管理、用户管理、故障与性能管理：配置管理对整个子系统进行规划配置，能够对卫星资源、系统运行参数、终端设备参数进行配置；设备管理对信关站、终端及星载设备等系统内设备进行参数配置、查询，维护设备正常工作的参数；终端管理负责终端的入、退网控制以及终端的信息维护与分发；故障与性能管理负责终端以及卫星故障信息的接收、存储和查询统计，负责性能参数的采集、存储和统计分析；用户管理负责用户登记注册、用户分级以及用户权限管理；

地面网络通过网络接口与地面异构互联网关相连，并实现与仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统与地面网络的连接。将地面网络引入异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统的目的是为了在系统中接入地面网络的业务与应用，在实现异构卫星宽带通信系统互联的同时，实现各卫星系统内业务与地面网络之间的互联互通，进一步提升半物理仿真验证的可信性；

地面网络可以是因特网或有线或无线局域网。

异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证方法实现中，其实现步骤如下：

(1)地面异构互联网关根据需要异构互联的卫星宽带通信系统的数目、业务传输带宽需求、地面子网的数目及其业务传输带宽需求配置相应的子网及相应的网络端口；

(2)仿真的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统网络仿真，模拟卫星宽带通信子系统总体构成、模拟子系统从应用层到物理层的基本功能、模拟子系统业务输入特性，同时通过网络接口与地面异构互联网关相连，实现和地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；

(3)地面模拟的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统地面模拟，该子系统模拟卫星宽带通信有效载荷、地面终端和信关站、子系统管理与控制、卫星宽带通信信道；通过模拟地面终端和信关站模拟器的网络接口与地面异构互联网关相连，实现与仿真的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；

(4)真实卫星宽带通信子系统包括真实的空间卫星转发器、地面终端和信关站、子系统管理与控制中心；在异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统中接入真实卫星宽带通信子系统的业务与应用，实现与仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；地面终端和信关站通过卫星转发器实现卫星宽带通信，子系统管理与控制中心管理该真实卫星宽带通信子系统。

(5)地面网络通过网络接口与地面异构互联网关相连，实现仿真的卫星宽带通信子系统、基于地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统与地面网络的连接，并引入地面网络的业务和应用。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统具有灵活性高的特点，可以对系统中物理层到应用层的各项关键技术进行仿真与验证。

(2)、本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统具有扩展性强的特点，可根据异构互联任务需求，为数量不限、技术体制各异的卫星宽带通信系统提供异构互联服务。

(3)、本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统采用软硬件结合的思想，提供真实、可信的仿真环境来分析卫星宽带通信系统异构互联中的关键问题，并可利用本系统与方法快速提出并解决关键技术问题。

附图说明

图1为本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统组成图；

图2为本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统示例图；

图3为利用本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统对TCP加速技术进行分析验证的说明图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：本发明涉及一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统及方法。该系统包括地面异构互联网关、仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统、地面网络，地面异构互联网关实现各异构网络的互联，仿真的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统网络仿真，地面模拟的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统地面模拟，真实卫星宽带通信子系统接入真实卫星宽带通信子系统的业务与应用，地面网络引入地面网络的业务和应用。该系统采用软硬件结合的思想提供真实、可信的仿真验证环境分析和解决卫星宽带通信系统异构互联中的关键技术问题，具有灵活性高、扩展性强的特点，大大提高了卫星宽带通信系统异构互联的设计与实施效率。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述：

本发明的目的在于提供一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统及方法，该系统采用软硬件结合的思想进行系统设计与构建，具有灵活性高、扩展性强、可对卫星宽带通信系统异构互联中遇到的关键技术问题进行仿真分析并快速提供关键技术解决方案的特点。

本发明的另一个目的在于提供一种异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证方法。

如图1所示为本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统组成图。

由图1可知，本发明异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统实现中包括地面异构互联网关、仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统、地面网络。

图1中，地面异构互联网关作为异构互联宽带卫星通信半物理仿真验证的核心与基础，实现各异构系统间业务、信令等的互联互通。地面异构互联网关根据需要异构互联的卫星宽带通信子系统的数目、业务传输带宽需求以及地面子网的数目、带宽需求配置相应的子网及相应的网络端口，这样就可以实现系统的互联并实现进一步的系统扩展。

地面异构互联网关根据需要异构互联的卫星宽带通信子系统的数目、业务传输带宽需求、地面子网的数目及其业务传输带宽需求配置相应的子网及相应的网络端口。优选的方案为：当异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统需要接入1个接口带宽为10Mbps的仿真的卫星宽带通信子系统、2个接口带宽皆为100Mbps的地面模拟的卫星宽带通信子系统、1个接口带宽为100Mbps的真实卫星宽带通信子系统以及2个接口带宽为1000Mbps的地面网络时，地面异构互联网关需要配置6个子网，相应的网络端口分别为10Mbps、100Mbps、100Mbps、100Mbps、1000Mbps、1000Mbps。

如图2所示，地面异构互联网关可以用地面路由器实现，并设置4个子网网段，分别为子网1仿真的卫星宽带通信子系统、子网2地面模拟的卫星宽带通信子系统、子网3真实卫星宽带通信子系统、子网4地面网络。

图1中，仿真的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统网络仿真，该子系统能够模拟卫星宽带通信子系统，同时，能够通过网络接口与地面异构互联网关相连，实现和地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；仿真的卫星宽带通信系统的本质上是提供一种软件化的手段，对宽带卫星通信系统进行网络仿真分析。

如图2所示，仿真的卫星宽带通信子系统可以基于OPNET软件在环路(SITL)以单机仿真方式构建。实现中，基于OPNET SITL的卫星宽带通信系统可在一个仿真地面终端/仿真信关站配置SITL网络接口，连入地面路由器，实现异构接入。

图1中，地面模拟的卫星宽带通信子系统实现宽带卫星通信子系统地面模拟，该子系统能够模拟卫星宽带通信有效载荷、地面终端和信关站、子系统管理与控制、卫星宽带通信信道；该子系统能够通过地面终端模拟设备和信关站模拟设备的网络接口与地面异构互联网关相连，实现与仿真的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通。

如图2所示，可以构建一个地面模拟星载路由交换卫星宽带通信系统，该系统具备星载路由交换模拟器与地面终端/信关站模拟器通信体制与关键技术实现同步更新的能力，并通过模拟地面终端/模拟信关站配置的网络接口连入地面路由器，实现异构接入。

图1中，真实卫星宽带通信子系统，包括真实的卫星转发器、地面终端和信关站、子系统管理与控制中心；在异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统中接入真实卫星宽带通信子系统的业务与应用，实现与仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统及地面网络的互联互通；地面终端和信关站通过卫星转发器实现卫星宽带通信，子系统管理与控制中心管理该真实卫星宽带通信子系统。

如图2所示，可以将一个商用VSAT宽带卫星宽带通信系统通过卫星终端/信关站的网络接口连入地面路由器，实现异构接入。

图1中，地面网络通过网络接口与地面异构互联网关相连，引入地面网络的业务和应用，并实现与仿真的卫星宽带通信子系统、地面模拟的卫星宽带通信子系统、真实卫星宽带通信子系统与地面网络的连接。

如图2所示，直接利用路由器或者交换机，即可在本系统中引入地面网络。

利用本系统，图3给出了系统异构互联过程中，对于TCP加速技术的的分析与验证方法。

图3中，各宽带卫星通信子网都采用不同的TCP加速技术：基于OPNET SITL的卫星宽带通信系统采用TCP-acceleration-A加速技术，地面模拟星载路由交换卫星宽带通信系统采用TCP-acceleration-B加速技术，商用VSAT卫星宽带通信系统采用TCP-acceleration-C加速技术，因特网/局域网采用的为传统TCP技术。上述TCP加速技术都采用相应仿真/真实软硬件实现。

当因特网/局域网用户与基于OPNET SITL的卫星宽带通信系统用户、地面模拟星载路由交换卫星宽带通信系统用户以及商用VSAT卫星宽带通信系统用户相互之间进行TCP业务传输时，由于只经历一段需要TCP加速的卫星通信链路，因此只通过相应的加速，即分别采用TCP-acceleration-A上述异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统及其实现方法以一种软硬结合的方式实现了异构的卫星宽带通信系统与地面网络之间的互联，并可利用该系统对异构互联过程中相关的关键技术问题进行分析与验证，从而提高了卫星宽带通信系统异构互联设计与实施的效率。

本发明所述的异构互联卫星宽带通信半物理仿真验证系统及其实现方法已经应用于Ka频段GEO宽带多媒体卫星通信系统、地面VSAT宽带卫星通信系统与地面网络的异构互联与相关关键技术的试验验证，证明了其设计与实施的有效性与实用型。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。