分布式支撐層VC++.NET

1、分布式支撐層VC+.NET本文論述了分布式虛擬環(huán)境分布式支撐層的開發(fā)背景，選題目的和意義以及當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外研究情況，介紹了分布式虛擬環(huán)境分布式支撐層系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過程，并且簡(jiǎn)單的介紹了分布式仿真協(xié)議，本文所研究的分布式虛擬環(huán)境分布式支撐層系統(tǒng)是為分布式虛擬環(huán)境提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連的支撐平臺(tái)，解決DVE系統(tǒng)的時(shí)空一致性和實(shí)體管理等方面的問題，詳細(xì)的介紹了DVE分布式支撐層系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及一些關(guān)鍵技術(shù)，把整個(gè)系統(tǒng)劃分為兩個(gè)大模塊，分別為時(shí)空一致性模塊和實(shí)體管理模塊，并且分別利用點(diǎn)名模式算法，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，DR算法完成時(shí)間一致性的功能，空間一致性的功能，實(shí)體管理的功能等。本設(shè)計(jì)分布式支撐層系統(tǒng)，可以在此

2、系統(tǒng)的基礎(chǔ)上便捷的構(gòu)架分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)，為分布式虛擬環(huán)境的建立提供方便，該系統(tǒng)操作方便且具有平臺(tái)無關(guān)性，為程序員操作提供方便。 1.3 DVE的國(guó)內(nèi)外研究情況及發(fā)展 DVE的研究工作最早可追溯到80年代初，美國(guó)國(guó)防部是最早支持研究及開發(fā)DVE的單位，資助的一個(gè)典型的項(xiàng)目為SIMNET。該項(xiàng)目的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)供軍事訓(xùn)練用的、價(jià)格低的、聯(lián)網(wǎng)的分布式軍用虛擬環(huán)境，該系統(tǒng)的研制成功為后來的DVE開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。DIS（Distributed Interactive Simulation）協(xié)議正是在SIMNET基礎(chǔ)上提出的，DIS與VR技術(shù)的結(jié)合使仿真精確度提高，費(fèi)用降低，在這種技術(shù)下產(chǎn)生了DVE技術(shù)

3、。在1984年，Gray Tarolli開發(fā)了SGI工作站上的網(wǎng)絡(luò)飛行模擬演示程序Flight，此后出現(xiàn)了另一個(gè)成功的網(wǎng)絡(luò)VR游戲DOOM。其他的分布式網(wǎng)絡(luò)游戲還有運(yùn)行在Macintosh機(jī)器上的Marathon以及運(yùn)行在Appletalk上的坦克游戲Bolo等等。DVS 是第一個(gè)運(yùn)行在分布式環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)商用產(chǎn)品，由英國(guó)Division 公司開發(fā)。1999年，在 CAD 領(lǐng)域以 Pro Engineer 著稱的 PTC 公司并購(gòu)了Division 公司，并推出了 CAD/VR綜合性工程可視化產(chǎn)品 Division2000i。這個(gè)軟件能支持 CAVE 和 Immersive Deskto

4、p 這樣的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，并包含一個(gè)在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行分布式虛擬建模的模塊。90年代開始隨著VR設(shè)備的發(fā)展，DVE得到進(jìn)一步的發(fā)展，開始出現(xiàn)了越來越多的工具和應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)VR的研究工作也在90年代初開始，在單機(jī)上的實(shí)時(shí)圖形的生成和繪制算法、碰撞檢測(cè)及行為建模系統(tǒng)及應(yīng)用方面均取得了多項(xiàng)有意義的研究成果。北京航空航天大學(xué)開發(fā)了DVE基礎(chǔ)信息平臺(tái)DVENET。它主要包含了一個(gè)專用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及支持DVE研究與應(yīng)用開發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)和工具。 + 2.2 方案選擇 2.2.1 DVE的分布式協(xié)議的選擇 DIS 是第一個(gè)作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 DVE 體系結(jié)構(gòu)，雖然它有諸多的缺陷和不足，但是由于歷史的原因，目前有大量的仿真

5、應(yīng)用仍采用 DIS 結(jié)構(gòu)6，而且 DVE 中對(duì) DIS 的不斷改進(jìn)和擴(kuò)展，使得 DIS 具有了更強(qiáng)的適應(yīng)性。 DIS 標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的核心是建立一個(gè)通用的數(shù)據(jù)交換環(huán)境，通過協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU）的使用，支持異地分布的真實(shí)、虛擬和構(gòu)造的平臺(tái)級(jí)仿真之間的互操作。DIS 技術(shù)推出后很快應(yīng)用于美軍各兵種的多個(gè)分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)的研究和開發(fā)。在分布式虛擬環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳輸面臨的三大挑戰(zhàn)是兼容性（Compatibility）、有限的帶寬（Limited bandwidth）和延遲（Latency Lag），DIS 對(duì)此都提出了相應(yīng)的解決方法。 HLA 是在 DIS 基礎(chǔ)上提

6、出的一種開放的、支持面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)。它最顯著的特點(diǎn)就是通過提供通用的、相對(duì)獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將應(yīng)用層同底層支撐環(huán)境分離，即將具體的仿真功能實(shí)現(xiàn)、仿真運(yùn)行管理和底層通信三者分開，隱蔽各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，從而使各部分能夠相對(duì)獨(dú)立的進(jìn)行開發(fā)，最大程度地利用各自領(lǐng)域的最新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的功能和服務(wù)，適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，HLA 可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用，易于新的仿真系統(tǒng)的集成和管理，保證了聯(lián)邦范圍內(nèi)的互操作和重用。HLA 的聯(lián)邦成員能夠高效的傳遞信息，減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。 相對(duì)于 DIS 標(biāo)準(zhǔn)，HLA 解決了靈活性、可擴(kuò)充性、減少網(wǎng)絡(luò)冗余數(shù)據(jù)等問題，并且可以應(yīng)用到實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和聚合級(jí)仿真系統(tǒng)，因此具有一

7、定的先進(jìn)性和更好的發(fā)展前景，特別是對(duì)于規(guī)模更大、仿真更強(qiáng)的仿真應(yīng)用，更能體現(xiàn)出 HLA 的先進(jìn)性。但是 DIS相對(duì)于HLA 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容錯(cuò)性好及再現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，DVE 中對(duì) DIS 的不斷改進(jìn)和擴(kuò)展，使得 DIS 具有了更強(qiáng)的適應(yīng)性。所以在DVE分布式支撐層系統(tǒng)的開發(fā)中，我采用DIS體系標(biāo)準(zhǔn)。 2.C+ Wrapper Faade 可以直接在ACE OS適配層之上編寫高度可移植的C+應(yīng)用。但是，大多數(shù)ACE開發(fā)者使用的是上圖中所示的C+包裝外觀層。ACE包裝外觀簡(jiǎn)化了應(yīng)用的開發(fā)。應(yīng)用可以通過有選擇地繼承、聚合和/或?qū)嵗旅娴慕M件來組合和使用這些包裝： 并發(fā)和同步組件：ACE對(duì)像互斥體和信

8、號(hào)量這樣的本地OS多線程和多進(jìn)程機(jī)制進(jìn)行抽象，以創(chuàng)建高級(jí)的OO并發(fā)抽象，像主動(dòng)對(duì)象（Active Object）和多態(tài)期貨（Polymorphic Future）。 IPC和文件系統(tǒng)組件：ACE C+包裝對(duì)本地和/或遠(yuǎn)地IPC機(jī)制進(jìn)行封裝，比如socket、TLI、UNIX FIFO和STREAM管道，以及Win32命名管道。此外，ACE C+包裝還封裝了OS文件系統(tǒng)API。 內(nèi)存管理組件：ACE內(nèi)存管理組件為管理進(jìn)程間共享內(nèi)存和進(jìn)程內(nèi)堆內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配和釋放提供了靈活和可擴(kuò)展的抽象。 3.構(gòu)架 ACE含有一個(gè)高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)編程構(gòu)架，集成并增強(qiáng)了較低層次的C+包裝外觀。該構(gòu)架支持將并發(fā)分布式服務(wù)動(dòng)態(tài)

9、配置進(jìn)應(yīng)用，ACE的構(gòu)架部分包含以下組件： 事件多路分離組件：ACE Reactor(反應(yīng)堆)和Proactor（前攝器）是可擴(kuò)展的面向?qū)ο蠖嗦贩蛛x器，它們分派應(yīng)用特有的處理器，以響應(yīng)多種類型的基于I/O、定時(shí)器、信號(hào)和同步的事件。 服務(wù)初始化組件：ACE Acceptor（接受器）和Connector（連接器）組件分別使主動(dòng)和被動(dòng)的初始化任務(wù)與初始化一旦完成后通信服務(wù)所執(zhí)行的應(yīng)用特有的任務(wù)去耦合。 服務(wù)配置組件：ACE Service Configurator（服務(wù)配置器）支持應(yīng)用的配置，這些應(yīng)用的服務(wù)可在安裝時(shí)和/或運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)裝配。 分層的流組件：ACE Stream組件簡(jiǎn)化了像用戶級(jí)協(xié)議

10、棧這樣的由分層服務(wù)組成的通信軟件應(yīng)用的開發(fā)。 ORB適配器組件：通過ORB適配器，ACE可以與單線程和多線程CORBA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行無縫集成。 ACE的目標(biāo)用戶是高性能和實(shí)時(shí)通信服務(wù)和應(yīng)用的開發(fā)者。它簡(jiǎn)化了使用進(jìn)程間通信、事件多路分離、顯式動(dòng)態(tài)鏈接和并發(fā)的OO網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)的開發(fā)。此外，通過服務(wù)在運(yùn)行時(shí)與應(yīng)用的動(dòng)態(tài)鏈接，ACE還使系統(tǒng)的配置和重配置得以自動(dòng)化。使用ACE的好處有： 1.增強(qiáng)可移植性：在ACE組件的幫助下，很容易在一種OS平臺(tái)上編寫并發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，然后快速地將它們移植到各種其他的OS平臺(tái)上。而且，因?yàn)锳CE是開放源碼的自由軟件，你無需擔(dān)心被鎖定在特定的操作系統(tǒng)平臺(tái)或編譯器上。 2.更好的

11、軟件質(zhì)量：ACE的設(shè)計(jì)使用了許多可提高軟件質(zhì)量的關(guān)鍵模式，這些質(zhì)量因素包括通信軟件靈活性、可擴(kuò)展性、可復(fù)用性和模塊性。 3.更高的效率和可預(yù)測(cè)性：ACE經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)，支持廣泛的應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量需求，包括延遲敏感應(yīng)用的低響應(yīng)等待時(shí)間、高帶寬應(yīng)用的高性能，以及實(shí)時(shí)應(yīng)用的可預(yù)測(cè)性。 4.更容易轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)的高級(jí)中間件：TAO使用了ACE提供的可復(fù)用組件和模式。它是CORBA的開發(fā)源碼、遵循標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，并為高性能和實(shí)時(shí)系統(tǒng)作了優(yōu)化。為此，ACE和TAO被設(shè)計(jì)為能良好地協(xié)同工作，以提供全面的中間件解決方案。 2.2.4 分布式組件層 高級(jí)分布式計(jì)算中間件駐留在客戶端和服務(wù)器之間，可自動(dòng)完成分布式應(yīng)用開發(fā)的許多麻

12、煩而易錯(cuò)的方面，包括：認(rèn)證、授權(quán)和數(shù)據(jù)安全、服務(wù)定位和綁定、服務(wù)注冊(cè)和啟用、事件多路分離和分派、在像TCP這樣的面向字節(jié)流的通信協(xié)議之上實(shí)現(xiàn)消息幀、涉及網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序和參數(shù)整編（marshaling）的表示轉(zhuǎn)換問題。為給通信軟件的開發(fā)者提供這些特性，在ACE中綁定了高級(jí)中間件應(yīng)用： THE ACE ORB（TAO）:TAO是使用ACE提供的構(gòu)架組件和模式構(gòu)建的CORBA實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，包含有網(wǎng)絡(luò)接口、OS、通信協(xié)議和CORBA中間件組件等特性。TAO基于標(biāo)準(zhǔn)的OMG CORBA參考模型，并進(jìn)行了增強(qiáng)的設(shè)計(jì)，以克服傳統(tǒng)的用于高性能和實(shí)時(shí)應(yīng)用的ORB的缺點(diǎn)。TAO像ACE一樣，也是可自由使用的開放源碼軟件。 CORBA是OMG Object Management Group提出的一個(gè)分布式對(duì)象技術(shù)的一個(gè)規(guī)范，它是針對(duì)多種對(duì)象系統(tǒng)在分布式計(jì)算環(huán)境中如何以對(duì)象方式集成而提出的，它為對(duì)象管理定義了一個(gè)對(duì)象模型OMG參考模型及其框架結(jié)構(gòu)，該模型及其框架結(jié)構(gòu)將面向?qū)ο蠹夹g(shù)與客戶/服務(wù)器計(jì)算模式結(jié)合起來，有限的解決了對(duì)象封裝和分布式計(jì)算環(huán)境中資源共享、代碼可重用，可移植及應(yīng)用間的互操作性等問題。 CORBA允許在不同對(duì)象間盡可能透明的傳遞請(qǐng)求，應(yīng)用可以跨越不同的應(yīng)用領(lǐng)域，支持服務(wù)位于CORBA之外，CORBA具有平臺(tái)無關(guān)性，