第五章分布交互仿真技術(shù)

第五章分布交互仿真技術(shù)第一頁(yè)，共64頁(yè)。在上世紀(jì)80年代，由于對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)的需要，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和周邊學(xué)科的某些理論與技術(shù)問(wèn)題的突破，使得計(jì)算機(jī)仿真這一學(xué)科得以迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在日益拓寬和加深。為使讀者能更好地了解仿真技術(shù)的一些最新發(fā)展，以及今后能在仿真領(lǐng)域做進(jìn)一步的研究，或?qū)⒎抡婕夹g(shù)應(yīng)用于一些比較復(fù)雜的系統(tǒng)之中，本章將向讀者介紹仿真這一學(xué)科的新思想﹑新概念和新方法。由于篇幅有限，涉及問(wèn)題均是基本的，有興趣的可以參考有關(guān)文獻(xiàn)。第五章分布交互仿真技術(shù)2第二頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真產(chǎn)生的背景分布交互仿真技術(shù)分布式交互仿真技術(shù)產(chǎn)生于軍事領(lǐng)域的迫切需求，軍事領(lǐng)域的仿真技術(shù)一直代表仿真技術(shù)發(fā)展的最高水平。分布式交互仿真技術(shù)之所以發(fā)展迅速有兩方面的重要因素，即應(yīng)用需求和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。3第三頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真產(chǎn)生的背景分布交互仿真技術(shù)4第四頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真應(yīng)用分布交互仿真技術(shù)5第五頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真應(yīng)用分布交互仿真技術(shù)6第六頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)7第七頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)1983年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DAPAR)正式提出了SIMNET(SimulationNetworking)研究計(jì)劃，并得到美國(guó)陸軍的支持，該計(jì)劃的最初目的是希望將分散于各地的多個(gè)地面車(chē)輛(坦克、裝甲車(chē)等)訓(xùn)練模擬器用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，進(jìn)行各種復(fù)雜任務(wù)的綜合訓(xùn)練。到80年代末，SIMNET計(jì)劃結(jié)束時(shí)，已形成了約260個(gè)地面車(chē)輛仿真器和飛機(jī)仿真器以及指揮中心和數(shù)據(jù)處理設(shè)備等的綜合仿真網(wǎng)。SIMNET的成功應(yīng)用使美國(guó)軍方充分認(rèn)識(shí)到這一技術(shù)的潛在作用。第八頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)1989年在美國(guó)陸軍、建模與仿真辦公室DMSO和DARPA的共同倡導(dǎo)和支持下，正式提出了分布交互仿真的概念，并制訂了一套面向分布式仿真的標(biāo)準(zhǔn)文件，以使這一技術(shù)向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化的方向發(fā)展。美國(guó)陸軍的CATT計(jì)劃、WARSIM2000計(jì)劃、NPSNET計(jì)劃、STOW計(jì)劃等都采用了DIS標(biāo)準(zhǔn)。基于DIS標(biāo)準(zhǔn)的分布交互仿真系統(tǒng)的基本思想是通過(guò)建立一致的標(biāo)準(zhǔn)通信接口來(lái)規(guī)范異構(gòu)的仿真系統(tǒng)間的信息交換，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將位于不同地理位置上的仿真系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)異構(gòu)的綜合作戰(zhàn)仿真環(huán)境，滿足武器性能評(píng)估、戰(zhàn)術(shù)原則的開(kāi)發(fā)和演練以及人員訓(xùn)練等的需要。異構(gòu)的仿真系統(tǒng)間的互操作是建立在標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)基礎(chǔ)上的。

第九頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)ALSP(AggregateLevelSimulationProtocol)是用于分布的聚合級(jí)以離散事件為主的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)。1990年1月，美國(guó)高級(jí)研究計(jì)劃署提出了聚合級(jí)仿真協(xié)議的概念，主要研究聚合級(jí)的分布構(gòu)造仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，并將基于ALSP標(biāo)準(zhǔn)的分布交互仿真系統(tǒng)應(yīng)用于1992年、1994年和1996年的軍事演習(xí)，使ALSP標(biāo)準(zhǔn)得到了改進(jìn)和完善。10第十頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)仿真應(yīng)用間的互操作性(Interoperability)仿真軟件的可重用性(Reuseability)仿真系統(tǒng)規(guī)模的可擴(kuò)展性(Sealability)11第十一頁(yè)，共64頁(yè)。分布式交互仿真技術(shù)發(fā)展分布交互仿真技術(shù)12第十二頁(yè)，共64頁(yè)。仿真節(jié)點(diǎn)的自治性時(shí)空一致性信息傳輸?shù)恼鎸?shí)性采用對(duì)象/事件結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)性互操作性可靠性和安全性系統(tǒng)可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)原則分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與關(guān)鍵技術(shù)13第十三頁(yè)，共64頁(yè)。合理的分布式結(jié)構(gòu)信息交換標(biāo)準(zhǔn)DR機(jī)制時(shí)鐘同步機(jī)制坐標(biāo)變換技術(shù)接口處理機(jī)制虛擬環(huán)境技術(shù)建模與仿真的VVA技術(shù)運(yùn)行管理技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與關(guān)鍵技術(shù)14第十四頁(yè)，共64頁(yè)。DIS中的仿真節(jié)點(diǎn)分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接器仿真計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)連接其他仿真節(jié)點(diǎn)（NIU）仿真節(jié)點(diǎn)1仿真節(jié)點(diǎn)n15第十五頁(yè)，共64頁(yè)。網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU基本功能分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)物理上：NIU完成各仿真器的不同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互連數(shù)據(jù)流上：實(shí)現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)集到PDU（PtotocolDataUnit)的互換仿真環(huán)境上：實(shí)現(xiàn)了局部仿真到統(tǒng)一的綜合虛擬環(huán)境的互通應(yīng)用軟件局部數(shù)據(jù)接口驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)接口驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)接口PDU網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口局部數(shù)據(jù)通道網(wǎng)絡(luò)SimulatorNIUNIU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換示意圖16第十六頁(yè)，共64頁(yè)。網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU輔助功能分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)過(guò)濾功能：NIU中保留一長(zhǎng)本仿真器感興趣的實(shí)體的ID表，NIU根據(jù)該表格進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾；DR模型解算：NIU采用DR遞推算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償；表示仿真器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的“心跳”數(shù)據(jù)發(fā)送：NIU每隔固定時(shí)間段向外發(fā)送一數(shù)據(jù)幀，表示該仿真器仍處于正常狀態(tài)；17第十七頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)組成物理上ROUTERSimulatorNIULANSimulatorNIUSimulatorNIUWANHUBSimulatorNIUSimulatorNIUSimulatorNIUNetworking18第十八頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS系統(tǒng)組成邏輯角度DIS的核心是一系列標(biāo)準(zhǔn)；這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了仿真器互連時(shí)網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議應(yīng)提供的服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)具備的指標(biāo)、仿真器間的數(shù)據(jù)交換內(nèi)容和格式、數(shù)據(jù)通信的輔助算法等；層次化角度DIS實(shí)際上定義了一個(gè)分布的異構(gòu)仿真器互連的開(kāi)放式層次化模型，思想來(lái)源于ISO/OSIRM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel)；層次ISO/OSIRMDIS標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容7應(yīng)用層IEEE1278.1DR算法、數(shù)據(jù)交換類(lèi)型6表示層IEEE1278.1PDU格式及其交互形式5會(huì)話層IEEE1278.1通信服務(wù)類(lèi)型，TCP連接建立4傳輸層IEEE1278.2尋址模式、端端通信、通信可靠性3網(wǎng)絡(luò)層IEEE1278.2主機(jī)之間尋址2鏈路層AnyprotocolsSupportLayer3幀格式、沖突解決1物理層AnyprotocolsSupportLayer2電纜、光纖，無(wú)線傳輸19第十九頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)DIS標(biāo)準(zhǔn)的草稿由美國(guó)軍方仿真、訓(xùn)練與裝備司令部（STRICOM）和國(guó)防建模與仿真辦公室（DMSO）負(fù)責(zé)，并由美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的仿真與訓(xùn)練研究所具體完成，最終有IEEE組織批準(zhǔn)成為正式標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：DIS應(yīng)用協(xié)議；DIS通信協(xié)議；DIS演練管理和反饋協(xié)議；DISVVA協(xié)議；DIS逼真度描述協(xié)議和DIS環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；20第二十頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—PDU的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)組成和格式設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1278.1定義了27種PDU，能夠傳送實(shí)體的信息/交互、交戰(zhàn)、后勤支援、電磁發(fā)射、無(wú)線電通信等方面信息；實(shí)體信息/交互類(lèi)1)實(shí)體狀態(tài)PDU;2)碰撞PDU交戰(zhàn)類(lèi)1)開(kāi)火PDU2)爆炸PDU仿真管理類(lèi)1)服務(wù)請(qǐng)求PDU;2)補(bǔ)給提供PDU;3)補(bǔ)給收到PDU;4)補(bǔ)給取消PDU;5)維修完成PDU;6)維修響應(yīng)PDU;后勤支援類(lèi)1)創(chuàng)建實(shí)體PDU;2)刪除實(shí)體PDU;3)啟動(dòng)/重啟PDU;4)終止/凍結(jié)PDU;5)應(yīng)答PDU;6)動(dòng)作請(qǐng)求PDU;7)動(dòng)作響應(yīng)PDU;8)數(shù)據(jù)查詢PDU;9)設(shè)置數(shù)據(jù)PDU;10)數(shù)據(jù)PDU;11)事件報(bào)告PDU;12)注釋PDU;分布式發(fā)射還原類(lèi)1)電磁發(fā)射PDU;2)指示器PDU;無(wú)線電通信類(lèi)1)發(fā)射機(jī)PDU;2)信號(hào)PDU;3)接收機(jī)PDU21第二十一頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計(jì)描述PDU所表示相關(guān)方面的全部信息；標(biāo)頭主體變長(zhǎng)體協(xié)議版本、演練標(biāo)識(shí)符、相應(yīng)的PDU類(lèi)型、PDU所屬的議族、時(shí)間戳及PDU的長(zhǎng)度；PDU的數(shù)據(jù)域或與實(shí)體相關(guān)的附屬部件；typedefstruct{//標(biāo)頭部分StPduHeaderstHeader;//標(biāo)頭結(jié)構(gòu)體//主體部分//實(shí)體標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)體StEntityIdentifierstOriginatingEntityID；StEntityIdentifierstReceiveingEntityID；unsignedlonguRequestID;unsignedlonguActionID;unsignedlonguNumfixedDatum;//定長(zhǎng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)unsignedlonguVarDatum;//變長(zhǎng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)//變長(zhǎng)體部分StFixedDatumstaFixedDatum[uNumfixedDatum];StVarDatumstaVarDatum[uNumVarDatum];}StAvtionRequestPdu；動(dòng)作請(qǐng)求PDU定義22第二十二頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS標(biāo)準(zhǔn)—通信層及應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)化DIS及其標(biāo)準(zhǔn)與OSI模型的關(guān)系層次OSI模型DIS標(biāo)準(zhǔn)7應(yīng)用層應(yīng)用層IEEE1278.1-19956表示層5會(huì)話層4傳輸層通信層IEEE1278.-19953網(wǎng)絡(luò)層2鏈路層1物理層23第二十三頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS時(shí)空一致性形成時(shí)空不一致的原因仿真實(shí)際上是在真實(shí)的時(shí)空中構(gòu)造出一個(gè)虛擬的時(shí)空，并將仿真模型置于該虛擬時(shí)空環(huán)境中運(yùn)行的過(guò)程；時(shí)空一致性是由人的感覺(jué)和行為來(lái)衡量的，因此較為抽象一些，在實(shí)現(xiàn)中也復(fù)雜得多。簡(jiǎn)單地說(shuō)，時(shí)空一致性主要包括空間表達(dá)一致和分布仿真時(shí)間一致兩個(gè)方面。

DIS系統(tǒng)中，由于仿真節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘不同步以及節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸延時(shí)造成節(jié)點(diǎn)之間在時(shí)間處理上的差異，導(dǎo)致時(shí)間不一致；各節(jié)點(diǎn)對(duì)于仿真實(shí)體的空間位置和姿態(tài)的描述方法的不同導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間在空間處理上的不一致；24第二十四頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS時(shí)空一致性時(shí)間一致性時(shí)間同步就是通過(guò)一定的算法將各點(diǎn)的邏輯時(shí)鐘趨于一個(gè)共同的時(shí)間基準(zhǔn)，使各節(jié)點(diǎn)的邏輯時(shí)鐘與該時(shí)間基準(zhǔn)的偏差小于給定的誤差范圍；保證時(shí)鐘同步的方法有：時(shí)間戳機(jī)制：由于DIS是一個(gè)分布系統(tǒng)，仿真節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步誤差不可避免，同時(shí)仿真實(shí)體間交換的PDU在網(wǎng)絡(luò)傳輸上有延遲，因此為了標(biāo)記PDU的發(fā)送時(shí)刻，每個(gè)PDU都帶有一個(gè)時(shí)間戳。以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘為基準(zhǔn)發(fā)出的時(shí)間戳基準(zhǔn)來(lái)修正每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘誤差，保證運(yùn)行時(shí)有統(tǒng)一的時(shí)間坐標(biāo)；時(shí)間修正機(jī)制：各節(jié)點(diǎn)定時(shí)接收一外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘來(lái)修正現(xiàn)有的時(shí)鐘值；時(shí)鐘跟隨同步方法：在實(shí)時(shí)性要求高、有嚴(yán)格迭代周期要求的仿真系統(tǒng)中，可以采用網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘作為同步節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘，保證在下一個(gè)迭代周期內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘跟隨推進(jìn)；25第二十五頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS時(shí)空一致性空間一致性為實(shí)現(xiàn)空間表達(dá)的一致，首先要求采用統(tǒng)一的環(huán)境模型，參加DIS演練的實(shí)體只能在統(tǒng)一的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中才能進(jìn)行有效的對(duì)抗和協(xié)同，因此，相容的環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)是至關(guān)重要的。目前在DIS中環(huán)境模型方面研究比較系統(tǒng)、有代表性的項(xiàng)目有DoD支持的SEDRIS（SyntheticEnvironmentDataRepresentationandInterchangeSpecification），這是旨在提供一個(gè)包括陸地、海洋、大氣和外層空間的完整的物理環(huán)境模型以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的存取和交換方法。它提出了綜合環(huán)境的數(shù)據(jù)模型，于1998年11月發(fā)布了第一個(gè)正式版V2.0，而后又陸續(xù)發(fā)布了V2.5和V3.0版。相容的環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)

26第二十六頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS時(shí)空一致性空間一致性統(tǒng)一的坐標(biāo)系系統(tǒng)

DIS提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參考坐標(biāo)系統(tǒng)，包括世界坐標(biāo)系和實(shí)體坐標(biāo)系。世界坐標(biāo)系是一個(gè)右手地心笛卡爾坐標(biāo)系，原點(diǎn)是地心，X的正半軸在赤道通過(guò)子午線，Y的正半軸在赤道通過(guò)東徑90°線，Z的正半軸通過(guò)北極；實(shí)體坐標(biāo)系也是一個(gè)右手笛卡爾坐標(biāo)系。原點(diǎn)是實(shí)體的中心，X正半軸指向?qū)嶓w正面，Y正半軸指向?qū)嶓w右側(cè)，Z正半軸指向?qū)嶓w底部；27第二十七頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DIS時(shí)空一致性經(jīng)緯度轉(zhuǎn)地心坐標(biāo)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)經(jīng)緯度地平坐標(biāo)轉(zhuǎn)經(jīng)緯度地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)地平坐標(biāo)28第二十八頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DR技術(shù)—基本思路DIS系統(tǒng)中每個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)內(nèi)除了保存其內(nèi)部仿真實(shí)體動(dòng)力學(xué)模型外,還保存該動(dòng)力學(xué)模型的DR模型及有可能與其交互的其他仿真節(jié)點(diǎn)的DR模型。仿真節(jié)點(diǎn)不必在每個(gè)仿真幀周期均將各自的狀態(tài)傳送給與其交互的其他仿真節(jié)點(diǎn);在DIS仿真進(jìn)程中，仿真節(jié)點(diǎn)只是在實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與DR模型推算出來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的誤差超過(guò)設(shè)定的誤差限時(shí)，才將自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)打包發(fā)送給其它節(jié)點(diǎn)，同時(shí)更新其DR模型參數(shù)；其他節(jié)點(diǎn)接收到更新后的狀態(tài)信息后，判斷是否要更新對(duì)方的DR模型，等待下一個(gè)狀態(tài)更新信息；29第二十九頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DR技術(shù)—DR模型和算法從層次關(guān)系上，DR算法運(yùn)行于PDU協(xié)議之上，通過(guò)三個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述，一般式為：DRM[ForR，PorV，WorR]參數(shù)1：描述該物體是否有轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)

F：無(wú)，R：有；參數(shù)2：描述該實(shí)體是做勻速還是勻加速運(yùn)動(dòng)；

P：勻速，V：勻加速參數(shù)3：描述實(shí)體運(yùn)動(dòng)所選擇的坐標(biāo)系；

W：世界坐標(biāo)系，R：實(shí)體坐標(biāo)系30第三十頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)DR技術(shù)—DR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)VR-Link交互層遠(yuǎn)方實(shí)體列表本地實(shí)體列表DR實(shí)體碰撞處理其他交互任務(wù)PDU接口層通信網(wǎng)絡(luò)（PDU信息）仿真系統(tǒng)仿真接口單元（NIU）仿真應(yīng)用仿真系統(tǒng)仿真接口單元（NIU）網(wǎng)絡(luò)接口層分布式交互仿真中DR實(shí)現(xiàn)方法31第三十一頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)生成兵力（CGF）

計(jì)算機(jī)生成兵力是指在分布式仿真戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中由計(jì)算機(jī)生成和控制的仿真實(shí)體。通過(guò)對(duì)人類(lèi)作戰(zhàn)行為的建模，這些實(shí)體能自主地對(duì)仿真戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的事件和狀態(tài)做出反應(yīng)。CGF系統(tǒng)可以用來(lái)模擬敵方或友方的戰(zhàn)斗實(shí)體，具有自主性、智能性等特征，并具備感知、通信以及協(xié)調(diào)的能力，在軍事訓(xùn)練、武器研制和人員培訓(xùn)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

CGF發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)主要有：CGF建模技術(shù)：環(huán)境模型、物理模型和行為模型的建立及簡(jiǎn)化技術(shù)；CGF系統(tǒng)的可視化：圖形用戶界面的拖放功能，軍方通用的符號(hào)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)及多功能地圖；CGF行為的表達(dá)和決策能力：采用人工智能技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)和控制技術(shù)；CGF支持工具：統(tǒng)一的語(yǔ)法語(yǔ)義，權(quán)威的數(shù)據(jù)來(lái)源，作戰(zhàn)想定的生成和戰(zhàn)斗場(chǎng)景的存儲(chǔ)回放；32第三十二頁(yè)，共64頁(yè)。分布交互仿真技術(shù)高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)

從分布式交互仿真的發(fā)展可以看出，現(xiàn)代仿真具有廣泛化、復(fù)雜化、分布化等特點(diǎn)，對(duì)未來(lái)仿真提出了三點(diǎn)新要求。仿真應(yīng)用間的互操作性：(Interoperability)：實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的仿真應(yīng)用之間無(wú)縫的鏈接，如將基于等時(shí)間步長(zhǎng)的實(shí)時(shí)連續(xù)系統(tǒng)仿真、基于ALSP標(biāo)準(zhǔn)的聚集級(jí)仿真集成到一個(gè)分布交互的綜合環(huán)境中；仿真軟件的可重用性(Reusability)。各部門(mén)開(kāi)發(fā)的仿真構(gòu)件能夠最大限度地重用以降低仿真應(yīng)用的開(kāi)發(fā)代價(jià)，提高仿真活動(dòng)開(kāi)展的效率；仿真系統(tǒng)規(guī)模的可擴(kuò)展性(Sealability)。在某些應(yīng)用領(lǐng)域(如軍事領(lǐng)域)需要大規(guī)模的分布仿真系統(tǒng)的支持，這些系統(tǒng)一般涉及到大量的仿真結(jié)點(diǎn)機(jī)，這就對(duì)分布交互仿真系統(tǒng)的可擴(kuò)展性提出了較高的要求；33第三十三頁(yè)，共64頁(yè)。HLA是1995年美國(guó)國(guó)防部（DOD）發(fā)布的建模與仿真大綱（DODM&SMasterPlan）第一個(gè)目標(biāo)-----開(kāi)發(fā)建模和仿真通用技術(shù)框架中的首要內(nèi)容，其主要的目的是促進(jìn)仿真應(yīng)用的互操作性和仿真資源的可重用性。1996年10月DOD正式規(guī)定HLA為其范圍內(nèi)仿真項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)框架，開(kāi)始推行HLA，并用它代替原有的DIS、ALSP等標(biāo)準(zhǔn)。2000年9月HLA作為IEEE1516發(fā)布，成為國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)。

HLA是在DIS和ALSP的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來(lái)的新的分布交互仿真體系結(jié)構(gòu)，它能提供更大規(guī)模的綜合環(huán)境，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)仿真系統(tǒng)間的互操作、動(dòng)態(tài)管理一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊、系統(tǒng)和部件的重用和建立不同層次、不同粒度的對(duì)象模型。

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)34第三十四頁(yè)，共64頁(yè)。PlatformProtofederation平臺(tái)原型聯(lián)邦：這是基于DIS2.0的實(shí)時(shí)平臺(tái)級(jí)模擬器的聯(lián)邦,這個(gè)原型聯(lián)邦要驗(yàn)證的主要問(wèn)題是：HLA是否能代替DIS，適用于基于DIS的系統(tǒng)。JointTrainingFederation聯(lián)合訓(xùn)練原型聯(lián)邦：這是一個(gè)離散事件驅(qū)動(dòng)的聯(lián)邦，它要驗(yàn)證的主要問(wèn)題是：HLA是否適于離散事件仿真的協(xié)調(diào)。AnalysisProtofederation分析原型聯(lián)邦：它需要多趟運(yùn)行才能得到分析結(jié)果，因此其中運(yùn)行效率和可重復(fù)性很重要，它要驗(yàn)證的主要問(wèn)題是：HLA的時(shí)間管理和數(shù)據(jù)管理服務(wù)策略是否正確。EngineeringProtofederation工程原型聯(lián)邦：這是一個(gè)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，它要驗(yàn)證的主要問(wèn)題是：HLA是否適于硬件在回路的仿真應(yīng)用，并對(duì)所需的性能進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的研究。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)35第三十五頁(yè)，共64頁(yè)。

規(guī)則（Rules）：表達(dá)了HLA聯(lián)邦和聯(lián)邦成員的職責(zé)，其總結(jié)了HLA如何使用的方式。接口規(guī)范說(shuō)明（InterfaceSpecification）：定義了聯(lián)邦成員與聯(lián)邦中其他成員進(jìn)行信息交互的方式，即RTI六大管理服務(wù)；建立了HLA仿真的管理對(duì)象模型。對(duì)象模型模板（OMT：ObjectModelTemplate）：提供一個(gè)通用的理解機(jī)制，用來(lái)說(shuō)明聯(lián)邦成員之間公共數(shù)據(jù)的交換和相互之間的協(xié)作，提供一種標(biāo)準(zhǔn)格式的HLA對(duì)象模型模板，以促進(jìn)模型的互操作性和可重用性。1996年8月DMSO正式公布了HLA規(guī)范，HLA是一個(gè)通用的仿真技術(shù)框架

,主要由三部分組成：

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)36第三十六頁(yè)，共64頁(yè)。軟件結(jié)構(gòu)圖

聯(lián)邦聯(lián)邦成員對(duì)象實(shí)例RTI

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)37第三十七頁(yè)，共64頁(yè)。聯(lián)邦成員流程開(kāi)始創(chuàng)建聯(lián)邦加入聯(lián)邦對(duì)象類(lèi)、交互類(lèi)發(fā)布/訂閱設(shè)置時(shí)間管理策略注冊(cè)對(duì)象實(shí)例仿真循環(huán)（對(duì)象模型運(yùn)算）退出聯(lián)邦銷(xiāo)毀聯(lián)邦高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)38第三十八頁(yè)，共64頁(yè)。HLA概念聯(lián)邦(Federation)建模(FOM、SOM)信息傳輸（InformationDelivery）時(shí)間管理(TimeManagement)數(shù)據(jù)分發(fā)管理(DataDistributionManagement)高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)39第三十九頁(yè)，共64頁(yè)。聯(lián)邦(Federation)聯(lián)邦(Federation):由仿真子系統(tǒng)聯(lián)合構(gòu)成的仿真系統(tǒng)；它支持運(yùn)行支撐框架（RTI），由聯(lián)邦對(duì)象模型（FOM）和一定數(shù)量的聯(lián)邦成員組成。聯(lián)邦成員(Federate):構(gòu)成聯(lián)邦的每一個(gè)仿真子系統(tǒng)；是和RTI連接的一個(gè)接點(diǎn)；一個(gè)聯(lián)邦成員可以代表一個(gè)平臺(tái)，例如：飛行員的座艙模擬器；也能代表一個(gè)聚合級(jí)仿真系統(tǒng)，例如：整個(gè)國(guó)家的空中交通仿真系統(tǒng)。運(yùn)行支撐框架（RunTimeInfrastructure---RTI）：分布仿真的“操作系統(tǒng)”，它提供HLA接口規(guī)范中定義的所有服務(wù)；可以分布、集中和分等級(jí)實(shí)現(xiàn)。聯(lián)邦對(duì)象模型(FederationObjectModel---FOM)：聯(lián)邦中所有聯(lián)邦成員進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的共同對(duì)象模型，由符合對(duì)象建模模板(ObjectModelTemplate)的對(duì)象類(lèi)、交互類(lèi)等構(gòu)成。

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)40第四十頁(yè)，共64頁(yè)。建模(FOM、SOM)仿真對(duì)象模型(SimulationObjectModel---SOM)：聯(lián)邦中的成員模型，由符合對(duì)象建模模板(ObjectModelTemplate)的對(duì)象類(lèi)、交互類(lèi)等構(gòu)成。類(lèi)(Class):具有相似屬性、共同的行為、共同的關(guān)系和共同的語(yǔ)義的一組對(duì)象。對(duì)象類(lèi)(Object)：是以符合仿真要求的抽象和分辨率程度、實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界概念描述的基本元素。交互類(lèi)(Interaction):在聯(lián)邦運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生在特定時(shí)刻的事件。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)41第四十一頁(yè)，共64頁(yè)。建模(FOM、SOM)屬性(Attribute):記錄對(duì)象狀態(tài)的集合。屬性所有權(quán)

(AttributeOwnership):實(shí)現(xiàn)特定對(duì)象屬性值更新的職責(zé)。參數(shù)(Parameter)：記錄交互類(lèi)所傳遞信息的集合?？砂l(fā)布的

(Publishable):指特定的對(duì)象類(lèi)能被聯(lián)邦成員用發(fā)布對(duì)象類(lèi)服務(wù)發(fā)布、且能用登記對(duì)象服務(wù)實(shí)現(xiàn)基于此類(lèi)的對(duì)象實(shí)例登記?？捎嗛喌?/p>

(subscribable):指聯(lián)邦成員能利用和響應(yīng)由該對(duì)象類(lèi)產(chǎn)生的實(shí)例屬性。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)42第四十二頁(yè)，共64頁(yè)。建模(FOM、SOM)屬性的更新（updateattribute):被某個(gè)聯(lián)邦成員運(yùn)用，所有權(quán)屬于該聯(lián)邦成員。反射的屬性(reflectedattribute):被某個(gè)聯(lián)邦成員運(yùn)用，但所有權(quán)不屬于該聯(lián)邦成員。發(fā)交互(SendInteraction):聯(lián)邦成員將交互發(fā)送到聯(lián)邦。收交互(ReceiveInteraction):聯(lián)邦成員從聯(lián)邦接收交互。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)43第四十三頁(yè)，共64頁(yè)。信息傳輸（InformationDelivery）___信息傳輸順序

RO(ReceiveOrder):信息按照RTI接收的順序發(fā)送到聯(lián)邦成員，即采用FIFO方式，是時(shí)間延遲最小的信息傳輸順序。TSO(TimeStampOrder):RTI按照信息所帶時(shí)間戳的先后順序發(fā)送到聯(lián)邦成員。

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)信息傳輸（InformationDelivery）___信息傳輸類(lèi)型

最好效果傳輸（BesteffortDelivery）:此傳輸方式的時(shí)間延遲小，但是目的地聯(lián)邦成員有可能收不到信息，適用于傳送重要性一般并且多次重復(fù)的信息?？煽總鬏敚≧eliableDelivery）:保證將信息傳送到每一個(gè)聯(lián)邦成員，適用于傳送重要的不能丟失的信息。44第四十四頁(yè)，共64頁(yè)。HLA接口規(guī)范HLA接口規(guī)范是構(gòu)成HLA標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)組成部分之一；HLA接口規(guī)范定義了聯(lián)邦成員與聯(lián)邦中其他成員進(jìn)行信息交互的方式，即RTI六大管理服務(wù)；HLA接口規(guī)范建立了HLA仿真的管理對(duì)象模型。高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)45第四十五頁(yè)，共64頁(yè)。HLA接口規(guī)范RTI六類(lèi)管理服務(wù)聯(lián)邦管理FederationManagement聲明管理DeclarationManagement對(duì)象管理ObjectManagement所有權(quán)管理OwnershipManagement時(shí)間管理TimeManagement數(shù)據(jù)分發(fā)管理DataDistributionManagement高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)每個(gè)服務(wù)規(guī)范包括:NameandDescriptiveTextSuppliedParametersReturnedParametersPre-conditionsPost-conditionsExceptionsRelatedServices46第四十六頁(yè)，共64頁(yè)。聯(lián)邦管理FederationManagement聯(lián)邦管理服務(wù)通過(guò)兩種方式管理聯(lián)邦：l

定義聯(lián)邦的執(zhí)行；l

完成聯(lián)邦范圍內(nèi)的操作。HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)為了定義聯(lián)邦，有服務(wù)來(lái)負(fù)責(zé)產(chǎn)生聯(lián)邦執(zhí)行并允許聯(lián)邦成員加入聯(lián)邦執(zhí)行或從聯(lián)邦中退出。每一個(gè)聯(lián)邦成員必須加入一個(gè)聯(lián)邦執(zhí)行，所以沒(méi)有聯(lián)邦成員完全能忽略這個(gè)服務(wù)。47第四十七頁(yè)，共64頁(yè)。1.CreateFederationExecution2.ThefirstJoinFederationExecution3.JoinFederationExecution4.ResignFederationExecution5.ThelastResignFederationExecution6.DestroyFederationExecutionFederationManagement

DarknessSupportingFederatesFederationExecutionExistsHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)第四十八頁(yè)，共64頁(yè)。聲明管理DeclarationManagementHLA具有數(shù)據(jù)交換的隱含調(diào)用的特征，聯(lián)邦成員不是通過(guò)名字向其它聯(lián)邦成員發(fā)送數(shù)據(jù)，而是把數(shù)據(jù)傳送給聯(lián)邦，由RTI確保發(fā)送到對(duì)數(shù)據(jù)感興趣的聯(lián)邦成員；聲明管理服務(wù)是聯(lián)邦成員用來(lái)聲明它們產(chǎn)生（發(fā)布）或消費(fèi)（訂閱）數(shù)據(jù)意圖的方式，RTI使用這些聲明來(lái)安排數(shù)據(jù)的路由、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和管理興趣。

HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)49第四十九頁(yè)，共64頁(yè)。Interface1.PublishObjectClass2.SubscribeObjectClassAttribute3.PublishInteractionClass4.SubscribeInteractionClass1.PublishObjectClass2.SubscribeObjectClassAttribute3.PublishInteractionClass4.SubscribeInteractionClassFederateAFederateBRuntimeInfrastructure...DeclarationManagement...FederateintendstoestablishresponsibilitytogenerateandreceivedataFederateintendstoestablishresponsibilitytogenerateandreceivedata聲明管理DeclarationManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)第五十頁(yè)，共64頁(yè)。對(duì)象管理ObjectManagement對(duì)象管理服務(wù)是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)際交換的那些服務(wù)；聯(lián)邦成員使用這組中的服務(wù)來(lái)發(fā)送和接收交互，這些服務(wù)也用于登記一個(gè)對(duì)象類(lèi)的新實(shí)例和更新其屬性；其它聯(lián)邦成員將調(diào)用這組中的服務(wù)來(lái)接收交互、發(fā)現(xiàn)新的實(shí)例和接收實(shí)例屬性的更新值。HLA接口規(guī)范

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)51第五十一頁(yè)，共64頁(yè)。所有權(quán)管理OwnershipManagement在HLA術(shù)語(yǔ)中，仿真一個(gè)實(shí)體意味著為它的實(shí)例屬性提供值。在RTI中的所有權(quán)管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)了HLA仿真一個(gè)實(shí)體應(yīng)付的職責(zé)，這個(gè)職責(zé)允許在聯(lián)邦成員間分享和轉(zhuǎn)移。

HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)52第五十二頁(yè)，共64頁(yè)。時(shí)間管理TimeManagement

聯(lián)邦成員在它們自己的線程控制下執(zhí)行，因此聯(lián)邦成員間事件的正確順序是需要解決的重要問(wèn)題；在HLA中，事件的排序用“仿真時(shí)間”來(lái)表達(dá)。仿真時(shí)間是一個(gè)抽象的概念，沒(méi)有必要把它和任何時(shí)間表示或時(shí)間單位相聯(lián)系；

RTI的時(shí)間管理服務(wù)負(fù)責(zé)兩件事情：

1）允許每一個(gè)聯(lián)邦成員和其它聯(lián)邦成員協(xié)調(diào)來(lái)推進(jìn)它自己的仿真時(shí)間；

2）控制時(shí)間戳事件的發(fā)送，保證聯(lián)邦成員永遠(yuǎn)不會(huì)接收來(lái)自其它聯(lián)邦成員的“過(guò)去”事件，“過(guò)去”事件就是事件的仿真時(shí)間小于該聯(lián)邦成員的仿真時(shí)間。HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)53第五十三頁(yè)，共64頁(yè)。時(shí)間管理TimeManagement仿真時(shí)間

(SimulationTimeorLogicalTime):聯(lián)邦成員運(yùn)行過(guò)程中的當(dāng)前時(shí)刻。它和墻鐘時(shí)間之間沒(méi)有直接的關(guān)系，它的推進(jìn)由聯(lián)邦成員和RTI決定。墻鐘時(shí)間

(WallClockTime)：真實(shí)世界中的物理時(shí)間。前瞻量

(LookaheadValue)：RTI的所有時(shí)間推進(jìn)機(jī)制都使用前瞻量,前瞻量是聯(lián)邦成員在進(jìn)行時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)所指定的一個(gè)仿真時(shí)間段。前瞻量對(duì)時(shí)間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員進(jìn)行限制：假設(shè)聯(lián)邦成員仿真時(shí)間為t，前瞻量為l，則RTI不允許該聯(lián)邦成員發(fā)送時(shí)間戳ts<t＋l的事件。也就是說(shuō)，聯(lián)邦成員必須預(yù)測(cè)從當(dāng)前時(shí)間開(kāi)始的一段未來(lái)，它不發(fā)送時(shí)間戳小于當(dāng)前時(shí)間與前瞻量之和的事件。HLA接口規(guī)范

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)54第五十四頁(yè)，共64頁(yè)。

TIMEADVANCEREQUEST(時(shí)間步進(jìn)的仿真):如果聯(lián)邦成員當(dāng)前仿真時(shí)間為t，時(shí)間推進(jìn)步長(zhǎng)為s，它能產(chǎn)生時(shí)間戳為t+s,t+2s.....的事件，它的前瞻量等于步長(zhǎng)s。

NEXTEVENTREQUEST(事件驅(qū)動(dòng)的仿真):通過(guò)對(duì)下一事件的處理來(lái)推進(jìn)仿真時(shí)間，對(duì)該事件的處理可能產(chǎn)生其它事件，這些事件插入聯(lián)邦成員的按時(shí)間順序排序的事件隊(duì)列中，或者從隊(duì)列中刪除。聯(lián)邦沒(méi)有一個(gè)集中的包括所有事件的事件隊(duì)列，聯(lián)邦成員使用RTI的時(shí)間管理服務(wù)來(lái)發(fā)現(xiàn)其它聯(lián)邦成員產(chǎn)生的事件（外部事件），這些外部事件要與聯(lián)邦成員自身產(chǎn)生的事件（內(nèi)部事件）相組合。時(shí)間管理TimeManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)55第五十五頁(yè)，共64頁(yè)。時(shí)間管理策略時(shí)間調(diào)節(jié)(TimeRegulating):表明該聯(lián)邦成員參與決定其它聯(lián)邦成員（時(shí)間管理策略為時(shí)間受限）的仿真時(shí)間的推進(jìn)。時(shí)間受限(TimeConstrained):表明該聯(lián)邦成員的仿真時(shí)間推進(jìn)由其它聯(lián)邦成員（時(shí)間管理策略為時(shí)間調(diào)節(jié)）的仿真時(shí)間的推進(jìn)決定。時(shí)間管理TimeManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)56第五十六頁(yè)，共64頁(yè)。既不是時(shí)間受限也不是時(shí)間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員，其與時(shí)間管理服務(wù)無(wú)關(guān)，這是聯(lián)邦成員加入聯(lián)邦時(shí)的缺省設(shè)置；既是時(shí)間受限又是時(shí)間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員，其與時(shí)間管理完全相關(guān)，它是完全同步的。它不能不考慮其它聯(lián)邦成員而獨(dú)立推進(jìn)仿真時(shí)間，其它聯(lián)邦成員也不能不考慮它而推進(jìn)仿真時(shí)間；是時(shí)間受限但不是時(shí)間調(diào)節(jié)的聯(lián)邦成員，其允許其它聯(lián)邦成員調(diào)節(jié)它的仿真時(shí)間，但它不影響其它聯(lián)邦成員的仿真時(shí)間推進(jìn)。這種情況適用于僅記錄顯示信息的聯(lián)邦成員或是其它被動(dòng)的聯(lián)邦成員；是時(shí)間調(diào)節(jié)但不是時(shí)間受限的聯(lián)邦成員，其影響其它聯(lián)邦成員的仿真時(shí)間推進(jìn)，但其仿真時(shí)間不受其它聯(lián)邦成員限制。例如，有一個(gè)使用保守同步機(jī)制的聯(lián)邦（所有的聯(lián)邦成員既是時(shí)間受限也是時(shí)間調(diào)節(jié)的），由于使用了較好的算法和硬件，使得整個(gè)聯(lián)邦的推進(jìn)速率比墻鐘的要快。此時(shí)如果要對(duì)這個(gè)仿真應(yīng)用進(jìn)行可視化，可以增加一個(gè)這樣的時(shí)間調(diào)節(jié)但時(shí)間不受限的聯(lián)邦成員，它的任務(wù)就是根據(jù)墻鐘速率推進(jìn)仿真時(shí)間。HLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)時(shí)間管理策略四種組合57第五十七頁(yè)，共64頁(yè)。FederateAInterface1.SetLookahead2.Updateattributevalues3.NextEventRequest4.Reflectattributevalues5.TimeAdvanceGrant1.SetLookahead2.Updateattributevalues3.NextEventRequest4.Reflectattributevalues5.TimeAdvanceGrantRuntimeInfrastructure...TimeManagement...FederateintendstoadvancetimeFederateBFederateintendstoadvancetime時(shí)間管理TimeManagementHLA接口規(guī)范高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）仿真技術(shù)第五十八頁(yè)，