《计算机仿真技术 教学课件 ppt 作者 郝培锋 崔建江 潘峰 第6章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机仿真技术 教学课件 ppt 作者 郝培锋 崔建江 潘峰 第6章（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章,第6章,6.1 分布式交互仿真体系结构的发展 6.2 高层体系简介 6.3 HLA规则 6.4 HLA对象模型模板 6.5 联邦运行支撑环境 6.6 HLA接口规范 6.7 小结,6.1 分布式交互仿真体系结构的发展,6.1.1 分布交互仿真技术 6.1.2 聚合级仿真协议 6.1.3 高层体系结构的由来 6.1.4 DIS、ALSP和HLA的比较,6.1.1 分布交互仿真技术,从独立运行模式向联网交互运行模式发展的需求正是分布交互仿真(DIS)技术产生的最根本的原因。分布交互仿真是将物理位置分布功能相同(或不同)的多个仿真应用有效地集成到一个共同的环境，各仿真应用可自主地加入或离开整
2、体环境并在此环境中能彼此交互以实现特定的目的。DIS是在SIMNET的基础上发展而来的，它是计算机仿真技术与网络技术相结合的产物，是SIMNET技术的标准化和扩展，由一系列应用协议与通信服务标准、推荐的演练策略和相关文档来确保互操作能力。DIS标准和协议的核心是建立一个通用的数据交换环境，通过协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)的使用，支持异地分布的仿真之间的互操作。DIS协议(IEEE1278.1)由29个不同的网络包组成。DIS的PDU能描述动态实体的状态信息，如点头事件(开火)、电磁发射(光、雷达等的能量发射)。,6.1.2 聚合级仿真协议,聚合级仿真协议(ALS
3、P)是对DIS的进一步扩展，目的是允许多个独立存在的战斗仿真应用可以通过局域网或广域网进行交互，因而陆海空三军的仿真应用可以在一起构成一个联合仿真模型以支持大型的军事演习。战斗仿真应用通常是指构造型的或聚集级的仿真，因为他们是以营级单位为构件在更高、更聚集一级的层次上建模。,6.1.3 高层体系结构的由来,1.M&S的高层体系结构 2.任务空间概念模型 3.数据标准,1.M&S的高层体系结构,高层体系结构(HLA)用于解决仿真系统的集成问题，为构造大规模仿真应用提供了一种应用集成方法，是实现DMSO建模/仿真的关键。美国国防部已规定HLA为美国国防部所有仿真的标准技术结构，指出DoD将取消在1
4、999财政年度前没有达到与HLA相容的仿真的进一步支持，并在2001财政年度前清除所有非HLA相容的仿真。目前，HLA已被正式接受为IEEE标准，成为新一代分布交互式仿真体系结构的标准。,2.任务空间概念模型,任务空间的概念模型(CMMS)是对真实世界权威性的第一次抽象，它对特定任务领域实体间的活动和交互给出了层次化的描述，同时它提供了知识获取的通用框架。CMMS用于解决各种真实世界中系统在建模与仿真中的表示问题，它是实体和交互描述的标准。任务空间概念模型为作战人员、条令开发人员、教练员、C4I开发人员、分析人员和仿真开发人员提供了通用的视点，是他们之间进行通信的媒介。,3.数据标准,模型与仿
5、真的有效性和适用性是建立在标准的、经认证的数据基础之上的，数据的标准化有助于提高和促进国防部门之间的信息交换。数据标准用于建模、仿真和C4I领域共享数据的标准化，它要给出权威的数据源、建立标准的数据交换格式(Data Interchange Formats，DIFs)、提供VVA过程和工具并建立数据安全政策。 数据标准种类的定义包括建立数据元、数据库结构、访问程序、系统通信、数据维护与控制等标准。该标准种类包括：开发与维护命名标准、数据元表述标准、数据VVA过程标准、数据建模标准、标准查询语言和其他相关的数据库及数据可视化工具的软件标准，以及数据转化方法的标准等。,6.1.4 DIS、ALSP
6、和HLA的比较,表6.1 DIS、ALSP和HLA的比较,6.2 高层体系简介,6.2.1 HLA仿真系统的层次结构 6.2.2 HLA的组成 6.2.3 HLA的基本思想 6.2.4 HLA的主要特点,6.2 高层体系简介,表6.2 HLA的发展阶段,6.2.1 HLA仿真系统的层次结构,图6.1 基于HLA仿真系统的层次结构,6.2.2 HLA的组成,DMSO HLA 1.3规范主要由三部分组成：HLA规则(HLA Rules)、HLA接口规范(Interface Specification)、HLA对象模型模板(Object ModelTemplate，OMT)。为了保证联邦运行阶段各联
7、邦成员之间能够正确交互，HLA规则定义了在联邦设计阶段必须遵循的基本准则。HLA对象模型模板定义了一套描述HLA对象模型的部件。HLA的关键组成部分是接口规范，它定义了在联邦运行过程中，支持联邦成员之间互操作的标准服务。这些服务可以分为六大类，即联邦管理服务、声明管理服务、对象管理服务、时间管理服务、所有权管理服务和数据分发管理服务。这六大类服务实际上反映了为有效解决联邦成员间的互操作所必须实现的功能。,6.2.3 HLA的基本思想,图6.2 HLA仿真联邦逻辑结构,6.2.4 HLA的主要特点,HLA最显著的特点是通过提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将应用层与底层支撑环境相分离，即将具体
8、的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信三者分开，隐蔽各自的实现细节，从而可以使各部分相对独立地进行开发，最大程度地利用各自领域的最新技术来实现标准的功能和服务，适应新技术的发展。HLA可实现应用系统的即插即用，易于新的仿真系统的集成和管理，并能根据不同的用户需求和不同的应用目的，实现联邦的快速组合和重新配置，保证了联邦范围内的互操作和重用。,6.3 HLA规则,6.3.1 联邦规则 6.3.2 联邦成员规则,6.3.1 联邦规则,1)每个联邦必须有一个联邦对象模型(Federation Object Model,FOM)，该联邦对象模型的格式应与HLA OMT兼容。 2)联邦中，所有与仿真有关
9、的对象实例应该在联邦成员中描述而不是在RTI中。 3)在联邦运行过程中，各成员间的交互必须通过RTI来进行。 4)在联邦运行过程中，所有联邦成员应按照HLA接口规范与RTI交互。 5)在联邦运行过程中，任一时刻、同一实例属性最多只能为一个联邦成员所拥有。,6.3.2 联邦成员规则,1)每个联邦成员必须有一个符合HLA OMT规范的成员对象模型(Simulation Object Model，SOM)，也叫仿真对象模型。 2)每个联邦成员必须有能力更新/反射任何SOM中指定的对象类的实例属性，并能发送/接收任何SOM中指定的交互类的交互实例。 3)在联邦运行过程中，每个联邦成员必须具有动态接收和
10、转移对象属性所有权的能力。 4)每个联邦成员应能改变其SOM中规定的更新实例属性值的条件。 5)联邦成员必须管理好局部时钟，以保证与其他成员进行协同数据交换。,6.4 HLA对象模型模板,6.4.1 联邦对象模型 6.4.2 成员对象模型 6.4.3 HLA OMT的组成,6.4.1 联邦对象模型,HLA FOM(联邦对象模型)的主要目的是提供联邦成员之间用共用的、标准化的格式进行数据交换的规范，描述了仿真联邦的联邦对象模型在仿真运行过程中将参与联邦成员信息交换的对象类、对象类属性、交互类、交互参数的特性，HLA FOM的所有部件共同建立了一个实现联邦成员之间互操作所必需的“信息模型协议”。F
11、OM的关键部分是对象类结构表和交互类结构表。,6.4.2 成员对象模型,HLA SOM(成员对象模型)是单一联邦成员的对象模型，它描述了联邦成员可以对外公布或需要订购的对象类、对象类属性、交互类、交互参数的特性，这些特性反映了成员在参与联邦运行时所具有的能力。基于OMT的SOM开发是一种规范的建模技术和方法，它便于模型的建立、修改、生成和管理，便于对已开发的仿真资源的再利用，能够促进使建模走向标准化。,6.4.3 HLA OMT的组成,图6.3 OMDT对象模型开发工具,6.5 联邦运行支撑环境,1)具体实现了HLA接口规范。 2)为仿真应用提供了仿真运行管理功能，比如仿真过程的开始、暂停、回
12、复、时间同步、仿真时间推进等。 3)提供了底层通信传输服务，屏蔽了网络通信程序实现的复杂性，开发人员可以很容易地实现数据的发送和接收，从而降低了分布交互仿真程序设计的复杂程度。 4)它是仿真功能与仿真运行管理、底层通信传输三者分离的基础。,图6.4 运行支撑环境RTI的组成结构,图6.5 RTI启动界面,6.6 HLA接口规范,6.6.1 联邦管理 6.6.2 声明管理 6.6.3 对象管理 6.6.4 时间管理,6.6 HLA接口规范,表6.3 RTI提供的服务,6.6.1 联邦管理,图6.6 联邦执行生命周期的过程及主要服务,6.6.1 联邦管理,图6.7 联邦成员间同步的交互过程及主要任
13、务,6.6.2 声明管理,1.公布和订购对象类 2.公布和订购交互类,1.公布和订购对象类,对象类公布/订购的基本过程如图6.8所示，该图描述了对象类公布和订购的基本过程以及与该过程相关的RTI服务。,2.公布和订购交互类,图6.8 对象类公布/订购的基本过程,2.公布和订购交互类,图6.9 交互类公布/订购的基本过程,6.6.3 对象管理,1.对象实例的注册、发现和删除 2.对象实例的更新和反射 3.交互实例的发送和接收,1.对象实例的注册、发现和删除,图6.10 对象实例的注册、发现和删除的基本交互过程,2.对象实例的更新和反射,图6.11 对象实例的更新和反射的交互过程,3.交互实例的发
14、送和接收,图6.12 交互实例的发送与接收的基本过程,6.6.4 时间管理,图6.13 时间管理策略的设置的交互过程,6.6.4 时间管理,图6.14 基于时间步长的逻辑时间推进过程,6.7 小结,本章在简要介绍了高层体系结构的层次结构、组成、基本思想、主要特点、规则、对象模型模板和联邦运行支撑环境的基础上，结合DMSO的 HLA 1.3的接口规范，重点介绍了联邦管理、声明管理、对象管理、时间管理的基本概念和基本原理，并简单介绍了接口规范中各个服务的基本功能。 HLA作为一种多个仿真的通信标准，是在由美国国防部的支持和领导下进行开发的，首先应用于美国军方、承包商和相关组织间的多计算机交互式仿真，因此也是一种实现大规模仿真的集成方案。HLA规则已成为IEEE M&S的正式标准，标准号为IEEE 1516，因此也作为一种基于其他背景的仿真通信或集成标准。,
