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一种基于TDMA的可扩展网络模拟方法
时间:2017-06-18
【摘要】 本文阐述了国内外网络模拟技术的发展历程，针对现有技术的不足提出了一种基于TDMA的可扩展网络模拟方法，并对其进行了技术分析。
【关键词】 TDMA 网络模拟 同步
Study on Joint Tactical Radio System Yue Peng
Abstract： This paper describes the development process of network simulation technology at home and abroad，and puts forward a method based on TDMA to expand network simulation for the deficiency of the existing technology.
Key words： TDMA； network simulation； synchronization
一、概述
近年来国内外在网络模拟器方面开展的研究较多，对取得的研究成果进行分析，按照实现方式可以将现有的网络模拟器分为两类：纯软件模拟器和软硬件结合模拟器。纯软件模拟器成本低廉，但是纯软件模拟器与所有调试的协议代码的耦合性较大，而且模拟的精度低，无法适用于一些特殊场合。
与纯软件模拟器相比，软硬件结合模拟器虽然需要额外的硬件支持，但是模拟精度高、实时性强，并且可以通过提供标准接口使模拟器与协议代码之间完全隔离，减少模拟器与协议之间的耦合性。
在软硬件结合的模拟器方面，近年来各研究机构也取得了一定的研究成果，构造了不少网络模拟系统，但这些设备普遍存在如下不足：第一，不能模拟隐终端和暴露终端问题；第二，不能模拟与拓扑有关的协议；第三，仿真系统的规模依赖串口卡所提供的串口数量，因此可扩展性较差；第四，模拟器无法模拟结点的移动性，因而不能模拟动态拓扑；第五，模拟器采用虚拟设备的方法模拟无线网络特性，但是虚拟设备增多时精度降低。
二、可扩展网络模拟方法
通过对现有的软硬件结合模拟器进行分析，发现普遍存在可扩展性差或只能模拟某一层协议等缺点，本方法立足真实模拟TDMA网络环境，由至少两个终端和一个网络模拟控制器组成，可根据组网规模级联扩展增加，每个终端均内嵌一块时钟处理板和以太网卡。时钟处理板与网络模拟控制器时钟处理模块连接，用来接收统一的时钟同步信号；以太网卡与控制平台连接，用来收发控制平台发送的消息。
2.1 高精度同步组网技术
终端加电工作后，自动提取存储单元的网络参数，网络参数文件是各个终端入网认证的唯一标识。在终端人机交互界面设置终端启动参数，选择成员编号、成员类型、工作模式、工作参数信息，并指定是否承担网络时钟同步基准的责任，即是否作为主站建立网络。
选定承担时间同步基准的终端设置启动参数后，主站通过时钟处理板将向外广播发送同步信号。为了保证时钟信号稳定、可靠、长距离传输，本方法使用差分传输技术，采用RS-485总线进行时钟信号的发送和接收，设计完成网络模拟控制器，非时间同步基准终端（即从站）通过网络模拟控制器接收到时钟同步基准的消息后入网，获取当前时隙的时元、时帧、时隙号，与基准时间统一，可实现平台消息的收发。
2.2 TDMA无线信道数据传输模拟技术
在以太网正常工作情况下，任何两个结点之间都是连通的，并且数据传输产生差错的概率非常小。为了模拟无线结点不连通和传输差错的场景，通过开发组网控制软件来控制时钟处理板来模拟链路传输的通断和差错。
可根据用户实际需求，在网络模拟控制器人机交互界面设置终端的通信半径和各个终端信息收发的误码率，也可随时修改网络拓扑结构，使指定退网的终端脱离时钟同步基准的覆盖，从而实现退网的管理。
在网络模拟控制器有视频输出接口，可外接显示器对网络成员进行监视和管理；此外，网络模拟控制器可进行级联，通过级联可使更多的终端进行组网，任意一个终端入网、故障、脱网均能在网络模拟控制器的显示界面查看。
当网络模拟控制器停止运行，执行退网处理，在网络模拟控制器人机界面可见网络拓扑结构发生的变化，曾经入网的终端都随之消失。
三、小结
本设计为实验室模拟系统提供一套廉价、易控的基于有线时隙同步的可扩展组网控制方法，从整个系统架构设计、系统工作流程、信息处理等方面深入研究，彻底解决了网络模拟的可扩展性差、各层协议模拟困难、有线模拟组网差错传输不可控制的问题。
参 考 文 献
[1] 战术Ad Hoc网络模拟器的设计与实现，系统仿真学报，兰明蛟 彭来献 田畅，2008
[2] 基于TDMA短波通信网络的仿真，现代电子技术，张雅，2012
[3] TDMA网络及通信信道模拟系统地设计与实现，军事通信技术，成昂轩 彭来献 田畅，2008
[4] TDMA网络协议的关键技术—时隙同步技术，应用科技，张菊茜 眭衍铭，2001
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