分布式半实物网络仿真系统及其半实物接口控制方法 【技术领域】
本发明涉及接口控制技术领域，尤其是带半实物接口的分布式半实物网络仿真系统中的接口控制技术。
背景技术
现有分布式仿真系统基本都是采用HLA的架构进行设计的，并应用运行支撑环境RTI完成整个系统中的数据分发、时间管理等功能。HLA作为高层体系结构已在分布式仿真系统中得到广泛的应用，其基本特点是使用运行支撑环境RTI将不同的仿真应用互连在一起，实现不同仿真应用的联合仿真。RTI相当于中间件，屏蔽上层仿真应用的差异，使其能够互连，并完成整个分布式仿真系统的时间管理、对象管理、数据分发管理等六大功能。基于HLA体系结构的半实物接口实现的基本方法是在实物系统侧增加一个半实物接口系统，并布置在一台具有双网卡的计算机上，计算机上的一张网卡连接运行HLA/RTI的仿真环境，实现与其他仿真系统的互连互通，一张网卡连接实物系统，实现与实物系统的互连互通。此时，半实物接口系统相当于一种仿真应用，主要完成实物和仿真系统之间信息格式的转换，以及路由信息的配置，此种半实物接口控制技术在分布式网络仿真中的缺点主要如下：
1.不满足大数据量的仿真要求。由于网络仿真规模很大，一台计算机满足不了要求，一般使用分布式的仿真结构，而不同的仿真系统之间，以及仿真系统与实物系统之间又需要交互大量的业务和路由信息。因此基于HLA架构的半实物接口不能满足网络。
2.业务信息正确传输困难。由于不能完整地交互路由信息，因此就很难实现仿真系统之间、实物系统之间，以及两者之间的业务信息正确传送。
3.配置不方便。由于采用带有双网卡的计算机完成仿真系统与实物系统之间的互连，那么在有多个实物系统接入的情况下，就需要配置多台计算机，应用起来不是很方便，并且造成浪费。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种在不改变模拟、实物系统任何设置的情况下，将仿真、实物等不同的仿真应用互连，实现不同实体之间大数据量信息互通，能够有效完成不同仿真应用的时间同步推进，保证事件的有序交互，而且能够方便实现对仿真运行控制的分布式半实物网络仿真系统及其半实物接口控制方法。
本发明包括具体内容如下：
分布式半实物网络仿真系统，包括网络物理实物系统和网络仿真系统，其中，网络物理实物系统包括基于军事通信网的若干网络节点及其通信连接设备，网络仿真系统包括若干运行有网络仿真软件的仿真PC机，网络仿真系统中每一仿真PC机均带有半实物接口；半实物网络仿真系统还包括管控PC机、时间服务器和数据服务器，时间服务器要对管控PC机、数据服务器和仿真PC机进行授时，使系统时间达到一致，管控PC机完成对整个半实物网络仿真系统的运行控制和运行状态监控，数据服务器实现试验数据的收集和分析。
半实物接口完成网络仿真系统之间以及网络仿真系统与网络物理实物系统之间的信息解析和传输、时间管理功能，它一方面根据时间服务器提供的统一时间基准，控制仿真系统的运行速度，实现仿真系统与其它系统的同步运行；另一方面负责仿真系统的信息传入和传出，完成仿真系统与其它系统的信息解析和交换；
--该半实物接口通过固定时间切换运行的方法实现时间管理，在半实物网络仿真启动以后，由半实物接口控制仿真PC机中的网络仿真软件运行1秒时间以后，物理实物网络节点运行1秒时间，依次执行直到仿真结束；
半实物接口对业务信息和路由信息的处理方法都是采用IP数据包的处理方式，完成信息内容的解析和格式转换，仿真系统传输数据到实物系统的过程为：
1)数据发送请求--当仿真系统需要向实物系统发送数据时，首先构造仿真系统的数据包格式，并向半实物接口发送数据传输请求；
2)信息解析--当运行控制权在半实物接口时，半实物接口获取仿真系统要传输的数据，即业务信息或路由信息，解析数据包格式及内容；
3)数据包构建--半实物接口根据仿真数据信息类型创建符合大小、类型、内容等要求的实际的IP数据包，并根据路由表内容，确定目的地址，封装在IP数据包中，实现整个数据包的构建；
4)数据发送--在完成数据包构建后，将数据包发往实物系统；
5)数据接收--实物系统接收到数据包后，完成数据包解封和数据内容解析，并交由上层应用程序处理；
实物系统发往仿真系统的数据在半实物接口的处理方式是上述过程的逆过程。
仿真系统是使用网络仿真软件实现对实物系统中的通信车、指挥车、战斗车等车辆，车中地信息终端、互联网控制器、ATM交换机、短波电台、超短波电台、高速数据电台等设备，设备的TCP、UDP、OSPF、RIP、TDMA、ALOHA等各层协议，以及通信环境的建模和仿真，共同构建网络运行的虚拟环境。在仿真系统中，各种车辆通过短波、超短波、微波的无线传输手段，以及光纤、背负线等有线传输手段实现相互之间的互连互通。其中仿真系统和实物系统中的网络规模可根据需要进行布置，如果需要仿真的网络规模过大，可以将其分布在不同的计算机上运行。
仿真系统与实物系统之间交互网络仿真必须的路由信息和业务信息，路由信息包括：邻居发现、路由更新等，业务信息包括：指控信息、自由文书、态势信息等。
本发明的基本思想是在整个系统通过NTP方式完成时间同步的基础上，采用时间驱动的方式推进仿真运行，使仿真系统和实物系统的运行保持一致。在信息交互时将事件发生的时间作为时戳携带在交互消息中，仿真系统和模拟系统通过对时戳的解析完成事件进行排队，确定事件处理的先后顺序，此时事件的队列一般是顺序队列，按先入先出的方式进行处理。仿真系统与实物系统的交互信息中不含时间戳，但是在通过局域网构建仿真环境的情况下，时间基本按照先后顺序到达，不存在因果错乱事件等现象。接口控制技术的主要功能是完成仿真系统与实物/模拟系统的接口转换和控制，进行信息格式转换，实现其相互之间的业务和路由信息交互，完成双向代理功能，保证仿真系统与实物/模拟系统在时间和事件上协调一致、同步推进。它一方面对仿真系统提供实物/模拟系统的仿真镜像，把实物系统作为仿真系统的一个内部成员，完成与仿真系统一样的功能；另一方面对实物系统提供虚拟网络，使仿真系统所构成的网络对实物系统就象一个真实的网络一样。半实物接口能够完成仿真系统内部和外部控制权的转换。当控制权在仿真系统内部时，仿真系统按步长推进仿真系统向前执行，并处理仿真事件和外部控制传入的信息，仿真系统外部事件暂停执行；当控制权在外部控制时，处理外部事件和仿真系统传出的信息，仿真系统暂停执行。
本发明的有益效果：
本分布式半实物网络仿真系统及其半实物接口控制方法提供一种在不改变模拟、实物系统任何设置的情况下，将仿真、实物等不同的仿真应用互连；本发明摒弃RTI，直接采用TCP/IP技术实现仿真系统与其它仿真应用的互通，因此在局域网环境下，完全能够满足仿真要求，特别是对大数据量交互需求的分布式网络仿真。在满足路由信息交互的情况下，能够保证信息业务的正确传送；能够有效完成不同仿真应用的时间一致推进，而且能够方便实现对仿真运行的控制，每一仿真PC机均带有半实物接口，系统可扩展性强。如果需要增加仿真系统，只需要将本系统安装在运行仿真系统的计算机上即可，并且不受仿真系统与实物系统布置多少的限制。
【附图说明】
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的实施例的信息交换示意图；
图3是本发明的实施例的带半实物接口的分布式半实物网络仿真流程图。
【具体实施方式】
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本实施例包括接入局域网的实物节点A、实物节点B和运行有网络仿真软件的仿真PC机，参见附图2所示。另外还包括接入前述局域网的管控PC机、时间服务器和数据服务器，仿真PC机带有半实物接口，所述时间服务器要对管控PC机、数据服务器、仿真PC机和半实物接口进行授时，使系统时间达到一致，管控PC机完成对整个半实物网络仿真系统的启动、监控和控制，所述半实物接口负责实现接入局域网的若干实物网络节点和若干运行有网络仿真软件的仿真PC机之间的时间管理、路由信息交换和信息格式转换，且该半实物接口通过固定时间切换运行的方法实现时间管理，在仿真启动以后，由半实物接口控制仿真PC机运行1秒时间后，实物网络节点运行1秒时间，依次执行直到仿真结束。
如图2所示，在仿真系统开始时，控制权在管控PC机，解析仿真业务，将控制权交给仿真系统，外部信息传入仿真PC机，仿真PC机系统执行仿真业务。执行时间1秒安排中断，传出信息到实物节点A、实物节点B，此时控制权交到仿真PC机外部实物节点，执行时间1秒控制权交回仿真PC机，直到业务加载完毕或者管控PC机终止仿真系统运行。
实物节点A的用户数据经过IP处理模块处理后输出IP数据包，当IP数据包经过半实物接口处理后数据被还原并被重新封装为仿真系统所使用的报文头，该报文以仿真系统的报文格式在仿真系统中传输，最后再经过半实物接口处理后，仿真报文格式重新转换为IP数据包格式，并以该格式输出，最后实物节点B解析IP数据包，将数据交给用户程序处理。
半实物接口向实物节点A、实物节点B提供仿真PC机内网络仿真软件中虚拟网络节点的路由信息表。同时，半实物接口也向仿真PC机内网络仿真软件中虚拟网络节点提供实物节点A、实物节点B的路由信息表。
数据服务器记录分布式半实物网络仿真系统在整个仿真过程中各种仿真对象的性能统计信息，如：MAC层接入时延、业务端到端时延、丢包率、路由收敛时间等，分析仿真对象网络系统的性能。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。