一种分布式通信卫星体系效能仿真系统的制作方法

本发明涉及通信卫星仿真领域，特别是一种分布式通信卫星体系效能仿真系统。

背景技术：

1、目前卫星通信体系主要由高轨通信卫星、导航卫星、低轨星座系统以及地面支撑系统组成，结合地面5g系统，出现了巨型星座、海量用户、多类业务等应用场景，具有高集成度、高性能、高复杂度等特点。卫星系统的庞大规模和技术复杂性给规划论证、系统研制、在轨管理等各方面带来诸多难以预料的问题，亟需面向系统工程在不同阶段的关键问题进行仿真验证，为系统分析提供有效支撑手段。

2、为适应当下技术铺陈出新速度快、技术验证需求紧迫、空天地海多位融合的时效性仿真技术需求，应构建一套与之匹配的仿真平台。平台需具备界面操作友好、运行速度快、呈现形式直观等基础需求，也具备适应性满足卫星通信专业特点的能力。平台将补足卫星互联网轨道构型保持、组网/补网策略、网络拓扑与路由设计、通信链路性能、网络负载均衡、空间环境特性分析以及干扰规避策略的设计等典型低轨星座关键技术论证需要。设计师可通过仿真平台的统一调度与管理，按需驱使相应功能模型，开展关键技术仿真分析，有效支撑建设方案的快速迭代论证。

3、仿真验证平台采用分布式架构，是一个建立在局域网之上的软件系统，任意一个节点拥有高度自治权限，多个节点之间可互相调用，满足巨型星座与海量终端的数据交互需求。

4、国际系统工程学会(incose)提出了基于模型的系统工程(mbse)，成为复杂系统设计的基础，从需求分析阶段开始一直到评估阶段的复杂系统设计过程中，模型成为设计的核心。mbse已得到国内外多系统工程领域专家的认可，提出了很多成熟的模型建设方案，也存在部分通用化仿真引擎，但在面向星地一体系统体系仿真方面，尚无成熟可鉴的分布式轻量化仿真引擎满足卫星系统体系仿真的定向需求。

5、当前的分布式通信卫星体系效能仿真系统存在以下问题：

6、仿真系统多采用rti式交互总线，交互协议中的复杂报文格式和多次握手要求造成了时延、网络io、分布式节点运算能力的损失，严重影响以低轨星座系统为代表的海量实体场景的仿真运行速度和效率。此外，当前卫星体系效能仿真平台多使用通用式跨界平台，无法适配通信卫星仿真中“单步长-信令多跳”等特殊需求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种分布式通信卫星体系效能仿真系统，解决复杂场景、海量终端等卫星系统仿真的管理、运行、控制难题。

2、本发明的技术解决方案是：一种分布式通信卫星体系效能仿真系统，包括：

3、模型分布式部署工具、时间管理单元，部署于一个核心仿真节点；仿真运行管理工具、模型运行容器、数据交互总线部署于每一仿真节点；

4、模型分布式部署工具，用于向模型运行容器部署动态链接库形式的仿真模型，发送控制指令；设定各仿真模型的仿真步长，提取仿真模型间的发布订阅关系，将仿真步长和发布订阅关系发布至矩阵式交互总线；

5、时间管理单元，通过订阅矩阵式交互总线中每个仿真模型的仿真步长和仿真模型间的发布订阅关系，统一协调各仿真模型的仿真节拍，并实现异步仿真模型的交互控制；

6、仿真运行管理工具，用于响应模型分布式部署工具的控制指令，控制本仿真节点模型运行容器的运行；

7、模型运行容器，订阅矩阵式交互总线中本节点仿真模型的仿真步长和仿真模型间的发布订阅关系，根据发布订阅关系建立本节点每个仿真模型间的输入输出交互关系，写入发布订阅式总线，在仿真运行管理工具和时间管理单元的控制下，按照各仿真模型的仿真步长循环运行仿真模型，运行过程中依据输入输出交互关系从发布订阅式总线获取模型所订阅的输入信息，将模型的输出信息发布至发布订阅式总线；

8、数据交互总线，用于提供信息交互媒介，包含发布订阅式总线和矩阵式信息交互总线。

9、本发明进一步改进为：

10、所述的矩阵式交互总线，包括多个信息交互频道，每个频道中均有一个信息生产者和任意个信息消费者，所述信息产生者产生信息并写入至交互频道中，所述信息消费者在有需要时从交互频道中获取相应信息；所述多个信息交互频道建立后始终存在。

11、协调各仿真模型仿真节拍的方式为：令每个仿真模型在每一基准步长运行结束后，向发布订阅式总线中写入该仿真模型的运行状态和仿真运行时间；时间管理单元订阅所有仿真模型的运行状态和仿真运行时间，每间隔基准步长，进行一次判断：各模型的已运行时间是否和时间管理单元内置时钟的已运行时间相等，各模型的运行状态是否满足要求；若全部仿真模型均满足判断条件，则时间管理单元发出开始下一仿真步长的启动命令，若任一仿真模型不满足判断条件，则中止仿真。所述基准步长为所有仿真模型的仿真步长的最小值。

12、实现异步仿真模型交互控制的方式为：将存在发布订阅关系的仿真模型组成一个集合，计算该集合中各仿真模型步长的最小公倍数，令发布信息的仿真模型每间隔最小公倍数时间将信息发送至频道，同时订阅信息的仿真模型在这一时刻获取频道内的信息。

13、所述模型分布式部署工具发送的控制指令，以json报文形式发送至各仿真节点的仿真运行管理工具。

14、所述模型分布式部署工具通过正则表达式匹配的方式提取仿真模型间的发布订阅关系。

15、所述模型运行容器具备统一的仿真模型接口规范，适配各种符合接口规范的模型动态链接库。

16、仿真模型运行过程中从发布订阅式总线获取模型所订阅的输入信息，将模型的输出信息发布至发布订阅式总线时，采用lz4压缩算法对输入信息和输出信息进行解压缩和压缩。

17、所述模型分布式部署工具还能够获取各仿真节点的运控信息并进行展示。

18、本发明与现有技术相比的优点在于：

19、(1)面对卫星体系仿真中常见的卫星、终端、测控站、链路计算、轨道计算等模型进行归一化分析，针对同质化冗余数据占用局域网带宽影响数据流交互速度的问题，提供适配多种模型动态链接库的模型运行容器，可满足同一仿真场景内多种模型统一交互的功能需求，可适配各种符合接口规范的模型动态链接库，通过针对性同质化数据压缩算法降低网络负载。

20、(2)面对卫星仿真的分布式部署需求，针对分布式节点监视、控制、文件传输、版本控制等需求，本发明中提供模型分布式部署工具，通过“中央-分布式节点”的交互模式实现对各分布式节点输入输出文件及信息流的统一控制。

21、(3)基于便捷灵活、好用易用的需求设计仿真引擎运行管理工具前台界面，实现启停、运行倍速等功能的前台控制，通过开放的报文机制实现引擎内各组份的信息互通。

22、(4)针对各分布式节点、节点内各类模型实体的时间流交互需求构建时间管理单元，实现仿真节拍协调统一、异步仿真步长控制等功能，针对卫星通信系统可能存在的星间多跳信令设计穿透式信令时间控制功能，解决信令信道与物理信道非同步的特定需求。

23、(5)可支持分布式节点规模达到50以上、矩阵式下不少于200个数据频道并发交互、udp高速数据交互模式下使用api传输速率能够达到网卡标称速率的95％及以上、仿真引擎分布式部署模型单节点单模型部署时间≤0.5s、最大仿真倍速达到10：1以上。