无线网络相结合的DIS系统研究与实现
第Z Z 卷第Z 期
Z 00Z 年4月
北京理工大学学报
Journal of Beijing Institute of Technology
Vol.Z Z No.Z
Apr.Z 00Z
文章编号,1001-0645(Z 00Z )0Z -0Z 01-04
基于有线/无线网络相结合的DIS 系统研究与实现
谢东亮,
侯朝桢，杨国胜,
徐昌玮
(北京理工大学自动控制系，北京
100081)
摘
要，分析基于有线局域网络结构DIS (distributed interactive simulation )系统的局限性.结合无线局域网络的特点，提出一种基于有线/无线异构网络相结合的DIS 系统网络结构，并讨论了实现这一异构网络互连所需的关键技术  无线接入点AP .最后，以某一快速反应坦克部队为背景，完成了该系统的物理实现以及相应系统软件的初步开发.
关键词，分布交互仿真；无线网络；无线接入点；通信协议；计算机生成兵力中图分类号,TP 391.9
文献标识码,A
Research and application on the Distributed Interactive
Simulation System Based on the Combination
of wired and wireless networks
XIE Dong -liang ,
HOU Chao -zhen ,
YANG Guo -sheng ,
XU Chang -Wei
(Dept .Automatic Control ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )
abstract ,Synthesizing the advantages of Wired and Wireless netWork ,a distributed interactive simulation (DIS )system netWork structure based on the combination of Wired and Wireless netWork is presented ,along With a discussion of the key technology  Wireless netWork access point Which is necessary for the realization of the system .Taking a certain guick response armoured force as the background ,the physical realization of the system and the development of the functional softWare are completed .
Key words ,distributed interactive simulation ;Wireless netWork ;Wireless access point (AP );
communication protocol ;computer generated force (CG F )
收稿日期,Z 0010703
基金项目,N Z 119工程重点学科建设项目
作者简介，谢东亮(1974 )，男，博士生；侯朝桢(1938 )，男，教授，博士生导师
网络拓扑结构是分布交互仿真(distributed interactive simulation ，简称DIS )中的一个基本问题 1 .然而受资金和系统复杂性的限制，目前已实现的DIS 原型系统还较少，同时人们一般是在一个相距较近的有线局域网中构建DIS 仿真系统，这样虽然在一定程度上实现了对真实环境的模拟，但与实际情况仍有着很大差异，主要因为在某些特定条件
下，仿真实体应具有移动性，这是有线局域网所不能解决的困难.
为了使网络的拓扑结构与仿真系统中模拟的实际信息链路更为接近，作者针对一个DIS 坦克对抗原型系统的研究开发，采用有线与无线网络 固定节点与移动节点相结合的异构网络互连结构，从而在半实物仿真环境下可以最大程度地模拟实际情况
.
1
基于有线与无线局域网互连的DIS 系统网络结构
根据上述思想组建的基于有线局域网与无线局
域网互连的DIS 系统网络结构 如图1所示
.
其中有线局域网为一般的快速以太网 其拓扑结构为总线式 采用IEEE 802.3所描述的载波监听多路访问/冲撞检测CSMA /CD 控制协议[2].无线局域网主要由无线接入点AP (access point D 和移动终端(mobile terminal D 等部件组成 其中移动终端通过连接计算机以太网卡的无线网络适配器SA (station adapter D 连接到无线局域网中 也可以通过无线网桥(Wireless bridge  简称WB D 组建一个远程局域子网或向下级联.在这样的网络结构下 允许用户根据实际需要设置多个接入点 构建若干个移动的或相对固定的无线局域子网[3].
由于有线局域网和无线局域网的数据传输速率~帧的格式和长度都不相同 为了实现这两种异构网络之间的互连 在该以太网上连接有作为网桥的无线接入点AP  负责移动终端的管理以及协调无线与有线网络之间的通信.
AP 作为一种存储转发设备 从结构上看 属于DCE 级的端到端的连接；从协议层次看AP 是在数据链路层对有线和无线局域网的帧进行重新格式化并进行新的差错检验计算 而后送至物理层 通过物理介质转发到另一个局域网.有线-无线通信时 AP 将有线网络上传来的数据包按照IEEE 802.11协议进行封装后发送到无线局域网中；无线-有线通信时 AP 将按照IEEE 802.11协议接收无线工作站的数据包并按照IEEE 802.3协议进行封装后转发到有线网络上；无线-无线通信时 如果通信的双
方处在同一无线子网时可直接进行通信 如果通信的双方不在同一无线子网时 可以先通过某一AP 进入有线网(无线-有线D  再由有线网进入到对应的无线网(有线-无线D.
从上述分析可以看出 在基于有线与无线局域网互连的DIS 系统网中 无线接入点AP 不仅简单地实现有线/无线局域网之间应用协议的转换 具备寻址和路径选择的逻辑功能 同时还起到双向数据过滤的作用.为了满足高峰负载的要求 AP 还应该有足够的缓冲空间.
2
无线接入点AP 工作原理
AP 的典型应用如图2所示 假设在某有线以太主干网上接有3个无线接入点AP  其中AP 和与其直接通信的移动终端所组成的区域称为小区(cell D  即这个AP 的基本覆盖区域BSS (basic service set D.每个BSS 内的移动终端之间以及移动终端和有线终端之间的通信由AP 直接转发.对于其它BSS 区内无线终端的通信要由AP 通过有线网络存储转发.
图2
AP 工作原理示意图
Fig .2
Example of communication among Wireless stations
与传统采用中心站的无线接入方式不同 这里由每个无线接入点和无线终端(即指SA  在本部分论述中对无线终端与SA 不作区别D 共同完成数据包的传输和控制 工作过程为移动终端的注册和数据包的存储转发.2.1
移动终端的注册
在每个AP 内部都建有注册表 该表记录了这个AP 的基本覆盖区域内的已知无线终端 即SA (或者WB D 的地址 每个无线终端发送信息时 SA 都将其地址在唯一的某个AP 上进行注册.另一方面 每个AP 都将定时用无线方式广播包含自身地址的标识.与之相对应 每个SA 内都建立有AP 标识表 记录它最近监听到的AP 地址.当SA 监听到由AP 发出的标识后 将该AP 的地址写入自己的
2
02北京理工大学学报
第22卷
表中.
每个SA只接受从自己注册过的AP发送过来的数据包，而忽略其它的AP发来的数据包，并且也只用自己注册过的AP转发数据.当一个无线终端同时处于若干个AP的基本服务区时，则SA的标识表中包含有多个AP的地址.SA首先会在表中选取一个合适的AP地址，向该AP发出要求注册的数据包，如果此AP接受该注册要求，它将发出注册成功应答信号，标志着SA将其地址在唯一的AP 上进行了注册.
而当SA要求自己注册的AP转发数据多次失败后，认为自己与该AP连接失败，这时，它将从自己的AP表中另选一个新的AP进行注册.反之，当
AP与自己注册表中的SA多次连接失败后，它将认为该SA已经不在自己的基本服务区，于是将该无线终端的地址从自己的注册表中删除，在这两种情况下，都将解除本次注册关系.
2.2数据包的存储转发
区域内不到无线网络现在以图2所示的有线/无线异构网络互连结
构说明AP的工作原理.假设无线终端B从BSS1
经BSS2漫游到BSS B.无线终端首先处于AP1的基
本服务区BSS1内，并在AP1上进行注册，因此B
与有线终端X的数据传输直接由AP1封装后存储
转发至有线网上;B与无线终端A的数据传输直接
由AP1通过无线方式完成，而不将信息发送到有线
网上.
当无线终端B漫游至BSS1与BSS2的重叠服
务区时,B除了能接收到AP1的广播标识，还将
接收到AP2的广播标识，此时B将AP2的地址加
入自己的AP表中.当B继续漫游至BSS2中重合
区域以外时,B所发出的数据包将得不到AP1的确
认，此时B认为自己已不再位于AP1的基本服务区BSS1，因此在自己AP表中选择另一AP地址，即
AP2的地址，同时向AP2发出注册信号.AP2在收到注册申请后，将B的地址列入自己的注册表中并发出
注册成功应答信号，并从SA申请注册的数据包中提取B上次注册的AP1的地址，并通过有线网向AP1发出释放B注册信息的指令.这样AP1在收到释放指令后将B的地址从自己注册表中删除，这时B与无线终端C和有线终端X的通信将由AP2来完成.当B向AP2发出要与A进行通信的请求后,AP2在自己的注册表中不到目的终端A 的地址,AP2将此信息在有线网上广播，此时所有主干网上的AP都将收到该数据包.当AP1对该信息的目的地址分析后得知A在自己的基本服务区内，则通知AP2将数据封装后发送，由AP1将接收到的数据再次进行封装后发送给目的终端A.
当无线终端B从漫游至B个基本服务区重合区域@时,B将同时收到AP1,AP2和AP B的广播信息，这时B将在自己的AP表中同时有B个AP 的地址，此时B将从中选择一个进行注册.如果注册成功，将使用此AP进行通信；如注册不成功，则换取另外的AP进行注册，其通信过程与前述相同.当AP继续漫游，经BSS2和BSS B重叠区漫游至
AP B的基本服务区BSS B，通信过程均与前述相同.
由上述可知，整个系统是通过AP中注册表和
SA中标识表的实时更新来确定移动终端的位置的.在实际传输过程中,AP根据发送终端和目的终端的位置，决定数据包的传输采用有线或无线方式.
s DIS原型系统设计
s.DIS系统的逻辑结构
作者以某一快速反应数字化坦克部队为应用背景，建立了一个基于有线/无线网络相结合的分布交互仿真原型系统.该系统采用符合DIS标准的红~蓝~白三方的体系结构[4]，其逻辑结构如图B所示.
其中白方对整个仿真演练系统进行作战剧情想定~规划~设置和管理，并且在演练运行期间利用虚拟现实技术对整个战场态势通过数字投影进行综合态势显示，最后根据仿真试验数据，采用相应的数字模型对整个指挥系统的性能和武器系统的作战效果进行评判.
蓝方由多台微机构成一个子网，通过计算机生成兵力(computer generated force，简称CGF)，由数字仿真的方法生成具有自主能力的自动对抗仿真实体，其中包括虚拟坦克和虚拟导弹发射车等.这些对象由计算机根据真实地形数据生成的虚拟环境中通过网络相连为红方提供威胁环境.而红方由B组无线工作站组成一个无线局域网，采用数字仿真的方法，借助于数学模型对B辆坦克进行作战仿真.
在该实验系统中，根据系统规模的需要，作者建立了有线/无线相结合的两层网络结构，其中，白方和蓝方以及红方的指挥中心作为第一层，通过交换机接入总线型有线以太主干网.第二层则由模拟红方坦克的移动终端构成的无线网络组成.
B02
第2期谢东亮等：基于有线/无线网络相结合的DIS系统研究与实现
3.2无线与有线互连的DIS系统物理实现
针对上述设计的DIS系统网络的逻辑结构选用SGI服务器~SGI图形工作站~CISCO Catalyst
2900交换机~BreezenetPrO.11无线网络系列产品以及24台P-V微型机完成了有线与无线互连的
DIS系统物理实现(如图3所示).并且通过仿真应用软件(包括三维视景建模与生成软件包
Multigen DIS仿真应用软件包VEGA等)建立了一个基于DIS协议的分布式交互仿真演示系统.其中红方采用3辆模拟坦克分别完成侦察和防御任务在两辆坦克中分别装有3台计算机组成的内部局域子网3个终端的任务是：驾驶员终端主要完成二维地形显示~发动机控制系统面板显示等；炮长终端主要完成火控系统及自动装填系统操作；车长控制终端主要实现指挥系统的通信和自身坦克的防护.3个终端构成的单车局域子网通过无线网络实现与红方指挥中心的通信同时与邻近坦克通过无线方式协同作战最大程度地模拟了真实坦克的作战过程.
4结束语
作者在现有的基于有线局域网的DIS系统的基础上引入无线局域网的概念构建了一个基于有线与无线局
域网互连的DIS系统为工程技术人员在线评估武器性能~指挥人员和作战人员验证作战想定~进行作战演练提供了一个更加逼真的虚拟环境.此项目的一期工作已经于2001年5月通过国家~211工程专家组的验收目前正在进行二期项目的研究工作.
参考文献:
[1]凌云翔刘晓建王召福等.分布交互式仿真计算机系
统的研究与实现[J].计算机工程与科学1999 9(1):4
8.
Ling Yunxiang Liu XiaOjian Wang ZhaOfu et al.
Design Of a distributed interactiOn simulatiOn system
[J].COmputer Engineering S Science1999 9(1):4
8.(in Chinese)
[2]胡道元.计算机局域网[M].北京：清华大学出版社
1996.
u DaOyuan.COmputer LAn[M].Beijing:Tsinghua University Press1996.(in Chinese)
[3]彭伟军宋文涛罗汉文等.无线网桥的设计与实现
[J].计算机工程2000 26(5):47 49.
Peng Weijun SOng WentaO LuO anwen et al.
ImplementatiOn and designing Of a wireless bridge
[J].COmputer Engineering2000 26(5):47 49.(in
Chinese)
[4]戴树岭彭晓源毕会娟等.分布交互仿真原型系统研
究与开发[J].北京航空航天大学学报1999 25(3):24
29.
Dai Shuling Peng XiaOyuan Bi uijuan et al.
Research On distributed interactiOn simulatiOn
prOtOtype[J].JOurnal Of Beijing University Of
AerOnautics and AstrOnautics1999 25(3):2429.
(in Chinese)
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