HLA體系結(jié)構(gòu)綜述

吳曉婷

摘要：本文對(duì)現(xiàn)代分布式仿真最為常用的一種HLA 的產(chǎn)生與發(fā)展、HLA的概念、HLA的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范組成、HLA的技術(shù)特點(diǎn)加以總結(jié)介紹。

隨著模擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，被仿真的系統(tǒng)復(fù)雜度越來(lái)越高，范圍越來(lái)越廣，分布式的特性越來(lái)越明顯。新的技術(shù)需求要求建立一個(gè)功能更加完備，操作更加簡(jiǎn)便的龐大的分布式交互虛擬仿真空間環(huán)境。HLA 就是在這樣的背景下，由美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)軍事領(lǐng)域仿真的建模與仿真辦公室（DMSO）在綜合了DIS和ALSP的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)上提出的一個(gè)通用的分布式建模仿真的技術(shù)框架結(jié)構(gòu)。其目的是提升各類(lèi)仿真應(yīng)用促進(jìn)各種類(lèi)型的仿真系統(tǒng)之間的互操作性和仿真系統(tǒng)及其部件的可重用性，從而實(shí)現(xiàn)將構(gòu)造仿真、虛擬仿真以及真實(shí)仿真集成到一個(gè)綜合空間環(huán)境中，以滿足不同類(lèi)型仿真的需要。

一、HLA簡(jiǎn)介

較早期的DIS、ALSP等仿真協(xié)議都是同類(lèi)功能仿真應(yīng)用互聯(lián)，只有有限的互操作性，不能滿足越來(lái)越復(fù)雜的分布式作戰(zhàn)仿真需求。1995年美國(guó)國(guó)防部在發(fā)布的建模與仿真主計(jì)劃中，決定在國(guó)防領(lǐng)域范圍內(nèi)制定一個(gè)通用的仿真技術(shù)框架來(lái)保證各種仿真應(yīng)用系統(tǒng)之間的互操作性。該通用技術(shù)框架包括三個(gè)部分：

（1） 高層體系結(jié)構(gòu)（High LeveL Architecture，HLA）

（2）任務(wù)空間概念模型（Conceptual Model of the Mission Space，CMMS）

（3） 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（Data Standards，DS）

HLA是建模與仿真通用技術(shù)框架的核心，定義了一種仿真軟件體系結(jié)構(gòu)。

二、HLA的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范組成

DMSO在經(jīng)歷過(guò)四個(gè)原型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)后，于1996年8月正式公布了HLA規(guī)范，主要包括規(guī)則、對(duì)象模型模板OMT和運(yùn)行支撐系統(tǒng)RTI接口規(guī)范說(shuō)明三部分組成。

（1）HLA的規(guī)則

HLA的規(guī)則包括10條，用以描述聯(lián)邦仿真和成員的職責(zé)。前5條為一個(gè)聯(lián)邦必須滿足的要求，后5條為一個(gè)聯(lián)邦成員必須滿足的要求。

規(guī)則1 聯(lián)邦必須有一個(gè)HLA聯(lián)邦對(duì)象模型，且FOM必須符合HLA對(duì)象模型模板。

規(guī)則2 在一個(gè)聯(lián)邦中，所有與仿真應(yīng)用有關(guān)的對(duì)象實(shí)例必須在聯(lián)邦成員中描述，不能再RTI中描述。

規(guī)則3 在一個(gè)聯(lián)邦執(zhí)行中，聯(lián)邦成員之間的所有 FOM 數(shù)據(jù)交換都必須經(jīng)過(guò)RTI。

規(guī)則4在一個(gè)聯(lián)邦執(zhí)行中，聯(lián)邦成員與 RTI 之間的交互必須遵循 HLA 的接口規(guī)范。

規(guī)則5在一個(gè)聯(lián)邦執(zhí)行中，對(duì)象實(shí)例的任何一個(gè)屬性在任意時(shí)刻至多被一個(gè)聯(lián)邦成員所擁有。

規(guī)則6每個(gè)聯(lián)邦成員都必須有一個(gè)符合 HLA OMT 的成員對(duì)象模型SOM。

規(guī)則7 聯(lián)邦成員必須能夠修改和（或）反射 SOM對(duì)象的屬性，發(fā)送（接收）SOM 對(duì)象的交互信息。

規(guī)則8 聯(lián)邦成員必須能夠在聯(lián)邦執(zhí)行過(guò)程當(dāng)中，按照SOM的規(guī)定動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移/接受屬性的所有權(quán)。

規(guī)則9 聯(lián)邦成員必須能夠按照SOM的規(guī)定改變的條件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)象屬性的更新。

規(guī)則10 聯(lián)邦成員必須能夠管理本地時(shí)間，從而能夠協(xié)調(diào)與其他聯(lián)邦成員的數(shù)據(jù)交換。

（2） RTI接口規(guī)范

RTI接口規(guī)范提供了一系列服務(wù)來(lái)處理聯(lián)邦運(yùn)行時(shí)成員間的互操作和管理聯(lián)邦的運(yùn)行，是分布交互仿真系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)軟件。HLA 規(guī)則要求所有的成員按照 HLA 的接口規(guī)范說(shuō)明所要求的方式同 RTI 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)成員間的交互作用。

RTI 作為聯(lián)邦執(zhí)行的核心，其功能類(lèi)似于某種特殊目的的分布操作系統(tǒng)，為成員提供運(yùn)行時(shí)所需的服務(wù)。 RTI 提供六大類(lèi)服務(wù)，包括聯(lián)邦管理、聲明管理、對(duì)象管理、所有權(quán)管理、時(shí)間管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理。 這些接口可區(qū)分為兩種類(lèi)型： 一類(lèi)是 RTI 提供的服務(wù)，由成員調(diào)用的接口：另一類(lèi)是由成員響應(yīng)，RTI調(diào)用的接口。

（3）對(duì)象模型模板

HLA的目的是促進(jìn)仿真應(yīng)用間的互操作， 提高仿真應(yīng)用及其部件的重用能力。了達(dá)到這一目的， HLA 要求采用對(duì)象模型來(lái)描述聯(lián)邦及其中每個(gè)成員在聯(lián)邦運(yùn)行過(guò)程中需要交換的各種數(shù)據(jù)及相關(guān)信息。 通常來(lái)講，對(duì)象模型可以用各種形式來(lái)描述，但 HLA 規(guī)定必須用一種統(tǒng)一的表格——對(duì)象模型模板OMT來(lái)規(guī)范，OMT 提供了建立 HLA 對(duì)象模型的通用框架。

OMT 用于定義聯(lián)邦對(duì)象模型 FOM 、成員對(duì)象模型 SOM 和管理對(duì)象模型MOM。 按 HLA 規(guī)則要求，每一個(gè)聯(lián)邦都有其聯(lián)邦對(duì)象模型 FOM ，其中包括一些聯(lián)邦中成員可共享的信息。FOM 還要考慮一些成員內(nèi)部的問(wèn)題。按HLA 規(guī)則要求每一個(gè)成員也都有其成員對(duì)象模型 SOM ，用于描述了成員的重要特征，提供了該成員能供外部使用的對(duì)象和交互。管理對(duì)象模型 MOM 是全局定義的，它提供了管理一個(gè)聯(lián)邦所需的對(duì)象和交互。HLA 將數(shù)據(jù)和構(gòu)架獨(dú)立開(kāi)來(lái)。

三、HLA軟件體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

HLA 體系結(jié)構(gòu)共有多種風(fēng)格的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即層次化特點(diǎn)、數(shù)據(jù)抽象特點(diǎn)和基于事件、隱含激活的特點(diǎn)。

（1） HLA體系結(jié)構(gòu)的層次化特點(diǎn)

一個(gè)層次化的系統(tǒng)是采用分層的方式來(lái)組織的，其中每一層都為它的上一層提供服務(wù)，并接受下一層的服務(wù)。從聯(lián)邦成員的角度來(lái)看，RTI 是一個(gè)位于其下層的、完整封裝了RTI功能的層次。將 RTI的功能和聯(lián)邦成員分離開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)了兩方面的重要功能。第一，將仿真互操作的通用功能從聯(lián)邦成員中去除，聯(lián)邦成員的代碼不需要重復(fù)那些用于實(shí)現(xiàn)互操作的服務(wù)。第二，將聯(lián)邦成員從體現(xiàn)在 RTI中的技術(shù)變化分離開(kāi)來(lái)，如果必須修改 RTI 以適應(yīng)新型網(wǎng)絡(luò)，那么，聯(lián)邦成員將不受影響。

（2）HLA 體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)抽象特點(diǎn)

HLA 體系結(jié)構(gòu)是基于數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο螳@得的，數(shù)據(jù)表示和它們相關(guān)的原始操作被封裝在一個(gè)抽象的數(shù)據(jù)類(lèi)型或?qū)ο笾?。這種類(lèi)型的組件是對(duì)象，也可以是抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的實(shí)例。HLA 中層次化原理實(shí)際上是采用了雙向的工作方式， 從聯(lián)邦成員看 RTI和從 RTI看聯(lián)邦成員。這樣構(gòu)成了數(shù)據(jù)抽象。RTI為位于其后的、所有狀態(tài)都被隱藏的聯(lián)邦成員提供接口，同樣，每個(gè)聯(lián)邦成員也為位于其后面的、所有狀態(tài)都被隱藏的 RTI提供接口。

（3）HLA 體系結(jié)構(gòu)的基于事件特點(diǎn)

基于事件也稱(chēng)為隱含調(diào)用、反應(yīng)集成或選擇廣播。隱含調(diào)用的思想在設(shè)計(jì) RTI 服務(wù)時(shí)被廣泛采用。 HLA 的規(guī)則規(guī)定： 聯(lián)邦成員之間不能直接進(jìn)行交互，必須通過(guò) RTI，于是聯(lián)邦成員之間并不知道對(duì)方的存在。一個(gè)聯(lián)邦成員調(diào)用 RTI 服務(wù)，將導(dǎo)致 RTI 去調(diào)用其他聯(lián)邦成員的服務(wù)，至于決定調(diào)用哪一個(gè)聯(lián)邦成員是由 RTI 來(lái)決定的。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱小港、陳彬.基于HLA的分布仿真環(huán)境設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2016.

[2]鐘蔚、龔建興、等.HLA Evolved規(guī)范研究分析[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2021，23（4）：691-696.