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 － 03 Link16 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。

2、 关键词: Link16 数据链; 建模; 仿真 OPNET; Modeling and simulation of Link16 YANG 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 Lin

3、k16 in project model，node model，process model by 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 it． Key words: Link1

4、6 data link; OPNET; modeling; simulation 分析复杂网络的性能和行为，能够验证实际方案。 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

5、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 960MHz ～ 1206MHz 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

6、、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 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

7、: 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

8、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 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

9、: 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

10、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 OS

11、I 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，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

12、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

13、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)

14、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。本仿真是基于理想条件下的仿 真，并且节点和通信量比较小。

15、 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 － 18． ［2］ Introduction to tactical digital information link J and quick reference guide［R］． USA: United States Army Training Support Center， 2000． ［3］ 孟晨． OPNET 通信仿真开发手册［M］． 北京: 国防工业出版社， 2005: 65 － 67． ［4］ 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 —