Link16数据链建模与仿真

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1、中图分类号:TP391 9文献标识码:A 文章编号:1009 2552(2011)12 0075 03Link16 数据链建模与仿真杨松，李盛林，郭江( 中国人民解放军 61936 部队，海口 571100)摘 要: 主要针对基于 OPNET 的 Link16 数据链的建模仿真。根据 Link16 的组网特点，使用网络仿真软件 OPNET 在网络域，节点域，进程域对 Link16 数据链进行建模，并对进程域中的 TDMA 模块进行了重点研究分析，在此基础上对 Link16 数据链传输过程进行验证，对实时性进行了仿 真分析，得出了结论。关键词: Link16 数据链;建模; 仿真OPNET;Mo

2、deling and simulation of Link16YANG Song，LI Sheng-lin，GUO Jiang( 61936 Troops of PLA，Haikou 571100，China)Abstract: Modeling and simulation of Link16 based on OPNET，according to the characters of making network for Link16，the article makes models for Link16 in project model，node model，process model b

3、y the network simulation software OPNET，and analyses TDMA module in the process model deeply It finished at last through simulation about the process of transmitting Link16 and real-time of Link16 data link analyse based on itKey words: Link16 data link; OPNET; modeling;simulation分析复杂网络的性能和行为，能够验证实际

4、方案。本仿真的建模属于无线建模，无线建模是建立在广 播介质上的，无限节点和无线子网在仿真中都可以 移动。无线链路与总线链路类似，也是通过广播方 式来发送包的。但不同于点到点链路，在网络模型 中无线链路是不存在的，他是在仿真中动态建立的， 无线链路可存在于任何无线收信机发信机信道 之间，其建立依赖于多种仿真参数，如移动对象的距 离和天线方向性等。1 Link16 数据链建模1 1 Link16 数据链网络域建模在网络域建模，就是生产网络的拓扑模型。本 仿真构建的是含有卫星中继节点的 Link16 数据链 网络，如图 1 所示，其中 sat_node_0 是卫星节点，起 到中继的作用，是数据链网络

5、能够达到更远的传输 范围。Subnet_0 是一个由 3 个移动节点构成的局域0引言Link16数据链通信信号工 作 在 960MHz1206MHz 频段，是一种保密、抗干扰、低截获概率的通信链路，作用距离达 550km。Link16 数据链的通 信标准是 JTIDS ( Joint Tactical Information Data Sys- tem) 1。JTIDS 是一种联合信息分发系统，也是集 通信、导航、识别功能于一体的综合通信系统，能提 供保密、抗干扰和实时的数字通信。JTIDS 采用时 分多址( TDMA) 工作方式，TDMA 作为一种有效的 通信资源手段已得到广泛应用。TDMA

6、 多址接入技 术特有的突发通信模式具有良好的抗截获和抗干扰 能力，组网灵活性强。Link16 仿真模型是使用网络建模仿真工具 OP- NET 开发的2。OPNET 采用分层建模机制、离散事 件调度方法、基于包的通信机制，并且内嵌了多种流 量建模方法，因此特别适合于通信网络的建模与仿 真3。OPNET 采用基于网络模型、节点模型、进程 模型 3 层模型进行建模，通过模拟包在网络中运行，收稿日期: 2011 06 14作者简介: 杨松( 1985 ) ，女，硕士研究生，研究方向为通信，电磁场。 75 网，在西部负责信息的采集等工作，如图 2 所示;Subnet_1 是一个由 5 个移动节点构成的局

7、域网，在 东南沿海一代负责信息采集等工作，如图 3 所示。 每个局域网中移动节点间距离为 100km 500km， 平均移动速度为 20m / s，无线传输信道是理想的，即 无差错传输。的设计。接入层主要处理 TDMA 接入方式，实现时隙分 配、回收、占用等问题。网络层处理中继转发等问题，并且对超时重发 进行控制，解决网络中出现的拥塞问题。处理层对应用层的信息进行处理，转化为传输 的包的格式，然后加上目的地和源地址 ID，并根据 消息的类型，设置优先级以及加密( 解密) 算法。应用层的功能为各个用户之间要实现的数据传 输，根据 JTIDS 的应用环境，主要分为自由电文、格 式化消息、数字话音

8、3 类4。通过 OPNET 建立的 JTIDS 节点模型如图 4 所 示。在仿真中，端机节一个该类节点在仿真场景中 作为一个 JTIDS 终端。图 1 JTIDS 网络建模图 2 subnet_0 拓扑结构图 4 JTIDS 节点域模型节点中各模块的说明如下:generater 模块: 用来模拟产生 JTIDS 消息源; 本 仿真采用标准数据包封装格式。sink 模块: 接发到本机的包并做处理后将其销毁。 process 模块: 实现封装 / 解封装功能，对高层数 据包进行地址封装等处理后然后发往 TDMA 层，同时对接收到的包解封装。network 模块: 收取发往本节点的数据包并转发 不属

9、于本节点的数据包。TDMA 模块: 是模型的核心部分，本模块控制着 节点的收发时隙。对该模块建模的正确与否直接决 定了端机建模是否正确，进而影响整个网络的性能。recevier 模块是无线接收模块; transmitter 模块 是无线发射模块。a_0 和 a_1 是接收和发射天线，设置为全向天线。由于 OPNET 本身功能的局限性，并没对 MSK调制及直扩等进行建模。( 2) 卫星节点建模，卫星节点起到中继的作用，图 3 subnet_1 拓扑结构Link16 数据链节点域建模( 1) JTIDS 节点建模，JTIDS 端机功能是复杂的， 对端机进行全面建模是不可能的，也是没必要的。 本文充

10、分发挥了 OPNET 软件 MAC 层以上强大的建 模功能，考虑了其在物理层建模上的不足，将 JTIDS 端机按分层结构抽象为的几个模块。本文根据 JTIDS 的技术体制和网络使用特点， 借鉴 OSI 模型，采用 5 层结构对其进行描述，有利于 减少协议的复杂性和增加仿真的准确性。各层的具 体定义如下:物理层主要处理物理层下的物理介质和接口等 问题。物理层的性能和指标不是仿真的重点，因此 直接采用 OPNET 本身提供的无线模块实现物理层 76 1 2转发从一个局域网发出的信息到另一个局域网，这扩大了数据链的通信范围。卫星中继节点仿真模型 如图 5 所示。a_01 和 a _02 为收发天线，

11、本仿真设 置为有向天线，初始值为指向每个局域网的 node _0; w_rr_0 和 e_rr_1 模块是无线接收模块; w_rt_0 和 e_rt_1 是无线发射模块，sat _ pipe 是卫星的中继模 块，卫星高度为 7200000m，卫星收到的信息不用处 理直接转发到目的节点。实现了西部和东南沿海在信息上的迅速传输处理，保证了各个单元之间迅速交换信息，共享各单 元掌握的所有情报，提高互相协同能力和整体效能。每个收到数据包的节点要估算该数据包发送的 延时，即从该包创建到接受到该数据包所耗时间的 大小，这也就是 1 个数据包在网络中滞留时间的大 小，需要 1 个全局统计变量，即端到端的延时

12、的统计 变量4。实时性的仿真时间设为 1 小时，从而得到 更准确的数据。图 7 为端到端的延时仿真结果，从图中可以分 析出，仿真过程中，标准数据包传输的端到端时延一 直有波动。引起波动的原因是网络移动节点间相对 位置不断变化导致数据在节点间传播的距离( 或时 延) 不断变化。可以看出端到端的延时很小，这也 说明了 Link16 数据链具有良好的实时性。图 5 卫星节点域模型Link16 数据链仿真通过前面对 Link16 数据链传输体制的研究，本2仿真主要内容就是验证 Link16 数据链的数据包的传输过程。因为时隙的时间很短，传输的速度很快， 在观察传输过程时，取 20s 进行仿真，以便更准

13、确的 观察传输的过程。仿真结果如图 6 所示。数据包由 node_2( subnet_0) 产生，传输的过程为:node_2( subnet_0 ) node_1 ( subnet_0 ) node_0( subnet_0 ) node_1 ( subnet_1 ) node_0 ( subnet_1) node_3( subnet_1) node_2 ( subnet_1 ) node_4( subnet_1) node_2( subnet_0)图 7 端到端延时目前国内关于 OPNET 建模的文献较少，再加上Link16 本身的复杂性和时间的局限性，使得对其建 模存在很多困难。本仿真是基于

14、理想条件下的仿 真，并且节点和通信量比较小。参 考 文 献:1 孙义明，杨丽萍 信息化战争中的战术数据链M 北京: 北京邮 电大学出版社，2005: 17 182 Introduction to tactical digital information link J and quick reference guideR USA: United States Army Training Support Center，20003 孟晨 OPNET 通信仿真开发手册M 北京: 国防工业出版社，2005: 65 674 崔昊，匡镜明，何遵文 基于 OPNET 的 Link16 建模与仿真J计算机工程与设计，2006，27( 7) : 3224 3225责任编辑:刘新影图 6 Link16 数据链传输过程 77