一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法.pdf

本发明公开了一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法。技术方案是先构建一个由网络数据半实物测试装置和被测卫星组成的测试环境，网络数据半实物测试装置对被测试卫星的测试场景进行试验配置和任务规划、判断被测卫星是否在轨，如果在轨则计算“虚拟指向星”轨道数据，否则直接产生测试数据，并分发数据到网络数据半实物测试装置各软件；被测试卫星的建链指向软件确定每个时隙连接的目标节点，并计算链路指向；最后对被测试卫星的数据传输进行测试性能评估。采用本发明可以实现在一套硬件设备上、在卫星在不改变自身状态的前提下，且在地面测试阶段和卫星在轨阶段完成时分多址接入空间动态网络的网络协议测试。

权利要求书1.  一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：构建一个测试环境：测试环境由网络数据半实物测试装置和被测卫星组成，被测卫星和网络数据半实物测试装置通过数据传输链路或管理控制链路连接，数据传输链路传输时分多址接入空间动态网络中的各种测试数据，管理控制链路传输辅助参数信息；被测卫星在采用网络数据半实物验证装置进行测试时的状态和该卫星的在轨状态完全一致；被测卫星和网络数据半实物测试装置模拟的虚拟卫星共同构成一个时分多址接入空间动态网络，每个参与测试的被测试卫星和虚拟卫星共同组成时分多址接入空间动态网络中的节点，分别称为被测卫星节点和虚拟卫星节点，这两种节点在时分多址接入空间动态网络中的数据传输功能完全相同，只是节点的存在位置不同；虚拟卫星指由网络数据半实物测试装置模拟的在完成时分多址接入空间动态网络数据传输功能时和真实卫星功能完全相同的卫星；时分多址接入空间动态网络的节点数量为N+1，N为虚拟卫星节点的数量；被测卫星上的硬件分为卫星射频子系统和卫星控制子系统，卫星控制子系统和卫星射频子系统之间通过数据总线连接；卫星控制子系统中的星载计算机安装有建链指向软件、通信协议栈处理软件；卫星射频子系统对时分多址接入空间动态网络中的数据进行调制、数模转换、上变频操作，通过天线将调制后的射频信号发射，被测卫星通过卫星射频子系统和网络数据半实物验证装置相连；被测卫星的建链指向软件根据从网络数据半实物测试装置获得的辅助参数信息中的建链发起节点运动轨道、目标节点运动轨道、当前时间，计算出当前时隙卫星射频子系统的建链指向；被测卫星的通信协议栈处理软件对测试数据进行接收、转发和发送；网络数据半实物测试装置是对被测试卫星运行时分多址接入空间动态网络数据传输方式正确性进行测试的装置，由测试装置射频子系统和测试装置控制子系统组成，测试装置控制子系统和测试装置射频子系统之间通过数据总线连接；测试装置控制子系统由测试管理软件、测试配置与规划软件、测试数据产生软件、测试数据交互控制软件、虚拟卫星通信协议栈处理软件、测试项目性能分析软件、时间同步软件、测试配置与规划软件参数配置文件、测试数据产生软件参数配置文件、测试管理软件参数配置文件组成。测试装置射频子系统与卫星射频子系统结构一样，负责将时分多址接入空间动态网络中的数据进行调制、数模转换、上变频操作，通过天线将调制后的射频信号发射出去； 测试装置射频子系统和被测卫星射频子系统通过无线链路相连；测试配置与规划软件参数配置文件有1项，2个域，分别为测试的虚拟卫星数量、参与测试的虚拟卫星编号；测试数据产生软件参数配置文件有Q项，其中Q≤N×(N-1)/2，每一项有6个域，分别为数据的发送节点、数据的接收节点、数据种类、数据帧数量、发送优先级、是否重传；测试管理软件参数配置文件共1项，3个域，分别为被测卫星是否在轨、被测卫星轨道、网络数据半实物测试装置的位置；测试配置与规划软件根据测试配置与规划软件参数配置文件确定参与测试的虚拟卫星数量N与编号，同被测卫星一起，生成建链规划表、路由表、测试状态配置表，将建链规划表、路由表、测试状态配置表发送给测试管理软件；测试配置与规划软件同时生成时分多址接入空间动态网络中节点理想状态信息，并将节点理想状态信息输出给测试管理软件，所述理想状态信息指测试配置与规划软件按照虚拟卫星通信协议栈处理软件的流程推演出的各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量；测试数据产生软件根据测试数据产生软件参数配置文件产生测试数据，将测试数据发送给测试管理软件；测试管理软件将从测试配置与规划软件收到的虚拟卫星的建链规划表、路由表、测试状态配置表下发至测试数据交互控制软件，将被测卫星的建链规划表和路由表由卫星管理链路上注至被测卫星，将从测试配置与规划软件收到的节点理想状态信息发送至测试项目性能评估与分析软件；测试管理软件为每一个虚拟卫星分配独立的存储区；各虚拟卫星节点数据缓冲区按照建链规划表中的时隙编号，存储各节点的接收数据、发送数据、转发数据，当节点接收数据时，称节点处于接收状态；当节点发送数据时，称节点处于发送状态；当节点转发数据时，称节点处于转发状态；测试管理软件根据测试管理软件参数配置文件确定被测卫星是否在轨，如果在轨则计算“虚拟指向星”轨道，否则不计算；“虚拟指向星”存在于被测卫星和网络数据半实物测试装置连接线的延长线上，并和被测卫星分处于地球两端，当被测卫星指向“虚拟指向星”时，链路被地球遮挡，实际位于其链路指向的网络数据半实物测试装置接收到无线信号，并和被测卫星建立无线链路；测试管理软件将从外部获取的被测卫星轨道和 “虚拟指向星”轨道一起通过管理控制链路上注至被测卫星；测试数据交互控制软件对从测试管理软件收到的测试数据在网络数据半实物测试装置和被测卫星之间进行分配和传输，并将测试数据进行存储，供虚拟卫星通信协议栈处理软件使用；测试数据交互控制软件根据从测试管理软件接收的测试状态配置表、每个虚拟卫星的建链规划表和路由表确定虚拟卫星节点和被测卫星之间的连接关系和数据传输关系；并将网络数据半实物测试装置中运行的虚拟卫星节点发送的测试数据发送给被测卫星，同时接收被测卫星发送的测试数据；测试数据交互控制软件收集测试过程中各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量这些信息，形成节点实际状态信息，将节点实际状态信息发送至测试管理软件，测试管理软件将节点实际状态信息发送至测试项目性能评估软件；虚拟卫星通信协议栈处理软件对每一个虚拟卫星节点维护不同的数据缓冲区，按照建链规划表和路由表确定的连接顺序和数据发送通道对上一个连接节点发出的测试数据进行接收、并将测试数据发送给下一个连接节点，保证虚拟卫星节点在数据协议执行方面和被测卫星一致；测试项目性能评估与分析软件对被测试卫星的总体测试性能评估与分析，测试性能评估与分析软件从测试配置与规划软件收到的节点理想状态信息，从测试数据交互控制软件的测试数据，从虚拟卫星通信协议栈处理软件获取各虚拟卫星节点实际状态；将各虚拟卫星节点状态、测试数据和节点理想状态信息进行对比，对被测卫星是否具备基于时分多址接入空间动态网络的数据传输能力给出结论；时间同步软件为参与测试的各软件提供统一的时隙，保持各硬件软件之间的时间同步；第二步：测试装置控制子系统对被测卫星的测试场景进行试验配置和任务规划，方法是：2.  1测试配置与规划软件根据测试配置与规划软件参数配置文件确定参与本次试验的虚拟卫星的数量N和虚拟卫星的编号；2.  2测试配置与规划软件针对试验场景，根据卫星轨道计算得到卫星之间的链接关系和数据传输路径，构建建链规划表、路由表，并根据虚拟卫星数量、编号、连接关系构建测试状态配置表；测试状态配置表由表头和表体组成：表头由起始时刻和终止时刻两个域组成，起始时刻指测试状态配置表生效的时刻，终止时刻指所属测试状态配置表失效的时刻；表体有P项，P＝(终止时刻-起始时刻)/时隙，即建链规划表有效时间长度 为P个时隙；表体由5个域组成，5个域分别为时隙编号、当前时隙的仿真节点号、当前时隙的收发状态、链路数据速率、链路编码方式；时隙指起始时刻与终止时刻之间的时间段；2.  3测试配置与规划软件按照虚拟卫星通信协议栈处理软件的流程推演出各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量等信息，生成节点理想状态信息，将节点理想状态信息发送给测试管理软件；2.  4测试配置与规划软件将测试状态配置表、建链规划表、路由表、节点理想状态信息输出给测试管理软件；第三步：测试数据产生软件产生测试数据，并将测试数据发送至测试管理软件；第四步：测试管理软件根据测试管理软件参数配置文件中的“被测卫星是否在轨”域判断被测卫星是否在轨，如果在轨，执行第五步，否则执行第六步；第五步：测试管理软件计算“虚拟指向星”轨道数据，并将“虚拟指向星”轨道数据发送到被测卫星；第六步：测试管理软件分发数据文件到网络数据半实物测试装置中其它的软件：6.  1测试管理软件将测试状态配置表、虚拟卫星的建链规划表和路由表、测试数据文件通过数据总线发送到测试数据交互控制软件；6.  2测试管理软件根据参加测试的虚拟卫星数量N，在测试装置控制子系统为每一个虚拟卫星分配独立的存储区，同时在测试装置射频子系统设置一个射频数据处理缓冲区；6.  3测试管理软件将被测卫星的建链规划表、路由表、被测卫星轨道通过管理控制链路发送至被测卫星；6.  4测试管理软件将节点理想状态信息发送到测试性能分析与评估软件；第七步：网络数据半实物测试装置的时间同步软件提供时间节拍，保持星地时间同步，并提供建立节拍所需要的时隙；第八步：网络数据半实物测试装置对网络数据半实物测试装置中的虚拟卫星和被测卫星进行交互控制：8.  1测试数据交互控制软件读取时间同步软件提供的时隙；8.  2测试数据交互控制软件根据测试状态配置表的“仿真节点号”项确定本时隙和被测卫星节点有链接关系的虚拟卫星节点；8.  3测试数据交互控制软件读取当前虚拟卫星节点的建链规划表和路由表，确定虚拟卫星节点和被测卫星之间的连接关系和数据传输关系；测试数据交互控制软件根据测试状态配置表的“仿真节点号”，在第三步产生的测试数据中确定当前虚拟卫星节点作为发 送节点发送的测试数据，当前虚拟卫星节点指在某一特定时刻和被测卫星相连接的一颗虚拟卫星；8.  4虚拟卫星通信协议栈处理软件接收、发送或转发测试数据，并将需要发送的测试数据通过内部总线传送到网络数据半实物测试装置的测试数据交互控制软件；8.  5测试管理软件将当前虚拟卫星节点的发送数据下发至测试装置射频子系统；8.  6测试装置射频子系统将需要发送的测试数据调制后，以射频信号的方式通过天线或者有线方式和被测试卫星建立链路，将当前虚拟卫星节点的发送数据发送给被测卫星；8.  7测试数据交互控制软件将节点实际状态信息发送至测试管理软件；8.  8测试管理软件将节点实际状态信息发送至测试性能评估与分析软件；第九步：被测卫星的建链指向软件读取建链规划表和路由表，确定每个时隙连接的目标节点，并根据被测卫星轨道和“虚拟指向星”星历计算链路指向；卫星通信协议栈处理软件根据星历计算链路指向确定本节点发送的数据、本节点转发的数据、本节点接收的数据，并将数据发送到卫星射频子系统，通过射频子系统将数据发送到网络数据半实物测试装置；第十步：测试性能评估与分析软件对被测卫星在时分多址接入空间动态网络中的数据传输进行测试性能评估与分析：测试性能评估与分析软件读取节点理想状态信息、节点实际状态信息，比较同一个时隙中每一个节点的实际状态信息和理想状态信息；如果有任何一个节点的实际状态信息和理想状态信息不一致，即可判定被测卫星时分多址接入空间动态网络中数据传输不正确；若所有节点的实际状态信息和理想状态信息完全一致，即可判定被测卫星时分多址接入空间动态网络中数据传输正确，并得出被测卫星在时分多址接入空间动态网络中数据传输正确的结论。2.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于所述测试数据指N个虚拟卫星和被测卫星间链路网络业务模拟数据、星座轨道与星间观测数据、遥控、遥测数据；所述辅助参数信息，辅助参数信息包含：建链规划表、路由表、建链发起节点运动轨道、目标节点运动轨道、系统时间。3.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于第一步所述测试配置与规划软件参数配置文件中测试的虚拟卫星数量即N的数值；测试数据产生软件参数配置文件中的数据的发送节点指测试数据传输的起始节点，数据的接收节点指测试数据传输的目的节点，数据种类指遥控数据或者遥测数据，数据帧数量指传输的测试数据帧数量，以数据帧为单位，发送优先级是0-15之间的数，15优 先级最高，是否重传域为0表示重传，为1表示不重传；测试管理软件参数配置文件被测卫星是否在轨域为0表示在轨，为1表示不在轨，网络数据半实物测试装置的位置指网络数据半实物测试装置的物理坐标。4.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于第二步所述测试状态配置表的表体形如：1)时隙编号：以1为起始，顺序增加，最大值为P；2)仿真节点号：网络数据半实物测试装置在本时隙仿真的虚拟卫星编号；3)收发状态：虚拟卫星编号所对应的虚拟卫星节点在本时隙的状态，有接收和发送两个状态；4)链路数据速率：虚拟卫星和被测卫星射频链路对应的数据传输速率；5)链路编码方式：虚拟卫星和被测卫星射频链路对应的调制编码方式。5.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于第三步所述测试数据产生软件产生测试数据，并将测试数据发送至测试管理软件的方法是：3.  1测试数据产生软件从测试数据产生软件参数配置文件读取数据的发送节点、接收节点、数据种类、数据帧数量、发送优先级、是否重传参数；3.  2测试数据产生软件根据测试数据产生软件参数配置文件产生N个虚拟卫星和被测卫星节点的测试数据，测试数据存贮在测试数据文件中；3.  3测试数据产生软件将测试数据文件通过数据总线发送至测试管理软件。6.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于第五步所述测试管理软件计算“虚拟指向星”轨道数据，并将“虚拟指向星”轨道数据发送到被测卫星的方法是；5.  1测试管理软件从测试管理软件参数配置文件读取被测卫星轨道；5.  2测试管理软件从测试管理软件参数配置文件读取网络数据半实物测试装置的位置；5.  3测试管理软件计算“虚拟指向星”轨道数据：根据被测卫星轨道和网络数据半实物测试装置的位置计算出被测卫星建链指向；再根据建链指向的延长线计算出“虚拟指向星”的位置并拟合出“虚拟指向星”轨道；5.  4测试管理软件将“虚拟指向星”轨道通过管理控制链路发送到被测卫星。7.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法， 其特征在于第6.2步所述为每一个虚拟卫星分配独立的存储区大小按照P×M×每帧字节数进行设置，单位为字节；在测试装置射频子系统设置的射频数据处理缓冲区大小按照N×P×M×每帧字节数进行设置，单位为字节，M为每时隙传输的最大数据帧数。8.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于第七步所述网络数据半实物测试装置的时间同步软件提供时间节拍的方法是：7.  1时间同步软件得到外部传送来的协调世界时即UTC时间；7.  2时间同步软件将UTC时间播发到被测卫星和网络数据半实物测试装置的其它软件。9.  如权利要求1所述的一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，其特征在于第八步所述虚拟卫星通信协议栈处理软件接收、发送或转发测试数据是采用专利申请号201510004471.4一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法第一步至第四步所述的传输方法。

说明书一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法
技术领域
本发明主要涉及一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法。该方法利用时分多址接入空间动态网络的特点，采用一套硬件设备，实现全星座卫星节点的网络协议栈处理，为卫星在研制阶段或者在轨未组网阶段提供了一种网络数据传输协议的测试方法。
背景技术
卫星之间的网络数据传输是卫星技术发展的一个新方向，时分多址接入空间动态网络是现有卫星之间网络的抽象模型。时分多址接入空间动态网络的特点为：网络节点之间不是一直连接的，而是有规律的连接和断开；数据传输是半双工的，即某一段时间数据只能单向地从一个节点传输到另一个节点；网络节点的存储容量有限；网络节点的数据处理能力有限；网络数据传输有一定的可靠性要求，即重要数据要求接收节点回传给发送节点应答信号，如果一定时间内没有收到应答则数据需要重传；数据的传输按照数据优先级进行排序，优先级高的数据优先传输；网络是平面结构，数据节点地位平等，节点之间没有主从关系。
针对时分多址接入空间动态网络的特点，专门设计了网络传输协议，确保数据可以在处理节点资源有限的条件下准确高效传输，防止网络拥塞现象发生。
参与组网的卫星节点之间建立物理连接和数据传输由建链规划表和路由表(根据201510004471.4：一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法)控制，其中建链规划表规定卫星在什么时刻和目标星连接，路由表规定数据在发送节点和目标节点之间传送的中继节点，即数据传输路径。
如申请号为201510004471.4的专利(一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法)所述，建链规划表以时间序列的方式规定每个数据传输节点在特定时刻和特定数据传输节点的连接关系，此连接关系以时隙(一段时间间隙)为单位，一个时隙内连接关系不变。
建链规划表有2项，分别为表头和表体。
表头由起始时刻和终止时刻两个域组成，起始时刻指所属建链规划表生效的时刻，终止时刻指所属建链规划表失效的时刻。
表体有P项，P＝(终止时刻-起始时刻)/时隙，即建链规划表有效时间长度为P个时隙。表体由3个域组成，3个域分别为时隙编号、当前时隙的连接目标结点、当前时隙的收发状态。时隙指起始时刻与终止时刻之间的时间段。表体形如：
1)时隙编号：以1为起始，顺序增加，最大值为P。
2)目标节点号：本数据传输节点在本时隙的连接数据传输节点。
3)收发状态：目标节点号所对应的目标节点在本时隙的状态，有接收和发送两个状态。
路由表规定了数据从发送节点传送到接收节点的传输路径。
路由表有2项，分别为路由表表头和路由表表体。
路由表表头由路由表起始时刻和路由表终止时刻两个域组成，路由表起始时刻指所属路由表生效的时刻，路由表终止时刻指所属路由表失效的时刻。
表体有N项，每项包括2个域，分别为：
1)路由表目标节点号：在数据传输环境中的数据传输节点。
2)转发节点号：数据转发节点。
路由表指定了全部数据传输节点作为数据传输最终目标节点时的转发节点，按照数据传输节点的编号顺序进行排列。
对于参与同一个场景规划中的所有卫星节点来说，尽管其遵循统一的链接顺序，但是每一个特定的卫星节点其建链规划表和路由表都是不同的。
由于时分多址接入空间动态网络的半双工特性，对于该网络中的每一个节点而言，在特定的时间和它相连接的网络节点只有一个，即不会出现一个节点在同一时间内和两个或者两个以上节点连接的情况。根据时分多址接入空间动态网络的上述特点，可以采用最小的硬件代价，实现模拟全星座节点星间传输能力，从而为已经存在的实际卫星节点，提供一种完备的网络协议测试手段。
对已经具备数据处理能力和信号发射能力的卫星而言，不管其在地面还是在轨阶段，都需要对其是否具备全星座网络数据传输能力进行充分测试。
单颗卫星入轨后，在全星座卫星未入轨前，即在卫星没有完成组网之前，如何对相应的网络数据传输协议进行充分的测试是一个重要的问题。
在测试过程中，有一些特殊的要求。首先被测卫星的状态必须和正常运行状态一致，包括软件和硬件状态。这就需要探索新的实验方法和验证装置，对于时分多址接入空间动态网络的一个卫星节点，在地面测试阶段和在轨阶段对卫星是否具备网络协议处理能 力、是否具备组网能力进行全面的测试。由于时分多址接入空间动态网络是一种创新的网络，目前文献中还没有任何对基于时分多址接入空间动态网络的数据传输进行测试的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，在地面测试阶段和卫星在轨阶段，测试时分多址接入空间动态网络的网络传输状况。
本发明的技术方案是：
根据时分多址接入空间动态网络的特点，在一套设备上实现多颗卫星的网络数据传输特性，这套设备用于测试卫星，在地面测试阶段或者在轨阶段，不改变卫星的正常工作状态。
该方法的具体步骤为：
第一步：构建一个测试环境：
测试环境由网络数据半实物测试装置和被测试的卫星(简称被测卫星)组成。被测卫星有地面测试和在轨测试两种状态，被测卫星的状态和正常运行时完全一致，被测卫星和网络数据半实物测试装置通过数据传输链路或管理控制链路连接，由数据传输链路传输时分多址接入空间动态网络中的各种测试数据，测试数据指N个虚拟卫星和被测卫星间链路网络业务模拟数据、星座轨道与星间观测数据、遥控、遥测数据。管理控制链路传输正常运行所必需的辅助参数信息，包含：建链规划表、路由表、建链发起节点运动轨道、目标节点(链路连接的节点)运动轨道、系统时间。为了保证测试结果的正确性，要求被测卫星在采用网络数据半实物验证装置进行测试时的状态和该卫星的在轨状态完全一致。
被测卫星和网络数据半实物测试装置模拟的虚拟卫星共同构成一个时分多址接入空间动态网络，每个参与测试的卫星，包括被测试卫星和虚拟卫星，均构成时分多址接入空间动态网络的一个节点，每个节点可以接收数据、发送数据，即作为发送节点和接收节点。假设虚拟卫星节点的数量为N，此时分多址接入空间动态网络的节点数量为N+1。虚拟卫星指由网络数据半实物测试装置模拟的在完成时分多址接入空间动态网络数据传输功能时和真实卫星功能完全相同的卫星。这些虚拟卫星和被测卫星一起，共同组成时分多址接入空间动态网络中的节点，分别称为虚拟卫星节点和被测卫星节点，这两种节点在时分多址接入空间动态网络中的数据传输功能完全相同，只是节点的存在位置不同。
被测卫星上的硬件分为卫星射频子系统和卫星控制子系统，卫星控制子系统和卫星射频子系统之间通过数据总线连接。卫星控制子系统中的星载计算机安装有建链指向软件、通信协议栈处理软件。卫星射频子系统对时分多址接入空间动态网络中的数据进行调制、数模转换、上变频操作，通过天线将调制后的射频信号发射。卫星通过卫星射频子系统和网络数据半实物验证装置相连。
被测卫星的建链指向软件根据从网络数据半实物测试装置获得的辅助参数信息计算当前时隙卫星射频子系统的建链指向。因为时分多址接入空间动态网络的射频波束为窄波束，而且时分多址接入空间动态网络中的节点(包括建链发起节点和目标节点)运动方向是可以预知的，因此，可以通过建链发起节点运动轨道、目标节点运动轨道、当前时间，计算出当前时隙卫星射频子系统的建链指向(具体计算方法见文献：梁俊明，卫星通信系统星间链路设计研究，2006年，国防科学技术大学硕士论文，3.1.2节卫星在天球上的轨迹，P16-P17)，这样可以缩短建链时间，增加建链效率。
被测卫星的通信协议栈处理软件按照申请号为201510004471.4发明专利：一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法中第四步所述的数据传输方法进行数据接收、转发和发送。
网络数据半实物测试装置是对被测试卫星运行时分多址接入空间动态网络数据传输方式正确性进行测试的装置，由测试装置射频子系统和测试装置控制子系统组成，测试装置控制子系统和测试装置射频子系统之间通过数据总线连接。测试装置控制子系统由测试管理软件、测试配置与规划软件、测试数据产生软件、测试数据交互控制软件、虚拟卫星通信协议栈处理软件、测试项目性能分析软件、时间同步软件、测试配置与规划软件参数配置文件、测试数据产生软件参数配置文件、测试管理软件参数配置文件组成。
测试装置射频子系统与卫星射频子系统结构一样，负责将时分多址接入空间动态网络中的数据进行调制、数模转换、上变频操作，通过天线将调制后的射频信号发射出去。测试装置射频子系统和被测卫星射频子系统通过无线链路相连。
测试配置与规划软件参数配置文件有1项，2个域。分别为：
1)测试的虚拟卫星数量：即组成时分多址接入空间动态网络节点的具体数量，即N的数值；
2)参与测试的虚拟卫星编号：参与测试的具体虚拟卫星编号。
测试数据产生软件参数配置文件有Q项，其中Q≤N×(N-1)/2，每一项有6个域，分别为：
1)数据的发送节点：测试数据传输的起始节点；
2)数据的接收节点：测试数据传输的目的节点；
3)数据种类：遥控数据或者遥测数据；
4)数据帧数量：传输的测试数据帧数量，以数据帧为单位；
5)发送优先级：0-15之间的数，15优先级最高；
6)是否重传：0为重传，1为不重传；
测试管理软件参数配置文件共1项，3个域，分别为：
1)被测卫星是否在轨：在轨为0，不在轨为1；
2)被测卫星轨道：被测试卫星的轨道；
3)网络数据半实物测试装置的位置：网络数据半实物测试装置的物理坐标。
测试配置与规划软件对被测卫星的测试场景进行试验配置和任务规划。测试配置与规划软件根据测试配置与规划软件参数配置文件确定参与测试的虚拟卫星数量N与编号，同被测卫星一起，生成建链规划表、路由表、测试状态配置表，将建链规划表、路由表、测试状态配置表发送给测试管理软件。虽然遵循同一种时序连接关系，每一个虚拟卫星的建链规划表和路由表都是不同的，运行测试配置与规划软件对每一颗参与测试的虚拟卫星都生成与该虚拟卫星相应的建链规划表和路由表。测试配置与规划软件同时生成时分多址接入空间动态网络中节点理想状态信息(即测试配置与规划软件按照虚拟卫星通信协议栈处理软件的流程推演出的各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量等信息)，并将节点理想状态信息输出给测试管理软件。
测试数据产生软件根据测试数据产生软件参数配置文件(有6个域)产生测试数据，将测试数据发送给测试管理软件。
测试管理软件将从测试配置与规划软件收到的虚拟卫星的建链规划表、路由表、测试状态配置表下发至测试数据交互控制软件，将被测卫星的建链规划表和路由表由卫星管理链路上注(上注：卫星地面设备将数据通过无线通道输送到卫星)至被测卫星。将从测试配置与规划软件收到的节点理想状态信息发送至测试项目性能评估与分析软件。
测试管理软件为每一个虚拟卫星分配独立的存储区，即分配N个存储区。
各虚拟卫星节点数据缓冲区按照建链规划表中的时隙编号，存储各节点的接收数据、发送数据、转发数据，当节点接收数据时，称节点处于接收状态；当节点发送数据时，称节点处于发送状态；当节点转发数据时，称节点处于转发状态。
测试管理软件根据测试管理软件参数配置文件确定被测卫星是否在轨，如果在轨则计算“虚拟指向星”轨道，否则不计算。“虚拟指向星”存在于被测卫星和网络数据半实物测试装置连接线的延长线上，并和被测卫星分处于地球两端，当被测卫星指向“虚拟指向星”时，链路肯定被地球遮挡，实际位于其链路指向的网络数据半实物测试装置接收到无线信号，并和被测卫星建立无线链路。计算“虚拟指向星”轨道的原因在于被测卫星需要建链规划表和预先存储的卫星轨道进行链路指向计算，为了防止被测卫星指向空中并不存在的虚拟卫星节点，可以在此试验场景下，将所有参与试验的虚拟卫星节点轨道数据全部用“虚拟指向星”轨道替代。测试管理软件将从外部获取的被测卫星轨道和“虚拟指向星”轨道一起通过管理控制链路上注至被测卫星。
测试数据交互控制软件对从测试管理软件收到的测试数据在网络数据半实物测试装置和被测卫星之间进行分配和传输，并将测试数据进行存储，供虚拟卫星通信协议栈处理软件使用。测试数据交互控制软件根据从测试管理软件接收的测试状态配置表、每个虚拟卫星的建链规划表和路由表确定虚拟卫星节点和被测卫星之间的连接关系和数据传输关系；将网络数据半实物测试装置中运行的虚拟卫星节点发送的测试数据发送给被测卫星；同时接收被测卫星发送的测试数据。测试数据交互控制软件收集测试过程中各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量等信息，形成节点实际状态信息，将节点实际状态信息发送至测试管理软件。测试管理软件将节点实际状态信息发送至测试项目性能评估软件。
虚拟卫星通信协议栈处理软件对每一个虚拟卫星节点维护不同的数据缓冲区，按照建链规划表和路由表确定的连接顺序和数据发送通道对上一个连接节点发出的测试数据进行接收、并将测试数据发送给下一个连接节点，保证虚拟卫星节点在数据协议执行方面和被测卫星一致。
测试项目性能评估与分析软件对被测试卫星的总体测试性能评估与分析。测试性能评估与分析软件从测试管理软件收到的节点理想状态信息节点实际状态信息。将各虚拟卫星节点状态、节点理想状态信息进行对比，对被测卫星是否具备基于时分多址接入空间动态网络的数据传输能力给出结论。
时间同步软件为参与测试的各软件提供统一的时隙，保持各硬件软件之间的时间同步。
第二步：测试装置控制子系统对被测卫星的测试场景进行试验配置和任务规划，方法是：
2.1测试配置与规划软件根据测试配置与规划软件参数配置文件确定参与本次试验的虚拟卫星的数量N和虚拟卫星数量。
2.2测试配置与规划软件采用申请号201510004471.4的专利第三步中3.1步所述的计算方法，针对试验场景，根据卫星轨道计算得到卫星之间的链接关系和数据传输路径，构建建链规划表、路由表，并根据虚拟卫星数量、编号、连接关系构建测试状态配置表。测试状态配置表规定了网络数据半实物测试装置在特定时刻的仿真类型，和建链规划表、路由表有严格的对应关系，确定了网络数据半实物测试装置射频发送时的状态，由表头和表体组成。
表头由起始时刻和终止时刻两个域组成，起始时刻指测试状态配置表生效的时刻，终止时刻指所属测试状态配置表失效的时刻。
表体有P项，P＝(终止时刻-起始时刻)/时隙，即建链规划表有效时间长度为P个时隙。表体由5个域组成，5个域分别为时隙编号、当前时隙的仿真节点号、当前时隙的收发状态、链路数据速率、链路编码方式。时隙指起始时刻与终止时刻之间的时间段。表体形如：
1)时隙编号：以1为起始，顺序增加，最大值为P。
2)仿真节点号：网络数据半实物测试装置在本时隙仿真的虚拟卫星编号。
3)收发状态：虚拟卫星编号所对应的虚拟卫星节点在本时隙的状态，有接收和发送两个状态。
4)链路数据速率：虚拟卫星和被测卫星射频链路对应的数据传输速率。
5)链路编码方式：虚拟卫星和被测卫星射频链路对应的调制编码方式。
2.3测试配置与规划软件按照虚拟卫星通信协议栈处理软件的处理流程推演出各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量等信息，生成节点理想状态信息，将节点理想状态信息发送给测试管理软件。
2.4测试配置与规划软件将测试状态配置表、建链规划表、路由表、节点理想状态信息输出给测试管理软件。
第三步：测试数据产生软件产生测试数据：
3.1测试数据产生软件从测试数据产生软件参数配置文件读取数据的发送节点、接收节点、数据种类、数据帧数量、发送优先级、是否重传参数。
3.2测试数据产生软件根据测试数据产生软件参数配置文件产生N个虚拟卫星和被测卫星节点的测试数据，测试数据存贮在测试数据文件中。
3.3测试数据产生软件将测试数据文件通过数据总线发送至测试管理软件。
第四步：测试管理软件根据测试管理软件参数配置文件中的“被测卫星是否在轨”域判断被测卫星是否在轨，如果在轨，执行第五步(在轨需要计算建链指向)，否则执行第六步(不在轨时不需要计算建链指向)。
第五步：测试管理软件计算“虚拟指向星”轨道数据。
5.1测试管理软件从测试管理软件参数配置文件读取被测卫星轨道。
5.2测试管理软件从测试管理软件参数配置文件读取网络数据半实物测试装置的位置。
5.3测试管理软件计算“虚拟指向星”轨道数据，方法是：根据被测卫星轨道和网络数据半实物测试装置的位置计算出被测卫星建链指向；再根据建链指向的延长线计算出“虚拟指向星”的位置并拟合出“虚拟指向星”轨道。
5.4测试管理软件将“虚拟指向星”轨道通过管理控制链路发送到被测卫星。
第六步：测试管理软件分发数据文件到网络数据半实物测试装置中其它的软件。
6.1测试管理软件将测试状态配置表、虚拟卫星的建链规划表和路由表、测试数据文件通过数据总线发送到测试数据交互控制软件；
6.2测试管理软件根据参加测试的虚拟卫星数量N，在测试装置控制子系统为每一个虚拟卫星分配独立的存储区(大小按照P×M×每帧字节数进行设置，单位为字节)；同时在测试装置射频子系统设置一个射频数据处理缓冲区(大小按照N×P×M×每帧字节数进行设置，单位为字节)，用以处理和射频发送相关的测试数据。M为每时隙传输的最大数据帧数。
6.3测试管理软件将被测卫星的建链规划表、路由表、被测卫星轨道通过管理控制链路发送至被测卫星。
6.4测试管理软件将节点理想状态信息发送到测试性能分析与评估软件。
第七步：网络数据半实物测试装置的时间同步软件提供时间节拍，保持星地时间同步。
7.1时间同步软件得到外部传送来的UTC(Coordinated Universal Time协调世界时，UTC是法语的简称)时间。
7.2时间同步软件将UTC时间播发到被测卫星和网络数据半实物测试装置的其它软件，保证被测卫星和网络数据半实物测试装置时间同步，从而保证运行在网络数据半实物测试装置中的各软件和被测卫星上运行的软件时间同步，并提供建立节拍所需要的时隙。
第八步：网络数据半实物测试装置对网络数据半实物测试装置中的虚拟卫星和被测卫星进行交互控制：
测试数据交互控制软件根据测试状态配置表、建链规划表和路由表，按照时间同步软件提供的时隙，确定每一个时隙和被测卫星有链接关系的虚拟卫星节点，存储虚拟卫星通信协议栈处理软件处理前后的数据。每一个虚拟卫星节点读取自己的建链规划表和路由表，依次和被测卫星相连接。由于时分多址接入空间动态网络的特点，尽管网络数据半实物测试装置中有N颗虚拟卫星，但是在某一特定时刻和被测卫星相连接的只有一颗虚拟卫星，将其称为当前虚拟卫星。
8.1测试数据交互控制软件读取时间同步软件提供的时隙。
8.2测试数据交互控制软件根据测试状态配置表的“仿真节点号”项确定本时隙和被测卫星节点有链接关系的虚拟卫星节点。
8.3测试数据交互控制软件读取当前虚拟卫星节点的建链规划表和路由表，确定虚拟卫星节点和被测卫星之间的连接关系和数据传输关系；测试数据交互控制软件根据测试状态配置表的“仿真节点号”，在第三步产生的测试数据中确定当前虚拟卫星节点作为发送节点发送的测试数据，当前虚拟卫星节点指在某一特定时刻和被测卫星相连接的一颗虚拟卫星；
8.4虚拟卫星通信协议栈处理软件按专利申请号201510004471.4一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法第一步至第四步所述的传输方法接收、发送或转发测试数据，并将需要发送的测试数据通过内部总线传送到网络数据半实物测试装置的测试数据交互控制软件。
8.5测试管理软件将当前虚拟卫星节点的发送数据下发至测试装置射频子系统。
8.6测试装置射频子系统将需要发送的测试数据调制后，以射频信号的方式通过天线或者有线方式和被测试卫星建立链路，将当前虚拟卫星节点的发送数据发送给被测卫星。
8.7测试数据交互控制软件将节点实际状态信息发送至测试管理软件。
8.8测试管理软件将节点实际状态信息发送至测试性能评估与分析软件。
第九步：被测卫星的建链指向软件读取建链规划表和路由表，确定每个时隙连接的 目标节点，并根据被测卫星轨道和“虚拟指向星”星历计算链路指向(计算方法见梁俊明，卫星通信系统星间链路设计研究，2006年，国防科学技术大学硕士论文，3.1.2节卫星在天球上的轨迹，P16-P17)；卫星通信协议栈处理软件根据星历计算链路指向确定本节点发送的数据、本节点转发的数据、本节点接收的数据。并将数据发送到卫星射频子系统，通过射频子系统将数据发送到网络数据半实物测试装置。
第十步：测试性能评估与分析软件对被测卫星在时分多址接入空间动态网络中的数据传输进行测试性能评估与分析。
测试性能评估与分析软件读取节点理想状态信息、节点实际状态信息，比较同一个时隙中每一个节点的实际状态信息和理想状态信息；如果有任何一个节点的实际状态信息和理想状态信息不一致，即可判定被测卫星时分多址接入空间动态网络中数据传输不正确；若所有节点的实际状态信息和理想状态信息完全一致，即可判定被测卫星时分多址接入空间动态网络中数据传输正确，并得出被测卫星在时分多址接入空间动态网络中数据传输正确的结论。
采用本发明可以达到以下技术效果：
1、对于加入时分多址接入空间动态网络中的单个卫星节点，运用本发明进行测试，在一套硬件设备上可以实现多节点条件下的卫星数据传输协议测试。
2、可以实现在地面测试阶段和卫星在轨阶段的时分多址接入空间动态网络的网络传输测试。
3、通过判定和被测卫星相连的虚拟卫星节点状态，可以在卫星在不改变自身状态的前提下，完成时分多址接入空间动态网络的网络协议测试，并确定被测卫星执行时分多址接入空间动态网络网络协议的正确性。
附图说明
图1是本发明第一步构建的测试环境的示意图；
图2是本发明测试环境中网络数据半实物测试装置的物理结构示意图；
图3是本发明测试环境中网络数据半实物测试装置内各软件的数据流向图；
图4是被测试卫星的物理结构示意图；
图5是本发明的整体流程图；
图6是本发明第一步所述的虚拟指向星原理示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明第一步构建的测试环境的示意图；
参与基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试的有被测试卫星和网络数据半实物测试装置。被测卫星和网络数据半实物测试装置模拟的虚拟卫星共同构成一个时分多址接入空间动态网络，每个参与测试的卫星，包括被测试卫星和虚拟卫星，均构成时分多址接入空间动态网络的一个节点，虚拟卫星称为虚拟卫星节点，被测试卫星称为被测卫星节点，这两种节点在时分多址接入空间动态网络中的数据传输功能完全相同，只是节点的存在位置不同。每个节点可以接收数据、发送数据，即作为发送节点和接收节点。假设虚拟卫星节点的数量为N，此时分多址接入空间动态网络的节点数量为N+1。虚拟卫星指由网络数据半实物测试装置模拟的在完成时分多址接入空间动态网络数据传输功能时和真实卫星功能完全相同的卫星。
图2是网络数据半实物测试装置的物理结构图
网络数据半实物测试装置硬件分为射频子系统和控制子系统，其中控制子系统中的控制计算机安装有运行测试配置与规划软件、测试数据产生软件、测试数据交互控制软件、测试项目性能评估与分析软件、时间同步软件、测试管理软件、虚拟卫星通信协议栈处理软件。测试装置控制子系统和测试装置射频子系统之间通过数据总线连接。
图3是网络数据半实物测试装置内各软件的数据流向图
测试配置与规划软件对被测卫星的测试场景进行试验配置和任务规划。测试配置与规划软件根据测试配置与规划软件参数配置文件确定参与测试的虚拟卫星数量N与编号，同被测卫星一起，生成建链规划表、路由表、测试状态配置表，并将建链规划表、路由表、测试状态配置表发送给测试管理软件。测试配置与规划软件同时生成时分多址接入空间动态网络中节点理想状态信息，并将理想状态信息输出给测试管理软件。
测试数据产生软件产生测试数据，测试数据产生软件根据测试数据产生软件参数配置文件产生测试必备的时分多址接入空间动态网络测试数据，将测试数据发送给测试管理软件。
测试管理软件将从测试配置与规划软件收到的虚拟卫星的建链规划表、路由表、测试状态配置表下发至测试数据交互控制软件，将被测卫星的建链规划表和路由表由卫星管理链路上注至被测卫星。将从测试配置与规划软件收到的节点理想状态信息发送至测 试项目性能评估与分析软件。
测试管理软件根据参加测试的虚拟卫星数量为每一个虚拟卫星分配独立的存储区。
测试管理软件根据测试管理软件参数配置文件确定被测卫星是否在轨，如果在轨则计算“虚拟指向星”轨道，否则不计算。测试管理软件从外部获取被测卫星轨道(公知)和“虚拟指向星”轨道一起通过管理控制链路上注至被测卫星。
测试数据交互控制软件对从测试管理软件收到的测试数据在网络数据半实物测试装置和被测卫星之间进行分配和传输，并将测试数据进行存储，供虚拟卫星通信协议栈处理软件使用。测试数据交互控制软件根据从测试管理软件接收的测试状态配置表、每个虚拟卫星的建链规划表和路由表确定虚拟卫星节点和被测卫星之间的连接关系和数据传输关系；同时将网络数据半实物测试装置中运行的虚拟卫星节点发送的测试数据发送给被测卫星；同时接收被测卫星发送的测试数据。测试数据交互控制软件将节点实际状态信息，即测试过程中各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量等信息，发送至测试管理软件，测试管理软件将节点实际状态信息发送至测试项目性能评估与分析软件。
虚拟卫星通信协议栈处理软件对每一个虚拟卫星节点维护不同的数据缓冲区，按照建链规划表核路标确定的连接顺序和数据发送通道对上一个连接节点发出的测试数据进行接收、并将测试数据发送给下一个连接节点，保证虚拟卫星节点在数据协议执行方面和被测卫星一致。
测试项目性能评估与分析软件对被测试卫星的总体测试性能评估与分析。测试性能评估与分析软件从测试配置与规划软件收到的节点理想状态信息，从测试数据交互控制软件的测试数据，从虚拟卫星通信协议栈处理软件获取各虚拟卫星节点实际状态，即经过虚拟卫星通信协议栈处理软件处理后的各节点在不同的时隙的测试数据种类、数量、接收数据数量、发送数据数量、转发数据数量等信息。将各虚拟卫星节点实际状态、和节点理想状态信息进行对比，对被测卫星的总体测试性能进行分析，对被测卫星是否具备基于时分多址接入空间动态网络的数据传输能力给出结论。
时间同步软件为参与测试的各软件提供统一的时隙，保持各硬件软件之间的时间同步。
图4是被测试卫星的物理结构图。
被测试卫星上的硬件分为卫星射频子系统和卫星控制子系统，卫星控制子系统和卫星射频子系统之间通过数据总线连接。卫星控制子系统中的星载计算机安装有建链指向软 件、通信协议栈处理软件。卫星射频子系统对时分多址接入空间动态网络中的数据进行调制、数模转换、上变频操作，通过天线将调制后的射频信号发射。卫星通过卫星射频子系统和网络数据半实物验证装置相连。
图5是本发明的整体流程图
本发明处理流程为：
第一步：构建一个测试环境。
第二步：测试装置控制子系统对被测卫星的测试场景进行试验配置和任务规划。
第三步：测试数据产生软件产生N个虚拟卫星和被测卫星间链路网络业务模拟数据、星座轨道与星间观测数据等测试数据。
第四步：测试管理软件根据测试管理软件参数配置文件中的“被测卫星是否在轨”域判断被测卫星是否在轨，如果在轨，执行第五步，否则执行第六步。
第五步：测试管理软件计算“虚拟指向星”轨道数据。第六步：测试管理软件分发数据文件到网络数据半实物测试装置中其它的软件。
第七步：网络数据半实物测试装置的时间同步软件提供时间节拍，保持星地时间同步。
第八步：网络数据半实物测试装置的测试数据交互控制软件对网络数据半实物测试装置中的虚拟卫星和被测卫星进行交互控制。
第九步：被测卫星确定目标节点，计算链路指向，确定本节点发送、转发、接收数据，并通过射频子系统将数据发送到网络数据半实物测试装置。
第十步：测试性能评估与分析软件对被测卫星在时分多址接入空间动态网络中的数据传输进行测试性能评估与分析。
图6是本发明第四步的虚拟指向性原理示意图；
在本发明的试验场景下，只有被测试卫星在轨，被测试卫星的程序正常运行，因此，如果不对卫星上存储的建链目标星星历进行改动，则卫星天线指向的方位并不存在实际的卫星，被测试卫星将无法完成网络性能的测试，因此需要将所有参与试验的虚拟卫星节点轨道数据全部用“虚拟指向星”轨道替代。此“虚拟指向星”存在于被测卫星和网络数据半实物测试装置连接线的延长线上，并和被测卫星分处于地球两端，也就是说，当被测卫星指向“虚拟指向星”时，链路肯定被地球遮挡，实际位于其链路指向的网络数据半实物测试装置接收到无线信号，并和被测卫星建立无线链路。“虚拟指向星”轨道数据需要在试验任务开始前存储在被测试卫星上。