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1、基于Web服务的HLA仿真系统构架摘要：将Web技术应用于高层体系结构中是提高HLA仿真系统互操作性和可重用性的关键环节，Web服务和HLA的结合有助于完善HLA、进一步推动基于HLA的仿真的发展。针对目前HLA仿真系统中所存在的问题，提出了一种基于Web服务的HLA仿真系统构架。首先，介绍了该构架的总体结构，以及新引入的用于代表联邦成员与RTI进行交互的对象代理。然后描述了该构架的具体设计及其中所需的Web服务，同时分析了该构架的执行流程。实验结果表明，该构架以一定的交互时间为代价，能有效地使用Web服务去弥补HLA中存在的缺陷、确保HLA仿真系统顺利进行。关键字：高层体系结构；Web服务；
2、仿真；运行支撑环境；构架；代理HLA Simulation Architecture Based on Web ServicesAbstract: The introduction of web technology into high level architecture is a key factor for improving the interoperability and reusability of HLA simulation system, and the combination of web service and HLA will conduce to the perfec
3、tion of HLA and the further development of HLA-based simulation. Aiming at the problems existing in HLA simulation system, we proposed a HLA simulation architecture based on web services. Firstly, the overall structure of the architecture was presented, and a new object: proxy, which acts on behalf
4、of a federate in interacting with RTI, was introduced. Then, the web services, the specific design and the implementation process of the architecture were discussed. The experimental result shows our proposed architecture can make up for the deficiencies existing in HLA by using web service to ensur
5、e HLA simulation system goes smoothly at the expense of some time.Key words: high level architecture; web services; simulation; run time infrastructure; architecture; proxy1 引言 * E-mail: Received xxx xx, 2007; revised xxx xx, 2007; accepted xxx xx, 2007.上海电气中央研究院资助项目高层体系结构HLA是美国国防部提出的一个开放的、支持面向对象的分布
6、式仿真技术框架。它通过提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将应用层同底层支撑环境分离；从而在一定程度上解决了各种类型的仿真应用之间的互操作性和仿真部件的可重用性问题。然而，HLA标准本身中却存在着一些缺陷和问题 1：例如，RTI与特定计算机平台及编程语言有关，且不同厂商的RTI之间的互操作性有限；HLA与其他领域的技术以及标准脱节，其应用仅局限于军事领域，跟诸多商业应用不兼容；HLA在网络上运行时会受到防火墙的限制，甚至使仿真无法运行。以上这些问题导致了基于HLA的仿真难以在更多领域得到更深层次的发展。所以，HLA应该吸收采纳各种相关的技术、标准，使之能够得到更好的发展。Web服务使用开放的、
7、基于文本的标准，代表了一种新的分布式计算模式。与以往的分布式计算技术相比，Web服务可以实现跨平台、跨编程语言的互操作性，能够很好地与其它的分布式计算技术相结合，并且Web服务的请求、响应不受防火墙的限制。利用Web服务可以更容易地构建出松散耦合的分布式系统。将Web服务应用于HLA，利用Web服务的优势去弥补HLA中存在的缺陷，对于解决目前HLA中存在的诸多问题、增强HLA仿真系统的互操作性和可重用性、扩展HLA的应用范围大有裨益。然而，Web服务和HLA是针对不同目标而提出的不同标准，将两者有效地结合在一起存在着很多困难。所以，如何切实有效地将两者结合在一起应用于仿真系统成为当前研究的一个
8、热点。本文根据基于HLA的仿真的特点，提出了一个基于Web服务的HLA仿真系统构架WSHLA。首先，本文给出了WSHLA的总体结构、引入了用于代表联邦成员与RTI进行交互的对象：代理；并结合HLA接口规范等，设计了WSHLA中所需的Web服务。然后具体讨论了本构架中RTI端和客户端的设计、Web服务的部署等情况，同时分析了WSHLA中，仿真系统的执行流程。最后，本文设计了一个实验对该构架进行验证。实验结果表明，WSHLA能够有效地利用Web服务去扩展HLA仿真系统，解决了原有HLA中存在的一些问题，提供给用户一个使用了Web服务技术的新的HLA仿真系统构架。本文通过研究HLA和Web服务的结合
9、，为仿真的研究提供了一个有价值的新思路，这必将有助于解决一些基于HLA仿真的问题，从而有效地推动仿真的发展。本文结构如下：第2节介绍了HLA和Web服务的基本理论以及相关的工作；第3节描述了本文所提出的仿真系统构架WSHLA；第4节通过实验验证了该方法，并对结果进行了分析；最后总结全文，并指出下一步的工作。2 基本理论及相关工作2.1 基本理论HLA是一个通用的高层仿真框架，用以促进各种模型之间、仿真之间，以及它们与C4I系统之间的互操作性；它的建立可以推动M&S的标准化和M&S组件的可重用性。HLA最显著特点就是通过提供一个通用的、相对独立的支撑服务程序，将应用层同底层支撑环境分离，即将具体
10、的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信三者相分开，隐蔽各自的实现细节。HLA规范由三个部分组成：HLA规则、HLA接口规范、HLA对象模型模板。RTI是一个按照HLA接口规范开发的软件系统，它为仿真系统提供了通用的服务。为了有效地促进基于HLA的仿真的开发和使用，美国国防部建模与仿真办公室（DMSO）制定一整套软件工程理论联邦开发和执行过程模型（FEDEP），作为指导 2。Web服务是一种部署在Web上的对象组件；它采用了标准、规范的XML描述和独立于平台、独立于软件供应商的标准；其主要目标是跨平台的互操作性，允许并促进了基于Web服务的应用程序的松散耦合的、面向组件的和跨技术的实现。Web服
11、务体系结构是基于3种角色（服务提供者、服务注册中心和服务请求者）之间的交互。交互涉及到发布、查找和绑定等操作。典型情况下，服务提供者定义Web服务的服务描述并发布到服务请求者或服务注册中心，服务请求者使用查找操作从本地或服务注册中心检索服务描述，然后使用服务描述与服务提供者进行绑定并调用Web服务实现或同它的交互 3。2.2 相关工作随着仿真应用的不断扩展，将基于HLA的仿真和Web服务结合起来构建仿真系统得到越来越多的关注，不同的学者提出了许多不同的方法。Andreas Wytzisk等人采用管理联邦（Management Federation）的方法将Web服务集成到HLA仿真模型中；作者
12、对管理联邦中的管理联邦成员（Management Control Federates）、管理交互联邦成员（Management Interaction Federates）和管理桥接联邦成员（Management Bridge Federates）作了详细的分析，并据此提出了桥接构架 4。Katherine L. Morse等人在XMSF（Extensible Modeling and Simulation Framework）中提出了Web Enabled RTI（WE RTI）；WE RTI可以将多个联邦成员作为Web服务部署在WAN上，用户可以通过浏览器来构建联邦，WE RTI通过BEE
13、P协议传递SOAP消息 56。Paul Gustavson等人讨论了如何将SOA以及相关技术，例如XML、WSDL和BOM进行整合，以提供一个松散耦合的分布式仿真系统，并使用BAF（BOM Aggregation Framework）对此进行了详细的分析 7。Katherine L. Morse等人采用支持Streaming Multicast的Web服务研究实时分布式仿真中的兴趣管理，并提出WSIM构架，并将此构架应用于基于HLA的数据分发管理中 8。Yong Xie等人将网格技术应用于HLA中，提出了一个联邦成员代理RTI的构架，该构架成功地隐藏了仿真器的多样性、仿真器的执行平台以及仿真器
14、如何与RTI交互等细节，增强了仿真器的可重用性 910。3 基于Web服务的HLA仿真系统构架将Web服务引入到HLA中有助于利用Web服务的优势弥补HLA的缺陷、解决现有HLA仿真系统中存在的一些问题；然而将两者有效地结合在一起存在着许多困难，目前尚无合适的方法或工具。针对该问题，本文提出了一个称作WSHLA的基于Web服务的HLA仿真系统构架。3.1 WSHLA的总体结构在HLA中，RTI和联邦成员使用RID文件指定的网络地址和端口号进行直接的交互，这种交互方式是导致HLA仿真系统中存在以上诸多问题的根源之一。改变这种交互方式，并在其中引入Web服务是本文需要解决的关键问题。首先我们引入以
15、下定义：定义1：在WSHLA中，部署了RTI和所有必需的Web服务的一台计算机被称为RTI端。定义2：在WSHLA中，运行着用户仿真程序、仿真模型的计算机被称为客户端。RTI端和客户端是WSHLA的两个重要组成部分。从功能上来讲，RTI端和HLA中的RTI相同；客户端和HLA中运行了客户仿真程序、仿真模型的计算机相同。定义3：在WSHLA中，运行在RTI端，且作为联邦成员的代表与RTI进行交互的对象称为代理。代理是我们在WSHLA中引入的一个新的对象。代理和联邦成员是一一对应的关系，客户端上的每一个联邦成员在RTI端都有一个相对应的代理。在WSHLA中，联邦成员并不直接和RTI进行交互，而是使
16、用Web服务通过代理与RTI进行间接地交互；代理就是某个联邦成员与RTI进行交互的代表。仿真运行时，当一个联邦成员需要加入联邦执行时，首先它会调用相应的Web服务在RTI端生成一个对应的代理，并让代理加入到联邦执行中，而其本身并不加入联邦执行。当联邦成员需要调用RTI大使服务时，同样它会调用Web服务将请求发送给其对应的代理，然后由代理将请求转发给RTI；当RTI需要调用联邦成员提供的回调函数时，需要将请求发送给该联邦成员对应的代理，然后由代理通过Web服务将请求转发给联邦成员。WSHLA的总体结构如图1所示：图1 WSHLA的总体构架3.2 Web服务的设计WSHLA相比HLA的一个重大改进是引入了Web服务。Web服务负责联邦成员和RTI之间的交互，不恰当的设计会导致整个构架效率低下甚至是失败；所以Web服务的设计至
