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基于HLA的物资保障仿真系统研究
2012年4月6日    评论:    分享:

    作者:严代彪 刘健
    单位:北京 92117 部队
          武汉海军工程大学
 
    摘要:本文首先介绍了高层体系结构,然后结合物资保障活动,提出了“基于HLA的物资保障仿真系统”,该系统采用HLA的仿真体系结构,模块化设计和编程,便于系统将来的功能扩展和代码重用。

    1、高层体系结构

    1.1 HLA

    高层体系结构(High Level Architecture,HLA)是美国国防部(DoD)于1995年提出的一个分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation,DIS)的技术框架。

    HLA的核心思想是互操作和重用,其显著特点是通过运行支撑环境(Run-Time Infrastructure,RTI),提供通用的、相对独立的支撑服务程序,将仿真应用同底层的支撑环境分开,即将具

    体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信传输三者分离,隐蔽了各自的实现细节,从而使各部分可以相对独立地进行开发,并能充分利用各自领域的先进技术。2000年,HLA正式成为IEEE建模与仿真标准(IEEE 1516.X系列),基于HLA的分布交互仿真成为今后仿真发展的主要方向。HLA按照面向对象的思想和方法来构建仿真系统,它是在面向对象分析与设计的基础上划分仿真成员,构建仿真联邦的技术。HLA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 Model Template,OMT)。为了保证在仿真系统(即联邦)运行阶段各联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。接口规范是HLA的关键部分,它定义了在仿真系统运行过程中,支持联邦成员之间互操作的标准服务。在HLA框架下,一个典型的仿真联邦的逻辑结构如图1所示。

图 1 HLA 仿真的逻辑结构
图 1 HLA 仿真的逻辑结构

    1.2 RTI

    RTI是一个按照HLA接口规范开发的软件系统,它能为仿真应用提供通用的、相对独立的支撑服务,其功能类似于分布式操作系统。图1中的RTI即是按照HLA的接口规范开发的服务,它实现了HLA接口规范中所有的六大类服务功能,并能按HLA接口规范提供一系列支持联邦成员互操作的服务函数,这些服务可分为两种类型:一种是由联邦成员调用,RTI提供服务;另一种由RTI调用,联邦成员响应。它是HLA仿真系统进行分层管理控制、实现分布仿真可扩充性的支撑基础,也是进行HLA其它关键技术研究的立足点。对采用HLA体系结构的仿真系统,联邦的运行和仿真成员之间的交互和协调都是通过RTI来实现的,RTI的实现及其运行性能的好坏,是分布仿真系统的关键。

    2、仿真系统开发研究

    2.1体系结构

    “基于HLA的物资保障仿真系统”采用HLA的仿真体系结构,模块化设计和编程,便于系统将来的功能扩展和代码重用。仿真系统的体系结构如图2所示。

图 2 仿真系统的体系结构
图 2 仿真系统的体系结构

    2.2硬件总体结构

    根据软件的应用目的和研究需要,以及将来的应用扩展,设计仿真系统的硬件总体结构如图3所示。

图 3 仿真系统的硬件总体结构
图 3 仿真系统的硬件总体结构

    各个仿真节点的所具备的功能如下所述。

    仿真导演台:进行仿真模式(实时仿真、快速仿真、仿真重演)的设置,物资保障态势的初始化(包括保障对象、保障目标、保障环境和保障主要内容等),进行物资保障态势的实时改变和综合显示;进行仿真的综合管理,协调仿真对象,对仿真过程进行控制(开始、暂停、继续、停止等),获取仿真运行中相关的数据及信息并进行记录。

    数据库服务器:存储和管理保障环境数据库,物资保障数据库、多媒体数据等。存贮仿真中相关数据,供其它仿真节点读出或写入数据。

    环境模拟器:根据仿真导演台的保障环境设定和数据库服务器中的参数,合成保障环境的模拟,以及运输路线最优化等模型研究。

    消耗实体模拟器:模拟物资保障中的装备、人员和物资。物资指挥系统:模拟物资保障的过程,主要包括情报处理、指挥调度和运输控制三部分。

    运输系统:模拟运输机、运输车和运输船的相关行为和性能。评估系统:对物资保障的效能进行综合评估,以及仿真结果的分析;对物资保障中保障模型的性能进行综合评估和改进。

    2.3软件总体结构

    仿真软件分7大部分,分别运行在仿真导演台、数据库服务器、环境模拟器、物资指挥系统(包括情报处理台、指挥调度台、运输控制台)、消耗实体模拟器、运输系统、评估系统中。整个软件系统采用基于HLA的仿真体系结构,各仿真节点间的信息及数据传输均采用订购和发布对象类属性及交互类参数的形式,通过底层支撑环境RTI进行交互,便于系统进行功能扩展和代码重用。

    从功能的角度来看,整个系统软件可分为:

    (1)管理模块:根据各个子系统的任务要求和状态,进行参数设置,功能选择等。

    (2)联邦成员模块:运行联邦成员,负责各子系统之间数据的交互以及仿真过程的控制。

    (3)数学模型模块:物资保障环境仿真模型、物资保障模型(包括军需、油料、医疗卫生、运输、仓储等),物资保障效能评估模型等。

    (4)数据库模块:管理数据库,记录并存储仿真过程中的数据。

    (5)显示模块:物资保障态势、参数曲线、性能曲线等。

    各节点软件模块组成如图4所示。

图4仿真系统各节点软件模块组成
图4仿真系统各节点软件模块组成

    模型开发工具采用SEQUOIA Integrator1.0,应用模型开发工具是SEQUOIA SimBuilder1.0,运行时间框架(RTI)为DMSO RTI 1.3NG,辅助运行调试环境为STAGE 3.1。

    3、结论

    物资保障模拟仿真采用HLA为核心的分布仿真技术框架,以仿真资源库为中心,建立包含联邦开发、运行支撑、演示、控制管理、分析评估的仿真环境,在此仿真环境的支撑下,根据物资保障仿真系统功能要求,通过重用,可快速建立各系统、构造或虚拟仿真系统以及一些辅助性的仿真应用,便于系统将来的功能扩展和代码重用。

    本文作者创新点:运用HLA的体系结构,建立了包含联邦开发、运行支撑、演示、控制管理、分析评估的物资保障仿真系统,为物资保障活动的仿真提供了思路和具体实施方法。

    参考文献

    [1]陈凌云,姜振东.HLA中对象模型的研究[J].计算机仿真,2003.1.

    [2]张剑芳,卜淮原,罗挺.HLA在后方勤务仿真系统中的应用[J].武器装备自动化,2004.2.

    [3]刘健,刘忠.HLA在潜艇作战系统仿真中的应用[J].计算机仿真,2004.10.

    [4]赵敬东,陈治平,何佑明.HLA战场虚拟环境仿真框架研究[J].光电技术应用,2004.6.

    [5]吴秀鹏,俞康伦,蔡纪伟.HLA OM在装备保障仿真中的应用研究[J].微计算机信息,2007.7.

    作者简介:严代彪(1973-),男,重庆市梁平人,工程师,主要从事后勤信息化建设研究。

标签:HLA物资保障军事
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