（计算机软件与理论专业论文）分布式仿真高层体系结构（hla）核心rti测试与分析.pdf

分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t ! 测试与分析 y5 8 1 9 0 6 摘要 分布式交互仿真指采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过局域网和广域网将 分布在各地的各种仿真器互连，使人可参与交互作用的一种综合环境。经过几十年的发展， 分布式仿真技术目前已成功地应用于医学、军事、航空、设计制造业、建筑、教育及娱乐等 众多领域。同时对分布式仿真技术本身的研究也得到了广泛地开展，自从上世纪8 0 年代以 来逐步出现了s i m n e t 、a l s p 、d i s 、a d s 等标准和技术，但是利用这些技术和标准开发 的仿真应用只有有限的可重用性和互操作性，不能满足越来越复杂的作战仿真应用。因此为 了提高各种仿真应用的可重用性和互操作性，美国国防部于1 9 9 5 年发布了建模与仿真计划， 决定在国防部范围内建立一个通用的开放的仿真技术框絮，而h l a ( h i g hl e v e l a r c h i t e c t u r e ， 高层体系结构) 是此技术框架的核心。在1 9 9 6 年8 月美国国防部完成了h l a 标准的基础 定义，并于2 0 0 0 年1 0 月被i e e e 接受为i e e e p l 5 1 6 、i e e e p l 5 1 6 1 、i e e e p l 5 1 6 2 系列标 准。 h l a 标准由规则、接口规范、对象模型模板三部分组成，而r t i ( r u n t i m ei n f r a s t r u c t u r e ， 运行时底层结构) 是实现h l a 标准中接口规范的软件，它以类似于分布式操作系统为应用 程序提供服务的方式给仿真应用提供了联邦管理、声明管理、对象管理、时间管理、数据分 发管理、所有权管理和支持的服务等七组服务，但是r t i 本身并不属于h l a 标准。目前有 很多研究团体和个人致力于开发r t i 软件现有较为典型的r t i 软件包括d m s or t ，p i t c h 公司p r t l l 3 、p r t l l 5 1 6 ，m a _ k r t i ，以及北京航空航天大学的d v er t i 等，但是这些r t i 软件往往不是共享或开放源代码的。为了满足扩展性的需求，我们根据h l a1 3 接口规范标 准自行开发了具有高度可扩展性的r t i 软件c a d r t i 。 c a d r t l 作为一个软件产品，和其它所有的软件类似，有必要对它进行功能测试从而发 现软件本身中的错误和缺陷，c a d r t i 开发者可以根据功能测试结果来改进软件本身。同时 由于c a d r t i 是根据h l a1 3 开发的软件，因此c a d r t i 功能测试的主要目的是验证 c a d r t l 与h l a1 3 接口规范的一致性。为了对c a d r t i 进行功能测试，本文设计并实现了 r t i f u n c t e s t 功能测试平台，同时为r t i 中的每组服务都设计了一系列的测试流程。 在另外一方面h l a 接口规范虽然定义了r t i 应该实现哪些功能提供哪些服务，但是 h l a 标准并没有规定这些功能和服务的具体实现方式，因此r t i 软件的开发者可以自由选 择不同的实现方式( 包括不同的网络拓扑结构、进程模型、时间管理算法、数据分发算法等) 来实现他们的r t i 软件。而不同的内部实现方式则会影响r t i 软件的速度、资源需求、稳 定性、可扩展性、用户性能等方面的性能指标，而不同的仿真应用具有不同的r t i 性能指标 要求，因此对r t i 软件进行性能铡试，提供一组性能指标测试结果，可以帮助r t i 软件的 用户根据他们的仿真需求选择不同的r t i 软件产品。同时对r t l 软件的开发者而言，通过 对r t i 本身进行性能测试和性能分析，可以发现他们的r t i 软件产品的性自酬e 颈，通过改 进影响r t i 性能的某些内部实现，可以达到最终提高性能的目的。本文设计了r t l p e f f r e s t 和r t i s c a l a b i t i t y t e s t 铡试平台，其中r t i p e r f l e s t 测试平台主要用于测试r t i 在延迟、吞吐 量、丢包率、c p u 资源需求、网络带宽需求以及稳定性等性能指标，而r t i s c a l a b i l i t y t e s t 测试平台则主要用于测试r t i 在可扩展性方面的性能，利用这两个测试平台对d m s or t i 、 d v e _ r t i 和c a d r t i 进行了性能测试并得到了一组量化的性能测试结果，同时本文还从 c a d r t i 的内部实现方式包括它所采用的网络拓扑结构、进程模型、时间管理算法、数据分 发算法等方面出发，对c a d r t i 的性能进行了分析。 最后本文利用c a d r t i 开发了一个符合 a 标准的仿真应用f o o d f i g h t ，此仿真应用 使用了c a d r t l 提供的所有七组服务，因此这实际上也是对c a d r t i 进行了应用层次上的 剃页鬻纛粤师髓纫全文公布 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 测试，同时通过f o o d f i g h t 的开发经验，也了解到基于h l a 标准的仿真应用的具体开发流 程。 关键词：分布式交互仿真，高层体系结构，接口规范，运行时底层结构( r t i ) ，服务， 功能测试，性能测试，仿真应用 第2 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 a b s t r a c t d i s t r i b u t e di n t e r a c t i v es i m u l a t i o ni so n ek i n do fs y n t h e s i z e de n v i r o n m e n tw i n c hu t i l i z e s c o n s i s t e n ts t r u c t u r e s ，s t a n d a r d s ，p r o t o c o l sa n dd a t a b a s e s i nt h i se n v i r o n m e n t ，a l ik i n d so f s i m u l a t o r sd i s t r i b u t e da l 】o v e rt h ew o r l da r ec o n n e c t e dw i t he a c ho t h e rt h r o u g hl o c a la r e an e t w o r k a n dg l o b a la t e an e t w o r k a n dh u m a nb e i n g sc a ni n t e r a c tw i t ht h e s es i m u l a t o r s a f t e rs e v e r a l d e c a d e s d e v e l o p m e n t ，t h et e c h n o l o g y o fd i s t r i b u t e di n t e r a c t i v es i m u l a t i o nh a sb e e ni _ l s e d s u c c e s s f u l l yi nv a r i o u sa r e a si n c l u d i n gp h y s i c ，m i l i t a r ya f f a i t s ，e d u c a t i o n ，e n t e r t a i n m e n ta n ds oo n a n da tt h es a m et i m e t h es t u d yo ft h et e c h n o l o g yi t s e l fh a sa l s ob e e nw i d e l yd e v e l o p e d ，s i n c e 1 9 8 0 s ，t h es t a n d a r d so fs i m 卜i e t a l s p , d i s a d sh a v eb e e ne s t a b l i s h e d b u tt h es i m u l a t i o n s d e v e l o p e dw i t ht h e s et e c h n o l o g i e sh a v eo n l yl i m i t e dr e u s a b i l i t ya n di n t e r o p e r a b i l i t y , s ot h e s e s t a n d a r d sc a l ln o ts a t i s 竹t h er e q u i r e m e n t so fc o m p l e xs i m u l a t i o n s i no r d e rt o i r e p r o v et h e r e u s a b i l i t ya n di n t e r o p e r a b i l i t yo f t h es i m u l a t i o n s ，t h eu sd e p a r t m e n to fd e f e n e e1 a u n c h e dt h e m o d e l l i n ga n ds i m u l a t i o np l a ni n1 9 9 5a n da i m e d t oc o n s t r u c ta nu p e na n dg e n e r a l i z e df r a m e w o r k o fs i m u l a t i o nt e c h n o l o g y , a n dh i g hl e v e la r c h i t e c t u r ei st h ek e yo ft h i sf r a m e w o r k o na u g u s t 1 9 9 6 t h ed e f m i t i o no f t h e h l as t a n d a r d w a s f i n i s h e d a n do n o c t o b e r 2 0 0 0 i t w a sa d o p t e d a s t h e l e e e p l 5 1 6 、i e e e p l 5 1 6 1 、i e e e p l 5 1 6 2s t a n d a r d sb v i e e e t h eh l as t a n d a r di sc o n s i s t e do ft h r e e c o m p o n e n t s ：h l ar u l e s h l ai n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o na n do b j e a tm o d e lt e m p l a t e a n dt 1 1 es o f t w a r ei m p l e m e n 廿n gt h eh l ai n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o ni s r u n t i m ei n f r a s t r u c t u r e w h i c hp r o v i d e st h es i m u l a t i o n sw i t hs e v e ng r o u p so f s e r v i c e s ( f e d e r a t i o nm a n a g e m e n t ，d e c l a r a t i o nm a n a g e m e n t ，o b j e c t m a n a g e m e n t ，t i m e m a n a g e m e n t ，d a t ad i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t , o w n e r s h i pm a n a g e m e n ta n ds u p p o r ts e r v i c e s ) a t t h es k l n ew a ya st h ed i s t r i b u t e do p e r a t i o ns y s t e mp r o v i d e ss e r v i c e sf o ra p p l i c a t i o n s b u tt h er t i j t s e l fi sn o to n ep a r to ft h eh l as t a n d a r d a tt h ep r e s e n tt i m e m a n yr e s e a r c h e r sa r ed e v o t e d t h e m s e l v e st ot h ed e v e l o p m e n to f t h er t is o f t w a r e ，a n dt h ed m s o r t i ，p r t i1 3 ，p r t i1 5 1 6a n d m a kr t ia r et y p i c a lr t is o f t w a r e ，b u tm o s to f l h e ma r en o tf r e eo rs o u r c e 0 d e n o d t om e e t t h e d e m a n d so fs c a l a b i l i t y , w eh a v ed e v e l o p e do u ro w nr t is o f t w a r e ：c a d r t lw h i c hi sb a s e do n h l a1 3a n dh a sh i g hs c a l a b i l i t y a sas o f t w a r ep r o d u c t ，w em u s tc a l t yo u tf u a c t i o nt e s to nc a d r t ii u s tl i k ea l lo t h e rs o f t w a r e p r o d u c t st of i n dt h eb u g so fi t t h ed e v e l o p e r so fc a d r t ic a l la m e l i o r a t et h es o f t w a r eo nt h e b a s i so ff u a c t i o nt e s t sr e s u l t s a n ds i n c ec a d r t ii st h es o f t w a r ef o u n d e do nh l a 1 1 3 s ot h e m a i n p u r p o s eo f t h ec a d r t i s f u n c t i o nt e s ti st ov e r i f yt h ec o n s i s t e n c yo f c a d r t ia n dh l a i 3 i n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n t o i m p l e m e n tt h ef u n c t i o nt e s to ft h ec a d r t i w eh a v er e a l i z e da n r t i f u n c t b s t p l a t f o r ma n dd e s i g n e ds e v e r a lt e s tf l o w sf o re a c hg r o u po f s e r v i c e s o nt h eo t h e rs i d e ，t h o u g ht h eh l a i n t e r f a c es p e c i f i c a t i o nd e f i n e sw h a ts e r v i c e sr t is h o u l d p r o v i d e ，i t d o e sn o t p r e s c r i b e dh o wt h e s es e r v i c e ss h e u l db ei m p l e m e n t e di nr t is ot h e d e v e l o p e r so fr t is o f t w a r ec a nc h o o s ed i f f e r e n ti n t e r i o ri m p l e m e n t a t i o n sf r e e l y b u td i f f e r e n t i m p l e m e n t a t i o n s w i l la f f e c tt h e s p e e d ，r e s o u d t zr e q u i r e m e n t , s t u b i l i t y , s c a l a b i l i t ya n du s e r p e r f o r m a n c eo f t h er n s o f t w a r e t h ep r o c e s sa n dt e s tr e s u l t so f r t is o f t w a r e sp e r f o r l t l a 1 c et e s t c a nn o to n l y h e l pt h eu s e r so f r t is o f t w a r et oc h o o s ed i f i e r e n tr t io nt h eb a s i so f t h es i m u l a t i o n s r e q u i r e m e n t s ，b u ta l s oh e l pt h ed e v e l o p e r so f 尉r is o l i w a r et of i n dt h ew a y st o i m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo ft h e i rr t ls o i t w a r e w eh a v ei m p l e m e n t e dt h er t i p e r f r e s ta n d r ! n s c a l a b j i j t y t e s t p l a t f o r mt ot e s tr t i sl a t e n c y , t h r o u g h p 咄l o s s r a t e ，s t a b i l i t y , s c a l a b i l i t ya n ds oo n a tt h es a m e 第3 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 t i m e ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ep e r f o r m a n c eo fc a d r t if r o mt h ea s p e c to ft h en e t w o r kt o p o l o g y , p r o c e s sm o d e l ，t i m em a n a g e m e n ta l g o r i t h m ，a n dd a t ad i s t r i b u t e da l g o r i t h m f i n a l l yw eh a v ed e v e l o p e das i m u l a t i o na p p l i c a t i o nf o o d f i g h tw h i c hu s e sc a d r t ia n d t a l l i e sw i t ht h eh l a1 3s t a n d a r d ，t h i ss i m u l a t i o nh a su t i l i z e dm o s to ft h es e r v i c e sc a d f u i p r o v i d e s ，s oi nf a c tt h ef o o d f i g h ta p p l i c a t i o ni st h e t e s to f c a d r t io n h i g hl e v e l k e y w o r d s ：d i s t r i b u t e d i n t e r a c t i v e s i m u l a t i o n ，h i 曲l e v e la r c h i t e c t u r e ，i n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o n ，r u n - t i m ei n f r a s t r u c t u r e ，s e r v i c e s ，f u n c t i o nt e s t ，p e r f o l t n a n c et e s t ，s i m u l m i o n a p p l i c a t i o n 第4 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 第一章绪论 1 1 分布式交互仿真的发展和h l a 的出现 计算机仿真是指用计算机程序来模拟现实世界或虚拟世界的一门综合性技术，它以相似 性原理、信息技术、系统技术等专业技术为技术基础，具有的经济、省时、安全、保密、可 重用性等特点。同时随着计算机网络技术的快速发展，出现了分布式交互仿真的概念。分布 式交互仿真指采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过局域网和广域网将分布在各 地的各种仿真器互连，使人可参与交互作用的一种综合环境。经过几十年的发展，分布式仿 真技术已经渗透到了社会生活的各个方面，目前已成功地应用于医学、军事、航空、设计制 造业、建筑、教育及娱乐等众多领域。同时对分布式仿真技术本身的研究也得到了广泛地开 展，图1 1 显示了分布式交互仿真的发展历史，如图所示，自从上世纪8 0 年代以来逐步出 现了s i m n e t 、a l s p 、d i s 、a d s 、h l a 等标准和技术，在本小节的剩余部分将简单介绍 这些技术和标准并分析它们各自的特性。 d 1 5 ；1 于始 “。- ” a l s p l h l a l 3h l a 。5 5 5 1 5 1 6 l1 g 灏i 赫l 麓灏鞣鬻添黼阐瀚 戮澜霹醚灏潲l 冀涮1 | ! 潮麓鬻 图1 - 1 分布式交互仿真发展历史 s i m n e t ( s i m u l a t i o nn e t w o r k ) ：s i m n e t 是最早的一个分布式交互仿真系统。在二十 世纪8 0 年代中期，美国国防部高级国防研究项目组( d a r p a ，d e f e n c ea d v a n c e dr e s e a r c h p r o j e c t s a g e n c y ) 启动了s i m n e t 项目，目标是开发一个供军事训练使用的低价格、联网的 分布式军用虚拟环境，主要用于仿真训练装甲部队及空军部队的协同作战能力。在s i m n e t 中，每个仿真器模拟一架坦克、一架飞机或一辆战车，这些仿真器之间通过计算机网络互相 连接，并且通过网络进行信息交互而共存在一个共享的仿真环境中。s i m n e t 采用了以下四 个主要原则：( 1 ) 基于战争实体所有权的分布式计算；( 2 ) 避免单个关键资源竞争；( 3 ) 基 于，“播通讯方式；( 4 ) 所有仿真问共享一个有限的战争实体属性集。到1 9 8 9 年，s i m n e t 已将分布于美国和德国的1 1 个基地，包括2 6 0 个m 1 a 1 坦克和布雷德利战车等的仿真器、 指挥控制中心和数据处理设备互联，形成了世界上第一个分布式虚拟战场环境。 a l s p ( a g g r e g a t e - l e v e l s i m u l a t i o n p r o t o c 0 1 ) ：a l s p 也是由美国国防部提出的，它的 目标是使现有的多个聚合级作战仿真应用可以通过局域网或广域网相互交互。在二十世纪 9 0 年代初，d a r p a 赞助m i t r e 开始研究如何设计已有的大规模聚合级作战仿真间的通用 接r a 。a l s p 系统是m i t r e 的主要研究成果之一，此系统吸取了s i m n e t 技术中的些原 则。另外由于聚合级仿真对时间和数据管理有特别的需求，a l s p 提供了额外的时间管理服 务和数据管理服务来满足这些需求。在a l s p 中，有一系列的时间管理服务协调仿真时间并 保证仿真事件的因果正确性，同时a l s p 允许每个仿真自己选择内部数据表示方法，但是仿 真间的共享数据以种通用的表示方法表示从而确保每个仿真都能准确地使用这些共享数 据。a l s p 也得到了广泛的应用，j t c ( j o i n t t r a i n i n g c o n f e d e r a t i o n ) 是基于a l s p 最典型的 第7 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 应用。a l s p 的缺点在于它的不灵活性，为了在一个仿真应用中增加一个仿真子系统，可能 需要修改原仿真应用中的某些内容。 d i s ( d i s t r i b u t e di n t e r a c t i v es i m u l a t i o n ) ：d i s 是基于s i m n e t 开发的，但是d i s 比 s i m n e t 具有更大的通用性。在s i m n e t 中，仿真中的所有仿真设备都必须是使用相同技 术的同一类型设备，但是d i s 允许使用不同技术的不同类型仿真器同时存在于仿真中。在 1 9 9 3 年，d i s 被制定为i e e e1 2 7 8 系列标准。d i s 具有以下基本特点：( 1 ) 仿真中具有多个 实体；( 2 ) 仿真中不存在中心节点；( 3 ) 每个仿真节点自治；( 4 ) 使用标准通讯协议；( 5 ) 仿真节点能对接收信息进行预测；( 6 ) 仿真节点在本地维护了其它节点状态。尽管和s i m n e t 相比d i s 有了很大的改进，但是把d i s 应用于开发火规模仿真系统时，还是会出现以下问 题：( 1 ) 大规模仿真系统对带宽和计算资源的需求很高；( 2 ) 在应用层需要对不同的媒体类 型进行不同处理；( 3 ) d i s 缺少处理静态对象的有效方法：( 4 ) 在每个仿真实体上都必须复 制所有模型数据和场景数据。 a d s ( a d v a n c e dd i s t r i b u t e ds i m u l a t i o n ) ；某些仿真应用对时间管理和数据传输率的要 求很高，因此d i s 并不适用于开发这种类型的仿真应用。a d s 是对d i s 的改进，它具有和 d i s 相同的一些基本特点，但是允许仿真运用使用没有包括在d i s 标准内的另外一些协议和 方法，它能同时支持虚拟、真实和构造性实体。和d i s 相比，a d s 更抽象化因此灵活性也 更大可以把d i s 看成是a d s 概念的一个实现，下面将提到的h l a 也可以看成是a d s 概 念的另外一个实现。 s p l 矾e ( s c a l a b l ep l a t f o r m 如rl a r g ei n t e r a c t i o nn e t w o r k e de n v i r o n m e n t s ) ：m e r l ( m i t s u b i s h ie l e c t r i cr e s e a r c hl a b o r a t o r i e s ) 研究人员设计和实现了s p l i n e 中间件系统，这 个系统有以下这些特点：( i ) 支持多用户：( 2 ) 支持语音交互；( 3 ) 支持3 d 图形界面和声 音；( 4 ) 支持在运行时动态修改环境配置：( 5 ) 在网络层和应用层都具有开发接口。但是由 于s p l i n e 是基于s i m n e t 和d i s 开发的，在d i s 系统中存在的很多问题在s p l i n e 还是 存在。 h l a ( h i i g h l e v e la r c h i t e c t u r e ) ： s i m n e t 、d i s 、a l s p 都是同类功能仿真应用( 武 器平台、模拟仿真器、计算机生成兵力c g f 、聚台级仿真模型) 互联，只有有限的互操作 性，不能满足越来越复杂的作战仿真需求。为此，美国国防部1 9 9 5 年发布了建模与仿真计 划，决定在国防部范围内建立一个通用的开放的仿真技术框架，来保证国防部范围内的各种 仿真应用之间的互操作性和重用性，以达到根据不同的仿真应用需求，快速、简单、低价地 利用可重用仿真组件构建新的复杂仿真应用系统的目的。技术框架的核心是高层体系结构 ( h i g h l e v e l a r c h i t e c t u r e ) 。h l a 在1 9 9 6 年8 月完成h l a l t 3 基础定义，随后为北约各国采 纳，并于2 0 0 0 年1 0 月被i e e e 接受为i e e e p l 5 1 6 、i e e e p l 5 1 6 ，1 、i e e e p l 5 1 6 2 系列标准。 美国国防部规定2 0 0 1 年后所有国防部门的仿真必须与h l a 相容。美国国防部开发的新一代 联合模拟系统j s m i s ( j o i n ts i m u l a t i o ns y s t e m ) 就采用的是h l a 框架。j s m i s 提供了个 大规模的集成多军种联合作战模拟系统。目的是为了训练高层实战指挥官；建立和发展新的 军事战略和战术理论：规范描述和评估作战计划；进行各种作战任务的多兵种实战演习；定 义战时军需供应等等。 因此h l a 是一个通用的技术框架，它的出现是分布式交互仿真技术不断发展以及分布 式交互仿真应用对仿真技术的要求不断提高的结果，它能较好地满足现代仿真对互操作性、 可重用性和可扩展性的需求。在h l a 出现之后，美国国防部就把它作为所有d o d 仿真的技 术体系标准，虽然开始h l a 主要被应用于国防军事领域，但随着h l a 的不断发展和h l a 技术的日趋成熟，h l a 技术在交通、娱乐等其它领域也开始得到了广泛的应用。 第8 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 1 2h l a 概述 1 2 1h l a 的发展及现状 图1 2 简单描述了h l a 标准的发展过程。其实h l a 标准的开发可以追溯到1 9 9 4 年， 当时d a r p a 组织项目组中的程序测试小组根据当时的分布式仿真技术需求对之前所使用的 体系结构进行了评价性测试和回顾。参考了这些测试结论，程序测试小组在1 9 9 5 年3 月提 出了h l a 标准的初始定义。此时体系管理组( a m g ：a r c h i t e c t u r em a n a g e m e n tg r o u p ) 开 始负责h l a 标准的制定和开发，a m g 组成员来自于各个d o d 建模与仿真小组，他们通过 在h l a 环境下运行各种仿真程序以发现h l a 标准初始定义中存在的问题，从而对这些定 义进行修改。1 9 9 6 年8 月，经过不断地修改和验证，a m ( 3 小组完成了h l a 标准的基准定 义，在同一年9 月，d m s o 规定之后所有的d o d 仿真都必须和h l a 相容。在随后的一年 多时间中，h l a 标准得到了不断的改进并在改进过程中形成了h l a v l 1 、h l a v l 2 和h l a v 1 3 标准，我们的c a dr t i 就是根据h l a v l ，3 标准进行开发的。在1 9 9 7 年6 月h l a 开始 了i e e e 标准化过程，并于2 0 0 0 年1 0 月被正式采纳为1 e e ep 1 5 1 6 、1 e e ep 1 5 1 6 1 、1 e e e p 1 5 1 6 2 系列标准，其中i e e ep 1 5 1 6 介绍了h l a 标准的框架和规则，i e e ep 1 5 1 6 1 介绍了 h l a 标准的接口规范，i e e ep 1 5 1 6 2 介绍了h l a 标准的对象模型模板。 技术需求 之前的体 系结构 程序测试组 9 9 0 i e e e p 1 5 1 6 草案 通过投票 9 9 1 2 正式 通过i e e e 投票 虬 2 0 0 0 0 9 正式成为 h l a 初始定义：9 7 6 删 z d i e e e 标准化： i 既1 5 1 6 标准 li l 阶段1 ：初始定义：阶段2 ：基准开发：阶段3 ：技术转换 ：阶段4 ：制定为i e e e 标准 圈1 - 2 皿a 发展历史 随着h l a 标准的完善，d m s o 把工作重点从开发h l a 标准逐步转移到h l a 的实现上。 在这个过程中，d m s o 开发了很多软件，包括对象建模工具，r t i 软件等。在下一小节中将 介绍h l a 标准的组成框架。 1 2 2h l a 组成框架 图1 - 3 是一个典型的基于h l a 仿真应用的体系结构。在图中我们可以看到h l a 涉及的 几个重要基本概念，在h l a 中，把为实现某个特定仿真目的而组织在一起并彼此进行交互 作用的仿真系统、支撑软件和其它相关部件总称为f e d e r a t i o n 即联邦，而把组成联邦的各个 仿真应用子系统称为f e d e r a t e 即联邦成员。h l a 由三部分组成：( 1 ) 规则；( 2 ) h l a 接口 规范；( 3 ) 对象模型模板。其中联邦规则确保同一联邦中的联邦成员即仿真实体能进行正确 的交互，同时描述了联邦成员的责任。接口规范定义了r t i 应该提供的服务，同时也定义了 每个联邦成员必须提供的“回调”服务。对象模型模板提供了一个记录信息的通用方法，它 主要规定了联邦对象模型、仿真对象模型以及管理对象模型的格式。 第9 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 图1 - 3t t l a 仂真应用的体系结构 规则：h l a 规则一共十条，它们描述了联邦成员的责任以及联邦成员和r t i 之间的关 系，其中五条是联邦规则，另外五条是联邦成员规则。 五条联邦规则如下： 1 每个联邦都应该具有一个用h l a 对象模型模板描述的h l a 联邦对象模型； 2 在联邦中，所有f o m 对象的表示应该由联邦成员来实现，而不是由r t i 实现： 3 在联邦运行过程中，联邦成员间f o m 数据的交换应该通过r t i 实现； 4 在联邦运行过程中，联邦成员和r t i 之间的交互应该符合h l a 接口规范； 5 在联邦运行过程中，在某个时刻，某个对象实例的某个属性的所有权只能属于一个 联邦成员。 五条联邦成员规则如下： 1 每个联邦成员都应该具有一个用h l a 对象模型模板描述的h l a 仿真对象模型； 2 联邦成员能够按照s o m 中规定来更新和反映s o m 中实体的任何属性值，并且能 够向外部发送和从外部接收s o m 交互： 3 在联邦运行过程中，联邦成员能够根据s o m 中的规定动态地传递和接收属性的所 有权： 4 联邦成员能够根据s o m 中的规定动态地改变提供对象属性更新值时的环境； 5 联邦成员能够管理它们的本地时间来协调与同一联邦中其它联邦成员间的数据交 换。 任何一个符合h l a 标准的联邦应用中的联邦和联邦成员都必须满足这十条规则，因此 在联邦应用设计开发实现过程中，开发人员应该严格遵守这十条规则。在图1 - 3 中我们可以 看到联邦a 必须遵守h l a 标准中的五条联邦规则，而联邦a 中的所有联邦成员则必须遵守 h l a 标准中的五条联邦成员规则。 接口规范：h l a 接口规范规定了联邦中的联邦成员之间如何进行交互。接口规范包含 了两方面的内容：它既定义了h l a 的核心即r t i 应该提供的服务接口，又定义了联邦成员 应该提供的回调服务接口，这些回调服务提供给r t i 调用，联邦成员之间的所有交流都通过 调用r t i 的服务来实现。在图l - 3 中我f j 口- i 以看到每个联邦成员都通过调用r t i 软件提供的 第1 0 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 服务进行交互，从而完成仿真任务，而每个联邦成员同时也提供了一组回调服务给r t i 调用， r t l 提供的服务和联邦成员提供的回调服务接口都必须和h l a 接口规范标准吻合。按照功 能划分，接口规范中定义的所有服务接口可以分为七组，即：联邦管理服务接口、声明管理 服务接口、对象管理服务接口、所有权管理服务接口、时间管理服务接口、数据分发管理服 务接口、以及一些支持的服务接口。在随后的章节中，会对这七组服务进行详细地介绍。 对象模型模板o m t ：对象模型模板提供了一个表示h l a 对象模型信息的通用方法。 在h l a 中，对象模型分为三种：联邦对象模型、仿真对象模型和管理对象模型。每个联邦 具有一个联邦对象模型，这个模型描述了联邦内所有联邦成员的共享信息( 如公共的对象类、 交互类等) ，同时也定义了在此联邦内联邦成员都遵守的一些规则( 如数据编码方式等) 。每 个联邦成员具有一个仿真对象模型，这个模型不仅描述了联邦成员所具有的特有特征和它所 能提供给外部的对象和交互，还描述了联邦成员的内部操作过程。管理对象模型是一个通用 的模型，它定义了管理一个联邦所需的对象类和交互类。对象模型模板是一种建模的标准化 的方法和技术，它使得模型的建立、修改、生成和管理变得更方便，从而这也增强了仿真资 源的可重用性。在图1 3 中我们可以看到挺个联邦a 具有一个联邦对象模型，而联邦中的每 个联邦成员都具有一个仿真对象模型。 1 2 3h l a 的优缺点 很多大规模的复杂仿真应用系统往往是由几个相对简单的仿真子系统组成，在很多情况 下，往往会发现已经存在某些仿真子系统，虽然这些仿真子系统本来是被开发应用于其它的 仿真需求。如果能重复利用这些仿真子系统，则在开发新的大规模仿真应用系统时，不必一 切都重新开发，而通过充分利用这些已有资源从而达到快速、高效开发的目的。但是在早期 的分布式仿真体系下，仿真资源的可重用性和互操作性往往很差。所谓仿真资源的可重用性， 指的就是仿真资源在不同的应用环境和应用目的中被重复利用的可能性，而仿真资源的互操 作性则和仿真资源的可重用性息息相关，它指的是被重复利用的仿真资源和其它仿真资源组 合时不需要对这些仿真资源本身的属性如它们的源代码等进行修改。对于一组互操作性较高 的仿真资源，能够很容易地被重新组合在一起组成一个新的仿真应用系统。 和其它的分布式仿真体系相比，h l a 能很好地提高仿真资源的可莺用性和互操作性。 h l a 标准中的三个组成部分( 即h l a 规则、接口规范和对象模型模板) 保证了基于h l a 体系开发的仿真子系统会具有较高的可重用性和互操作性，这进一步会增强资源的重复利 用，因此这最终能达到提高开发仿真应用系统效率的目的。 但是作为一项新技术，h l a 并不是十全十美的。首先，r t i 作为h l a 的核心，虽然 h l a 标准中对r t i 接口规范有了彻底全面的定义，但是对于仿真应用开发人员即r t i 软件 的使用者而言，r t i 的易用性并不强，如在某个仿真应用中为了更新某对象实例的属性值， 必须首先得到此对象实例句柄，接着需要得到所需更新的属性的句柄，然后需要对属性值进 行编码，进行系列的处理之后最终才能调用r t i 的u p d a t e a t t r i b u t e v a l u e s 服务正式发布更 新请求。而且r t i 软件往往象一个黑盒，仿真应用开发者不知道里面是如何具体运行的，冈 此也增加了仿真应用调试的复杂度。最近有很多研究人员致力于增强h l a 的易用性，某些 r t i 软件如p r t i 现在具有了图形用户界面并能记录r t i 内部操作日志，因此用户能更方便 地使用r t i 软件和对仿真应用进行调试。 其次，现在有很多不同的公司和研究人员致力于r t i 软件的开发，推出了d m s or t i ， p r t i ，m a kr t l 等r t i 软件版本，但是由于h l a 标准中并没有关于不同r t i 软件间互操 作性的定义，因此不同开发者开发的r t i 软件，甚至是同一开发团体开发的不同r t i 版本 之间往往不能实现互操作，所以使用不同r t i 软件的仿真应用系统间往往不能实现互相通 讯，对于这个问题现在有很多研究者提出了通用消息协议、r t i 桥等解决方案。 除了技术上的缺点，由于现在还不存在完全开发源码的且完全实现h l a 接口规范的r t i 第1 1 页 分布式仿真高层体系结构( h l a ) 核心r t i 测试与分析 软件，这在某种程度上限制了h l a 不能得到更广泛的应用。 1 3m a 核心r t i l 。3 1r t i 简介 r t i ( r u n t i m ei n f r a s t r u c t u r e ) 是实现h l a 标准中接口规范的