[发明专利]基于OPNET的线性令牌数据总线仿真平台

说明书

本发明公开了一种基于OPNET的线性令牌数据总线仿真平台，该仿真平台在节点层采用三层建模，应用层按照可设置速率产生并发送数据包，媒质访问控制层执行协议的核心功能，包含初始化、申请令牌、逻辑环建立、令牌传递、数据消息由计时器控制发送、故障站退环、新站入环的功能，物理层将数据发送至总线并接受总线数据，将总线冲突和发送消息完成的信号传递给媒质访问控制层。本发明提供了从定性和定量两种角度对线性令牌数据总线的分析平台，十分直观清晰，且具有良好的可扩展性，对于服务于航空电子系统的数据总线的性能研究提供了较为便捷的工具平台。

技术领域

本发明是针对线性令牌数据总线通信的仿真，更特别地说，是指一种基于OPNET软件搭建的用于仿真线性令牌数据总线的平台，该平台主要用于仿真线性令牌数据总线的工作机制，研究该总线协议的通信延迟等各种性能参数指标。

背景技术

随着航空电子系统中航空任务的不断复杂化，航空设备的集成化，要求航空电子数据总线具备能够在大量的子系统之间有效地提供命令和通信的能力。高效且可靠地控制航空设备的各个子系统之间协同工作是航空电子系统能够有效运转的重要基础，而子系统协同工作的关键点在于通信。以航空飞机为例，飞机的雷达、导航、外挂武器等子系统通过总线能够相互连接且进行可靠地通信，才能够让飞机灵活地完成导航、攻击和躲避危险等各种功能。不同于民用通信系统，重在考虑通信的速度，带宽和成本，军用通信系统更注重可靠性，且要求总线网络在严峻的军事环境中有较长的使用寿命。

目前，现有的介质访问技术主要分为两类，分别是随机访问技术和受控访问技术。由于随机访问技术在可靠性方面的限制，没有在航空电子总线上得到广泛运用；而受控访问技术具有较高的确定性和可靠性的特点，已经成功地在军事航空数据总线上应用。

受控访问技术按照其控制方式可以分为两种，一种是基于集中式的控制方法，称为命令响应协议，另一种是基于分布式控制的方法，称为令牌传递协议。美国国防部军用标准MIL-STD-1553和MIL-STD-1773都是命令响应协议。命令响应协议的普及的确使得数据总线具有很高的确定性，并且允许对用户进行优先级排序，但它会有整体通讯延迟的问题，且总线控制器是该协议的弱点，总线控制器一旦故障会导致整个系统的崩溃，所以在稳定性和使用寿命的方面，命令响应协议仍有一定的劣势。

令牌传递协议兼备系统稳定性和高数据速率的特点使得其在命令响应协议发展之后逐渐应用于军事航空数据总线，美国汽车工程师协会SAE(the Society ofAutomotive Engineers)首先在开发令牌传递协议中做出贡献，提出了线性令牌数据总线和令牌环总线两种可以运用与航空数据总线的协议，最后经过实验，线性令牌数据总线的性能相比令牌环性能略胜一筹。线性令牌数据总线可以实现总线数据的分布式处理，此外还可以通过飞机要求来对消息进行优先级排序，消息优先级可以通过设定不同的令牌轮换定时器来实现，从而保证高优先级的消息具有更低的延迟。

该总线协议在我国的航空电子总线领域和通信领域方面有十分重要的理论价值和潜在的应用前景，目前该领域的国内工程研究人员致力于将线性令牌数据总线应用于我国的军用飞机系统上以提高我国航空设备通信的效率，该总线的性能研究是实际应用的前提。

在国内，线性令牌数据总线目前还并未应用在实际的飞机设备中，许多研究者从理论和通信性能方面对该总线协议进行研究，尝试寻找线性令牌数据总线网络的最佳带宽分配方案，研究不同业务负载的情况下线性令牌数据总线的优先级机制性能等。有部分研究者通过离散时间仿真语言如simscript对该总线进行仿真研究，但通过该编程语言描述过程差异性较大，并且很难将仿真结果形象化展示。鉴于此，本发明提出了一种线性令牌数据总线仿真平台，该仿真平台在OPNET软件中搭建，提供一个更加便捷直观的方式来理解线性令牌总线的工作机制。

发明内容