一種基于分布式平臺(tái)的空間信息網(wǎng)絡(luò)綜合評估演示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)兩大領(lǐng)域，具體涉及一種基于分布式平臺(tái)的空間信息網(wǎng)絡(luò)綜合評估演示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空間信息網(wǎng)絡(luò)是以空間平臺(tái)(如同步衛(wèi)星或中、低軌道衛(wèi)星、平流層氣球和有人或無人駕駛飛機(jī)等)為載體，實(shí)時(shí)獲取、傳輸和處理空間信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。空間信息網(wǎng)絡(luò)以相對地面靜止的同步軌道地球衛(wèi)星(GEO)和平流層飛艇(或氣球)為骨干網(wǎng)絡(luò)，中低軌衛(wèi)星(ME0\LE0)、有人無人飛機(jī)、地面站作為接入層節(jié)點(diǎn)或終端接入骨干網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)衛(wèi)星、多個(gè)地面站，以及空間站的互聯(lián)互通，向上向下為各種空間任務(wù)提供更好的通信保障
[0003]為了對空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)行評價(jià)支持，最大化空間資源的效能，兼容在軌和在研的飛行器系統(tǒng)，必須具有良好的仿真評估演示環(huán)境，為空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供模擬平臺(tái)和驗(yàn)證依據(jù)。由于空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)將持續(xù)發(fā)展，因此其仿真評估演示環(huán)境必須支持大規(guī)模仿真、具有良好可擴(kuò)展性和互操作性。高層體系結(jié)構(gòu)(High LevelArchitecture, HLA)是分布式交互仿真領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，可以提高系統(tǒng)的互操作性、可擴(kuò)展性、可重用性，在國內(nèi)外軍事仿真領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外相關(guān)的空間應(yīng)用仿真也采用HLA作為分布式交互的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0004]分布式交互仿真技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段:DIS (DistributedInteractive Simulat1ns)分布式交互仿真階段、ALSP(Aggregate Level Simulat1nProtocol)聚合級仿真協(xié)議階段和目前的HLA階段。1978年，美國首次系統(tǒng)地闡述了聯(lián)網(wǎng)仿真技術(shù)的功能要求，希望實(shí)現(xiàn)受訓(xùn)人員在分布虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中分辨不出訓(xùn)練系統(tǒng)和真實(shí)系統(tǒng)。在美國陸軍、國防建模與仿真辦公室DMSO(Defense Modeling and Simulat1nOffice)和 DARPA(Defense Advanced Research Ptojects Agency)的共同倡導(dǎo)和支持下，1989年正式提出了分布交互式仿真的概念，并制定了一套面向分布式仿真的標(biāo)準(zhǔn)文件，以使這一技術(shù)向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方向發(fā)展。美國陸軍的CATT(Combined ArmsTactical Trainer)計(jì)劃、WARSIM2000 計(jì)劃(The Warfighter' s Simulat1n 2000)、NPSNET計(jì)劃、STOW(Synthetic Theater of War)計(jì)劃等都采用了 DIS標(biāo)準(zhǔn)。聚合級仿真協(xié)議ALSP(Aggregate Level Simulat1n Protocol)用于分布的聚合級以離散事件為主的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)，它實(shí)質(zhì)上是“構(gòu)造仿真”。構(gòu)造仿真的時(shí)間管理不同于DIS系統(tǒng)，它不一定與實(shí)際時(shí)鐘直接聯(lián)系，而是采用時(shí)間步長、事件驅(qū)動(dòng)等方法，只要保證聚合級的分布構(gòu)造仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，并將基于ALSP標(biāo)準(zhǔn)的分布交互仿真系統(tǒng)應(yīng)用于1992年、1994年和1996年的軍事演習(xí)，使ALSP標(biāo)準(zhǔn)得到了改進(jìn)和完善。美國自2001年起只支持基于HLA的仿真系統(tǒng)開發(fā)。我國的航空、航天、船舶、兵器及核工業(yè)有關(guān)部門也在大力開展HLA的研宄、開發(fā)和應(yīng)用推廣，使其成為目前分布式交互仿真領(lǐng)域的主要解決方案。
[0005]分布式仿真可以應(yīng)用于軍事通信，衛(wèi)星通信，空間通信等方面。對于分布式軍事通信網(wǎng)仿真，國外軍方多年來一直投入大力研宄，如美國國防部建立的NETWARS仿真系統(tǒng)，基于OPNET核心建立了大量軍用通信設(shè)備仿真模型，并包含HLA接口，提供了完善的分布式軍事通信網(wǎng)仿真平臺(tái)。國內(nèi)近年對網(wǎng)絡(luò)仿真與分布式仿真的研宄都處于快速發(fā)展階段。文獻(xiàn)提出了軍事通信網(wǎng)分布式仿真的體系結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了將大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)仿真負(fù)荷分擔(dān)到多個(gè)仿真平臺(tái)上，仿真過程的動(dòng)態(tài)控制與仿真數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，為大規(guī)模軍事通信網(wǎng)仿真提供了參考。對于分布式空間通信仿真，國外多年來一直投入大資源開展研宄，如近年美國國防部重點(diǎn)發(fā)展的JC-SS仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于OPNET仿真平臺(tái)，提供了大量通信設(shè)備模型，并包含HLA接口，給出了一個(gè)完善的分布式航空通信網(wǎng)仿真平臺(tái)。2000年，普林斯頓衛(wèi)星系統(tǒng)公司 PSS(Princeton Satellite Systems)為 TechSat-21 項(xiàng)目開發(fā)了基于多 Agent的軟件體系結(jié)構(gòu)OA(ObjectAgent)以及多衛(wèi)星仿真軟件MultiSatSim，并基于二者搭建了仿真平臺(tái)，演示驗(yàn)證了多Agent控制下衛(wèi)星編隊(duì)的智能性和自治能力。2002年，MIT出于DSS仿真需要開發(fā)了通用飛行操作處理仿真器GFLOPS(Generalized Flight Operat1nsProcessing Simulator)。2004 年，JPL (Jet Propuls1n Laboratory)為在實(shí)時(shí)高逼真度條件下研宄編隊(duì)飛行控制算法開發(fā)了編隊(duì)算法與仿真測試床FAST (Format1nAlgorithmsand Simulat1n Tested)。FAST 正被用于類地行星探尋計(jì)劃(Ter-restrial PlanetFinder)。國內(nèi)近年對空間網(wǎng)絡(luò)仿真與分布式仿真的研宄也處于快速發(fā)展的階段。
[0006]哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研宄生院發(fā)明了一種面向深空通信的分布式仿真系統(tǒng)，包括功能仿真組件、仿真環(huán)境產(chǎn)生及更新組件、仿真性能分析與記錄組件。功能仿真組件包括探測星聯(lián)邦成員、中繼星聯(lián)邦成員、速率控制聯(lián)邦成員、地面站聯(lián)邦成員。仿真環(huán)境產(chǎn)生及更新組件包括深空環(huán)境聯(lián)邦成員，仿真性能分析與記錄組件包括數(shù)據(jù)采集聯(lián)邦成員。該發(fā)明未采用HLA作為分布式交互的基礎(chǔ)，但仍然具有可重用性和互操作性的特點(diǎn)。
[0007]目前的分布式仿真主要思想在于每個(gè)單元模擬不同的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，通過各單元的聯(lián)合仿真模擬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作流程。空間信息網(wǎng)絡(luò)正處于發(fā)展階段，瓶頸科學(xué)問題在于沒有規(guī)范和典型的數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行建模，因此，對于空間信息網(wǎng)絡(luò)仿真評估演示顯得尤為重要。目前還未有支持空間信息網(wǎng)絡(luò)仿真、評估和演示一體化環(huán)境建設(shè)的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種生成一個(gè)支持大規(guī)模仿真、具有良好可擴(kuò)展性和互操作性的仿真評估演示綜合系統(tǒng)，為空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供評價(jià)參考的基于分布式平臺(tái)的空間信息網(wǎng)絡(luò)綜合評估演示方法。
[0009]一種基于分布式平臺(tái)的空間信息網(wǎng)絡(luò)綜合評估演示方法，其特征在于包括以下步驟:
[0010]第⑴步:用戶控制臺(tái)定義各衛(wèi)星的軌道、姿態(tài)以及用戶的數(shù)量、位置和業(yè)務(wù)配置參數(shù)，并將這些參數(shù)以及創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱鼍暗闹噶畎l(fā)送給仿真單元，由仿真單元建立空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱鼍埃?br>[0011]第(2)步:仿真單元?jiǎng)?chuàng)建空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱鼍昂筮M(jìn)行仿真，并將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞抡娼Y(jié)果發(fā)送給評估單元，將仿真生成的衛(wèi)星軌道信息文件存儲(chǔ)路徑發(fā)送給控制臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞抡娼Y(jié)果包括衛(wèi)星星座對地覆蓋情況、固定站部署區(qū)域的覆蓋時(shí)效特性、飛行器與各類移動(dòng)用戶的可見性分析；
[0012]第(3)步:控制臺(tái)根據(jù)收到的衛(wèi)星軌道信息文件存儲(chǔ)路徑讀取衛(wèi)星軌道信息文件并生成場景配置腳本，將生成的場景配置腳本發(fā)送到仿真單元，由仿真單元建立網(wǎng)絡(luò)性能仿真場景并進(jìn)行空間信息網(wǎng)絡(luò)性能仿真；將空間信息網(wǎng)絡(luò)性能仿真的統(tǒng)計(jì)信息輸出到評估單元進(jìn)行評估計(jì)算，將空間信息網(wǎng)絡(luò)性能仿真的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?jié)點(diǎn)軌跡、網(wǎng)絡(luò)性能信息送到演示單元;
[0013]第(4)步:控制臺(tái)將用戶指定的評估指標(biāo)體系、評估算法參數(shù)傳輸?shù)皆u估單元，評估單元進(jìn)行空間信息網(wǎng)絡(luò)性能的綜合評估；綜合評估內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)能力、信息傳輸能力、互聯(lián)互通能力、安全能力和路由交換能力；
[0014]第(5)步:控制臺(tái)將演示場景參數(shù)配置傳輸?shù)窖菔締卧?，評估單元將第(4)步得到的綜合評估結(jié)果傳輸?shù)窖菔締卧?，演示單元對空間信息網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、軌跡、姿態(tài)和覆蓋進(jìn)行視景仿真以及針對通信態(tài)勢進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，并對綜合評估的各層次結(jié)果以圖形化方式顯不O
[0015]其中，第(3)步中的空間信息網(wǎng)絡(luò)性能仿真具體包括空間信息網(wǎng)絡(luò)的各類專用協(xié)議仿真、管理控制性能仿真、組網(wǎng)性能仿真和抗毀性能仿真。
[0016]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.本發(fā)明針對現(xiàn)有研宄難以支持空間信息網(wǎng)絡(luò)仿真、評估和演示一體化環(huán)境建設(shè)的弊端，提供了一種基于分布式平臺(tái)的空間信息網(wǎng)絡(luò)綜合評估演示方法。
[0018]2.本發(fā)明提供的方法可以為空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供模擬平臺(tái)和驗(yàn)證依據(jù)，同時(shí)支持離線和實(shí)時(shí)在線的仿真評估演示，對空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)行評價(jià)支持，最大化空間資源的效能，支持了空間信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例各單元聯(lián)合工作流程示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例各單元交互示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例創(chuàng)建對象腳本文件；
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例網(wǎng)絡(luò)腳本文件配置流程圖；
[0023]圖5是本發(fā)明實(shí)施例性能評估功能模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合圖1-圖5和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案。
[0025]一種基于分布式平臺(tái)的空間信息網(wǎng)絡(luò)綜合評估演示方法，確定了仿真評估演示綜合環(huán)境架構(gòu)，利用高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture, HLA)對空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)行評價(jià)支持，生成一個(gè)支持大規(guī)模仿真、具有良好可擴(kuò)展性和互操作性的仿真評估演示綜合系統(tǒng)，為空間信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供評價(jià)參考，其特征在于包括以下步驟:
[0026]第(I)步:用戶控制臺(tái)定義各衛(wèi)星的軌道、姿態(tài)以及用戶的數(shù)量、位置和業(yè)務(wù)配置參數(shù)，并將這些參數(shù)以及創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱鼍暗闹噶畎l(fā)送給仿真單元，由仿真單元建立空間信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱鼍埃鐖D1所示；
[0027](I)采用通用的運(yùn)行支撐環(huán)境RTI (RTI，Run-Time Infr