复杂卫星系统仿真实时网络通信系统的制作方法

本发明涉及通信技术领域，具体而言，本发明涉及复杂卫星系统仿真实时网络通信系统。

背景技术：

在快速发展的信息时代背景下，用户对实时仿真提出了更高的要求，尤其在复杂卫星系统的实时仿真需求下，通常对仿真实时网络通信技术提出很高的要求。整个复杂卫星系统的仿真模型中，都要求有一个整体的固有反应时间，这个反应时间的要求就是实时性要求，这个要求包括数据采样和变换的实时性、输入/输出的实时性、实时动态输入接收并产生实时动态输出；同时仿真实现过程中对控制数据、仿真数据等大数据的传输及交互又对仿真实时网络通信节点延迟、固有传输延迟、数据时钟同步等又提出了极高的要求。仿真网络环境的延迟和物理效应设备的时间延迟都将影响仿真系统的真实性。仿真实时控制中还需要解决不同分系统组件之间的组态化运行时间关系约束来确保仿真对实际真实系统尽量高程度的真实映射。

技术实现要素：

目前大多数的军事仿真系统多是以dis或hla/rti为基础，以局域网或广域网为平台开发。其仿真系统中存在以下问题：1)数据传输介质及通道延迟不可控；2)仿真实时网络传输接口设备延迟过长；3)仿真网络端点数据传输协议不同等造成的传输复杂化或转换延迟等；4)大系统仿真网络节点过少，节点数据交互、控制、访问时间过长等。这些问题成为影响复杂卫星系统仿真实时网络通信最关键的因素。

本文提出了一种针对复杂卫星系统进行仿真下的实时网络通信技术；构建针对复杂卫星系统仿真的高速实时网络通信框架；提出基于该复杂卫星仿真的实时网络通信平台组成；结合高速网络通信物理介质传输、内存映射与智能接口适配技术来减少仿真通路延迟。

针对现有技术中存在的上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种复杂卫星系统仿真实时网络通信系统，包括：

复杂卫星专用卫星实时网络模块，所述复杂卫星专用卫星实时网络模块包括内存反射板卡，各个仿真计算节点上的数据通过内存反射板卡映射到主控计算终端；

超高速多节点低延迟长线传输模块，所述超高速多节点低延迟长线传输模块光纤传输介质和光纤收发机；以及

低延迟接口/节点转换适配装置，对复杂卫星系统仿真存在的多种传输协议数据进行转换传输，

其中各个仿真计算节点通过低延迟接口/节点转换适配装置与内存反射板卡进行通信，内存反射板卡通过超高速多节点低延迟长线传输模块与主控计算终端通信。

在本发明的一个实施例中，在所述复杂卫星专用卫星实时网络模块中，主控计算终端对本地内存进行存取，各个仿真计算节点上的数据通过内存反射板卡映射到主控计算终端。

在本发明的一个实施例中，所述超高速多节点低延迟长线传输模块运用光纤交换架构拓扑结构支持最高224节点连接。

在本发明的一个实施例中，所述低延迟接口/节点转换适配装置利用嵌入式可编程技术对复杂卫星系统仿真存在的多种传输协议数据进行转换传输。

在本发明的一个实施例中，所述低延迟接口/节点转换适配装置包括光纤传输接口、嵌入式/可编程逻辑器件以及节点接口。

在本发明的一个实施例中，所述节点接口包括模拟量、开关量、1553b、can、rs422、lvds接口

在本发明的一个实施例中，所述低延迟接口/节点转换适配装置根据复杂卫星系统端对端的实际传输协议进行动态在线配置。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例的复杂卫星系统仿真实时网络通信系统100的框图。

图2示出根据本发明的一个实施例的复杂卫星系统仿真实时网络通信系统的展开示意框图。

图3示出根据本发明的一个实施例的复杂卫星专用卫星实时网络模块的示意图。

图4示出根据本发明的一个实施例的超高速多节点低延迟长线传输模块的示意图。

图5示出根据本发明的一个实施例的低延迟接口/节点转换适配装置的示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

本发明通过对高速网络的传输、仿真网络节点的延迟控制及仿真数据传输、转换等开展研究，以此来满足对诸如复杂卫星系统的仿真真实、可信、高速等特点。

图1示出根据本发明的一个实施例的复杂卫星系统仿真实时网络通信系统100的框图。复杂卫星系统仿真实时网络通信系统100包括复杂卫星专用卫星实时网络模块110、超高速多节点低延迟长线传输模块120以及低延迟接口/节点转换适配装置130。

由于当前实际卫星复杂全系统仿真过程中可能存在长距离分地传输(超过350米距离)、多节点互连协同仿真、节点传输延迟小的特点。因此复杂卫星系统仿真实时网络通信系统100需包含复杂卫星专用卫星实时网络模块110、超高速多节点低延迟长线传输模块120。

复杂卫星专用卫星实时网络模块110较之普通网络实现具有网络通信速度高、仿真数据传输利用率高的特点，同时较之普通网络协议对仿真系统处理器的长时间、大数据量占用的情况，复杂卫星专用卫星实时网络采用内存反射机制架设内存反射连接板卡，并利用其作为仿真网络的独立节点，得益于内存反射连接板卡上的独立-共享内存机制，可以将整个仿真系统各节点上的数据通过独立-共享内存映射到仿真系统主控制器中去，仿真控制者可以在主机上快速处理、控制各个不同网络节点上的数据，其方便程度及操作速度同直接动作主机存储空间几乎一致。其特点在于：1)超高速数据传输，纳秒级读写操作延迟；2)高效可控的仿真网络节点延迟；3)主机透明控制各节点网络内存，高效实现网络节点直接控制。

超高速多节点低延迟长线传输模块120基于光纤传输介质，结合光纤收发机组成，运用光纤交换架构拓扑结构可实现支持最高224节点连接，极大程度上满足了复杂卫星系统仿真所需要面对的多节点联合仿真形式，同时对于长距离、高速率的仿真需求，光纤介质结合收发机的运用可以实现超500米长线传输、3gbps超高速传输速率。

低延迟接口/节点转换适配装置130利用嵌入式可编程技术可以对复杂卫星系统仿真存在的多种传输协议数据进行转换传输，得益于嵌入式高集成性及高速协议转换可以快速实现卫星系统仿真数据之间的协议转换，从而大大降低仿真网络协议转换率低的特点，同时大幅度降低网络数据节点转换延时。

图2示出根据本发明的一个实施例的复杂卫星系统仿真实时网络通信系统的展开示意框图。

如图2所示，复杂卫星专用卫星实时网络模块包括复杂卫星系统仿真主控系统、内存反射网络节点和仿真计算节点。超高速多节点低延迟长线传输模块包括光纤传输介质和光纤收发机。

复杂卫星系统仿真主控系统通过光纤长线传输与各个节点进行连接，其中可将主控系统视为卫星的大脑，而各个节点为卫星的一个部分。

各个仿真计算节点上的数据通过接口数据输入传送到接口/节点转换适配装置。接口/节点转换适配装置对复杂卫星系统仿真存在的多种传输协议数据进行转换，并传输到内存反射网络节点，将转换后变为符合光纤协议的传输数据通过光纤收发机和光纤传输到主控系统。同理，主控系统向仿真计算节点输出数据时，首先通过光纤收发机和光纤传输到内存反射网络节点，再通过接口/节点转换适配装置转换成适合特定计算节点要求的数据形式经由接口数据输出传输到相应的计算节点。

在下文中，按模块对该复杂卫星系统仿真实时网络通信系统详细介绍。

图3示出根据本发明的一个实施例的复杂卫星专用卫星实时网络模块的示意图。如图3所示，主控计算终端对本地内存进行存取。各个仿真计算节点1上的数据通过内存反射板卡映射到主控计算终端，仿真控制者可以在主机上快速处理、控制各个不同网络节点上的数据，其方便程度及操作速度同直接动作主机存储空间几乎一致。

基于内存反射机制通过架设内存反射连接板卡可以顺应复杂卫星多网络节点实现形式，利用其可以使多个独立计算处理节点共享通用仿真数据集，同时允许主控计算终端对分处理节点以本地内存操作速度进行配置、控制。将切实实现实时交互、低延迟、高速通信。该技术的运用可以实现：1)准确计算各仿真网络之间的最大延时；2)实现多计算节点间的高速通信；3)实现仿真进程、数据监视；4)仿真错误定位、风险预判实现。

图4示出根据本发明的一个实施例的超高速多节点低延迟长线传输模块的示意图。

如图4所示，超高速多节点低延迟长线传输模块包括光纤传输介质和光纤收发机。由于当前复杂卫星系统仿真存在多节点、低延迟、长距离的特点，因此通过光纤交换架构拓扑结构实现最大224个仿真网络节点的同时利用光纤特殊的传输特性可以实现更快的数据传输速率，更少的链路请求，更少的设备管理需求，以及更少的电力消耗。配合光纤收发机的使用，可以快速实现从传输信号至光信号的转换，并将转换后的仿真数据快速送入光纤长线传输介质至下一个仿真网络节点。

图5示出根据本发明的一个实施例的低延迟接口/节点转换适配装置的示意图。

如图5所示，低延迟接口/节点转换适配装置包括光纤传输接口、嵌入式/可编程逻辑器件以及节点接口。光纤传输接口与光纤收发机连接，节点接口与节点相连。嵌入式/可编程逻辑器件利用嵌入式可编程技术对复杂卫星系统仿真存在的多种传输协议数据进行转换传输。该低延迟接口/节点转换适配装置具备智能可配置的特点，可以根据复杂卫星系统端对端的实际传输协议进行动态在线配置，使得极大的减少了由于协议不符造成的传输错误，同时得益于嵌入式可编程技术的高集成芯片模组的高速性，大大减少了协议转换时间，提升处理转换速度。当前卫星系统常用的节点接口包括模拟量、开关量、1553b、can、rs422、lvds接口等，通过内嵌的嵌入式或可编程逻辑器件的使用，将协议数据在通过高速实时网络传输至各智能i/o的cpu端前，将高速实时网络传输来的数据转换成各智能i/o可以识别和处理的数据。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。