一种实时无线通信仿真方法、系统及介质

1.本发明属于无线通信仿真的技术领域，具体涉及一种实时无线通信仿真方法、系统及介质。


背景技术：

2.无线通信仿真技术可以用于：开发新的无线通信网络系统时的方案验证，教学演示，侦察感知、通信对抗、模拟演训(可用于人工智能训练)。
3.无线通信仿真技术在链路仿真的层面上已有很多成熟的方案，例如simulink(来自matlab)、ns-2(the network simulator-ns-2(isi.edu))、ns-3(ns-3|adiscrete-event network simulator for internet systems(nsnam.org))、opnet等软件，ns(network simulator)。可以对通信系统的数据链路进行模拟仿真，以评估通信系统数据链路的网络性能，例如误码率，通信速率等，也可以进行系统级的仿真，仿真通信系统整体的性能。
4.现有技术在无线电信号传输的过程中，使用射线多次反射计算几何体表面的信号强度，数据处理的层面上，使用大量的网络协议、包、链路的模型来仿真通信系统的性能。
5.在实时运行的情况下，因为对场景中的参数提取量少，所适配用于无线通信物理层面的通信模型少，对于不同通信场景的适应上，适配的能力低，对于高度逼真、高精细度的三维仿真场景上的参数和模型的自动适配的能力差。且大量使用了运算效率低的计算方式(计算多次射线的反射)，在高刷新率的仿真场景中难以适配。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种实时无线通信仿真方法、系统及介质。
7.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明的一个方面，提供了一种实时无线通信仿真方法，包括下述步骤：
9.输入通信的对象；
10.加载通信对象的参数；
11.射线检测，获取仿真所需的参数；
12.处理环境参数，对几何参数进行识别，根据识别得到的场景，决定使用的通信模型的类型；
13.处理返回的与物理相关的参数，计算出通信模型所需要的参数，决定使用的通信模型的精确程度；
14.根据计算所得的通信模型的类型、通信模型的精确程度，计算通信模型所需要的各个子模块；
15.输出结果。
16.作为优选的技术方案，所述射线检测具体为：使用射线连接接收机和发射机，仿真无线通信的路线，并计算射线反射，读取gpu中返回射线碰撞到的所有障碍物的信息。
17.作为优选的技术方案，所述获取仿真所需的参数具体为：
18.基于通信网络接口，获取仿真场景对应的天气及地理位置信息；
19.基于实时仿真平台的物理引擎读取gpu中的三角面的碰撞点、计算通信模型所需要的几何参数；
20.计算通信模型所需要的表征环境的参数；
21.基于材质信息，计算通信模型所需要的传播介质电特性；
22.基于实时仿真引擎中的电离层映射的地球电离层相关模型计算所需的电离层特性参数；
23.外部物理参数输入；
24.以上数据与物理环境耦合进一步计算；
25.其中，对于仿真引擎中没有网络模型的物体的环境参数，通过外部进行获取；对于仿真引擎中有网络模型的物体的环境参数，通过射线检测反馈的数据获取，其中部分已经内置到虚拟环境内的参数则直接进行获取。
26.作为优选的技术方案，通过联动解析着色器中的属性直接读取物理属性。
27.作为优选的技术方案，根据所采集的参数，适配通信模型的使用场景，在同一类型的场景下，判断是否有参数能够用于更高精确度的通信模型，如有，则使用更精确的通信模型计算，判断是否有参数能够用于插值或者校正提升通信模型精确度，如有，则调用相应的通信模型。
28.作为优选的技术方案，根据用户需求设定精确度选择通信模型以及计算效率选择通信模型的优先级。
29.作为优选的技术方案，输出结果前，在高帧率要求的场景中采用读取数据表法或插值模型法加速运算；
30.所述读取数据表法具体为：对于能够预先计算好的内容，先计算完成后再进行查表输出结果；
31.所述插值模型法具体为：将计算结果以离散化的数据表来取近似值提取。
32.作为优选的技术方案，根据输出的结果在虚拟仿真端进行实时仿真，并将虚拟仿真的数据与实物设备中采集的数据进行对比，实现闭环验证。
33.本发明的另一个方面，提供了一种实时无线通信仿真系统，应用于上述的一种实时无线通信仿真方法，包括环境参数采集模块、模型自适应适配模块、信号处理仿真模块以及数据校验模块；
34.所述环境参数采集模块用于输入通信的对象，加载通信对象的参数，并进行射线检测，获取仿真所需的参数；
35.所述模型自适应适配模块用于处理环境参数，对几何参数进行识别，根据识别得到的场景，决定使用的通信模型的类型；处理返回的与物理相关的参数，计算出通信模型所需要的参数，决定使用的通信模型的精确程度；根据计算所得的通信模型的类型、通信模型的精确程度，计算通信模型所需要的各个子模块，得到适配好的通信模型；
36.信号处理仿真模块用于根据适配好的通信模型在虚拟仿真端进行实时仿真；
37.所述数据校验模块用于将虚拟仿真的数据与实物设备中采集的数据进行对比，实现闭环验证。
38.本发明的另一个方面，提供了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的一种实时无线通信仿真方法。
39.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
40.(1)本发明从场景中自动采集通信参数，支持动态输入接口，解决无线通信中传播途径的影响仿真需要依赖参数输入的问题，使得在动态的环境中实时仿真变得容易和灵活。
41.(2)本发明根据场景的不同自动适配合适的模型，在实时仿真平台中融入无线通信网络的仿真计算，将无线通信的传播行为自动、实时得仿真，保证运算速度快。
42.(3)本发明支持高速的动态的物体，参数完全动态输入、具备自动识别通信情景的能力、消耗的计算资源极低，在拥有其他较为完善的渲染、物理、动画系统中，以高刷新率来进行无线通信的传播行为的仿真，在家用6核平台上也可以完成1毫秒甚至更低时间间隔的计算和数据更新。
43.(4)本发明调用linux网络信息接口搭配实时仿真完成闭环，支持与实物设备之间完成仿真结果的闭环验证。
44.(5)调用gpu计算处理物理运动和碰撞的接口并从中提取信息解析成无线通信仿真所需要的参数，实现自动识别通信场景的能力，使得本发明得以支持动态中的场景、接收机和发射机的实时无线通信仿真。
45.(6)现有的技术通过调用通信模型的库文件和接口、设定场景，在场景中完成特定通信场景的无线通信仿真，本发明在参数适配上对gpu的碰撞信息、物理系统中的位置信息做了大量的解析，同时联动解析着色器中的属性使得在参数适配上引入了电导率、环境变化，有更强的灵活性。
附图说明
46.图1是本发明实施例一种实时无线通信仿真方法的流程图；
47.图2是本发明实施例虚拟仿真系统与实物设备进行仿真结果的闭环验证的流程图；
48.图3是本发明实施例一种实时无线通信仿真系统的结构示意图；
49.图4是本发明实施例的存储介质的结构示意图。
具体实施方式
50.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
51.实施例
52.如图1所示，本实施例提供了一种实时无线通信仿真方法，通过与实时仿真平台的深度融合，在实时仿真平台中融入无线通信网络的仿真计算，包括以下步骤：
53.s1、输入通信的对象；
54.s2、加载通信对象的参数；
55.s3、射线检测，获取仿真所需的参数；
56.进一步的，所述射线检测具体为：使用射线连接接收机和发射机，仿真无线通信的路线，并计算射线反射，读取gpu中返回射线碰撞到的所有障碍物的信息，包括坐标、材料、温度、入射角度等。
57.进一步的，所述获取仿真所需的参数具体为：
58.基于通信网络接口，获取仿真场景对应的天气及地理位置信息；
59.基于实时仿真平台的物理引擎读取gpu中的三角面的碰撞点、计算通信模型所需要的几何参数如入射倾角、太阳偏角等；
60.计算通信模型所需要的表征环境的参数如城市及街区类型等；
61.基于材质信息，计算通信模型所需要的传播介质电特性；
62.基于实时仿真引擎中的电离层映射的地球电离层相关模型计算所需的电离层特性参数如muf(反射最高频率)等；
63.外部物理参数输入；
64.以上数据与物理环境如温度、湿度耦合进一步计算。
65.其中，对于仿真引擎中没有网络模型的物体的环境参数，通过外部进行获取；对于仿真引擎中有网络模型的物体的环境参数，通过射线检测反馈的数据获取，其中部分已经内置到虚拟环境内的参数则直接进行获取。
66.s4、处理环境参数，对几何参数进行识别，根据识别得到的场景，决定使用的通信模型的类型，提高了场景变化的自适应能力(自适应识别障碍物的特定组合和总体环境的类型，为高速运算的经验模型服务)
67.s5、处理返回的与物理相关的参数，计算出通信模型所需要的参数，决定使用的通信模型的精确程度；具体为：根据射线返回的信息，识别材料、障碍物的类型，结合在场景中读取此时刻的发射机和接收机的参数和位置信息，在实时仿真平台上，拥有物体的模型(渲染引擎)和运动、碰撞的物理系统和时钟，利用射线及射线的多次反射、读取渲染模型三角面的信息，碰撞点信息，采集判断使用何种检测仿真环境中的适配相应的通信模型。
68.s6、根据s4、s5计算所得的使用模型的类型、使用模型的精确程度，计算模型所需要的各个子模块，完成无线通信仿真参数的输出，具体为：
69.根据所采集的参数，适配通信模型的使用场景，在同一类型的场景下，判断是否有参数能够用于更高精确度的通信模型，如有，则使用更精确的通信模型计算，判断是否有参数能够用于插值或者校正提升通信模型精确度，如有，则调用相应的通信模型，特别的，可根据用户需求设定精确度选择通信模型以及计算效率选择通信模型的优先级
70.其中，所述子模块指下级模型，例如：计算传输衰减的时候需要参数中有传播介质的电导率，而计算传播介质的电导率的模型需要温度、湿度、材质、含水量等参数，此时将计算传播介质电导率的模型称为下级模型。
71.s7、在高帧率要求的场景中可采用读取数据表法或插值模型法加速运算；
72.所述读取数据表法具体为：对于能够预先计算好的内容，先计算完成后再进行查表输出结果；
73.所述插值模型法具体为：将计算结果以离散化的数据表来取近似值提取。
74.s8、输出结果；
75.s9、如图2所示，根据步骤s8输出的结果在虚拟仿真端进行实时仿真，并将虚拟仿真的数据与实物设备中采集的数据进行对比，实现闭环验证。
76.特别的，在本实施例中，通过通信接口完成参数采集，在参数适配上对gpu的碰撞信息(实时仿真平台的物理系统在gpu中进行运算，故而物体的位置信息、碰撞信息从gpu中读取)、物理系统中的位置信息做了大量的解析(把物体的姿态、位置、碰撞点，与环境、其他物体的各类倾角等几何参数进行实时运算，转换为通信仿真模型可用的参数)，同时联动解析着色器中的属性(着色器用于图像渲染，着色器对模型网格顶点、着色逻辑进行编辑。故而可以赋予仿真环境中物体的物理属性，这样仿真程序在读取物理属性时，可以直接读取，无需额外的一套物理环境系统，很大的提升了程序的运行效率)使得在参数适配上引入了电导率、环境变化。
77.如图3所示，在本技术的另一个实施例中，提供了一种实时无线通信仿真系统，该系统包括环境参数采集模块、模型自适应适配模块、信号处理仿真模块以及数据校验模块；
78.所述环境参数采集模块用于输入通信的对象，加载通信对象的参数，并进行射线检测，获取仿真所需的参数；
79.所述模型自适应适配模块用于处理环境参数，对几何参数进行识别，根据识别得到的场景，决定使用的通信模型的类型；处理返回的与物理相关的参数，计算出通信模型所需要的参数，决定使用的通信模型的精确程度；根据计算所得的通信模型的类型、通信模型的精确程度，计算通信模型所需要的各个子模块，得到适配好的通信模型；
80.信号处理仿真模块用于根据适配好的通信模型在虚拟仿真端进行实时仿真；
81.所述数据校验模块用于将虚拟仿真的数据与实物设备中采集的数据进行对比，实现闭环验证。
82.在此需要说明的是，上述实施例提供的系统仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，该系统是应用于上述实施例的一种实时无线通信仿真方法。
83.如图4所示，在本技术的另一个实施例中，还提供了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现一种实时无线通信仿真方法，具体为：
84.s1、输入通信的对象；
85.s2、加载通信对象的参数；
86.s3、射线检测，获取仿真所需的参数；
87.s4、处理环境参数，对几何参数进行识别，根据识别得到的场景，决定使用的通信模型的类型；
88.s5、处理返回的与物理相关的参数，计算出通信模型所需要的参数，决定使用的通信模型的精确程度；
89.s6、根据s4、s5计算所得的通信模型的类型、通信模型的精确程度，计算通信模型所需要的各个子模块；
90.s7、输出结果。
91.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件
或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
92.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。