分布式交互仿真

1分布式交互仿真系统DIS的概念

分布式交互仿真是一种新兴的仿真技术,它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地域上分散的、人在回路中的仿真设备和仿真系统有机地联为一个整体,形成一个人可以参与交互作用的、时空一致的、共用的综合仿真环境。该技术允许为了各自目的而设计的系统、不同时期的技术、不同供应商的产品、不同的服务平台联接在一起,并且允许它们在综合战场环境下进行互操作。分布式交互仿真包含以下三层含义: 分布(Distributed)———多个仿真器或仿真系统在地理位置上分散,但通过一个通用通信体系结构互相联接在一起。

交互(Interactive)———各个仿真器或仿真系统之间能够通过数据交换模拟实体在实际活动中的互相作用。

仿真(Simulation)———用计算机程序和数据尽可能逼真地描述现实世界中的各种活动和事件,这里主要指对作战行动的仿真。分布交互仿真技术与以往仿真技术的不同之处在于: ①在体系结构上,由过去集中式、封闭式发展到分布式、开放式和交互式,构成可互操作、可移植、可伸缩及强交互的分布仿真体系结构。

②在功能上,由原来的单个武器平台的性能仿真发展到复杂作战环境下以多武器平台

为基础的体系与体系对抗仿真。

③在手段上,从单一的结构仿真、真实仿真和虚拟仿真发展成为集上述多种仿真为一体

的综合仿真。

④在效果上,由人只能从系统外部观察仿真的结果或直接参与实际物理系统的联试,发

展到人能进入系统内部,与系统进行交互作用,并取得身临其境的感受。

3分布式交互仿真的类型

军事仿真就其仿真逼真度可分为三种类型:

①真实仿真———由实际的战斗人员使用实际的武器系统和保障系统,在尽可能真实的

作战环境中进行实战演习。

②虚拟仿真———由实际战斗人员操作仿真的武器系统进行的作战仿真。典型的例子是仿真器联网SIMNET。

③结构仿真———由仿真的人操作仿真的武器系统进行的仿真。如作战模型。

以上三种仿真的结合及和与之相关的作战C4I系统达到无缝一体化,称之为无缝隙仿真。它能给局中人和自动化部队在三种仿真范围内,提供一种相互作用的能力。分布式交互仿真就是要实现这样的目标。

分布式交互仿真就应用角度可分为以下三种类型:

1)平台级分布式交互仿真。平台级分布式交互仿真主要用来连接武器装备训练，仿真器,构成一个综合战场环境,用于分队级多个训练仿真器间的联合训练。

2)聚合级仿真协议ALSP。聚合级仿真协议ALSP主要用来联接聚合仿真系

统,是使各仿真系统间能够进行互操作的软件协议,它被广泛用于支持美军来联接分析和训练系统。

3)高级体系结构HLA[1][3][4][10][11][12]。HLA主要用来联接多个地点上不同的类型的仿真系统,来为高度交互活动的仿真创造一个逼真的、复杂的、虚拟世界。该技术允许为了各自目的而设计的系统、不同时期的技术、不同供应商的产品、不同的服务平台联接在一起,并且允许它们在综合战场环境下进行互操作。HLA代表分布交互仿真的下一代技术。

HLA由三个部分组成:HLA规则(the HLA Rules),HLA接口规范(the HLA Interface Specifi-cation),HLA对象模板(the ObjectModel Template)。

3基于HLA RTI的分布式交互仿真技术及其应用

HLA体系规范主要包括三部分:

1)规则。保证联邦中仿真应用间按正确的方式进行交互,描述各联邦成员的责任及它们与RTI的关系。提供了十条规则,分别对联邦和联邦成员作了规定。

2)对象模型模板。定义HLA对象模型信息的通用方法,提供一种标准格式的HLA对象模型模板,以促进模型的互操作性和资源的可重用性。

3)接口规范说明。定义联邦成员与联邦中其他成员进行信息交互的方式,即RTI的服务。其定义了RTI的六大管理功能。

HLA RTI采用对称的体系结构,即在整个系统中,所有的应用程序都通过一个标准的接口形式发生交互,并共享服务和资源,是实现互操作的基础。在该结构中,RTI是联邦执行的核心,其功能类似于分布式操作系统,为联邦成员提供运行时间所需的服务。集中式分布的RTI结构采用中央RTI主机的方式,即每个仿真应用(即联邦成员)主机中都驻留有RTI接口程序,而中央RTI软件驻留在单独的一台机器中,每个联邦成员通过本结点驻留的RTI接口程序与中央RTI进行通讯,因此所有的仿真子系统都通过RTI进行通讯,使得通讯更加有序,具有较好

的规模扩展性,并有利于降低网络流量,减轻网络负载。此外该种结构把通讯层和仿真应用层分离开来,由RTI负责网络通讯和对联邦成员的协调管理,这样就可以集中精力于仿真应用层的设计开发,减小开发难度,提高开发效率。

3.2RTI的逻辑结构

根据接口规范和联邦执行过程,RTI在联邦执行中的逻辑结构如下图所示

RTI由RTI全局执行进程RtiExec、联邦执行进程FedExec和LibRTI库组成。RtiExec 是一个全局进程,主要功能是管理联邦执行的创建和析构,即FedExec进程的创建和析构,每个联邦成员通过与RtiExec通讯来进行初始化,加入到相应的联邦执行中。FedEx-ec管理一个与其一一对应的联邦仿真过程,管理联邦成员的加入和退出,为联邦成员间的数据通讯和协调运行提供支持。LibRTI是一个C+ +库,给联邦的开发者提供HLA接口规范中定义的服务。联邦成员使用LibRTI库来调用RTI服务,该成员与其它成员的信息交互就是通过调用LibRTI 库的成员函数来实现的。在LibRTI库中有两个重要的类,RTIambas-sador类和FederateAmbassador类。联邦成员中的Li-bRTI部分一般称为LRC(Local RTI Component)。联邦成员通过调用RTI的标准服务RTIambassador完成加入联邦、设置时间管理方式、发布和预定FED文件中定义的对象类和交互类等工作。同时,RTI又通过回调FederateAmbassador 接收该联邦成员预定的对象类数据。