（计算机科学与技术专业论文）基于中间件的hlarti功能扩展研究.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 高层体系结构( h l a ) 是当前分布仿真技术发展的一个重点和热点本文研究了基于 中间件的h l a r t i 功能扩展方法。 首先介绍了h l a r t i 的基准定义：规则、对象模型模板、接口规范，然后从体系结构、 面向对象技术、r t i 软件实现、邦元程序开发、联邦开发过程等五个方面详细剖析了 h l a r t i 软件开发方法 为了扩展现有h l a r t l 分布仿真框架的功能，本文采用中间件技术，封装了r t i 的标 准服务，并能因需扩展功能中间件层对用户提供标准的r t i 接口和少量扩展r t i 接口( 用 于某些特殊需求) 。邦元之间通过该中间件相互通信。本扩展方案具有可移植、兼容性强 以及对邦元开发者透明等优点最后实现和测试了一个原型系统h l a e r t i 。 实体迁移有利于改善大规模分布仿真系统的性能。本文分析了h l a r t i 框架对实体迁 移的支持与不足，最后在h l a e r t i 实现了实体迁移决策模块原型 为了保证分布交互仿真的互操作、可重用和时空一致性，应为不同仿真应用提供坐标 转换功能。本文介绍了各类常用坐标系的转换关系，在h l a e r t i 中实现了坐标综合转换 模式。综合转换模式能减少坐标转换次数和坐标转换累积误差。 移 关键宇：分布式交互仿真，高层体系结构，运行支撑环境。中间件，坐标转换，实体迁 第i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 硒曲l e v e la r c h i t e c t u r e i st h ec u r r e n tk e ya n dh i g h l i g h t e di s s u ei nd i s t r i b u t e d s i m u l a t i o n i n t h i s p a p e r a l l e x t e n s i o n o f ，a r = n b a s e d 0 1 i m i d d l e w a y e i s s m d i e & f i i s t 虮t h ed e f i n m o 瑙a n dc o m p o n e n t so fh l a r t i 摭i a k m 血i c mb r i e f l y , i n c l u d i n gr d e s , o m ta n d i 删a c es p e c i f i c a t i o n t h es o r w a md e v e l o p m e n tm e t h o do fi 丑a r t ii sd e s c r i e dp a i t i c u l a i 婶f r o mf i v e 罄p c c 峨8 j p o do fa i c h i t c c t u r c s , o o , r t ls o f t w a r ei m p l e m e n m t i o n ，f e d e r a t ed e v e l o p m e n ta n df e d e r a t i o n d e v e l o p m e n t p r o c e s s i no r d e rt oe x t e n dt h ef u n c t i o no fd i s t r i b u t e ds i m u l a f t o nf r a m e w o r kf o re x i s t i n gr m a z 珏 i n t h i s p e ra l le x t e n s i o n o f m a 瓜h a s e d e r l m i d d l e w a r e w h i c hc a r l n o t o n l ye n c a p s u l a t e t h e s t a n d a r dr t is e r v i c e sb u ta l s oe x t e n dn e e d e do r l e si sp r o p o s e d t h em i d d i e w a r el e v e ip r o v i d e s s t a n d a r di n t e r f 如鼯罄w e l l 篮e x t e n d e do r l e sf o rs p e c i a lp u r p o s e sf o ru s e r s t h r o u g hw h i c h f e d e r a t e sc o m m u n i c a t ee a c ho t h e rt h ee x t e n d e dh l a r t ih a st h ea d v a n t a g e so fp o r t a b i l i t y , c o m p a t i b i l i t y a n d 缸 a n s p a r e n c y a t l a s t a p r o t o t y p e i s i m p l e m e n t e d a n d t e s t e da s w e l l f _ n i l t yi l l i 蓼a f t o nc a nh e l pt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fl a r g e - a c a l ed i s t r i b u t e ds i m u l a t i o n s y s t e m i nt h i sp a p e rt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e st h a th l a r t is u p p o r t se n f i t ym i g z a f i o n a l es m d i e & f i ：b a l y , a ne n t i t y - m i g r a t i o na r b i t r a t i o np r o t o t y p ei sp r o p o s e di nh l a et i t oa c h i e v ei n t e r o p e r a b i l i t y ，r e u s a b i l i t ya n dt i m e - s p a c ec o n s i s t 锣a x , r d i h a t et r a n s f o r m a t i o n m e c h a n i s ms h o u l db eo f f e r e df o rd i f f e r e n ts i m u l a t i o na p p l i c a t i o n s t h et r a n s f o r m 撕o n r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h eo r d i n m yc o o r d i n a t e sa r ei n u o d u c e di nt h i sp a p e r t h es y n t h e r i c t r a n s f o 珊撕o nm o d ei m p l e m e n t e dc a rr e d u c et r a n s f o r m a t i o n sb e t w e e nd i f f e r e n tc o o r d i n a t e s a n d c u td o w nt h ea c c u m u l a t e de r r o ri nt h et r a n s f o r m a f i o n s k e y w o r d s ：d i s t r i b u t e ds i m u l a t i o n ，m i d d l e w a r e ，h i g hl e v e la r c h i t e c t u r e 口l a ) ， r u n - t i m ei n f r a s t r u c t u r e ，c o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o n s ，e n f i t ym i g r a t i o n h _ _ 。- _ 。h _ _ _ _ - _ - _ - _ _ _ _ - _ _ - - - 。_ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ - h - - _ _ _ 。_ _ _ - - - 。_ 。_ _ _ 1 - 。_ - - “。_ 。，- 。_ _ 。_ _ 。_ - 一 第i i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 图目录 图1 1 分布交互仿真的支撑技术2 图1 2 毗框架下联邦组成的逻辑示意图4 图2 1 功能分布式i l = n 结构模型1 5 图2 - 2r n 内部逻辑结构组成示意图1 6 图2 - 3 觚六大类服务在仿真中的作用阶段1 6 图2 - 4 邦元与r ：之间的交互关系1 6 图2 - 5 h l a 钓基本对象模型一1 7 图2 6 对象类表示1 8 图2 - 7r t i 软件逻辑组成图1 8 图2 - 8 邦元与r t i 接口关系示意图1 9 图2 - 9f e 衄中实现的类结构图2 0 图2 一l o 邦元程序结构图2 1 图2 l l 内部和外部对象胶互，2 3 图2 1 2f e d e p 结构2 4 图2 - 1 3 扩展的h l a r t i 体系结构2 5 图2 - 1 4 各模块关系：2 6 图2 1 5 对象类关系示意图2 7 图2 - 1 6 滑动时间窗口监测机制3 0 图2 1 7e r t i 运行界面3 1 图3 - 1 一个不合理的实体配置方案 图3 - 2 实体属性值的共同发布3 5 图3 - 3 拉模式的所有权转移。3 5 图3 4 推模式的所有权转移3 6 图3 - 5 一种“乒乓”现象3 7 图3 - 6 实体迁移决策框架3 8 图3 7 实体属性所有权转移的一般过程 图3 - 8 迁移前后性能比较 图4 - 1r t i 数据分发框架4 2 图4 2 空间直角坐标系、大地坐标系和e n u 坐标系4 3 图4 3 实体的体坐标系：4 4 图4 - 4 坐标转换界面 图4 - 5 数据有效性检测 第页 国防科学技术大学研究生院学位论文 图4 6 双方约定转换”模式示意图 图4 7 综合转换模式示意图5 0 图4 - 8 区域关系5 1 图4 - 9 区域的创建5 3 图4 1 0 卫星组网联邦仿真原型5 6 第页 国防科学技术大学研究生院学位论文 表目录 表1 1i e e e i s l 6 1 - 2 0 0 0 标准中定义的基本服务及功能描述5 表1 2 阳。a 与d i s 、a l s p 典型仿真协议的比较。6 表l - 3d i s 与i 姒的主要差异7 襄2 - lf e d e p 的主要步骤2 5 第v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文题目：基王主回佳数! 丛堕! 丝能芷星丑塞 学位论文作者签名： i ：堑i 奎 日期：汩年6 月；。日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目：基王史圆住数! 丛丛! ! 边熊芷匮丑窀 学位论文作者签名： 5 坌：望盈 日期：w ，年6 甬j ，日 作者指导教师签名：! 釜兰塾日期：珈6 年6 月了。日 国防科学技术大学研究生院学位论文 第1 章绪论 建模与仿真( m & s ) 技术被称为是继科学理论和实验研究之后的第三种认识和 改造世界的手段它通过建立实体、过程，现象和环境的模型( 物理模型、数学模 型或其它逻辑模型) ，并在一段时间内运行模型，用于系统测试、分析和人员训练 m & s 技术以其可控，安全、经济、无破坏性、可多次重复、不受气候条件和空间、 时间的限制等优点，一直为各个国家所重视【l 】 面临新世纪的挑战，2 0 0 3 年世界计算机仿真大会的主题是；“先进仿真技术的 广泛使用( w o r l dw i d eu s a g eo f a d v a n c e ds i m u l a t i o n ) ”，并明确提出分布式大规模、 复杂系统仿真是未来十年计算机仿真研究的重点分布仿真技术在先进国家已经成 为一种至关重要的工具，被广泛应用于各类系统的全生命周期活动及人员训练决策 等过程中近年来，随着我国国民经济的持续发展和新军事变革的不断深入，分布 式仿真技术正越来越广泛地应用于各类系统的设计，研发、测试、评估及人员训练 等方面。 1 1 立题背景 由于应用需求的牵引和分布处理、网络计算、入机交互、多媒体、虚拟现实等 相关技术的推动，分布式仿真技术经历了s n 刑e 1 栩、d i s ( d i s t r i b u t e di n t e r a c t i v e s i m u l a t i o n ) 协议、a l s p ( a g g r e g a t el e v e ls i m u l a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议 4 i 等三个发展 阶段，目前已进入高层体系结构( m a ：h i g h l e v d a r c h i t e c t u r e ) i s - 9 1 研究阶段，并 因其能更好地支持各种同构或异构仿真应用之间的互操作和可重用、支持仿真系统 ( 特别是大规模仿真系统) 的可扩展性而日益成为当前仿真技术发展的一个重点和 主流嘛l 1 , 1 1 分布交互仿真的特征 分布式仿真技术利用计算机网络将地域上分教的各种人在回路的仿真器、计算 机仿真模型以及其它仿真设备有机地连接为一个整体形成一个在时间和空间上相 互耦合一致、人可以自由与之交互的虚拟环境( v i r t u a le n v i r o n m e n t ) 分布式仿真应用的特点为：仿真任务分布于多台计算机；系统异构，用多种类 型的计算机进行联合仿真；对可重用性和互操作性要求高；具有丰富的交互信息 第1 页 璺堕登兰垫查奎兰堑塞生堕兰垡笙奎 1 1 2 分布交互仿真的产生 由于应用需求的牵引和相关技术的推动，目前分布交互仿真技术的发展异常迅 速 计算机仿真技术的主要需求在于军事仿真应用：如高新武器的开发、研制、定 型等各阶段都需要进行仿真；武器系统需要在多平台环境的对抗仿真环境下进行； 军事作战、训练仿真也将朝着大规模、诸军兵种协同的方向发展；为了实现军事仿 真领域的可重用和互操作，军事仿真应用的开发必须遵循共同的协议标准。因此， 正是世界各国军事领域的迫切需求和大力扶持，军用仿真技术一直代表着计算机仿 真技术发展的最高水平 同时，计算机仿真技术发展还得益于相关技术的发展( 如图1 1 所示) 首先，仿真手段日趋多样化系统仿真技术从单一的纯数字仿真、半实物 仿真、人回路仿真发展到集面向对象、客户，服务器、分布计算、多媒体、专 家系统及虚拟现实等多种仿真手段为一体的综合仿真。 其次，计算机技术日新月异计算机硬件技术、计算机处理能力、海量存储技 术、网络技术及高精度的d a 、a d 接口的飞速发展都为仿真技术的应用提供了物 质基础，同时各类系统软件、高级仿真专用语言、各类仿真应用开发工具为仿真的 应用提供了软件环境现代仿真技术及其应用可以综合计算机技术的最新发 展，促使仿真规模从设备仿真、单系统仿真、多处理机仿真，发展到借助分 布与网络技术的多系统仿真和复杂系统联合仿真 再次，人机交互技术发袅迅速人机交互技术是仿真技术发展的一个重要方向。 从仿真结果的二维、三维可视化，多媒体表现环境，到虚拟现实v r 能力，都为仿 真提供了重要的表现手段。 图卜1 分布交互仿真的支撑技术 第2 页 国坊科学技术大学研究生院学位论文 1 1 3 技术发展简史 1 1 3 1 s 琢口i e t 二十世纪八十年代早期，美国的n 慨( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t s a g e n c y ) 资助了将载人的坦克训练器在网络上连接起来的s m 烈圈顶目。该项目首次 实现了将大规模、实时、人在回路的仿真器集成在网络的耳标 2 1 。 1 1 3 2d i s 协议 二十世纪九十年代早期，s 卫删e t 的体系结构和协议发展成了d i s 协议【习d i s 是一个网络协议标准它提供了通过协议数据单元p d u ( p r o t o c o l d a t a u n i 0 传送实体 状态和其它信息的方法。这些协议数据单元由数据包组成，在仿真网络上用广播的 方式发送。d i s 由于采用了消息广播机制及固定的p d u 单元使得系统的可伸缩性和 协同性不好。另外由于d i s 缺乏可靠的对象问通讯和适当的时间管理服务，故只能 被动地将分布的仿真器互连，不能满足未来大规模仿真的需求。这些都影响了仿真 应用向深度和广度发展。 1 1 3 3 聚集仿真协议a l s p 在九十年代初期，d a m ，a 资助m i t r e 研究设计a l s p 4 1 。a l s p 的设计原则是无 中心结点( 即每个仿真应用控制自己的局部资源，自主地采取行动) 、动态配置( 即 仿真实体可以自由加入和退出仿真) 、地理分布、基于消息的协议、时问管理、数 据管理和属性所有权。 1 1 3 4 高层体系结构i - k , a 结合d 】s 和a l s p 的发展经验，美国国防部子1 9 9 6 年9 月正式颁布了高层体系 结构h l a 5 - 9 1 作为一个通用的仿真技术框架，h l a 定义了构成仿真各部分的功能 及相互间的关系，主要由规则( r u l e s ) ，对象模型模板o m t c o b j e c t m o d e l t e m p l a t e ) 、 接口规范( i n t e r f a c es p e c i f i c a r l o n ) 三部分组成h l a r t i 涉及的几个基本概念如下： l 联邦( f e d e r a t i o nk 为实现某种特定的仿真目地而组织至8 一起，并能彼此进 行交互作用的仿真系统、支撑软件和其他相关的部件就构成一个联邦，其执行过程 成为联邦执行 2 ) 邦元( f e d e r a t e ) ：组成联邦的各仿真应用系统称为联邦成员，简称邦元 邦元可以是任意类型的仿真应用或邦元管理器、数据收集器、消息观察器等。 3 ) 对象( o b j e c t ) ：即某一应用领域内所要进行仿真的物体建立的模型 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ir n f r l l n - t i m ei b 蚰1 1 c t i l r 曲 ii i底层通信机制 图卜2m 框架下联邦组成的逻辑示惫图 图1 2 为h l a 框架下联邦组成的逻辑示意图。在 。a 框架下，邦元通过r t i 构成一个 完整的仿真系统。 ( 1 ) 规则 规则规定了所有联邦及其所必须符合的要求，表述了h l a 中各个部件的功能 划分和逻辑关系，体现了h l a 为达到其目的的构思和原则。h l a 规定了十个规则 ( 联邦规则和邦元规则各五条) ，定义了在邦联开发阶段所应遵循的一套规则。规 则的约束条件确保邦元在h l a 框架下的兼容性，以实现邦元间的互操作和可重用。 ( 2 ) 对象模型模板 h i , a 对象模型模板o m t ( o b j e c tm o d e lt e m p l a t e ) 是对仿真中的对象、对象属性 和对象间信息交互的格式和内容进行定义的标准化描述。它定义了三种模型：联邦 对象模型( f e d e r a t i o no b j mm o d e l ，f o m ) 、邦元( 仿真) 对象模型( s i m u l a t i o no b j e c t m o d e l ，s o y 0 、管理对象模型( m a n a g e m e n to b j e c tm o d e l ，m o m ) ，这些模型支持 对象的单继承，不支持多继承 在开发一个h l a 联邦的过程中，所有参与联邦运行的邦元对它们之间需要进 行交换的信息的特性具有准确一致的理解是十分关键的，否则各邦元之阃的互操作 将难以正确、有效地完成。建立联邦对象模型( f o m ) 的目的就是借助于o m t 提 供的标准化的记录格式，为一个特定的联邦中各邦元之间需要交换的信息的特性进 行描述邦元间的信息交换主要是通过r t i 提供的对象属性和交互的“公布与订购” 服务实现的。声明公布信息的邦元负责更新信息，r t i 通知订购信息的邦元，由订 购邦元反射或接收这些信息，并把它本地化加以利用仿真对象模型( s o m ) 作为 一种标准化的对象模型，描述了各个仿真邦元在联邦运行过程中可以提供给联邦的 信息，以及需要从其它邦元接收的信息，它反映的是邦元具备的向外界公布信息的 能力和从外界订购信息的需求s o m 的建立有利于确定邦元参与具体联邦的适合 程度，有利于它在建立具体f o m 中的重用 血a 的对象模型是实现仿真互操作和重用的关键，代表了h l a 定义的基本思 第4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 想。仿真任务中依t t l a 规则来使用这些对象模型。o m t 使用面向对象的方法实现 构件层次化的描述和定义从而有利于仿真构件的重用。f o m s o m 是一种建模的标 准化的技术和方法，便于模型的建立、修改、生成和管理，以利于仿真资源的重用。 ( 3 ) 接口规范 h l a 接1 2 1 规范( i n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o n ) 定义了邦元与r t i 之间在分布式仿真领域 的标准接口，它包含两个方面的内容： 1 ) r t i 提供的服务接口，又称为邦元方发起的调用( f e d e r a t e i n i t i a t e d ) ： 2 ) 邦元方提供的回调接口，又称为r t i 发起的调用皿：i n i t i a t e d ) 。 r t i 是a 框架的核心，它实现了接口规范中定义的服务，其目的是将仿真应 用和底层通信等基本功能相分离由r t i 提供对底层通信和基本功能的支持，即在 同一联邦执行过程中，所有的邦元按照a 接口规范说明要求同r ：n 迸行数据交换， 实现邦元之间的互操作r t i 提供的功能对于邦元是透明的，邦元不必涉及网络编 程，因而可将精力放在应用领域和有关的仿真开发上。同时遵循共同的r 豇接口的 仿真应用可以灵活地组成功能各异的联邦，有利于构件的重用以满足不同需要r t i 相当于一个分布式操作系统，它为多种类型的仿真问的交互提供了一组通用服务， 这些服务主要包括联邦管理( f m ) 、声明管理( d m ) 、对象管理( o m ) 、所有权管 理( 凹删) 、时间管理( 1 m ) 、数据分发管理( d d m ) 及支持服务( s s ) 七个方 面。表1 1 给出了i e e e l 5 1 6 1 2 0 0 0 标准中规定的基本服务和功能描述。在 i e e e l 5 1 6 1 中定义了这些接口的语法和语义，r t i 实现主要就是对内实现其语义功 能、对外按其定义提供标准接口。 表1 - 1i e e e l 5 1 6 1 - 2 0 0 0 标准中定义的基本服务及功能描述 名称服务数功能 提供创建，删除，加入，退出联邦和联邦同步点服务。以及保存。恢 联邦管理 2 4 复联邦状态等功能 ，、 声明管理 1 2 声明邦元能够产生和希望接收信息的意图用于公布、订购对象类属 性和交互类，支持仿真交互控制的功能 大 包括对象提供方的实例注册和更新对象用户方的实例发现和反射。 管 对象管理1 9 同时包括收发交互信息的方法，基于用户要求控制安例更新和其它方 理 砸的支持功能 服 所有权管理1 7 提供属性所有权和对象所有权的转移和接收的服务 务提供h l a 时问管理策略和时间推进机制以及用于查询时问状孝和修 时间管理 2 3 改消息的捧序共型等功能 通过对更新域和订购域的管理提供基于值的致据过滤和分发服务 数据分发管理 1 2 使邦元能有效地接收和发送数据 其 是对实现六大基本服务的支持，可完成联邦执行过程中关于名称及其 它 支持服务 3 9 对应h a n d l e 之间的相互转换，并可设置一些开关量 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( 4 ) h l a 的标准化进程1 4 3 h l a r t i 的标准化进程进行得非常迅速，h l a r t i1 3 版标准在1 9 9 8 年2 月正 式发布，对象管理组织o m o ( o b j e c tm a n a g e m e n tc r o u p ) 在1 9 9 9 年n 月采纳 h l a r t i 作为分布式仿真的标准d s s i 0 ，2 0 0 0 年1 2 月o m g 通过d s s i 1 规范 1 9 9 8 年1 2 月北大西洋公约组织在它的仿真与建模主计划中采用了h l a r t i 。2 0 0 0 年9 月i e e e 正式投票表决通过了h l a 标准1 5 1 6 。 美国对h l a 的发展充满了信心和决心，决定从1 9 9 9 年起不再资助非m a 仿 真的开发和修改，2 0 0 1 年起终止使用所有非a 标准的仿真。 1 1 3 5d i s ，a l s p 和h l a 的比较 h l a 与d i s 、a l s p 在体系结构、通信协议，属性外推、演练管理等方面存在显 著的差异( 见表1 之和表1 3 ) 嘲可以看出，h l a 是一种全新的仿真标准，它弥 补了以前仿真标准的缺陷，更适用于较大规模的分布式仿真建造名e h l a 基础上的 仿真应用，具有更强的可重用性和互操作性，因而具有旺盛的生命力。 表1 - 2h l a 与d i s 、 l s p 典型仿真协议的比较 d i sa 工s ph l a 仿真平台互连 各军兵种的军事仿真的仿真的高度互操作，可重用 目标 无缝集成( 以离散事件 ( 包括平台级建模与聚合级 ( 以连续系统为主) 建模) 为主) 对象模型模板、规则、接口规 标准形式标准p d u 通信协议a l s p 协议 范 允许实体级，聚合级的联合仿 仿真级别实体级聚合级( 实体集合) 真 建模类型虚拟建模，真实建模构造仿真虚拟建模，真实建模构造仿真 数据嵌入在体系结构 c ，s 结构，数据与体系结构相 系统结构体系结构无关性 中，协议的灵话性差 分离，通信数据可由客户定制 实体大于6 0 0 个时。可 可扩展性较好好 扩展性差 时间推进 物理时钟逻辑时钟 支持混合时钟 方式 典型数据 广播式或，点对点通讯广播式 组播 通信方式 网络接口按观e 1 2 7 8 之在a i s 提供网络接口 由r t i 提供网络接口 由a l s p 公共模块 数据过滤 由开发者完成r t i 提供过滤机制 ( a c m ) 过滤转发 实时的平台一级仿真类各军种开发的仿真应用 适用范围各种类型的仿真应用 型互操作 之问的互操作 军事领域：训练战斗人 应用颈域 员，验证武器系统等； 军事领域：战役战术演国防仿真领域( 进而扩展到民 习、，i l 练高级指挥官 用领域) 一些民用领域 第6 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 表l 一3d i s 与 的主要差异 基于d i s 的仿真基于i i l a 的仿真 对仿真重用的支持不够没有将对象交互协议支持仿真重用h l a 通过引入r t i 。明确地将仿真 ( o i p j 例。c t i n t u i t i o np r o t o c 0 1 ) 耐数据通 应用模型仿真支撑功能和教据分布及传递服务分 信协议分离开，p d u 格式灵活性差，仿真问传输 离开来r 使仿真应用的开发者主要集中于仿真功能 体了许多冗余的信息仿真应甩的开发须涉及有关 的开发而不必涉及有关网络通信和仿真管理等方 系网络通信和仿真管理等方面的实现细节 面的实现细节仿真问只传输需要的和变化的信 结息 构随着技术和需求的发展。当出现新的技术和仿真h 乙 能保证随者技术和需求的发展，当出现新的 系统时不能灵活地集成相应的技术、新的对象技术和仿真系统时能够灵活地集成相应的技术 交互协议和数据表示格式而必须对已有的系统新的对象交互协议和数据表示格式，而不必对已有 进行大的改动，邸d i s 不具备良好的开放性体系的系统进行大的改动，即h l a 具有良好的开放性 结构体系结构 每个实体负责将自身的实罅状态更新传输给其只将对象属性的变化传输给r t i 由r t i 根据仿真 通它每个实体； 需要传输给其它邦元； 信无论是否需要，所有的状态更新被传输给所有的 属性更新仅仅传递给需要这些信息的仿真邦元l 协实体； 议每个p d u 包含周定的状态信息；当需要时只传输属性的变化信息 只要任意一个状态变量的变化超过预定的阈值，仅仅传输变化了的属性因此，可太大减少网络通 所有信息将被传输信量 只有实体位置和方向被外接：如果在f o m 中统一定义，任何属性都可以棱外推l 在i e e e l 2 7 8 i 的附录b 中描述了8 个预估算当需要对，酣加的预估算法可以在f o m 中定义并 属 法，加到协议目录中； 性每当超过预定的误差限时仿真负责传输更新与d i s 同但属性的更新先转给r t i ，再由r t i 根 外 值l 据预约信息传输数据； 推 每个仿真实体必须使用适当的d r 算法外推每个 与d i s 相同但可以为每次援练选择或建立属性外 远程实体的属性推算法和参教 演练创建t 建立个演练i d s 创建联邦执行l 加入个演练：从用上收听数据，开始发送删l 加入联邦执行 分配对象m ：应用程序产生一个唯一的1 d ： 从r t i 请求对象i dz 演 创建对象，创建实体； 实例化个对象； 练 发现新的对象，接收来自未知实体的p d u ： 实例化被发现的对象l 管 删除对象：除去实体 删除对象 理 退出演练，停止发送p d u 撤销联邦执行 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 1 1 ah l a r t i 软件的研发现状 r t i 原型系统的开发始于1 9 9 5 年年底，目前各国都在积极开发王玎a 瓜= n 产品， 主要产品有1 4 3 ： 美国m i t r ec o r p 和m i t 林肯实验室茬e d m s o 的赞助下，于1 9 9 7 年初交付了 r t i 第一版f 0 ，该产品主要验证鞠认的可行性i 埘： 美国的r t i s ( 即s t o w - r t i ) ，实现了除t m 和o 、珊4 m 之外的所有功能n 2 l ； 美国1 9 9 6 年9 月开始研制r n l 0 ，1 9 9 8 年7 月全面推出的r t l l 3 第3 版， 提供了h l a 接口规范1 3 中的所有服务主要有s o l a r i s2 6 s p a r c 、c o r b a s o l a r i s2 6s p a r e 、s o l a r i s2 6x 8 6 、s o l a f i s2 5s p a r e 、j a v as o l a r i s2 5 s p a r e 、a d a 9 5s o l a f i s2 5s p = c 、i l i x6 4 、i r i x6 3 、k i x6 2 、w i n 3 2w i n n t 4 0 m s v c + + 5 0 、l i n u x 2 0 3 4 ( r e c t a 5 1 ) 、a i x 4 2 等版本p 9 l ： r q i1 3 ng ：是d i m s o 襁m1 3 版本的基础上推出的新一代r = n 软件。1 9 9 9 年 1 2 月美国推出了经过全面测试的r t i - n g1 3 v 2 ，之后又陆续推出- f r t i - n g 1 3 v 3 1 、r 【i n g1 3 v 3 2 、r t i - n g1 3 v 4 、r ：n - n g1 3 v 5 及r t i - n g 1 3 v 6 1 2 9 1 ； 2 0 0 2 年l o 月d m s o 决定将r t i 产品的供应及相关支持移交给工业界， v i r t u a lt e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ( v t c ) 和s c i e n c ea p p l i c a t i o n si n t e r n a t i o n a l c o r p o r a t i o n ( s a i c ) 联合从d m s o 接过了r t i 产品的供应及相关支持，并 在r t i n g 技术的基础上，推出了商业化的r t i 产品r t i - n g p r o ； 美国的m a - kt e c h n o l o g i e s 公司于9 8 年4 月2 8 日发布了第一个商业的r t i 软件m a k r t i ，2 0 0 3 年3 月推出了m a k r t l 2 0 1 n g c ，该版本与d m s o 的 r _ n g1 3 v 6 兼容m a k r t i 可以屏蔽数据分发管理、时间管理等功能， 从而可大幅度提高系统的效率口2 1 ； 瑞典p i t c h 公司于1 9 9 9 年推出了经d m s 0 认i 正的p r t i1 3 ，随后又于2 0 0 1 年 1 2 月推出了全球第一个完全符合皿e1 5 1 6 标准的p r t i1 5 1 3 】； 美国c y b e m e t s y s t e m s 公司于2 0 0 2 年1 1 月推出了符合i e e e l 5 1 6 标准的完 整的r t i 软件o p e n s k i e s l “l ： g e o 画at e c hr e s e a r c hc o r p o r a t i o n 于2 0 0 0 年推出了联邦仿真开发包f d k ( f e d e r a t e ds i m u l a t i o n sd e v e l o p m e n tr i o3 0 ，f d k 是一组用于支持r t i 开发 的库，它主要面向并行与分布仿真系统，特别是运行于高性能计算平台上 的联邦仿真系统的开发 3 j , 3 6 1 ； 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 英r 司m o d ( m i n i s t e r o f d e f e n s e ) 为了深入研究i ，a 标准，于1 9 9 8 年自行开发 出了基于c o r b a 的r t l d a e ( 原型系统) 3 7 1 ，并在该原型系统上进行了 h a s h l a m p 项目的仿真联邦开发测试，验证i i l a 的可用性和易用性其后 在利用g e o r g i a 大学的r ：t 系统的基础上，将r = 】限l i t e 扩充为基于c o r b a 的u k - - g t i ( 支持r t i 标准1 3 ) ； 日本、澳大利亚等国也在对琢，a 瓜进行研究，并开发了自己的r t i 原型系 统m 】： 在我国，h l a 规范一发布即受到了有关单位的重视，不少单位对h l a r t i 开展了卓有成效的研究工作，如国防科技大学的银河r n ( - r = ) i l l 3 s 4 2 1 、 s t a r l i n k 4 3 j 、k d - r t i t 4 4 及航天科工集团二院仿真中心的s s s - r 嗍，还 有北京航空航天大学、北京理工大学、南京陆军指挥学院、国防大学、装 甲兵工程学院、哈尔滨工业大学等工作；台湾当局也非常重视x t h l a m t i 的研究和应用，美国国防部d m s o 还专门成立了一个小组来对台湾建模和 仿真能力进行评估和指导1 本课题组( 国防科技大学计算机学院高性能分布仿真系统课题组) 是国内较旱 对r 软件进行研究的单位。从1 9 9 7 年开始课题组就重视对i a 技术的跟踪和研究， 重点研究了仿真系统组成、r t i 软件实现中的数据分发、时间管理以及邦元范型框 架、实体迁移等关键问题，并取得了一系列的科研成果，1 9 9 9 年底通过国家鉴定的 银河高性能分布仿真 t 1 3 s 4 2 ，2 0 0 0 年获得军队科技进步一等奖( 2 0 0 0 d z l 0 3 5 ) 。以 脚为框架的l 卫星移动网络综合仿真软硬件平台”，在2 0 0 4 年6 月通过鉴定， 获得军队科技进步三等奖银弼l 缸a 瓜分布仿真平台为进一步开展 m a 技术的相 关研究打下了基础 目前i r a g t i 主要用于军事训练、武器系统设计与开发过程的评估、作战仿真 和采办等： s t o w ( s y n t h e r i e t h r e a t o f w a r ) 项目【珞1 5 1 的目的在于研究大规模高解析( 实 体级或武器仿真平台级) 仿真对指挥与参谋人员联合训练以及任务预演的 支持能力英国作为一个合作伙伴参加了技术开发和军事演练全过程。演 示了天气变化、球形地面、自动化合成兵力指挥、动态目标、智能传感器 以及与真实c i 系统的连接等多项功能 j s i m s ( j o i ms i m u l a t i o i ls y s t e m ) 计划i i d 1 主雾目的是为各兵种的训练与教 育提供包括各任务、各阶段的逼真联合训练支持仿真领域包括；海、陆、 空、空间与特种操作，仿真的级别包括战场操作、战术与决策。可以完成 第9 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 的仿真任务包括：训练、战术演练以及教育等系统提供一个全面且可信 的联合合成战场( j b i n ts y n d i cb a t t l e s p a c e ，j s b ) ，支持从国家战略到具体 战术一级的仿真，并支持整个战场各个阶段的仿真，如：动员、部署、雇 佣、补给与重新部署等各阶段 j t c t s ( j o i n t t a c t i c a lc o m b a t t r a i n i n g s y s t e m ) 口l 用来代替已经过时的q o p c u n 和其他海军和空军的战术训练系统，是由美国海军为主建立的海战和 空战相结合的仿真系统，采用开放的、分布式处理结构。 “千年挑战2 0 0 2 ( m i l l e n n i u m c h a l l e n g e 2 0 0 2 ) 阱2 6 】联合军事演习中美国武装 部队的陆、海、空、海军陆战队和特种部队都参与其中美国防部和国会 利用此次演习对美军在情报共享、协同作战和快速反应等方面的六个新概 念，包括“基于效果的军事行动”、“快速