某型戰術互聯網仿真系統中網絡拓撲數據存儲方法

樊大偉，龔松顯，霍景河

(1.裝甲兵工程學院 信息工程系，北京 100072;2.總參通信訓練基地，河北 宣化 075100)

戰術互聯網是由戰術無線電臺、交換設備、傳輸設備等設備組成的計算機網絡，是數字化部隊信息化建設的一項重要內容［1］。某戰術互聯網仿真通信系統主要運用虛擬現實技術和模擬技術，使受訓人員在近似實戰的戰場環境、虛擬的組網環境中提高熟練掌握、運用戰術互聯網的能力。其中，仿真系統中的網絡拓撲數據是仿真系統中各功能模塊進行正確工作的基礎，是仿真環境真實性的重要依據。對網絡拓撲數據的處理策略直接決定了整個仿真系統效率的高低，是系統中需要考慮的一個重要技術點［2］。本文對拓撲數據的存儲進行了分析，給出了一種有效的綜合處理策略。

1 網絡模型介紹

某戰術互聯網通信仿真系統的網絡模型基本構成如圖1所示。其主要功能是以網絡拓撲數據為基礎，支持各類設備仿真模塊進行無線信道、鏈路和網絡性能的仿真。

圖1 通信網絡模型基本構成

在系統中，網絡仿真模塊的功能是基于系統中各設備仿真模塊的實時工作參數，形成網絡的仿真拓撲數據并發送至中心處理模塊;設備仿真模塊的功能是定期向中心處理模塊發送與自身相關的網絡拓撲請求，并依據中心模塊發回的拓撲數據進行通信仿真;中心處理模塊的功能是接收并儲存網絡仿真模塊的網絡拓撲數據，響應設備仿真模塊的拓撲請求。

基于以上描述，在網絡拓撲數據的處理過程中需要重點對拓撲數據的存儲策略進行考慮。即:在系統仿真的過程中，中心處理模塊與網絡仿真模塊和設備仿真模塊之間存在著大量、頻繁的網絡拓撲數據交互。對于常采用的以數據庫作為接口的交互方式，其I/O 訪問操作比較慢，因此中心處理模塊必須按照一定的數據結構將網絡拓撲數據準確無誤地儲存在計算機內存中，才能保證網絡拓撲數據交互的時效性。

2 關鍵技術實現

2.1 動態存儲類的設計

在系統中，根據每次仿真需求、訓練任務以及部隊編制規模的不同，系統中網絡拓撲的規模變化很大［3-4］。對于拓撲數據的存儲，常用的靜態分配內存的方式會造成一定程度的內存浪費，而且當拓撲數據量超過一定大小時，系統的內存棧將無法提供足夠的內存。綜合效率及能力兩方面的考慮，采用動態的方法對拓撲數據進行儲存是最佳的方案。在本系統中，設計構造了動態儲存類DynaStore，可以方便地對內存進行自動分配和釋放，靈活地對拓撲數據進行儲存［5］。其主要結構簡單描述如下:

在動態存儲類中，內存處理函數包裝了C ++中的內存分配和銷毀函數。當一個動態存儲類被定義后，開發者只需要將注意力集中在數據處理函數上即可。動態存儲類會基于開發者設置或默認的內存分配粒度的大小，并根據需要，調用內存處理函數來分配新內存或回收不用的內存，從而很好地滿足不同規模網絡拓撲數據的存儲，達到存儲單元的最佳利用。

2.2 拓撲類和拓撲管理類的設計

網絡拓撲類的設計是整個系統設計的關鍵，考慮到系統中基于編制的拓撲結構圖的特點，選擇基于圖的數據存儲結構比較適合，可以很好地描述拓撲中設備(頂點)和設備間(邊)的關聯關系。在系統中，分別定義了設備數據結構DevInfor 和連線信息結構ArcInfor，描述了設備的工作狀態和設備間的通信性能參數。

圖的傳統的存儲結構，如數組、鄰接表、十字鏈表等［6］，都是基于已知固定數量的頂點為基礎進行設計的，不能完全滿足本系統中拓撲動態變化的需求。為此，以鄰接多重表為基礎，結合上面的動態存儲類，設計開發了基于圖的拓撲類，其主要結構簡單描述如下:

在拓撲類中，網絡內所有設備以及設備間連線信息以動態存儲類對象的形式存在，每一個拓撲類對象和仿真系統中基于編制的網絡拓撲結構一一對應。

在仿真系統中，為了能夠更好地對所有拓撲類對象進行管理，在拓撲類的層次之上，設計了一個拓撲管理類，用來對系統中所有的拓撲類對象進行管理控制。其設計思路是將所有的拓撲類封裝在一個動態存儲類對象中，拓撲管理類的結構簡單描述如下:

經過以上層層迭進的設計，網絡拓撲數據在內存中的存儲結構如圖2 所示。

圖2 數據在內存中的存儲結構

上述存儲策略設計有以下特點:

1)拓撲管理類對象所管理的拓撲類對象的數量具有較好的伸縮性，能夠適應任意大小網絡拓撲規模的變化。

2)拓撲管理類提供了對所有網絡拓撲數據進行訪問的唯一接口，從而簡化了拓撲處理的交互過程，能夠方便地對拓撲進行增加、刪除、更新和查詢。

3 結束語

通過設計網絡拓撲數據在內存中的動態存儲方式，實現了對網絡拓撲數據的有效處理。在仿真系統中的實際應用表明，文中的網絡拓撲數據處理策略具有較好的一般性和實用性，能夠滿足仿真系統的效率要求，并且對于其他類似的仿真系統設計具有一定的借鑒意義。

［1］劉明慶，李紅平.戰術互聯網淺述［J］.現代通信，2003，29(2):26-29.

［2］孫柏林.計算機戰役戰術訓練模擬系統軍事總體設計原理［M］.北京:解放軍出版社，1994.

［3］鄭愛民，崔燦，劉福杰.實用化的戰術互聯網網絡管理方案及其技術［J］.西安電子科技大學學報，2002，29(1):74-77.

［4］李晶晶，甘志春，沈建軍.戰術互聯網網絡管理模型［J］.火力與指揮控制，2011(9):118-121.

［5］張先迪. 圖論及其應用［M］. 北京:高等教育出版社，2005.

［6］嚴蔚敏，吳偉民. 數據結構［M］. 北京:清華大學出版社，1992.