一种实现轨道交通通信系统网络特性仿真的方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】一种实现轨道交通通信系统网络特性仿真的方法、装置和系统，所述方法结合了我国轨道交通通信系统的特点，充分利用仿真模拟软件、仿真工作站软件、仿真数据库等模块构成，来实现网络数据流的构造、传输、整形、分析等。其特征在于，基于专家分析法建立模型、固定实体与流动实体方法仿真业务过程、适用于轨道交通通信事件模拟的随机建模等三个层面的技术结构，在规划阶段可通过仿真技术评估待测设备的技术规格一致性；在网络联调阶段，对现场通信故障的排查定位及原因分析；在运维阶段，可在不中断地铁通车运营的情况下快速确定故障原因及进行有效验证。对于我国地铁通信系统高标准、规范化建设具有重大意义。
【专利说明】
一种实现轨道交通通信系统网络特性仿真的方法、装置和系统
技术领域
[0001]本发明涉及轨道交通通信系统领域，尤其涉及网络特性仿真的方法、装置和系统。所述方法结合了我国城市轨道交通通信系统的特点，充分利用仿真模拟软件、仿真工作站软件、仿真数据库等模块构成，来实现网络数据流的构造、传输、整形、分析等。其特征在于，基于专家分析法建立模型、固定实体与流动实体方法仿真业务过程、适用于轨道交通通信事件模拟的随机建模等三个层面的技术结构，在规划阶段可通过仿真技术评估待测设备的技术规格一致性;在网络联调阶段，对现场通信故障的排查定位及原因分析;在运维阶段，可在不中断地铁通车运营的情况下快速确定故障原因及进行有效验证。对于我国地铁通信系统高标准、规范化建设具有重大意义。
【背景技术】
[0002]我国轨道交通规划和建设的城市与线路众多，轨道交通通信数据网络技术规格混乱、兼容性差的可预见性风险更突出，进而影响轨道交通通信数据网络系统的安全可靠性以及可维护性。
[0003]轨道交通通信系统建设包括规划、联调、运维三个阶段，其中:
[0004]规划阶段的整体设计方案由设计院提供，但方案细化主要依靠各通信子系统集成商的经验积累进行网络方案设计，例如规划拓扑、分配IP地址等，但不进行理论功能验证。
[0005]联调阶段由于设备种类繁多且设备之间未进行兼容性验证，出现问题概率较大。
[0006]在运维阶段，需要快速对各系统出现故障的设备进行锁定，对现场通信故障排查定位及分析原因，但是轨道交通运营无法中断，某些故障需要等轨道交通结束当天运营工作才能开展故障排查工作，轨道交通在运营期间无法中断通车进行验证。
[0007]鉴于上面这些问题，目前比较有效的解决方案是运用网络特性仿真来快速确定故障原因及进行验证。
[0008]仿真设计一利用仿真模型完成具体仿真场景，同时设计仿真实验序列:设计适当的模型输入参数，仿真统计内容，仿真运行时间，仿真随机种子数个数，仿真独立运行次数，仿真启动条件，仿真终止条件，仿真的准备周期等。
[0009]仿真运行一利用仿真工作站软件进行仿真运算。
[0010]仿真分析--利用分析工具和数学知识进行仿真结果分析。利用平均、方差、最大值、最小值等数学方法和数据过滤技术进行仿真数据，分析仿真结果，在必要时将多次独立运行的仿真结果进行统计分析以解决网络的随机统计问题。
【发明内容】
[0011]本发明是监控并收集存储仿真网络、仿真节点、待测设备的配置及状态变化，为数据分析及环境监测提供基础数据。
[0012]本发明的一个特征是分层化拓扑结:通信设备和通信链路共同构成了通信系统的拓扑结构，这些通信设备的连接构成了多层子网，需要设计划分规则，能灵活根据地域、功能或实际网络进行子网划分；
[0013]本发明的一个特征是地理布局:对于某些特定网络模型，节点的实际物理布局会影响仿真结果，特别是在包含了无线及总线型产品网络中；需要对物理层面进行精确描述，并以度数、秒、公里、米等为单位;根据用户需要，还可以加载地图背景；
[0014]本发明的一个特征是设备的移动计算:在包含了移动通信设备的系统中，模型要能够描述设备的移动轨迹，并通过时间的函数对轨迹进行计算;将轨迹看作是一系列与时间有关的离散点的几何，是实现模型移动性的最通用方法，此外，也可以通过用户开发的进程模型动态第更新节点位置属性，实现自适应的节点移动性；
[0015]本发明的一个特征是设备故障处理:在建模过程中要考虑到当系统中的某些组件发生故障是系统的行为，在网络域中，节点和链路的条件属性可直接支持故障建模，通过修改这些属性，用户进程可以对被选中的节点和链路进行操作；
[0016]本发明的一个特征是通信延迟计算:在实际的分布式系统或通信网络中，时延出现在多个层次，并影响着信息的传输，默认情况下，用发送机模块的数据速率和被传送数据包的长度来计算发送时延。
【具体实施方式】
[0017]本发明的一种实现轨道交通通信系统网络特性仿真的方法、装置和系统，在于通过仿真服务器整合技术来实现。包括仿真模拟软件、仿真工作站软件、仿真数据库等模块构成，核心模块是仿真模拟软件，主要实现网络虚拟数据流的构造、传输、整形、分析等功能，把轨道通信系统的特征要素充分重现。【具体实施方式】如下:
[0018]仿真服务器开发:主要用于监控并收集存储仿真网络、仿真节点、待测设备的配置及状态变化，为数据分析及环境监测提供基础数据，仿真服务器在整个模拟测试系统中处于核心地位;仿真模拟软件模块采用C语言开发，可以到达较快的执行速度;用户界面、用户权限管理等功能采用采用Java作为开发平台，MySQL作为数据库。
[0019]仿真模拟软件作为核心技术模块，其主要由以下技术措施来实现:
[0020]三层建模机制:
[0021]网络是复杂的系统，Modeler建模采用层次化和模块化的方式，将复杂的体系分解为不同的层次结构，每层完成一定的功能，一层内又由多个模块组成，每个模块完成更小的任务。网络域、节点域、进程域是构建Modeler模型的三个层次。
[0022]节点域建模的方法是基于节点模块，每个节点模块实现节点行为的某一方面，诸如数据生成、数据存储、数据的处理或选路和数据的传输等。多个节点模块的集合构成功能完整的节点。
[0023]作为三层建模机制的最底层，进程模型是实施各种算法的载体，因此是建模仿真过程中最重要的部分，同时也是最难实现的部分。进程模型主要用来刻画节点模型里的处理机以及队列模型的行为，可以模拟大多数软件或者硬件系统，包括通信协议、算法、排队策略、共享资源、特殊的业务源等。进程模型主要由状态和转移线构成。
[0024]离散事件仿真机制:
[0025]NET采用基于离散事件驱动的仿真机制。事件是指网络状态的变化。当网络状态发生变化时，模拟机进行仿真，状态不发生变化的时间段，不进行仿真，即被跳过，因而仿真时间是离散的。每个仿真时间点上可以同时出现多个事件，事件的发生可以有疏密的区别。
[0026]仿真中的各个模块之间通过事件中断方式传递事件信息。每当出现一个事件中断时都会触发一个描述网络系统行为或者系统处理的进程模型的运行，通过离散事件驱动的仿真机制实现了在进程级描述通信的并发性和顺序性，再加上事件发生时刻的任意性，决定了可以仿真计算机和通信网络中的任何情况下的网络状态和行为。
[0027]仿真调度机制:
[0028]在NET中使用基于事件列表的调度机制，合理安排调度事件，以便执行合理的进程来仿真网络系统的行为。调度的完成通过仿真软件的仿真核和仿真工具模块以及模型模块来实现，事件列表的调度机制具体描述如下:
[0029]I)每个NET仿真都维持一个单独的全局时间表，其中的每个项目和执行都受到全局仿真时钟的控制，仿真中以时间顺序调度事件列表中的事件，需要先执行的事件位于表的头部。当一个事件执行后将从事件列表中删除该事件。
[0030]2)仿真核作为仿真的核心管理机构，采用高效的办法管理维护事件列表，按顺序通过中断将在队列头的事件交给指定模块，同时接收各个模块送来的中断，并把相应事件插入事件列表中间。仿真控制权伴随中断不断地在仿真核与模块之间转移。
[0031]3)当事件同时发生时，仿真核按照下面两种办法之一来安排事件在事件列表中的位置:按照事件到达仿真核的时间先后顺序，先到达先处理;按照事件的重要程度，为事件设置不同的优先权，优先权高的先处理。
【主权项】
1.一种实现轨道交通通信系统网络特性仿真的方法、装置和系统，其特征在于，基于仿真服务器研发，包括仿真模拟软件、仿真工作站软件、仿真数据库等模块构成，来实现网络虚拟数据流的构造、传输、整形、分析等功能，把轨道通信系统的特征要素充分重现，并采用网络分析仪、协议分析仪、误码仪作为数据流校验设备。2.根据权利要求1所述的实现轨道交通通信系统网络特性仿真的方法、装置和系统，其特征在于，细分为三个层面的技术结构:基于专家分析法建立模型、固定实体与流动实体方法仿真业务过程、适用于轨道交通通信事件模拟的随机建模。
【文档编号】H04L12/24GK105827457SQ201610300258
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】向剑喜
【申请人】广州卓英电子有限公司