一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺及其實現方法
2023-10-10 00:59:49
專利名稱：一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺及其實現方法
技術領域：
本發明屬於通信仿真領域。涉及實時視景顯示技術，特別涉及一種用於通信網絡仿真工具仿真情況和仿真結果顯示和分析的實時視景顯示平臺及其實現方法。
背景技術：
由於通信網絡日趨複雜、規模日趨龐大，應用於網絡規劃和設計的通信網絡仿真技術出現了。通信網絡仿真技術是一種通過建立網絡設備和網絡鏈路的統計模型，並模擬網絡流量的傳輸，從而獲取網絡設計或優化所需要的網絡性能數據的仿真技術。目前，通信網絡仿真工具有商業軟體、免費軟體和一些使用離散事件仿真原理開發的專用通信網絡仿真工具。
但是在這些通信網絡仿真工具功能強大的同時，由於通信網絡仿真工具採用的是事後查看仿真結果，即仿真全部完成後再查看仿真結果，且查看仿真結果的方式是採用表格、曲線等較為抽象的方式，給使用者在仿真情況查看和仿真結果分析上帶來一定的不便。
在使用通信網絡仿真工具時，想要顯示仿真時的動畫，如果使用的是商業軟體或免費軟體就需要軟體本身具有該功能，否則無法實現；如果是自己開發的通信網絡仿真軟體則需要自己再額外開發一個動畫組件，用來顯示本仿真軟體的動畫，這樣做將耗費大量的時間、人力和物力。目前並沒有一個針對於通信網絡仿真工具的實時視景顯示系統。
發明內容
本發明的目的是提供一個獨立的實時視景顯示平臺，屬於一個通用的平臺，該視景顯示平臺專門為通信網絡仿真工具設計，用來顯示通信網絡仿真工具的實時仿真場景和仿真情況。使通信網絡仿真軟體的開發或操作人員能專心研究通信仿真的算法，而不必關心實時視景的顯示，只要使用本發明即可實現仿真過程中的實時視景的顯示。
本發明的另一個目的是提出一種使用虛擬實境技術實時查看仿真情況和仿真結果的方法，該方法通過快速建立與通信網絡仿真工具仿真的拓撲相一致的網絡拓撲和節點參數設置來重現仿真場景，使用實時通信技術來保證仿真數據的實時傳遞，使用仿真時間管理策略來控制仿真的正確進行，從而實現了在通信網絡仿真工具進行仿真的過程中通過實時視景顯示平臺實時查看仿真情況和仿真結果。
本發明基於實時通信技術，支持各種通信網絡仿真工具，是用於在通信網絡仿真工具仿真時，實現仿真情況和仿真結果實時視景顯示的平臺，該平臺包括網絡場景生成模塊、網絡節點模型庫模塊、網絡節點建模工具模塊、實時通信模塊、時間管理模塊、視景顯示模塊、存儲模塊、仿真情況重放模塊。各個模塊具體描述如下網絡場景生成模塊，用於導入可擴展標識語言(The Extensible MarkupLanguage，簡稱XML)類型的拓撲文件來生成需要仿真的網絡場景，該XML文件中應該包括網絡拓撲的連接方式，各個節點的參數設置等。本平臺制定了XML的拓撲文件標準，網絡仿真工具輸出的網絡拓撲只要滿足該標準即可以被解析。
網絡節點模型庫模塊，包括乙太網模型庫、廣域網模型庫和無線區域網模型庫等模型庫，各個模型庫中帶有典型節點的模型，建模時直接根據解析XML文件來判斷使用哪種模型。
網絡節點建模工具模塊，用於建立網絡節點模型庫模塊中沒有的節點，方便用戶自定義所需的節點。
實時通信模塊，完成與網絡仿真工具的實時通信。通信模塊有三種通信方式，一種是進程間通信模式，一種是基於傳輸控制協議/用戶數據報協議(TransportControl Protocol/User Datagram Protocol，簡稱TCP/UDP)的通信方式，另一種是基於高層體系結構(High Level Architecture，簡稱HLA)的通信方式。
時間管理模塊，完成仿真時間的推進和仿真的控制，用來控制通信網絡仿真工具的仿真進度，使其與實時視景顯示平臺的時間推進同步。
視景顯示模塊，採用二維或者三維的方式顯示仿真情況，繪製仿真過程中的實時視景。
存儲模塊，把當次的仿真結果存儲下來，以待以後重放。
仿真情況重放模塊，重放已經保存下來的仿真視景。
本發明的實時視景顯示平臺能夠實現通信網絡仿真工具仿真情況和仿真結果的實時視景顯示，其實現的方法如下步驟1實時視景顯示平臺初始化，建立網絡場景數據結構，分配視景顯示緩衝。
步驟2實時視景顯示平臺通過實時通信模塊與通信網絡仿真工具建立連接，進行時間同步操作。
步驟3通信網絡仿真工具把建立好的網絡場景以XML的格式通過實時通信模塊傳送給網絡場景生成模塊。
步驟4網絡場景生成模塊開始解析XML格式的場景文件，把解析結果存放在網絡場景數據結構中，並在網絡節點模型庫模塊中查找XML文件中描述的網絡節點，把該節點模型添加到仿真網絡場景的數據結構中；如果在模型庫中沒有找到相應的網絡節點模型，則要使用網絡節點建模工具模塊對該網絡節點進行建模，建模完成之後，把該節點模型添加到網絡節點模型庫模塊中，然後再把該節點模型添加到仿真網絡場景的數據結構中。
步驟5網絡場景生成模塊解析完XML的場景文件後，調用視景顯示模塊，視景顯示模塊讀取網絡場景數據結構，在實時視景顯示平臺的用戶界面上生成仿真網絡場景。
步驟6時間管理模塊控制仿真視景的推進，控制仿真的時間同步，同時實時通信模塊開始接收通信網絡仿真工具發送來的實時仿真數據。
步驟7視景顯示模塊讀取實時仿真數據，進行數據處理，對處理後的仿真情況進行實時視景顯示。
步驟8存儲模塊把實時仿真數據以時間為索引保存下來。
步驟9實時仿真數據不斷的被實時通信模塊接收，視景顯示模塊實時顯示根據實時仿真數據處理後得到的實時仿真情況和仿真結果，直至仿真結束。
步驟10仿真結束後，斷開與通信仿真網絡的連接，銷毀視景顯示緩衝，銷毀網絡場景數據結構。
本發明的有益效果1.本發明以實時視景的方式，非常直觀的顯示通信網絡仿真的實時情況。
2.實時視景顯示平臺是一個針對於通信網絡仿真工具的通用平臺。使用該平臺，用戶無須掌握實時通信技術和視景的顯示技術，即可完成在通信網絡仿真中仿真情況和仿真結果的實時視景顯示。
圖1是本發明的整體結構框圖；圖2是本發明的網絡場景文件的XML格式圖3是本發明的整體流程圖；圖4是本發明的網絡場景生成模塊實現流程圖；
圖5是本發明的節點模型庫樹狀結構圖；圖6是本發明的網絡節點內部工作方式實現圖；圖7是本發明的網絡節點建模工具實現流程圖；圖8是本發明的網絡節點外觀建模工具實現流程圖；圖9是本發明的網絡節點內部工作方式建模工具實現流程圖；圖10是本發明的網絡節點內部工作方式的實例圖11是本發明的網絡節點配置工具實現流程圖；圖12是本發明的實時通信模塊實現流程圖；圖13是本發明的時間管理模塊實現流程圖；圖14是本發明的視景顯示模塊實現流程圖；圖15是本發明的存儲模塊實現流程圖；圖16是本發明的仿真情況重放模塊實現流程圖。
具體實施例方式
本發明具體應用方式如下，將本發明的各模塊作為一個整體安裝在一臺計算機上，通信網絡仿真工具安裝在另外一臺計算機上，兩臺計算機通過乙太網相連接。另一種具體應用方式是，將本發明的各模塊作為一個整體和通信網絡仿真工具都安裝在同一臺計算機上。
如圖1所示，本發明建立的實時視景顯示平臺包括視景顯示模塊1、網絡節點模型庫模塊2、網絡場景生成模塊3、實時通信模塊4、時間管理模塊5、存儲模塊6、仿真情況重放模塊7和網絡節點建模工具模塊8。整個平臺通過實時通信模塊4完成與通信網絡仿真工具9的通訊。
本發明的總體實現方式如圖3所示，首先進行系統初始化，建立網絡場景數據結構，分配視景顯示緩衝；實時視景顯示平臺通過實時通信模塊4與通信網絡仿真工具9建立連接，進行時間同步操作；連接建立後，通信網絡仿真工具9把建立好的仿真網絡場景(場景包括網絡拓撲和節點配置信息)以XML的格式通過實時通信模塊傳送給網絡場景生成模塊3，XML的文件格式如圖2所示；網絡場景生成模塊3開始解析XML格式的場景文件，把解析結果存放在網絡場景數據結構中，並在網絡節點模型庫模塊2中查找XML文件中描述的網絡節點，把該節點模型添加到仿真網絡場景的數據結構中，如果在模型庫中沒有找到相應的網絡節點模型，則要使用網絡節點建模工具模塊8對該網絡節點進行建模，建模完成之後，把該節點模型添加到網絡節點模型庫模塊2中，然後再把該節點模型添加到仿真網絡場景的數據結構中；網絡場景生成模塊3解析完XML的場景文件後，調用視景顯示模塊1，視景顯示模塊1讀取網絡場景數據結構，在實時視景顯示平臺的用戶界面上生成仿真網絡場景；然後開始通信網絡仿真，時間管理模塊5控制仿真視景的推進，控制仿真的時間同步，同時實時通信模塊4開始接收通信網絡仿真工具9發送來的實時仿真數據；視景顯示模塊1讀取實時仿真數據，進行數據處理，對處理後的仿真情況進行實時視景顯示；同時存儲模塊6把實時仿真數據以時間為索引保存下來。仿真時間不停的向前推進，實時仿真數據不停的接收，實時仿真情況視景不停的顯示，直至仿真結束。
本發明中的網絡場景生成模塊3實現方式如圖4所示。通信網絡仿真工具9發送來的網絡場景是XML格式的仿真網絡場景文件，XML文件中定義了網絡類型、網絡節點名稱、網絡節點類型、網絡鏈路類型和連接方式信息。首先進行網絡場景生成模塊3的初始化，創建一個網絡場景數據結構用來存儲解析後的網絡場景信息，該數據結構包含了網絡類型、網絡節點鍊表和網絡鏈路鍊表。網絡類型是指該網絡是乙太網、廣域網或無線區域網，網絡節點鍊表中每一組元素包含網絡節點名稱、網絡節點類型、網絡節點視景模型名稱和與該節點直接連接的網絡節點名稱。網絡鏈路鍊表中每一組元素包含鏈路類型、網絡鏈路視景模型和與該鏈路連接的網絡節點名稱。然後開始讀取XML格式的仿真網絡場景文件，按照其格式進行解析，把解析得到的網絡場景信息填入網絡場景數據結構中。如果解析仿真網絡場景文件出現錯誤，則通過實時通信模塊4向通信網絡仿真工具9發送網絡場景請求消息，讓其重新發送仿真網絡場景文件再進行解析。正確解析仿真網絡場景後，按照網絡場景數據結構中網絡節點鍊表記錄的所有網絡節點的網絡節點類型在網絡節點模型庫模塊2中查找對應的網絡節點視景模型，把找到的網絡節點視景模型名稱添加到網絡節點鍊表該條記錄的網絡節點視景模型名稱上。再按照網絡場景數據結構中網絡鏈路鍊表記錄的所有網絡鏈路的類型在網絡節點模型庫模塊2中查找對應的網絡鏈路視景模型，把找到的網絡鏈路視景模型名稱添加到網絡鏈路鍊表該條記錄的網絡鏈路視景模型名稱上。如果在模型庫中沒有找到相應的網絡元素視景模型，則要使用網絡節點建模工具模塊8對該網絡元素進行建模，建模完成之後再把該元素添加到仿真網絡場景的數據結構中，最後調用視景顯示模塊1根據網絡場景數據結構在用戶界面上繪製出仿真網絡的場景。
本發明中的網絡節點模型庫模塊2包括典型的通信網絡乙太網、廣域網和無線區域網。實現方式如圖5所示，創建一個名為Model Library的文件夾作為網絡節點模型庫模塊2的主文件夾，Model Library文件夾下創建三個文件夾，名字為Ethernet Library、WAN Library和WLAN Library，作為存儲乙太網模型、廣域網模型和無線區域網模型的文件夾，所有的網絡節點模型文件按其類型分別存儲在這三個文件夾中。如果需要創建其他網絡類型的模型，在存儲時可以在Model Library目錄下以相同的方法建立該網絡類型的文件夾，把該網絡類型的節點模型放在其中。每個網絡類型的模型文件夾中包含節點模型列表文件和所有節點模型的文件組。節點模型列表文件記錄著該文件夾中所有節點模型文件的名字和對應的節點名稱，節點類型。一個節點模型文件組是描述一個節點模型的一組文件。節點模型就是由節點模型文件組來描述的，該文件組中包括節點模型外觀文件、節點模型內部工作方式文件和節點模型配置文件三部分。網絡節點建模工具模塊8包括網絡節點外觀建模工具子模塊、網絡節點內部工作方式建模工具子模塊和網絡節點配置工具子模塊組成。外觀文件存放的是該節點在視景顯示中的外觀形象，由網絡節點外觀建模工具創建，該外觀形象根據網絡節點的實際外觀創建，用來在場景生成時顯示該節點的外觀；內部工作方式文件存放的是節點內部的主要工作方式，由網絡節點內部工作方式建模工具創建，使用狀態轉移圖的形式描述，其實現方式如圖6所示，具體的實現方法請參考下一段中網絡節點內部工作方式建模工具創建網絡節點內部工作方式的方法，實現後的實例請參考圖10；配置文件描述了網絡節點模型的屬性，由網絡節點配置工具創建。按照上訴的實現方法就可以創建出樹形結構的網絡節點模型庫模塊2。
創建網絡節點模型需要使用網絡節點建模工具模塊8，網絡節點建模工具模塊8實現方式如圖7所示。網絡節點建模工具模塊8包括網絡節點外觀建模工具子模塊、網絡節點內部工作方式建模工具子模塊和網絡節點配置工具子模塊。網絡節點外觀建模工具的實現方式如圖8所示，首先使用畫筆繪製網絡節點外觀的邊界線，即繪製網絡節點外觀的輪廓線和特徵線，畫筆根據繪製情況調用畫線函數完成這一過程。然後使用畫筆為網絡節點的各部分填充顏色，畫筆根據顏色的填充情況調用填色函數完成這個過程。最後繪製完畢，保存網絡節點外觀文件。網絡節點內部工作方式建模工具功能是創建節點模型的內部工作方式。該模塊主要以狀態轉移圖的形式描述節點的內部工作狀態。它有自己的圖形界面，該子模塊包括以下幾部分圖像化狀態繪製函數，圖形化狀態轉移連接函數，轉移條件設置函數，狀態內部工作描述函數和實時數據顯示設置函數；圖形界面由繪圖函數繪製，該圖形界面上主要用來繪製狀態轉移圖和狀態轉移圖的內部描述，圖像化狀態繪製函數是通過調用繪圖函數繪製節點內部的一個工作狀態的狀態圖，圖形化狀態轉移連接函數是通過調用繪圖函數繪製兩個狀態圖之間的狀態轉移連接線，轉移條件設置函數是在狀態轉移連接線上設置狀態轉移的條件，狀態內部工作描述函數是通過調用繪圖函數細緻的描述狀態內部的動畫，實時數據顯示設置函數是通過調用文字顯示函數在狀態內部設置顯示文字格式的實時仿真數據的方式。其實現方式如圖9所示，首先根據該節點的主要工作方式創建網絡節點工作時的狀態轉移圖，設置狀態轉移的條件，該步驟需要在圖形界面上使用狀態轉移繪製函數創建網絡節點內部的各個狀態，並把狀態按照轉移的順序排好；然後使用圖形化狀態轉移連接函數繪製狀態轉移線，描述狀態轉移的方向，在狀態轉移線上使用轉移條件設置函數設置轉移條件。然後對狀態轉移圖內的各個狀態進行編程，描述其狀態執行時的動畫顯示方式和文字格式數據的顯示方式，該步驟是使用狀態內部工作描述函數具體繪製狀態內部的動畫顯示方式，使用實時數據顯示設置函數設置實時數據的顯示方式。對狀態轉移圖中的主要狀態進行細緻編程，設置當該狀態開始執行時動畫的顯示內容和顯示方式，設置該狀態數據形式的仿真結果的顯示方式。最後創建完畢，保存網絡節點內部工作方式文件。例如建立乙太網交換機的節點內部工作方式的實現方式如下，實現的結果如圖10所示，首先在圖形界面上使用狀態轉移繪製函數創建交換機節點內部的六個狀態，分別為啟動狀態、接收數據包狀態、數據包在接收緩衝中排隊和數據包處理狀態、數據包加入發送緩衝隊列狀態、發送數據包狀態和結束狀態，並把這六個狀態按照所述的轉移順序排好；然後使用圖形化狀態轉移連接函數繪製狀態轉移線，把這六個狀態按狀態轉移的順序連接起來，在狀態轉移線上使用轉移條件設置函數設置六個轉移條件，按順序分別為收到數據包到來消息條件、接收數據包完畢條件、一個數據包處理完畢條件、發送緩衝隊列不為空條件、接收緩衝隊列不為空條件和發送緩衝隊列為空條件；再後使用狀態內部工作描述函數具體繪製狀態2數據包在接收緩衝中排隊和數據包處理狀態內部的動畫顯示方式，使用實時數據顯示設置函數設置實時數據的顯示方式。網絡節點配置工具的實現方式如圖11所示，首先設置節點名稱和節點類型。然後配置該節點動畫顯示的內容，配置該節點顯示數據形式的仿真結果的內容。最後配置結束，保存節點配置文件。
下面講述新建一個網絡節點的實現方式，首先要創建一個網絡節點工程，使用工程的方式對創建進行管理。創建工程後，網絡節點建模工具模塊8自動生成三個空文件，分別是節點模型外觀文件、節點模型內部工作方式文件和節點模型配置文件。然後按照順序對每個文件進行編輯。使用網絡節點外觀建模工具創建節點模型的外觀，要使用畫筆按照該節點的實際形象繪製出其在視景顯示時的外觀，繪製結束後保存文件。使用網絡節點內部工作方式建模工具創建節點模型的內部工作方式，要先分析該節點都有哪些主要的內部工作方式，把主要的內部工作方式以狀態轉移圖的形式進行建模，使在視景顯示中能夠顯示出網絡節點模型的內部工作過程。創建結束後保存文件。使用網絡節點配置工具進行節點模型的配置文件創建，要在配置文件中記錄網絡節點的名字、網絡節點的類型、網絡節點性能參數、網絡節點在實時視景中的動作方式等信息。創建完節點模型外觀文件、節點模型內部工作方式文件和節點模型配置文件後保存工程，則把網絡節點模型保存到了網絡節點模型庫模塊2中。然後關閉工程。對於修改節點模型，首先打開節點模型工程，使用網絡節點外觀建模工具修改節點模型的外觀，即使用畫筆按照修改節點的外觀；使用網絡節點內部工作方式建模工具修改節點模型的內部工作方式，即修改主要的內部工作方式的狀態轉移圖；使用網絡節點配置工具修改節點模型的配置文件。修改完成後，保存工程，則修改後的網絡節點模型替代了修改以前的模型被保存到了網絡節點模型庫模塊2中，如果需要保存修改前的節點模型，則可以使用另保存工程，給修改後的節點模型改一個名字存放在網絡節點模型庫模塊2中。
本發明中的實時通信模塊4實現方式如圖12所示。首先選擇實時通信模式，通信模式分三種，分別為進程間通信模式、基於TCP/UDP的實時通信模式和基於HLA的通信模式。進程間通信模式適用於通信網絡仿真工具9和實時視景顯示平臺安裝在同一臺計算機上的應用，基於TCP/UDP的實時通信模式和基於HLA的通信模式適用於通信網絡仿真工具9和實時視景顯示平臺分別安裝在不同的計算機上的應用。實時通信模塊4包含通信方式設定函數、進程間通信函數、TCP/UDP通信函數、HLA通信函數。其中通信方式設定函數是設定選擇的通信方式。進程間通信函數完成進程間的通信，該函數包括通信管道建立函數、數據發送函數、數據接收函數。管道建立函數是建立通信用的管道，以保證數據的實時發送和接收；數據發送函數是用來發送數據；數據接收函數是用來接收數據。在使用進程間通信時先調用通信管道建立函數建立通信管道，管道建立後即可使用數據發送函數發送數據，使用數據接收函數接收數據。TCP/UDP通信函數用來完成TCP/UDP方式的通信，該函數包括連接建立函數、時間同步函數、數據發送函數、數據接收函數、數據正確傳輸驗證函數和數據重傳函數。連接建立函數是使用套接字(SOCKET)實現TCP連接；時間同步函數是通過三次時間同步信息的發送和反饋信息的接收來協調兩臺計算機的時間同步；數據發送函數是用來發送數據；數據接收函數是用來接收數據；數據正確傳輸驗證函數是用來驗證每次傳輸的數據的正確性；數據重傳函數是當數據傳輸不正確時重傳上次發送的數據。在使用TCP/UDP通信時，首先調用連接建立函數建立兩臺計算機之間的連接；然後調用時間同步函數進行時間同步；之後可以使用數據發送函數發送數據，數據接收函數接收數據，在一次數據接收完畢後調用數據正確傳輸驗證函數驗證數據的正確性，如果數據傳輸的不正確則通知數據發送方調用數據重傳數據重新發送數據。HLA通信函數用來完成HLA方式的通信，HLA通信函數可以按照HLA技術標準建立。對於進程間通信，就是在計算機內部的通信，此種模式需要通信網絡仿真工具9支持二次開發，要建立實時通信模塊4和通信網絡仿真工具9進程間通信的管道。實現通信管道就是在內存中開闢一段共享空間，實時通信模塊4和通信網絡仿真工具9都可以讀寫這塊內存區域，通過這段共享內存區域即可進行實時數據通信。仿真開始後，實時通信模塊4通過進程間通信管道與通信網絡仿真工具9進行消息交互，接收實時仿真結果，收到實時仿真結果後把其存放在已經建立好的數據結構中等待處理。實現基於TCP/UDP的實時通信，要使用套接字(SOCKET)編寫實時通信處理代碼，首先建立與通信網絡仿真工具9的TCP連接，開始向通信網絡仿真工具9發送建立連接請求消息，等待消息的反饋，若未正確建立連接則重新發送建立連接請求消息，直至連接建立成功。然後向通信網絡仿真工具9發送時間同步消息，等待消息的反饋，若未完成時間同步則重新發送時間同步消息，直至時間同步，這樣安裝通信網絡仿真工具9的計算機和安裝視景顯示平臺的計算機就達到了時間同步。經過TCP連接的建立和時間同步即可完成實時通信連接。仿真開始後，先由實時通信模塊4發送信息查詢的TCP消息，查詢仿真結果，通信網絡仿真工具9收到這個消息後開始利用UDP發送實時仿真數據，同時利用TCP發送消息通知實時通信模塊4一個時間步長的實時仿真數據已經發送完畢，實時通信模塊4完整接收到通信網絡仿真工具9發來的UDP消息後，利用TCP給其發送完整接收的確認消息，把收到實時仿真結果存放在已經建立好的數據結構中等待處理。則一次實時仿真結果傳送完畢，循環上述過程，即可完成仿真結果的實時傳輸。對於基於HLA的通信模式可以按照HLA技術標準建立實時通信連接。仿真過程中，實時通信模塊4通過HLA技術進行視景同步，發送信息查詢消息，實時查詢仿真結果，收到實時仿真結果後把其存放在已經建立好的數據結構中等待處理。仿真結束後，對於進程間通信模式，需要是否共享內存區域，即可斷開通信管道；對於基於TCP/UDP的實時通信模式，需要斷開TCP連接；對於基於HLA的通信模式，需要退出HLA聯邦。即實時通信的連接斷開後再關閉通信網絡仿真工具9和實時視景顯示平臺。
本發明中的時間管理模塊5實現方式如圖13所示，首先進行時間管理模塊5的初始化，初始化過程中再一次與通信網絡仿真工具9進行時間同步操作，向通信網絡仿真工具9發送時間同步消息，等待消息反饋，若沒有收到反饋，則重複發送同步消息直至時間同步完成。然後進行實時視景顯示平臺的仿真初始化，初始化完畢後把仿真時間推進到0時刻。仿真開始，時間管理模塊5等待通信網絡仿真工具9發送的時間推進請求消息，收到該消息後開始以最小時間步長推進仿真時間，然後等待通信仿真工具發送時間推進完成消息，收到該消息則完成了一次時間推進。重複上述時間推進過程，使仿真不斷運行，直至仿真結束。
本發明中的視景顯示模塊1實現方式如圖14所示。視景顯示模塊1使用C語言進行實現，首先進行視景顯示初始化，分配視景顯示緩衝，讀取網絡場景數據結構，根據網絡節點鍊表和網絡鏈路鍊表中記錄的網絡拓撲中節點的連接方式繪製網絡場景，各個節點的視景模型根據網絡節點鍊表的記錄在網絡節點模型庫模塊2中讀取繪製。繪製完網絡場景，設置每個節點顯示動畫的方式，至此完成視景顯示初始化。仿真進行中，視景顯示模塊1等待實時仿真數據接收完畢消息。收到實時仿真數據接收完畢的消息後，開始處理實時仿真數據，仿真數據經過處理分成兩部分，一部分是可以使用動畫方式顯示的數據，一部分是直接以數值的方式顯示的數據。以動畫方式顯示的數據包括數據包的傳輸軌跡、鏈路的佔用情況、數據交換設備內緩衝的排隊情況；以數值的方式顯示的數據包括節點的吞吐量、鏈路的平均佔用率、數據包的平均延時、節點的丟包率。對於數據包的傳輸動畫實現方式是在數據包的發送端和接收端直接繪製數據包流動的軌跡，給人以視覺上數據包從發送端傳輸到了接收端的感覺。對於鏈路的佔用情況動畫實現方式是以不同顏色描述鏈路佔用情況，當收到鏈路佔用空閒和低佔用時，在網絡場景中使用綠顏色繪製該條鏈路，表示鏈路佔用很低，通信良好；當收到鏈路佔用中等，佔整條鏈路的通信帶寬的一半左右時，在網絡場景中使用黃顏色繪製該條鏈路，表示鏈路佔用繁忙；當收到鏈路佔用接近整條鏈路的通信帶寬時，在網絡場景中使用紅顏色繪製該條鏈路，表示鏈路會發生阻塞，通信情況不好。對於網絡節點內部主要工作方式的實例如圖10所示，用戶進入需要查看的網絡節點模型內部，查看該節點內部的工作情況，網絡節點內部的工作方式是以狀態轉移的方式描述的，初始狀態為啟動狀態，當滿足條件1收到數據包到來消息時，狀態由啟動狀態轉移到狀態1接收數據包，當滿足條件2接收數據包完畢時，狀態由狀態1接收數據包轉移到狀態2數據包在接收緩衝中排隊並且處理數據包，依次進行狀態轉移，直至結束狀態；圖10中對於狀態2的工作情況做了具體描述，狀態2內部以動畫的形式顯示了該節點接收隊列緩衝的情況和緩衝內數據包處理的情況。對於數值方式顯示的數據顯示方式為，在要查看的節點模型上，彈出半透明對話框，在該對話框中顯示該節點的吞吐量，丟包率和數據包的平均延時；在鏈路模型上，同樣要彈出半透明對話框顯示鏈路的平均佔有率。完成了一次實時數據的處理和實時仿真情況顯示後開始處理下一實時數據和顯示下一時間段的實時仿真情況。此過程不斷循環，視景顯示模塊1就把仿真的視景實時的顯示在用戶界面上。當仿真結束後，視景顯示模塊1要停止視景繪製，關閉視景顯示界面，銷毀開闢的視景顯示緩衝。視景顯示結束。
本發明中的存儲模塊6實現方式如圖15所示，首先進行初始化，分配用於數據存儲的緩衝，建立一個文件用於存儲數據，把仿真網絡場景數據寫入文件中。仿真開始，系統每處理完一段完整的實時仿真數據，就把該段數據保存到存儲緩衝，然後保存到文件中。此保存過程不斷循環，直至仿真結束。最後釋放存儲緩衝，存儲結束。
本發明中的仿真情況重放模塊7實現方式如圖16所示，首先進行初始化，加載視景存儲文件，繪製整個網絡場景。然後從文件中讀取仿真時的數據，根據仿真數據把當時的仿真情況和仿真結果以視景的方式顯示出來。此讀取文件，顯示視景的過程不斷循環，直至文件讀取完畢。
權利要求
1.一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，主要用來支持各種通信網絡仿真工具，以實現仿真情況和仿真結果實時視景顯示，該平臺包括網絡場景生成模塊，用於導入可擴展標識語言XML類型的拓撲文件來生成需要仿真的網絡場景；網絡節點模型庫模塊，帶有典型節點模型的模型庫；時間管理模塊，完成仿真時間的推進和仿真的控制；視景顯示模塊，採用二維或者三維的方式顯示仿真情況，繪製仿真過程中的實時視景；存儲模塊，把當次的仿真結果存儲下來，以待以後重放；仿真情況重放模塊，重放已經保存下來的仿真視景；其特徵在於，該平臺還包括實時通信模塊，完成與網絡仿真工具的實時通信；網絡節點建模工具模塊，用於建立網絡節點模型庫模塊中沒有的節點模型。
2.根據權利要求1所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於實時通信模塊主要用來完成與網絡仿真工具的實時通信；實時通信模塊包含通信方式設定函數、進程間通信函數、TCP/UDP通信函數、HLA通信函數；其中通信方式設定函數是設定選擇的通信方式，即選擇進程間通信模式、基於傳輸控制協議/用戶數據報協議或曰TCP/UDP的通信方式和基於高層體系結構或曰HLA的通信方式；進程間通信函數完成進程間的通信，該函數包括通信管道建立函數、數據發送函數、數據接收函數；管道建立函數是建立通信用的管道，以保證數據的實時發送和接收，數據發送函數是用來發送數據；數據接收函數是用來接收數據，在使用進程間通信時先調用通信管道建立函數建立通信管道，管道建立後即可使用數據發送函數發送數據，使用數據接收函數接收數據；TCP/UDP通信函數用來完成TCP/UDP方式的通信，該函數包括連接建立函數、時間同步函數、數據發送函數、數據接收函數、數據正確傳輸驗證函數和數據重傳函數；連接建立函數是使用套接字SOCKET實現TCP連接，時間同步函數是通過三次時間同步信息的發送和反饋信息的接收來協調兩臺計算機的時間同步，數據發送函數是用來發送數據，數據接收函數是用來接收數據，數據正確傳輸驗證函數是用來驗證每次傳輸的數據的正確性，數據重傳函數是當數據傳輸不正確時重傳上次發送的數據，在使用TCP/UDP通信時，首先調用連接建立函數建立兩臺計算機之間的連接，然後調用時間同步函數進行時間同步，之後可以使用數據發送函數發送數據，數據接收函數接收數據，在一次數據接收完畢後調用數據正確傳輸驗證函數驗證數據的正確性，如果數據傳輸的不正確則通知數據發送方調用數據重傳數據重新發送數據；HLA通信函數用來完成HLA方式的通信，HLA通信函數可以按照HLA技術標準建立。
3.根據權利要求1所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於網絡節點建模工具模塊包括網絡節點外觀建模工具子模塊、網絡節點內部工作方式建模工具子模塊和網絡節點配置工具子模塊。
4.根據權利要求3所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於利用網絡節點內部工作方式建模工具子模塊創建節點模型的內部工作方式，該子模塊包括以下幾部分圖像化狀態繪製函數，圖形化狀態轉移連接函數，轉移條件設置函數，狀態內部工作描述函數和實時數據顯示設置函數；圖像化狀態繪製函數是通過調用繪圖函數繪製節點內部的一個工作狀態的狀態圖；圖形化狀態轉移連接函數是通過調用繪圖函數繪製兩個狀態圖之間的狀態轉移連接線；轉移條件設置函數是在狀態轉移連接線上設置狀態轉移的條件；狀態內部工作描述函數是通過調用繪圖函數細緻的描述狀態內部的動畫；實時數據顯示設置函數是通過調用文字顯示函數在狀態內部設置顯示文字格式的實時仿真數據的方式。
5.根據權利要求1所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於網絡場景生成模塊初始化時創建一個網絡場景數據結構，用來存儲經解析後的通信網絡仿真工具發送來的XML格式文件的仿真網絡場景數據，該數據結構包括網絡類型、網絡節點鍊表和網絡鏈路鍊表；網絡類型是指該網絡是乙太網、廣域網或無線區域網；網絡節點鍊表中每一組元素包含網絡節點名稱、網絡節點類型、網絡節點視景模型名稱和與該節點直接連接的網絡節點名稱；網絡鏈路鍊表中每一組元素包含鏈路類型、網絡鏈路視景模型和與該鏈路連接的網絡節點名稱。
6.根據權利要求1所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於網絡節點模型庫模塊依網絡類型創建三個文件夾，即乙太網模型庫、廣域網模型庫和無線區域網模型庫，所有的網絡節點模型文件按其類型分別存儲在這三個文件夾中，每個網絡類型的模型文件夾中包含節點模型列表文件和所有節點模型的文件組，；節點模型列表文件記錄著該文件夾中所有節點模型文件的名字和對應的節點名稱、節點類型；一個節點模型文件組是描述一個節點模型的一組文件，節點模型就是由節點模型文件組來描述的，該文件組中包括節點模型外觀文件、節點模型內部工作方式文件和節點模型配置文件三部分。
7.根據權利要求6所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於節點模型內部工作方式文件存放的是節點內部的主要工作方式，由網絡節點內部工作方式建模工具子模塊創建，使用狀態轉移圖的形式描述，每個狀態中都可以通過編程實現該狀態運行時的動畫和數據顯示方式。
8.根據權利要求1所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於視景顯示模塊讀取網絡場景生成模塊中的網絡場景數據結構，根據網絡節點鍊表和網絡鏈路鍊表中記錄的網絡拓撲中節點的連接方式繪製網絡場景，各個節點的視景模型根據網絡節點鍊表的記錄在網絡節點模型庫模塊中讀取並繪製網絡場景，設置每個節點顯示動畫的方式；仿真進行中，視景顯示模塊開始處理實時仿真數據，仿真數據經過處理分成兩部分，一部分是可以使用動畫方式顯示的數據，一部分是直接以數值的方式顯示的數據；以動畫方式顯示的數據包括數據包的傳輸軌跡、鏈路的佔用情況、數據交換設備內緩衝的排隊情況；以數值的方式顯示的數據包括節點的吞吐量、鏈路的平均佔用率、數據包的平均延時、節點的丟包率。
9.根據權利要求8所述的一種通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺，其特徵在於通過視景顯示模塊可以查看網絡節點內部主要工作方式的實現視景，對於數據包的傳輸動畫實現方式是在數據包的發送端和接收端直接繪製數據包流動的軌跡，對於鏈路的佔用情況動畫實現方式是以不同顏色描述鏈路佔用情況。
10.一種應用權利要求1所述的通信網絡仿真工具的實時視景顯示平臺的實現方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟1實時視景顯示平臺初始化，建立網絡場景數據結構，分配視景顯示緩衝；步驟2實時視景顯示平臺通過實時通信模塊與通信網絡仿真工具建立連接，進行時間同步操作；步驟3通信網絡仿真工具把建立好的網絡場景以XML的格式通過實時通信模塊傳送給網絡場景生成模塊；步驟4網絡場景生成模塊開始解析XML格式的場景文件，把解析結果存放在網絡場景數據結構中，並在網絡節點模型庫模塊中查找XML文件中描述的網絡節點，把該節點模型添加到仿真網絡場景的數據結構中；如果在模型庫中沒有找到相應的網絡節點模型，則要使用網絡節點建模工具模塊對該網絡節點進行建模，建模完成之後，把該節點模型添加到網絡節點模型庫模塊中，然後再把該節點模型添加到仿真網絡場景的數據結構中；步驟5網絡場景生成模塊解析完XML的場景文件後，調用視景顯示模塊，視景顯示模塊讀取網絡場景數據結構，在實時視景顯示平臺的用戶界面上生成仿真網絡場景；步驟6時間管理模塊控制仿真視景的推進，控制仿真的時間同步，同時實時通信模塊開始接收通信網絡仿真工具發送來的實時仿真數據；步驟7視景顯示模塊讀取實時仿真數據，進行數據處理，對處理後的仿真情況進行實時視景顯示；步驟8存儲模塊把實時仿真數據以時間為索引保存下來；步驟9實時仿真數據不斷的被實時通信模塊接收，視景顯示模塊實時顯示根據實時仿真數據處理後得到的實時仿真情況和仿真結果，直至仿真結束；步驟10仿真結束後，斷開與通信仿真網絡的連接，銷毀視景顯示緩衝，銷毀網絡場景數據結構。
全文摘要
本發明是一個獨立的實時視景顯示平臺，屬於一個通用的平臺，該視景顯示平臺專門為通信網絡仿真工具設計，用來顯示通信網絡仿真工具的實時仿真場景和仿真情況。該平臺包括網絡場景生成模塊、網絡節點模型庫模塊、時間管理模塊、視景顯示模塊、存儲模塊、仿真情況重放模塊，其特徵在於，該平臺還包括實時通信模塊、網絡節點建模工具模塊。通過快速建立與通信網絡仿真工具仿真的拓撲相一致的網絡拓撲和節點參數設置來重現仿真場景，使用實時通信技術來保證仿真數據的實時傳遞，使用仿真時間管理策略來控制仿真的正確進行，從而實現了在通信網絡仿真工具進行仿真的過程中通過實時視景顯示平臺實時查看仿真情況和仿真結果。
文檔編號H04L12/26GK101060537SQ20071009996
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月1日 優先權日2007年6月1日
發明者丁凡, 熊華鋼 申請人:北京航空航天大學