第五章分布交互仿真技術(shù)

第五章分布交互仿真技術(shù)第一頁，共64頁。在上世紀(jì)80年代，由于對復(fù)雜大系統(tǒng)的分析與設(shè)計的需要，以及計算機技術(shù)的突飛猛進(jìn)和周邊學(xué)科的某些理論與技術(shù)問題的突破，使得計算機仿真這一學(xué)科得以迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在日益拓寬和加深。為使讀者能更好地了解仿真技術(shù)的一些最新發(fā)展，以及今后能在仿真領(lǐng)域做進(jìn)一步的研究，或?qū)⒎抡婕夹g(shù)應(yīng)用于一些比較復(fù)雜的系統(tǒng)之中，本章將向讀者介紹仿真這一學(xué)科的新思想﹑新概念和新方法。由于篇幅有限，涉及問題均是基本的，有興趣的可以參考有關(guān)文獻(xiàn)。第五章分布交互仿真技術(shù)2第二頁，共64頁。分布式交互仿真產(chǎn)生的背景分布交互仿真技術(shù)分布式交互仿真技術(shù)產(chǎn)生于軍事領(lǐng)域的迫切需求，軍事領(lǐng)域的仿真技術(shù)一直代表仿真技術(shù)發(fā)展的最高水平。分布式交互仿真技術(shù)之所以發(fā)展迅速有兩方面的重要因素，即應(yīng)用需求和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。3第三頁，共64頁。分布式交互仿真產(chǎn)生的背景分布交互仿真技術(shù)4第四頁，共64頁。分布式交互仿真應(yīng)用分布交互仿真技術(shù)5第五頁，共64頁。分布式交互仿真應(yīng)用分布交互仿真技術(shù)6第六頁，共64頁。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)7第七頁，共64頁。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)1983年美國國防部高級研究計劃局(DAPAR)正式提出了SIMNET(SimulationNetworking)研究計劃，并得到美國陸軍的支持，該計劃的最初目的是希望將分散于各地的多個地面車輛(坦克、裝甲車等)訓(xùn)練模擬器用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，進(jìn)行各種復(fù)雜任務(wù)的綜合訓(xùn)練。到80年代末，SIMNET計劃結(jié)束時，已形成了約260個地面車輛仿真器和飛機仿真器以及指揮中心和數(shù)據(jù)處理設(shè)備等的綜合仿真網(wǎng)。SIMNET的成功應(yīng)用使美國軍方充分認(rèn)識到這一技術(shù)的潛在作用。第八頁，共64頁。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)1989年在美國陸軍、建模與仿真辦公室DMSO和DARPA的共同倡導(dǎo)和支持下，正式提出了分布交互仿真的概念，并制訂了一套面向分布式仿真的標(biāo)準(zhǔn)文件，以使這一技術(shù)向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方向發(fā)展。美國陸軍的CATT計劃、WARSIM2000計劃、NPSNET計劃、STOW計劃等都采用了DIS標(biāo)準(zhǔn)?；贒IS標(biāo)準(zhǔn)的分布交互仿真系統(tǒng)的基本思想是通過建立一致的標(biāo)準(zhǔn)通信接口來規(guī)范異構(gòu)的仿真系統(tǒng)間的信息交換，通過計算機網(wǎng)絡(luò)將位于不同地理位置上的仿真系統(tǒng)聯(lián)接起來，構(gòu)成一個異構(gòu)的綜合作戰(zhàn)仿真環(huán)境，滿足武器性能評估、戰(zhàn)術(shù)原則的開發(fā)和演練以及人員訓(xùn)練等的需要。異構(gòu)的仿真系統(tǒng)間的互操作是建立在標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)基礎(chǔ)上的。

第九頁，共64頁。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)ALSP(AggregateLevelSimulationProtocol)是用于分布的聚合級以離散事件為主的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)。1990年1月，美國高級研究計劃署提出了聚合級仿真協(xié)議的概念，主要研究聚合級的分布構(gòu)造仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，并將基于ALSP標(biāo)準(zhǔn)的分布交互仿真系統(tǒng)應(yīng)用于1992年、1994年和1996年的軍事演習(xí)，使ALSP標(biāo)準(zhǔn)得到了改進(jìn)和完善。10第十頁，共64頁。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)仿真應(yīng)用間的互操作性(Interoperability)仿真軟件的可重用性(Reuseability)仿真系統(tǒng)規(guī)模的可擴展性(Sealability)11第十一頁，共64頁。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)12第十二頁，共64頁。仿真節(jié)點的自治性時空一致性信息傳輸?shù)恼鎸嵭圆捎脤ο?事件結(jié)構(gòu)實時性互操作性可靠性和安全性系統(tǒng)可擴展性設(shè)計原則分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)設(shè)計原則與關(guān)鍵技術(shù)13第十三頁，共64頁。合理的分布式結(jié)構(gòu)信息交換標(biāo)準(zhǔn)DR機制時鐘同步機制坐標(biāo)變換技術(shù)接口處理機制虛擬環(huán)境技術(shù)建模與仿真的VVA技術(shù)運行管理技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)設(shè)計原則與關(guān)鍵技術(shù)14第十四頁，共64頁。DIS中的仿真節(jié)點分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接器仿真計算機仿真計算機仿真計算機連接其他仿真節(jié)點（NIU）仿真節(jié)點1仿真節(jié)點n15第十五頁，共64頁。網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU基本功能分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)物理上：NIU完成各仿真器的不同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互連數(shù)據(jù)流上：實現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)集到PDU（PtotocolDataUnit)的互換仿真環(huán)境上：實現(xiàn)了局部仿真到統(tǒng)一的綜合虛擬環(huán)境的互通應(yīng)用軟件局部數(shù)據(jù)接口驅(qū)動數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)接口驅(qū)動數(shù)據(jù)接口PDU網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口局部數(shù)據(jù)通道網(wǎng)絡(luò)SimulatorNIUNIU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換示意圖16第十六頁，共64頁。網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU輔助功能分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)過濾功能：NIU中保留一長本仿真器感興趣的實體的ID表，NIU根據(jù)該表格進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾；DR模型解算：NIU采用DR遞推算法對網(wǎng)絡(luò)延時進(jìn)行補償；表示仿真器正常運轉(zhuǎn)的“心跳”數(shù)據(jù)發(fā)送：NIU每隔固定時間段向外發(fā)送一數(shù)據(jù)幀，表示該仿真器仍處于正常狀態(tài)；17第十七頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)組成物理上ROUTERSimulatorNIULANSimulatorNIUSimulatorNIUWANHUBSimulatorNIUSimulatorNIUSimulatorNIUNetworking18第十八頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)組成邏輯角度DIS的核心是一系列標(biāo)準(zhǔn)；這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了仿真器互連時網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議應(yīng)提供的服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)具備的指標(biāo)、仿真器間的數(shù)據(jù)交換內(nèi)容和格式、數(shù)據(jù)通信的輔助算法等；層次化角度DIS實際上定義了一個分布的異構(gòu)仿真器互連的開放式層次化模型，思想來源于ISO/OSIRM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel)；層次ISO/OSIRMDIS標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容7應(yīng)用層IEEE1278.1DR算法、數(shù)據(jù)交換類型6表示層IEEE1278.1PDU格式及其交互形式5會話層IEEE1278.1通信服務(wù)類型，TCP連接建立4傳輸層IEEE1278.2尋址模式、端端通信、通信可靠性3網(wǎng)絡(luò)層IEEE1278.2主機之間尋址2鏈路層AnyprotocolsSupportLayer3幀格式、沖突解決1物理層AnyprotocolsSupportLayer2電纜、光纖，無線傳輸19第十九頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—標(biāo)準(zhǔn)分類DIS標(biāo)準(zhǔn)的草稿由美國軍方仿真、訓(xùn)練與裝備司令部（STRICOM）和國防建模與仿真辦公室（DMSO）負(fù)責(zé)，并由美國佛羅里達(dá)大學(xué)的仿真與訓(xùn)練研究所具體完成，最終有IEEE組織批準(zhǔn)成為正式標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：DIS應(yīng)用協(xié)議；DIS通信協(xié)議；DIS演練管理和反饋協(xié)議；DISVVA協(xié)議；DIS逼真度描述協(xié)議和DIS環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；20第二十頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—PDU的類型、結(jié)構(gòu)組成和格式設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1278.1定義了27種PDU，能夠傳送實體的信息/交互、交戰(zhàn)、后勤支援、電磁發(fā)射、無線電通信等方面信息；實體信息/交互類1)實體狀態(tài)PDU;2)碰撞PDU交戰(zhàn)類1)開火PDU2)爆炸PDU仿真管理類1)服務(wù)請求PDU;2)補給提供PDU;3)補給收到PDU;4)補給取消PDU;5)維修完成PDU;6)維修響應(yīng)PDU;后勤支援類1)創(chuàng)建實體PDU;2)刪除實體PDU;3)啟動/重啟PDU;4)終止/凍結(jié)PDU;5)應(yīng)答PDU;6)動作請求PDU;7)動作響應(yīng)PDU;8)數(shù)據(jù)查詢PDU;9)設(shè)置數(shù)據(jù)PDU;10)數(shù)據(jù)PDU;11)事件報告PDU;12)注釋PDU;分布式發(fā)射還原類1)電磁發(fā)射PDU;2)指示器PDU;無線電通信類1)發(fā)射機PDU;2)信號PDU;3)接收機PDU21第二十一頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計描述PDU所表示相關(guān)方面的全部信息；標(biāo)頭主體變長體協(xié)議版本、演練標(biāo)識符、相應(yīng)的PDU類型、PDU所屬的議族、時間戳及PDU的長度；PDU的數(shù)據(jù)域或與實體相關(guān)的附屬部件；typedefstruct{//標(biāo)頭部分StPduHeaderstHeader;//標(biāo)頭結(jié)構(gòu)體//主體部分//實體標(biāo)識結(jié)構(gòu)體StEntityIdentifierstOriginatingEntityID；StEntityIdentifierstReceiveingEntityID；unsignedlonguRequestID;unsignedlonguActionID;unsignedlonguNumfixedDatum;//定長數(shù)據(jù)個數(shù)unsignedlonguVarDatum;//變長數(shù)據(jù)個數(shù)//變長體部分StFixedDatumstaFixedDatum[uNumfixedDatum];StVarDatumstaVarDatum[uNumVarDatum];}StAvtionRequestPdu；動作請求PDU定義22第二十二頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—通信層及應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)化DIS及其標(biāo)準(zhǔn)與OSI模型的關(guān)系層次OSI模型DIS標(biāo)準(zhǔn)7應(yīng)用層應(yīng)用層IEEE1278.1-19956表示層5會話層4傳輸層通信層IEEE1278.-19953網(wǎng)絡(luò)層2鏈路層1物理層23第二十三頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS時空一致性形成時空不一致的原因仿真實際上是在真實的時空中構(gòu)造出一個虛擬的時空，并將仿真模型置于該虛擬時空環(huán)境中運行的過程；時空一致性是由人的感覺和行為來衡量的，因此較為抽象一些，在實現(xiàn)中也復(fù)雜得多。簡單地說，時空一致性主要包括空間表達(dá)一致和分布仿真時間一致兩個方面。

DIS系統(tǒng)中，由于仿真節(jié)點之間的時鐘不同步以及節(jié)點之間的信息傳輸延時造成節(jié)點之間在時間處理上的差異，導(dǎo)致時間不一致；各節(jié)點對于仿真實體的空間位置和姿態(tài)的描述方法的不同導(dǎo)致節(jié)點之間在空間處理上的不一致；24第二十四頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS時空一致性時間一致性時間同步就是通過一定的算法將各點的邏輯時鐘趨于一個共同的時間基準(zhǔn)，使各節(jié)點的邏輯時鐘與該時間基準(zhǔn)的偏差小于給定的誤差范圍；保證時鐘同步的方法有：時間戳機制：由于DIS是一個分布系統(tǒng)，仿真節(jié)點間的時間同步誤差不可避免，同時仿真實體間交換的PDU在網(wǎng)絡(luò)傳輸上有延遲，因此為了標(biāo)記PDU的發(fā)送時刻，每個PDU都帶有一個時間戳。以標(biāo)準(zhǔn)時鐘為基準(zhǔn)發(fā)出的時間戳基準(zhǔn)來修正每個節(jié)點時鐘誤差，保證運行時有統(tǒng)一的時間坐標(biāo)；時間修正機制：各節(jié)點定時接收一外部標(biāo)準(zhǔn)時鐘來修正現(xiàn)有的時鐘值；時鐘跟隨同步方法：在實時性要求高、有嚴(yán)格迭代周期要求的仿真系統(tǒng)中，可以采用網(wǎng)絡(luò)中某臺計算機的時鐘作為同步節(jié)點時鐘，保證在下一個迭代周期內(nèi)其他節(jié)點時鐘跟隨推進(jìn)；25第二十五頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS時空一致性空間一致性為實現(xiàn)空間表達(dá)的一致，首先要求采用統(tǒng)一的環(huán)境模型，參加DIS演練的實體只能在統(tǒng)一的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中才能進(jìn)行有效的對抗和協(xié)同，因此，相容的環(huán)境數(shù)據(jù)庫是至關(guān)重要的。目前在DIS中環(huán)境模型方面研究比較系統(tǒng)、有代表性的項目有DoD支持的SEDRIS（SyntheticEnvironmentDataRepresentationandInterchangeSpecification），這是旨在提供一個包括陸地、海洋、大氣和外層空間的完整的物理環(huán)境模型以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的存取和交換方法。它提出了綜合環(huán)境的數(shù)據(jù)模型，于1998年11月發(fā)布了第一個正式版V2.0，而后又陸續(xù)發(fā)布了V2.5和V3.0版。相容的環(huán)境數(shù)據(jù)庫

26第二十六頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS時空一致性空間一致性統(tǒng)一的坐標(biāo)系系統(tǒng)

DIS提出了一個標(biāo)準(zhǔn)的參考坐標(biāo)系統(tǒng)，包括世界坐標(biāo)系和實體坐標(biāo)系。世界坐標(biāo)系是一個右手地心笛卡爾坐標(biāo)系，原點是地心，X的正半軸在赤道通過子午線，Y的正半軸在赤道通過東徑90°線，Z的正半軸通過北極；實體坐標(biāo)系也是一個右手笛卡爾坐標(biāo)系。原點是實體的中心，X正半軸指向?qū)嶓w正面，Y正半軸指向?qū)嶓w右側(cè)，Z正半軸指向?qū)嶓w底部；27第二十七頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DIS時空一致性經(jīng)緯度轉(zhuǎn)地心坐標(biāo)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)經(jīng)緯度地平坐標(biāo)轉(zhuǎn)經(jīng)緯度地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)地平坐標(biāo)28第二十八頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DR技術(shù)—基本思路DIS系統(tǒng)中每個仿真節(jié)點內(nèi)除了保存其內(nèi)部仿真實體動力學(xué)模型外,還保存該動力學(xué)模型的DR模型及有可能與其交互的其他仿真節(jié)點的DR模型。仿真節(jié)點不必在每個仿真幀周期均將各自的狀態(tài)傳送給與其交互的其他仿真節(jié)點;在DIS仿真進(jìn)程中，仿真節(jié)點只是在實際運動狀態(tài)與DR模型推算出來的運動狀態(tài)之間的誤差超過設(shè)定的誤差限時，才將自己的運動狀態(tài)打包發(fā)送給其它節(jié)點，同時更新其DR模型參數(shù)；其他節(jié)點接收到更新后的狀態(tài)信息后，判斷是否要更新對方的DR模型，等待下一個狀態(tài)更新信息；29第二十九頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DR技術(shù)—DR模型和算法從層次關(guān)系上，DR算法運行于PDU協(xié)議之上，通過三個參數(shù)來進(jìn)行描述，一般式為：DRM[ForR，PorV，WorR]參數(shù)1：描述該物體是否有轉(zhuǎn)動運動

F：無，R：有；參數(shù)2：描述該實體是做勻速還是勻加速運動；

P：勻速，V：勻加速參數(shù)3：描述實體運動所選擇的坐標(biāo)系；

W：世界坐標(biāo)系，R：實體坐標(biāo)系30第三十頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)DR技術(shù)—DR技術(shù)的實現(xiàn)VR-Link交互層遠(yuǎn)方實體列表本地實體列表DR實體碰撞處理其他交互任務(wù)PDU接口層通信網(wǎng)絡(luò)（PDU信息）仿真系統(tǒng)仿真接口單元（NIU）仿真應(yīng)用仿真系統(tǒng)仿真接口單元（NIU）網(wǎng)絡(luò)接口層分布式交互仿真中DR實現(xiàn)方法31第三十一頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)計算機生成兵力（CGF）

計算機生成兵力是指在分布式仿真戰(zhàn)場環(huán)境中由計算機生成和控制的仿真實體。通過對人類作戰(zhàn)行為的建模，這些實體能自主地對仿真戰(zhàn)場環(huán)境中的事件和狀態(tài)做出反應(yīng)。CGF系統(tǒng)可以用來模擬敵方或友方的戰(zhàn)斗實體，具有自主性、智能性等特征，并具備感知、通信以及協(xié)調(diào)的能力，在軍事訓(xùn)練、武器研制和人員培訓(xùn)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

CGF發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)主要有：CGF建模技術(shù)：環(huán)境模型、物理模型和行為模型的建立及簡化技術(shù)；CGF系統(tǒng)的可視化：圖形用戶界面的拖放功能，軍方通用的符號設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)及多功能地圖；CGF行為的表達(dá)和決策能力：采用人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)和控制技術(shù)；CGF支持工具：統(tǒng)一的語法語義，權(quán)威的數(shù)據(jù)來源，作戰(zhàn)想定的生成和戰(zhàn)斗場景的存儲回放；32第三十二頁，共64頁。分布交互仿真技術(shù)高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)

從分布式交互仿真的發(fā)展可以看出，現(xiàn)代仿真具有廣泛化、復(fù)雜化、分布化等特點，對未來仿真提出了三點新要求。仿真應(yīng)用間的互操作性：(Interoperability)：實現(xiàn)不同類型的仿真應(yīng)用之間無縫的鏈接，如將基于等時間步長的實時連續(xù)系統(tǒng)仿真、基于ALSP標(biāo)準(zhǔn)的聚集級仿真集成到一個分布交互的綜合環(huán)境中；仿真軟件的可重用性(Reusability)。各部門開發(fā)的仿真構(gòu)件能夠最大限度地重用以降低仿真應(yīng)用的開發(fā)代價，提高仿真活動開展的效率；仿真系統(tǒng)規(guī)模的可擴展性(Sealability)。在某些應(yīng)用領(lǐng)域(如軍事領(lǐng)域)需要大規(guī)模的分布仿真系統(tǒng)的支持，這些系統(tǒng)一般涉及到大量的仿真結(jié)點機，這就對分布交互仿真系統(tǒng)的可擴展性提出了較高的要求；33第三十三頁，共64頁。HLA是1995年美國國防部（DOD）發(fā)布的建模與仿真大綱（DODM&SMasterPlan）第一個目標(biāo)-----開發(fā)建模和仿真通用技術(shù)框架中的首要內(nèi)容，其主要的目的是促進(jìn)仿真應(yīng)用的互操作性和仿真資源的可重用性。1996年10月DOD正式規(guī)定HLA為其范圍內(nèi)仿真項目的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)框架，開始推行HLA，并用它代替原有的DIS、ALSP等標(biāo)準(zhǔn)。2000年9月HLA作為IEEE1516發(fā)布，成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)。

HLA是在DIS和ALSP的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的新的分布交互仿真體系結(jié)構(gòu)，它能提供更大規(guī)模的綜合環(huán)境，實現(xiàn)各類仿真系統(tǒng)間的互操作、動態(tài)管理一點對多點通訊、系統(tǒng)和部件的重用和建立不同層次、不同粒度的對象模型。

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)34第三十四頁，共64頁。PlatformProtofederation平臺原型聯(lián)邦：這是基于DIS2.0的實時平臺級模擬器的聯(lián)邦,這個原型聯(lián)邦要驗證的主要問題是：HLA是否能代替DIS，適用于基于DIS的系統(tǒng)。JointTrainingFederation聯(lián)合訓(xùn)練原型聯(lián)邦：這是一個離散事件驅(qū)動的聯(lián)邦，它要驗證的主要問題是：HLA是否適于離散事件仿真的協(xié)調(diào)。AnalysisProtofederation分析原型聯(lián)邦：它需要多趟運行才能得到分析結(jié)果，因此其中運行效率和可重復(fù)性很重要，它要驗證的主要問題是：HLA的時間管理和數(shù)據(jù)管理服務(wù)策略是否正確。EngineeringProtofederation工程原型聯(lián)邦：這是一個半實物仿真系統(tǒng)，它要驗證的主要問題是：HLA是否適于硬件在回路的仿真應(yīng)用，并對所需的性能進(jìn)行了專門的研究。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)35第三十五頁，共64頁。

規(guī)則（Rules）：表達(dá)了HLA聯(lián)邦和聯(lián)邦成員的職責(zé)，其總結(jié)了HLA如何使用的方式。接口規(guī)范說明（InterfaceSpecification）：定義了聯(lián)邦成員與聯(lián)邦中其他成員進(jìn)行信息交互的方式，即RTI六大管理服務(wù)；建立了HLA仿真的管理對象模型。對象模型模板（OMT：ObjectModelTemplate）：提供一個通用的理解機制，用來說明聯(lián)邦成員之間公共數(shù)據(jù)的交換和相互之間的協(xié)作，提供一種標(biāo)準(zhǔn)格式的HLA對象模型模板，以促進(jìn)模型的互操作性和可重用性。1996年8月DMSO正式公布了HLA規(guī)范，HLA是一個通用的仿真技術(shù)框架

,主要由三部分組成：

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)36第三十六頁，共64頁。軟件結(jié)構(gòu)圖

聯(lián)邦聯(lián)邦成員對象實例RTI

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)37第三十七頁，共64頁。聯(lián)邦成員流程開始創(chuàng)建聯(lián)邦加入聯(lián)邦對象類、交互類發(fā)布/訂閱設(shè)置時間管理策略注冊對象實例仿真循環(huán)（對象模型運算）退出聯(lián)邦銷毀聯(lián)邦高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)38第三十八頁，共64頁。HLA概念聯(lián)邦(Federation)建模(FOM、SOM)信息傳輸（InformationDelivery）時間管理(TimeManagement)數(shù)據(jù)分發(fā)管理(DataDistributionManagement)高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)39第三十九頁，共64頁。聯(lián)邦(Federation)聯(lián)邦(Federation):由仿真子系統(tǒng)聯(lián)合構(gòu)成的仿真系統(tǒng)；它支持運行支撐框架（RTI），由聯(lián)邦對象模型（FOM）和一定數(shù)量的聯(lián)邦成員組成。聯(lián)邦成員(Federate):構(gòu)成聯(lián)邦的每一個仿真子系統(tǒng)；是和RTI連接的一個接點；一個聯(lián)邦成員可以代表一個平臺，例如：飛行員的座艙模擬器；也能代表一個聚合級仿真系統(tǒng)，例如：整個國家的空中交通仿真系統(tǒng)。運行支撐框架（RunTimeInfrastructure---RTI）：分布仿真的“操作系統(tǒng)”，它提供HLA接口規(guī)范中定義的所有服務(wù)；可以分布、集中和分等級實現(xiàn)。聯(lián)邦對象模型(FederationObjectModel---FOM)：聯(lián)邦中所有聯(lián)邦成員進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的共同對象模型，由符合對象建模模板(ObjectModelTemplate)的對象類、交互類等構(gòu)成。

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)40第四十頁，共64頁。建模(FOM、SOM)仿真對象模型(SimulationObjectModel---SOM)：聯(lián)邦中的成員模型，由符合對象建模模板(ObjectModelTemplate)的對象類、交互類等構(gòu)成。類(Class):具有相似屬性、共同的行為、共同的關(guān)系和共同的語義的一組對象。對象類(Object)：是以符合仿真要求的抽象和分辨率程度、實現(xiàn)對真實世界概念描述的基本元素。交互類(Interaction):在聯(lián)邦運行過程中，發(fā)生在特定時刻的事件。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)41第四十一頁，共64頁。建模(FOM、SOM)屬性(Attribute):記錄對象狀態(tài)的集合。屬性所有權(quán)

(AttributeOwnership):實現(xiàn)特定對象屬性值更新的職責(zé)。參數(shù)(Parameter)：記錄交互類所傳遞信息的集合?？砂l(fā)布的

(Publishable):指特定的對象類能被聯(lián)邦成員用發(fā)布對象類服務(wù)發(fā)布、且能用登記對象服務(wù)實現(xiàn)基于此類的對象實例登記?？捎嗛喌?/p>

(subscribable):指聯(lián)邦成員能利用和響應(yīng)由該對象類產(chǎn)生的實例屬性。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)42第四十二頁，共64頁。建模(FOM、SOM)屬性的更新（updateattribute):被某個聯(lián)邦成員運用，所有權(quán)屬于該聯(lián)邦成員。反射的屬性(reflectedattribute):被某個聯(lián)邦成員運用，但所有權(quán)不屬于該聯(lián)邦成員。發(fā)交互(SendInteraction):聯(lián)邦成員將交互發(fā)送到聯(lián)邦。收交互(ReceiveInteraction):聯(lián)邦成員從聯(lián)邦接收交互。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)43第四十三頁，共64頁。信息傳輸（InformationDelivery）___信息傳輸順序

RO(ReceiveOrder):信息按照RTI接收的順序發(fā)送到聯(lián)邦成員，即采用FIFO方式，是時間延遲最小的信息傳輸順序。TSO(TimeStampOrder):RTI按照信息所帶時間戳的先后順序發(fā)送到聯(lián)邦成員。

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)信息傳輸（InformationDelivery）___信息傳輸類型

最好效果傳輸（BesteffortDelivery）:此傳輸方式的時間延遲小，但是目的地聯(lián)邦成員有可能收不到信息，適用于傳送重要性一般并且多次重復(fù)的信息?？煽總鬏敚≧eliableDelivery）:保證將信息傳送到每一個聯(lián)邦成員，適用于傳送重要的不能丟失的信息。44第四十四頁，共64頁。HLA接口規(guī)范HLA接口規(guī)范是構(gòu)成HLA標(biāo)準(zhǔn)的三個組成部分之一；HLA接口規(guī)范定義了聯(lián)邦成員與聯(lián)邦中其他成員進(jìn)行信息交互的方式，即RTI六大管理服務(wù)；HLA接口規(guī)范建立了HLA仿真的管理對象模型。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)45第四十五頁，共64頁。HLA接口規(guī)范RTI六類管理服務(wù)聯(lián)邦管理FederationManagement聲明管理DeclarationManagement對象管理ObjectManagement所有權(quán)管理OwnershipManagement時間管理TimeManagement數(shù)據(jù)分發(fā)管理DataDistributionManagement高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)每個服務(wù)規(guī)范包括:NameandDescriptiveTextSuppliedParametersReturnedParametersPre-conditionsPost-conditionsExceptionsRelatedServices46第四十六頁，共64頁。聯(lián)邦管理FederationManagement聯(lián)邦管理服務(wù)通過兩種方式管理聯(lián)邦：l

定義聯(lián)邦的執(zhí)行；l

完成聯(lián)邦范圍內(nèi)的操作。HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)為了定義聯(lián)邦，有服務(wù)來負(fù)責(zé)產(chǎn)生聯(lián)邦執(zhí)行并允許聯(lián)邦成員加入聯(lián)邦執(zhí)行或從聯(lián)邦中退出。每一個聯(lián)邦成員必須加入一個聯(lián)邦執(zhí)行，所以沒有聯(lián)邦成員完全能忽略這個服務(wù)。47第四十七頁，共64頁。1.CreateFederationExecution2.ThefirstJoinFederationExecution3.JoinFederationExecution4.ResignFederationExecution5.ThelastResignFederationExecution6.DestroyFederationExecutionFederationManagement

DarknessSupportingFederatesFederationExecutionExistsHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)第四十八頁，共64頁。聲明管理DeclarationManagementHLA具有數(shù)據(jù)交換的隱含調(diào)用的特征，聯(lián)邦成員不是通過名字向其它聯(lián)邦成員發(fā)送數(shù)據(jù)，而是把數(shù)據(jù)傳送給聯(lián)邦，由RTI確保發(fā)送到對數(shù)據(jù)感興趣的聯(lián)邦成員；聲明管理服務(wù)是聯(lián)邦成員用來聲明它們產(chǎn)生（發(fā)布）或消費（訂閱）數(shù)據(jù)意圖的方式，RTI使用這些聲明來安排數(shù)據(jù)的路由、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和管理興趣。

HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)49第四十九頁，共64頁。Interface1.PublishObjectClass2.SubscribeObjectClassAttribute3.PublishInteractionClass4.SubscribeInteractionClass1.PublishObjectClass2.SubscribeObjectClassAttribute3.PublishInteractionClass4.SubscribeInteractionClassFederateAFederateBRuntimeInfrastructure...DeclarationManagement...FederateintendstoestablishresponsibilitytogenerateandreceivedataFederateintendstoestablishresponsibilitytogenerateandreceivedata聲明管理DeclarationManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)第五十頁，共64頁。對象管理ObjectManagement對象管理服務(wù)是用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)實際交換的那些服務(wù)；聯(lián)邦成員使用這組中的服務(wù)來發(fā)送和接收交互，這些服務(wù)也用于登記一個對象類的新實例和更新其屬性；其它聯(lián)邦成員將調(diào)用這組中的服務(wù)來接收交互、發(fā)現(xiàn)新的實例和接收實例屬性的更新值。HLA接口規(guī)范

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)51第五十一頁，共64頁。所有權(quán)管理OwnershipManagement在HLA術(shù)語中，仿真一個實體意味著為它的實例屬性提供值。在RTI中的所有權(quán)管理服務(wù)實現(xiàn)了HLA仿真一個實體應(yīng)付的職責(zé)，這個職責(zé)允許在聯(lián)邦成員間分享和轉(zhuǎn)移。

HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)52第五十二頁，共64頁。時間管理TimeManagement

聯(lián)邦成員在它們自己的線程控制下執(zhí)行，因此聯(lián)邦成員間事件的正確順序是需要解決的重要問題；在HLA中，事件的排序用“仿真時間”來表達(dá)。仿真時間是一個抽象的概念，沒有必要把它和任何時間表示或時間單位相聯(lián)系；

RTI的時間管理服務(wù)負(fù)責(zé)兩件事情：

1）允許每一個聯(lián)邦成員和其它聯(lián)邦成員協(xié)調(diào)來推進(jìn)它自己的仿真時間；

2）控制時間戳事件的發(fā)送，保證聯(lián)邦成員永遠(yuǎn)不會接收來自其它聯(lián)邦成員的“過去”事件，“過去”事件就是事件的仿真時間小于該聯(lián)邦成員的仿真時間。HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)53第五十三頁，共64頁。時間管理TimeManagement仿真時間

(SimulationTimeorLogicalTime):聯(lián)邦成員運行過程中的當(dāng)前時刻。它和墻鐘時間之間沒有直接的關(guān)系，它的推進(jìn)由聯(lián)邦成員和RTI決定。墻鐘時間

(WallClockTime)：真實世界中的物理時間。前瞻量

(LookaheadValue)：RTI的所有時間推進(jìn)機制都使用前瞻量,前瞻量是聯(lián)邦成員在進(jìn)行時間調(diào)節(jié)時所指定的一個仿真時間段。前瞻量對時間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員進(jìn)行限制：假設(shè)聯(lián)邦成員仿真時間為t，前瞻量為l，則RTI不允許該聯(lián)邦成員發(fā)送時間戳ts<t＋l的事件。也就是說，聯(lián)邦成員必須預(yù)測從當(dāng)前時間開始的一段未來，它不發(fā)送時間戳小于當(dāng)前時間與前瞻量之和的事件。HLA接口規(guī)范

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)54第五十四頁，共64頁。

TIMEADVANCEREQUEST(時間步進(jìn)的仿真):如果聯(lián)邦成員當(dāng)前仿真時間為t，時間推進(jìn)步長為s，它能產(chǎn)生時間戳為t+s,t+2s.....的事件，它的前瞻量等于步長s。

NEXTEVENTREQUEST(事件驅(qū)動的仿真):通過對下一事件的處理來推進(jìn)仿真時間，對該事件的處理可能產(chǎn)生其它事件，這些事件插入聯(lián)邦成員的按時間順序排序的事件隊列中，或者從隊列中刪除。聯(lián)邦沒有一個集中的包括所有事件的事件隊列，聯(lián)邦成員使用RTI的時間管理服務(wù)來發(fā)現(xiàn)其它聯(lián)邦成員產(chǎn)生的事件（外部事件），這些外部事件要與聯(lián)邦成員自身產(chǎn)生的事件（內(nèi)部事件）相組合。時間管理TimeManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)55第五十五頁，共64頁。時間管理策略時間調(diào)節(jié)(TimeRegulating):表明該聯(lián)邦成員參與決定其它聯(lián)邦成員（時間管理策略為時間受限）的仿真時間的推進(jìn)。時間受限(TimeConstrained):表明該聯(lián)邦成員的仿真時間推進(jìn)由其它聯(lián)邦成員（時間管理策略為時間調(diào)節(jié)）的仿真時間的推進(jìn)決定。時間管理TimeManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)56第五十六頁，共64頁。既不是時間受限也不是時間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員，其與時間管理服務(wù)無關(guān)，這是聯(lián)邦成員加入聯(lián)邦時的缺省設(shè)置；既是時間受限又是時間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員，其與時間管理完全相關(guān)，它是完全同步的。它不能不考慮其它聯(lián)邦成員而獨立推進(jìn)仿真時間，其它聯(lián)邦成員也不能不考慮它而推進(jìn)仿真時間；是時間受限但不是時間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員，其允許其它聯(lián)邦成員調(diào)節(jié)它的仿真時間，但它不影響其它聯(lián)邦成員的仿真時間推進(jìn)。這種情況適用于僅記錄顯示信息的聯(lián)邦成員或是其它被動的聯(lián)邦成員；是時間調(diào)節(jié)但不是時間受限的聯(lián)邦成員，其影響其它聯(lián)邦成員的仿真時間推進(jìn)，但其仿真時間不受其它聯(lián)邦成員限制。例如，有一個使用保守同步機制的聯(lián)邦（所有的聯(lián)邦成員既是時間受限也是時間調(diào)節(jié)的），由于使用了較好的算法和硬件，使得整個聯(lián)邦的推進(jìn)速率比墻鐘的要快。此時如果要對這個仿真應(yīng)用進(jìn)行可視化，可以增加一個這樣的時間調(diào)節(jié)但時間不受限的聯(lián)邦成員，它的任務(wù)就是根據(jù)墻鐘速率推進(jìn)仿真時間。HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)時間管理策略四種組合57第五十七頁，共64頁。FederateAInterface1.SetLookahead2.Updateattributevalues3.NextEventRequest4.Reflectattributevalues5.TimeAdvanceGrant1.SetLookahead2.Updateattributevalues3.NextEventRequest4.Reflectattributevalues5.TimeAdvanceGrantRuntimeInfrastructure...TimeManagement...FederateintendstoadvancetimeFederateBFederateintendstoadvancetime時間管理TimeManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)第五十八頁，