MF-TDMA衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)仿真測試研究

MF-TDMA 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是由地面主站、備用主站、網(wǎng)控中心、眾多從站、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器等單元組成，系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)是話音、數(shù)據(jù)、視頻，但各衛(wèi)通站通信能力大小不同，每個地面站作為主叫或被叫，向網(wǎng)控中心站申請衛(wèi)星信道資源，因此必須對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源與信息進(jìn)行有效管理與調(diào)配，使其可以應(yīng)對各種復(fù)雜的突發(fā)情況，適應(yīng)應(yīng)用任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)本身和外部條件的變化，保證衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠、持續(xù)和高效運(yùn)行。

　　RatiONal Rose 工具是美國Rational 公司開發(fā)的用于分析和設(shè)計面向?qū)ο笙到y(tǒng)的強(qiáng)大工具，可以幫助先建模，再進(jìn)行功能測試，從而保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行正常。Rational Rose 工具支持可視化開發(fā)測試用例模型，結(jié)合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的的實際情況，主要進(jìn)行業(yè)務(wù)建模、分析建模、設(shè)計建模，然后完成用例驅(qū)動、迭代和增量測試任務(wù)。

　　主要介紹衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中比較重要的幾個設(shè)計要素的測試方法，并通過仿真建模對網(wǎng)絡(luò)化業(yè)務(wù)傳輸要求的TDMA 技術(shù)體制進(jìn)行探討研究。

　　1 網(wǎng)絡(luò)模型組成及業(yè)務(wù)流程

　　1. 1 網(wǎng)絡(luò)模型

　　以MF TDMA 方式組網(wǎng)應(yīng)用時，主站發(fā)送TDMA參考信號并作為全網(wǎng)各站的時間參考基準(zhǔn)、一個備份主站用于主站出現(xiàn)故障時接替主站的工作。一般業(yè)務(wù)站以主站為參考，并按照主站下發(fā)的時隙表在分配給本站的時隙內(nèi)發(fā)送信息。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)模型如圖1 所示。

圖1 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)半實物仿真網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

　　網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中幀同步設(shè)計、呼叫業(yè)務(wù)量的調(diào)整、射頻鏈路功率調(diào)整等設(shè)計方法是網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。為此建立如下測試模型和測試流程。

　　測試人員利用序列圖取得測試腳本所需的信息，測試過程包括4 個步驟:

　?、賹⑿蛄袌D轉(zhuǎn)換為流程圖; ②從流程圖識別要測試的路徑，首先識別入口——出口路徑，這樣所有的判定分支都會至少被采用一次，每一條跟蹤的路徑就成為一個測試用例; ③識別特殊的異常情況，即用于開發(fā)測試實例以測試與被測實現(xiàn)相關(guān)的異常處理; ④識別要采用特定路徑所需要的輸入和狀態(tài)，當(dāng)滿足所有的路徑條件時就會沿該路徑而行,測試用例定義需要滿足路徑條件的特定輸入和狀態(tài)。最后確定每個測試實例的預(yù)期結(jié)果，完成測試包，得到的測試包可以用一個規(guī)定腳本語言在一個用戶測試驅(qū)動程序中實現(xiàn)。

　　1. 2 MF TDMA 系統(tǒng)定時同步模型

　　定時是TDMA 系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題，它為系統(tǒng)運(yùn)行提供時間基準(zhǔn)，是初始捕獲和同步保持的基礎(chǔ)。

　　初始捕獲是指地球站開始發(fā)射突發(fā)時，保證其能夠正確地進(jìn)入指定的時隙，而不會誤入其他時隙造成干擾的過程。

　　1. 3 申請話音進(jìn)展模型

　　建立一個雙工的用戶模型，既能作為主叫也能作為被叫。當(dāng)作為主叫時，用戶根據(jù)加載的業(yè)務(wù)發(fā)出呼叫請求; 而作為被叫時，則需要對主叫作出必要的應(yīng)答，以保證通話鏈路的建立. 整個測試流程如下: 終端用戶站發(fā)送呼叫申請幀并獲取信道分配幀,申請成功后則將信道分配包傳給用戶進(jìn)程，若申請失敗則通知擁護(hù)進(jìn)程失敗的信息，這些過程為流程圖識別的測試路徑。

　　1. 4 射頻及鏈路模型

　　射頻模型包括上行射頻和下行射頻2 部分，前者主要是對地面站的發(fā)送功率進(jìn)行處理，后者主要確定誤碼問題。這里對上行鏈路做了限制，即申請路徑只能傳到網(wǎng)控中心; 在下行鏈路，主要確認(rèn)衛(wèi)星模塊傳來的信號功率是不是到達(dá)此鏈路所連接的射頻模塊所需要的信噪比，如果是則將其接收，否則予以拋棄。所有的幀傳輸都要經(jīng)過一個衛(wèi)星信道的時延并滿足接收站功率控制要求。

　　為每個站的調(diào)制器的突發(fā)信噪比都配置一個值，這個值用于傳輸功率控制。遠(yuǎn)端站將它們從控制站收到的參考突發(fā)的信噪比報告給控制站,TDMA幀頭的一個域就是用于這一目的的，控制站調(diào)整它的傳輸功率電平，將信噪比值控制在一個期望的范圍內(nèi)。各遠(yuǎn)端站也調(diào)整它們的上行功率，使得它們的突發(fā)在接收時與參考突發(fā)有著相同的信噪比。

　　2 測試模型仿真

　　2. 1 網(wǎng)絡(luò)同步參數(shù)設(shè)置

　　同步保持調(diào)整間隔時間是指為了保持全網(wǎng)的同步，需要對突發(fā)發(fā)送時刻進(jìn)行調(diào)整的周期。調(diào)整的越頻繁，各類誤差對同步保持的影響就越小，而調(diào)整過程本身帶來的開銷就越大; 反之各類誤差對同步保持的影響就越大，而調(diào)整過程本身帶來的開銷就越小。因此系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)折中考慮。

　　同步保持誤差是在一定的同步保持調(diào)整周期( 同步保持調(diào)整間隔時間) 內(nèi)，突發(fā)發(fā)送時刻所能達(dá)到的準(zhǔn)確度。它與衛(wèi)星漂移引起的誤差、時鐘穩(wěn)定度引起的誤差、邏輯電路抖動以及調(diào)整精度等因素有關(guān)。

　　2. 2 話音參數(shù)設(shè)置

　　系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)，系統(tǒng)參數(shù)描述如下:

　　①系統(tǒng)中每站最大支持20 個話音信道; 每個信道的速率為2 400 bps; ②每個站發(fā)送時間間隔服從t= 500 s 的指數(shù)分布，發(fā)送數(shù)據(jù)包包長服從均值k= 1 240 bit 的泊松分布，總的站數(shù)是100 個，信道重發(fā)3 次，重發(fā)時間服從指數(shù)分布; ③衛(wèi)星延遲時間為0. 27 s;④中央站為1 個網(wǎng)控站，服務(wù)速率為9 600 bps; ⑤假定中央站接收到小站的數(shù)據(jù)包，即為一次呼叫成功; ⑥站的數(shù)量逐步增多。其中，接續(xù)時延是指一個呼叫從產(chǎn)生到接通，從而準(zhǔn)備通話之前的時間。