基于HLA的通用仿真环境设计方法

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　　摘要：本文立足于各领域对模拟仿真系统的应用需求，介绍了HLA分布式仿真系统技术，分析了基于HLA的通用仿真环境结构和主要的功能，深入探讨了HLA管理与支撑功能系统和实验管理和评估分析功能系统的设计，为复杂系统仿真的设计提供了一种有效可行的设计方法。
　　关键词：分布式;仿真;HLA;FEDEP
　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）03-0148-02
　　1 HLA技术简介
　　HLA是由美国国防部负责军事领域仿真的仿真与建模办公室于1995年10月提出的未来通用仿真技术框架，在DIS和ALSP经验基础上，针对更广泛范围的复杂系统，采用集成方式建立的仿真系统的一种体系结构，重点关注不同类型仿真应用集成时的互操作性和可重用性，凭借这个优势，HLA在交通指挥、工业生产等领域也有着广泛的应用，已经成为了分布仿真[1]的通用标准。
　　2 基于HLA的通用仿真环境
　　基于HLA的通用仿真环境，是指支持一个部门或一个领域采用HLA标准进行仿真的环境。以下三种情况适合建立基于HLA的通用仿真环境：一是有多种仿真任务，这些任务对象有共同的背景;二是仿真系统需要多个领域、部门的人员协同完成;三是仿真系统需要与其他部门或领域的仿真系统互联。
　　在以HLA为核心技术框架的仿真应用领域，其通用仿真环境采用以下的设计思路：以符合HLA标准的仿真资源库为核心，采用“资源+平台+应用”的系统架构，建立包含联邦开发、运行支撑、演示、控制管理、评估研讨的仿真环境，支持模型和工具灵活组合，在此仿真环境的支撑下，通过重用快速建立各种各样的联邦;同时联邦的开发可以反过来充实和完善仿真环境，使以后的联邦开发更迅速和方便。
　　以上对基于HLA的通用仿真环境结构和主要的功能进行了简要的分析。下面从通用的仿真环境用户角度，仿真系统管理与支撑功能和实验管理和评估分析功能两个方面，对基于HLA的仿真环境的主要方法进行简要分析。
　　3 HLA管理与支撑功能系统
　　基于HLA仿真系统中与管理和支撑联邦运行相关的系统主要有资源管理系统、管理控制系统、联邦开发支撑系统和运行支撑系统。
　　（1）资源管理系统。资源管理对仿真过程中涉及的模型、想定、方案计划、基础数据、运行数据、分析数据进行集中统一管理，为训练模拟组织者、实施者提供完整、有序、高效的资源服务，为实现模型、数据、规则、案例资源的重用提供支撑。
　　资源管理需要提供资源的入库、检索和下载等功能，提供基于网络的用户接口和API开发接口。它具体包括模型管理、数据管理、规则管理、案例管理、实验方案管理等。从阶段上区分，资源库功能包括：在仿真应用研发阶段，提供各种可重用的数据、模型资源，支持仿真应用各成员开发;在仿真应用运行阶段，支持各种仿真成员对数据、模型的调用需求，并存储相应的结果数据;在仿真应用分析阶段，提供數据和模型支持系统的分析、评估。
　　（2）管理控制系统。大规模联邦一般需要采用分布式计算的模式，需要将大量的模型分配到多台服务器进行解算，为此需要运行控制软件来管理相关仿真资源的分配、部署，控制运行支撑软件和模型运行服务器。管理控制系统是整个仿真环境的控制和管理中心，它为用户提供将各类仿真资源和各个仿真节点有机的组合成一个整体，实现系统功能集成化和管理控制一体化、自动化功能。仿真管理控制主要功能包括仿真任务管理、联邦开发监控与协调功能、仿真运行管理、控制和监视功能、实验设计功能、对仿真结果和仿真研讨的管理等五个方面。
　　（3）联邦开发支撑系统和运行支撑系统。联邦开发支撑环境能根据仿真用户的要求和给定的想定，利用资源库中的资源，支持成员框架和成员模型的开发，构建可重用的成员，支持成员模型描述、仿真模型描述、仿真模型代码生成、模型组合、模型检索等功能，并能提供成员的详细信息;能提供联邦开发工具，参照FEDEP模型[2]的步骤，开发可以在RTI上运行的联邦。利用软件KD-RTI[3]的运行支撑环境，为仿真应用提供通用的、相对独立的支撑服务;其次利用工具软件KD-OMDT在联邦对象模型FOM开发的基础上生成FED文件;最后在开发平台VC++6.0上借助封装成员与RTI接口函数的KD-FedWizard[4]软件生成的代码开发和嵌入测试网格的仿真模型，快速开发出测试网格的联邦成员模型。
　　4 HLA实验管理和评估分析功能系统
　　基于HLA仿真系统中与实验管理和评估分析相关的系统主要有演示支持系统、评估与研讨支持系统和VV&A支撑系统。这三个系统共同作用，基本实现了实验管理和评估分析功能。
　　（1）演示支持系统。不同的仿真联邦需要不同的演示成员。演示成员的不同主要体现在掩饰的内容、规模和粒度上，而其结构基本上是一致的。为此演示支持系统应具有资料与结果显示、图表显示功能、过程显示功能、大屏幕显示功能等。演示支持系统主要由软硬件两部分构成。软件部分主要包含已开发的各种通用的显示成员，这些成员在进行特定的论证研讨工作时，由研讨论证人员经过综合管理系统进行选择、修改和设置，加入到演示系统中。硬件部分包括具有高分辨率的计算机系统、大屏幕投影系统、投影控制系统组成。
　　（2）评估与研讨支持系统。在人机结合的环境下，对一些难以定量分析的因素和不确定性问题，在仿真评估基础上进行专家研讨，是实现从定心到定量、从感性到理性飞跃，相互启发、相互促进产生创新思路的有效方法。评估与研讨支持分系统由专家评估与评估节点、评估与研讨协同环境、评估与研讨支撑工具和评估与研讨资源库四个部分组成。
　　（3）VV&A支持系统。仿真系统的可信度主要由对系统建模与仿真的全生命周期进行VV&A来保障。从满足各项功能需求出发，给出了一种VV&A支持系统的体系结构。包括底层支撑库和VV&A应用辅助工具两部分。资源库、方法库和VV&A整体方案构成底层支持库，在实际的VV&A工作中，底层支持库为各种VV&A应用辅助工具提供技术支持、资源支持和方法支持，确保VV&A工作能顺利完成。
　　5 结论
　　本文通过对HLA技术的分析，提出了一种基于HLA的通用仿真环境设计的思路和方法，从理论层面上对其可行性进行了深入研究，具有较强的实际应用价值，如何结合具体问题将其应用于各领域是下一步的研究重点。
　　参考文献
　　[1] 邱小港，陈彬.基于HLA的分布仿真环境设计[M].北京：国防工业出版社，2016.
　　[2] A.J.Masys.Verification，Validation and Accreditation：An HLA FEDEP Overlay[A]//IEEE CCECE/CCGEI[C].Ottawa：IEEE，2006：1850-1853.
　　[3] 黄健，郝建国，邱晓刚，等.KD-RTI编程指南[K].长沙：国防科技大学，2003.
　　[4] 龚建兴.KD-FedWizard用户使用手册[K].长沙：国防科技大学，2007.
　　Abstract：This article is based on various areas of the application requirement of simulation system，this paper introduces the HLA technology，a distributed simulation system is analyzed based on the general structure and main functions of the simulation environment of HLA，deeply discusses the management and support HLA function system and the analysis of experiment management and evaluation system of design，design for complex system simulation provides an effective and feasible method.
　　Key words：distributed;simulation;HLA;FEDEP
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