王　媛　趙科莉

(中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院　北京　100094)

?

訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與綜合集成技術(shù)研究*

王媛趙科莉

(中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院北京100094)

摘要論文對(duì)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的需求進(jìn)行分析，提出了異構(gòu)式的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系架構(gòu)模式。對(duì)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的異構(gòu)體系集成技術(shù)做了深入探索，建立了基于多協(xié)議的異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，提出了基于網(wǎng)關(guān)橋接的異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)綜合集成技術(shù)，解決了訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的綜合集成問題，并將其應(yīng)用于某型作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練模擬系統(tǒng)中，初步驗(yàn)證了該項(xiàng)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與綜合集成技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞訓(xùn)練模擬; 體系結(jié)構(gòu); 異構(gòu)體系; 綜合集成

Class NumberTN219

1引言

模擬訓(xùn)練目前受到世界各國(guó)軍隊(duì)的高度重視，不僅因?yàn)槠淠軌蚪档统杀?，提供更為便捷的?xùn)練，更是因?yàn)槠淇梢詫㈦y以實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景通過虛擬仿真技術(shù)呈現(xiàn)，提高訓(xùn)練效果。由此可知，訓(xùn)練模擬系統(tǒng)可能包括真實(shí)系統(tǒng)或其中一部分以提供受訓(xùn)環(huán)境，同時(shí)也可能包括仿真模擬系統(tǒng)以提供虛擬場(chǎng)景，如何將這樣的兩類分系統(tǒng)更好地實(shí)現(xiàn)綜合集成以形成統(tǒng)一的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，成為訓(xùn)練模擬系統(tǒng)研制的一大關(guān)鍵問題。

2訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)概述

2.1訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于大型訓(xùn)練模擬系統(tǒng)涉及實(shí)裝系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)等多種應(yīng)用的集成，而不同的應(yīng)用采用的體系結(jié)構(gòu)往往是不同的，因此，訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和異構(gòu)系統(tǒng)集成是系統(tǒng)研制的關(guān)鍵問題。

訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)研制過程中的核心設(shè)計(jì)決策，它不但嚴(yán)重影響系統(tǒng)的技術(shù)體制和開發(fā)效率，也嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的運(yùn)行性能、維護(hù)性和可擴(kuò)展性，同時(shí)體系結(jié)構(gòu)方案通常與系統(tǒng)集成方式緊密相關(guān)。而異構(gòu)體系下系統(tǒng)綜合集成的核心問題，是不同操作系統(tǒng)、不同體系結(jié)構(gòu)、不同運(yùn)行平臺(tái)下應(yīng)用系統(tǒng)間的互操作問題，而互操作則是以互連互通為基礎(chǔ)的。所謂互連，指通信雙方存在相同的通信機(jī)理和物理連接，但不保證通信協(xié)議的兼容；互通是在互連的基礎(chǔ)上，通過通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)流的交換；互操作指兩個(gè)系統(tǒng)透明地訪問對(duì)方資源的能力。

基于目前模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中實(shí)裝設(shè)備與模擬設(shè)備共存，實(shí)物設(shè)備與虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境共存，模擬系統(tǒng)與其他更大的訓(xùn)練環(huán)境共存的特點(diǎn)決定了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)需具有靈活的伸縮性和適應(yīng)能力，同時(shí)要求仿真應(yīng)用系統(tǒng)具有交互性強(qiáng)、時(shí)效性高、模塊耦合緊密等特點(diǎn)。

因此，為確保異構(gòu)的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、互聯(lián)互通、性能優(yōu)化、擴(kuò)展性好，本文在對(duì)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和綜合集成方法進(jìn)行深入的研究和探索，并以應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證其合理性。

2.2仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)化仿真是仿真領(lǐng)域的里程碑事件，它改變仿真系統(tǒng)的單機(jī)集中式的結(jié)構(gòu)，大大地?cái)U(kuò)展了仿真系統(tǒng)的規(guī)模和容量，為異地異構(gòu)異類仿真系統(tǒng)的集成乃至仿真系統(tǒng)與實(shí)裝系統(tǒng)的集成提供了可能。

網(wǎng)絡(luò)化仿真起源于美軍SIMNET計(jì)劃(1983年)，然后發(fā)展成DIS2.x &IEEE1278協(xié)議(1989年)和ALSP協(xié)議(90年代初)。但是這些協(xié)議并沒有消除仿真領(lǐng)域存在的主要問題：絕大多數(shù)仿真應(yīng)用實(shí)現(xiàn)較為獨(dú)立交互性和重用性差。再到后來的建模與仿真主計(jì)劃(MSMP，1995年)，提出了高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture, HLA)、任務(wù)空間的概念模型(CMMS)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(Data Standard,DS)，促進(jìn)仿真系統(tǒng)之間及其與C4ISR系統(tǒng)之間的互操作。其中HLA經(jīng)過多個(gè)版本發(fā)展為IEEE1516系列標(biāo)準(zhǔn)，成為目前廣泛應(yīng)用的仿真系統(tǒng)高層體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)。

HLA的關(guān)鍵是引入了運(yùn)行支撐環(huán)境(RTI)，明確地將仿真應(yīng)用模型和仿真支撐服務(wù)分離，提高了仿真系統(tǒng)的可重用性與互操作性，方便新的仿真系統(tǒng)與原有系統(tǒng)進(jìn)行集成。HLA規(guī)范定義的另外兩個(gè)內(nèi)容是HLA Rule(HLA規(guī)則)和HLA OMT(對(duì)象模型模板)。HLA Rule定義了HLA框架的基本原則。根據(jù)HLA框架和規(guī)則，一個(gè)基于HLA仿真系統(tǒng)稱為一個(gè)聯(lián)邦，它由一系列聯(lián)邦成員(成員內(nèi)含有一系列仿真對(duì)象)和一個(gè)公共的基礎(chǔ)設(shè)施(RTI)組成，因此它在體系結(jié)構(gòu)上具有事件系統(tǒng)的風(fēng)格?；贖LA開發(fā)的仿真支撐環(huán)境目前已成為成熟的商用產(chǎn)品，如美國(guó)國(guó)防部的DMSO RTI、瑞典pitch ats公司的pRTI、美國(guó)mak公司的makRTI等，這些產(chǎn)品均通過了美國(guó)DMSO測(cè)試和認(rèn)證，可直接購(gòu)買使用。

HLA聯(lián)邦開發(fā)的實(shí)質(zhì)和關(guān)鍵是構(gòu)造各個(gè)聯(lián)邦成員并使它們能協(xié)同運(yùn)行，使各成員協(xié)同表現(xiàn)出的行為能滿足系統(tǒng)任務(wù)的需求，是應(yīng)用開發(fā)的核心。針對(duì)這個(gè)問題，如何為仿真應(yīng)用系統(tǒng)提供一個(gè)高效的開發(fā)環(huán)境和科學(xué)合理的開發(fā)流程，是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。美國(guó)國(guó)防部DMSO總結(jié)了前期HLA開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合軟件工程的要求，提出FEDEP規(guī)范，以指導(dǎo)仿真的發(fā)起方、開發(fā)方與應(yīng)用方共同協(xié)作，按照一定的工程步驟開發(fā)基于HLA的仿真系統(tǒng)?；贔EDEP，國(guó)內(nèi)外專家同時(shí)也結(jié)合開發(fā)實(shí)踐，明確了各個(gè)開發(fā)階段的各種自動(dòng)化、半自動(dòng)化工具。這其中包括軟件開發(fā)中的各種通用工具，如需求分析工具、對(duì)象系統(tǒng)建模工具、編譯調(diào)試工具、配置管理等工具，也包括與仿真相關(guān)的專用工具，如情景相定與仿真推演工具、概念模型分析工具、SOM/FOM模型開發(fā)工具、聯(lián)邦部署工具、聯(lián)邦運(yùn)行與集成工具、各種通用的聯(lián)邦成員(如數(shù)據(jù)記錄器、聯(lián)邦分析成員、聯(lián)邦管理成員)等。同時(shí)，人們將模型集成、系統(tǒng)通信、時(shí)間管理、任務(wù)調(diào)度等功能集成到仿真框架中，形成功能更高級(jí)，接口更簡(jiǎn)單的軟件，即仿真中間件。以該仿真中間件為核心，配套一系列工具，以完成分布式仿真系統(tǒng)建模、開發(fā)、集成、測(cè)試、運(yùn)行管理等工作，從而形成了面向分布交互仿真的開發(fā)平臺(tái)。仿真平臺(tái)在國(guó)內(nèi)外有大量成熟的產(chǎn)品。國(guó)外類似的仿真平臺(tái)如Aegis公司的labworks、mak公司的VR-Link等，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品如航天二院的COSIM。

3基于網(wǎng)關(guān)橋接的異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)綜合集成技術(shù)

3.1基于多協(xié)議的異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

為了解決上述已有仿真系統(tǒng)工具和仿真中間件在便捷性、高效性和多協(xié)議支持等方面的不足，這里，采用一種支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)形成基于HLA的仿真架構(gòu)，再通過網(wǎng)關(guān)和橋接形成異構(gòu)的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

根據(jù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用一個(gè)專門的子系統(tǒng)(即集成子系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)仿真分系統(tǒng)、實(shí)裝分系統(tǒng)、其他訓(xùn)練系統(tǒng)等部分之間的互連互通互操作。這里仿真分系統(tǒng)一般包括虛擬的兵力系統(tǒng)和導(dǎo)演部系統(tǒng)，實(shí)裝分系統(tǒng)一般包括實(shí)物受訓(xùn)系統(tǒng)，其他訓(xùn)練系統(tǒng)一般為更高層或同層級(jí)或更低層的仿真系統(tǒng)以便實(shí)現(xiàn)可靈活配置的協(xié)同訓(xùn)練功能，因此這里的互連互通互操作包括仿真分系統(tǒng)與其他協(xié)議系統(tǒng)、多個(gè)仿真聯(lián)邦之間的互連互通互操作。我們以支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)中間件作為集成的軟總線，支持在同一進(jìn)程中同時(shí)使用包括實(shí)裝協(xié)議和多種仿真協(xié)議在內(nèi)的不同協(xié)議，這為其可以用于開發(fā)網(wǎng)關(guān)和橋接器提供了可能。

導(dǎo)演部系統(tǒng)直接應(yīng)用該中間件開發(fā)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與軟總線的集成；兵力系統(tǒng)自帶的仿真引擎整體向該中間件移植后，其上面的兵力模型也自動(dòng)集成到該中間件中來；由于其他訓(xùn)練系統(tǒng)是不同的聯(lián)邦，其對(duì)象模型和訂閱發(fā)布關(guān)系是兩套不同體系，因此需要聯(lián)邦橋接器實(shí)現(xiàn)與軟總線的集成；而實(shí)裝系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)與與其他系統(tǒng)集成，網(wǎng)關(guān)將接收到的各仿真節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的實(shí)體運(yùn)行信息、交互信息轉(zhuǎn)換打包成實(shí)裝協(xié)議的格式發(fā)送給實(shí)裝系統(tǒng)，同時(shí)也將基于實(shí)裝的報(bào)文數(shù)據(jù)通過解包、分類、整理，轉(zhuǎn)換打包成HLA/RTI格式發(fā)送給仿真系統(tǒng)。

根據(jù)前述技術(shù)原理，系統(tǒng)綜合集成的核心組件元素及相互關(guān)系如圖1所示，技術(shù)關(guān)鍵在于基于支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)中間件的仿真分系統(tǒng)，以及網(wǎng)關(guān)和聯(lián)邦橋接器的設(shè)計(jì)。

圖1　訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

3.2基于支持多協(xié)議高效封裝服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

上述基于多協(xié)議的異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)是系統(tǒng)集成的關(guān)鍵。這種支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)通過將分布環(huán)境下組件組裝、對(duì)象通信、時(shí)間同步、任務(wù)調(diào)度等核心服務(wù)進(jìn)行高效的封裝，使用戶開發(fā)的模型代碼集中反映其業(yè)務(wù)邏輯，大幅提高開發(fā)效率并減小維護(hù)難度；通過協(xié)議橋接器實(shí)現(xiàn)核心仿真服務(wù)與底層協(xié)議(或中間件)分離，通過簡(jiǎn)單的配置即可實(shí)現(xiàn)RTI1516、DDS、TCP等多協(xié)議靈活切換；其構(gòu)建方式采用基于SRML的仿真描述語言支持系統(tǒng)及模型的參數(shù)化，并支持以組件的方式進(jìn)行靈活的模型開發(fā)和集成；通過采用報(bào)文合并、多級(jí)調(diào)度、多核計(jì)算、對(duì)象快速查找等技術(shù)，優(yōu)化了對(duì)象間的通信和調(diào)度模式，極大地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度；支持C/C++/C#語言，支持反射式面向?qū)ο蠼涌诤蚆VC模式的接口，支持一個(gè)進(jìn)程內(nèi)創(chuàng)建多個(gè)引擎實(shí)例(這個(gè)特性對(duì)于實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的橋接和互連非常有用)等多語言多接口多實(shí)例功能；支持監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(包括類間繼承關(guān)系、對(duì)象間聚合關(guān)系、類與對(duì)象的實(shí)例化關(guān)系)和狀態(tài)參數(shù)等高級(jí)調(diào)試功能。

這種支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)采用集成組件化、通信透明化、編程對(duì)象化、模型參數(shù)化，為大規(guī)模異構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)同開發(fā)提供了強(qiáng)有力的支持，在產(chǎn)品的多協(xié)議適應(yīng)性、模型協(xié)同開發(fā)、異構(gòu)系統(tǒng)集成、模型復(fù)用、高性能計(jì)算等方面均具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)。

因此這里的仿真分系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下：

將仿真封裝服務(wù)中間件的接口、核心功能服務(wù)及底層通信協(xié)議三者進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)和開發(fā)。如圖2所示，頂層是門戶層，為應(yīng)用系統(tǒng)提供訪問接口；中間層是功能服務(wù)層，提供仿真核心的服務(wù)；底層是協(xié)議層，該層通過橋接器實(shí)現(xiàn)各種異類協(xié)議與仿真服務(wù)互連。

圖2　支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

將仿真封裝服務(wù)中間件在門戶層支持多接口，多接口的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案是首先以面向?qū)ο蟮男问絿?yán)格定義將仿真封裝服務(wù)中間件的原子接口(基本接口)，然后運(yùn)行適配器模式對(duì)原子接口進(jìn)行封裝和轉(zhuǎn)換，形成基于MVC的接口和面向方面的接口。

將仿真封裝服務(wù)中間件的核心服務(wù)層構(gòu)建在反射式對(duì)象語義模型基礎(chǔ)之上，主要提供組件管理、對(duì)象管理、事件管理和調(diào)度管理等核心服務(wù)。組件管理包括組件的加載、組裝、查找、更換等，對(duì)象管理提供分布環(huán)境下對(duì)象的創(chuàng)建、查找、刪除與狀態(tài)一致性維護(hù)等功能，事件管理為分布環(huán)境下的所有對(duì)象提供統(tǒng)一的交互機(jī)制和接口，調(diào)度管理則為仿真對(duì)象分配計(jì)算資源、調(diào)度實(shí)體對(duì)事件做出響應(yīng)，同時(shí)，確保時(shí)間推進(jìn)和任務(wù)調(diào)度過程中因果關(guān)系正確。

運(yùn)用正交化軟件體系結(jié)構(gòu)的原理，將仿真封裝服務(wù)中間件核心服務(wù)層進(jìn)一步分解為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、事件系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)系統(tǒng)描述仿真對(duì)象間靜態(tài)的組織結(jié)構(gòu)和聚合關(guān)系，事件系統(tǒng)為仿真對(duì)象間的交互提供透明的服務(wù)，調(diào)度系統(tǒng)對(duì)仿真對(duì)象的行為提供調(diào)度機(jī)制。

將仿真封裝服務(wù)中間件的協(xié)議層主要是實(shí)現(xiàn)底層的通信協(xié)議與核心服務(wù)的橋接，使核心服務(wù)與底層設(shè)施隔離開來，方便了其各自獨(dú)立開發(fā)和演化。該層采用橋接器模式確定其基本框架，并按將仿真封裝服務(wù)中間件的組件規(guī)范進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因此，它可以和普通組件一樣被動(dòng)態(tài)加載和更換。橋接器模式的采用使得將仿真封裝服務(wù)中間件非常方便地支持多種底層通信中間件或協(xié)議，同時(shí)運(yùn)行于將仿真封裝服務(wù)中間件之上的模型則無需要作任何修改。

3.3異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)橋接方案

3.3.1異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方法

網(wǎng)關(guān)體系結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。它由一個(gè)代理部件和一個(gè)轉(zhuǎn)換部件組成，采用組件技術(shù)將不同協(xié)議封裝在不同組件中，通過在同一網(wǎng)關(guān)進(jìn)程加載并運(yùn)行多個(gè)協(xié)議組件，解決了網(wǎng)關(guān)進(jìn)程同時(shí)與多個(gè)協(xié)議互連問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了協(xié)議組件的復(fù)用。

代理部件是聯(lián)邦中的一個(gè)成員，它用于接收本聯(lián)邦中需要往外聯(lián)邦發(fā)布的數(shù)據(jù)，以及將轉(zhuǎn)換部件接收外聯(lián)邦的數(shù)據(jù)發(fā)送到本聯(lián)邦。代理部件維護(hù)著本聯(lián)邦與實(shí)裝系統(tǒng)之間的公布/訂購(gòu)關(guān)系、對(duì)象類/交互類的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及實(shí)例和屬性的映射關(guān)系，以及系統(tǒng)實(shí)體間時(shí)空統(tǒng)一性。轉(zhuǎn)換部件作為網(wǎng)關(guān)一部份，其主要作用就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的解包、分類、整理，轉(zhuǎn)換，可以方便且容易地得到代理部件中的對(duì)象信息以及事件，這樣轉(zhuǎn)換部件可以將代理部件中對(duì)象信息與事件打包發(fā)送到其它基于實(shí)裝協(xié)議開發(fā)的臺(tái)位上。反之當(dāng)轉(zhuǎn)換部件接收到來自其它實(shí)裝協(xié)議開發(fā)的臺(tái)位數(shù)據(jù)時(shí)，將這些數(shù)據(jù)解包賦值到代理部件中的對(duì)象上，代理部件中的對(duì)象通過屬性映射更新使得本聯(lián)邦中的該數(shù)據(jù)對(duì)象代理屬性得以更新。

圖3　網(wǎng)關(guān)組成結(jié)構(gòu)圖

如圖4所示，代理軟件根據(jù)仿真封裝服務(wù)中間件的反射式對(duì)象原理能夠獲取到聯(lián)邦中其它成員的對(duì)象信息，在通過實(shí)裝協(xié)議發(fā)送給實(shí)裝系統(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)到實(shí)裝系統(tǒng)的對(duì)象發(fā)現(xiàn)以及屬性映射更新，也同時(shí)可以根據(jù)這一原理將轉(zhuǎn)換部件接收到的來自實(shí)裝的數(shù)據(jù)映射為本聯(lián)邦實(shí)體數(shù)據(jù)。對(duì)于實(shí)裝協(xié)議下的周期性數(shù)據(jù)，在仿真協(xié)議下都有一個(gè)對(duì)象去維護(hù)。

圖4　網(wǎng)關(guān)軟件對(duì)象與數(shù)據(jù)映射示意圖

代理軟件在處理突發(fā)性事件時(shí)根據(jù)仿真封裝服務(wù)中間件的事件分發(fā)服務(wù)，如：代理成員注冊(cè)了事件C的響應(yīng)函數(shù)，則當(dāng)聯(lián)邦中某一成員發(fā)送了事件C，則代理成員中事件C的響應(yīng)函數(shù)自動(dòng)會(huì)被調(diào)用，這樣代理成員就可以通過回調(diào)函數(shù)獲取到事件C的內(nèi)容，然后將事件C打包通過實(shí)裝協(xié)議發(fā)送到指定的IP和端口。反之，當(dāng)代理軟件接收到事件C的數(shù)據(jù)包，將事件C的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包，然后創(chuàng)建一個(gè)仿真協(xié)議下的事件，并發(fā)送，這樣其它成員訂閱且具有事件C響應(yīng)函數(shù)，則這些響應(yīng)函數(shù)會(huì)被自動(dòng)調(diào)用，這樣就完成了實(shí)裝協(xié)議與仿真協(xié)議之間的突發(fā)事件的通信。

3.3.2異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)橋接器設(shè)計(jì)方法

聯(lián)邦橋接器軟件的體系結(jié)構(gòu)如圖5所示，轉(zhuǎn)換部件RTIBrigde用于實(shí)現(xiàn)RTI數(shù)據(jù)與仿真封裝服務(wù)中間件對(duì)象的轉(zhuǎn)換，維護(hù)本地成員與遠(yuǎn)程其它成員之間的公布/訂購(gòu)關(guān)系、對(duì)象類/交互類的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及實(shí)例和屬性的映射關(guān)系。由于連接兩個(gè)仿真實(shí)例，因此有兩個(gè)基于仿真封裝服務(wù)中間件的RTIBrigde組件。

模型映射器用于實(shí)現(xiàn)不同兩套體系下仿真封裝服務(wù)中間件對(duì)象之間的映射，是互操作的關(guān)鍵，其主要功能包括：發(fā)現(xiàn)并截取聯(lián)邦1的對(duì)象，在聯(lián)邦2內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)相對(duì)應(yīng)的對(duì)象，反之亦然，建立并維護(hù)對(duì)象實(shí)例在不同聯(lián)邦間的ID的對(duì)應(yīng)關(guān)系；截取聯(lián)邦1對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)更新，根據(jù)ID映射關(guān)系將屬性值復(fù)制到聯(lián)邦2的對(duì)象，同時(shí)通知聯(lián)邦2其基于上述實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)不同聯(lián)邦的對(duì)象映射關(guān)系如圖6所示。

他成員該對(duì)象數(shù)據(jù)更新；協(xié)調(diào)聯(lián)邦1和聯(lián)邦2的時(shí)間推進(jìn)；完成聯(lián)邦1和聯(lián)邦2之間事件的映射和轉(zhuǎn)發(fā)。

圖5　聯(lián)邦橋接組成結(jié)構(gòu)圖

圖6　聯(lián)邦橋接器對(duì)象映射示意圖

4某型作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的應(yīng)用情況

以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，已成功運(yùn)用到某型作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)研制過程中，運(yùn)用支持多協(xié)議的高效封裝服務(wù)實(shí)現(xiàn)層次明確的仿真分系統(tǒng)，運(yùn)用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)仿真分系統(tǒng)與實(shí)裝分系統(tǒng)間的互聯(lián)互通互操作，運(yùn)用橋接器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該訓(xùn)練模擬系統(tǒng)與上級(jí)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)間的互聯(lián)互通互操作，最終實(shí)現(xiàn)了可靈活配置的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)，并可在上級(jí)導(dǎo)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下實(shí)現(xiàn)與其他訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的協(xié)同訓(xùn)練，該系統(tǒng)并已投入實(shí)際作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練中，獲得了初步成效，初步驗(yàn)證了該項(xiàng)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與綜合集成技術(shù)的可行性。

5結(jié)語

本文對(duì)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出了異構(gòu)式的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系架構(gòu)模式，并據(jù)此研究基于支持多協(xié)議高效封裝服務(wù)的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和基于網(wǎng)關(guān)和橋接技術(shù)的異構(gòu)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)綜合集成方案。研究了基于多種通信協(xié)議網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)互操作的支持多協(xié)議高效封裝服務(wù)方法提出了將仿真系統(tǒng)分解接口層、服務(wù)層和協(xié)議層的的體系結(jié)構(gòu)方案，大大減少了三者之間的耦合，為仿真封裝服務(wù)支持多接口和多協(xié)議提供了技術(shù)支持；研究了網(wǎng)關(guān)和橋接器的設(shè)計(jì)模式和軟件設(shè)計(jì)方法，確保不同協(xié)議同時(shí)有效工作，提出了基于網(wǎng)關(guān)和聯(lián)邦橋接器的異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成方案；最終解決了訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的綜合集成問題，并將其應(yīng)用于某型作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練模擬系統(tǒng)中，初步驗(yàn)證了該項(xiàng)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與綜合集成技術(shù)的可行性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] The Department of Defense. High Level Architecture Interface Specification, version1.3[EB/OL]. http://hla.dmso.mil.

[2] High Level Architecture Run-Time Infrastructure Programmer’s guide 1.3 version 6,DMSO Mar 12,1999.

[3] DMSO. HLA Federation Development and Execution Process(FEDEP)&Supporting Tools[EB/OL]. http://www.dmso.mil.

[4] 劉興堂.現(xiàn)代系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)(修訂版)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

[5] 婁寧.實(shí)兵實(shí)裝接入的信息作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練模擬系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2010,36(1):262-264.

[6] 徐敬.水面艦艇大型訓(xùn)練模擬系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2013,25(8):1778-1782.

[7] 賀毅輝.作戰(zhàn)模擬基礎(chǔ)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2012.

[8] 王小非.海軍作戰(zhàn)模擬理論與實(shí)踐[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[9] 于大清.聯(lián)合作戰(zhàn)全景解析[M].北京:中國(guó)發(fā)展出版社,2011.

[10] 張宏軍.作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)概論[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2012.

[11] Frederick Kuhl, Richard Weatherly, Judith Dahman等. 計(jì)算機(jī)仿真中的HLA技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2003.

收稿日期：2016年1月8日,修回日期：2016年2月25日

作者簡(jiǎn)介：王媛,女,碩士,高級(jí)工程師,研究方向：系統(tǒng)仿真。趙科莉,女,碩士,工程師,研究方向：系統(tǒng)仿真。

中圖分類號(hào)TN219

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.001

System Structure and Integrated Technology of Training Simulation System

WANG YuanZHAO Keli

(China Shipbuilding Industry System Engineering Reseach Institute, Beijing100094)

AbstractIn this paper, the training simulation system architecture requirements is analyzed, heterogeneous training simulation system architecture model is proposed. Then it deeply explores the integration technology of heterogeneous training simulation system integration technology, establishes the architecture of heterogeneous training simulation system based on the multi-protocol，proposes the integrated technology of heterogeneous training simulation system based on gateway bridge. It solves the integrated problem of the training simulation system, and it is applied in a certain type of battle command training simulation system, the feasibility of this simulation training system structure and integrated technology is verified preliminarily.

Key Wordstraining simulation, system structure, heterogeneous system, integration