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摘要：为研究频率跟踪式干扰条件下某跳频无线通信网络的性能，基于OPNET建模与仿真工具构建某跳频无线通信网络的仿真模型。模型实现了跳频电台的各项功能，准确描述了该跳频无线通信网络的通信行为。
关键词：无线跳频通信网络；跳频电台；OPNET
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)21-30425-04
Study on the Simulation Models of Frequency-hopping Wireless Communication Network Based on OPNET
WANG Wen-jun, HUANG De-suo, HE You-lin, CHENG Zhi-gao
(Artillery Academy of PLA,Hefei 230031,China)
Abstract: To study the capabilities of frequency hopping wireless communication network under the tracking disturbance,simulation model of the frequency-hopping wireless communication network are built based on OPNET.The models implement all functions of the FH radio,and describe the actions of frequency-hopping communication exactly.
Key words:frequency-hopping; wireless; communication network; FH radio; OPNET
1 引言
频率跟踪式干扰能够迅速、准确的完成搜索、瞄准和干扰等一系列动作[1]，以高于正常通信信号强度数倍的干扰
信号对收信机进行压制性干扰。由于这种干扰对无线跳频通信网络的影响极大[2]，并且该影响在时间和空间上表现出明显的非线性和不确定性。因此不易采用数学的方法进行研究，而易采用计算机仿真的方法，建立仿真模型对其进行研究。
所谓计算机仿真的方法[3]，具体而言是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，从而获取网络设计、规划、组织及优化所需要的性能数据的一种网络分析方法。基于OPNET的通信网络性能仿真[4]，是以有限状态机为基础理论，综合运用排队论、概率论和统计实验等理论建立数据业务和通信链路的数学模型，用C/C 或其它语言实现仿真模型的一种仿真方法。基于OPNET的建模能够清晰的描述系统的状态和转移，开发的模型便于扩展和重用，因此本文选择OPNET作为建模与仿真的工具。
2 基于OPNET的通信网络仿真
OPNET采用离散事件驱动的模拟机理[5]，也就是说只有网络状态发生变化时，模拟机才工作。因此与时间驱动相比，离散事件驱动的计算效率要高很多。仿真核心实际上充当离散事件驱动的事件调度器，它对所有进程模块希望完成的事件和计划该事件发生的时间进行列表和维护。
事件调度器主要维护一个具有优先级的队列，它按照事件发生的时间对其中的工作排序，并遵循先进先出顺序执行事件。而各个模块之间通过事件中断方式传递事件信息。每当出现一个事件中断时都会触发一个描述通信网络系统行为或者系统处理的进程模型的运行。通过离散事件驱动的仿真机制实现了在进程级描述通信的并发性和顺序性，再加上事件发生时刻的任意性，决定了可以仿真计算机和通信网络中的任何情况下的网络状态和行为。
仿真事件、中断和进程模型在仿真核心执行时间轴上的关系如图1所示[4-6]。
所有对信息流的控制均有YC_filter模块实现。来自本级的信息分别经过对上电台和对下电台发送到目的地，发送完毕后经过YC_filter模块分发到YC_sink模块进行销毁，如图5(a)、图5(b)所示；来自于上级的信息，由收信机接收后，经YC_filter模块判断传送到队列模块，经队列模块传送到对下电台进行转发，其中的jun_sink模块负责统计上级的信息，如图5(c)所示；来自于下级的信息，同样经过YC_filter模块和对列模块之后被传送到对上电台进行转发，如图5(d)所示。
由此可见YC_filter模块主要实现了两种功能：1)判断信息的来源，将信息分发到相应的模块；2)统计所有流经该模块的信息，提供节点的吞吐量数据。
3.3 信息排队和重发的模型实现
信息的排队和重发动作主要在队列模块的进程模型（下文简称队列进程）中实现，另外信息的分发、上下级间的规避也需要队列进程协助实现。鉴于此，本文建立队列模块的进程模型如图6所示。
队列进程包含1个非强制状态和7个强制状态。idle代表着系统空闲状态，是队列进程通常处于的主要状态，也是进程中唯一的非强制状态，所有的中断均在该状态进行判断；init状态完成队列进程的初始化；arrival状态代表着信息流的到达，此时进程的动作是将数据从输入流中读取出来，并插入队列进行排队，等待着下一步的处理；svc_start状态代表着服务的开始，该状态根据数据信息的来源分别选择不同的信息发送路径；svc_coml1、svc_coml2、svc_coml3、svc_coml4状态用来妄称信息的重发动作；stop_for_a_while状态表示数据被正确接收，此状态负责设置标识参数，并取消上一个状态订制的中断。队列进程直接或间接实现了以下四种功能。
1)信息排队
在arrival状态的入口用op_subq_sort()方法实现数据信息的排队，排队的依据是信息的优先级，优先级利用op_pk_priority_set()方法指定。
2)信息重发动作的实现
如果信息被下级正确接收，下级将立即运用方法op_intrpt_force_remote()订制一个远程中断给上级，使上级的队列进程之跳出idle和svc_coml*之间的循环。否则，进程将自动在3次循环之后跳出。
3)信息转发
队列进程参与信息转发的实现，在发送信息指出，进程会读取信息的源地址。而后根据信源地址，订制具有不同代码的自中断，选择svc_coml1、svc_coml2、svc_coml3、svc_coml4四种条转发路径中的一条。
4)下级通信节点规避动作的实现
在idle状态上设置有两个条件转移STOP_SERVE和RESTART_SERVE，它们分别用来配合上级节点的控制模块，实现发送终止和发送恢复息的动作。
如果上级节点的发信机正在工作，即控制模块通过统计线读取了发信机的“忙”状态，它将立即制定一个中断代码为STOP_SERVE的远程中断给下级的队列模块。下级接收到该中断后执行servestop()函数，利用op_intrpt_disable()方法终止当前已经订制信息发送中断。当上级信息发送完毕时，控制模块通过统计线读取了发信机的“闲”状态，同时立即制定一个中断代码为RESTART_SERVE的远程中断给下级，用来激发serve_restart()函数，以恢复信息的发送。
4 结论
在OPNET环境中检验所建立的模型，结果表明模型实现了无线电台的跳频，数据的分发、复制、重发、规避等动作以及跟踪式干扰机的干扰动作，具有一定的重用价值，为进一步研究复杂条件下的跳频通信网络仿真奠定基础。
参考文献：
[1] 郑如冰.电子对抗与电子对抗作战指挥[M].合肥:解放军炮兵学院,2003.
[2] 梅文华.跳频通信[M].北京:国防工业出版社,2005(4):15-22.
[3] 蔡鸿鹏.实时通信网络的研究与仿真实现[D].重庆:重庆大学硕士论文,2006.
[4] 伍俊洪,杨洋,李惠杰,等.网络仿真方法和OPNET仿真技术[J].计算机工程,2004(05)．
[5] 龙华.OPNETModeler与计算机网络仿真[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006.
[6] 伍春华.因特网流量建模及其在网络仿真中的应用研究[D].长沙:中南大学博士论文,2001.
关键词：无线跳频通信网络；跳频电台；OPNET
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)21-30425-04
Study on the Simulation Models of Frequency-hopping Wireless Communication Network Based on OPNET
WANG Wen-jun, HUANG De-suo, HE You-lin, CHENG Zhi-gao
(Artillery Academy of PLA,Hefei 230031,China)
Abstract: To study the capabilities of frequency hopping wireless communication network under the tracking disturbance,simulation model of the frequency-hopping wireless communication network are built based on OPNET.The models implement all functions of the FH radio,and describe the actions of frequency-hopping communication exactly.
Key words:frequency-hopping; wireless; communication network; FH radio; OPNET
1 引言
频率跟踪式干扰能够迅速、准确的完成搜索、瞄准和干扰等一系列动作[1]，以高于正常通信信号强度数倍的干扰
信号对收信机进行压制性干扰。由于这种干扰对无线跳频通信网络的影响极大[2]，并且该影响在时间和空间上表现出明显的非线性和不确定性。因此不易采用数学的方法进行研究，而易采用计算机仿真的方法，建立仿真模型对其进行研究。
所谓计算机仿真的方法[3]，具体而言是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，从而获取网络设计、规划、组织及优化所需要的性能数据的一种网络分析方法。基于OPNET的通信网络性能仿真[4]，是以有限状态机为基础理论，综合运用排队论、概率论和统计实验等理论建立数据业务和通信链路的数学模型，用C/C 或其它语言实现仿真模型的一种仿真方法。基于OPNET的建模能够清晰的描述系统的状态和转移，开发的模型便于扩展和重用，因此本文选择OPNET作为建模与仿真的工具。
2 基于OPNET的通信网络仿真
OPNET采用离散事件驱动的模拟机理[5]，也就是说只有网络状态发生变化时，模拟机才工作。因此与时间驱动相比，离散事件驱动的计算效率要高很多。仿真核心实际上充当离散事件驱动的事件调度器，它对所有进程模块希望完成的事件和计划该事件发生的时间进行列表和维护。
事件调度器主要维护一个具有优先级的队列，它按照事件发生的时间对其中的工作排序，并遵循先进先出顺序执行事件。而各个模块之间通过事件中断方式传递事件信息。每当出现一个事件中断时都会触发一个描述通信网络系统行为或者系统处理的进程模型的运行。通过离散事件驱动的仿真机制实现了在进程级描述通信的并发性和顺序性，再加上事件发生时刻的任意性，决定了可以仿真计算机和通信网络中的任何情况下的网络状态和行为。
仿真事件、中断和进程模型在仿真核心执行时间轴上的关系如图1所示[4-6]。
所有对信息流的控制均有YC_filter模块实现。来自本级的信息分别经过对上电台和对下电台发送到目的地，发送完毕后经过YC_filter模块分发到YC_sink模块进行销毁，如图5(a)、图5(b)所示；来自于上级的信息，由收信机接收后，经YC_filter模块判断传送到队列模块，经队列模块传送到对下电台进行转发，其中的jun_sink模块负责统计上级的信息，如图5(c)所示；来自于下级的信息，同样经过YC_filter模块和对列模块之后被传送到对上电台进行转发，如图5(d)所示。
由此可见YC_filter模块主要实现了两种功能：1)判断信息的来源，将信息分发到相应的模块；2)统计所有流经该模块的信息，提供节点的吞吐量数据。
3.3 信息排队和重发的模型实现
信息的排队和重发动作主要在队列模块的进程模型（下文简称队列进程）中实现，另外信息的分发、上下级间的规避也需要队列进程协助实现。鉴于此，本文建立队列模块的进程模型如图6所示。
队列进程包含1个非强制状态和7个强制状态。idle代表着系统空闲状态，是队列进程通常处于的主要状态，也是进程中唯一的非强制状态，所有的中断均在该状态进行判断；init状态完成队列进程的初始化；arrival状态代表着信息流的到达，此时进程的动作是将数据从输入流中读取出来，并插入队列进行排队，等待着下一步的处理；svc_start状态代表着服务的开始，该状态根据数据信息的来源分别选择不同的信息发送路径；svc_coml1、svc_coml2、svc_coml3、svc_coml4状态用来妄称信息的重发动作；stop_for_a_while状态表示数据被正确接收，此状态负责设置标识参数，并取消上一个状态订制的中断。队列进程直接或间接实现了以下四种功能。
1)信息排队
在arrival状态的入口用op_subq_sort()方法实现数据信息的排队，排队的依据是信息的优先级，优先级利用op_pk_priority_set()方法指定。
2)信息重发动作的实现
如果信息被下级正确接收，下级将立即运用方法op_intrpt_force_remote()订制一个远程中断给上级，使上级的队列进程之跳出idle和svc_coml*之间的循环。否则，进程将自动在3次循环之后跳出。
3)信息转发
队列进程参与信息转发的实现，在发送信息指出，进程会读取信息的源地址。而后根据信源地址，订制具有不同代码的自中断，选择svc_coml1、svc_coml2、svc_coml3、svc_coml4四种条转发路径中的一条。
4)下级通信节点规避动作的实现
在idle状态上设置有两个条件转移STOP_SERVE和RESTART_SERVE，它们分别用来配合上级节点的控制模块，实现发送终止和发送恢复息的动作。
如果上级节点的发信机正在工作，即控制模块通过统计线读取了发信机的“忙”状态，它将立即制定一个中断代码为STOP_SERVE的远程中断给下级的队列模块。下级接收到该中断后执行servestop()函数，利用op_intrpt_disable()方法终止当前已经订制信息发送中断。当上级信息发送完毕时，控制模块通过统计线读取了发信机的“闲”状态，同时立即制定一个中断代码为RESTART_SERVE的远程中断给下级，用来激发serve_restart()函数，以恢复信息的发送。
4 结论
在OPNET环境中检验所建立的模型，结果表明模型实现了无线电台的跳频，数据的分发、复制、重发、规避等动作以及跟踪式干扰机的干扰动作，具有一定的重用价值，为进一步研究复杂条件下的跳频通信网络仿真奠定基础。
参考文献：
[1] 郑如冰.电子对抗与电子对抗作战指挥[M].合肥:解放军炮兵学院,2003.
[2] 梅文华.跳频通信[M].北京:国防工业出版社,2005(4):15-22.
[3] 蔡鸿鹏.实时通信网络的研究与仿真实现[D].重庆:重庆大学硕士论文,2006.
[4] 伍俊洪,杨洋,李惠杰,等.网络仿真方法和OPNET仿真技术[J].计算机工程,2004(05)．
[5] 龙华.OPNETModeler与计算机网络仿真[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006.
[6] 伍春华.因特网流量建模及其在网络仿真中的应用研究[D].长沙:中南大学博士论文,2001.