HLA仿真程序例程

1、HLA仿真程序設(shè)計(jì)1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具，以相似原理、信息技術(shù)以及各種相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的基本理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目的，建立(實(shí)際或設(shè)想)系統(tǒng)的模 型，并在不同的條件下，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行(實(shí)驗(yàn))的一門綜合性技術(shù)。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)經(jīng)成為系統(tǒng)能特別是大型系統(tǒng)分析、研究、測試、評(píng)估、研制和技術(shù) 訓(xùn)練的重要手段，并已廣泛應(yīng)用于國防、制造、能源、交通、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育、經(jīng)濟(jì)、天氣預(yù)報(bào)等各個(gè)行業(yè)的重要領(lǐng)域。從仿真硬件的角度講，計(jì)算機(jī)仿真大致經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段，即：模擬計(jì)算機(jī)仿真。模/數(shù)混合計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真。從仿真軟件的角度講，計(jì) 算機(jī)仿真可分為五個(gè)相互交叉的發(fā)展階段：仿

2、真軟件包和仿真語言、一體化仿真環(huán)境、智能化仿真環(huán)境、面向?qū)ο蟮姆抡?、分布式仿真?2 分布交互仿真是指采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫，通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，將分散在各地的仿真設(shè)備互聯(lián)，形成可參與的綜合性仿真環(huán)境。 計(jì)算機(jī)仿真通常可分為三種類型。及虛擬仿真、構(gòu)造仿真和真實(shí)仿真。虛擬仿真是指作戰(zhàn)人員操作仿真的武器系統(tǒng)進(jìn)行的作戰(zhàn)仿真，及人在回路中的仿真。構(gòu) 造仿真是指仿真中的所有實(shí)體均由計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生，及由仿真的人操作仿真的武器系統(tǒng)進(jìn)行的仿真。真實(shí)仿真是由真實(shí)的戰(zhàn)斗人員使用真實(shí)的武器系統(tǒng)和保障系統(tǒng)， 在盡可能真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境中進(jìn)行的作戰(zhàn)演習(xí)。分布交互仿真既可以是某種單一類型的仿真，也可以是幾種類

3、型的綜合。 3 HLA規(guī)則 HLA規(guī)則已成為IEEE M&S的正式標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為IEEE 1516?，F(xiàn)行的規(guī)則共有十條，其中前五條規(guī)定了聯(lián)盟必須滿足的要求，后五條規(guī)定了盟員必須滿足的要求。 聯(lián)盟規(guī)則： (1) 每個(gè)聯(lián)盟必須有一個(gè)聯(lián)盟對(duì)象模型，該聯(lián)盟對(duì)象模型的格式應(yīng)與HLA OMT兼容。 (2) 聯(lián)盟中，所有與仿真有關(guān)的對(duì)象實(shí)例應(yīng)該與聯(lián)盟盟員中描述而不是在RTI中。 (3) 在聯(lián)盟運(yùn)行過程中，各成員間的交互必須通過RTI來進(jìn)行。 (4) 在聯(lián)邦運(yùn)行過程中，所有聯(lián)盟成員應(yīng)按照HLA接口規(guī)范與RTI交互。 (5) 聯(lián)盟運(yùn)行過程中，在任一時(shí)刻，同一時(shí)刻，同一實(shí)例屬性最多只能為一個(gè)聯(lián)盟成員所擁有。 盟員

4、規(guī)則： (1) 每個(gè)聯(lián)盟成員必須有一個(gè)符合HLA OMT規(guī)范的成員對(duì)象模型。 (2) 每個(gè)聯(lián)盟成員必須有能力更新/反射任何SOM中指定的對(duì)象類的實(shí)例屬性，并能發(fā)送/接收任何SOM中指定的交互類的交互實(shí)例。 (3) 在聯(lián)盟運(yùn)行過程中，每個(gè)聯(lián)盟成員必須具有動(dòng)態(tài)接收和轉(zhuǎn)移對(duì)象屬性所有權(quán)的能力。 (4) 每個(gè)聯(lián)盟成員應(yīng)能改變其SOM中規(guī)定的更新實(shí)例屬性值的條件。 (5) 聯(lián)盟成員必須管理好局部時(shí)鐘，以保證與其他成員進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 4 HLA對(duì)象模型模板 HLA是一個(gè)開放的體系結(jié)構(gòu)，其主要目的是促進(jìn)仿真系統(tǒng)間的互操作，提高仿真系統(tǒng)及其部件的重用能力。為了達(dá)到這個(gè)目的，HLA要求采用對(duì)象模型 (Objec

5、t Model)來描述聯(lián)盟和聯(lián)盟中的每一個(gè)盟員，該對(duì)象模型可以采用各種形式描述，但HLA必須采用一種統(tǒng)一的表格-對(duì)象模型模板(OMT)來規(guī)范對(duì)象模型 的描述，OMT是HLA實(shí)現(xiàn)互操作和可重用的重要機(jī)制之一。 在HLA OMT中，HLA定義了兩類對(duì)象模型，一類是描述仿真聯(lián)盟的聯(lián)盟對(duì)象模型(FOM, Federation Object Model);另一類是描述聯(lián)盟成員的成員對(duì)象模型(SOM, Simulation Object Medel).這兩種對(duì)象模型的主要目的是促進(jìn)仿真系統(tǒng)間的互操作和仿真部件的重用。 (1) 聯(lián)盟對(duì)象模型(FOM) HLA FOM的主要目的是提供聯(lián)盟成員間用公用的、標(biāo)準(zhǔn)化

6、的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)范，它描述了在仿真運(yùn)行過程中將參與聯(lián)盟成員信息交換的對(duì)象類、對(duì)象類屬性、交 互類、交互類參數(shù)的特性。HLA FOM的所有部件共同建立了一個(gè)實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟成員間互操作所必須的“信息模型協(xié)議”。 (2) 成員對(duì)象模型(SOM) HLA SOM是單一聯(lián)盟成員的對(duì)象模型，它描述了聯(lián)盟成員可以對(duì)外公布或需要訂購的對(duì)象類、對(duì)象類屬性、交互類、交互類參數(shù)的特性，這些特性反應(yīng)了成員在參與聯(lián) 盟運(yùn)行是所具有的能力。基于OMT的SOM開發(fā)是以一種規(guī)范的建模技術(shù)和方法，它便于模型的建立、修改、生成和管理，便于對(duì)已開發(fā)的仿真資源的再利用，能 夠促使建模走向標(biāo)準(zhǔn)化。 5 聯(lián)盟管理 聯(lián)盟管理(Federa

7、tion Manange)是指對(duì)一個(gè)聯(lián)盟執(zhí)行的創(chuàng)建、動(dòng)態(tài)控制、修改和刪除等過程。在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，RTI和其他一些支持軟件構(gòu)成了一個(gè)綜合的仿真環(huán)境。在這 個(gè)環(huán)境中，可以運(yùn)行各種聯(lián)盟。聯(lián)盟管理也就是在此仿真環(huán)境中動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建、修改和刪除一個(gè)聯(lián)盟執(zhí)行。除了上述操作外，聯(lián)盟管理還包括聯(lián)盟成員間的同步，聯(lián)盟 的保存和恢復(fù)等內(nèi)容。聯(lián)盟執(zhí)行是指在聯(lián)盟(仿真系統(tǒng))運(yùn)行過程中，RTI根據(jù)聯(lián)盟成員的請(qǐng)求用一個(gè)指定的FOM及相關(guān)的聯(lián)盟細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟成員間互 操作而創(chuàng)建的一個(gè)虛擬世界。它實(shí)際是一個(gè)活動(dòng)的聯(lián)盟，因此它是一個(gè)和聯(lián)盟向?qū)?yīng)的，具有一定生命期的概念。 6 聲明管理 在DIS協(xié)議中，仿真系統(tǒng)間的交互是通

8、過互相發(fā)送PDU來實(shí)現(xiàn)的，而PDU的發(fā)送是采用廣播方式。因此在DIS系統(tǒng)中，當(dāng)互聯(lián)的仿真系統(tǒng)數(shù)量N增加 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的通信量將以N的平方的數(shù)量級(jí)增長，而且每個(gè)仿真系統(tǒng)在收到一個(gè)PDU后，都要判斷該P(yáng)DU是否是發(fā)給自己的，這個(gè)過程浪費(fèi)了大量的處理時(shí)間。由 此可見，DIS協(xié)議限制了構(gòu)建一個(gè)大型分布仿真環(huán)境的能力。 為了解決DIS協(xié)議中的問題，HLA采用了一種“匹配”(或稱“過濾”)機(jī)制，即數(shù)據(jù)“生產(chǎn)者”向RTI聲明自己所能“生產(chǎn)”的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)“消費(fèi) 者”向RTI訂購自己所需要的數(shù)據(jù)，有RTI負(fù)責(zé)在“生產(chǎn)者”和“消費(fèi)者”之間進(jìn)行匹配。RTI保證只將“消費(fèi)者”所需的數(shù)據(jù)傳遞給“消費(fèi)者”，這種匹配 可以在(

9、對(duì)象類和交互類)層次上進(jìn)行，也可以在實(shí)例(屬性實(shí)例或交互實(shí)例)層次上進(jìn)行。聲明管理(DM,Declaration Manangement)為聯(lián)盟成員提提供了類層次上的表達(dá)(發(fā)布或訂購)機(jī)制，數(shù)據(jù)分發(fā)管理(DDM,Data Distribution Management)則提供了實(shí)例層次上的表達(dá)機(jī)制，聯(lián)盟成員即可以單獨(dú)使用聲明管理，也可以將聲明管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理結(jié)合起來使用。當(dāng)單獨(dú)使用聲明管 理時(shí)，聯(lián)盟成員通過聲明管理服務(wù)向RTI表明自己的意圖(生產(chǎn)數(shù)據(jù)的意圖和消費(fèi)數(shù)據(jù)的意圖)，RTI負(fù)責(zé)在聯(lián)盟成員間進(jìn)行匹配，并將數(shù)據(jù)傳遞給正確的聯(lián)盟 成員. 7 對(duì)象管理 HLA對(duì)象管理(Object Mana

10、gement)實(shí)在聲明管理基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)象實(shí)例的注冊/發(fā)現(xiàn)、屬性的更新/反射、交互實(shí)例的發(fā)送/接收以及對(duì)象實(shí)例的刪除等功能。8 所有權(quán)管理 所有權(quán)關(guān)系指的是實(shí)例屬性和聯(lián)盟成員之間的一種關(guān)系，如果聯(lián)盟成員有權(quán)更新某個(gè)實(shí)例屬性的值，我們就稱給聯(lián)盟成員擁有該實(shí)例屬性，這種擁有關(guān)系也稱 為所有權(quán)關(guān)系。在聯(lián)盟執(zhí)行生命周期的任意時(shí)刻，一個(gè)實(shí)例屬性最多只能被一個(gè)聯(lián)盟執(zhí)行所擁有，當(dāng)然它也可能不被任何聯(lián)盟成員擁有。但是，唯一擁有實(shí)例屬性所 有權(quán)的聯(lián)盟成員才有權(quán)更新該實(shí)例屬性的值。 9 時(shí)間管理 時(shí)間是分布仿真中的核心概念。HLA 時(shí)間管理的出發(fā)點(diǎn)是在保證正確地實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟成員間仿真時(shí)間的協(xié)調(diào)推進(jìn)和數(shù)據(jù)交換的前提下，

11、定義了所需服務(wù)的最小集合。為此，HLA的時(shí)間管理建立在如下原則 之上： (1)在HLA聯(lián)盟中不存在通用和全局的時(shí)鐘，在聯(lián)盟執(zhí)行生命周期內(nèi)的任何時(shí)刻，不同的聯(lián)盟成員具有不同的仿真時(shí)間。 (2)聯(lián)盟中可以產(chǎn)生時(shí)戳是“未來”(即事件時(shí)戳大于成員當(dāng)前的邏輯時(shí)間)的事件。對(duì)象狀態(tài)的變化，也稱事件，包括屬性值更新、交互實(shí)例的發(fā) 送、對(duì)象實(shí)例化和刪除等，這些事件時(shí)有聯(lián)盟成員產(chǎn)生(通過調(diào)用RTI服務(wù))，并且這些事件的時(shí)戳應(yīng)該大于等于聯(lián)盟成員當(dāng)前的邏輯時(shí)間。 (3)使用邏輯時(shí)間的聯(lián)盟成員不能產(chǎn)生過去(即時(shí)間時(shí)戳小于成員當(dāng)前的邏輯時(shí)間)的事件。 (4) 不要求成員以時(shí)戳順序產(chǎn)生事件。一個(gè)聯(lián)盟成員可以先產(chǎn)生時(shí)戳為1

12、0的事件，再產(chǎn)生時(shí)戳為8的事件，但事件具體發(fā)生的順序一定是先8后10。10 數(shù)據(jù)分發(fā)管理 數(shù)據(jù)分發(fā)管理是基于仿真中的某些要求而提出的。比如，在防空仿真中，地面雷達(dá)只需要知道一定范圍內(nèi)的空情數(shù)據(jù)，因此代表飛機(jī)的仿真成員只需要根據(jù)地 面雷達(dá)的數(shù)據(jù)需求將制定地域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳遞給雷達(dá)成員即可，這樣避免了大量無用數(shù)據(jù)的傳輸，提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。在HLA中，RTI的聲明管理在對(duì)象類層屬性層次上為聯(lián)盟成員提供了表達(dá)數(shù)據(jù)發(fā)送和接受信息意圖的機(jī)制，而數(shù)據(jù)分發(fā)管理(DDM,Data Distribution Management)則在實(shí)例屬性層次上進(jìn)一步增強(qiáng)了聯(lián)邦成員精簡數(shù)據(jù)需求的能力。數(shù)據(jù)分發(fā)管理的目的是減少

13、仿真運(yùn)行過程中無用數(shù)據(jù)的傳輸和接受，從而 減少網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量，增強(qiáng)構(gòu)建大型虛擬世界的能力，同時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)管理也提高了仿真運(yùn)行的效率。 11 管理對(duì)象模型 為了便于在仿真運(yùn)行過程中對(duì)RTI、聯(lián)盟及聯(lián)盟成員進(jìn)行監(jiān)控和管理，HLA定義了管理對(duì)象模型(MOM,Management Object Model)。管理對(duì)象模型描述了一種機(jī)制，這種機(jī)制使得對(duì)聯(lián)盟執(zhí)行的管理和監(jiān)控信息，能夠以一種與聯(lián)盟成員間的交互一致的方式在聯(lián)盟執(zhí)行中傳遞。聯(lián)盟成 員和RTI可以利用管理對(duì)象模型監(jiān)視各聯(lián)盟成員和RTI的運(yùn)行，獲取相應(yīng)的狀態(tài)信息，同時(shí)還可以利用管理對(duì)象模型來控制RTI、聯(lián)盟乃至單個(gè)聯(lián)盟執(zhí)行的執(zhí) 行。在仿真運(yùn)行過程中，這種監(jiān)視和控制聯(lián)盟中某個(gè)元素的的能力是非常必要的，它對(duì)聯(lián)盟的診斷調(diào)試及監(jiān)控非常有用。管理對(duì)象模型通過