基于微服务的6G空天地一体化网络仿真系统

本发明属于通信，具体涉及一种基于微服务的6g空天地一体化网络仿真系统。

背景技术：

1、在当前信息技术迅猛发展的时代，全球对于无处不在、高质量通信的需求日益增长。现有地面移动通信网络的覆盖范围有限，仅覆盖地球表面不足6％，难以有效覆盖如沙漠、海洋、山脉和三维空间等复杂地域。为解决这一局限，3gpp(3rd generationpartnership project，第三代合作伙伴计划)推出了5gntn(non-terrestrial networks，非地面网络)系统，利用卫星网络扩展通信覆盖，旨在为那些地面网络无法覆盖的区域提供高速通信服务。同时，6g网络研究在学术和产业界不断进展，空天地一体化网络作为未来发展的趋势，被广泛认为是满足未来通信需求的关键解决方案。

2、空天地一体化网络融合了卫星基站、空中基站和地面移动通信网络，形成了一个多层协同通信体系。这一体系不仅能够满足热点地区的密集通信需求，还能实现对偏远地区、极地、沙漠、海洋和空域等挑战性地理环境的全面覆盖。此技术革新为大规模物联网、全息通信、生态遥感以及应急通信等多个领域带来了广泛的应用前景。目前，系统级核心网络模拟仿真工具相对匮乏。如5g-lena模拟仿真器，基于ns3平台，主要模拟nr(new radio，新空口)的mac层和phy层，但未能模拟lte-advanced(进阶lte)和5g网络共存的双连接场景。还有其他模拟器如5g-air-simulator、vienna 5g sl(save/load，保存/加载)模拟器，这些工具主要用于测试端到端服务和场景，能够将mac层和物理链路模型化到较高的保真度水平。simu5g则是基于simulte库的新一代5g模拟仿真器，构建在omnet++模拟框架上，集成了inet库的所有模型。这一模拟器能够模拟5g ran(radio access network，无线电接入网)和核心网络的控制面和用户面，支持fdd(frequency-division duplex，频分双工)和tdd(time-division duplex，时分双工)模式，以及lte基站和5g nr基站的双连接。尽管simu5g解决了一些问题，但它缺乏对nfv(network function virtulizaiton，网络虚拟化)和sdn(software defined network，简称软件定义网络)技术的支持，无法对网络进行配置，也没有对控制面进行仿真。

3、总的来说，虽然现有的技术和模拟仿真系统在某些方面取得了一定进展，但在空天地一体化网络这一新兴领域仍存在诸多挑战，这些挑战包括高时延、低灵活性以及核心网络和接入网的集成问题。目前的模拟仿真系统虽然能够模拟特定网络层和协议，但仍缺乏对更复杂网络架构，如6g空天地一体化网络的全面支持，这限制了对未来通信网络演进的理解和研究。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于微服务的6g空天地一体化网络仿真系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种基于微服务的6g空天地一体化网络仿真系统，所述仿真系统基于omnet++实现；所述仿真系统包括接入用户层、ru-du层、nfv案例管理层和微服务网元层；其中，

3、所述接入用户层，用于验证所述仿真系统；接入用户包括空域、地域及特殊场景用户，用户发出的用户请求经过所述ru-du层以及所述nfv案例管理层到达所述微服务网元层；

4、所述ru-du层，用于接收用户请求，扮演转发与分流的角色，是用户请求的枢纽和中转站；

5、所述nfv案例管理层，用于管理通信案例，每个通信案例对应一个基本单元模块；每个基本单元模块，用于专门负责相应通信案例的具体分流操作，当通信案例被激活时，根据用户请求配置网元列表实现相应网络配置；

6、所述微服务网元层包括控制面和用户面；所述控制面包括网元amf、ausf、smf、udm和pcf，所述用户面包括网元pdusf和upf；所述微服务网元层，用于在接收到从所述nfv案例管理层以及所述ru-du层转发的用户请求之后，相应的网元为用户分配网络资源实现具体的网络功能。

7、在本发明的一个实施例中，所述接入用户层使用基于inet的标准主机进行二次开发；所述接入用户层具体用于实现用户对天域卫星、空域无人机和地面基站的接入操作、注册以及会话建立，并发起业务服务以访问数据网络。

8、在本发明的一个实施例中，所述ru-du层由ru和du组成；ru负责物理层低层功能，du负责物理高层功能，以及承担rlc层和mac层功能；

9、所述ru-du层是用户进入仿真系统的唯一入口，其连接接入用户层，且同时向所述nfv案例管理层和所述微服务网元层提供连接。

10、在本发明的一个实施例中，所述nfv案例管理层支持的通信案例包括接入与移动性管理、会话管理和用户间通信；当通信案例被激活时，所述nfv案例管理层的nfv服务器根据用户请求中包头信息配置网元列表，记录网元列表中网元的优先级和模式设定，并将用户请求转发到所述微服务网元层。

11、在本发明的一个实施例中，初次接入的用户，用户进行随机接入，在注册和会话建立时，所述ru-du层直接与所述微服务网元层的控制面进行控制信令交互，而不经过所述nfv案例管理层和所述微服务网元层的用户面；会话建立后，正式通信开始时，所述ru-du层则将用户请求中控制信令通过所述nfv案例管理层转发到所述微服务网元层的控制面，并将用户请求中数据包转发到所述微服务网元层的用户面。

12、在本发明的一个实施例中，所述仿真系统支持模拟5g ran、核心网络的控制面和用户面，同时支持fdd和tdd模式，兼容tcp/ip网络，并提供了可插拔接口和算法开发功能。

13、在本发明的一个实施例中，所述仿真系统集成了inet库的所有模型，具备模拟通用tcp/ip网络的能力。

14、在本发明的一个实施例中，所述仿真系统适用于多种通信网络的仿真，所述通信网络包括有线网络、无线网络、移动网络、自组网和传感器网络。

15、在本发明的一个实施例中，所述仿真系统支持端到端场景的模拟，允许测试端到端的服务和场景。

16、本发明的有益效果：

17、本发明提出的基于微服务的6g空天地一体化网络仿真系统，基于omnet++实现，可以应用于6g空天地一体化的复杂网络场景的模拟；该仿真系统包括接入用户层、ru-du层、nfv案例管理层和微服务网元层；其中，接入用户层，用于验证仿真系统；接入用户包括空域、地域及特殊场景用户，用户发出的用户请求经过ru-du层以及nfv案例管理层到达微服务网元层；ru-du层，用于接收用户请求，扮演转发与分流的角色，是用户请求的枢纽和中转站；nfv案例管理层，用于管理通信案例，每个通信案例对应一个基本单元模块；每个基本单元模块，用于专门负责相应通信案例的具体分流操作，当通信案例被激活时，根据用户请求中包头信息配置网元列表实现相应网络配置；微服务网元层包括控制面和用户面；控制面包括网元amf、ausf、smf、udm和pcf，用户面包括网元pdusf和upf；微服务网元层用于在接收到从nfv案例管理层以及ru-du层转发的用户请求之后，相应的网元为用户分配网络资源实现具体的网络功能。可见，本发明基于6g愿景利用omnet++搭建核心网仿真系统，其能够模拟包括用户面和控制面在内的复杂网络场景，结合微服务架构，并充分利用了sdn和nfv技术，提高了网络的灵活性和可扩展性，使得仿真更加接近实际的网络运行情况，更好地适应未来网络技术的发展需求，实现对空天地多域资源的节点管理以及链路管理；相对于传统仿真系统，本发明所提仿真系统的优势在于：其能够显著减少通信时延并提高吞吐量，为各种场景提供更为高效和即时的连接体验。传统仿真系统可能存在较长的注册等待时间和较慢的会话建立速度，而本发明所提仿真系统的低时延和高吞吐量特性，使其更适用于对快速响应和大规模数据传输有高要求的实时应用场景，在物联网、远程医疗和虚拟现实等领域，这种低时延和高吞吐量为用户体验和应用性能提供了显著的优势，凸显了该架构在未来通信领域的前瞻性和创新性。总得来说，本发明通过为6g空天地一体化网络提供高度灵活和可扩展的仿真平台，实现了对6g全域网络的资源管控，仿真系统和案例的设计将为6g核心网的验证和发展提供有力的仿真工具和实践基础，为未来通信技术的研究与开发提供了强大的支持。

18、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。