基于Redis的分布式通信算法在仿真前后臺(tái)的應(yīng)用與測(cè)試①

王悅霖 劉立士 韓東奇

摘 ? 要：針對(duì)某分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)，本文制定了分布式通信算法，利用Redis作為數(shù)據(jù)通信中間件，來(lái)實(shí)現(xiàn)前后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸與交互。針對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試與仿真結(jié)果分析，從而驗(yàn)證分布式通信算法的準(zhǔn)確性與有效性。

關(guān)鍵詞：分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng) ?Redis數(shù)據(jù)通信中間件 ?前后臺(tái)通信算法

中圖分類號(hào)：TP311.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（b）-0138-03

多個(gè)領(lǐng)域的建模與聯(lián)合仿真的目標(biāo)是將多個(gè)學(xué)科的模型進(jìn)行高效的整合，借此來(lái)達(dá)成理想的設(shè)計(jì)、仿真與分析效果。針對(duì)某分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)，研究其前后臺(tái)之間的分布式通信算法，實(shí)現(xiàn)前后臺(tái)之間數(shù)據(jù)通信。

1 ?分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)

某分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)由仿真設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)（前臺(tái)）和通用仿真系統(tǒng)（后臺(tái)）兩部分組成，提供統(tǒng)一仿真設(shè)計(jì)、部署、執(zhí)行與控制功能[1]，完成仿真設(shè)計(jì)、仿真執(zhí)行、仿真數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與可視化等主要功能，以及從屬于上述系統(tǒng)軟件的管理功能，如圖1所示，通過(guò)對(duì)底層通信模塊的封裝實(shí)現(xiàn)分布式聯(lián)合仿真[2]，。

2 ?Redis數(shù)據(jù)通信中間件

本系統(tǒng)主要采用Redis兩種數(shù)據(jù)通信模式實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)前后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信，即：（1）利用Redis作為數(shù)據(jù)庫(kù)，以鍵值對(duì)的形式存儲(chǔ)所有的仿真執(zhí)行參數(shù)、仿真模型以及一些仿真控制參數(shù)等實(shí)現(xiàn)通信，既保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性又減少了數(shù)據(jù)冗余;（2）利用Redis頻道的基于訂閱發(fā)布的通信模式來(lái)完成前后臺(tái)間數(shù)據(jù)的通信。本系統(tǒng)將所有的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)Redis頻道分發(fā)給系統(tǒng)前臺(tái)。

3 ?分布式通信算法在仿真系統(tǒng)前后臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 前臺(tái)向后臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信算法設(shè)計(jì)

仿真系統(tǒng)的前臺(tái)利用Redis向后臺(tái)發(fā)送仿真數(shù)據(jù)的示意圖如圖2所示，前臺(tái)向后臺(tái)發(fā)送仿真控制命令、仿真參數(shù)信息、分布式部署信息、仿真模型參數(shù)和模型連接總圖信息。具體的數(shù)據(jù)包格式如下。

（1）仿真控制命令。

Redis中控制仿真工程的key設(shè)置為：root.projectCommand。數(shù)據(jù)包為：

①開(kāi)始：{'Type'：'CommandStart'， 'ProjectName'：'p1'};

②結(jié)束：{'Type'：'CommandStop'， 'ProjectName'：'p1'};

③暫停：{'Type'：'CommandPause'， 'ProjectName'：'p1'};

④步進(jìn)：{'Type'：'CommandRunOneStep'， 'ProjectName'：'p1'}。

（2）仿真參數(shù)。

Redis數(shù)據(jù)庫(kù)的鍵設(shè)置為：{pname}.control.projectParameter。

數(shù)據(jù)包為：dictParams={'start_time'：0.0，'final_time'：2.0，'input'：None，'simResultFilter'：filterDict，'opts'：dictOpts};dictParams為總體數(shù)據(jù)，filterDict是仿真結(jié)果輸出端口和仿真時(shí)間的數(shù)據(jù)包，其結(jié)構(gòu)為：

filterDict={'SF_001.mmrus'：['tau1']，'__STEP__'：10，'SF_001.load1'：['phi1'，'w1']};

dictOpts參數(shù)數(shù)據(jù)包定義仿真步長(zhǎng)、仿真開(kāi)始、仿真結(jié)束、仿真延遲等，其結(jié)構(gòu)為：dictOpts={'logging'：False，'step_size'：0.0001，'simStart'：['SH_001.source']，'simEnd'：None，'simDelay'：{'SF_001.mmrus.tau1'：5}，'simResultFilter'： filterDict，method：”A”};

Method是仿真算法，A表示通用仿真算法。

（3）分布式部署信息。

Redis的鍵設(shè)置為：{pname}.dis.config。數(shù)據(jù)包格式為：{'SF_001.load1'：'192.168.229.37'，'SF_001.load2'：'192.168.229.37'，'SF_001.source'：'192.168.229.37'，'SF_001.mmrus'：'192.168.229.37}。

（4）仿真模型參數(shù)。

Redis的鍵設(shè)置為：{pname}.fmu.fmuname。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包內(nèi)容則為仿真模型的二進(jìn)制序列。

（5）仿真模型連接總圖。

Redis的鍵設(shè)置為：{pname}.graph.config。數(shù)據(jù)包格式為：

dictConns = {'Graph'：dictGraph， 'SF_001'：dictSF_001， 'SH_001'：dictSH_001};

dictGraph={'0'：['SF_001.load1'，'phi1'，'SS_001.s_001'，'v1']，'1'：['SF_001.source'，'tao1'，'SH_001.h_001'，'v1']，'2'：['SS_001.s_001'，'v2'，'SF_001.source'，'phi1']，'3'：['SH_001.h_001'，'v2'，'SF_001.load1'，'tau1']};

dictSF_001={"0"：["source"，"tau1"，"load1"，"tau1"]，"1"：["load1"，"phi1"，"source"，"phi1"]，"2"：["load1"，"phi2"，"mmrus"，"phi1"]，"3"：["load1"，"w1"，"mmrus"，"w1"]};

dictGraph表示宏觀模型連接總圖結(jié)構(gòu)，總圖的節(jié)點(diǎn)為各子圖。最后發(fā)送的數(shù)據(jù)包為dictConns。

3.2 后臺(tái)向前臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信算法設(shè)計(jì)

后臺(tái)利用Redis頻道向前臺(tái)發(fā)送仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。Redis的頻道為：projectname.chResults2DB。發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為：

{"SF_001.load1.w1"：[0.0，0.0，0.0，-2.4991779829137363e-20，-1.363233070243509e-19]，"step"：0.05，"SF_001.mmrus.tau1"：[-0.0，-0.0，-0.0，-0.0，-6.713921223149536e-18，-3.3265638919077216e-17]}。

4 ?分布式通信算法在仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用與測(cè)試

為了驗(yàn)證本論文研究的分布式通信算法在某分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)前后臺(tái)之間的有效性和正確性，利用設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析判斷。

本次測(cè)試案例中采用的仿真模型分別為source、load1、load2、mmrus。模型連接總圖為圖3所示。所選擇的仿真模型輸出端口為mmrus模型的tau1端口和load1模型的phi1端口。仿真結(jié)果分別如圖4和圖5所示。

使用OpenModelica軟件進(jìn)行仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)，利用相同的仿真模型以及模型接續(xù)關(guān)系，并且查看相同的模型輸出端口，仿真結(jié)果分別如圖6和圖7所示。

對(duì)兩個(gè)仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果圖形趨勢(shì)走向基本一致，仿真計(jì)算出的結(jié)果數(shù)據(jù)相符合，故可驗(yàn)證本論文設(shè)計(jì)的基于Redis的分布式通信算法應(yīng)用在某分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)前后臺(tái)間是準(zhǔn)確有效的。

5 ?結(jié)語(yǔ)

本文闡述了某分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)的整體架構(gòu)以及數(shù)據(jù)通信中間件的通信模式，并針對(duì)某系統(tǒng)設(shè)計(jì)出前后臺(tái)之間的分布式通信算法。通過(guò)利用仿真模型在系統(tǒng)上進(jìn)行仿真測(cè)試，并且對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而驗(yàn)證分布式通信算法在仿真系統(tǒng)前后臺(tái)之間是正確性的。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏映琳.等離子通信仿真平臺(tái)的分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué)，2014.

[2] 李閱歷.基于Java的Web服務(wù)器性能測(cè)試工具研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（1）：92-96.