趙 科 冀鵬斌 韓天石 黃琦志 李 軻

摘要:以HLA為計算機仿真標準,對軍事物流配送系統(tǒng)進行仿真。在分析軍事物流配送流程的基礎上,確定了仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦成員組成,設計了FOM/SOM,給出了聯(lián)邦成員的開發(fā)方法,并實現(xiàn)了軍事物流配送中心這一聯(lián)邦成員。

關鍵詞:高層體系結構(HLA);軍事物流配送;仿真;聯(lián)邦

中圖分類號:TP391.9文獻標識碼:A

Abstract: The paper simulates the system of military logistics delivery with high level architecture as the standard for computer simulation. On the foundation of analyzing the process of military logistics delivery, it designs the federal of simulation system and FOM/SOM, gives the method of federal development, and realizes the federal of military logistics delivery center.

Key words: HLA; military logistics delivery; simulation; federal

隨著科學技術的發(fā)展和軍隊現(xiàn)代化水平的提高,信息化戰(zhàn)爭的雛形已經(jīng)展現(xiàn)在人們面前?？v觀近些年美軍發(fā)動的幾場局部戰(zhàn)爭,軍隊后勤保障模式發(fā)生了巨大變化,軍事物流在后勤保障中的地位和作用不斷凸現(xiàn),而軍事物流配送作為軍事物流的核心功能部分,肩負著將作戰(zhàn)物資交付到作戰(zhàn)部隊手中的重要任務,越來越引起各國軍隊的關注。

HLA(High Level Architecture)高層體系結構作為新一代分布式仿真標準,其最顯著的特點是通過提供通用的、相對獨立的支持服務程序,將應用層同底層支撐環(huán)境分離,即將具體的仿真功能實現(xiàn)、仿真運行管理和底層通信三者分開,隱蔽各自的實現(xiàn)細節(jié),從而可以使各部分相對獨立地進行開發(fā),同時實現(xiàn)應用系統(tǒng)的即插即用。HLA的提出,其目的是針對復雜大系統(tǒng),提高建立模型與仿真的效率、促進系統(tǒng)之間的互操作和可重用,降低建模與仿真的費用,而軍事物流配送系統(tǒng)正是典型的分布式復雜大系統(tǒng),因此本文嘗試將HLA高層體系結構應用于軍事物流配送系統(tǒng)仿真研究。

1HLA簡介[1]

HLA是美國國防部建模與仿真辦公室于1996年提出的建模與仿真技術框架的核心部分。HLA重點解決兩個關鍵問題:一是要促進仿真系統(tǒng)之間的互操作;二是要有利于仿真模型在不同的仿真應用的重用。作為建模與仿真的高層體系結構,HLA主要由4部分組成:

(1)規(guī)則(Rules):規(guī)定了所有聯(lián)邦及其聯(lián)邦成員必須符合的要求,表述HLA中各個部件的功能劃分和邏輯關系,體現(xiàn)了HLA的基本構思和原則。

(2)對象模型模板OMT(Object Model Template):是用來描述HLA對象模型的結構框架,它描述了HLA中對象模型的對象類、屬性、交互參數(shù)以及相關信息的格式和方法。OMT對應兩個部分:FOM和SOM,分別描述在聯(lián)邦執(zhí)行過程中可以共享的信息和仿真成員在參與聯(lián)邦運行時所能提供的能力。

(3)運行支撐環(huán)境RTI(Run-Time Infrastructure)和接口規(guī)范說明(Interface Specification):定義聯(lián)邦成員與聯(lián)邦中其它成員進行信息交互的方式,即RTI的服務。其定義了RTI的6大管理功能,即聯(lián)邦管理、聲明管理、對象管理、所有權管理、時間管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理。RTI是實現(xiàn)HLA仿真系統(tǒng)的核心。

(4)聯(lián)邦開發(fā)和執(zhí)行過程FEDEP(Federation Development and Execute Process Mode)模型:FEDEP模型是一個適合于聯(lián)邦開發(fā)的模型,是一種通用的、基于重用的聯(lián)邦開發(fā)方法,它將聯(lián)邦開發(fā)與執(zhí)行過程分為6個步驟,即:定義聯(lián)邦目標、開發(fā)聯(lián)邦概念模型、設計聯(lián)邦、開發(fā)聯(lián)邦、集成和測試聯(lián)邦、運行聯(lián)邦和分析結果。

聯(lián)邦和聯(lián)邦成員是HLA中非常重要的概念,在HLA中,將用于達到某一特定仿真目的的分布仿真系統(tǒng)稱為聯(lián)邦(Federation),它由若干個相互作用的聯(lián)邦成員(Federate,成員)構成,聯(lián)邦也可以作為一個成員加入到更大的聯(lián)邦中。最主要的一種聯(lián)邦成員是仿真應用(Simulation),仿真應用使用實體的模型來產(chǎn)生聯(lián)邦中某一實體的動態(tài)行為。聯(lián)邦成員由若干相互作用的對象構成,對象是成員的基本元素,是為了完成聯(lián)邦運行的某一功能,如記錄數(shù)據(jù)、仿真某個實體的動態(tài)行為等?；贖LA的仿真系統(tǒng)邏輯結構如圖1所示。

2基于HLA的軍事物流配送仿真系統(tǒng)設計

2.1軍事物流配送流程[2]

軍事物流配送是在一定的區(qū)域范圍內(nèi),根據(jù)部隊用戶的需求,對軍用物資進行揀選、加工、包裝、分割、組配等作業(yè),并“適時、適地、適量、適用、合理、高效”對部隊用戶進行軍用物資保障的物流活動。其功能要素具體包括:集貨、存儲、分揀、配貨、配裝、運輸、分發(fā)等,其具體流程如圖2所示。

2.2仿真系統(tǒng)的HLA聯(lián)邦設計

通過對軍事物流配送流程的分析,我們確定了軍事物流配送仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦組成,如圖3所示。

該聯(lián)邦由11個成員組成,分屬紅、藍、白三方,紅方包括7個成員,分別為:供應商、后方基地、聯(lián)勤分部、倉庫、軍工企業(yè)、配送中心以及作戰(zhàn)部隊;藍方只有一個襲擾成員,主要是干擾紅方的配送過程;白方成員主要是仿真聯(lián)邦管理成員,包括:聯(lián)邦運行控制服務成員、態(tài)勢顯示成員、戰(zhàn)場環(huán)境成員;各個聯(lián)邦成員分別由不同對象組成,如配送中心成員由運輸工具、裝載工具、揀選車、叉車、托盤、升降平臺、包裝設備、自動傳輸設備等組成;戰(zhàn)場環(huán)境成員由地形、天氣、氣象、水文、復雜電磁環(huán)境等組成。各聯(lián)邦成員通過HLA的運行支撐環(huán)境RTI提供的6大服務,實現(xiàn)彼此信息的交換和共享,完成仿真任務。

2.3對象模型設計[3]

HLA規(guī)則要求聯(lián)邦及成員都需要建立自己的對象模型。FOM(聯(lián)邦對象模型)的主要目的是為聯(lián)邦成員之間的數(shù)據(jù)交換提供一個通用、標準格式的說明。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括所有對象類和交互類以及這些類的屬性和參數(shù)。SOM(仿真對象模型)是單一聯(lián)邦成員的對象模型,它描述了聯(lián)邦成員可以對外部公布或需要訂購的對象類、對象類屬性、交互類、交互類參數(shù)的特性,這些特性反應了聯(lián)邦成員在參與聯(lián)邦運行時所具有的能力。

2.3.1FOM中對象類與交互類設計

設計對象類、交互類,是為了確定各聯(lián)邦成員之間的數(shù)據(jù)流和控制流。聯(lián)邦成員通過定購自己感興趣的對象類和交互類,發(fā)布其它成員所需的對象類和交互類,來實現(xiàn)聯(lián)邦成員之間的信息交換和互操作。

(1)對象類設計

本仿真系統(tǒng)的對象類有供應商類、后方基地類、聯(lián)勤分部類、軍工企業(yè)類、倉庫類、配送中心類、作戰(zhàn)部隊類。

(2)交互類設計

本仿真系統(tǒng)的交互類有采購類、定購類、運輸類、配送類、存儲類。

2.3.2SOM的設計

各SOM的公布/定購關系如表1所示。

3聯(lián)邦成員開發(fā)與實現(xiàn)

3.1聯(lián)邦成員開發(fā)[4]

軍事物流配送聯(lián)邦成員的開發(fā)過程,如圖4所示。分兩條主線進行:一是建立軍事物流配送的概念模型,確定軍事物流配送系統(tǒng)的相關實體、過程。在此基礎上對仿真的實體、過程進行建模和仿真流程的設計,這主要是圍繞實現(xiàn)聯(lián)邦成員的內(nèi)部功能展開,并從中抽取成員的SOM信息;二是根據(jù)各聯(lián)邦成員的SOM,分析它與其它成員的交互關系,建立聯(lián)邦的FOM,并用OMDT工具形成Fed文件,供聯(lián)邦進行初始化,為成員的交互運行設定數(shù)據(jù)結構環(huán)境。聯(lián)邦成員通過調(diào)用RTI的API接口函數(shù),將HLA交互模型與實體/過程模型相結合,使兩條主線會合,實現(xiàn)SOM中定義的仿真功能。

聯(lián)邦成員程序中與RTI接口的部分主要包括:創(chuàng)建并加人聯(lián)邦,初始化RTI數(shù)據(jù),聲明公布/定購關系請求時間推進,更新和反射對象屬性值,發(fā)送和接收交互,退出并撤銷聯(lián)邦等,具體流程如下:

(1)初始化成員數(shù)據(jù)

①創(chuàng)建RTI Logistics對象rtiLog;

②創(chuàng)建Federate Logistics對象fedLog;

③初始化成員仿真對象。

(2)調(diào)用rtiLog. createFederationExecution創(chuàng)建聯(lián)邦

(3)加入聯(lián)邦執(zhí)行

①調(diào)用rtiLog. joinFederationExecution加入聯(lián)邦;

②若加入時有異常發(fā)生,則退出程序。

(4)獲得Fed文件定義的對象類及其屬性、交互類及其參數(shù)的句柄

①調(diào)用rtiLog. getObjectClassHandle獲取對象類句柄值;

②調(diào)用rtiLog. getAttributeHandle獲取對象屬性句柄值;

③調(diào)用rtiLog. getInteractionClassHandle獲取交互類句柄值;

④調(diào)用rtiLog. getParameterHandle獲取交互參數(shù)句柄值。

(5)聲明公布/定購關系

①調(diào)用RTI:: AttributeHandIeSetFactory:: create為每一對象類創(chuàng)建句柄集;

②調(diào)用rtiLog. subscribe0bjectClassAttribute定購對象類屬性;

調(diào)用rtiLog. publishObjectClass公布對象類;

③調(diào)用rtiLog. subacribeInteractionClass定購交互類;

調(diào)用rtiLog. publishlnteractionClass公布交互類。

(6)聲明時間推進策略(缺省為非Regulating且非Constrained)

①調(diào)用rtiLog. enableTimeConstrained聲明時間推進為Constrained;

②調(diào)用rtiLog. enableTimeRegulation聲明時間推進為Regulating。

(7)仿真運行,反復執(zhí)行下列語句

①若需創(chuàng)建新的對象,則調(diào)用rtiLog.registerObjectInatance進行注冊,并記錄返回的實例句柄值;

②仿真向前推進一步。

(8)更新對象實例屬性值,發(fā)送交互

①更新屬性值。調(diào)用RTI:: AttributeSetFactory:: create創(chuàng)建RTI:: AttributeHandleValuePairSet,調(diào)用rtiLog.updateAttributeValues更新實例屬性值;

②發(fā)送交互。調(diào)用RTI:: ParameterSetFactory:: create創(chuàng)建RTI:: ParameterHandleValuePairSet,調(diào)用rtiLog.sendInteraction發(fā)送交互。

(9)若仿真結束,跳轉(zhuǎn)至(7)

否則,調(diào)用rtiLog. timeAdvanceRequest請求時間推進,調(diào)用rtiLog. tick處理RTI事件,直至允許時間推進。

(10)結束成員運行

①調(diào)用RtiLog. reaignFederationExecution退出聯(lián)邦;

②調(diào)用RtiLog. destroyFederationExecudon撤消聯(lián)邦。

3.2聯(lián)邦成員實現(xiàn)

系統(tǒng)采用MAK公司的MAK-RTI作為底層支撐環(huán)境,FOM/SOM設計采用DMSO的OMDT1.3,實體模型開發(fā)采用Multigen Creator2.6,模型驅(qū)動及虛擬場景構建采用Multigen Vega3.7,對軍事物流配送中心這一聯(lián)邦成員進行了相應的實現(xiàn),顯示效果較好,圖5為運行時截圖。

4結束語

本文將HLA高層體系結構應用于軍事物流配送系統(tǒng)仿真研究,基于筆者對開發(fā)基于HLA的軍事物流配送仿真系統(tǒng)的初步研究和實踐,設計了仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦成員以及對象模型,并利用聯(lián)邦成員的開發(fā)方法,初步實現(xiàn)了軍事物流配送中心這一聯(lián)邦成員。下一步工作的重點是進一步完善FOM/SOM,并依據(jù)FEDEP模型對仿真系統(tǒng)其它聯(lián)邦成員進行實現(xiàn)。

參考文獻:

[1] 黃健,郝建國. HLA仿真系統(tǒng)綜合設計[M]. 長沙:國防科技大學出版社,2008.

[2] 王豐,姜大立,彭亮. 軍事物流學[M]. 北京:中國物資出版社,2003.

[3] 余峰,齊歡,代建民. 基于HLA的配送系統(tǒng)仿真[J]. 計算機與數(shù)字工程,2005,33(4):43-44.

[4] 馮曉剛,唐麗玉,陳紫成. 基于HLA的森林滅火仿真系統(tǒng)的研究[J]. 系統(tǒng)仿真學報,2007,19(3):553-554.