论文部分内容阅读
作为具有重大战略意义的国家信息基础设施,天地一体化信息网络对于维护国家利益、促进经济发展具有重要作用。天地一体化信息网络的实现目标是建设一个安全性高、可集成、可重构的空对地信息应用系统,支持统一规划和管理。由于卫星网络拓扑规模庞大、协议多样,必须构建相应的仿真平台对网络架构及协议进行严格的评估及验证。目前对于卫星网络仿真的相关研究主要集中在三个方向:面向卫星网络的理论模型、基于离散事件模拟技术的数字仿真、基于虚拟化技术的网络仿真。论文针对天地一体化卫星网络仿真需求,提出一种天地一体化卫星网络高性能仿真技术,并在此基础上进一步提出天地一体化卫星网络动态联动仿真技术,最后阐述天地一体化网络仿真管理控制系统工作原理和架构,并结合具体应用案例,对整个天地一体化信息网络仿真平台进行验证。本文主要研究内容包括:1)提出面向天地一体化卫星网络的高性能仿真技术(High-performance Emulation Technology for the SGIN,SGIN-HPET),该技术融合卫星场景精确仿真技术、及基于SDN的卫星链路仿真技术,针对主流卫星链路仿真逼真度与吞吐量不足的缺点,在链路发送端设置报文匹配规则,在链路接收端对链路延时误差进行动态差分补偿,实现卫星链路延时的高逼真仿真;在全虚拟化卫星节点内部署高通量路由协议,且支持卫星协议的自动配置,显著提升了天基骨干网间链路的吞吐量,能够满足卫星激光链路高吞吐量仿真需求。通过仿真一个卫星网络场景,验证SGIN-HPET支持卫星链路可见性、延时、误码率及带宽的逼真仿真;在此基础上与目前主流方法进行比较,SGIN-HPET仿真的链路延时具有更高的逼真性,也能够支撑卫星路由仿真节点的高通量仿真。2)在SGIN-HPET方法基础上,进一步提出天地一体化卫星网络动态联动仿真技术(Dynamic Synchronization Emulation Technology for the SGIN,SGIN-DSET)。SGIN-DSET融合了OpenStack云平台的虚拟化优势以及STK仿真软件的卫星轨道精确测算优势,实现了二者的无缝互联,能够支持大规模卫星网络的实时仿真。SGIN-DSET通过卫星计算模型驱动仿真网络实现正向联动仿真,仿真网络能够对卫星计算模型进行反向调控。通过两个仿真场景的测试和验证,结果表明SGIN-DSET能够支持对卫星静态网络、卫星时变网络及卫星链路特性的静态、动态仿真;通过仿真卫星轨道机动场景,表明SGINDSET支持对卫星计算模型的反向调控;分析天地一体化卫星网络中天基接入星座定位精度及天基骨干星座全球覆盖率,证明该总体设计方案能够满足设计需求。3)在SGIN-HPET与SGIN-DSET研究基础上,设计并实现了天地一体化网络仿真管理控制系统。该系统能够根据网络拓扑描述文件,支持测试云上卫星仿真网络的自动化部署及网络资源的自动化回收。通过构建、仿真、回收大规模卫星网络仿真环境,验证了该系统的先进性和实用性。