基于LabWorks的分布交互仿真系統(tǒng)模型設(shè)計

杜雅麗 （隴東學(xué)院信息工程學(xué)院，甘肅 慶陽745000）

作為一種先進的仿真技術(shù)，分布式交互仿真技術(shù)將分散在不同地理位置的不同類型的仿真應(yīng)用和真實世界互聯(lián)，建立一種人可以參與、交互的綜合環(huán)境。在已有的技術(shù)中，HLA （High Level Architectur）發(fā)展了新的分布式交互體系結(jié)構(gòu)，提供了更大規(guī)模的、集構(gòu)造仿真、虛擬仿真和實況仿真于一體的綜合環(huán)境，實現(xiàn)了各類仿真系統(tǒng)間的互操作、動態(tài)管理、一點對多點的通訊系統(tǒng)以及不同層次對象模型的建立。HLA技術(shù)已經(jīng)成為分布式交互仿真領(lǐng)域的首選方案，研究HLA仿真程序設(shè)計方法，應(yīng)用HLA開發(fā)分布式仿真應(yīng)用系統(tǒng)對于促進HLA在我國工程領(lǐng)域內(nèi)的推廣具有很重要的意義。

在基于HLA的眾多跨平臺仿真建模工具中，LabWorks以其易用、開發(fā)成本低而受青睞。LabWorks面向分布交互式仿真系統(tǒng)的開發(fā)，運用RTI（運行支撐環(huán)境，是HLA接口規(guī)范的具體實現(xiàn)，是HLA的核心部件。RTI包括2部分，服務(wù)器實現(xiàn)部分和客戶端組件部分?？蛻舳私M件稱之為本地RTI組件，它為聯(lián)邦成員提供一個服務(wù)調(diào)用接口，這個接口叫做RTI大使；同時RTI需要保持一個聯(lián)邦成員的回調(diào)接口，稱之為聯(lián)邦成員大使）提供的接口函數(shù)，為聯(lián)邦開發(fā)者提供了先進的仿真應(yīng)用開發(fā)環(huán)境和HLA對象建模工具。開發(fā)者采用圖形化的用戶界面進行模型間的交互設(shè)計，根據(jù)應(yīng)用需求填寫FOM表和SOM表，基于可視化模型生成仿真代碼和配置文件，最終生成基于HLA的仿真應(yīng)用程序。

1 HLA

1）HLA的體系構(gòu)成和功能 HLA是1995年美國國防部 （DOD）發(fā)布的建模與仿真大綱 （DOD M＆S Master Plan）中第一個目標(biāo)——開發(fā)建模和仿真通用技術(shù)框架中的首要內(nèi)容，其目的是促進仿真應(yīng)用的互操作性和仿真資源的可重用性。1996年10月美國國防部正式規(guī)定HLA為國防部范圍內(nèi)仿真項目的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)框架，開始推行HLA，于2000年成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)。HLA體系規(guī)范主要包括3部分［1］：①HLA規(guī)則。描述各聯(lián)邦成員的責(zé)任及它們與RTI的關(guān)系，保證在聯(lián)邦執(zhí)行階段各個仿真應(yīng)用能正確交互。②對象模型模板 （OMT）。由一組刻畫對象的類、屬性和它們之間交互的相互關(guān)系的成分組成。OMT規(guī)定了記錄對象模型內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)格式和語法，以表的形式來定義HLA對象模型，是實現(xiàn)HLA互操作、可重用的重要機制之一。③接口規(guī)范說明。定義RTI服務(wù)。通過該接口的規(guī)范定義，一方面使得開發(fā)人員可以將研究重點和寶貴時間用于仿真系統(tǒng)中各個聯(lián)邦成員的設(shè)計與開發(fā)中；另一方面保證各個聯(lián)邦成員的獨立性，便于系統(tǒng)的修改與擴展。

2）HLA對象模型模版 （HLA／OMT） HLA／OMT是一種標(biāo)準(zhǔn)化框架，它包括2類對象模型，一類是仿真對象模型 （SOM），描述了單一聯(lián)邦成員可以對外公布和訂購的對象類、對象類屬性、交互類和交互類參數(shù)的特性；另一類是聯(lián)邦對象模型 （FOM），描述了在仿真運行過程中互操作聯(lián)邦成員信息交換的對象類、對象類屬性、交互類、交互類參數(shù)的特性。

在開放HLA聯(lián)邦的過程中，所有參加聯(lián)邦運行的成員都需要對它們相互之間必需進行交換的信息的特性具有準(zhǔn)確的、一致的理解，否則各成員之間的互操作將難以正確、有效地完成。建立FOM的目的是為聯(lián)邦中各成員之間交換數(shù)據(jù)的描述提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的形式，以便各成員在聯(lián)邦的運行中正確、充分地利用這些數(shù)據(jù)進行互操作。

2 LabWorks和pRTI

借助高級開發(fā)工具是加快仿真應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一種有效方式，目前業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了幾種商業(yè)化的HLA／RTI開發(fā)工具，這些工具軟件以HLA聯(lián)邦開發(fā)與執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)過程為依據(jù)，嚴(yán)格遵循HLA接口規(guī)范，采用便捷、直觀的可視化手段輔助開發(fā)者完成系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)與集成測試等工作。下面，筆者引入AEgis公司的LabWorks和Pitch公司的pRTI，說明利用工具開發(fā)HLA／RTI應(yīng)用系統(tǒng)的方法。

LabWorks包括OMDTPro模塊、FedProxy模塊、FedDirector模塊和Omni模塊4個功能模塊，各模塊可完成聯(lián)邦開發(fā)和執(zhí)行過程模型各開發(fā)階段的功能。pRTI作為系統(tǒng)級支持構(gòu)件，能夠與LabWorks兼容，具有與平臺無關(guān)、即插即用、完全線程化和C＋＋綁定的良好特性。利用LabWorks和pRTI設(shè)計、開發(fā)HLA／RTI應(yīng)用系統(tǒng)，主要完成以下工作：①定義聯(lián)邦目標(biāo)。明確聯(lián)邦發(fā)起者的需求，細(xì)化需求，將它轉(zhuǎn)化為具體、可評估的聯(lián)邦開發(fā)目標(biāo)。②開發(fā)聯(lián)邦概念模型。根據(jù)聯(lián)邦目標(biāo)設(shè)計聯(lián)邦劇情，對聯(lián)邦目標(biāo)進行概念性分析，生成具體的、可實現(xiàn)的聯(lián)邦需求。③設(shè)計聯(lián)邦。進行聯(lián)邦成員劃分，為各個邦員分配功能，制定開發(fā)計劃。④開發(fā)聯(lián)邦。⑤集成和測試聯(lián)邦。制定聯(lián)邦運行計劃，確信聯(lián)邦需求是否獲得滿足、參與聯(lián)邦的仿真應(yīng)用間是否具有兼容性和一致性。⑥運行聯(lián)邦和分析結(jié)果［2］。

3 系統(tǒng)模型建立

圖1 聯(lián)邦成員用例圖

1）定義聯(lián)邦需求 采用華力創(chuàng)通公司的LabWorks作為開發(fā)工具，通過有限的步驟，把所需解決的問題從抽象的邏輯概念初步轉(zhuǎn)化為具體實現(xiàn)。運用HLA進行應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，首先要確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，確定其聯(lián)邦由以下聯(lián)邦成員組成，如圖1所示。

2）聯(lián)邦對象模型設(shè)計 在HLA中，對象類結(jié)構(gòu)表記錄的對象類關(guān)系具有繼承性，即對象之間是父類與子類的關(guān)系，而這種繼承性又具有傳遞性［3］。子類繼承了其父類的屬性與交互特性，并按具體化的要求進行細(xì)化并增加一些特性。通過對象／交互類的設(shè)計主要確定各個聯(lián)邦成員之間的數(shù)據(jù)流和控制流，實現(xiàn)仿真對象間的互操作和仿真資源的可重用?；谠O(shè)計和預(yù)定所確定好的對象類和交互類，各個聯(lián)邦成員從外部獲得該聯(lián)邦所需的數(shù)據(jù)信息的同時，將其他聯(lián)邦成員所感興趣的信息發(fā)送出去。表1介紹了所涉及的一些對象類及交互類。仿真中每個對象類都具有一些固定的屬性。這些屬性對應(yīng)于對象的狀態(tài)，HLA實例屬性值通過RTI更新并提供給聯(lián)邦中的其他成員。成員和聯(lián)邦都應(yīng)在各自的SOM或FOM的屬性表中記錄這些對象屬性。

3）聯(lián)邦成員的實現(xiàn) 仿真系統(tǒng)對象類及交互類的建模采用LabWorks，RTI采用Pitch公司的pRTI，整個仿真系統(tǒng)基于Visual C＋＋開發(fā)。仿真系統(tǒng)工作流程如圖2所示。聯(lián)邦成員模型包括聯(lián)邦成員實體模型、運行邏輯和交互模型。其中，實體模型是對實體自身的行為特征的描述，運行邏輯是實體模型的執(zhí)行體，而交互模型則定義了各個實體之間的交互關(guān)系，通過HLA／OMT的FOM、SOM表，按照HLA／RTI的接口規(guī)范進行描述。聯(lián)邦成員實體模型、交互模型和運行邏輯結(jié)合在一起，組成一個聯(lián)邦成員，完成特定的仿真任務(wù)。

表1 對象類／交互類

圖2 仿真系統(tǒng)工作流程

4 結(jié) 語

對象模型模板 （OMT）提供了建立HLA對象類模型的通用框架，而LabWorks仿真建模工具以HLA聯(lián)邦開發(fā)與執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)過程為依據(jù)，嚴(yán)格遵循HLA接口規(guī)范，采用便捷、直觀的可視化手段輔助開發(fā)者完成系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)與集成測試等工作，是一種開發(fā)HLA／RTI交互式仿真系統(tǒng)的有效方法。

［1］陳濤，羅修波 ．基于HLA的水聲對抗仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ［J］．計算機仿真，2004，22（3）：246-248．

［2］劉健，劉忠，顏冰 ．基于HLA的潛艇隱蔽作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)開發(fā)研究 ［J］．系統(tǒng)仿真學(xué)報，2004，16（3）：422-423．

［3］朱旭芳，顏冰 ．基于HLA的海洋聲環(huán)境場仿真系統(tǒng)的研究 ［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報，2000，24（5）：109-110．