吳曉婷
摘要:本文對現(xiàn)代分布式仿真最為常用的一種HLA 的產(chǎn)生與發(fā)展、HLA的概念、HLA的標準規(guī)范組成、HLA的技術(shù)特點加以總結(jié)介紹。
隨著模擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展,被仿真的系統(tǒng)復雜度越來越高,范圍越來越廣,分布式的特性越來越明顯。新的技術(shù)需求要求建立一個功能更加完備,操作更加簡便的龐大的分布式交互虛擬仿真空間環(huán)境。HLA 就是在這樣的背景下,由美國國防部負責軍事領(lǐng)域仿真的建模與仿真辦公室(DMSO)在綜合了DIS和ALSP的經(jīng)驗和基礎(chǔ)上提出的一個通用的分布式建模仿真的技術(shù)框架結(jié)構(gòu)。其目的是提升各類仿真應用促進各種類型的仿真系統(tǒng)之間的互操作性和仿真系統(tǒng)及其部件的可重用性,從而實現(xiàn)將構(gòu)造仿真、虛擬仿真以及真實仿真集成到一個綜合空間環(huán)境中,以滿足不同類型仿真的需要。
一、HLA簡介
較早期的DIS、ALSP等仿真協(xié)議都是同類功能仿真應用互聯(lián),只有有限的互操作性,不能滿足越來越復雜的分布式作戰(zhàn)仿真需求。1995年美國國防部在發(fā)布的建模與仿真主計劃中,決定在國防領(lǐng)域范圍內(nèi)制定一個通用的仿真技術(shù)框架來保證各種仿真應用系統(tǒng)之間的互操作性。該通用技術(shù)框架包括三個部分:
(1) 高層體系結(jié)構(gòu)(High LeveL Architecture,HLA)
(2)任務(wù)空間概念模型(Conceptual Model of the Mission Space,CMMS)
(3) 數(shù)據(jù)標準(Data Standards,DS)
HLA是建模與仿真通用技術(shù)框架的核心,定義了一種仿真軟件體系結(jié)構(gòu)。
二、HLA的標準規(guī)范組成
DMSO在經(jīng)歷過四個原型系統(tǒng)的開發(fā)與試驗后,于1996年8月正式公布了HLA規(guī)范,主要包括規(guī)則、對象模型模板OMT和運行支撐系統(tǒng)RTI接口規(guī)范說明三部分組成。
(1)HLA的規(guī)則
HLA的規(guī)則包括10條,用以描述聯(lián)邦仿真和成員的職責。前5條為一個聯(lián)邦必須滿足的要求,后5條為一個聯(lián)邦成員必須滿足的要求。
規(guī)則1 聯(lián)邦必須有一個HLA聯(lián)邦對象模型,且FOM必須符合HLA對象模型模板。
規(guī)則2 在一個聯(lián)邦中,所有與仿真應用有關(guān)的對象實例必須在聯(lián)邦成員中描述,不能再RTI中描述。
規(guī)則3 在一個聯(lián)邦執(zhí)行中,聯(lián)邦成員之間的所有 FOM 數(shù)據(jù)交換都必須經(jīng)過RTI。
規(guī)則4在一個聯(lián)邦執(zhí)行中,聯(lián)邦成員與 RTI 之間的交互必須遵循 HLA 的接口規(guī)范。
規(guī)則5在一個聯(lián)邦執(zhí)行中,對象實例的任何一個屬性在任意時刻至多被一個聯(lián)邦成員所擁有。
規(guī)則6每個聯(lián)邦成員都必須有一個符合 HLA OMT 的成員對象模型SOM。
規(guī)則7 聯(lián)邦成員必須能夠修改和(或)反射 SOM對象的屬性,發(fā)送(接收)SOM 對象的交互信息。
規(guī)則8 聯(lián)邦成員必須能夠在聯(lián)邦執(zhí)行過程當中,按照SOM的規(guī)定動態(tài)轉(zhuǎn)移/接受屬性的所有權(quán)。
規(guī)則9 聯(lián)邦成員必須能夠按照SOM的規(guī)定改變的條件,從而實現(xiàn)對象屬性的更新。
規(guī)則10 聯(lián)邦成員必須能夠管理本地時間,從而能夠協(xié)調(diào)與其他聯(lián)邦成員的數(shù)據(jù)交換。
(2) RTI接口規(guī)范
RTI接口規(guī)范提供了一系列服務(wù)來處理聯(lián)邦運行時成員間的互操作和管理聯(lián)邦的運行,是分布交互仿真系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)軟件。HLA 規(guī)則要求所有的成員按照 HLA 的接口規(guī)范說明所要求的方式同 RTI 進行數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)成員間的交互作用。
RTI 作為聯(lián)邦執(zhí)行的核心,其功能類似于某種特殊目的的分布操作系統(tǒng),為成員提供運行時所需的服務(wù)。 RTI 提供六大類服務(wù),包括聯(lián)邦管理、聲明管理、對象管理、所有權(quán)管理、時間管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理。 這些接口可區(qū)分為兩種類型: 一類是 RTI 提供的服務(wù),由成員調(diào)用的接口:另一類是由成員響應,RTI調(diào)用的接口。
(3)對象模型模板
HLA的目的是促進仿真應用間的互操作, 提高仿真應用及其部件的重用能力。了達到這一目的, HLA 要求采用對象模型來描述聯(lián)邦及其中每個成員在聯(lián)邦運行過程中需要交換的各種數(shù)據(jù)及相關(guān)信息。 通常來講,對象模型可以用各種形式來描述,但 HLA 規(guī)定必須用一種統(tǒng)一的表格——對象模型模板OMT來規(guī)范,OMT 提供了建立 HLA 對象模型的通用框架。
OMT 用于定義聯(lián)邦對象模型 FOM 、成員對象模型 SOM 和管理對象模型MOM。 按 HLA 規(guī)則要求,每一個聯(lián)邦都有其聯(lián)邦對象模型 FOM ,其中包括一些聯(lián)邦中成員可共享的信息。FOM 還要考慮一些成員內(nèi)部的問題。按HLA 規(guī)則要求每一個成員也都有其成員對象模型 SOM ,用于描述了成員的重要特征,提供了該成員能供外部使用的對象和交互。管理對象模型 MOM 是全局定義的,它提供了管理一個聯(lián)邦所需的對象和交互。HLA 將數(shù)據(jù)和構(gòu)架獨立開來。
三、HLA軟件體系結(jié)構(gòu)特點
HLA 體系結(jié)構(gòu)共有多種風格的結(jié)構(gòu)特點,即層次化特點、數(shù)據(jù)抽象特點和基于事件、隱含激活的特點。
(1) HLA體系結(jié)構(gòu)的層次化特點
一個層次化的系統(tǒng)是采用分層的方式來組織的,其中每一層都為它的上一層提供服務(wù),并接受下一層的服務(wù)。從聯(lián)邦成員的角度來看,RTI 是一個位于其下層的、完整封裝了RTI功能的層次。將 RTI的功能和聯(lián)邦成員分離開來實現(xiàn)了兩方面的重要功能。第一,將仿真互操作的通用功能從聯(lián)邦成員中去除,聯(lián)邦成員的代碼不需要重復那些用于實現(xiàn)互操作的服務(wù)。第二,將聯(lián)邦成員從體現(xiàn)在 RTI中的技術(shù)變化分離開來,如果必須修改 RTI 以適應新型網(wǎng)絡(luò),那么,聯(lián)邦成員將不受影響。
(2)HLA 體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)抽象特點
HLA 體系結(jié)構(gòu)是基于數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο螳@得的,數(shù)據(jù)表示和它們相關(guān)的原始操作被封裝在一個抽象的數(shù)據(jù)類型或?qū)ο笾?。這種類型的組件是對象,也可以是抽象數(shù)據(jù)類型的實例。HLA 中層次化原理實際上是采用了雙向的工作方式, 從聯(lián)邦成員看 RTI和從 RTI看聯(lián)邦成員。這樣構(gòu)成了數(shù)據(jù)抽象。RTI為位于其后的、所有狀態(tài)都被隱藏的聯(lián)邦成員提供接口,同樣,每個聯(lián)邦成員也為位于其后面的、所有狀態(tài)都被隱藏的 RTI提供接口。
(3)HLA 體系結(jié)構(gòu)的基于事件特點
基于事件也稱為隱含調(diào)用、反應集成或選擇廣播。隱含調(diào)用的思想在設(shè)計 RTI 服務(wù)時被廣泛采用。 HLA 的規(guī)則規(guī)定: 聯(lián)邦成員之間不能直接進行交互,必須通過 RTI,于是聯(lián)邦成員之間并不知道對方的存在。一個聯(lián)邦成員調(diào)用 RTI 服務(wù),將導致 RTI 去調(diào)用其他聯(lián)邦成員的服務(wù),至于決定調(diào)用哪一個聯(lián)邦成員是由 RTI 來決定的。
參考文獻:
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