MF-TDMA衛星通信網絡仿真測試研究

MF-TDMA 衛星網絡是由地面主站、備用主站、網控中心、眾多從站、衛星轉發器等單元組成，系統的主要業務是話音、數據、視頻，但各衛通站通信能力大小不同，每個地面站作為主叫或被叫，向網控中心站申請衛星信道資源，因此必須對衛星網絡資源與信息進行有效管理與調配，使其可以應對各種復雜的突發情況，適應應用任務、網絡本身和外部條件的變化，保證衛星網絡穩定、可靠、持續和高效運行。

　　RatiONal Rose 工具是美國Rational 公司開發的用于分析和設計面向對象系統的強大工具，可以幫助先建模，再進行功能測試，從而保證系統結構合理、運行正常。Rational Rose 工具支持可視化開發測試用例模型，結合衛星網絡的的實際情況，主要進行業務建模、分析建模、設計建模，然后完成用例驅動、迭代和增量測試任務。

　　主要介紹衛星網絡中比較重要的幾個設計要素的測試方法，并通過仿真建模對網絡化業務傳輸要求的TDMA 技術體制進行探討研究。

　　1 網絡模型組成及業務流程

　　1. 1 網絡模型

　　以MF TDMA 方式組網應用時，主站發送TDMA參考信號并作為全網各站的時間參考基準、一個備份主站用于主站出現故障時接替主站的工作。一般業務站以主站為參考，并按照主站下發的時隙表在分配給本站的時隙內發送信息。衛星通信網絡的實現模型如圖1 所示。

圖1 衛星網絡半實物仿真網絡的架構

　　網絡運行中幀同步設計、呼叫業務量的調整、射頻鏈路功率調整等設計方法是網絡高效運行的關鍵技術。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:

　　①將序列圖轉換為流程圖; 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，即用于開發測試實例以測試與被測實現相關的異常處理; ④識別要采用特定路徑所需要的輸入和狀態，當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。最后確定每個測試實例的預期結果，完成測試包，得到的測試包可以用一個規定腳本語言在一個用戶測試驅動程序中實現。

　　1. 2 MF TDMA 系統定時同步模型

　　定時是TDMA 系統的一個關鍵問題，它為系統運行提供時間基準，是初始捕獲和同步保持的基礎。

　　初始捕獲是指地球站開始發射突發時，保證其能夠正確地進入指定的時隙，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。當作為主叫時，用戶根據加載的業務發出呼叫請求; 而作為被叫時，則需要對主叫作出必要的應答，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程，若申請失敗則通知擁護進程失敗的信息，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送功率進行處理，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控中心; 在下行鏈路，主要確認衛星模塊傳來的信號功率是不是到達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過一個衛星信道的時延并滿足接收站功率控制要求。

　　為每個站的調制器的突發信噪比都配置一個值，這個值用于傳輸功率控制。遠端站將它們從控制站收到的參考突發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。各遠端站也調整它們的上行功率，使得它們的突發在接收時與參考突發有著相同的信噪比。

　　2 測試模型仿真

　　2. 1 網絡同步參數設置

　　同步保持調整間隔時間是指為了保持全網的同步，需要對突發發送時刻進行調整的周期。調整的越頻繁，各類誤差對同步保持的影響就越小，而調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，而調整過程本身帶來的開銷就越小。因此系統設計時應折中考慮。

　　同步保持誤差是在一定的同步保持調整周期( 同步保持調整間隔時間) 內，突發發送時刻所能達到的準確度。它與衛星漂移引起的誤差、時鐘穩定度引起的誤差、邏輯電路抖動以及調整精度等因素有關。

　　2. 2 話音參數設置

　　系統的網絡結構為網狀網，系統參數描述如下:

　　①系統中每站最大支持20 個話音信道; 每個信道的速率為2 400 bps; ②每個站發送時間間隔服從t= 500 s 的指數分布，發送數據包包長服從均值k= 1 240 bit 的泊松分布，總的站數是100 個，信道重發3 次，重發時間服從指數分布; ③衛星延遲時間為0. 27 s;④中央站為1 個網控站，服務速率為9 600 bps; ⑤假定中央站接收到小站的數據包，即為一次呼叫成功; ⑥站的數量逐步增多。其中，接續時延是指一個呼叫從產生到接通，從而準備通話之前的時間。