基于HLA-DDS復(fù)合體系的拖拉機(jī)PST分布式虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)

閆祥海 周志立

(河南科技大學(xué)車(chē)輛與交通工程學(xué)院 河南 洛陽(yáng) 471003)

0 引 言

動(dòng)力換擋變速器(PST)是拖拉機(jī)關(guān)鍵的動(dòng)力傳動(dòng)件，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載條件下拖拉機(jī)動(dòng)力不中斷自動(dòng)換擋，使拖拉機(jī)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱舒適性、安全性及作業(yè)效率得到顯著提高。傳統(tǒng)物理試驗(yàn)方法在PST性能測(cè)試中起到關(guān)鍵作用，但存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、污染重等問(wèn)題，降低了PST產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率[1-2]。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)在拖拉機(jī)PST創(chuàng)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用及虛擬試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，PST虛擬試驗(yàn)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案可行性分析、產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)品試驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)評(píng)估和驗(yàn)證的先進(jìn)方法。目前，虛擬樣機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及虛擬儀器技術(shù)在PST虛擬試驗(yàn)中均得到應(yīng)用[3-4]，但PST虛擬試驗(yàn)以特定的試驗(yàn)任務(wù)或明確的研究需求為引導(dǎo)，由于建模方法、數(shù)據(jù)格式及傳輸協(xié)議存在差異等原因，不同虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)之間相互孤立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)通。因此，建立一套通用的PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，集成PST現(xiàn)有模型及試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)提高PST虛擬試驗(yàn)效率、縮短PST創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)周期具有一定的作用。

根據(jù)PST試驗(yàn)實(shí)際需求，一套通用的PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)必須具備標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)運(yùn)行支撐框架、分布式建模、虛擬作業(yè)環(huán)境模擬、試驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)管理、虛實(shí)融合驗(yàn)證、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)等功能，以及互操作性、可擴(kuò)展性、可重用性及實(shí)時(shí)性等性能。高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture,HLA)是對(duì)象管理組織(Object Management Group,OMG)和美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)認(rèn)定的開(kāi)放分布式仿真系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)[5-6]?；贖LA體系建立PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，規(guī)范了虛擬試驗(yàn)的交互過(guò)程，使不同虛擬試驗(yàn)參與對(duì)象之間的信息交互按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，有效改善了系統(tǒng)的互操作性和重用性。但是，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)運(yùn)行支撐環(huán)境(Run Time Infrastructure,RTI)交互，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸量較大時(shí)，虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性會(huì)下降，尤其在有硬件設(shè)備參與的虛實(shí)融合驗(yàn)證試驗(yàn)中，系統(tǒng)時(shí)延會(huì)影響虛擬試驗(yàn)進(jìn)程。數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(Data Distribution Service,DDS)是OMG制定的滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求的分布式仿真系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)范，以數(shù)據(jù)為中心，提供實(shí)時(shí)高效的分布式數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)和技術(shù)支撐[7]，可有效補(bǔ)充HLA實(shí)時(shí)性不足的弱點(diǎn)。但是，HLA和DDS之間無(wú)法直接通信，HLA與DDS之間通信方式的選取及通信功能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)是PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

本文在分析拖拉機(jī)PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)架的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究HLA與DDS數(shù)據(jù)交互原理，解決HLA與DDS數(shù)據(jù)交互關(guān)鍵問(wèn)題，建立基于HLA與DDS復(fù)合體系的拖拉機(jī)PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)。采用試驗(yàn)的方式，測(cè)取系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和吞吐量參數(shù)，評(píng)價(jià)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)傳輸量性能指標(biāo)。

1 PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)架

1.1 邏輯結(jié)構(gòu)

HLA、DDS規(guī)范了不同虛擬試驗(yàn)仿真模型之間的信息交互標(biāo)準(zhǔn)與交互服務(wù)，根據(jù)虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的需求及HLA、DDS體系特征，建立基于HLA-DDS復(fù)合體系的拖拉機(jī)PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于HLA-DDS虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

圖1中：組件1-組件9分別為PST機(jī)械系統(tǒng)模型、電氣系統(tǒng)模型、液壓系統(tǒng)模型、控制系統(tǒng)模型、作業(yè)載荷模型、試驗(yàn)流程管理模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理模塊、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)模塊、監(jiān)控服務(wù)模塊。9個(gè)組件分布于HLA體系，組件間數(shù)據(jù)交互均通過(guò)RTI進(jìn)行。組件10為PST試驗(yàn)臺(tái)架節(jié)點(diǎn)，組件11為控制器節(jié)點(diǎn)，以上2個(gè)硬件設(shè)備分布于DDS體系，通過(guò)全局?jǐn)?shù)據(jù)空間交互數(shù)據(jù)?；ミB組件既是HLA組件又是DDS組件，實(shí)現(xiàn)二者之間的聯(lián)通。PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)既保留了HLA嚴(yán)格的時(shí)序控制和可擴(kuò)展性，又增加了DDS優(yōu)良的數(shù)據(jù)交互實(shí)時(shí)性。

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，建立PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，如圖2所示。

圖2 PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)

計(jì)算機(jī)性能參數(shù)為：64位Windows 7操作系統(tǒng)，CPU頻率3.2 GHz。3臺(tái)計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)連接。

PC1計(jì)算機(jī)運(yùn)行HLA運(yùn)行支撐環(huán)境軟件pRTI、PST機(jī)械系統(tǒng)模型(Adams, Pro/E)、電氣系統(tǒng)模型(ModelSim)、液壓系統(tǒng)模型(AMESim)、控制系統(tǒng)模型(Simulink)和作業(yè)載荷模型等組件，組件之間采用共享內(nèi)存的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

PC2計(jì)算機(jī)運(yùn)行HLA運(yùn)行支撐環(huán)境軟件pRTI、試驗(yàn)流程管理模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理模塊、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)模塊、人機(jī)交互監(jiān)控服務(wù)模塊等組件，組件之間采用共享內(nèi)存的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

PC3計(jì)算機(jī)運(yùn)行DDS運(yùn)行支撐軟件OpenDDS、互連組件、PST試驗(yàn)臺(tái)架節(jié)點(diǎn)、PST控制器節(jié)點(diǎn)，組件之間采用共享內(nèi)存的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 HLA與DDS互連原理分析

HLA面向虛擬試驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)管理服務(wù)使得虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)邏輯進(jìn)行；DDS面向虛擬試驗(yàn)中數(shù)據(jù)交換，通過(guò)QoS策略達(dá)到實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸[8-9]。二者均以發(fā)布/訂閱的形式完成體系內(nèi)數(shù)據(jù)交互，但在對(duì)象粒度及數(shù)據(jù)類(lèi)型方面存在差異[10-11]。HLA與DDS互連的關(guān)鍵是解決二者之間對(duì)象粒度和數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。本文在分析三種互連方案的基礎(chǔ)上，提出了橋接組件互連構(gòu)想。

2.1 HLA與DDS互連方案

PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)中HLA體系部分包括組件(應(yīng)用層)和RTI提供的運(yùn)行支撐服務(wù)(支撐層)，根據(jù)DDS體系在HLA體系中融入層次位置不同，形成三種虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)集成方案，如圖3所示。

(a) HLA-DDS集成方案A (b) HLA-DDS集成方案B(c) HLA-DDS集成方案C圖3 三種HLA與DDS集成方案原理圖

圖3(a)所示的方案A中，在HLA支撐層融合DDS體系，形成基于DDS規(guī)范的底層支撐框架DDS-RTI，同時(shí)，DDS-RTI提供標(biāo)準(zhǔn)的HLA-DDS API。該方案從支撐層徹底解決了HLA與DDS的數(shù)據(jù)交互，但存在開(kāi)發(fā)難度大、技術(shù)成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。

圖3(b)所示的方案B中，在HLA與DDS支撐層與應(yīng)用層之間設(shè)計(jì)中間件，中間件映射HLA與DDS之間數(shù)據(jù)對(duì)象及發(fā)布/訂閱機(jī)制，提供標(biāo)準(zhǔn)的Middleware API。該方案利用中間件技術(shù)解決了HLA與DDS數(shù)據(jù)通信問(wèn)題，但產(chǎn)生了全新的Middleware API，與現(xiàn)有的HLA體系及DDS體系A(chǔ)PI不同，對(duì)現(xiàn)有仿真應(yīng)用的兼容存在問(wèn)題。

圖3(c)所示的方案C中，在HLA和DDS的應(yīng)用層設(shè)計(jì)橋接組件實(shí)現(xiàn)HLA與DDS的數(shù)據(jù)交換，橋接組件既是HLA體系組件，又是DDS體系組件。該方案最大限度地保留了HLA和DDS運(yùn)行機(jī)制，可在成熟軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)難度小，與現(xiàn)有仿真應(yīng)用兼容性好。雖然在每次系統(tǒng)初始化時(shí)均需對(duì)橋接組件進(jìn)行軟件更新，但相對(duì)于航天、航空、武器等領(lǐng)域復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品，PST復(fù)雜程度低，數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)傳輸量少，能夠接受橋接組件的每次更新工作量和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。

2.2 橋接組件結(jié)構(gòu)原理

橋接組件主要功能是完成HLA與DDS之間對(duì)象粒度統(tǒng)一及數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，其結(jié)構(gòu)由組件模型和映射插件組成，如圖4所示。

圖4 HLA-DDS橋接組件結(jié)構(gòu)原理圖

HLA組件模型遵守HLA規(guī)范，負(fù)責(zé)發(fā)布/訂閱來(lái)自DDS體系的數(shù)據(jù)，與其他HLA組件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。DDS組件模型遵守DDS規(guī)范，負(fù)責(zé)發(fā)布/訂閱來(lái)自HLA體系的數(shù)據(jù)，與其他DDS組件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

映射插件是橋接組件的核心，完成HLA組件模型與DDS組件模型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在初始化PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，映射關(guān)系編輯工具將HLA對(duì)象模型模板OMT(Object Model Template)與DDS以數(shù)據(jù)為中心的訂閱/發(fā)布層DCPS(Data Centric Publish Subscribe)、HLA-RTI與DDS數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層DCTS(Data Local Reconstuction Layer)分別進(jìn)行解析映射，形成映射定義XML格式文件。在映射過(guò)程中，映射規(guī)則起約束作用。HLA-OMT對(duì)應(yīng)的FED文件、DDS-DLRL對(duì)應(yīng)的IDL文件、映射定義XML格式文件存儲(chǔ)路徑相同，形成映射插件。

3 基于元模型的橋接組件開(kāi)發(fā)

根據(jù)橋接組件結(jié)構(gòu)原理，利用元模型理論對(duì)橋接組件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。元模型是模型更高層次的抽象，定義了模型的組成元素及元素之間的關(guān)系，能夠更高層次描述HLA與DDS象粒度及數(shù)據(jù)類(lèi)型[12]。統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML利用規(guī)范的圖形模型和模型間的聯(lián)系，抽象描述系統(tǒng)的子系統(tǒng)及子系統(tǒng)之間的關(guān)系，類(lèi)圖是其中重要的一種圖形模型，應(yīng)用于軟件需求分析、軟件代碼開(kāi)發(fā)等場(chǎng)合[13]。采用UML類(lèi)圖對(duì)橋接組件進(jìn)行建模，利用Rational Rose開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成橋接組件代碼的開(kāi)發(fā)。將橋接組件模型分為四部分，分別為橋接組件元模型(MetaModel)、HLA組件模型(HLA-UML)、DDS組件模型(DDS-UML)及映射規(guī)則(Rule)，在Rational Rose開(kāi)發(fā)平臺(tái)中分別對(duì)應(yīng)四個(gè)封裝包。

3.1 橋接組件元模型

橋接組件元模型是組件模型更高層次的抽象，包含建立組件模型的元素，可消除HLA與DDS在數(shù)據(jù)交互規(guī)范層面的差異，如圖5所示。

圖5 橋接組件元模型

圖5定義了6類(lèi)橋接組件元模型構(gòu)造型，構(gòu)造型之間的關(guān)系包括聚合、單向關(guān)聯(lián)及雙向關(guān)聯(lián)。構(gòu)造型與抽象對(duì)象之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 構(gòu)造型與抽象對(duì)象對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.2 橋接組件UML模型

橋接組件中的HLA組件模型滿(mǎn)足HLA規(guī)范，在pRTI軟件中按照RTI規(guī)范與其他聯(lián)邦成員交互數(shù)據(jù)，利用橋接組件元模型，建立HLA組件UML模型，如圖6所示。

圖6 HLA聯(lián)邦成員UML模型

圖6中，類(lèi)<>的操作包括創(chuàng)建、加入聯(lián)邦執(zhí)行、聯(lián)邦同步點(diǎn)設(shè)置、聯(lián)邦保存、恢復(fù)、退出等。對(duì)象類(lèi)<>的操作包括獲取對(duì)象類(lèi)句柄、獲取對(duì)象屬相句柄、發(fā)布對(duì)象類(lèi)、取消發(fā)布對(duì)象類(lèi)等。交互類(lèi)<>的操作包括獲取交互類(lèi)句柄、發(fā)布交互類(lèi)、取消發(fā)布交互類(lèi)等。操作類(lèi)<>的操作包括更新、反射屬性值。操作類(lèi)<>的操作包括更新、反射交互類(lèi)。模型中映射類(lèi)<>操作屬性為公開(kāi)(Public)，允許所有類(lèi)對(duì)其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，剩余的操作屬性為實(shí)現(xiàn)(Implemented)，只允許封裝包內(nèi)的類(lèi)對(duì)其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

橋接組件中的DDS組件模型滿(mǎn)足DDS規(guī)范，在Open DDS軟件中按照DCPS規(guī)范與其他組件交互數(shù)據(jù)，利用橋接組件元模型，建立DDS組件UML模型，如圖7所示。

圖7 DDS域成員UML模型

圖7中，類(lèi)<>的操作包括創(chuàng)建、查詢(xún)、刪除組件和配置、獲取QoS。子類(lèi)<>的操作包括拒絕遠(yuǎn)程參與者、發(fā)布、訂閱連接，創(chuàng)建、刪除發(fā)布者、訂閱者，返回內(nèi)置訂閱者，拒絕、創(chuàng)建、刪除主題等。模型中映射類(lèi)<>操作屬性為公開(kāi)，允許所有類(lèi)對(duì)其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，剩余的操作屬性為實(shí)現(xiàn)，只允許封裝包內(nèi)的類(lèi)對(duì)其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

3.3 橋接組件插件生成

映射類(lèi)<>和<>是模型映射的關(guān)鍵，封裝了模型映射規(guī)則，將其表示為如下四元組：

Mapping=

(1)

式中：ID為映射方向；ModelS為源模型；ModelT為目標(biāo)模型；Rule為映射規(guī)則。

ID為00時(shí)，HLA組件UML模型為源模型；ID為01時(shí)，DDS組件UML模型為源模型，映射規(guī)則以表格的形式定義，見(jiàn)表2。

表2 橋接組件模型映射規(guī)則

表2中，HLA組件模型讀取ID為00的表中信息，將HLA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DDS數(shù)據(jù)；DDS組件模型讀取ID為01的表中信息，將DDS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為HLA數(shù)據(jù)。利用Rational Rose開(kāi)發(fā)平臺(tái)的雙向工程功能，對(duì)橋接組件UML模型進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，生成插件框架代碼。針對(duì)PST具體試驗(yàn)工況，對(duì)橋接組件模型進(jìn)行實(shí)例化，可得到最終橋接組件運(yùn)行代碼。

4 虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)延和吞吐量測(cè)試

數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和吞吐量參數(shù)體現(xiàn)了系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)傳輸量方面能力，是PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)重要的指標(biāo)參數(shù)。根據(jù)虛擬試驗(yàn)推進(jìn)步長(zhǎng)和硬件設(shè)備響應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)時(shí)延應(yīng)當(dāng)不超過(guò)10 ms；根據(jù)系統(tǒng)組件數(shù)量及組件數(shù)據(jù)交互頻率，吞吐量應(yīng)當(dāng)不低于15 Mbit/s。基于PST加載試驗(yàn)臺(tái)架，建立PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，如圖8所示，對(duì)PST分布式虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和吞吐量進(jìn)行測(cè)試。

①：PC1;②：PC2;③：PC3;④：數(shù)據(jù)采集控制器；⑤：PST試驗(yàn)臺(tái)架圖8 拖拉機(jī)PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)

圖8中，PC1、PC2、PC3三臺(tái)分布式計(jì)算機(jī)的配置及運(yùn)行程序與圖2保持一致。PC1運(yùn)行pRTI軟件和控制系統(tǒng)模型(Simulink)組件，PC2運(yùn)行pRTI軟件和人機(jī)交互監(jiān)控服務(wù)模塊組件。PSTPST試驗(yàn)臺(tái)架節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集控制器采集PST試驗(yàn)臺(tái)傳感器信號(hào)和PST傳感器信號(hào)，同時(shí)可輸出PST試驗(yàn)臺(tái)和PST執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制信號(hào)。數(shù)據(jù)采集控制器上位機(jī)軟件Links-RT作為一個(gè)DDS組件與PC3中Open DDS軟件連接。橋接組件在PC3中運(yùn)行，隨虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)完成初始化。

4.1 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延性能測(cè)試

為了對(duì)比不同對(duì)象屬性數(shù)量下的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延性能，Simulink組件建立了一個(gè)20路PWM控制模型(占空比相同)，仿真20個(gè)對(duì)象屬性。具體測(cè)試方法如下：

(1) 啟動(dòng)PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)初始化完成；

(2) Simulink組件運(yùn)行PWM控制模型，輸出1路PST換擋電磁閥電流控制信號(hào)，傳遞至Links-RT，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，計(jì)為T(mén)1時(shí)刻；

(3) Links-RT接收到控制信號(hào)后，發(fā)送反饋信號(hào)至聯(lián)邦成員Simulink；

(4) 重復(fù)步驟(2)-步驟(3)50次，停止計(jì)時(shí)器，計(jì)為T(mén)2時(shí)刻；

(5) 得到1路電流控制信號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)大小下的時(shí)延為T(mén)2-T1；

(6) 重復(fù)步驟(2)-步驟(5)，得到2-20路電流控制信號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)大小下的時(shí)延。

測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延結(jié)果如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延測(cè)試結(jié)果

圖9中，因?yàn)槊看螖?shù)據(jù)的傳輸都要經(jīng)過(guò)橋接組件的映射轉(zhuǎn)換，隨著傳輸數(shù)據(jù)量增大，時(shí)延增長(zhǎng)，且時(shí)延增速也增大。當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到4 000 KB時(shí)，時(shí)延為9.1 ms，滿(mǎn)足系統(tǒng)最大時(shí)延不超過(guò)10 ms的實(shí)時(shí)性要求。在有硬件設(shè)備參與的PST虛擬試驗(yàn)中，該數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延性能是可以接受的。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸吞吐量性能測(cè)試

為了測(cè)得橋接組件數(shù)據(jù)傳輸吞吐量最大值，利用數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延性能測(cè)試場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸吞吐量性能進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試方法如下：

(1) 啟動(dòng)PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)初始化完成；

(2) Simulink組件運(yùn)行PWM控制模型，輸出1路PST換擋電磁閥電流控制信號(hào)，傳遞至Links-RT，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，計(jì)為T(mén)1時(shí)刻；

(3) Simulink組件以固定頻率連續(xù)發(fā)送控制信號(hào)數(shù)據(jù)，當(dāng)Links-RT接收到的數(shù)據(jù)量達(dá)到1 MB時(shí)，Simulink組件停止發(fā)送控制信號(hào)數(shù)據(jù)，計(jì)時(shí)器計(jì)為T(mén)2；

(4) 得到數(shù)據(jù)傳輸吞吐量為1/(T2-T1)；

(5) 重復(fù)步驟(2)-步驟(4)，得到2-20路電流控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸吞吐量。如果數(shù)據(jù)傳輸吞吐量趨于平穩(wěn)，可停止測(cè)試；如果數(shù)據(jù)傳輸吞吐量仍呈上升趨勢(shì)，可增加PWM控制模型，提高傳輸數(shù)據(jù)量，直至數(shù)據(jù)傳輸吞吐量趨于平穩(wěn)。

測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸吞吐量結(jié)果如圖10所示。

圖10 數(shù)據(jù)傳輸吞吐量測(cè)試結(jié)果

圖10中，隨著傳輸數(shù)據(jù)量增大、吞吐量增長(zhǎng)，吞吐量增速減小，最后趨于平緩。因?yàn)閭鬏敂?shù)據(jù)量增大后，橋接組件數(shù)據(jù)映射轉(zhuǎn)換消耗時(shí)間增長(zhǎng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸吞吐量在20 Mbit/s附近波動(dòng)。當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到4 000 KB時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸吞吐量接近20 Mbit/s，滿(mǎn)足PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)基于HLA與DDS復(fù)合體系建立的拖拉機(jī)PST分布式虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，解決了HLA與DDS之間數(shù)據(jù)交互問(wèn)題。本文主要結(jié)果如下：

1) 虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用層采用橋接組件結(jié)構(gòu)解決了HLA與DDS之間的數(shù)據(jù)交互。應(yīng)用元模型理論和UML類(lèi)圖建模方法開(kāi)發(fā)了橋接組件軟件，實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)PST分布式虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互和實(shí)時(shí)性的功能及性能要求。

2) 在有硬件設(shè)備參與虛擬試驗(yàn)時(shí)，PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)量達(dá)到4 000 KB時(shí)，時(shí)延為9.1 ms，數(shù)據(jù)傳輸吞吐量接近20 Mbit/s，滿(mǎn)足虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)延不超過(guò)10 ms，吞吐量不低于15 Mbit/s的要求。

3) 基于HLA與DDS開(kāi)發(fā)的PST虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)高效利用現(xiàn)有PST模型和設(shè)備資源，在模型重用、互操作、虛實(shí)融合驗(yàn)證及系統(tǒng)擴(kuò)展方面具有一定優(yōu)勢(shì)。