天基链路仿真器的设计与实现

论文摘要

天基综合信息网(简称天基网)是由不同轨道、不同类型的卫星通过星际链路互连起来的空间无线网络系统。随着卫星网络技术的快速发展,新的网络协议变得越来越复杂。这些网络协议在投入使用之前,必须进行严格的测试。网络仿真既能提供可控制、可重现的实验环境,又能通过真实的协议实现和外界进行实时的数据交互,是一种有效的网络性能测试手段。选择在链路层实现仿真可以利用较低的代价获得可信度较高的实验结果,非常适合卫星网络协议测试研究的需要,具有重要的理论和应用价值。论文的主要研究内容为:◆分析了Linux下实现链路仿真器的相关技术。◆设计了一个分布式的链路仿真器体系结构。使用仿真节点模拟卫星,节点上的以太网接口模拟卫星通信链路,配置管理服务器对各仿真节点进行仿真配置与管理。◆提出了一个天基链路参数的模型,并使用“虚拟链路关联表”实现了链路拓扑的重构和链路属性的动态更新。◆利用Linux内核的虚拟接口和排队机制实现了分布式链路仿真器。仿真器运行在仿真节点上,通过控制接口之间的数据包转发来仿真天基网络的链路特性。◆对实现的链路仿真器进行了测试,测试结果表明仿真器可以较好的模拟天基链路行为,为下一步研究天基路由传输控制优化技术奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 网络仿真研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 网络仿真相关技术
• 2.1 网络模拟与仿真
• 2.2 网络仿真相关技术
• 2.2.1 基本结构与仿真层次
• 2.2.2 设计目标与体系结构
• 2.3 仿真器的VV&A
• 2.3.1 VV&A的概念
• 2.3.2 仿真器生命周期及VV&A的过程模型
• 2.3.3 VV&A的标准/规范
• 2.4 本章总结
• 第三章 Unux下实现仿真器的技术
• 3.1 Linux内核协议栈分析
• 3.1.1 内核协议栈
• 3.1.2 Linux网络设备驱动程序
• 3.1.3 Linux定时器及改进
• 3.1.4 Linux中断处理
• 3.2 数据包的捕获和读取
• 3.2.1 数据包的捕获研究
• 3.2.2 数据包的读取
• 3.3 本章小结
• 第四章 天基链路仿真器的设计
• 4.1 仿真器实现方案分析
• 4.2 链路仿真器的总体结构
• 4.3 链路仿真器的设计
• 4.3.1 仿真节点的设计策略
• 4.3.2 链路仿真引擎的设计
• 4.3.3 虚拟链路的关联映射及应用
• 4.3.4 配置管理服务器的设计
• 4.4 仿真方案的生成
• 4.4.1 拓扑
• 4.4.2 链路属性建模
• 4.4.3 建模语言的选择
• 4.5 本章小结
• 第五章 天基链路仿真器的实现
• 5.1 基于虚拟接口的多实例信道模拟的实现
• 5.1.1 Linux内核中的虚拟接口
• 5.1.2 虚拟接口的创建和删除
• 5.1.3 使用虚拟接口发送和接收数据
• 5.1.4 虚拟接口的用户接口
• 5.2 配置管理服务器的实现
• 5.3 链路仿真引擎的实现
• 5.3.1 排队机制
• 5.3.2 延迟仿真的实现
• 5.3.3 误码率仿真的实现
• 5.3.4 带宽仿真的实现
• 5.4 链路仿真控制
• 5.5 本章小结
• 第六章 性能测试与评估
• 6.1 实验环境的搭建
• 6.2 链路参数的性能测试与分析
• 6.2.1 延迟仿真的分析与验证
• 6.2.2 误码率仿真的分析
• 6.2.3 带宽仿真的分析验证
• 6.3 仿真器优缺点分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 工作总结
• 7.2 下一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果