異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真中間件系統(tǒng)實現(xiàn)研究

劉 劍，衛(wèi) 翔，田立業(yè)

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199）

0 引言

分布式聯(lián)合作戰(zhàn)仿真需要將各種異構(gòu)仿真系統(tǒng)連接成一個有效的仿真整體，共同完成多任務(wù)多協(xié)同的仿真任務(wù)，但原有各系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)封閉，特別是開發(fā)語言又不盡相同，給系統(tǒng)的聯(lián)通和操作帶來了很大困擾。按照聯(lián)合系統(tǒng)一體化仿真的功能需求，對其進行有效升級的一種可行方法是通過分布式仿真中間件系統(tǒng)［1-2］，將多異構(gòu)仿真系統(tǒng)進行有效聯(lián)通而無需深入改造各系統(tǒng)內(nèi)部，從而大大減少仿真資源消耗，降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和維護升級成本。

針對系統(tǒng)一體化仿真中的多開發(fā)語言、通信協(xié)議設(shè)計以及綜合任務(wù)協(xié)調(diào)等問題，對異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真中間件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能進行了分析，采用Thrift 跨語言服務(wù)架構(gòu)建立異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真中間件系統(tǒng)［3］，為實物仿真系統(tǒng)、半實物仿真系統(tǒng)，以及虛擬仿真系統(tǒng)等異構(gòu)系統(tǒng)提供仿真中間件集成、協(xié)議轉(zhuǎn)換、綜合導(dǎo)演控制與調(diào)度服務(wù)，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的一體化綜合仿真的有效運行。

1 分布式異構(gòu)系統(tǒng)仿真中間件系統(tǒng)設(shè)計需求

異構(gòu)仿真系統(tǒng)是指在結(jié)構(gòu)、協(xié)議、模型粒度和開發(fā)語言等多方面存在不同之處的仿真系統(tǒng)。這些仿真系統(tǒng)在初始設(shè)計時立足本系統(tǒng)功能要求，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和對外交互方面形成了內(nèi)部界限，難以擴展和升級。在一體化仿真新需求下將這些系統(tǒng)連接，需對異構(gòu)系統(tǒng)聯(lián)通的諸多問題進行有效優(yōu)化解決，否則各系統(tǒng)改造升級將變得復(fù)雜和成本高昂。需要解決的問題主要包括：

1）不同開發(fā)設(shè)計語言下各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點通信開發(fā)設(shè)計，例如采用java、C++等設(shè)計語言的客戶端與服務(wù)端的通信構(gòu)造協(xié)議設(shè)計；

2）各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點的仿真統(tǒng)一控制協(xié)調(diào)設(shè)計，包括仿真時間域和空間域的統(tǒng)一，仿真效能的一致性評估判斷等；

3）各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點的多仿真任務(wù)的支持設(shè)計，需要將多異構(gòu)節(jié)點組合，組織和并行多仿真任務(wù)。

針對不同的開發(fā)設(shè)計語言、不同的交互協(xié)議以及仿真任務(wù)同步控制需求，采用中間件系統(tǒng)無疑是以較小代價有效實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真的有效途徑。中間件系統(tǒng)可以提供對底層網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)和編程語言異構(gòu)性的屏蔽，同時還為分布式應(yīng)用與服務(wù)提供一致的支撐計算模型。能夠較好地完成分布式異構(gòu)系統(tǒng)的集成、互操作，并保證這些系統(tǒng)的可移植性，是當(dāng)前分布式應(yīng)用開發(fā)和集成的主要手段。

現(xiàn)有仿真通信中間件系統(tǒng)通常采用protobuf［4］等通信協(xié)議解決跨語言系統(tǒng)通信問題，或者采用DDS 數(shù)據(jù)分發(fā)機制［5］，建立以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布訂閱模型，實現(xiàn)分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)實時、可靠、高效分發(fā)問題，這些系統(tǒng)的開放性和擴展性不強，難以滿足跨語言和跨平臺的一體化仿真綜合需求。Apache Thrift 是一個跨語言的開源服務(wù)部署框架，具有開發(fā)速度快、接口維護簡單、學(xué)習(xí)成本低、跨語言支持和穩(wěn)定等特點，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于Cassandra、Hadoop、HBase、Facebook 以及百度、美團等公司［6-7］。因此，可以利用Thrift 服務(wù)框架，構(gòu)建分布式異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真中間件系統(tǒng)。

2 異構(gòu)系統(tǒng)仿真中間件系統(tǒng)組成架構(gòu)

異構(gòu)仿真系統(tǒng)中間件系統(tǒng)主要包括異構(gòu)系統(tǒng)橋接轉(zhuǎn)換單元和綜合控制單元。綜合控制單元與各異構(gòu)系統(tǒng)通過橋接轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成客戶端/服務(wù)端的C/S（Client/Server）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?；谥虚g件系統(tǒng)橋接轉(zhuǎn)換單元，各異構(gòu)系統(tǒng)采用Thrift IDL（Interface Description Language）接口描述語言進行信息交互，并在綜合控制單元的協(xié)同控制下完成仿真的協(xié)調(diào)推進。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 異構(gòu)系統(tǒng)聯(lián)通中間件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.1 Thrift IDL 接口通信

Thrift 軟件從下向上可分為傳輸層、協(xié)議層、處理層和服務(wù)層。異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真對處理層和協(xié)議層進行按需處理。對于處理層，各異構(gòu)系統(tǒng)在仿真中間件系統(tǒng)支持下，采用IDL 按本系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計語言生成系統(tǒng)信息交互所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代碼，例如各系統(tǒng)的狀態(tài)信息、所維護的內(nèi)部仿真實例信息以及仿真交互信息等。IDL 支持的數(shù)據(jù)類型包括基本類型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)體類型（struct）以及容器類型（list、set、map），可以滿足復(fù)雜異構(gòu)系統(tǒng)信息交互數(shù)據(jù)定義需求。

對于協(xié)議層，其負責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的序列化和反序列化，其協(xié)議方式包括JSON、XML、二進制數(shù)據(jù)等［8］。異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真采用二進制傳輸協(xié)議定義數(shù)據(jù)傳輸格式以節(jié)約帶寬提高傳輸效率。此外，在調(diào)試聯(lián)測階段還可采用基于文本類型的JSON 協(xié)議，通過腳本解析信息，便于問題定位和狀態(tài)測試。采用Thrift IDL 定義系統(tǒng)間信息交互結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)協(xié)議，使得異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真通過底層網(wǎng)絡(luò)封裝、傳輸和序列化方式進行系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通信，大大降低開發(fā)設(shè)計語言不同所導(dǎo)致的系統(tǒng)信息交互復(fù)雜性。

2.2 橋接轉(zhuǎn)換單元

橋接轉(zhuǎn)換單元是各異構(gòu)系統(tǒng)相互之間以及異構(gòu)系統(tǒng)與綜合控制單元之間信息交互的橋梁。由于異構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計研制之初并沒有考慮對外信息交互的拓展需求，因此，為有效達成異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真，采用橋接轉(zhuǎn)換單元進行信息交互在技術(shù)可行性以及系統(tǒng)升級維護成本上能達到優(yōu)化平衡，有效減少系統(tǒng)內(nèi)部深度改造的高昂成本。具體功能如下：

2.2.1 協(xié)議轉(zhuǎn)換

采用Thrift IDL 原語對異構(gòu)仿真系統(tǒng)內(nèi)部交互信息實施編碼和解碼。包括將外部仿真信息進行轉(zhuǎn)錄和解釋后傳入至異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部，并將異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部仿真狀態(tài)信息，按照外部IDL 格式編碼后發(fā)送至綜合控制單元。

2.2.2 心跳守護

由異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部主控程序驅(qū)動，定時向外部系統(tǒng)發(fā)送異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點當(dāng)前工作狀態(tài)，便于外部系統(tǒng)進行狀態(tài)檢測和相應(yīng)上線/離線控制。

2.2.3 仿真服務(wù)交互

通過協(xié)議轉(zhuǎn)換，將異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部的仿真實例狀態(tài)信息或服務(wù)請求信息傳送給綜合控制單元；接收綜合控制單元的服務(wù)回調(diào)信息，將總體仿真控制命令、外部系統(tǒng)仿真狀態(tài)以及服務(wù)計算結(jié)果等信息通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)送至異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部。

需要說明的是，根據(jù)各異構(gòu)仿真系統(tǒng)通信機制不同，橋接轉(zhuǎn)換單元可以有不同的結(jié)構(gòu)形式，主要包括集中式和分布式兩種。

集中式指客戶端/服務(wù)端的CS 結(jié)構(gòu)方式，這類異構(gòu)系統(tǒng)在通信協(xié)議方式和類型可能有多種形式，例如，較為常用的Socket 通信或DDS 通信。此時橋接轉(zhuǎn)換單元以信息交互單元形式加入至各異構(gòu)系統(tǒng)，由綜合控制單元協(xié)調(diào)異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部主控單元，驅(qū)動異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部各分系統(tǒng)協(xié)同工作。

分布式仿真方式通常有DIS 或HLA 兩種。以HLA 為例，橋接轉(zhuǎn)換單元加入至異構(gòu)系統(tǒng)成為RTI聯(lián)邦成員，由橋接轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換外部綜合控制單元的允許仿真步進信息，由RTI 服務(wù)器協(xié)調(diào)異構(gòu)聯(lián)邦各分系統(tǒng)聯(lián)邦成員協(xié)調(diào)推進，并將RTI 聯(lián)邦成員交互信息按照訂閱/發(fā)布機制進行信息轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 綜合控制單元

由于組成一體化仿真系統(tǒng)的原有各異構(gòu)系統(tǒng)在仿真精度、仿真結(jié)構(gòu)、仿真控制邏輯上都有定制的個性化需求，就需要綜合控制單元這樣的中心樞紐控制節(jié)點進行全局的控制，而不是將仿真同步控制等功能分解至各異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部，那樣無疑會增加系統(tǒng)升級難度和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。綜合控制單元通過橋接轉(zhuǎn)換單元協(xié)調(diào)各異構(gòu)系統(tǒng)仿真同步，監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)各成員的仿真狀態(tài)，生成系統(tǒng)綜合仿真全局態(tài)勢數(shù)據(jù)，實施全局仿真控制，提供系統(tǒng)仿真服務(wù)。主要功能包括：

2.3.1 仿真想定編輯與生成

編輯仿真想定，生成初始仿真態(tài)勢并發(fā)送至各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點，各節(jié)點收到初始態(tài)勢后按照內(nèi)部業(yè)務(wù)邏輯在綜合控制單元導(dǎo)控下，進行仿真計算和結(jié)果輸出。

2.3.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換與心跳守護

對異構(gòu)系統(tǒng)與綜合控制單元之間的信息交互進行協(xié)議轉(zhuǎn)換；接收異構(gòu)系統(tǒng)定時發(fā)送的節(jié)點工況信息，實施狀態(tài)實時監(jiān)測并保持異構(gòu)仿真系統(tǒng)與綜合控制單元的通信長連接，同時，對異常離線成員進行系統(tǒng)異常判斷并進行狀態(tài)保護。

2.3.3 仿真計算服務(wù)

采用服務(wù)器集群形式對異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真提供所需的仿真計算服務(wù)，服務(wù)類型包括基礎(chǔ)性服務(wù)和功能性服務(wù)兩類?；A(chǔ)性服務(wù)實現(xiàn)對異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真的綜合控制功能，例如，仿真對象的管理、仿真推進控制等；功能性服務(wù)為各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點提供定制的業(yè)務(wù)邏輯仿真計算，保證仿真模型粒度一致性和重要核心仿真模型的可重用與可擴展，例如，實體坐標遞推計算、戰(zhàn)場環(huán)境分析等。

2.3.4 數(shù)據(jù)冗余備份

為異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真提供系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)備份和控制單元服務(wù)切換。由于綜合控制單元是異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真網(wǎng)絡(luò)的主控與核心，需要對控制單元進行數(shù)據(jù)冗余設(shè)計，采用zookeeper［9-10］分布式協(xié)同服務(wù)，在綜合控制單元故障情況下，實時備份和同步數(shù)據(jù)，并按需進行主從控制單元的冗余切換。

2.3.5 負載均衡

集群服務(wù)下對異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實施負載均衡服務(wù)治理。仿真運行時，根據(jù)中間件系統(tǒng)綜合控制單元服務(wù)器的實時負載信息，采用軟負載均衡方法，例如平均分配（輪詢）法，選擇和調(diào)度異構(gòu)系統(tǒng)任務(wù)仿真的服務(wù)分配，減輕可能的多仿真任務(wù)下的服務(wù)器壓力。

3 異構(gòu)仿真系統(tǒng)中間件系統(tǒng)服務(wù)與實現(xiàn)形式

作為一體化仿真系統(tǒng)的Thrift 服務(wù)端，由綜合控制單元實現(xiàn)中間件系統(tǒng)的仿真服務(wù)功能，為各異構(gòu)節(jié)點提供一體化仿真所需的仿真服務(wù)支撐。綜合控制單元仿真服務(wù)從頂至下可劃分為功能層、基礎(chǔ)層和支撐層。其仿真服務(wù)結(jié)構(gòu)層次如圖2 所示。

圖2 綜合控制單元組成與服務(wù)

3.1 功能層服務(wù)

功能層服務(wù)為各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點提供定制的或為維護一體化仿真時空邏輯一致性的功能性服務(wù)，主要包括作戰(zhàn)環(huán)境分析、態(tài)勢遞推、傳感器探測等。其中，環(huán)境仿真包括大氣環(huán)境仿真和水聲環(huán)境仿真，對電磁、聲波等能量在環(huán)境中的傳播特性進行統(tǒng)一的建模描述；武器彈道仿真包括魚雷、導(dǎo)彈等武器搜索目標、跟蹤目標和命中目標全程彈道進行一致性的彈道邏輯描述；傳感器探測仿真對在環(huán)境分析基礎(chǔ)上的雷達、聲吶等傳感器探測發(fā)現(xiàn)目標的物理過程進行仿真描述。

各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點利用Thrift RPC 遠程服務(wù)框架，通過服務(wù)接口調(diào)用仿真所需的各項仿真計算，而無需關(guān)注底層通信細節(jié)，可以最大程度地維護一體化仿真的一致性，避免諸如武器彈道仿真細節(jié)和粒度不一致導(dǎo)致的時空邏輯矛盾。同時由綜合控制單元服務(wù)器集群統(tǒng)一進行仿真計算，可較好地提高仿真運行效率，實現(xiàn)仿真模型資源的可重用和統(tǒng)一維護。

3.2 基礎(chǔ)層服務(wù)

基礎(chǔ)層服務(wù)為各異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點提供全系統(tǒng)綜合仿真控制服務(wù)，主要包括：

3.2.1 服務(wù)注入與發(fā)現(xiàn)服務(wù)

綜合控制單元對服務(wù)端服務(wù)進行注冊與發(fā)布，異構(gòu)系統(tǒng)橋接轉(zhuǎn)換單元可以通過zookeeper 的watcher 對服務(wù)自動發(fā)現(xiàn)，也可使用curator［11］第三方工具實現(xiàn)服務(wù)的注冊、發(fā)現(xiàn)和訂閱。服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容包括：服務(wù)地址、服務(wù)端口、服務(wù)名稱、服務(wù)交互參數(shù)結(jié)構(gòu)類型等，其結(jié)構(gòu)參數(shù)類型由系統(tǒng)Thrift IDL 定義。

采用服務(wù)注入發(fā)現(xiàn)的好處在于將綜合控制單元與異構(gòu)系統(tǒng)的通信解耦，從而實現(xiàn)對服務(wù)中心的靈活配置和動態(tài)連接，可在服務(wù)接口不變的條件下，實施仿真服務(wù)相關(guān)模型升級重構(gòu)而不影響各異構(gòu)系統(tǒng)。

3.2.2 全局命名服務(wù)

全局命名服務(wù)為系統(tǒng)仿真對象資源進行唯一標識。綜合控制單元利用Zookeeper 的屬性分層結(jié)構(gòu)和子節(jié)點的順序維護能力，對仿真對象進行全局唯一性的ID 標識。雖然依賴本地持久化數(shù)據(jù)庫主鍵，可以唯一標識一個數(shù)據(jù)資源，但是在綜合控制單元服務(wù)集群下，分布式全局命名服務(wù)可以支持并發(fā)和負載均衡的要求，提供多仿真任務(wù)的實時在線運行。

3.2.3 時間與數(shù)據(jù)同步服務(wù)

綜合控制單元生成統(tǒng)一的全系統(tǒng)仿真時間，例如仿真想定設(shè)置的某一天文時間，并將帶有時間戳的信息發(fā)送至異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點，驅(qū)動異構(gòu)系統(tǒng)主控程序進行相應(yīng)的仿真控制。

數(shù)據(jù)同步是指利用類似Redis 分布式緩存技術(shù)［11-12］，對所有仿真過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行主從同步備份。在仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)從緩存持久化至本地數(shù)據(jù)庫以作為仿真數(shù)據(jù)記錄，同時所備份數(shù)據(jù)可支持綜合控制單元故障下的切換控制以進行系統(tǒng)運行的再恢復(fù)。

3.2.4 全局對象管理

對一體化仿真中的所有實體對象進行全生命周期管理，建立全局對象實時快照，并定時通過數(shù)據(jù)同步存儲至數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。全局對象的綜合態(tài)勢信息可以通過附屬顯示系統(tǒng)顯示，進而對綜合仿真狀態(tài)實時監(jiān)測顯示。同時，各異構(gòu)系統(tǒng)通過遠程服務(wù)接口按需調(diào)用所需實體對象服務(wù)，包括生成實體、刪除實體、獲取所需類型實體快照和歷史數(shù)據(jù)等以用于內(nèi)部仿真計算。這相比綜合控制單元采用全局數(shù)據(jù)廣播形式，其能夠有效減輕系統(tǒng)通信負載。

3.2.5 全局沖突消解

全局沖突消解對于維護一體化仿真物理過程正確性具有非常重要的意義。因為仿真運行過程中，受異構(gòu)系統(tǒng)模型粒度和精度不匹配以及不同時空域的影響，綜合仿真的時序環(huán)節(jié)可能會存在沖突之處，這就需要綜合控制單元實施全局層面的沖突消解，主要包括：

1）異構(gòu)節(jié)點實體業(yè)務(wù)坐標系不匹配導(dǎo)致的沖突和消解。例如，大地球面坐標、平面直角坐標以及地理絕對位置和相對位置轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的對象實體坐標與姿態(tài)不一致情況?？捎删C合控制單元建立統(tǒng)一的坐標系，對各實體的位置和姿態(tài)進行統(tǒng)一遞推修正，或由異構(gòu)節(jié)點通過調(diào)用綜合控制單元的遠程服務(wù)用于相關(guān)仿真計算。

2）作戰(zhàn)仿真能力沖突與消解，這表現(xiàn)在沖突雙方對相關(guān)作戰(zhàn)過程仿真建模描述不匹配。例如，異構(gòu)仿真系統(tǒng)在傳感器探測時，因為模型粒度和精度不同，導(dǎo)致同相互探測雙方發(fā)現(xiàn)能力不協(xié)調(diào)。此時由綜合控制單元對雙方仿真能力進行調(diào)節(jié)，必要條件下強制干預(yù)和調(diào)整雙方的仿真性能指標范圍。

3）作戰(zhàn)仿真效能的沖突與消解。這表現(xiàn)在沖突雙方在仿真效能評估模型算法和指標不一致。例如，武器命中的毀傷達成效果、毀傷位置存在多方判定矛盾的情況。此時由綜合控制單元實施仲裁，對沖突涉及對象的毀傷效能實施綜合評估，并將結(jié)果發(fā)送至相關(guān)異構(gòu)節(jié)點。

3.2.6 仿真推進控制

對各異構(gòu)仿真節(jié)點的時間推進實施協(xié)調(diào)和控制。由于不同異構(gòu)節(jié)點和不同仿真對象對仿真步長要求不一，例如，導(dǎo)彈等高速運動和艦船平臺等低速運動仿真對象時間步長不同，此時綜合控制單元提供仿真同步推進，根據(jù)各異構(gòu)仿真節(jié)點要求推進到的仿真時間進行判別和協(xié)調(diào)，確定系統(tǒng)仿真時間同步點，控制各仿真節(jié)點是否允許推進，并對相關(guān)仿真對象運動和姿態(tài)平滑，在此基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)一體化仿真的加速、減速、暫停與恢復(fù)等仿真控制。

3.3 支撐層服務(wù)

綜合控制單元除了操作系統(tǒng)底層支撐外，還需要Zookeeper、分布式緩存和Thrift 的基礎(chǔ)軟件對各項功能和服務(wù)進行支撐。

Zookeeper 提供配置維護、域名服務(wù)、分布式同步等一致性服務(wù)。為異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真的全局標識、服務(wù)注入和發(fā)現(xiàn)等功能提供支撐。為仿真服務(wù)集群實現(xiàn)提供了有效配置和管理手段，提高了系統(tǒng)多任務(wù)仿真支撐能力。

分布式緩存Redis 提供高效率并發(fā)數(shù)據(jù)的讀取與管理機制，不僅提供了主從數(shù)據(jù)的備份功能，還實現(xiàn)了高并發(fā)條件下的數(shù)據(jù)吞吐，為系統(tǒng)仿真提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

Thrift 不僅提供了跨語言的網(wǎng)絡(luò)通信手段，還提供了遠程服務(wù)調(diào)用基本架構(gòu)。異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信抽象為遠程過程調(diào)用，其調(diào)用形式如同調(diào)用本地子程序，使開發(fā)人員無需關(guān)注網(wǎng)絡(luò)通信底層細節(jié)，提高了工作效率。

4 異構(gòu)系統(tǒng)適用性改造

異構(gòu)系統(tǒng)為實現(xiàn)一體化仿真必需對內(nèi)部系統(tǒng)進行適用性改造。基于異構(gòu)系統(tǒng)仿真中間件系統(tǒng)，重點對原系統(tǒng)導(dǎo)演控制單元和仿真計算單元實施功能性升級。以集中式C/S 結(jié)構(gòu)的異構(gòu)仿真系統(tǒng)為例，對其改造說明如下：

4.1 信息通道適用性修改

異構(gòu)系統(tǒng)導(dǎo)演控制單元增加與橋接轉(zhuǎn)換單元信息交互通道，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)與外部仿真想定、仿真態(tài)勢、仿真控制等信息接收；仿真計算單元增加與橋接轉(zhuǎn)換單元信息交互通道，實現(xiàn)與外部綜合控制單元的功能層和基礎(chǔ)層仿真服務(wù)交互，其他各單元保持現(xiàn)有信息通道不變，以與原系統(tǒng)仿真功能兼容。

4.2 控制流程適用性修改

異構(gòu)系統(tǒng)導(dǎo)演控制單元對原仿真控制流程進行修改，在原系統(tǒng)獨立控制基礎(chǔ)上通過增加系統(tǒng)仿真模式判斷（獨立或互聯(lián)）、外部仿真指令受控處理等相應(yīng)調(diào)整，從而按外部綜合控制單元要求實施想定申請與分發(fā)、驅(qū)動和控制內(nèi)部系統(tǒng)仿真全程。

4.3 仿真計算服務(wù)適用性修改

異構(gòu)系統(tǒng)仿真計算單元保留原仿真計算服務(wù)功能并增加外部綜合控制單元仿真服務(wù)調(diào)用處理。異構(gòu)互聯(lián)模式下通過服務(wù)切換控制和屬性參數(shù)封裝等手段，兼容原系統(tǒng)內(nèi)部仿真計算服務(wù)交互接口，通過與外部綜合控制單元交互查詢和獲取外部仿真對象信息，調(diào)用環(huán)境、探測與武器仿真等仿真服務(wù)功能，將相應(yīng)對象屬性和交互參數(shù)信息向系統(tǒng)內(nèi)部各單元分發(fā)，保障異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部仿真正常運行，實現(xiàn)基于異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)的一體化仿真。

通過上述改造，異構(gòu)系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)和信息交互總體不變，原仿真想定編輯和各項仿真計算功能得以保留，從而在不影響原系統(tǒng)功能條件下實現(xiàn)各異構(gòu)系統(tǒng)聯(lián)通而無需深入改造異構(gòu)系統(tǒng)各內(nèi)部成員，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)獨立仿真和基于仿真中間件系統(tǒng)的一體化仿真，充分發(fā)揮系統(tǒng)適用性改造效益。

5 異構(gòu)仿真系統(tǒng)中間件系統(tǒng)運行流程

異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真中間件系統(tǒng)運行流程包括了綜合控制單元和異構(gòu)節(jié)點兩部分，對其主要流程描述如圖3 所示。

圖3 異構(gòu)系統(tǒng)聯(lián)通中間件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

5.1 準備階段

綜合控制單元啟動后，首先進行服務(wù)注冊與發(fā)布，并寫入提供服務(wù)的服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)地址信息；異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點通過橋接轉(zhuǎn)換單元發(fā)現(xiàn)服務(wù)，并在負載均衡的協(xié)調(diào)下連接預(yù)定的控制單元服務(wù)器，發(fā)送心跳信息，確定雙方工作狀態(tài)。

綜合控制單元由用戶調(diào)用綜合態(tài)勢生成模塊，讀取數(shù)據(jù)庫生成綜合仿真初始態(tài)勢，利用保存的長連接向異構(gòu)節(jié)點發(fā)送初始仿真態(tài)勢；異構(gòu)節(jié)點收到信息后初始化本地態(tài)勢，向綜合控制單元發(fā)送實體初始化信息，綜合控制單元收到后進行對象注冊生成仿真實體對象。

5.2 運行階段

仿真開始后，異構(gòu)仿真節(jié)點進行本地仿真計算，調(diào)用時間推進控制服務(wù)，向控制單元發(fā)出仿真推進申請，綜合控制單元根據(jù)各節(jié)點申請時間，確定時間同步點控制各節(jié)點仿真同步推進。

仿真過程中綜合控制單元維護全局仿真對象，對數(shù)據(jù)進行緩存和同步，對異構(gòu)仿真過程中的坐標轉(zhuǎn)換和仿真能力不匹配等沖突進行消解，將消解的結(jié)果在對象屬性或交互參數(shù)上更新，異構(gòu)節(jié)點通過調(diào)用遠程服務(wù)獲取相關(guān)參數(shù)，引入系統(tǒng)內(nèi)部模型進行更新，使得整個異構(gòu)系統(tǒng)在業(yè)務(wù)能力上保持匹配。

綜合控制單元在滿足仿真結(jié)束的條件下停止仿真推進，在用戶操作下保存相關(guān)數(shù)據(jù)并向各異構(gòu)節(jié)點發(fā)出仿真停止命令，各節(jié)點進行內(nèi)部數(shù)據(jù)保存并斷開連接以結(jié)束仿真。

6 結(jié)論

本文分析了異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真的功能需求，利用Thrift IDL 建立包括橋接轉(zhuǎn)換單元和綜合控制單元的仿真中間件系統(tǒng)，分析了中間件系統(tǒng)橋接轉(zhuǎn)換單元和綜合控制單元的組成與功能，集成Zookeeper 和Thrift RPC 建立面向一體化仿真的綜合服務(wù)層次架構(gòu)。在異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真中間件系統(tǒng)的支持下，各異構(gòu)仿真應(yīng)用系統(tǒng)可以有效連接和協(xié)同仿真，滿足異構(gòu)系統(tǒng)一體化仿真的綜合性仿真需求，實現(xiàn)跨語言和跨平臺的異構(gòu)仿真系統(tǒng)互聯(lián)互通，并可有效支持多異構(gòu)節(jié)點和多仿真任務(wù)的實時在線仿真。