本发明涉及空间网络技术领域，更具体地，涉及一种空间网络模拟方法和系统。
背景技术：
天地一体化网络是以地面网络为基础、以空间网络为延伸，覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间，为天基、空基、陆基、海基等各类用户的活动提供信息保障的基础设施。天地一体化网络是利用互联网技术实现互联网、移动通信网络、空间网络的互联互通，将3种网络业务承载方式打通，采用通用平台承载实现各类信息覆盖的网络系统。近年来，天地一体化网络成为国内外前沿、热点研究领域。建设天地一体化网络，提供全球无缝、随遇接入能力，与我国全球化国家战略密切相关，已被列入国家重大工程。天地一体化网络的初步设想是利用互联网成熟的协议技术实现互联网、移动通信网络、空间网络的互联互通，提供全球范围内互联网接入能力。在天地一体化组网结构中，空间网络包括由高轨卫星组成的天基主干网、由地面关口站组成的地基主干网、由各类卫星、星座和临近空间飞行器等设备组成的多种空间接入网；地面网络主要包括地面互联网和移动通信网组成的主干网络和用户接入网；通过设置一体化网络互连节点，将空间网络、地面互联网、移动通信网进行互联互通和有效融合。
目前地面互联网与移动通信网已基本走向融合，建设全球覆盖的空间网络并使之与地面网络互联互通成为天地一体化网络急需攻克的难题。相比地面网络，空间网络具有拓扑高动态、链路长时延、断续等特点。而传统互联网协议技术针对地面网络设计的，缺少适应空间网络特征的考虑。因此，在将互联网络协议部署到空间网络之前，需系统性验证互联网协议技术的适应性，以降低一体化网络建设风险，并为协议改进提供依据。
由于天地一体化网络的建设刚刚起步，相应的网路试验验证平台还比较缺少。特别缺少面向空间网络协议体系的试验验证平台，以及天、地网络融合的集成试验系统。目前能提供空间网络部分互联网协议技术的验证平台主要是数值仿真平台，如ns2、qualnet、opnet、omnet++等。但当前的数值仿真平台不仅缺少完整的互联网协议机制，另外，相比于试验系统验证，数值仿真平台还会损耗网络协议验证的真实性，并且网络规模越大，损耗越严重。此外，天地一体化网络的天、地两张网差异很大，需要建立天地一体化试验集成环境验证天、地网络相互间的协议影响。尽管已有大量地面网络试验平台，如国内的cernet，该类试验平台主要面向地面网络开展的，尚未集成空间网络试验系统。
技术实现要素：
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种空间网络模拟方法和系统，解决了现有技术中数值仿真平台损耗网络协议验证的真实性，并且网络规模越大，损耗越严重的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种空间网络模拟方法，包括：
获取所述空间网络的关键时变参数，并对所述关键时变参数进行建模，所述关键时变参数包括网动态拓扑参数和时变链路参数；
将所述关键时变参数转换为离散化的关键时变参数；
构建空间网络模型，并在所述空间网络模型上设置地面管控节点，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到所述空间网络模型中。
作为优选的，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到所述空间网络模型中后，还包括：
在所述空间网络模型中构建一体化互连节点，在所述一体化互连节点上部署边界网关协议bgp，并在所述一体化互连节点处设置过滤策略，限制与地面网路连接时地面网络路由表向空间网络模型宣告，并抑制空间网络模型中路由更新对地面网络的冲击。
作为优选的，获取所述空间网络的关键时变参数，并对所述关键时变参数进行建模具体包括：
根据空间网络的拓扑变化得到所述网动态拓扑参数，根据链路参数变化得到所述时变链路参数，并计算空间网络的链路质量，所述链路质量包括链路时延、带宽和误码率。
作为优选的，将所述关键时变参数转换为离散化的关键时变参数；具体包括：
通过触发式方式离散化所述网动态拓扑参数，在所述网动态拓扑参数变化时生成网络拓扑变化快照；
通过固定时间尺度离散化所述时变链路参数，在每个固定时间处生成时变链路参数的快照。
作为优选的，构建空间网络模型具体包括：
基于所述关键时变参数和链路质量搭建卫星路由器模拟节点；
基于所述卫星路由器模拟节点创建多个空间网络节点，所述空间网络节点包括天基主干接点、地基主干节点和空间接入点；并设置所述卫星路由器模拟节点的互连接口地址，并根据空间网络需求将各节点互连。
作为优选的，基于所述关键时变参数和链路质量搭建卫星路由器模拟节点具体包括：
搭建卫星路由器模拟节点，基于所述关键时变参数，将所述空间网络的拓扑变化转换为所述卫星路由器模拟节点网卡的up/down变化或路由协议间邻居关系变化，将空间网络的链路质量配置至所述卫星路由器模拟节点中，将链路时延转换为网卡接口队列的排队时延，将带宽转换为网卡接口的发包速度，将误码率转换为网卡接口的丢包率。
作为优选的，在所述空间网络模型上设置地面管控节点具体包括：
基于c/s模型，在每个卫星路由器模拟节点上部署一个客户端client，并通过集中的服务器server管控所有client，通过server将所有卫星的关键时变参数周期的下发到所有client上，所述client将接受到的关键时变参数部署到所属卫星路由器模拟节点。
一种空间网络模拟系统，包括：
时变参数获取模块，用于周期性的获取所有卫星的关键时变参数；
空间网络模型配置模块，用于将所述关键时变参数离散化为连续网络参数，通过地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到空间网络模型中。
一种空间网络模拟设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述空间网络模拟方法。
一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上述空间网络模拟方法。
本发明提出一种空间网络模拟方法和系统，可利用地面路由设备构建空间网络模拟环境，实现空间网络特征的实时模拟，并支持几乎所有地面互联网协议的部署，可以通过本发明的方法验证其在特殊的空间网络环境的适应性。同时，利用建立一体化互联节点的策略管控方法，科实现空间网络模拟试验平台与地面网络试验床间的融合和隔离，为天、地间一体化融合提供可靠的协议试验验证；通过本发明，可以在实际建设天地一体化网络前，验证协议体系在一体化互联的适应性，并为协议技术的改进提供可靠的依据，为天地一体化网络建设保驾护航。
附图说明
图1为根据本发明实施例的方法流程框图；
图2为根据本发明实施例空间网络的立体结构图；
图3为根据本发明实施例的基于c/s模型的空间时变特性部署机制；
图4为根据本发明实施例的天地一体化网络的物理环境部署示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，图中示出了一种空间网络模拟方法，包括：
获取所述空间网络的关键时变参数，并对所述关键时变参数进行建模，所述关键时变参数包括网动态拓扑参数和时变链路参数；
将所述关键时变参数转换为离散化的关键时变参数；
构建空间网络模型，并在所述空间网络模型上设置地面管控节点，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到所述空间网络模型中。
在本实施例中，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到所述空间网络模型中后，还包括：
在所述空间网络模型中构建一体化互连节点，在所述一体化互连节点上部署边界网关协议bgp，并在所述一体化互连节点处设置过滤策略，限制与地面网路连接时地面网络路由表向空间网络模型宣告，并抑制空间网络模型中路由更新对地面网络的冲击。
在本实施例中，通过卫星工具包(satellitetoolkit，stk)和matlab联合构建仿真平台，构建空间网络模型，获取所述空间网络的关键时变参数，并对所述关键时变参数进行建模具体包括：
根据空间网络的拓扑变化得到所述网动态拓扑参数，根据链路参数变化得到所述时变链路参数，并计算空间网络的链路质量，所述链路质量包括链路时延、带宽和误码率。
具体的，在本实施例中，计算空间网络的拓扑动态性及链路连接关系，以获取空间网络的关键时变参数，根据典型空间链路信道模型和典型卫星参数，计算空间网络的链路质量，包括链路时延、带宽、误码率。
由于在上述步骤中的空间拓扑模型抽象出的空间网络参数是连续变化的，而物理模拟环境只能接受离散化的参数。为实现空间网络拓扑模型与物理模拟平台间联动，本实施例中提出一种将连续变化的空间网络参数离散化为一系列快照式的网络参数的方法。该方法综合考虑拓扑变化与链路参数变化对网络协议的影响的差异性，在有效反映空间网络参数变化的同时，减少快照数量。
具体的，在本实施例中，将所述网络动态拓扑参数和时变链路参数离散化为空间网络模型可识别的网络参数，具体包括：
通过触发式方式离散化所述网动态拓扑参数，在所述网动态拓扑参数变化时生成网络拓扑变化快照；
通过固定时间尺度离散化所述时变链路参数，在每个固定时间处生成时变链路参数的快照。
即采用触发的方式来离散化网络拓扑变化，当拓扑变化则生成新的快照；同时，采用固定时间尺度来离散化链路参数变化，即每个固定时间生成新的快照。
在本实施例中，构建空间网络模型具体包括：
基于开源的路由器软件quagga在服务器上搭建卫星路由器模拟节点，并创建多个空间网络节点，包括天基主干节点、地基主干节点及空间接入节点。同时，设计路由器互联接口地址，按照天地一体化建设网络建设需求实现空间网络内的互联互通。
根据天地一体化网络规划方案，分别部署网络层协议如ospf、bgp、dhcp等实现节点间互联互通，同时部署适应空间网络环境的传输层协议，如tcpsack/ecn等。
在本实施例中，基于所述关键时变参数和链路质量搭建卫星路由器模拟节点具体包括：
搭建卫星路由器模拟节点，基于所述关键时变参数，将所述空间网络的拓扑变化转换为所述卫星路由器模拟节点网卡的up/down变化或路由协议间邻居关系变化，将空间网络的链路质量配置至所述卫星路由器模拟节点中，将链路时延转换为网卡接口队列的排队时延，将带宽转换为网卡接口的发包速度，将误码率转换为网卡接口的丢包率。
在本实施例中，在所述空间网络模型上设置一体化互连节点具体包括：
如图3所示，基于c/s模型，在每个卫星路由器模拟节点上部署一个客户端client，并通过集中的服务器server管控所有client，通过server将所有卫星的关键时变参数周期的下发到所有client上，所述client将接受到的关键时变参数部署到所属卫星路由器模拟节点。
在上述步骤的基础上，利用一体化互联节点，设计空间网络试验平台和地面试验网络的互联方法，支持异构网络间协议融合和隔离。
网络融合方法：通过一体化化互联节点部署bgp域间路由协议，使得地面网试验床用户与空间网络试验平台用户可相互访问。
异构网络间隔离方法：设计一体化互连节点过滤策略，限制地面网络庞大路由表向空间网络试验平台宣告，并阻止空间网络试验平台拓扑动态带来频繁路由更新对地面网络的冲击，抑制异构网络间路由融合产生的异常影响。
在本实施例中，利用地面物理设备实现天地一体化网络协议验证方法，如图4所示，为天地一体化网络的物理环境部署。每个节点是一个地面路由器，彼此间通过有线链路互联。通过管控中心，实时将空间网络的拓扑信息、链路信息下发到空间网络模型的模拟环境中；通过一体化互联节点x1实现与地面网络试验床(thechinaeducationandresearchnetwork2，cernet2)实现互联。下表为图4的逻辑结构组成表：
在本实施例中，利用mininet的虚拟技术创建多个路由器节点，扩展实物平台，建设大规模的试验环境。同时，利用广泛使用的真实互联网数据，模拟地面网络环境。进而，利用一体化互连模拟节点将空间模拟环境和地面模拟环境衔接成一体，构建大规模的天地一体化网络试验环境。
本实施例中还提供了一种空间网络模拟系统，包括：
时变参数获取模块，用于周期性的获取所有卫星的关键时变参数；
空间网络模型配置模块，用于将所述关键时变参数离散化为连续网络参数，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到空间网络模型中。本实施例中的系统采用上述的空间网络模拟方法进行空间网络模拟。
一种空间网络模拟设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述空间网络模拟方法。
一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上述空间网络模拟方法。
本实施例中还提供了一种空间网络模拟设备，包括：处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(communicationsinterface)和总线；
其中，
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述通信接口用于该测试设备与显示装置的通信设备之间的信息传输；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的空间网络模拟方法，例如包括：
获取所述空间网络的关键时变参数，并对所述关键时变参数进行建模，所述关键时变参数包括网动态拓扑参数和时变链路参数；
将所述关键时变参数转换为离散化的关键时变参数；
构建空间网络模型，并在所述空间网络模型上设置地面管控节点，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到所述空间网络模型中。
本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的空间网络模拟方法，例如包括：
获取所述空间网络的关键时变参数，并对所述关键时变参数进行建模，所述关键时变参数包括网动态拓扑参数和时变链路参数；
将所述关键时变参数转换为离散化的关键时变参数；
构建空间网络模型，并在所述空间网络模型上设置地面管控节点，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到所述空间网络模型中。
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的空间网络模拟方法，例如包括：
获取所述空间网络的关键时变参数，并对所述关键时变参数进行建模，所述关键时变参数包括网动态拓扑参数和时变链路参数；
将所述关键时变参数转换为离散化的关键时变参数；
构建空间网络模型，并在所述空间网络模型上设置地面管控节点，通过所述地面管控节点将所述关键时变参数实时部署到所述空间网络模型中。
综上所述，本发明提出一种空间网络模拟方法和系统，可利用地面路由设备构建空间网络模拟环境，实现空间网络特征的实时模拟，并支持几乎所有地面互联网协议的部署，可以通过本发明的方法验证其在特殊的空间网络环境的适应性。同时，利用建立一体化互联节点的策略管控方法，科实现空间网络模拟试验平台与地面网络试验床间的融合和隔离，为天、地间一体化融合提供可靠的协议试验验证；通过本发明，可以在实际建设天地一体化网络前，验证协议体系在一体化互联的适应性，并为协议技术的改进提供可靠的依据，为天地一体化网络建设保驾护航。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的显示装置的测试设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。