CN105391487A - 基于fpga的卫星链路时延模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，它包括：IP报文判别模块，用来通过入控单元接收输入的报文、将IP报文输出；延时控制模块，用来接收IP报文判别模块送来的IP报文，经过延时处理后送出；输出轮询模块，用来配合延时控制模块及出控模块完成报文的输出。本发明具有精度高、操作灵活、成本低廉等优点。

Description

基于FPGA的卫星链路时延模拟装置
技术领域
本发明主要涉及到卫星通信领域，特指一种基于FPGA的卫星链路时延模拟装置。
背景技术
卫星链路是空天地一体化网络通信的基础，也是影响空天地一体化网络性能的关键因素。空天地一体化网络的测试、验证及评估等工作迫切需要建立真实可信的模拟实验环境，链路模拟技术是构建此类环境必须解决的关键技术之一。因此，开展卫星链路模拟器的研制具有重要的意义。
卫星链路具备长延时、高误码、非对称等鲜明特性，时延模拟是卫星链路模拟器的重要功能之一。在空间环境中，卫星链路中节点之间的传输距离较长，如低轨道卫星LEO(LowEarthOrbit)距地面通信站的距离通常为2000公里，中轨道卫星MEO(MediumEarthOrbit)距地面通信站的距离超过了10000公里，高轨道卫星GEO(GeostationaryEarthOrbit)距离地球35860公里，因此链路的传输延迟较大。
目前几种典型的卫星链路模拟工具如下：
(1)Spirent网络模拟器；
思博伦公司主要生产无线通信测试产品，其产品可为许多无线通信***提供当前业界最精确与先进的测试方案，
SR5500/SR5500-M是使用最广泛的信道仿真器。在测试无线接收机的进程中，SR5500信道仿真器可对RF干扰与衰退效果进行重现，且SR5500信道仿真器能够对无线信道中负载带宽的阴影衰退、快衰落、与信道丢失等特性进行精确地模拟仿真。由于SR5500-M信道仿真器能够提供灵活的、模块化的测试配置，因此SR5500-M信道仿真器不仅可以同时对多个项目进行并行测试，而且也可对大规模项目进行联合测试。
(2)Dummynet与NISTNet；
Dummynet的用途分两方面，一方面是用于网络带宽的控制；另一方面是进行网络测试。它虽然运行在FreeBSD上，但对于其他的协议栈也具有很好的移植性。它的工作原理是使用IPFW数据包过滤器，通过协议栈的方式拦截数据包，对链路传播延迟、带宽、丢包等特性的模拟是通过一个或多个管道来完成的。
NISTNet是一款基于Linux***能够动态实时仿真IP网络环境的开源工具，它可对网络中的许多特性进行实时有效的模拟与仿真，比如，NISTNet可对网络的链路延时进行有效的模拟；能够真实的反应出网络链路的数据信号抖动特性；也可对网络中的丢包现象进行准确无误的模拟。为IP网络环境的研究提供了准确有效的研究方法。NISTNet是做为Linux内核的一个可动态加载的模块来实现的。其体系结构主要包含两部分：一组为可加载的内核模块；另一组为用户使用界面。
上述传统技术方案所存在的问题归纳如下：
(1)基于专用ASIC设计的硬件时延模拟器虽然精度高、功能强，但价格过于昂贵，且缺乏可编程扩展能力。
(2)基于软件实现的时延模拟器虽然在灵活性方面具有较大的优势，但无法提供高精度、高性能的时延模拟能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种精度高、操作灵活、成本低廉的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，它包括：
IP报文判别模块，用来通过入控单元接收输入的报文、将IP报文输出；
延时控制模块，用来接收IP报文判别模块送来的IP报文，经过延时处理后送出；
输出轮询模块，用来配合延时控制模块及出控模块完成报文的输出。
作为本发明的进一步改进：经IP报文判别模块的非IP报文直接送入输出轮询模块完成报文输出。
作为本发明的进一步改进：所述延时控制模块的模拟操作对象为连续多个以太网IP数据报文的链路传输延时；所述延时控制模块用来对卫星链路固定延时进行准确地模拟，而且对链路中可变延时进行有效地模拟。
作为本发明的进一步改进：所述延时控制模块内部模拟参数将由用户通过配置总线进行设置。
作为本发明的进一步改进：所述延时控制模块包括双端口RAM、延时参数有效个数寄存器、每个延时参数有效时间寄存器及延时处理单元，所述双端口RAM、延时参数有效个数寄存器、每个延时参数有效时间寄存器均与读写配置总线相连，进行延时参数的配置作业；IP报文输入后，由所述延时处理单元中的延时处理机制来进行延时处理，直至完成报文数据的输出。
作为本发明的进一步改进：所述延时处理单元中的延时处理机制是采用状态机循环跳转等待的方式实现链路报文延时功能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，精度高、操作灵活、成本低廉，能同时具备高精度、高速、灵活可编程的优势。本发明不仅能对卫星链路固定延时进行准确地模拟，而且可对链路中可变延时进行有效地模拟。
附图说明
图1是本发明的拓扑结构示意图。
图2是本发明在具体应用实例中延时控制模块的拓扑结构示意图。
图3是本发明在具体应用实例中的工作原理示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，包括：
IP报文判别模块，用来通过入控单元接收输入的报文、将IP报文输出；
延时控制模块，用来接收IP报文判别模块送来的IP报文，经过延时处理后送出；延时控制模块的模拟操作对象为连续多个以太网IP数据报文的链路传输延时。此模块不仅能对卫星链路固定延时进行准确地模拟，而且可对链路中可变延时进行有效地模拟。模块内部模拟参数将由用户通过配置总线进行设置。
输出轮询模块，用来配合延时控制模块及出控模块完成报文的输出。
经IP报文判别模块的非IP报文直接送入输出轮询模块完成报文输出。
本实施例中，结合图1和图2，延时控制模块包括双端口RAM、延时参数有效个数寄存器、每个延时参数有效时间寄存器及延时处理单元，双端口RAM、延时参数有效个数寄存器、每个延时参数有效时间寄存器均与读写配置总线相连，进行延时参数的配置作业；IP报文输入后，由延时处理单元中的延时处理机制来进行延时处理，直至完成报文数据的输出。由上可知，本发明中是采用双端口RAM与寄存器的方式来进行模拟参数的存储，同时运用本地读写总线对模拟参数进行配置管理，而延时处理单元中的延时处理机制是采用状态机循环跳转等待的方式实现链路报文延时功能。
本发明的基于FPGA的卫星链路时延模拟器，能够完成以下模拟作业：
(1)对于低轨道卫星LEO(LowEarthOrbit，高度为500Km～900Km)到地面站的单程链路延时能够做到精确的模拟，模拟范围为1ms～10ms。
(2)对于中轨道卫星MEO(MediumEarthOrbit，高度为5000Km～12000Km)到地面之间的单程链路延时能够做到精确的模拟，模拟范围为10ms～100ms。
(3)对于高轨道卫星GEO(GeostationaryEarthOrbit，高度为35768Km)到地面站的单程链路延时能够做到精确的模拟，模拟延时大小为120ms。
在一个具体应用实例中，结合图3，其中address_b为双端口RAM的读地址，rden_b为双端口RAM的读使能信号，q_b为双端口RAM的读输出数据；m与w均为reg类型寄存器。本发明的工作原理如下：
用户首先通过本地参数控制总线配置所需的模拟参数T0(T0的单位为ms，其个数n<＝1021)与T1(单位为s)。
模块参数配置完成后进入正常工作状态，其工作状态有三种：idle状态、transmit状态与discard状态。首先，分别从双端口RAM与每个延时参数有效时间寄存器中读取第一个模拟参数T0和T1的值，计算出循环跳转等待次数m与延时有效时间状态跳转次数w的值。同时于idle状态模拟器中在保证本模块标志FIFO空信号empty为0且下一模块数据FIFO可容下一个最大长度报文的前提下判断m的值是否为0，若为0，则证明延时时间已到，状态机将跳转到transmit转发状态，开始发送第一个报文；否则，模拟器将在idle状态做循环跳转，同时m的值做减1操作，直到m的值减到0。
模块跳转到transmit状态后将根据139位格式报文的[138:136]信息来判断状态机的跳转与报文的转发，若为101，则为报文头部，状态机将跳转到transmit状态；若为100，则为报文中间，状态机将跳转到transmit状态；若为110，则为报文尾部，状态机将跳转到idle状态，开始等待发送下一个报文，同时计算m的值；若为其它值(101、100与110除外)，则视为错误报文，状态机将跳转到discard丢包状态，将错误报文丢弃后，跳回到idle状态等待下一个报文的发送。
在状态机工作的每一个时钟周期，模块还要同时监测w的值，若w为0，则证明此时钟周期T0的有效时间已到，模块会给出一个RAM的读使能信号(若同时读地址的值等于链路平均延时的个数n-1，则读地址的值被置为0，否则读地址的值做加1操作)，读取下一个T0的值，并计算出新的m的值。同时，重新计算为w的值；否则(w>0)，此时钟周期T0的值仍然有效，w减1，直到w减到0为止。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，其特征在于，包括：
IP报文判别模块，用来通过入控单元接收输入的报文、将IP报文输出；
延时控制模块，用来接收IP报文判别模块送来的IP报文，经过延时处理后送出；
输出轮询模块，用来配合延时控制模块及出控模块完成报文的输出。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，其特征在于，经IP报文判别模块的非IP报文直接送入输出轮询模块完成报文输出。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，其特征在于，所述延时控制模块的模拟操作对象为连续多个以太网IP数据报文的链路传输延时；所述延时控制模块用来对卫星链路固定延时进行准确地模拟，而且对链路中可变延时进行有效地模拟。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，其特征在于，所述延时控制模块内部模拟参数将由用户通过配置总线进行设置。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，其特征在于，所述延时控制模块包括双端口RAM、延时参数有效个数寄存器、每个延时参数有效时间寄存器及延时处理单元，所述双端口RAM、延时参数有效个数寄存器、每个延时参数有效时间寄存器均与读写配置总线相连，进行延时参数的配置作业；IP报文输入后，由所述延时处理单元中的延时处理机制来进行延时处理，直至完成报文数据的输出。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的卫星链路时延模拟装置，其特征在于，所述延时处理单元中的延时处理机制是采用状态机循环跳转等待的方式实现链路报文延时功能。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107769871A (zh) * 2017-09-27 2018-03-06 北京华力创通科技股份有限公司 卫星通信链路延时模拟方法、装置及***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5467345A (en) * 1994-05-31 1995-11-14 Motorola, Inc. Packet routing system and method therefor
JP2000332669A (ja) * 1999-05-20 2000-11-30 Hitachi Ltd 衛星通信ネットワークシミュレーションシステム
CN102571781A (zh) * 2011-12-28 2012-07-11 南京邮电大学 适用于集成卫星通信***的传输控制协议连接***方法
CN102664867A (zh) * 2012-03-15 2012-09-12 南京邮电大学 一种卫星通信***中的传输协议的增强方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5467345A (en) * 1994-05-31 1995-11-14 Motorola, Inc. Packet routing system and method therefor
JP2000332669A (ja) * 1999-05-20 2000-11-30 Hitachi Ltd 衛星通信ネットワークシミュレーションシステム
CN102571781A (zh) * 2011-12-28 2012-07-11 南京邮电大学 适用于集成卫星通信***的传输控制协议连接***方法
CN102664867A (zh) * 2012-03-15 2012-09-12 南京邮电大学 一种卫星通信***中的传输协议的增强方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尹艳平: ""星地链路特性分析及其仿真器设计与实现"", 《CNKI工学硕士学位论文》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107769871A (zh) * 2017-09-27 2018-03-06 北京华力创通科技股份有限公司 卫星通信链路延时模拟方法、装置及***

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