基于HLA的通用仿真環(huán)境設(shè)計(jì)方法

張亮 王磊 程健

摘要：本文立足于各領(lǐng)域?qū)δM仿真系統(tǒng)的應(yīng)用需求，介紹了HLA分布式仿真系統(tǒng)技術(shù)，分析了基于HLA的通用仿真環(huán)境結(jié)構(gòu)和主要的功能，深入探討了HLA管理與支撐功能系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)管理和評(píng)估分析功能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為復(fù)雜系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)提供了一種有效可行的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：分布式;仿真;HLA;FEDEP

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）03-0148-02

1 HLA技術(shù)簡(jiǎn)介

HLA是由美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)軍事領(lǐng)域仿真的仿真與建模辦公室于1995年10月提出的未來(lái)通用仿真技術(shù)框架，在DIS和ALSP經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，針對(duì)更廣泛范圍的復(fù)雜系統(tǒng)，采用集成方式建立的仿真系統(tǒng)的一種體系結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)關(guān)注不同類型仿真應(yīng)用集成時(shí)的互操作性和可重用性，憑借這個(gè)優(yōu)勢(shì)，HLA在交通指揮、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為了分布仿真[1]的通用標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于HLA的通用仿真環(huán)境

基于HLA的通用仿真環(huán)境，是指支持一個(gè)部門或一個(gè)領(lǐng)域采用HLA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿真的環(huán)境。以下三種情況適合建立基于HLA的通用仿真環(huán)境：一是有多種仿真任務(wù)，這些任務(wù)對(duì)象有共同的背景;二是仿真系統(tǒng)需要多個(gè)領(lǐng)域、部門的人員協(xié)同完成;三是仿真系統(tǒng)需要與其他部門或領(lǐng)域的仿真系統(tǒng)互聯(lián)。

在以HLA為核心技術(shù)框架的仿真應(yīng)用領(lǐng)域，其通用仿真環(huán)境采用以下的設(shè)計(jì)思路：以符合HLA標(biāo)準(zhǔn)的仿真資源庫(kù)為核心，采用“資源+平臺(tái)+應(yīng)用”的系統(tǒng)架構(gòu)，建立包含聯(lián)邦開發(fā)、運(yùn)行支撐、演示、控制管理、評(píng)估研討的仿真環(huán)境，支持模型和工具靈活組合，在此仿真環(huán)境的支撐下，通過(guò)重用快速建立各種各樣的聯(lián)邦;同時(shí)聯(lián)邦的開發(fā)可以反過(guò)來(lái)充實(shí)和完善仿真環(huán)境，使以后的聯(lián)邦開發(fā)更迅速和方便。

以上對(duì)基于HLA的通用仿真環(huán)境結(jié)構(gòu)和主要的功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。下面從通用的仿真環(huán)境用戶角度，仿真系統(tǒng)管理與支撐功能和實(shí)驗(yàn)管理和評(píng)估分析功能兩個(gè)方面，對(duì)基于HLA的仿真環(huán)境的主要方法進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

3 HLA管理與支撐功能系統(tǒng)

基于HLA仿真系統(tǒng)中與管理和支撐聯(lián)邦運(yùn)行相關(guān)的系統(tǒng)主要有資源管理系統(tǒng)、管理控制系統(tǒng)、聯(lián)邦開發(fā)支撐系統(tǒng)和運(yùn)行支撐系統(tǒng)。

（1）資源管理系統(tǒng)。資源管理對(duì)仿真過(guò)程中涉及的模型、想定、方案計(jì)劃、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，為訓(xùn)練模擬組織者、實(shí)施者提供完整、有序、高效的資源服務(wù)，為實(shí)現(xiàn)模型、數(shù)據(jù)、規(guī)則、案例資源的重用提供支撐。

資源管理需要提供資源的入庫(kù)、檢索和下載等功能，提供基于網(wǎng)絡(luò)的用戶接口和API開發(fā)接口。它具體包括模型管理、數(shù)據(jù)管理、規(guī)則管理、案例管理、實(shí)驗(yàn)方案管理等。從階段上區(qū)分，資源庫(kù)功能包括：在仿真應(yīng)用研發(fā)階段，提供各種可重用的數(shù)據(jù)、模型資源，支持仿真應(yīng)用各成員開發(fā);在仿真應(yīng)用運(yùn)行階段，支持各種仿真成員對(duì)數(shù)據(jù)、模型的調(diào)用需求，并存儲(chǔ)相應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù);在仿真應(yīng)用分析階段，提供數(shù)據(jù)和模型支持系統(tǒng)的分析、評(píng)估。

（2）管理控制系統(tǒng)。大規(guī)模聯(lián)邦一般需要采用分布式計(jì)算的模式，需要將大量的模型分配到多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行解算，為此需要運(yùn)行控制軟件來(lái)管理相關(guān)仿真資源的分配、部署，控制運(yùn)行支撐軟件和模型運(yùn)行服務(wù)器。管理控制系統(tǒng)是整個(gè)仿真環(huán)境的控制和管理中心，它為用戶提供將各類仿真資源和各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)有機(jī)的組合成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能集成化和管理控制一體化、自動(dòng)化功能。仿真管理控制主要功能包括仿真任務(wù)管理、聯(lián)邦開發(fā)監(jiān)控與協(xié)調(diào)功能、仿真運(yùn)行管理、控制和監(jiān)視功能、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)功能、對(duì)仿真結(jié)果和仿真研討的管理等五個(gè)方面。

（3）聯(lián)邦開發(fā)支撐系統(tǒng)和運(yùn)行支撐系統(tǒng)。聯(lián)邦開發(fā)支撐環(huán)境能根據(jù)仿真用戶的要求和給定的想定，利用資源庫(kù)中的資源，支持成員框架和成員模型的開發(fā)，構(gòu)建可重用的成員，支持成員模型描述、仿真模型描述、仿真模型代碼生成、模型組合、模型檢索等功能，并能提供成員的詳細(xì)信息;能提供聯(lián)邦開發(fā)工具，參照FEDEP模型[2]的步驟，開發(fā)可以在RTI上運(yùn)行的聯(lián)邦。利用軟件KD-RTI[3]的運(yùn)行支撐環(huán)境，為仿真應(yīng)用提供通用的、相對(duì)獨(dú)立的支撐服務(wù);其次利用工具軟件KD-OMDT在聯(lián)邦對(duì)象模型FOM開發(fā)的基礎(chǔ)上生成FED文件;最后在開發(fā)平臺(tái)VC++6.0上借助封裝成員與RTI接口函數(shù)的KD-FedWizard[4]軟件生成的代碼開發(fā)和嵌入測(cè)試網(wǎng)格的仿真模型，快速開發(fā)出測(cè)試網(wǎng)格的聯(lián)邦成員模型。

4 HLA實(shí)驗(yàn)管理和評(píng)估分析功能系統(tǒng)

基于HLA仿真系統(tǒng)中與實(shí)驗(yàn)管理和評(píng)估分析相關(guān)的系統(tǒng)主要有演示支持系統(tǒng)、評(píng)估與研討支持系統(tǒng)和VV&A支撐系統(tǒng)。這三個(gè)系統(tǒng)共同作用，基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)管理和評(píng)估分析功能。

（1）演示支持系統(tǒng)。不同的仿真聯(lián)邦需要不同的演示成員。演示成員的不同主要體現(xiàn)在掩飾的內(nèi)容、規(guī)模和粒度上，而其結(jié)構(gòu)基本上是一致的。為此演示支持系統(tǒng)應(yīng)具有資料與結(jié)果顯示、圖表顯示功能、過(guò)程顯示功能、大屏幕顯示功能等。演示支持系統(tǒng)主要由軟硬件兩部分構(gòu)成。軟件部分主要包含已開發(fā)的各種通用的顯示成員，這些成員在進(jìn)行特定的論證研討工作時(shí)，由研討論證人員經(jīng)過(guò)綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行選擇、修改和設(shè)置，加入到演示系統(tǒng)中。硬件部分包括具有高分辨率的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大屏幕投影系統(tǒng)、投影控制系統(tǒng)組成。

（2）評(píng)估與研討支持系統(tǒng)。在人機(jī)結(jié)合的環(huán)境下，對(duì)一些難以定量分析的因素和不確定性問(wèn)題，在仿真評(píng)估基礎(chǔ)上進(jìn)行專家研討，是實(shí)現(xiàn)從定心到定量、從感性到理性飛躍，相互啟發(fā)、相互促進(jìn)產(chǎn)生創(chuàng)新思路的有效方法。評(píng)估與研討支持分系統(tǒng)由專家評(píng)估與評(píng)估節(jié)點(diǎn)、評(píng)估與研討協(xié)同環(huán)境、評(píng)估與研討支撐工具和評(píng)估與研討資源庫(kù)四個(gè)部分組成。

（3）VV&A支持系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)的可信度主要由對(duì)系統(tǒng)建模與仿真的全生命周期進(jìn)行VV&A來(lái)保障。從滿足各項(xiàng)功能需求出發(fā)，給出了一種VV&A支持系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。包括底層支撐庫(kù)和VV&A應(yīng)用輔助工具兩部分。資源庫(kù)、方法庫(kù)和VV&A整體方案構(gòu)成底層支持庫(kù)，在實(shí)際的VV&A工作中，底層支持庫(kù)為各種VV&A應(yīng)用輔助工具提供技術(shù)支持、資源支持和方法支持，確保VV&A工作能順利完成。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)HLA技術(shù)的分析，提出了一種基于HLA的通用仿真環(huán)境設(shè)計(jì)的思路和方法，從理論層面上對(duì)其可行性進(jìn)行了深入研究，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，如何結(jié)合具體問(wèn)題將其應(yīng)用于各領(lǐng)域是下一步的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：This article is based on various areas of the application requirement of simulation system，this paper introduces the HLA technology，a distributed simulation system is analyzed based on the general structure and main functions of the simulation environment of HLA，deeply discusses the management and support HLA function system and the analysis of experiment management and evaluation system of design，design for complex system simulation provides an effective and feasible method.

Key words：distributed;simulation;HLA;FEDEP