基于仿真即服務(wù)的作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)設(shè)計

張玙彬,董志明

(1.陸軍裝甲兵學(xué)院，北京 100072；2.陸軍研究院，北京 100072)

隨著改革強軍的穩(wěn)步推進(jìn)，我軍現(xiàn)已更加深入的開展武器裝備作戰(zhàn)試驗標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和方法研究等體系建設(shè)工作。鑒于實裝作戰(zhàn)試驗存在組織實施難、試驗周期長、預(yù)算開支大等問題，結(jié)合仿真試驗安全性高、經(jīng)濟性強、重復(fù)試驗及評估方便等優(yōu)勢，在具有可信度的試驗條件下，將實裝試驗與仿真試驗相結(jié)合的試驗方法可以降低試驗難度，減少試驗成本，得出可信度較高的試驗結(jié)果，是作戰(zhàn)試驗的發(fā)展方向[1]。

試樣兩端用夾具夾緊于滑塊上，將滑塊放入導(dǎo)軌并固定其中一端，另一端連接到激振器的激振頭上，連接信號發(fā)生器和激振器，在室溫下以不同頻率(1 ～ 10 kHz，以指數(shù)形式遞增)對激振器進(jìn)行信號輸入。完成全部100組數(shù)據(jù)的采集后，更換試樣上的另外一組通道，重復(fù)采集工作，共進(jìn)行5次采集實驗，選出其中最好的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。經(jīng)過老化前的數(shù)據(jù)采集后，將試樣條放入真空干燥箱中，在200 °C下加熱5 h進(jìn)行老化處理，然后對老化后的試樣條進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，以對比老化前后的性能差異。

目前我軍的作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)雖然可以一定程度滿足作戰(zhàn)試驗仿真的需求，但基本還是采用對單一任務(wù)、單一裝備進(jìn)行仿真試驗的模式，存在系統(tǒng)耦合性較高，試驗流程及任務(wù)想定不便于做出實時的調(diào)整和修改，仿真系統(tǒng)復(fù)用性較低等問題。基于仿真即服務(wù)架構(gòu)的作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)可更好的實現(xiàn)仿真資源的高效整合，根據(jù)任務(wù)需求及時調(diào)整系統(tǒng)功能和仿真環(huán)境，提高系統(tǒng)的復(fù)用性，減少對仿真資源的浪費，縮短作戰(zhàn)試驗仿真周期，為我軍作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)建設(shè)提供新的思路和實現(xiàn)途徑。

1 SaaS概述

仿真即服務(wù)(SaaS，Simulation as a Service)是一種新概念的軟件架構(gòu)方法，它將面向服務(wù)架構(gòu)和云計算的優(yōu)點引入仿真領(lǐng)域，使仿真系統(tǒng)便于互聯(lián)互操作，仿真功能易于組合、提高了系統(tǒng)可重用性并降低了成本[2]。以此建立的仿真系統(tǒng)具有可快速部署、可互操作、可信度高的特點，以使用人員為中心，提供交互更為靈活，領(lǐng)域更為廣泛的透明系統(tǒng)環(huán)境，為基于仿真服務(wù)的系統(tǒng)提供了組織基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

在該模式的仿真試驗系統(tǒng)下，系統(tǒng)可根據(jù)試驗人員需求和不同任務(wù)需要，動態(tài)的加載仿真環(huán)境，在物理計算機平臺或虛擬機平臺進(jìn)行試驗。開發(fā)人員將不同種類實現(xiàn)不同功能的專業(yè)仿真軟件、模型資源、數(shù)據(jù)庫、通用工具等仿真資源封裝為仿真服務(wù)部署到系統(tǒng)支撐平臺中，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)需求對仿真服務(wù)進(jìn)行組合調(diào)用[3]。每項仿真功能均作為獨立的仿真服務(wù)，可同時支持多項試驗任務(wù)，系統(tǒng)高效靈活便于組合，協(xié)同互操作性強。

在一些房屋建筑上，并非是所有的墻體都會存在冷橋現(xiàn)象。但是只要一面墻體有冷橋現(xiàn)象的存在，必然會導(dǎo)致該建筑隔熱性能下降。

2 仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和組成

2.1 基于SaaS的仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

仿真試驗支撐平臺是各個仿真模型和仿真任務(wù)能夠正常運行的有效保障；指標(biāo)體系生成分系統(tǒng)根據(jù)試驗任務(wù)描述生成圖形化的試驗指標(biāo)體系；試驗設(shè)計系統(tǒng)用于設(shè)置具體試驗內(nèi)容、項目等試驗設(shè)計；管控分系統(tǒng)能對試驗系統(tǒng)進(jìn)行運行控制，可動態(tài)干預(yù)試驗進(jìn)程；試驗分析評估分系統(tǒng)提供多種通用評估方法，可根據(jù)評估指標(biāo)體系和評估對象選用不同的評估方法對采集得到的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估；模型分系統(tǒng)主要包括仿真試驗所需的各類武器裝備的仿真模型，嚴(yán)格遵守實裝的各項參數(shù)和作戰(zhàn)運用行為準(zhǔn)則并收集試驗數(shù)據(jù)；綜合顯示系統(tǒng)能夠顯示二維態(tài)勢和三維場景并可進(jìn)行查詢和回放。

圖1 基于SaaS的作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框圖

作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)通常由以下幾個分系統(tǒng)組成，如圖2。為實現(xiàn)試驗所需功能的柔性分布集成，各分系統(tǒng)通過支撐平臺封裝為仿真服務(wù)并部署到服務(wù)平臺上，每一個分系統(tǒng)即為一個仿真服務(wù)，試驗時試驗人員可根據(jù)試驗需求選取所需服務(wù)。

(5)CT檢查前,醫(yī)護人員應(yīng)向受檢者做好宣教工作,囑其在檢查過程中不要動來動去,避免造成檢查圖像模糊或偽影,造成受檢者需重新檢查,增加醫(yī)療費用,也會導(dǎo)致醫(yī)療資源浪費。

我國正在進(jìn)入老齡化社會中，加之我國居民生活方式的轉(zhuǎn)變，高脂血癥發(fā)病率有逐年上升的趨勢。僅僅他汀類藥物治療混合型高脂血癥患者療效較差，可能導(dǎo)致橫紋肌溶解以及肝功能異常。降脂通脈膠囊具有降脂化濁、化痰祛濕、活血通脈的作用。本研究將降脂通脈膠囊與瑞舒伐他汀聯(lián)合應(yīng)用，觀察高脂血癥94例，現(xiàn)報道如下。

仿真支撐層。通過分布式交互中間件將應(yīng)用層和支撐層以及各項服務(wù)功能組合連接成系統(tǒng)；具有對系統(tǒng)的管理控制功能，時間管理通過提高傳輸速度和減少處理流程來保證仿真試驗的實時性，其余部分可對仿真服務(wù)進(jìn)行管理監(jiān)控，根據(jù)應(yīng)用層試驗人員的任務(wù)需求對仿真服務(wù)和數(shù)據(jù)資源進(jìn)行組合交互；將虛擬戰(zhàn)場環(huán)境、計算機生成兵力等專業(yè)仿真軟件服務(wù)化，并在系統(tǒng)上進(jìn)行服務(wù)注冊，構(gòu)成仿真服務(wù)主體；由試驗數(shù)據(jù)、試驗工作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、戰(zhàn)場環(huán)境等數(shù)據(jù)資源和各類武器裝備的仿真模型資源等各類資源構(gòu)成數(shù)據(jù)服務(wù)；還包含仿真通用工具如VV&A工具、模型測試器等。上述服務(wù)采用統(tǒng)一的接口規(guī)范和分系統(tǒng)描述機制，便于軟件、硬件接口適配器進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢和服務(wù)的交互，也便于仿真功能進(jìn)行服務(wù)注冊，是仿真系統(tǒng)組建的基礎(chǔ)和核心，支撐整個作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)的功能和運行。

為實現(xiàn)目的，設(shè)計如圖3所示的服務(wù)化過程，通過容器化思想完成試驗資源服務(wù)化。首先創(chuàng)建服務(wù)模版容器，而后對各分布仿真試驗資源關(guān)鍵信息提取形成實例，而后按照相應(yīng)的映射方式和規(guī)則完成資源到服務(wù)的轉(zhuǎn)換，將服務(wù)按規(guī)范格式和統(tǒng)一結(jié)構(gòu)存儲在云服務(wù)資源池，供試驗人員查詢調(diào)用[5]。

仿真試驗系統(tǒng)構(gòu)建和各項作戰(zhàn)試驗仿真服務(wù)的開發(fā)相分離，可以使開發(fā)人員更加注重自身系統(tǒng)業(yè)務(wù)的構(gòu)建和實現(xiàn)，節(jié)約了資源提升了效率。通過不同仿真服務(wù)的靈活配置和組合，縮短了不同類型作戰(zhàn)試驗仿真的開發(fā)、試驗周期，增強了系統(tǒng)的重復(fù)利用率，提高了試驗效率。

2.2 仿真系統(tǒng)組成

仿真應(yīng)用層。仿真應(yīng)用層面向試驗人員，試驗人員在系統(tǒng)應(yīng)用層通過操作界面、WEB瀏覽器、可視化環(huán)境配置等操作方式[4]，根據(jù)試驗任務(wù)和試驗流程選取所需要的試驗仿真服務(wù)，組建該試驗的仿真系統(tǒng)，完成不同類型的仿真試驗任務(wù)。試驗所需的仿真應(yīng)用作為應(yīng)用服務(wù)為系統(tǒng)提供功能支撐，包括試驗設(shè)計、戰(zhàn)場環(huán)境架構(gòu)、效能評估等，可以滿足試驗中所需要的仿真條件和要素，保障實現(xiàn)仿真系統(tǒng)中所應(yīng)具備功能。可以隨時按需加載和移除試驗應(yīng)用服務(wù)，各項仿真服務(wù)功能便于組合，并按照試驗的需求進(jìn)行及時的調(diào)整，支持多個試驗同時運行。

步驟1 按企業(yè)生產(chǎn)能力以及訂單任務(wù)復(fù)雜度情況對制造任務(wù)進(jìn)行分解，并獲得制造任務(wù)分解集合MTask1={mt1,mt2,,mtn}。

圖2 作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)組成框圖

從作戰(zhàn)試驗實際需求和仿真試驗的特點出發(fā)，結(jié)合仿真即服務(wù)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，探索構(gòu)建作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)科學(xué)高效、真實可信的作戰(zhàn)試驗仿真奠定基礎(chǔ)。作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由仿真應(yīng)用層、仿真支撐層、資源層3個層次構(gòu)成，如圖1所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)

1)分系統(tǒng)的服務(wù)化

將分布的仿真試驗資源服務(wù)化，需基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和描述，消除各試驗資源之間的沖突，便于服務(wù)聚合和訪問調(diào)度，形成松耦合的柔性集成化的服務(wù)。

由于SaaS有上述特性，所以在作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)建時運用該技術(shù)，可充分發(fā)揮現(xiàn)有資源優(yōu)勢，減少浪費，增加系統(tǒng)重用性，提高系統(tǒng)的適用性和反應(yīng)速度，便于試驗各項功能集成和系統(tǒng)后續(xù)維護管理。

資源層。該層存儲作戰(zhàn)試驗仿真所產(chǎn)生并按需采集記錄的試驗數(shù)據(jù)，便于后續(xù)結(jié)合評估指標(biāo)體系對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行評估；并且由進(jìn)行作戰(zhàn)試驗仿真的基礎(chǔ)保障硬件和軟件系統(tǒng)，如機房、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、操作管理系統(tǒng)、安全保密系統(tǒng)、還原備份系統(tǒng)等組成。

徐進(jìn)步被他瞪得一哆嗦,趕緊擺手道:“不是我說的,是他!我從不背后說領(lǐng)導(dǎo)的怪話?！彼制髨D往趙天亮身上賴,賴人仿佛也有慣性。

圖3 仿真試驗資源服務(wù)化過程框圖

2)服務(wù)的注冊和組合

為實現(xiàn)仿真服務(wù)的發(fā)現(xiàn)組合和調(diào)用互聯(lián)互操作，通過Docker平臺來構(gòu)建，發(fā)布和運行基于容器化思想的分布式應(yīng)用程序，它通過基本的屬性和類描述服務(wù)。由Docker Hub實現(xiàn)對服務(wù)的注冊管理，包括搜索注冊表、瀏覽注冊表、獲得服務(wù)描述、信息下載等。Docker Compose為仿真試驗人員提供了一種定義多容器模擬環(huán)境組成的方法，它定義了構(gòu)成仿真環(huán)境的服務(wù)，指定用于每個服務(wù)的服務(wù)端口和數(shù)據(jù)量，定義了服務(wù)之間的約束和相互關(guān)系。

3)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)通信

跨主機的服務(wù)間通信通過Weave工具實現(xiàn)。因為服務(wù)在覆蓋網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)都具有唯一的IP地址，所以不同主機的通信需要將主機端口映射到服務(wù)端口上。Weave是一種創(chuàng)建多主機網(wǎng)絡(luò)的即用方法，在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)建由軟件定義的網(wǎng)絡(luò)層，可以實現(xiàn)不同的Docker主機服務(wù)相互發(fā)現(xiàn)和通信。使用Weave網(wǎng)絡(luò)的Docker主機可位于相同或不同的數(shù)據(jù)中心，也可分布在數(shù)據(jù)中心和其他仿真環(huán)境之間網(wǎng)絡(luò)中[6]。系統(tǒng)集成框圖如圖4。

4 結(jié)論

設(shè)計了基于SaaS的作戰(zhàn)試驗仿真系統(tǒng)，對某裝備進(jìn)行了作戰(zhàn)試驗仿真。所設(shè)計的仿真系統(tǒng)具有更高試驗效率和可信性，從設(shè)計到完成的周期大幅縮短，完成相同任務(wù)想定相比單一任務(wù)仿真系統(tǒng)效率顯著提高，系統(tǒng)具有較高重用性。下一步將繼續(xù)優(yōu)化仿真系統(tǒng)，對仿真服務(wù)相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步研究。

圖4 仿真系統(tǒng)集成框圖