一种天地融合网络仿真试验系统及其试验方法

技术领域

本发明涉及天地融合网络仿真技术领域，尤其涉及一种天地融合网络仿真试验系统及其试验方法。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的不断发展，业界正在积极规划、部署由海量近地轨道(Low Earth Orbit，LEO)卫星组成的新兴巨型星座(如SpaceX Starlink，Amazon Kuiper等)。全球分布的巨型星座与地面站网络将促进卫星网络与地面网络的一体化发展，进而构建天地融合网络，有望为全球范围内的天基、陆基、海基等用户提供低延迟、高带宽、泛在接入的互联网服务。然而，由于目前巨型卫星星座仍处于初步部署阶段，天地融合网络体系结构中的协议体制与标准，在国际上尚未达成统一共识。尤其是在天地融合网络组网协议的基础理论与关键技术方面，仍然缺乏灵活、高效、可扩展的天地网络组网方法与协议设计。因此，目前亟需设计面向天地融合网络的试验方法，以推动未来天地融合网络组网协议的研究，促进天地融合网络体系结构基础理论与关键技术的发展。

现有的天地融合网络仿真试验方法主要基于真实卫星系统或者卫星仿真系统开展，其受到两方面制约。第一方面，由于真实巨型星座仍处于演进部署阶段，其星座规模、组网方式、软硬件环境仍未确定，基于现有卫星星座的试验方法的可用性和灵活性仍存在较大局限，无法用于探索不断演进变化的复杂天地融合网络环境。第二方面，现有卫星仿真系统主要基于事件驱动来仿真和模拟卫星的高动态特征，无法支持真实组网协议与真实网络流量的加载，并开展相关试验验证。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的天地融合网络仿真试验系统及其试验方法。

第一方面，本发明实施例提供一种天地融合网络仿真试验系统，包括：数据采集模块、试验接口、目标天地融合网络分析模块和目标天地融合网络仿真模块；

所述试验接口，包括分别用于加载目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议的配置参数加载接口、组网方式加载接口和网络协议加载接口；

其中，所述数据采集模块，用于针对全球范围内的每一个通信卫星和每一个地面站，对通信卫星的运行信息以及地面站的装配信息进行采集与存储；

所述目标天地融合网络分析模块，用于根据所述目标天地融合网络的试验配置参数、所述数据采集模块存储的通信卫星运行信息和地面站装配信息，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；

所述目标天地融合网络仿真模块，用于利用目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；还用于基于目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议，实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述通信卫星的运行信息，包括：通信卫星的载荷能力、通信卫星的运行轨迹、通信卫星运行轨道高度、通信卫星运行轨道倾角、通信卫星无线通信链路的通信频段以及通信卫星无线通信链路的通信性能；

所述地面站的装配信息，包括：地面站的安装位置信息和地面站支持的通信波段；

所述目标天地融合网络的试验配置参数，包括：试验时长、试验流量大小、源通信终端、目的通信终端以及目标天地融合网络的设定信息；

其中，所述无线通信链路，包括：星地通信链路和星间通信链路；

所述通信性能，包括：带宽、信噪比、时延、误码率和丢包率；

所述地面站的安装位置信息，包括：地面站安装的经纬度、海拔和仰角；

所述目标天地融合网络的设定信息，包括：目标天地融合网络预接入的真实卫星系统、目标天地融合网络设定的通信卫星、地面站、卫星轨道、通信卫星规模、星载处理器配置信息、星载存储组件配置信息、初始无线通信链路和无线通信链路切换方式。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述数据采集模块，包括：采集单元、卫星运行信息数据库和地面站装配信息数据库；

所述采集单元，用于针对全球范围内的每一个通信卫星，定期采集所述通信卫星的运行信息；还用于针对全球范围内的每一个地面站，在所述地面站的装配信息发生变更时，采集所述地面站的装配信息；

所述卫星运行信息数据库，用于按照所述采集单元采集的所述通信卫星的运行信息进行数据更新；

所述地面站装配信息数据库，用于按照所述采集单元采集的所述地面站的装配信息进行数据更新。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述目标天地融合网络分析模块，包括：调用单元、拓扑结构演算单元和配置资源演算单元；

所述调用单元，用于从所述数据采集模块中调用所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息和所述目标天地融合网络中地面站的装配信息；

所述拓扑结构演算单元，用于根据所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息，推演所述目标天地融合网络中通信卫星的运行轨迹、星间动态时变的可见性关系以及星地动态时变的可见性关系，并得出推演结果；还用于基于所述推演结果、初始无线通信链路和无线通信链路切换方式，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构进行推演；

所述配置资源演算单元，用于根据所述目标天地融合网络的试验配置参数、所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息和所述目标天地融合网络中地面站的装配信息，对所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；

其中，所述配置资源包括：计算资源，网络资源和存储资源；

所述计算资源，包括：处理器的处理能力和并行计算能力；

所述网络资源，包括：各条通信链路的最大网络容量；

所述存储资源，包括：存储组件的存储容量。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述目标天地融合网络仿真模块，包括：拓扑结构多机加载单元、配置资源管理单元、组网方式和网络协议载入单元、真实卫星系统对接单元和流量生成单元；

所述拓扑结构多机加载单元，用于基于目标天地融合网络动态时变的拓扑结构和物理服务器的硬件结构，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；

所述配置资源管理单元，用于按照目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，实现目标天地融合网络的仿真架构上的资源分配；

所述组网方式和网络协议载入单元，用于将组网方式和网络协议加载到已完成资源分配的目标天地融合网络的仿真架构中；

所述真实卫星系统对接单元，用于将目标天地融合网络预接入的真实卫星系统与已加载了组网方式和网络协议的目标天地融合网络的仿真架构进行对接，以形成虚实结合的天地融合网络仿真架构；

所述流量生成单元，用于基于试验时长、试验流量大小、源通信终端和目的通信终端，在虚实结合的天地融合网络仿真架构中生成流量，以使流量在虚实结合的天地融合网络仿真架构中交互，进而实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述目标天地融合网络的仿真架构中，每一个基础组件仿真一个通信卫星或者一个地面站，并作为一个通信卫星节点或者一个地面站节点进行通信交互；

其中，所述基础组件为物理服务器中的容器或虚拟机。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述目标天地融合网络的仿真架构中，参照目标天地融合网络动态时变的拓扑结构中的无线通信链路，搭建相应的虚拟链路，以实现流量的隔离；

其中，所述虚拟链路，是采用VLAN或VXLAN技术创建的。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述目标天地融合网络预接入的真实卫星系统以及目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点，运行TCP/IP协议栈。

根据本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，所述目标天地融合网络仿真模块还包括：资源与性能监控单元；所述试验接口还包括：试验结果导出接口；

其中，所述资源与性能监控单元，用于监控目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点的配置资源使用情况，并反馈给所述试验结果导出接口；

所述试验结果导出接口，用于将目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点的配置资源使用情况导出。

第一方面，本发明实施例提供一种天地融合网络仿真试验方法，包括：

试验接口中的配置参数加载接口、组网方式加载接口和网络协议加载接口分别加载目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议；

目标天地融合网络分析模块根据所述目标天地融合网络的试验配置参数、存储在数据采集模块中的通信卫星运行信息和地面站装配信息，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；目标天地融合网络仿真模块利用所述目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；并基于所述目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议，实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

本发明提供的一种天地融合网络仿真试验系统及其试验方法，基于虚拟化技术在地面服务器硬件上构建虚实结合、数据驱动、真实可信的天地融合网络仿真试验环境，在此天地融合网络仿真试验环境中可对天地融合网络连通性、路由构建和流量调度等行为以及天地融合网络中海量卫星节点间的时空大尺度、拓扑高动态特征进行模拟，进而在地面环境中实现对天地融合网络灵活可扩展的高效仿真。同时，还支持真实协议、真实流量和真实组网方式的加载，支持未来天地融合网络领域内的各种组网方式与网络协议的试验验证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种天地融合网络仿真试验系统结构图；

图2是本发明提供的通信卫星拓扑结构示例；

图3是本发明提供的利用虚拟化技术、VLAN或VXLAN技术处理通信卫星拓扑结构示例后得到的仿真架构；

图4是本发明提供的一种天地融合网络仿真试验方法流程图；

图5是本发明提供的实现一种天地融合网络仿真试验方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明天地融合网络仿真试验系统及其试验方法。

第一方面，如图1所示，本发明提供的天地融合网络仿真试验系统，包括：数据采集模块、试验接口、目标天地融合网络分析模块和目标天地融合网络仿真模块；

所述试验接口，包括分别用于加载目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议的配置参数加载接口、组网方式加载接口和网络协议加载接口；

本发明试验接口具备灵活可扩展的特性，仿真系统的用户能够通过本接口按需更改试验配置参数(例如目标天地融合网络通信卫星规模，轨道参数以及通信卫星的无线通信链路设置等)、组网方式和网络协议，促进天地融合网络体系结构、组网方式和网络协议的研究。

其中，所述数据采集模块，用于针对全球范围内的每一个通信卫星和每一个地面站，对通信卫星的运行信息以及地面站的装配信息进行采集与存储；

所述目标天地融合网络分析模块，用于根据所述目标天地融合网络的试验配置参数、所述数据采集模块存储的通信卫星运行信息和地面站装配信息，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；

所述目标天地融合网络仿真模块，用于利用目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；还用于基于目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议，实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

本发明采用虚实联动的方式，以真实卫星运行信息以及真实地面站装备信息为牵引，利用虚拟化技术，在服务器环境中创建出海量虚拟卫星节点和虚拟地面站节点，以便于目标天地融合网络的仿真试验。

可以理解的是，目标天地融合网络即为使用者期望构建的天地融合网络。

本发明提供的一种天地融合网络仿真试验系统，基于虚拟化技术在地面服务器硬件上构建虚实结合、数据驱动、真实可信的天地融合网络仿真试验环境，在此天地融合网络仿真试验环境中可对天地融合网络连通性、路由构建和流量调度等行为以及天地融合网络中海量卫星节点间的时空大尺度、拓扑高动态特征进行模拟，进而在地面环境中实现对天地融合网络灵活可扩展的高效仿真。同时，还支持真实协议、真实流量和真实组网方式的加载，支持未来天地融合网络领域内的各种组网方式与网络协议的试验验证。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述通信卫星的运行信息，包括：通信卫星的载荷能力、通信卫星的运行轨迹、通信卫星运行轨道高度、通信卫星运行轨道倾角、通信卫星无线通信链路的通信频段以及通信卫星无线通信链路的通信性能；

所述地面站的装配信息，包括：地面站的安装位置信息和地面站支持的通信波段；

所述目标天地融合网络的试验配置参数，包括：试验时长、试验流量大小、源通信终端、目的通信终端以及目标天地融合网络的设定信息；

其中，所述无线通信链路，包括：星地通信链路和星间通信链路；

所述通信性能，包括：带宽、信噪比、时延、误码率和丢包率；

所述地面站的安装位置信息，包括：地面站安装的经纬度、海拔和仰角；

所述目标天地融合网络的设定信息，包括：目标天地融合网络预接入的真实卫星系统、目标天地融合网络设定的通信卫星、地面站、卫星轨道、通信卫星规模、星载处理器配置信息、星载存储组件配置信息、初始无线通信链路和无线通信链路切换方式。

需要理解的是，星间通信链路指的是通信卫星之间搭建的通信链路，星地通信链路指的是通信卫星与地面站以及通信卫星与用户通信终端之间搭建的通信链路。

本发明通过详细的交代通信卫星的运行信息、地面站的装配信息和目标天地融合网络的试验配置参数的具体组成，为目标天地融合网络仿真环境的搭建奠定基础。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述数据采集模块，包括：采集单元、卫星运行信息数据库和地面站装配信息数据库；

所述采集单元，用于针对全球范围内的每一个通信卫星，定期采集所述通信卫星的运行信息；还用于针对全球范围内的每一个地面站，在所述地面站的装配信息发生变更时，采集所述地面站的装配信息；

所述卫星运行信息数据库，用于按照所述采集单元采集的所述通信卫星的运行信息进行数据更新；

所述地面站装配信息数据库，用于按照所述采集单元采集的所述地面站的装配信息进行数据更新。

本发明数据采集模块，主要包括采集单元、卫星运行信息数据库和地面站装配信息数据库。本采集单元主要用于直接从真实卫星系统或第三方测控平台采集通信卫星运行数据(例如在不同时间段通信卫星的轨道高度、运行轨迹信息、轨道倾角、无线通信链路所使用的具体频段等)以及地面站的装配信息(例如地面站的分布信息)；卫星运行信息数据库，主要用于按照采集的所述通信卫星的运行信息进行数据更新；地面站装配信息数据库主要用于按照采集的所述地面站的装配信息进行数据更新。

这里提及的第三方观测平台，例如NORAD；真实的卫星系统包括在轨运行卫星，地面卫星原型，地面站，卫星终端等实体设备。

本发明创建并维护数据采集模块，以实现通信卫星运行信息与地面站装配信息的采集与存储，进而支撑其他模块对天地融合网络仿真系统环境的构建。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络分析模块，包括：调用单元、拓扑结构演算单元和配置资源演算单元；

所述调用单元，用于从所述数据采集模块中调用所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息和所述目标天地融合网络中地面站的装配信息；

可以看出，调用单元根据用户指定的目标天地融合网络，从数据采集模块的数据库中提取相关通信卫星与地面站信息；

所述拓扑结构演算单元，用于根据所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息，推演所述目标天地融合网络中通信卫星的运行轨迹、星间动态时变的可见性关系以及星地动态时变的可见性关系，并得出推演结果；还用于基于所述推演结果、初始无线通信链路和无线通信链路切换方式，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构进行推演；

需要理解的是，拓扑结构演算单元采用虚实联动的方式，以真实通信卫星信息和地面站信息为牵引，并结合通信卫星运动的可预测特征，分析出在试验时间范围内目标天地融合网络中各通信卫星的运动轨迹，目标天地融合网络中通信卫星之间、通信卫星与地面站之间、通信卫星与用户移动终端之间的动态时变的可见性关系；

此外，拓扑结构演算单元，还根据上述运动轨迹、可见性关系分析结果，初始无线通信链路和无线通信链路切换方式，实现目标天地融合网络动态时变的拓扑结构的推演；这里初始无线通信链路指的是目标天地融合网络仿真初始时，目标天地融合网络中通信卫星、地面站以及用户移动终端通信链路的连接关系；无线通信链路切换方式，给定了在已知目标天地融合网络中通信卫星、地面站以及用户移动终端可见性关系的情况下，如何确定目标天地融合网络中通信卫星、地面站以及用户移动终端通信链路的动态连接关系的方式。

所述配置资源演算单元，用于根据所述目标天地融合网络的试验配置参数、所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息和所述目标天地融合网络中地面站的装配信息，对所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；

本发明在用户输入的目标天地融合网络的试验配置参数的基础上，对目标天地融合网络中通信卫星和地面站的计算、网络、存储资源进行演算，演算结果将用于指导目标天地融合网络仿真环境中各个通信卫星节点和各个地面站节点的资源配置。

其中，所述配置资源包括：计算资源，网络资源和存储资源；

所述计算资源，包括：处理器的处理能力和并行计算能力；

所述网络资源，包括：各条通信链路的最大网络容量；

所述存储资源，包括：存储组件的存储容量。

本发明创建目标天地融合网络分析模块，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结果以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的资源配置进行统一描述，为目标天地融合网络仿真环境的搭建提供数据基础。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络仿真模块，包括：拓扑结构多机加载单元、配置资源管理单元、组网方式和网络协议载入单元、真实卫星系统对接单元和流量生成单元；

所述拓扑结构多机加载单元，用于基于目标天地融合网络动态时变的拓扑结构和物理服务器的硬件结构，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；

目标天地融合网络仿真模块是本天地融合网络仿真系统的核心模块；其中，拓扑结构多机加载单元基于目标天地融合网络动态时变的拓扑结构的演算结果，确定目标天地融合网络仿真环境的节点配置信息(即需要模拟的通信卫星节点数量与位置、地面站节点数量与位置等)，进而单台或多台真实的物理服务器集群上，基于目标天地融合网络仿真环境的节点配置信息，计算出仿真目标天地融合网络总共需要的服务器数量，每台物理服务器上能够仿真的网络节点数量。随后，在服务器集群上利用虚拟化技术(如虚拟机，容器等)模拟天地融合网络节点。

同时，拓扑结构多机加载单元基于目标天地融合网络动态时变的拓扑结构的演算结果，确定目标天地融合网络仿真环境的无线链路连接信息(即目标天地融合网络中通信卫星对应的星间通信链路与星地通信链路等)，进而根据目标天地融合网络仿真环境的无线链路连接信息构建虚拟链路，对多台仿真主机间流量进行隔离。

所述配置资源管理单元，用于按照目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，实现目标天地融合网络的仿真架构上的资源分配；

本发明基于目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在仿真环境中进行各类资源的调度，即为每个仿真虚拟机或容器节点配置网络时延、带宽，计算主频，存储容量。

所述组网方式和网络协议载入单元，用于将组网方式和网络协议加载到已完成资源分配的目标天地融合网络的仿真架构中；

本发明按照用户配置，在天地融合网络仿真架构的虚拟化节点中按需加载用户指定的组网协议(例如虚拟化节点运行TCP/IP协议栈时，按需加载虚拟化节点网络层，传送层，应用层的相关协议)。同时，在天地融合网络仿真架构的虚拟化节点中按需加载用户指定的组网方式。

所述真实卫星系统对接单元，用于将目标天地融合网络预接入的真实卫星系统与已加载了组网方式和网络协议的目标天地融合网络的仿真架构进行对接，以形成虚实结合的天地融合网络仿真架构；

本发明根据仿真试验需求，使用者可将真实卫星系统与目标天地融合网络的仿真架构进行对接，构建出虚实结合的天地融合网络仿真试验环境，为目标天地融合网络的仿真试验提供有利条件。

所述流量生成单元，用于基于试验时长、试验流量大小、源通信终端和目的通信终端，在虚实结合的天地融合网络仿真架构中生成流量，以使流量在虚实结合的天地融合网络仿真架构中交互，进而实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

本发明根据试验配置，利用流量生成器，在指定的虚拟化节点之间产生流量。流量基于协议栈产生，可加载于目标天地融合网络仿真环境内部，也可以通过目标天地融合网络仿真环境和真实系统之间的网络接口和真实卫星网络设备进行交互。

本发明创建目标天地融合网络仿真模块，依照试验配置设定，利用虚拟化技术按需生成模拟通信卫星和地面站的虚拟化节点，进而在地面服务器之上部署目标天地融合网络仿真环境；该环境支持真实网络协议、组网方式的加载和试验评估，同时能够对接真实的卫星系统与网络，加载真实的交互流量。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络的仿真架构中，每一个基础组件仿真一个通信卫星或者一个地面站，并作为一个通信卫星节点或者一个地面站节点进行通信交互；

其中，所述基础组件为物理服务器中的容器或虚拟机。

本发明设定每台虚拟机或容器模拟一颗卫星或一个地面站节点，为目标天地融合网络的仿真架构的实现提供可行方式。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络的仿真架构中，参照目标天地融合网络动态时变的拓扑结构中的无线通信链路，搭建相应的虚拟链路，以实现流量的隔离；

其中，所述虚拟链路，是采用VLAN或VXLAN技术创建的。

本发明在物理服务器之间的物理接口上，使用VLAN或VXLAN技术创建相互之间流量隔离的虚拟链路，用于模拟目标天地融合网络中通信卫星的星间通信链路和星地通信链路。图2示例了一种通信卫星拓扑结构，图3是示例了利用虚拟化技术、VLAN或VXLAN技术处理通信卫星拓扑结构后得到的仿真架构；可以看出，需要仿真的卫星拓扑包含两个卫星轨道A和B，每个轨道上有3颗卫星。同一轨道上，卫星通过轨内星间链路互联。轨道A，B之间，卫星通过轨间星间链路进行互联。对应到物理环境中，假设有两台物理服务器A和B，每台服务器仿真一条轨道上的三颗卫星。服务器A和B之间通过一条物理链路A-B直连。如果不进行流量隔离，仿真卫星A1，A2，A3和仿真卫星B1，B2，B3将组成全连接拓扑，即左边任意仿真节点可以和右边任意仿真节点直连，这与期望仿真的拓扑结构不符。因此，在物理链路A-B上虚拟出3条互相流量隔离的虚拟链路，模拟3条轨间星间链路。服务器A和B上的仿真卫星节点连接到对应的虚拟星间链路上，确保仿真环境中的拓扑和预期的卫星星座拓扑结构一致。

需要注意的是，VLAN技术和VXLAN技术仅是本发明提供的可实现方式，任何替换本发明VLAN技术或VXLAN技术并产生相似效果的技术，都应包含在本发明保护范围之内。

本发明按照真实的目标天地融合网络拓扑结构，在仿真环境中将仿真的通信卫星节点接入到正确的虚拟星间通信链路或虚拟星地通信链路上，以保证仿真实验的可靠性。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络预接入的真实卫星系统以及目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点，运行TCP/IP协议栈。

本发明在目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点运行TCP/IP协议栈，方便其可以与其他运行TCP/IP协议栈的真实卫星系统对接，进而方便目标天地融合网络的仿真架构与其他运行TCP/IP协议栈的真实卫星系统的流量交互。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络仿真模块还包括：资源与性能监控单元；所述试验接口还包括：试验结果导出接口；

其中，所述资源与性能监控单元，用于监控目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点的配置资源使用情况，并反馈给所述试验结果导出接口；

所述试验结果导出接口，用于将目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点的配置资源使用情况导出。

本发明通过设定资源与性能监控单元和试验结果导出接口，以使用户可以得到目标天地融合网络仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点的配置资源使用情况，进而便于用户评估组网方式、网络协议的性能。

第二方面，对本发明提供的天地融合网络仿真试验方法进行描述，下文描述的天地融合网络仿真试验方法与上文描述的天地融合网络仿真试验系统可相互对应参照。图4示例了一种天地融合网络仿真试验方法的流程图，如图4所示，该方法包括：

S1、试验接口中的配置参数加载接口、组网方式加载接口和网络协议加载接口分别加载目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议；

S2、目标天地融合网络分析模块根据所述目标天地融合网络的试验配置参数、存储在数据采集模块中的通信卫星运行信息和地面站装配信息，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；S3、目标天地融合网络仿真模块利用所述目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；并基于所述目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议，实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

本发明提供的一种天地融合网络仿真试验方法，基于虚拟化技术在地面服务器硬件上构建虚实结合、数据驱动、真实可信的天地融合网络仿真试验环境，在此天地融合网络仿真试验环境中可对天地融合网络连通性、路由构建和流量调度等行为以及天地融合网络中海量卫星节点间的时空大尺度、拓扑高动态特征进行模拟，进而在地面环境中实现对天地融合网络灵活可扩展的高效仿真。同时，还支持真实协议、真实流量和真实组网方式的加载，支持未来天地融合网络领域内的各种组网方式与网络协议的试验验证。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述通信卫星的运行信息，包括：通信卫星的载荷能力、通信卫星的运行轨迹、通信卫星运行轨道高度、通信卫星运行轨道倾角、通信卫星无线通信链路的通信频段以及通信卫星无线通信链路的通信性能；

所述地面站的装配信息，包括：地面站的安装位置信息和地面站支持的通信波段；

所述目标天地融合网络的试验配置参数，包括：试验时长、试验流量大小、源通信终端、目的通信终端以及目标天地融合网络的设定信息；

其中，所述无线通信链路，包括：星地通信链路和星间通信链路；

所述通信性能，包括：带宽、信噪比、时延、误码率和丢包率；

所述地面站的安装位置信息，包括：地面站安装的经纬度、海拔和仰角；

所述目标天地融合网络的设定信息，包括：目标天地融合网络预接入的真实卫星系统、目标天地融合网络设定的通信卫星、地面站、卫星轨道、通信卫星规模、星载处理器配置信息、星载存储组件配置信息、初始无线通信链路和无线通信链路切换方式。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述方法还包括：

针对全球范围内的每一个通信卫星，所述数据采集模块中的采集单元定期采集所述通信卫星的运行信息；同时，针对全球范围内的每一个地面站，所述数据采集模块中的采集单元在所述地面站的装配信息发生变更时，采集所述地面站的装配信息；

所述数据采集模块中的卫星运行信息数据库按照所述采集单元采集的所述通信卫星的运行信息进行数据更新；

所述数据采集模块中的地面站装配信息数据库按照所述采集单元采集的所述地面站的装配信息进行数据更新。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络分析模块根据所述目标天地融合网络的试验配置参数和存储在数据采集模块中的通信卫星运行信息和地面站装配信息，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算，包括：

目标天地融合网络分析模块中的调用单元从所述数据采集模块中调用所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息和所述目标天地融合网络中地面站的装配信息；

目标天地融合网络分析模块中的拓扑结构演算单元根据所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息，推演所述目标天地融合网络中通信卫星的运行轨迹、星间动态时变的可见性关系以及星地动态时变的可见性关系，并得出推演结果；还基于所述推演结果、初始无线通信链路和无线通信链路切换方式，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构进行推演；

目标天地融合网络分析模块中的配置资源演算单元，根据所述目标天地融合网络的试验配置参数、所述目标天地融合网络中通信卫星的运行信息和所述目标天地融合网络中地面站的装配信息，对所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；

其中，所述配置资源包括：计算资源，网络资源和存储资源；

所述计算资源，包括：处理器的处理能力和并行计算能力；

所述网络资源，包括：各条通信链路的最大网络容量；

所述存储资源，包括：存储组件的存储容量。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络仿真模块利用所述目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；并基于所述目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议，实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验，包括：

所述目标天地融合网络仿真模块中的拓扑结构多机加载单元基于目标天地融合网络动态时变的拓扑结构和物理服务器的硬件结构，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；

所述目标天地融合网络仿真模块中的配置资源管理单元按照目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，实现目标天地融合网络的仿真架构上的资源分配；

所述目标天地融合网络仿真模块中的组网方式和网络协议载入单元将组网方式和网络协议加载到已完成资源分配的目标天地融合网络的仿真架构中；

所述目标天地融合网络仿真模块中的真实卫星系统对接单元将目标天地融合网络预接入的真实卫星系统与已加载了组网方式和网络协议的目标天地融合网络的仿真架构进行对接，以形成虚实结合的天地融合网络仿真架构；

所述目标天地融合网络仿真模块中的流量生成单元基于试验时长、试验流量大小、源通信终端和目的通信终端，在虚实结合的天地融合网络仿真架构中生成流量，以使流量在虚实结合的天地融合网络仿真架构中交互，进而实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络的仿真架构中，每一个基础组件仿真一个通信卫星或者一个地面站，并作为一个通信卫星节点或者一个地面站节点进行通信交互；

其中，所述基础组件为物理服务器中的容器或虚拟机。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络的仿真架构中，参照目标天地融合网络动态时变的拓扑结构中的无线通信链路，搭建相应的虚拟链路，以实现流量的隔离；

其中，所述虚拟链路，是采用VLAN或VXLAN技术创建的。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络预接入的真实卫星系统以及目标天地融合网络的仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点，运行TCP/IP协议栈。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述目标天地融合网络仿真模块中的流量生成单元基于试验时长、试验流量大小、源通信终端和目的通信终端，在虚实结合的天地融合网络中生成流量之后，还包括：

所述目标天地融合网络仿真模块中的资源与性能监控单元监控目标天地融合网络仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点的配置资源使用情况，并反馈给所述试验接口中的试验结果导出接口；

所述试验结果导出接口将目标天地融合网络仿真架构中每一个通信卫星节点和每一个地面站节点的配置资源使用情况导出。

第三方面，图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行天地融合网络仿真试验方法，该方法包括：试验接口中的配置参数加载接口、组网方式加载接口和网络协议加载接口分别加载目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议；目标天地融合网络分析模块根据所述目标天地融合网络的试验配置参数和存储在数据采集模块中的通信卫星运行信息和地面站装配信息，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；目标天地融合网络仿真模块利用所述目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；并基于所述目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议，实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行天地融合网络仿真试验方法，该方法包括：试验接口中的配置参数加载接口、组网方式加载接口和网络协议加载接口分别加载目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议；目标天地融合网络分析模块根据所述目标天地融合网络的试验配置参数和存储在数据采集模块中的通信卫星运行信息和地面站装配信息，对目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源进行演算；目标天地融合网络仿真模块利用所述目标天地融合网络动态时变的拓扑结构以及所述目标天地融合网络中通信卫星和地面站的配置资源，在物理服务器集群上采用虚拟化技术搭建目标天地融合网络的仿真架构；并基于所述目标天地融合网络的试验配置参数、组网方式和网络协议，实现基于目标天地融合网络仿真架构的仿真试验。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。