一种基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备，包括接收单元、链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元和组网控制单元。本发明的这种设备能产生具有延时和误码典型特征的流星余迹信道。流星余迹通过过程复杂，对信道特征的研究难度较大，产生具有典型特征的流星余迹信道，增强了对信道研究的针对性；能从系统级模拟流星余迹通信的组网结构，弥补了之前的模拟设备只能连接于主站和从站之间的不足；本发明能实现对外部终端工作方式的控制，实现对整个通信系统的控制，弥补了以往模拟设备功能单一、系统性不强的缺点。
【专利说明】
一种基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备
技术领域
[0001]本发明属于流星余迹通信仿真技术领域，涉及一种基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备，尤其涉及一种可模拟真实信道通信延时和误码特征且具有系统组网功能的设备，为流星余迹通信设备和通信软件的模拟测试提供信道支持。【背景技术】
[0002]流星余迹通信是一种极其特殊的通信方式，流星余迹的产生具有突发性，且形成的信道特征复杂。流星余迹通信模拟设备可以产生具有实际特征的信道模型，用以模拟流星余迹信道的随机突发、指数衰减等过程，从而可在实验室环境下，模拟流星余迹通信过程。其中信道模型的产生和网络结构的控制是流星余迹通信模拟系统的重要组成部分。
[0003]现有的流星余迹模拟设备主要以信道模拟为主，可产生满足实验要求的流星余迹信道，但在功能上仍有所欠缺。如:只能进行信道衰减的模拟，不能模拟流星余迹的随机突发、通信延时误码等特性;单套设备只能模拟两台通信设备的通信过程，难以实现系统级的组网功能;一些设备虽然能够模拟复杂组网方式，但通常需要多套系统互联，人力财力物力成本较高。流星余迹信道的典型特征和网络拓扑结构对通信性能的影响不可忽视，模拟流星余迹信道典型特征和网络拓扑结构，对于测试验证流星余迹通信设备和通信软件的实际效能具有重要意义。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，产生可用的流星余迹模拟信道和可靠的网络拓扑结构，将流星余迹信道的产生、数据信号的传输、网络结构的建立集中于一套实物化的流星余迹通信训练支持设备中，为机动指挥系统的流星余迹通信训练提供支持。
[0005]为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种基于流星余迹通信的激动指挥系统训练支持设备，包括接收单元、链路单元、 信道单元、发送单元、信道控制单元和组网控制单元，其中:
[0007]接收单元连接多个外部通信设备，用多线程的方式并行处理外部通信设备发来的数据信号，处理过程包括对数据信号的接收和对数据信号的缓存，并将缓存的数据信号按顺序传递给链路单元；
[0008]链路单元用于对接收到的数据信号进行链路匹配，根据数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息，确定数据信号的接收端，并对信道单元产生的信道模拟模型进行判断，当有可用流星余迹产生且当前数据链路对应的信道可用时，进行数据传输；
[0009]信道单元按照指数分布规律产生流星到达间隔，在流星到达时刻，按照不同类型的概率分布产生流星余迹信道模型，并在信道模型中插入高斯白噪声；[〇〇1〇]发送单元与所述的多个外部通信设备连接，接收到来自链路单元的数据后，将数据分组缓存于接收队列中，然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备；
[0011]信道控制单元接收由用户配置的信道参数，并将信道参数解析为信道控制指令， 然后将信道控制指令作用于信道单元;信道控制指令包括流星余迹类型、到达时间间隔、高斯白噪声信噪比、误码率和发生概率；
[0012]组网控制单元接收由用户配置的组网参数，并将组网参数解析为组网控制指令， 然后将组网控制指令作用于链路单元;组网控制指令是包括各外部通信设备的连通状态和网络结构改变与否的信息。
[0013]进一步地，所述的卫星通信系统模拟器还包括统计模块:
[0014]统计模块分别对发送单元和接收单元进行监控，从接收单元接收到第一组数据开始计时，发送单元将最后一组数据发送完成时停止计时，计算差值得到传输时延;并根据发送单元提供的统计信号，计算得到流量的统计结果。
[0015]进一步地，所述的组网参数包括各外部通信设备的IP地址、端口、工作状态以及各通信设备之间的连接状态;所述的工作状态包括连接、断开、仅发送、仅接收四种状态，所述的连接状态包括点对点连接和网状连接，其中在点对点连接状态下，每台外部通信设备只能与一台其他的外部通信设备通信，而在网状连接状态下，每台外部通信设备可以与除自身之外的其他任意一台外部通信设备通信。
[0016]进一步地，所述的信道参数包括各外部通信设备的经炜坐标、发送功率、工作频率、流星平均到达时间间隔、噪声类型、电离层误差、季节和昼夜。
[0017]进一步地，所述的信道模型为欠密类流星余迹、过密类流星余迹、欠密类流星簇以及多径信道四种信道中的一种。
[0018]—种基于流星余迹通信的激动指挥系统训练支持方法，包括以下步骤:[0〇19]步骤一，初始化过程
[0020]用户配置组网参数和信道参数，将组网参数发送给组网控制单元，组网控制单元将组网参数解析为组网控制指令，将组网控制指令作用于链路单元;将信道参数发送给信道控制单元，信道控制单元将信道参数解析为信道控制指令作用于信道单元；
[0021]步骤二，工作过程
[0022]将多个外部通信设备与接收单元、发送单元连接，外部通信设备向接收单元发送数据信号，接收单元对数据信号缓存后按顺序传递给链路单元；
[0023]链路单元对接收到的信号进行链路匹配，根据数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息，确定数据信号的接收端，并对信道单元产生的信道模型进行判断，当有可用流星余迹产生且当前数据链路对应的信道可用时，进行数据传输;如果进行数据信号传输，则:
[0024]信道单元按照指数分布规律产生流星到达间隔，在流星到达时刻，按照不同类型的概率分布产生流星余迹信道模型，并在信道模型中插入高斯白噪声；
[0025]发送单元接收到来自链路单元的数据后，将数据分组缓存于接收队列中，然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备。
[0026]本发明与现有技术相比具有以下技术特点:
[0027]1.本发明能产生具有延时和误码典型特征的流星余迹信道。流星余迹通过过程复杂，对信道特征的研究难度较大，产生具有典型特征的流星余迹信道，增强了对信道研究的针对性。
[0028]2.能从系统级模拟流星余迹通信的组网结构。单台设备可连接4台外部终端，终端类型可以为主站或者从站，弥补了之前的模拟设备只能连接于主站和从站之间的不足。本发明可以在点对点、通播、网状结构等组网方式间相互切换，单台设备可满足多种需求。
[0029]3.作于连接、断开、仅发送、仅接收四种状态，实现对整个通信系统的控制，弥补了以往模拟设备功能单一、系统性不强的缺点。【附图说明】
[0030]图1为本发明的整体结构示意图；
[0031]图2本发明接收单元原理结构图 [0〇32]图3本发明链路单元原理结构图 [〇〇33]图4本发明信道单元原理结构图 [〇〇34]图5本发明发送单元原理结构图 [〇〇35]图6本发明信道控制单元原理结构图 [〇〇36]图7本发明组网控制单元原理结构图 [〇〇37]图8本发明系统连接图[〇〇38]图9本发明ARQ传输机制原理图【具体实施方式】
[0039]如图1所示，本发明提供了一种基于流星余迹通信的激动指挥系统训练支持设备， 用于模拟流星余迹通信终端在不同组网方式下的通信过程。本实施例中，给出了四台流星余迹通信终端进行通信模拟的示例，如图8所示。
[0040]本发明的这种训练支持设备，包括接收单元、链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元以及组网控制单元;其中，接收单元与链路单元、信道单元依次连接，发送单元、组网控制单元与链路单元连接，信道控制单元与信道单元连接。这些单元实现的功能分别如下:
[0041]接收单元通过信号接口与外部通信设备连接，如图8所示;接收单元的作用是对数据信号进行接收、缓存和发送。图2给出了接收单元的具体结构，其由数据接收模块和数据缓存模块组成。数据接收模块分别接收如图8所示的四个外部通信设备发送来的数据信号， 数据缓存模块对数据信号按照先到先进的原则缓存于待发送队列，并按顺序传递给链路单元;数据接收模块和数据缓存模块采用多线程的方式，本实施例中对应于四个外部通信设备共有最多四个线程，对发来的数据信号进行并行处理;所述的数据信号，是指由外部卫星通信设备所发送的，通过信道进行传输的通信数据。
[0042]如图3所示，链路单元包括信道接入模块、链路匹配模块和数据传输模块，其中链路匹配模块用于对接收到的数据信号进行链路匹配，根据数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息，确定数据信号的接收端;信号介入模块对信道单元产生的信道模型进行判断，当有可用流星余迹产生时，则接通信道进行数据传输，当没有可用流星余迹产生时，则断开信道停止数据传输;数据传输模块仅在有信道接入时工作， 根据数据链路对应的信道状态，确定是否进行数据传输;若信道接收信噪比高于接收门限，则将数据信号送至信道单元进行传输，否则不进行数据传输;数据链路的传输控制协议采用ARQ传输控制协议。[〇〇43] ARQ传输控制协议的工作过程如下:信道两端分别为发端和收端，发端首先对数据进行编码分组，发送数据分组至模拟信道进行传输，收端对收到的数据分组进行检错译码， 如果收端正确接收，则向发端反馈ACK肯定应答;如果收端错误接收，则向发端反馈NACK否定应答，发端重传该分组;如果在规定时间内，发端没有收到ACK，也要重传该分组。编码方式采用LDPC码字，最大重传次数为3。
[0044]如图4所示，信道单元包括时延模块、模拟信号模块和噪声模块。对应于不同的数据链路，信道单元可以多线程的方式同时产生不同的模拟信号。其中，时延模块以服从T = l〇s的指数分布规律产生流星到达间隔，在流星到达时刻，模拟信号模块按照不同类型的概率分布产生流星余迹信道模型，用以传输数据信号;模拟信号以程序实现典型数学模型的方法生成，该模拟信号可以为欠密类流星余迹信道、过密类流星余迹信道、欠密类流星簇信道以及多径信道四种信道中的一种;噪声模块用于在信道模型中插入高斯白噪声。
[0045]发送单元与所述的多个外部通信设备连接，发送单元包括数据缓存模块和数据发送模块，数据缓存模块接收到来自链路单元的数据后，将数据分组缓存于接收队列中，然后数据发送模块按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备;数据缓存模块和数据发送模块采用多线程的方式，对应于四个通信接口共有四个线程，对即将发送的数据信号进行并行处理。
[0046]如图6所示，信道控制单元由信道参数接收模块和信道指令解算模块组成。其中， 信道参数接收模块接收由用户配置的信道参数，并将信道参数解析计算为信道控制指令， 然后将信道控制指令作用于信道单元;信道参数包括各外部通信设备的经炜坐标、发送功率、工作频率、流星平均到达时间间隔、噪声类型、电离层误差、季节和昼夜(当前时间)。信道控制指令包括流星余迹类型、到达时间间隔、高斯白噪声信噪比、误码率和发生概率。
[0047]组网控制单元接收由用户配置的组网参数，并将组网参数解析为组网控制指令， 然后将组网控制指令作用于链路单元;组网控制指令是包括各外部通信设备的连通状态和网络结构改变与否的信息。其中，组网参数包括各外部通信设备的IP地址、端口、工作状态以及各通信设备之间的连接状态;所述的工作状态包括连接、断开、仅发送、仅接收四种状态，所述的连接状态包括点对点连接和网状连接，其中在点对点连接状态下，每台外部通信设备只能与一台其他的外部通信设备通信，而在网状连接状态下，每台外部通信设备可以与除自身之外的其他任意一台外部通信设备通信。
[0048]所述统计单元由时延统计模块和流量统计模块组成，时延统计模块分别对发送模块和接收模块进行监控，从接收模块接收到第一组数据开始计时，发送模块将最后一组数据发送完成时停止计时，计算差值得到传输时延;流量统计模块对发送模块进行监控，根据发送模块提供的统计信号，计算得到流量的统计结果。
[0049]系统的初始化过程为:用户将组网参数和信道参数通过用户配置界面(软件界面) 输入系统，由组网控制单元和信道控制单元对参数进行解析，组网控制单元产生组网控制指令输出至链路单元，由链路单元根据控制指令生成链路结构，信道控制单元产生信道控制指令输出至信道单元，由信道单元根据控制指令生成信道模型。
[0050]系统的正常运行过程为:外部主站或者从站数据通信设备发送的数据信号由接收单元接收并缓存，链路单元将待发送的数据进行链路匹配，在数据信号传输所对应的链路信道可用时，将数据输入至信道单元，经信道单元加入衰减特征、误码特征和延时特征后， 由发送单元输出至外部通信终端，统计单元根据接收单元和发送单元的工作过程统计数据通过量和传输时延。
[0051] —种基于流星余迹通信的激动指挥系统训练支持方法，包括以下步骤:[〇〇52]步骤一，初始化过程[〇〇53]用户配置组网参数和信道参数，将组网参数发送给组网控制单元，组网控制单元将组网参数解析为组网控制指令，将组网控制指令作用于链路单元;将信道参数发送给信道控制单元，信道控制单元将信道参数解析为信道控制指令作用于信道单元；[〇〇54] 步骤二，工作过程
[0055]将多个外部通信设备与接收单元、发送单元连接，外部通信设备向接收单元发送数据信号，接收单元对数据信号缓存后按顺序传递给链路单元；
[0056]链路单元对接收到的信号进行链路匹配，根据数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息，确定数据信号的接收端，并对信道单元产生的信道模型进行判断，当有可用流星余迹产生且当前数据链路对应的信道可用时，进行数据传输;如果进行数据信号传输，则:[〇〇57]信道单元按照指数分布规律产生流星到达间隔，在流星到达时刻，按照不同类型的概率分布产生流星余迹信道模型，并在信道模型中插入高斯白噪声；
[0058]发送单元接收到来自链路单元的数据后，将数据分组缓存于接收队列中，然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备。
【主权项】
1.一种基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备，其特征在于，包括接收单元、 链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元和组网控制单元，其中:接收单元连接多个外部通信设备，用多线程的方式并行处理外部通信设备发来的数据 信号，处理过程包括对数据信号的接收和对数据信号的缓存，并将缓存的数据信号按顺序 传递给链路单元；链路单元用于对接收到的数据信号进行链路匹配，根据数据信号的来源以及组网控制 指令中各外部通信设备之间的连通状态信息，确定数据信号的接收端，并对信道单元产生 的信道模型进行判断，当有可用流星余迹产生且当前数据链路对应的信道可用时，进行数 据传输；信道单元按照指数分布规律产生流星到达间隔，在流星到达时刻，按照不同类型的概 率分布产生流星余迹信道模型，并在信道模型中插入高斯白噪声；发送单元与所述的多个外部通信设备连接，接收到来自链路单元的数据后，将数据分 组缓存于接收队列中，然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备；信道控制单元接收由用户配置的信道参数，并将信道参数解析为信道控制指令，然后 将信道控制指令作用于信道单元;信道控制指令包括流星余迹类型、到达时间间隔、高斯白 噪声信噪比、误码率和发生概率；组网控制单元接收由用户配置的组网参数，并将组网参数解析为组网控制指令，然后 将组网控制指令作用于链路单元;组网控制指令是包括各外部通信设备的连通状态和网络 结构改变与否的信息。2.如权利要求1所述的基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备，其特征在于， 所述的卫星通信系统模拟器还包括统计模块:统计模块分别对发送单元和接收单元进行监控，从接收单元接收到第一组数据开始计 时，发送单元将最后一组数据发送完成时停止计时，计算差值得到传输时延;并根据发送单 元提供的统计信号，计算得到流量的统计结果。3.如权利要求1所述的基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备，其特征在于， 所述的组网参数包括各外部通信设备的IP地址、端口、工作状态以及各通信设备之间的连 接状态;所述的工作状态包括连接、断开、仅发送、仅接收四种状态，所述的连接状态包括点 对点连接和网状连接，其中在点对点连接状态下，每台外部通信设备只能与一台其他的外 部通信设备通信，而在网状连接状态下，每台外部通信设备可以与除自身之外的其他任意 一台外部通信设备通信。4.如权利要求1所述的基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备，其特征在于， 所述的信道参数包括各外部通信设备的经炜坐标、发送功率、工作频率、流星平均到达时间 间隔、噪声类型、电离层误差、季节和昼夜。5.如权利要求1所述的基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持设备，其特征在于， 所述的信道模型为欠密类流星余迹、过密类流星余迹、欠密类流星簇以及多径信道四种信 道中的一种。6.—种基于流星余迹通信的机动指挥系统训练支持方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一，初始化过程用户配置组网参数和信道参数，将组网参数发送给组网控制单元，组网控制单元将组网参数解析为组网控制指令，将组网控制指令作用于链路单元;将信道参数发送给信道控 制单元，信道控制单元将信道参数解析为信道控制指令作用于信道单元；步骤二，工作过程将多个外部通信设备与接收单元、发送单元连接，外部通信设备向接收单元发送数据 信号，接收单元对数据信号缓存后按顺序传递给链路单元；链路单元对接收到的信号进行链路匹配，根据数据信号的来源以及组网控制指令中各 外部通信设备之间的连通状态信息，确定数据信号的接收端，并对信道单元产生的信道模 型进行判断，当有可用流星余迹产生且当前数据链路对应的信道可用时，进行数据传输;如 果进行数据信号传输，则:信道单元按照指数分布规律产生流星到达间隔，在流星到达时刻，按照不同类型的概 率分布产生流星余迹信道模模型，并在信道模型中插入高斯白噪声；发送单元接收到来自链路单元的数据后，将数据分组缓存于接收队列中，然后按照先 进先出的原则将数据传输至外部通信设备。
【文档编号】H04L12/24GK106059695SQ201610454356
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】李琳琳, 夏冰, 姚志成, 范志良, 伍明, 魏振华, 罗眉
【申请人】中国人民解放军火箭军工程大学