張　宇　張高峰

(91336部隊(duì)　秦皇島　066326)

?

一種基于Josim的運(yùn)行管理工具*

張宇張高峰

(91336部隊(duì)秦皇島066326)

摘要針對(duì)國(guó)內(nèi)武器靶場(chǎng)聯(lián)合試驗(yàn)訓(xùn)練系統(tǒng)仿真執(zhí)行配置不靈活，運(yùn)行過程管理困難等問題，設(shè)計(jì)了一種基于Josim的運(yùn)行管理工具。借鑒美國(guó)TENA的發(fā)展思想，在完成分布式聯(lián)合仿真平臺(tái)中間件關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過對(duì)工具的功能進(jìn)行層次化分析，并基于模塊化設(shè)計(jì)思想，完成了Josim運(yùn)行管理工具的設(shè)計(jì)與開發(fā)。并成功應(yīng)用于典型應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程，為提高電子靶場(chǎng)中試驗(yàn)和訓(xùn)練系統(tǒng)的運(yùn)行管理能力提供了有力支持。

關(guān)鍵詞分布式聯(lián)合仿真; LVC互操作; 中間件; 運(yùn)行管理技術(shù)

Class NumberTM73

1引言

為了更高效地利用靶場(chǎng)資源，提高聯(lián)合試驗(yàn)和訓(xùn)練能力，美軍啟動(dòng)了FI2010工程，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了“試驗(yàn)與訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)(Test and Training Enabling Architecture,TENA)”[1]，TENA專門針對(duì)試驗(yàn)訓(xùn)練領(lǐng)域的特點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)，并針對(duì)試驗(yàn)與訓(xùn)練領(lǐng)域的特定需求對(duì)HLA進(jìn)行了擴(kuò)展，為未來(lái)幾十年構(gòu)建試驗(yàn)與訓(xùn)練邏輯靶場(chǎng)提供了體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)支撐[2]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)TENA的研究已經(jīng)開展了十幾年。其中，國(guó)防科技大學(xué)對(duì)TENA的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，并詳細(xì)敘述了TENA中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。而后將HLA與TENA進(jìn)行比較，借鑒TENA思想對(duì)HLA的能力進(jìn)行擴(kuò)充，用于滿足對(duì)試驗(yàn)與訓(xùn)練互操作的需求[3～5]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出的HIT-TENA中間件，并未像TENA一樣實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程對(duì)象調(diào)用，目前主要是用事件消息觸發(fā)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用，而且還沒有應(yīng)用于訓(xùn)練系統(tǒng)中[6～10]。同時(shí)，上述支撐平臺(tái)在運(yùn)行過程中都是通過應(yīng)用本身創(chuàng)建聯(lián)邦并加入執(zhí)行，使得應(yīng)用不能獨(dú)立于執(zhí)行創(chuàng)建過程，并且沒有獨(dú)立實(shí)現(xiàn)執(zhí)行創(chuàng)建和動(dòng)態(tài)管理的工具，缺乏對(duì)靶場(chǎng)試驗(yàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的運(yùn)行管理。

基于以上問題，借鑒美國(guó)TENA的建設(shè)思想，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)試驗(yàn)訓(xùn)練領(lǐng)域建設(shè)的現(xiàn)狀，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自主、可控的分布式聯(lián)合仿真支撐平臺(tái)中間件及部分工具集的開發(fā)。在Josim的建設(shè)過程中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式聯(lián)合仿真試驗(yàn)或訓(xùn)練系統(tǒng)的運(yùn)行管理，完善Josim工具集，基于模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)開發(fā)了Josim運(yùn)行管理工具，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與執(zhí)行創(chuàng)建的分離，使應(yīng)用更專注于自身的功能設(shè)置，提高了Josim平臺(tái)的運(yùn)行管理能力。

2分布式聯(lián)合仿真支撐平臺(tái)概述

分布式聯(lián)合仿真試驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)異構(gòu)的實(shí)時(shí)分布式系統(tǒng)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、協(xié)議、時(shí)統(tǒng)、接口或網(wǎng)關(guān)的要求非常高。需要構(gòu)建一個(gè)分布式聯(lián)合仿真平臺(tái)(Josim,Distributed Joint simulation platform)，以支持實(shí)況-虛擬-構(gòu)造(live,virtual,and constructive,LVC)互操作的分布式聯(lián)合仿真。Josim仿真支撐平臺(tái)以分布式聯(lián)合仿真中間件為核心，以Josim工具集為手段，為用戶聯(lián)合仿真事件前的仿真建模、事件中的仿真運(yùn)行、事件后的仿真數(shù)據(jù)分析與評(píng)估提供支持[11]。Josim平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　Josim平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)圖

2.1Josim中間件

分布式聯(lián)合仿真支撐平臺(tái)中間件是Josim體系結(jié)構(gòu)中的核心組件，從結(jié)構(gòu)上劃分，主要由應(yīng)用層、服務(wù)管理層、對(duì)象管理層、虛擬網(wǎng)絡(luò)層和互聯(lián)機(jī)制五個(gè)層次組成。參考TENA實(shí)現(xiàn)，通過統(tǒng)一的Josim服務(wù)調(diào)用，使上層仿真應(yīng)用同名地使用各類Josim對(duì)象，屏蔽Josim對(duì)象和網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)制的差異。

2.2LVC仿真系統(tǒng)

支持LVC互操作的分布式聯(lián)合仿真支撐平臺(tái)成為實(shí)現(xiàn)聯(lián)合試驗(yàn)與訓(xùn)練的關(guān)鍵，重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)仿真互操作性、可重用性和可組合性。實(shí)況仿真(live simulation)是指真實(shí)的人員在虛擬環(huán)境下操作真實(shí)的裝備和系統(tǒng)，例如嵌入式仿真系統(tǒng)；虛擬仿真(virtual simulation)是指真實(shí)的人員操作虛擬的設(shè)備和系統(tǒng)，例如飛行模擬器、坦克駕駛模擬器、艦艇操縱模擬器；構(gòu)造仿真(constructive simulation)是指虛擬的人員操作虛擬的設(shè)備和系統(tǒng)，例如計(jì)算機(jī)生成兵力系統(tǒng)、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)[11]。

2.3Josim工具集

Josim工具集作為分布式聯(lián)合仿真系統(tǒng)的重要組成部分，分為離線工具集和在線工具集兩部分。離線工具主要用于完成分布式聯(lián)合仿真支撐平臺(tái)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作和運(yùn)行后的仿真數(shù)據(jù)分析與評(píng)估工作。在線工具集主要用于分布式聯(lián)合仿真支撐平臺(tái)運(yùn)行中的應(yīng)用服務(wù)統(tǒng)一管理和運(yùn)行監(jiān)控等工作。

3Josim運(yùn)行管理工具設(shè)計(jì)

3.1功能組成

模塊化是指解決一個(gè)復(fù)雜問題時(shí)，自頂向下逐層把系統(tǒng)劃分成若干模塊的過程。本文基于模塊化設(shè)計(jì)思想，兼顧運(yùn)行管理工具功能特點(diǎn)，將其分為網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)管理、執(zhí)行管理器管理控制、運(yùn)行管理和工作日志信息管理四個(gè)功能模塊，功能模塊組成如圖2所示。

圖2　功能模塊組成圖

3.2總體交互關(guān)系

Josim運(yùn)行管理工具通過與執(zhí)行管理器和操作系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，來(lái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/結(jié)束網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)、啟動(dòng)/結(jié)束執(zhí)行管理器、保存及恢復(fù)執(zhí)行狀態(tài)和Josim運(yùn)行管理等功能，并實(shí)現(xiàn)各類消息及SDO信息的收發(fā)。總體交互關(guān)系如圖3所示。

圖3　運(yùn)行管理工具總體交互關(guān)系圖

3.3軟件工作流程圖

圖4　運(yùn)行管理工具工作流程圖

4Josim運(yùn)行管理工具應(yīng)用驗(yàn)證

為充分驗(yàn)證Josim平臺(tái)的支撐作用以及各應(yīng)用軟件的功能及穩(wěn)定性，在某跨異地網(wǎng)絡(luò)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中進(jìn)行了Josim典型應(yīng)用驗(yàn)證系統(tǒng)的集成與實(shí)驗(yàn)。

通過制定作戰(zhàn)想定，模擬在某島附近海域進(jìn)行的電磁對(duì)抗過程，以達(dá)到裝備操作員遠(yuǎn)程模擬訓(xùn)練的目的。想定模擬敵對(duì)雙方電磁干擾與反干擾過程，并通過Josim中間件實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)交互。同時(shí)，利用Josim運(yùn)行管理工具實(shí)現(xiàn)仿真訓(xùn)練過程的運(yùn)行管理。

4.1網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)啟動(dòng)功能

首先，啟動(dòng)運(yùn)行管理工具，選擇網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)軟件啟動(dòng)方式，并配置相應(yīng)主機(jī)IP及端口號(hào)，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)軟件。網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)進(jìn)程可以使應(yīng)用程序定位一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的執(zhí)行程序，用于仿真開始時(shí)應(yīng)用加入執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)軟件啟動(dòng)界面如圖5所示。

圖5　網(wǎng)絡(luò)命名服務(wù)軟件啟動(dòng)界面

4.2執(zhí)行管理器管理控制功能

執(zhí)行管理器管理控制界面如圖6所示，軟件通過讀取配置文件自動(dòng)加載配置參數(shù)，并可手動(dòng)修改。如圖所示，設(shè)置控制臺(tái)密碼，用于Josim監(jiān)控工具使用時(shí)的登陸密碼。執(zhí)行管理器配置參數(shù)設(shè)置完成后，即可啟動(dòng)EM，并初始化中間件，只有當(dāng)執(zhí)行管理器啟動(dòng)后，參加仿真的應(yīng)用方可加入執(zhí)行。

圖6　執(zhí)行管理器管理控制界面

4.3運(yùn)行管理功能

運(yùn)行管理功能界面如圖7所示，用于在整個(gè)生命周期對(duì)Josim執(zhí)行進(jìn)行維護(hù)和管理。首先，讀取仿真規(guī)劃文件，將想定中的應(yīng)用狀態(tài)信息以列表的形式進(jìn)行顯示。如果仿真開始時(shí)沒有規(guī)劃文件，可以用本次仿真的應(yīng)用狀態(tài)信息生成仿真規(guī)劃文件。仿真開始前，各應(yīng)用首先要加入執(zhí)行，在工作狀態(tài)欄顯示各應(yīng)用的加入狀態(tài)。等到想定規(guī)劃內(nèi)的所有應(yīng)用均加入執(zhí)行后，對(duì)各應(yīng)用進(jìn)行物理授時(shí)，即通過遠(yuǎn)程異地各節(jié)點(diǎn)配置的GPS授時(shí)服務(wù)器進(jìn)行物理對(duì)時(shí)。待所有應(yīng)用都已授時(shí)成功后，下達(dá)仿真開始指令，開始本次仿真。

在仿真過程中，可以對(duì)某一節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行保存，即給各應(yīng)用節(jié)點(diǎn)下達(dá)執(zhí)行狀態(tài)保存指令，使各節(jié)點(diǎn)對(duì)某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)存儲(chǔ)記錄。如果需要恢復(fù)該時(shí)刻的執(zhí)行狀態(tài)，可以下達(dá)執(zhí)行狀態(tài)恢復(fù)指令，使各節(jié)點(diǎn)恢復(fù)該時(shí)刻的數(shù)據(jù)，進(jìn)行該時(shí)刻后續(xù)的仿真。執(zhí)行狀態(tài)保存與恢復(fù)功能能夠?qū)崿F(xiàn)各交戰(zhàn)過程的復(fù)盤，可以讓職手對(duì)某一過程進(jìn)行多次訓(xùn)練，大大提高了想定利用率和仿真訓(xùn)練效率。

圖7　運(yùn)行管理功能界面

4.4工作日志信息管理功能

工作日志信息管理界面如圖8所示，主要是將執(zhí)行運(yùn)行中所有接收和發(fā)送的信息以列表的形式進(jìn)行顯示，并實(shí)現(xiàn)工作日志信息的保存。

圖8　工作日志信息管理模塊軟件界面

5結(jié)語(yǔ)

在Josim中間件關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，為了對(duì)分布式聯(lián)合仿真試驗(yàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的運(yùn)行管理，本文基于模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了Josim運(yùn)行管理工具的開發(fā)。該軟件具有較好的可視化和可擴(kuò)展性能，并通過獨(dú)立創(chuàng)建執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與執(zhí)行創(chuàng)建的分離，使應(yīng)用更專注于自身的功能設(shè)置。目前，Josim運(yùn)行管理工具已經(jīng)在某仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中得到應(yīng)用，軟件功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定，為Josim平臺(tái)的進(jìn)一步完善和充分應(yīng)用提供了有力保障。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] George J. Rumford, Minh Vuong. Foundation Initiative 2010: The Design of the Second TENA Middleware Prototype[EB/OL].

[2] 馮潤(rùn)明,王國(guó)玉,黃柯棣.試驗(yàn)與訓(xùn)練使能體系(TENA)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004,16(10):2280-2284.

FENG Runming, WANG Guoyu, HUANG Kedi. Research on test and training enabling architecture(TENA)[J]. Journal of System Simulation,2004,16(10):2280-2284.

[3] 徐忠富,王國(guó)玉,張玉竹,等.TENA的現(xiàn)狀和展望[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2008,20(23):6325-6329.

XU Zhongfu, WANG Guoyu, ZHANG Yuzhu, et al. Progresses and prospects of TENA[J]. Journal of System Simulation,2008,20(23):6325-6329.

[4] 馮潤(rùn)明,王國(guó)玉,黃柯棣.TENA及其與HLA的比較[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2005,27(2):288-291.

FENG Runming, WANG Guoyu, HUANG Kedi. TENA and its comparison with HLA[J]. Journal of System Simulation,2005,27(2):288-291.

[5] 馮潤(rùn)明,王國(guó)玉,黃柯棣.TENA中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004,16(11):2373-2377.

FENG Runming, WANG Guoyu, HUANG Kedi. The design and implementation of TENA middleware[J]. Journal of System Simulation,2004,16(11):2373-2377.

[6] 王獻(xiàn)鵬.試驗(yàn)訓(xùn)練體系結(jié)構(gòu)中間件開發(fā)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

WANG Xianpeng. Development of test and training architecture middleware[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology,2012.

[7] 李理.HIT-TENA資源應(yīng)用集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

LI Li. Development of HIT-TENA integrate development environment[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology,2012.

[8] 燕秀秀.基于HIT-TENA的試驗(yàn)規(guī)劃軟件開發(fā)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

YAN Xiuxiu. Development of test planning software based on HIT-TENA[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology,2013.

[9] 馬躍.試驗(yàn)訓(xùn)練體系結(jié)構(gòu)資源倉(cāng)庫(kù)開發(fā)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

MA Yue. Development of HIT-TENA Resources warehouse[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology,2013.

[10] 姜守達(dá),鄧舒予,魏長(zhǎng)安.虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊研制[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014,37(23):100-104.

JIANG Shouda, DENG Shuyu, WEI Changan. Development of protocol conversion module for virtual test system[J]. Modern Electronics Technique,2014,37(23):100-104.

[11] 蔡繼紅,卿杜政,謝寶娣.支持LVC互操作的分布式聯(lián)合仿真技術(shù)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2015,27(1):93-97.

CAI Jihong, QING Duzheng, XIE Baodi. Research of Joint Simulation Platform Supporting Interoperability of LVC[J]. Journal of System Simulation,2015,27(1):93-97.

收稿日期:2016年1月10日,修回日期:2016年2月24日

作者簡(jiǎn)介:張宇,男,碩士研究生,助理工程師,研究方向：系統(tǒng)建模與仿真、分布式交互仿真。張高峰,男,高級(jí)工程師,研究方向：系統(tǒng)建模與仿真、分布式交互仿真。

中圖分類號(hào)TM73

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.07.044

Operation Management Tool Based on Josim

ZHANG YuZHANG Gaofeng

(No. 91336 Troops of PLA, Qinhuangdao066326)

AbstractTo solve the problems of weapons range for the domestic joint pilot training simulation system to perform configuration not flexible, management difficulties during the operation and other issues, a management tools based on the Josim is designed. Learning from the development thought of American TENA, based on the completion of distributed joint simulation platform middleware experimental verification of key technologies, through the tool features hierarchical analysis and drawing on modular design concept, the design and development of operation management software is completed. And it is successfully applied to typical applications experimental validation process, to improve the electronic range in test or training system operation and management ability to provide strong support.

Key WordsJosim, LVC interoperability, middleware, operation management technology