摘要：在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的生命周期中，仿真是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。針對(duì)商用軟件成本高，教育版無源代碼難以二次開發(fā)問題。采用新型開源網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OMNeT，利用Mobility Framework組件構(gòu)架，編寫了輪詢協(xié)議模型，建立了數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)模型和Linkll網(wǎng)絡(luò)模型，通過場景和統(tǒng)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)，對(duì)Linkll進(jìn)行了性能仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)性能良好，基本滿足了消息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)鏈；網(wǎng)絡(luò)仿真；OMNeT；Link 11

中圖分類號(hào)：TN711-34；TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-373X(2012)03-0021-05

在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的全壽命周期過程中，建模和仿真作為一種重要的支撐技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)成為戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈設(shè)計(jì)開發(fā)和應(yīng)用研究過程中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。早在20世紀(jì)60年代初期，美空軍半自動(dòng)化戰(zhàn)場環(huán)境(SAGE)系統(tǒng)中就開展了對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)和陸軍防空導(dǎo)彈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈仿真，這也是最早開展的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈仿真工作。

國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)在OPNET和Qual—Net環(huán)境下建立了若干仿真模型和想定條件下的性能仿真，本文考慮到OPNET、QualNet等商用仿真軟件平臺(tái)開放性不高、成本高昂的問題，以及其教育版本版權(quán)受限，不提供源代碼等二次開發(fā)阻礙，嘗試使用一款新型開源的、基于組件的、模塊化的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)OMNeT”利用其仿真了輪詢協(xié)議，建立了Link 11網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)踐證明了OMNeT”的面向?qū)ο筇匦砸约伴_源特性保證了非常好的可移植性和擴(kuò)展性，協(xié)議仿真時(shí)速度快、實(shí)時(shí)性好、內(nèi)存消耗小，基于Eclipse友好的IDE界面可以簡便定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的支持使其可以進(jìn)行基于線程的windOWS程序協(xié)同開發(fā)，具備編程、調(diào)試和跟蹤支持等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施間的通信模擬，滿足數(shù)字化戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的需求。

1.OMNeT下數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)

對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行仿真，首先要根據(jù)數(shù)據(jù)鏈的技術(shù)特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，模擬實(shí)現(xiàn)其信道的占用和分配，實(shí)現(xiàn)其戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)流的處理和分發(fā)功能。因此，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流逐層處理的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和負(fù)責(zé)信道占用規(guī)則的組網(wǎng)技術(shù)，成為數(shù)據(jù)鏈仿真過程中起重要作用的關(guān)鍵性技術(shù)。

OMNeT提供了基本的工具和機(jī)制來編寫仿真代碼，但它本身并不提供任何特定的用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真、系統(tǒng)仿真和其他領(lǐng)域仿真的組件。具體的仿真是由一些仿真模型和框架組件如MF(Mobility Frame-work)或INET Framework來支持，這些模型獨(dú)立于OMNet開發(fā)，并有自己的發(fā)布周期，MF的最新版本為2.Op3，下文將利用其建立系統(tǒng)模型的各個(gè)模塊。

1.1節(jié)點(diǎn)模型

數(shù)據(jù)鏈節(jié)點(diǎn)模型是仿真系統(tǒng)中相對(duì)獨(dú)立完整的中心模塊，包含了數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)體系中的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，由完成各個(gè)分層功能的簡單模塊復(fù)合而成，多個(gè)節(jié)點(diǎn)模型通過NED語言聯(lián)合組成最終的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模型。本節(jié)研究的數(shù)據(jù)鏈節(jié)點(diǎn)模型建立在MF框架上，根據(jù)協(xié)議要求對(duì)相應(yīng)層進(jìn)行了代碼修改和功能擴(kuò)充，節(jié)點(diǎn)的分層結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

節(jié)點(diǎn)模型由應(yīng)用層模塊(appl)、網(wǎng)絡(luò)層模塊(net)、網(wǎng)絡(luò)接口層模塊(nic)、移動(dòng)模塊(mobility)及黑箱模塊(blackboard)組成。除了nic模塊是一個(gè)包含物理層和鏈路層中的MAC子層的復(fù)合模塊，其余都是簡單模塊，它實(shí)現(xiàn)了PHY/MAC協(xié)議。

Appl模塊用于網(wǎng)絡(luò)相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)，在數(shù)據(jù)鏈仿真中，將節(jié)點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)包的生成定義在該層，Link 11主站的appl模塊結(jié)束處理時(shí)完成以下工作：負(fù)責(zé)關(guān)閉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所打開的文件，計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均入網(wǎng)時(shí)間，計(jì)算輪詢協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)循環(huán)周期，同時(shí)顯示統(tǒng)計(jì)的結(jié)果；net模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的路由維護(hù)，由于在單鏈組網(wǎng)中，不論是輪詢還是廣播都不需要進(jìn)行路由交換，這一層基本用于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)列表的維護(hù)；MAC模塊是數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)協(xié)議模型所在之處，負(fù)責(zé)信道訪問控制的模擬，本文研究的組網(wǎng)協(xié)議代碼主要集中在此，兩種數(shù)據(jù)鏈節(jié)點(diǎn)模型中MAC模塊結(jié)束處理時(shí)完成系統(tǒng)運(yùn)行中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的丟包率和MAC端到端時(shí)延的計(jì)算，同時(shí)顯示統(tǒng)計(jì)的結(jié)果；在物理層中，snrEval模塊用來計(jì)算接收消息的信噪比信息，snrEval的無線信道模型使用具有門限截止特性的自由空間無線電傳播模型，物理層對(duì)一個(gè)接收包處理過程為：在snrEval模塊將接收功率電平與載波檢測門限做比較，如果被接收包的功率電平小于載波檢測門限，包將被作為噪聲丟棄，否則送人decider模塊；在decider模塊將功率電平與接收門限作比較，如果接收包的功率電平低于接收門限，則在該包傳輸?shù)組AC層之前將其標(biāo)記為錯(cuò)誤包，否則，物理層將該包視為無誤并傳送到MAC層。snrEval模塊在結(jié)束處理時(shí)完成以下工作：計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間；計(jì)算信道利用率同時(shí)顯示統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性管理通過面向?qū)ο蠹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)狀態(tài)類的本地封裝，各節(jié)點(diǎn)擁有獨(dú)立的移動(dòng)模式。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，移動(dòng)性由獨(dú)立的移動(dòng)控制子模塊負(fù)責(zé)。該控制子模塊按一定規(guī)律反復(fù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置并更新移動(dòng)主節(jié)點(diǎn)模塊，也負(fù)責(zé)當(dāng)前位置信息與信道控制模塊的通信，這種通信方式采用函數(shù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有自己的移動(dòng)模塊，因此只要改變系統(tǒng)配置文件omnetpp.ini中的指定模型參數(shù)值，就可以指定一個(gè)移動(dòng)算法模型。目前MF中實(shí)現(xiàn)了7種移動(dòng)算法模型：定向線性移動(dòng)模型(LinearMobility模型)、固定角速度環(huán)形移動(dòng)模型(CircleMobility模型)、勻速隨機(jī)點(diǎn)移動(dòng)模型(Con-stSpeedMobility模型)、隨機(jī)方向移動(dòng)模型(MassMobility模型)、固定矩形區(qū)域移動(dòng)模型(RecTangule Mobility模型)，另外兩種算法模型是通過外部導(dǎo)人移動(dòng)軌跡，支持xml格式的TurtleMobility模型和本地movements文件格式的BonnMotionMobility模型。

移動(dòng)管理框架中的blackboard主要用于跨層設(shè)計(jì)，通過這種黑箱機(jī)制實(shí)現(xiàn)主機(jī)節(jié)點(diǎn)中協(xié)議層間跨層信息交換，通信的發(fā)生使用發(fā)布一訂閱機(jī)制實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)中僅有一個(gè)黑箱模塊，黑箱功能必須從Black-boardAccess類派生，提供各協(xié)議層所需數(shù)據(jù)。例如協(xié)議棧的物理層向MAC層提供數(shù)據(jù)，可利用Blackboar-dAccess類中的publish()方法向黑箱發(fā)布這些數(shù)據(jù)。對(duì)一定類型的信息感興趣的模塊可以通過Blackboard-Access類的subscribe()方法訂閱這類主題，當(dāng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)布時(shí)可接收到通知消息。

1.2統(tǒng)計(jì)模塊模型

為了分析相應(yīng)性能指標(biāo)，需要建立一些統(tǒng)計(jì)模型。在數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)中添加了時(shí)延、丟包率和信道利用率三大統(tǒng)計(jì)模型，在Lni中配置相關(guān)參數(shù)后，可以在仿真中得到相關(guān)的性能數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行分析研究和性能評(píng)估。

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包時(shí)延包括各層處理時(shí)延、發(fā)送時(shí)延和信道傳輸時(shí)延，它是評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和MAC算法的一個(gè)重要參數(shù)。在數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)中建立的時(shí)延模型的工作機(jī)制如下：在MF的相應(yīng)協(xié)議層的NED模型中添加時(shí)間戳字段，在統(tǒng)計(jì)時(shí)延的事件發(fā)生之時(shí)記錄該時(shí)刻，并賦值于時(shí)延起始戳，而后數(shù)據(jù)包在網(wǎng)內(nèi)傳輸，在相應(yīng)的中間處理環(huán)節(jié)中設(shè)置一個(gè)時(shí)間窗口，數(shù)據(jù)包到達(dá)目的模塊的時(shí)刻落在該時(shí)間窗口內(nèi)，記錄此時(shí)的時(shí)刻信息作為時(shí)延截止戳，兩個(gè)時(shí)間戳間的時(shí)差即為時(shí)延。通過此法，分別在Link ll仿真系統(tǒng)中建立了的MAC端到端時(shí)延、系統(tǒng)響應(yīng)處理時(shí)延，網(wǎng)絡(luò)循環(huán)周期和平均入網(wǎng)時(shí)間四個(gè)時(shí)間指標(biāo)。

數(shù)據(jù)包在傳輸時(shí)會(huì)因信道沖突、信號(hào)衰落等原因造a成節(jié)點(diǎn)不能正確接收數(shù)據(jù)包，即出現(xiàn)錯(cuò)包丟包現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)成功接收數(shù)據(jù)包的實(shí)現(xiàn)原理：在節(jié)點(diǎn)相應(yīng)層的NED模型中定義數(shù)據(jù)包發(fā)送數(shù)和數(shù)據(jù)包接收數(shù)，分別做好備份記錄，再和其他節(jié)點(diǎn)的收發(fā)包記錄做比對(duì)。在仿真系統(tǒng)中丟包的原因出現(xiàn)在接收判決時(shí)信號(hào)功率低于snrEval模塊中的載波檢測門限而被誤認(rèn)為是噪聲而丟棄，或者是信號(hào)功率低于decider模塊中的接收門限而被視為錯(cuò)包而丟棄。因此，數(shù)據(jù)包接收數(shù)的統(tǒng)計(jì)值必須定義在MAC層上，而數(shù)據(jù)包發(fā)送數(shù)應(yīng)定義在物理層。

信道利用率模型和時(shí)延模型在原理上是一致的，根據(jù)其定義：實(shí)際有效信息傳輸所占用的信道時(shí)間與實(shí)際信息傳輸所占用的信道時(shí)間的比率。在物理層snrEval模塊中定義了時(shí)延起始戳和時(shí)延截止戳，并在模塊中負(fù)責(zé)向信道發(fā)包的sendDow函數(shù)中賦予當(dāng)前時(shí)刻值為時(shí)延起始戳，而在負(fù)責(zé)向上層decider模塊上傳消息包的sendUp()函數(shù)中賦予當(dāng)前時(shí)刻值為時(shí)延截止戳，兩者的差值作為分母與仿真信道運(yùn)行時(shí)間的比值即為信道利用率。

2基于輪詢協(xié)議的Link ll建模與仿真

2.1輪詢組網(wǎng)協(xié)議模型的設(shè)計(jì)

通過OMNeT下擴(kuò)展協(xié)議的方法，在MF框架中建立了輪詢協(xié)議模型，輪詢代碼主要集中在控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的主站節(jié)點(diǎn)中，其主要構(gòu)成包括三個(gè)定時(shí)器自消息：入網(wǎng)廣播啟動(dòng)定時(shí)器SEND-BROADCAST-TIM-ER，入網(wǎng)廣播完畢定時(shí)器BROADCAST-REPLY_TIMEOUT，輪詢應(yīng)答超時(shí)定時(shí)器POLL-REPLY-TIMEOUT；四個(gè)消息報(bào)：廣播消息報(bào)BROADCAST-MESSAGE，廣播應(yīng)答消息報(bào)BROADCAST-REPLY-MESSAGE，輪詢消息報(bào)POLL_MESSAGE，輪詢應(yīng)答消息報(bào)POLLREPLY；五個(gè)方法函數(shù)：發(fā)送廣播報(bào)函數(shù)sendBroadcast()，發(fā)送輪詢報(bào)函數(shù)sendPoll()，輪詢下個(gè)節(jié)點(diǎn)函數(shù)pollNext()以及初始化函數(shù)initialize()和仿真結(jié)束函數(shù)finish()。執(zhí)行輪詢網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的程序流程圖如圖3所示。

輪詢協(xié)議工作流程可以分為以下六個(gè)步驟：

(1)啟用initialize()初始化模型，獲取模塊、協(xié)議參數(shù)，設(shè)置入網(wǎng)廣播啟動(dòng)定時(shí)器SEND_BROADCASTTIMER；

(2)在handleSelfMsg()中處理到時(shí)的SEND-BROADCAST-TIMER，生成BROAD CAST-MES-SAGE逐層封裝發(fā)送出去，同時(shí)啟動(dòng)BROADCAST-REPLY-TIMEOUT；

(3)收到廣播包的從站節(jié)點(diǎn)發(fā)送BROADCAST-REPLY-MESSAGE，收到此包的主站將該節(jié)點(diǎn)加入輪詢表，說明該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成功入網(wǎng)；

(4)BROADCAST_REPLY_TIMEOUT定時(shí)器到時(shí)，結(jié)束入網(wǎng)，依據(jù)輪詢表順序開始輪詢，調(diào)用send-Poll()發(fā)送POLL-MESSAGE，同時(shí)啟動(dòng)POLL-RE-PLY_TIMEOUT定時(shí)器，在定時(shí)器到時(shí)之前如果收到該從站的POLL-REPLY則取消該定時(shí)器，否則從輪詢表中將該從站節(jié)點(diǎn)除名；

(5)收到從站的POLL-REPLY后，調(diào)用pollNext()檢查輪詢表，如果輪詢表沒有完成一周則輪詢下一個(gè)從站，如果輪詢表已到結(jié)尾則完成一周網(wǎng)絡(luò)輪詢，開始新一輪的輪詢點(diǎn)名；

(6)仿真時(shí)間到時(shí)或者中途停止仿真，調(diào)用finish()記錄性能數(shù)據(jù)，結(jié)束仿真運(yùn)行。

2.2實(shí)驗(yàn)方法和網(wǎng)絡(luò)配置

實(shí)驗(yàn)采取橫向與縱向相結(jié)合的方式綜合比較各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間性能差異和網(wǎng)絡(luò)總體性能差異，以數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中從站節(jié)點(diǎn)數(shù)目作為橫向比較和縱向比較的分界標(biāo)準(zhǔn)。首先在節(jié)點(diǎn)數(shù)為某固定值(如10個(gè)從站節(jié)點(diǎn))的仿真場景下對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的性能。主站節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播包和輪詢包，各包的分組長度可調(diào)，所有從站發(fā)送相同數(shù)目的應(yīng)答消息，各節(jié)點(diǎn)速度可調(diào)。通過仿真比較不同節(jié)點(diǎn)的性能差異，統(tǒng)計(jì)各節(jié)點(diǎn)的MAC端到端時(shí)延、成功接收分組率、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和平均入網(wǎng)時(shí)間以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)循環(huán)周期和信道利用率。

然后依次對(duì)網(wǎng)絡(luò)增加5個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，觀察網(wǎng)絡(luò)性能的變化，直到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模達(dá)到50節(jié)點(diǎn)。在不同從站節(jié)點(diǎn)數(shù)的場景下進(jìn)行性能參數(shù)的縱向比較，從而得到數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)總體性能與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系曲線。

仿真場景中參數(shù)設(shè)置仿真范圍為：5000m×5000m；仿真時(shí)間：100s；工作頻率：設(shè)定為高頻固定頻率24MHz；節(jié)點(diǎn)數(shù)：11個(gè)(10個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，依次增加5個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，假設(shè)是一個(gè)機(jī)載，兩個(gè)艦載，一個(gè)車載和一個(gè)單兵，直至50個(gè)從站節(jié)點(diǎn))，其中節(jié)點(diǎn)0為主站，為靜止?fàn)顟B(tài)，其余是從站，都為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；移動(dòng)模型：定向線性移動(dòng)模(LinearMobility)，機(jī)載移動(dòng)速度200m/s，艦載移動(dòng)速度15m/s，車載移動(dòng)速度10m/s，士兵移動(dòng)速度1m/s；通信協(xié)議：輪詢協(xié)議，根據(jù)輪詢表順序輪詢從站，輪詢應(yīng)答時(shí)限為15/s；物理層模型：OMNeT環(huán)境下的抽象模型，信息傳輸速率為Link 11的平均報(bào)文傳輸速率1800b/s，發(fā)射功率為100w，噪聲檢測門限為10～12mW，接收門限為10～10mW，路徑損失系數(shù)為3.O，MAC層隊(duì)列長度為10；業(yè)務(wù)類型：廣播包和輪詢包，應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和MAC層報(bào)頭都為24b；時(shí)延類型：在時(shí)間窗口區(qū)間內(nèi)[T，Tz]隨機(jī)停留一個(gè)時(shí)間。

仿真配置文件由ini文件來實(shí)現(xiàn)，完成物理信道、傳輸媒介、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層的配置。以10個(gè)從站節(jié)點(diǎn)為例，仿真場景運(yùn)行如圖4所示。

2.3仿真運(yùn)行與結(jié)果分析

利用OMNeT提供的結(jié)果分析器對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，本文主要對(duì)Link 11網(wǎng)絡(luò)模型的網(wǎng)絡(luò)循環(huán)周期、MAC端到端時(shí)延、平均入網(wǎng)時(shí)間、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、成功接收分組率和信道利用率做了仿真分析”。

對(duì)于一條數(shù)據(jù)鏈，端到端時(shí)延是從其分組信源將消息發(fā)送至傳輸媒介到信宿MAC層接收到分組為止的一段時(shí)間。衡量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的端到端時(shí)延可以有效地說明一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。作為軍事網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，需要很高的實(shí)時(shí)性才能保證其實(shí)際應(yīng)用需求。仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5中描述了從站節(jié)點(diǎn)數(shù)為lO時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的MAC端到端時(shí)延的最值(藍(lán)色表示最大值，綠色表示最小值)、平均值(紅色表示)和偏方差(黃色表示)。由圖可知，節(jié)點(diǎn)的平均時(shí)延主要集中在2/s附近，岸基節(jié)點(diǎn)7.8，9的各項(xiàng)時(shí)延指標(biāo)都較低，而機(jī)載節(jié)點(diǎn)4，5，6時(shí)延較高，其中距離主站最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)6時(shí)延最大，產(chǎn)生較大偏差，這主要是受到移動(dòng)速度和移動(dòng)距離兩個(gè)因素的影響，時(shí)延較大導(dǎo)致信息傳輸?shù)挠行越档汀?/p>

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的成功接收分組率是指信宿成功接收分組的概率。通過仿真分析各節(jié)點(diǎn)的成功接收分組的概率可以檢測整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的信息傳輸可靠性。圖6為各節(jié)點(diǎn)的仿真結(jié)果。

由圖6可知，節(jié)點(diǎn)1，4，5，6的成功接收率較低，基本在60％左右，艦載節(jié)點(diǎn)0，2，3和岸基節(jié)點(diǎn)7，8，9基本在70％左右。機(jī)載節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度較快，艦載節(jié)點(diǎn)1由于移動(dòng)路徑距主站越來越遠(yuǎn)，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)性能的下降?？傮w趨勢來看，數(shù)據(jù)的成功接收概率基本保持在60％以上，保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

當(dāng)信道上發(fā)生碰撞及傳輸錯(cuò)誤時(shí)，必然導(dǎo)致幀的丟失，這使信道時(shí)間被浪費(fèi)。信道時(shí)間浪費(fèi)的程度可以反映MAC協(xié)議的優(yōu)劣。實(shí)際有效信息傳輸所占用的信道時(shí)間與實(shí)際信息傳輸所占用的信道時(shí)間之比定義為信道利用率，或從信息量的角度，把單位時(shí)間內(nèi)在信道上成功傳輸?shù)男畔⒘慷x為吞吐量，信道利用率即為吞吐量與信道容量之比。圖7給出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。

由圖7可知，隨著仿真時(shí)間的進(jìn)行和仿真記錄次數(shù)的增加，從主站發(fā)出廣播包到從站應(yīng)答人網(wǎng)，再從主站輪詢表的建立到輪詢網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行，信道的利用率逐漸增加，最終穩(wěn)定在40％左右。這和信道中信息量逐步增加的變化趨勢相一致，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后信道中信息量基本趨于恒定，這時(shí)信道利用率也基本穩(wěn)定。

圖8顯示了當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加時(shí)，信道利用率的變化規(guī)律。在從站節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到40之前，趨于線性增長，直至從站數(shù)為40時(shí)出現(xiàn)極值68.52％，而后呈現(xiàn)圍繞65％上下振蕩趨勢。說明了該Link 11網(wǎng)絡(luò)最佳負(fù)載數(shù)在40個(gè)從站節(jié)點(diǎn)左右，信道最大利用率在70％左右，這時(shí)也對(duì)應(yīng)著信道的最大吞吐量。

輪詢協(xié)議網(wǎng)絡(luò)循環(huán)周期(NCT)是指主站完成一次對(duì)所有網(wǎng)絡(luò)成員順序點(diǎn)名所需的時(shí)間。影響網(wǎng)絡(luò)循環(huán)周期的因素主要包括成員數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)成員業(yè)務(wù)量、以及成員地理位置分布等。圖9顯示了網(wǎng)絡(luò)循環(huán)周期與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的關(guān)

系：當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)小于35時(shí)，NCT隨著負(fù)載數(shù)的增加線性緩慢提升，計(jì)算斜率可得5.11/s一個(gè)節(jié)點(diǎn)；當(dāng)超過35個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)后，NCT隨著負(fù)載數(shù)的增加線性陡升，計(jì)算斜率可得8.67/s一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)小于35時(shí)，單位時(shí)間上增加的業(yè)務(wù)量還未達(dá)到信道的最大吞吐量，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)成員數(shù)的增加對(duì)NCT的影響是相對(duì)緩慢的；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)超過35時(shí)，即將達(dá)到信道的最大吞吐量，此時(shí)負(fù)載數(shù)的增加帶來的業(yè)務(wù)量增加將需要更多的傳輸時(shí)間，節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)傳輸時(shí)間的影響增大，這導(dǎo)致了NCT陡然提高。這一變化規(guī)律與圖7中信道利用率是相符合的，說明了該網(wǎng)絡(luò)的最佳負(fù)載數(shù)在35～40之間。

圖10顯示了成功接收分組率與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的關(guān)系，可以看出分組率基本保持在80％左右，這是由于信道特性采用的是MF框架中的抽象信道模型，在仿真過程中符合特定的變化規(guī)律，并不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的太大影響，在以后建模過程中可以加入信道傳輸特性模擬，以得到更真實(shí)的仿真數(shù)據(jù)。

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)仿真涉及到各種硬件、軟件和實(shí)際系統(tǒng)，如何利用仿真技術(shù)手段將這些資源有機(jī)、有效地結(jié)合起來是系統(tǒng)仿真技術(shù)的主要問題。本文主要研究了在OMNeT環(huán)境下戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的仿真實(shí)現(xiàn)，建立 了數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)模型，應(yīng)用MF仿真框架建立了輪詢協(xié)議模型，設(shè)計(jì)了基于輪詢協(xié)議的Link ll數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模型，并將數(shù)據(jù)鏈仿真指標(biāo)嵌入到設(shè)計(jì)的模型中以進(jìn)行性能評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)性能良好，實(shí)際可行，利用0MNeT”進(jìn)行的仿真方法具有一定的通用性。下一步工作可以利用該軟件針對(duì)數(shù)據(jù)鏈的其他組網(wǎng)技術(shù)體制、多鏈情況、分布式仿真深入研究，并通過和Mat-lab聯(lián)合仿真進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能。

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