分布式交互仿真技术

FOM是一个联邦的共同词汇表，它描述联邦成员向联邦中其它
成员展示的对象和交互。

规则 2 ：在联邦中，所有和仿真有关的对象实例的描述应该在联邦成员中， 而不在RTI中。 因此RTI服务对仿真互操作是通用的服务，RTI不用修改就可以应用于各种 不同的仿真应用领域。 这条规则也说明RTI不保存联邦和联邦成员状态，任何RTI的实现只保存和

这条规则确认了接口规范在 HLA中的位置。这使联邦成员与不同的 RTI软件的特
殊性隔离开，使得一个RTI的实现能被另一个RTI的实现成功地替换。

规则5. 在联邦执行过程中，在任何一个时刻，一个实例属性将最多只能由一个 联邦成员拥有。

谁拥有一个实例的属性谁就负责更新它，如果联邦成员不拥有实例属性，其任何
3）接口规范。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。
对象模型模板

HLA是一个开放的体系结构, 其主要目的是促进仿真系统 间的互操作性、提高仿真系统及部件的重用能力。为了 达到这两目标, HLA要求采用对象模型来描述联邦及联邦 中的每一个联邦成员。该对象模型描述了联邦在运行过 程中需要交换的各种数据及相关信息。 HLA 规定必须用 一种统一的表格———对象模型模板OMT来规范对象模 型的描述,如下页图表所示：
它服务有关的状态，当它需要实例的属性值和参数时，它总是依赖联邦成 员来提供。
HLA规则

联邦规则
规则3：在联邦执行过程中，在联邦成员间所有FOM数据的交换应该通过 RTI来实现。 它保证了仿真组件能互操作和可重用，RTI不能被联邦成员绕过，这样所 有联邦成员的交换都是可重用的。


规则 4. 在联邦执行过程中，联邦成员和 RTI 之间将遵循 HLA 接口规范进行交互。
声明管理


数据“生产者”向RTI声明自己所能“生产”的数据, 数据“消费者”向RTI预订自己所需要的数据, 由RTI负责 在“生产者”和“消费者”之间进行匹配。 声明管理为联邦成员提供了类层次上的表达机制, 联 邦成员既可以单独使用声明管理, 也可以将声明管理和数 据分发管理结合起来使用。
对象管理
员大使(Federation Ambassador)。
RTI是HLA体系结构的运行支撑系统，它将应用层同其底层支撑环境功能分离开， 即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层输出三者分离开来，可以使各部分
相对独立开发，尽可能地利用各个不同领域的最先进的技术，同时可方便地集成和
管理新的仿真系统。
3.HLA的特点

接口规范
HLA接口规范是HLA的关键组成部分, 它为仿真运行提供六大服务: 联邦管理服务 声明管理服务 对象管理服务 时间管理服务 所有权管理服务 数据分发管理服务
联邦管理



联邦管理是指对一个联邦执行的创建、动态控制、修 改和删除等过程。 在计算机网络中, RTI和其他一些支持软件构成一个综 合的仿真环境。在这个环境中, 可以运行各种联邦。联邦 管理就是为了在此仿真环境中动态地创建、修改和删除联 邦运行。除了这些操作外, 联邦管理还包括联邦成员间的 同步、联邦的保存和恢复等内容。 联邦执行是指在联邦运行过程中,RTI根据联邦成员的 请求用一个指定的FOM及相关的联邦细节数据, 为实现联 邦成员之间的互操作而创建一个虚拟环境。
HLA体系结构图
1.HLA的概念及组成
1）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。 2）规则。保证联邦中仿真应用间按正确方式进行交互，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。




HLA支持多种类型仿真间的交互； HLA采用了客户/服务器（Clint/Server)的技术和概念，而 不像DIS中中简单采用了点对点的广播方式； HLA采用了联邦对象模型（FOM）/仿真对象模型（SOM） 技术和方法描述对象属性与对象间的交互作用，便于模型 的建立、修改、生成与管理和仿真资源的再利用； RTI中提供了声明管理服务，减少了冗余信息的传输，从 而大大提高了信息传输的有效性，减小了处理器的处理负 担，为构成大规模的分布交互仿真提供了可能。
更新该实例属性值的尝试将被RTI拒绝。
HLA规则

联邦成员规则
规则6：联邦成员应该有一个仿真对象模型SOM，SOM遵循HLA的对象模型模板 OMT。

对于联邦成员，要使用HLA术语表述其所有仿真功能，至少是该联邦成员在
任何联邦中可能向外展示的数据。这个文挡就是它的仿真对象模型（SOM）。
在联邦设计期间，OMT建立了表述联邦成员特征所需要的最小信息集。

规则9：联邦成员应该能按SOM中的规定，改变更新属性的条件（例如门 限值）。 SOM指出联邦成员更新给定属性的条件（时间段、门限值界限等），联 邦成员应该具有改变这些条件的能力。 规则10： 联邦成员应该能管理局部时间，从而允许它和联邦中其它的成员 协调数据交换。 这条规则要求某一联邦成员使用一些RTI的时间管理函数来管理其仿真时 间，并允许其它的联邦成员管理它们自己的仿真时间。联邦成员可以决定 不用任何时间管理服务。
发展阶段：
1
2
3
DIS 体系结构
ALSP 体系结构
HLA 体系结构
1 2
HLA
HLA的概念及组成
HLA的核心RTI
3
HLA的特点
1.HLA的概念及组成
HLA按照面向对象的思想和方法来构建仿真系统。HLA定义了一个通用的技术框架, 在这个技术框架下可以接受现有的各类仿真过程的共同加入, 并实现彼此的互操作。 在HLA框架下, 联邦成员通过RTI构成一个开放性的分布式仿真系统, 如图所示, 整个 系统具有可扩充性, 其中, 联邦成员可以是真实实体系统、构造或虚拟仿真系统以及一些

规则7：联邦成员应该能更新和/或反射其SOM中规定的任何属性、发送和/ 或接收其SOM中规定的交互。

在SOM中提到的属性和交互必须完全被RTI所支持。一个联邦成员将启动和
RTI有关的适当行为，并将响应 RTI针对其SOM中的每个属性或交互所启动 的服务。
HLA规则

联邦成员规则

规则8： 在联邦执行过程中，联邦成员应该能按SOM中的规定，动态地转 移和/或接收属性的所有权。 联邦成员不仅要支持SOM中数据的产生和消费，而且要实现属性所有权转 移协议。联邦成员愿意（或不愿意）转移所有权必须在它的SOM中声明。
优缺点概述
DIS 体系结构 优点 缺点 优点 ALSP 体系结构 缺点
1.解决了异构 1.可扩展性差 仿真结点在一 个综合环境内 2.信息传输的目标性差 的交互问题
1.加强了时间管理功能
2.将数据管理服务分离 出来, 并进行了代码优 化, 可较好地实现构造 仿真的分布式运行 3.逻辑时间的同步问题 有所改善 4.有效地减少了系统中 消息传递的数量,能较好 地满足军事演习仿真领 域的要求

对象管理是在声明管理的基础上, 实现对象实例的注 册/发现、属性值的更新/反射、交互实例的发送/接收以及 对象实例的删除等功能。
时间管理
Байду номын сангаас
时间管理服务是 HLA 接口规范的重要组成部分 , 时间 管理服务的本质是通过逻辑时间对分布式仿真中的消息进 行排序, 保证事件发生在仿真系统中的时序关系与现实世 界中的时序关系相一致, 确保仿真的正确执行和可重用。 时间管理服务还能够实现仿真应用程序之间的同步。
辅助性的仿真应用。在联邦的运行阶段, 这些成员之间的数据交换必须通过RTI。
在HLA中, 联邦(Federation)是指用于达到某一特定目的的分布式仿真系统, 它由若干 个联邦成员(Federate), 一个共同的联邦对象模型FOM(Federation object model)和支撑 框架RTI(Run time Infrastructure)组成。
三点新要求：
仿真应用间的互操作性：(Interoperability)：实现不同类型的仿真 应用之间无缝的链接，如将基于等时间步长的实时连续系统仿真、基于 ALSP标准的聚集级仿真集成到一个分布交互的综合环境中； 仿真软件的可重用性(Reusability)。各部门开发的仿真构件能够最大 限度地重用以降低仿真应用的开发代价，提高仿真活动开展的效率； 仿真系统规模的可扩展性(Sealability)。在某些应用领域(如军事领 域)需要大规模的分布仿真系统的支持，这些系统一般涉及到大量的仿 真结点机，这就对分布交互仿真系统的可扩展性提出了较高的要求；
机电系统建模与仿真
ALSP简介
20世纪80年代末，美国国防部开始研究使用聚合级作战仿真为 联合演习提供支持。 所谓聚合级仿真是指挥团、营、连等部队单元级的构造仿真， 而不是单个作战人员和实体的仿真。按DIS标准构成的仿真系统用 于平台级实时连续系统的描述，聚合级仿真协议ALSP(Aggregate Level Simulation Protocol)用于分布的聚合级以离散事件为主的 作战仿真系统，它实质上是“构造仿真”。 构造仿真的时间管理不同于DIS系统，它不一定与实际时钟直 接联系，而是采用时间步长、事件驱动等方法，只要保证聚合级的 分布构造仿真系统的体系结构、标准和相应的关键技术，并将基于 ALSP标准的分布交互仿真系统应用于1992年、1994年和1996年的军 事演习，使ALSP标准得到了改进和完善。
对象模型模板
HLA规则

HLA规则是构成HLA标准的三个组成部分之一；
HLA规则表达了对HLA兼容的联邦成员和联邦的设计目标和限制； HLA规则总结了HLA如何应用的方式； HLA规则前五条是关于联邦的，后五条关于联邦成员的。



HLA规则

联邦规则
规则1：联邦应该有一个联邦对象模型 FOM，FOM遵循HLA的对象模 型模板OMT。
所有权管理


所有权关系指的是实例属性和联邦成员之间的一种关 系, 如果联邦成员有权更新某个实例属性的值, 就称该联邦 成员拥有该实例属性, 这种拥有关系称为所有权关系。 在联邦运行生命周期的任一时刻, 实例属性最多只能 被一个联邦成员所拥有, 当然它也可以不被任何联邦成员 拥有。但是, 只有唯一拥有属性所有权的联邦成员才有权 更新该实例属性的值。
DIS、ALSP和HLA的综合比较
DIS ALSP HLA 平台级和聚合级建模（包括连 续系统和离散事件系统） 虚拟仿真/实况仿真/构造仿真 一点对多点通信 在SOM和FOM中定义数据通 信格式 由TRI（Run-Time Infrastructure)提供网络接口 多种时间的管理服务
平台级建模（以连续系统为主） 聚合级建模（以离散事件系统 为主） 虚拟仿真/实况仿真 广播式通信/点对点通信 数据通信PDU规范 （IEEE1278-1） 网络接口按IEEE12178-2标准 实时仿真 构造仿真 广播式通信 规定联邦的数据交换，在接口 控制文件中说明，但没有标准 格式 由AIS(ALSP Infrastructure Software）提供网络接口 守恒的时间管理模式
数据分发管理


DDM 服务的目标是将大规模分布联邦中联邦成员接 收到的消息限制为仅仅是感兴趣的消息, 以减少接收消息 的联邦成员处理的数据量、网络的消息流量。 声明管理在类属性层次上提供数据相关信息, 而数据 分发管理增加了在实例属性层次进一步细化数据需求的能 力。
2.HLA的核心RTI
运行支撑环境(RTI)是HLA接口规范的具体实现，是HLA的核心部件。RTI包括两 部分，服务器实现部分和客户端组件部分。客户端组件称之为本地RTI组件(RLc， Local RTI Component)，它为联邦成员提供一个服务调用接口，这个接口叫做RTI 大使(RTI Ambassador);同时RTI需要保持一个联邦成员的回调接口，称之为联邦成
1.不能实现与实物仿真 和虚拟仿真间的互操作
2.对仿真系统间和对象 间行为的理解能力较差
3.数据冗余, 降低了网络性能 和系统的实时性 4.时间管理功能差 5.仿真应用的互操作性和仿 真资源的可重用性差
3.较多适用于聚集级作 战仿真(如军事演习、 演练等), 没有形成较大 规模的应用
现代仿真具有广泛化、复杂化、分布化等特点，对未来仿真提出了