基于HLA 的軍事物流仿真技術(shù)

馬新民，賈松茂

(蚌埠汽車士官學(xué)校 基礎(chǔ)部，安徽 蚌埠233011)

現(xiàn)今戰(zhàn)爭的形式是信息化戰(zhàn)爭，參戰(zhàn)雙方圍繞戰(zhàn)場信息進(jìn)行激烈的角逐，誰在交戰(zhàn)過程中掌握了制信息權(quán)，誰就將成為戰(zhàn)爭的贏家［1］。因此，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，無論是戰(zhàn)爭形態(tài)，還是交戰(zhàn)形式，乃至戰(zhàn)爭準(zhǔn)備，都發(fā)生了巨大的變化，戰(zhàn)爭雙方通過各種手段獲取戰(zhàn)場信息，以進(jìn)行較為準(zhǔn)確的戰(zhàn)場判讀，形成對戰(zhàn)爭的有效控制［2］。軍事物流保障作為戰(zhàn)爭中的重要一環(huán)，歷來為仿真人員所重視，因?yàn)樗婕暗浇粦?zhàn)雙方各個參與主體的方方面面，極大地影響著戰(zhàn)爭的進(jìn)行，沒有堅(jiān)實(shí)有力的后勤保障作支撐，任何戰(zhàn)爭將無法繼續(xù)［3-4］。本文針對信息化戰(zhàn)爭的特點(diǎn)，以當(dāng)今強(qiáng)大的信息技術(shù)為支撐，依托現(xiàn)今高速發(fā)展的“云計(jì)算”和“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，參考高層體系架構(gòu)(high level architecture，HLA)仿真模式，探索構(gòu)建一個基于HLA 仿真模式的軍事物流仿真系統(tǒng)，將極大地促進(jìn)現(xiàn)代軍事物流的發(fā)展。

1 HLA 簡介

HLA 為現(xiàn)代仿真系統(tǒng)構(gòu)建的一種架構(gòu)模式，是最新一代的分布式仿真協(xié)議框架。它是以面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒▉順?gòu)建仿真系統(tǒng)、劃分仿真成員、構(gòu)建仿真聯(lián)邦的技術(shù)。HLA 是一個開放的、高度可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，其主要目的是促進(jìn)仿真系統(tǒng)間的互操作性，提高仿真系統(tǒng)及其部件的重用能力。其最大的作用是實(shí)現(xiàn)仿真成員的有機(jī)結(jié)合，以一種成員間松耦合和強(qiáng)聯(lián)通的模式增加仿真系統(tǒng)的靈活性，有效提升仿真系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1.1 HLA 的發(fā)展背景

隨著計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，計(jì)算機(jī)仿真需要解決的問題也越來越復(fù)雜，許多問題靠單個仿真系統(tǒng)已無法解決，必須依靠多個仿真系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合協(xié)同仿真。與傳統(tǒng)的單一仿真模式相比，分布式仿真的關(guān)鍵問題是多個仿真系統(tǒng)間的互操作問題，基于此，美國國防部組織相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，提出了建模與仿真的高層體系架構(gòu)。

HLA 的提出，與傳統(tǒng)的建模與仿真方式密不可分。從單一仿真模式，到分布式的仿真模式，再到HLA，是一個實(shí)踐上的遞進(jìn)過程，也是認(rèn)識上的深化過程。在這3 種模式中，仿真的規(guī)模越來越大，從形式上量的疊加，到內(nèi)容上質(zhì)的優(yōu)化，表明了仿真方式認(rèn)識上的變化。仿真的目的在于模擬現(xiàn)實(shí)中的實(shí)體運(yùn)行方式，以預(yù)見未知，檢驗(yàn)已知，而仿真方式的選擇，目的在于以一種更好的方式實(shí)現(xiàn)這種目的。高層體系架構(gòu)的出現(xiàn)過程，恰恰說明了這一點(diǎn)。

1.2 HLA 的特點(diǎn)

HLA 在部署過程中，通過運(yùn)行支撐環(huán)境(runtime infrastructure，RTI)提供通用的、相對獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將仿真應(yīng)用同底層的支撐環(huán)境分開，即將具體的仿真功能實(shí)現(xiàn)、仿真運(yùn)行管理和底層通信傳輸3 者分離，隱藏了各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，從而使各部分可以相對獨(dú)立的進(jìn)行開發(fā)，并能充分利用各自領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。相對于早期的分布交互仿 真(distributed interactive simulation，DIS)模式，HLA 模式具有廣泛的靈活性和可擴(kuò)充性，能減少網(wǎng)絡(luò)冗余數(shù)據(jù)，并且可以將真實(shí)仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真集成到一個綜合的仿真環(huán)境中，滿足復(fù)雜大系統(tǒng)的仿真需要。

1.3 HLA 的規(guī)則

HLA 規(guī)則已成為IEEE M＆S 的正式標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號為IEEE 1516?，F(xiàn)行的規(guī)則共有10 條，其中前5 條規(guī)定了聯(lián)盟必須滿足的要求，后5 條規(guī)定了盟員必須滿足的要求。

1.3.1 聯(lián)盟規(guī)則

(1)每個聯(lián)盟必須有一個聯(lián)盟對象模型，該聯(lián)盟對象模型的格式應(yīng)與HLA OMT(object model template)兼容。

(2)聯(lián)盟中，所有與仿真有關(guān)的對象實(shí)例應(yīng)該在聯(lián)盟盟員中描述，而不是在RTI 中。

(3)在聯(lián)盟運(yùn)行過程中，各成員間的交互必須通過RTI 進(jìn)行。

(4)在聯(lián)邦運(yùn)行過程中，所有聯(lián)盟成員應(yīng)按照HLA 接口規(guī)范與RTI 交互。

(5)聯(lián)盟運(yùn)行過程中，在任一時刻，同一時刻，同一實(shí)例屬性最多只能為一個聯(lián)盟成員所擁有。

1.3.2 盟員規(guī)則

(1)每個聯(lián)盟成員必須有一個符合HLA OMT規(guī)范的成員對象模型。

(2)每個聯(lián)盟成員必須有能力更新/反射任何SOM(simulation object model)中指定對象類的實(shí)例屬性，并能發(fā)送/接收任何SOM 中指定交互類的交互實(shí)例。

(3)在聯(lián)盟運(yùn)行過程中，每個聯(lián)盟成員必須具有動態(tài)接收和轉(zhuǎn)移對象屬性所有權(quán)的能力。

(4)每個聯(lián)盟成員應(yīng)能改變其SOM 中規(guī)定的更新實(shí)例屬性值的條件。

(5)聯(lián)盟成員必須管理好局部時鐘，以保證與其他成員進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2 物流仿真系統(tǒng)的基本內(nèi)涵

物流仿真系統(tǒng)通過觸及各個單位的各個物流仿真實(shí)體，將其作為特定的仿真成員，如同神經(jīng)一樣將系統(tǒng)內(nèi)所有資源聯(lián)系起來，標(biāo)明特定的用途。當(dāng)受領(lǐng)特定的仿真任務(wù)后，通過其分布廣泛的計(jì)算機(jī)群，將任務(wù)分解，進(jìn)行智能的分析并在全網(wǎng)范圍內(nèi)尋求一種最優(yōu)解決方案，通過確認(rèn)性審核之后，在最短的時間內(nèi)將服務(wù)單元下達(dá)至相關(guān)節(jié)點(diǎn)，各個節(jié)點(diǎn)依據(jù)受領(lǐng)的服務(wù)任務(wù)，驅(qū)動具體的物流資源到達(dá)指定的區(qū)域。圖1 展示了物流仿真系統(tǒng)的基本模型。

圖1 物流仿真系統(tǒng)基本模型

在仿真過程中，該系統(tǒng)將物流中的各種因素(包括協(xié)調(diào)人員)平等的劃分為各個仿真單元，并賦予每個單元相應(yīng)的職責(zé)(表現(xiàn)在技術(shù)層面上就是每個仿真單元提供特定類別的服務(wù))，每個仿真單元都在中央控制單元(通常是一組具有總控功能的應(yīng)用程序)注冊。當(dāng)任務(wù)到達(dá)時，進(jìn)入系統(tǒng)入口，將會出現(xiàn)2 條路徑:一條是通向各個仿真單元的任務(wù)處理路徑，其處理方式便是常規(guī)處理;另一條便是通向中央控制單元的路徑，任務(wù)到達(dá)中央控制單元，控制單元的應(yīng)用程序依據(jù)任務(wù)的類型，在各仿真單元提供的服務(wù)中尋找與之匹配的服務(wù)類型，并將分解后的任務(wù)單元傳遞給該節(jié)點(diǎn)，各個節(jié)點(diǎn)分別支配相應(yīng)的物流資源來完成任務(wù)。在這個過程中，該系統(tǒng)將協(xié)調(diào)人員與仿真對象緊密結(jié)合，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了仿真過程按需調(diào)配。

3 基于HLA 的軍事物流仿真系統(tǒng)基本架構(gòu)

按照HLA 架構(gòu)模式，軍事物流仿真系統(tǒng)主要由以下3 部分構(gòu)成。

(1)軍事物流仿真運(yùn)行支撐框架RTI。軍事物流仿真運(yùn)行支撐環(huán)境為整個仿真系統(tǒng)架構(gòu)的中間件，在整個仿真系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是HLA 的核心部件。該中間件包括2 部分:物流指揮平臺總控機(jī)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)部分和物流成員分布機(jī)客戶端組件部分。軍事物流仿真運(yùn)行支撐框架是整個仿真系統(tǒng)的核心，該部分一端與物流指揮總控相連，即與整個仿真系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相連，為用戶提供訪問物流指揮中樞的唯一通道;另一端與各個仿真成員相連，實(shí)現(xiàn)各物流子系統(tǒng)與整個物流仿真體系的掛接。同時，軍事物流仿真運(yùn)行支撐框架的另一個功能，即為各個仿真成員提供一種約束，使仿真成員之間功能與結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，互不影響。

(2)軍事物流聯(lián)邦對象模型。軍事物流聯(lián)邦對象模型是仿真聯(lián)邦中各物流成員進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的共同對象模型，即為仿真數(shù)據(jù)的最終流向和仿真結(jié)果的輸出端。在這個對象模型中，既有物流總控指揮端的指揮數(shù)據(jù)，也有各仿真子平臺的仿真數(shù)據(jù)，各種數(shù)據(jù)代表的抽象模型在該對象模型中地位完全相同，即摒棄了指揮層面的上下級隸屬關(guān)系，在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)仿真的虛擬調(diào)度。

(3)軍事物流仿真聯(lián)邦成員。軍事物流仿真聯(lián)邦成員是物流仿真聯(lián)邦中的一個成員，在形式上表現(xiàn)為與軍事物流仿真運(yùn)行支撐環(huán)境相連接的一個節(jié)點(diǎn)，在邏輯結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為具有并列關(guān)系的一系列仿真子平臺。一個聯(lián)邦成員可以代表一個大型物流指揮平臺，也能代表一個具體的物流資源提供點(diǎn)。

4 基于HLA 的軍事物流仿真系統(tǒng)運(yùn)行過程

(1)加入仿真聯(lián)邦。當(dāng)一個物流子系統(tǒng)準(zhǔn)備充分，即可按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則加入聯(lián)邦。加入聯(lián)邦的方式為子系統(tǒng)接口與軍事物流仿真運(yùn)行支撐環(huán)境接口相掛接;同時，進(jìn)入仿真監(jiān)視，重置子系統(tǒng)仿真時間，當(dāng)收到仿真系統(tǒng)掛接成功指令時，開始運(yùn)行，并向通用運(yùn)行支撐環(huán)境輸送仿真數(shù)據(jù)和接受仿真聯(lián)邦調(diào)配指令。

(2)管理狀態(tài)和交互信息。物流子系統(tǒng)加入聯(lián)邦成功，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，聯(lián)邦開始進(jìn)行子系統(tǒng)的狀態(tài)管理。在此過程中，聯(lián)邦向各個子系統(tǒng)發(fā)送狀態(tài)設(shè)定指令，各子系統(tǒng)根據(jù)自身狀態(tài)，實(shí)時進(jìn)行調(diào)整，使自身狀態(tài)與聯(lián)邦狀態(tài)保持一致。

(3)跟蹤實(shí)體。由于在仿真聯(lián)邦與各物流子系統(tǒng)成員之間，唯一的連接通道為軍事物流仿真運(yùn)行支撐環(huán)境;因此，聯(lián)邦和成員之間任何信息的流通都必須經(jīng)過該支撐環(huán)境，并接受支撐環(huán)境的調(diào)配。聯(lián)邦與成員之間在邏輯上形成一對多的關(guān)系，聯(lián)邦指令下達(dá)之后，需要進(jìn)行實(shí)體跟蹤，以確定實(shí)體的系統(tǒng)位置。

(4)系統(tǒng)數(shù)據(jù)雙向流通。仿真系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，表現(xiàn)為一種循環(huán)模式，其目的在于實(shí)時跟進(jìn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流通。在系統(tǒng)中，流通的數(shù)據(jù)主要為各成員的仿真數(shù)據(jù)和聯(lián)邦的指令數(shù)據(jù)，2 種數(shù)據(jù)流向相反，保證數(shù)據(jù)流通按照預(yù)設(shè)模式進(jìn)行，是物流仿真運(yùn)行支撐環(huán)境的核心的功能。

5 物流仿真系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則

5.1 物流聯(lián)邦規(guī)則

(1)每個聯(lián)邦必須有一個聯(lián)邦對象模型，該聯(lián)邦對象模型應(yīng)是物流實(shí)體信息的高度抽象。

(2)聯(lián)邦中，所有與仿真有關(guān)的對象實(shí)例應(yīng)定義在各物流仿真成員中，以使其保持與軍事物流仿真運(yùn)行支撐環(huán)境的獨(dú)立性。

(3)在仿真系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各成員間的交互必須通過仿真運(yùn)行支撐環(huán)境進(jìn)行。

(4)在聯(lián)邦運(yùn)行過程中，所有聯(lián)盟成員應(yīng)按照HLA 接口規(guī)范與RTI 交互。

(5)聯(lián)邦運(yùn)行過程中，在任一時刻，同一實(shí)例屬性最多只能為1 個聯(lián)邦成員所擁有。

5.2 物流成員規(guī)則

(1)每個物流成員必須有一個與之相適應(yīng)的仿真成員對象模型。

(2)每個物流成員必須有能力更新/反射指定的對象類的實(shí)例屬性。

(3)在仿真系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每個物流成員必須具有動態(tài)接收和轉(zhuǎn)移對象屬性所有權(quán)的能力。

(4)每個物流成員應(yīng)能改變更新實(shí)例屬性值的條件。

(5)物流成員必須管理好局部時鐘，以保證與其他成員進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

6 結(jié) 語

本文對基于HLA 的軍事物流仿真系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行了詳細(xì)的探討。作為一種可行的，并經(jīng)過大量實(shí)踐驗(yàn)證的仿真方法，該仿真模式在部署過程中充分利用了當(dāng)前較為流行的HLA 仿真模式，有效的避免了傳統(tǒng)模式下功能冗余、資源浪費(fèi)的情況，在實(shí)際應(yīng)用過程中具有較高的運(yùn)行效率。該仿真模式可作為軍事物流仿真系統(tǒng)構(gòu)建的一個技術(shù)參考。

［1］ 伍仁和.信息化戰(zhàn)爭論［M］. 北京:軍事科學(xué)出版社，2004:232.

［2］ 張禮軍，李蒙. 后勤信息化研究［M］. 北京:海潮出版社，2005:155.

［3］ 王宗喜，徐東. 軍事物流學(xué)［M］. 北京:清華大學(xué)出版社，2007:3.

［4］ 劉筱蘭. 基于供應(yīng)鏈管理的物流信息集成［J］. 物流技術(shù)，2004(3):44.