軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈 昆,孫 鵬,王 軍

(1.陸軍指揮學(xué)院,江蘇 南京 210045;2.國(guó)防科技大學(xué)國(guó)際關(guān)系學(xué)院,江蘇 南京 210039; 3.華如科技股份有限公司南京分公司,江蘇 南京 210031)

仿真實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)知和把握戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)律的重要途徑和手段,也是國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家軍隊(duì)的普遍做法。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中信息要素介入的程度越來越高,仿真實(shí)驗(yàn)所要描述的戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)體對(duì)象以及作戰(zhàn)行動(dòng)內(nèi)容也越來越復(fù)雜,需要分析的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量也越來越大。這對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的仿真計(jì)算能力、數(shù)據(jù)分析能力以及多領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)支撐能力也提出了更高的要求。隨著近幾年云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展,各類資源和應(yīng)用的虛擬化能力也越來越強(qiáng),針對(duì)不同用戶的專業(yè)化和定制化服務(wù)能力也顯著提升。2009年,李伯虎院士在文獻(xiàn)[1]中提出了“云仿真”的概念,旨在將“云計(jì)算”理念引入計(jì)算機(jī)仿真過程中,綜合運(yùn)用分布式仿真、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、高性能計(jì)算、資源虛擬化等相關(guān)技術(shù),對(duì)外提供基礎(chǔ)設(shè)施、支撐平臺(tái)和軟件應(yīng)用等服務(wù),支持系統(tǒng)中計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)等軟、硬件資源的充分共享與重用,支持多用戶進(jìn)行分布式的建模仿真運(yùn)用。這一技術(shù)的提出和發(fā)展,為軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的構(gòu)建提供了技術(shù)基礎(chǔ)和可能。本文從軍事仿真實(shí)驗(yàn)的需求出發(fā),提出軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的體系架構(gòu),對(duì)具體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探索和研究,并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用模式提出初步設(shè)想,為下一步軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的構(gòu)建奠定理論基礎(chǔ)。

1 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云需求分析

仿真實(shí)驗(yàn)在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,包括作戰(zhàn)概念創(chuàng)新、戰(zhàn)法設(shè)計(jì)驗(yàn)證、作戰(zhàn)方案檢驗(yàn)、裝備發(fā)展規(guī)劃、編制體制論證、作戰(zhàn)效能評(píng)估,以及后裝保障效能評(píng)估等,在部隊(duì)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。而基于云架構(gòu)的軍事仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本思想是通過虛擬化的手段,將分散的軍事仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源、模型資源以及實(shí)驗(yàn)支撐軟件資源等進(jìn)行服務(wù)化封裝,通過云的技術(shù)體制向各終端提供定制化的仿真實(shí)驗(yàn)資源,以應(yīng)對(duì)不同領(lǐng)域、不同層次、不同用戶以及不同模式的實(shí)驗(yàn)需求。具體需要具備以下能力。

1.1 支持多種仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降倪\(yùn)行

按照仿真實(shí)驗(yàn)的模式,可以將仿真實(shí)驗(yàn)劃分為結(jié)構(gòu)仿真、分析推演、人在回路仿真以及實(shí)兵仿真四種基本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絒2],其中,結(jié)構(gòu)仿真在實(shí)驗(yàn)過程中不需要人對(duì)模擬過程的控制,而分析推演、人在回路仿真以及實(shí)兵仿真這三種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?都需要人對(duì)仿真過程的干預(yù)和控制。以上這四種基本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ礁饔袃?yōu)長(zhǎng),在各應(yīng)用領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用,因此,軍事仿真實(shí)驗(yàn)云要能夠支撐這四種基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?以應(yīng)對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需要。

1.2 實(shí)現(xiàn)高性能分布式的仿真建模

傳統(tǒng)的軍事仿真平臺(tái)通常采用仿真任務(wù)和處理設(shè)備緊耦合的部署模式,致使仿真平臺(tái)會(huì)因?yàn)樽陨碥浻布?jì)算資源的限制,而無(wú)法滿足對(duì)復(fù)雜戰(zhàn)爭(zhēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面仿真的實(shí)驗(yàn)任務(wù)需求。為了應(yīng)對(duì)多層次、多領(lǐng)域仿真實(shí)驗(yàn)的需要,除了要對(duì)單武器平臺(tái)進(jìn)行模擬之外,還要能夠?qū)酆霞?jí)仿真實(shí)體進(jìn)行詳細(xì)刻畫,甚至是要描述整個(gè)作戰(zhàn)體系的運(yùn)行規(guī)律。這就要求軍事仿真實(shí)驗(yàn)云在提供層次豐富、種類完備、內(nèi)容全面仿真模型體系的基礎(chǔ)上,能夠運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)擴(kuò)展仿真模擬的計(jì)算資源,為仿真實(shí)驗(yàn)提供高性能計(jì)算能力。

1.3 支持實(shí)驗(yàn)用戶之間的業(yè)務(wù)協(xié)同

在開展不同規(guī)模的仿真實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí),通常需要多個(gè)實(shí)驗(yàn)人員共同參與。為提升實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的工作效率,軍事仿真實(shí)驗(yàn)云要能夠圍繞作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用需求提供一個(gè)高效的協(xié)同實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境。按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)的劃分,能夠?qū)Σ煌瑢?shí)驗(yàn)人員的角色和工作內(nèi)容進(jìn)行定義,并按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同接口進(jìn)行互聯(lián),按照仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的業(yè)務(wù)流程支撐整個(gè)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)的組織實(shí)施過程,協(xié)同多個(gè)實(shí)驗(yàn)人員完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)想定設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团渲?、?shí)驗(yàn)運(yùn)行控制、實(shí)驗(yàn)分析評(píng)估等工作。

1.4 支持各類資源的按需共享重用

軍事仿真實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它涉及對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件環(huán)境、平臺(tái)資源、數(shù)據(jù)資源、模型資源以及實(shí)驗(yàn)支撐應(yīng)用軟件等各層次資源的集成和使用,為了提高仿真資源的利用率,減少仿真環(huán)境軟硬件資源的重復(fù)建設(shè),軍事仿真實(shí)驗(yàn)云應(yīng)能夠?qū)Ψ抡鎸?shí)驗(yàn)資源層、仿真支撐服務(wù)層以及仿真實(shí)驗(yàn)工具層等不同層次的資源進(jìn)行虛擬化處理,使得實(shí)驗(yàn)人員能夠根據(jù)自身角色和需求,以定制化服務(wù)的形式使用軍事仿真實(shí)驗(yàn)所需要的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、數(shù)據(jù)、模型、仿真以及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用軟件等類資源,提升實(shí)驗(yàn)用戶的應(yīng)用體驗(yàn)。

1.5 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的便捷部署運(yùn)維

軍事仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的準(zhǔn)備往往要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力,并需要協(xié)調(diào)大量的軟硬件資源。這是影響制約軍事仿真實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的一個(gè)重要因素。為此,軍事仿真實(shí)驗(yàn)云要能夠通過集中管理的方式,對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)相關(guān)的服務(wù)資源進(jìn)行快速的統(tǒng)一部署和配置,簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建過程,使得用戶能夠在任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上,獲取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)支撐服務(wù)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施的過程中,能夠?qū)?shí)驗(yàn)活動(dòng)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在線維護(hù)功能,支持對(duì)各類服務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和實(shí)時(shí)更新等彈性管理操作,提高運(yùn)維效率,降低運(yùn)維成本。

2 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

軍事仿真實(shí)驗(yàn)云是一種面向服務(wù)的軍事仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),其體系架構(gòu)主要由“4層1體系”構(gòu)成,即仿真實(shí)驗(yàn)資源層、仿真實(shí)驗(yàn)服務(wù)層、仿真實(shí)驗(yàn)工具層、仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用層以及軍事仿真實(shí)驗(yàn)安全管理體系構(gòu)成,具體架構(gòu)如圖1所示。

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)資源層

主要通過虛擬化手段對(duì)軍事仿真實(shí)驗(yàn)所涉及的硬件資源、模型資源以及數(shù)據(jù)資源進(jìn)行服務(wù)化處理,能夠根據(jù)用戶的實(shí)驗(yàn)需求對(duì)這些資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)用與分配,優(yōu)化仿真實(shí)驗(yàn)資源配置,能夠提供優(yōu)化的硬件、模型及數(shù)據(jù)資源服務(wù)。其中,仿真實(shí)驗(yàn)硬件資源主要包括實(shí)驗(yàn)過程中涉及到的計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源以及存儲(chǔ)資源等;仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資源主要包括實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)想定數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿?shù)據(jù)、仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)評(píng)估數(shù)據(jù)等;仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ唾Y源主要包括了軍事仿真實(shí)驗(yàn)所涉及的仿真模型、數(shù)據(jù)模型、AI決策模型、三維模型、環(huán)境模型等。

圖1 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云體系架構(gòu)圖

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)服務(wù)層

主要是在資源服務(wù)化的基礎(chǔ)上,提供支撐軍事仿真實(shí)驗(yàn)所需要的基礎(chǔ)性服務(wù),包括實(shí)驗(yàn)仿真服務(wù)、實(shí)驗(yàn)態(tài)勢(shì)服務(wù)、實(shí)驗(yàn)評(píng)估服務(wù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)服務(wù)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總線服務(wù)等。其中,實(shí)驗(yàn)仿真服務(wù)主要提供基于離散事件和連續(xù)時(shí)間相結(jié)合的仿真服務(wù),以驅(qū)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)中各類仿真模型資源進(jìn)行仿真計(jì)算;實(shí)驗(yàn)態(tài)勢(shì)服務(wù)主要在可視化戰(zhàn)場(chǎng)描述的基礎(chǔ)上提供態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)融合、處理和發(fā)布,并實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)多維態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)、近實(shí)時(shí)或事后展現(xiàn);實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)服務(wù)基于大數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)軍事仿真實(shí)驗(yàn)過程中所涉及的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理;實(shí)驗(yàn)評(píng)估服務(wù)主要采用靈活的評(píng)估指標(biāo)定制技術(shù),在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集服務(wù)的基礎(chǔ)上,提供數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)、挖掘和分析的能力。

2.3 仿真實(shí)驗(yàn)工具層

主要在仿真實(shí)驗(yàn)服務(wù)層和資源層所提供的服務(wù)和資源的基礎(chǔ)上,以平臺(tái)門戶的形式為實(shí)驗(yàn)人員提供統(tǒng)一的仿真實(shí)驗(yàn)工具訪問入口,用戶能夠?qū)Ψ抡鎸?shí)驗(yàn)所涉及到的所有工具進(jìn)行調(diào)用,包括實(shí)驗(yàn)用戶管理、用戶權(quán)限管理、實(shí)驗(yàn)想定設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)態(tài)勢(shì)展現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等功能,以滿足軍事仿真實(shí)驗(yàn)整個(gè)流程中的所有應(yīng)用需求。在應(yīng)用過程中,實(shí)驗(yàn)人員無(wú)需關(guān)注底層的硬件設(shè)施以及數(shù)據(jù)、模型、軟件等資源。

2.4 仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用層

主要在仿真實(shí)驗(yàn)的資源層、服務(wù)層和工具層的基礎(chǔ)上,能夠按照作戰(zhàn)概念創(chuàng)新、戰(zhàn)法設(shè)計(jì)驗(yàn)證、作戰(zhàn)方案檢驗(yàn)、裝備發(fā)展規(guī)劃、編制體制論證、作戰(zhàn)效能評(píng)估,以及后裝保障效能評(píng)估等不同類型的仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的需要,對(duì)各類仿真實(shí)驗(yàn)所涉及的資源、服務(wù)和工具進(jìn)行調(diào)用和整合,形成不同實(shí)驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,形成可定制的軍事仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

2.5 軍事仿真實(shí)驗(yàn)安全管理體系

主要保障軍事仿真實(shí)驗(yàn)云在運(yùn)行過程中網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、模型以及各類應(yīng)用的信息安全,提供備份容災(zāi)機(jī)制,確保實(shí)現(xiàn)整個(gè)軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的數(shù)據(jù)安全。

軍事仿真實(shí)驗(yàn)云按照以上“4層1體系”的架構(gòu)建成后,其基本部署應(yīng)用模式如圖2所示。

圖2 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云基本部署應(yīng)用模式

3 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云關(guān)鍵技術(shù)

軍事仿真實(shí)驗(yàn)云構(gòu)建的過程中,其中最關(guān)鍵的是如何對(duì)實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和訪問,以及如何將支撐仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用進(jìn)行虛擬化。因此,本文選擇仿真實(shí)驗(yàn)云數(shù)據(jù)總線和仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用虛擬化這兩個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)點(diǎn)展開研究。

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)云數(shù)據(jù)總線技術(shù)

仿真實(shí)驗(yàn)云數(shù)據(jù)總線,主要用于解決分布式異構(gòu)系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)、模擬器等之間的互聯(lián)、互通、互操作問題,為融入實(shí)驗(yàn)云中的各類系統(tǒng)提供一體化的接入、數(shù)據(jù)公布訂購(gòu)、對(duì)象構(gòu)建、服務(wù)開發(fā)、消息傳輸、數(shù)據(jù)中繼等功能,實(shí)現(xiàn)已有異構(gòu)模型和系統(tǒng)與新研系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接,為多個(gè)單位基于異構(gòu)系統(tǒng)展開聯(lián)合實(shí)驗(yàn)提供支撐,形成虛實(shí)一體(Live、Virtual&Construction,LVC)的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要思路是通過傳輸中間件對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行適配,實(shí)現(xiàn)多種通信機(jī)制之間的數(shù)據(jù)傳輸,基于NTP(Network Time Protocol)的時(shí)間管理工具,實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用之間的同步控制,并通過數(shù)據(jù)公布訂閱機(jī)制,在提升數(shù)據(jù)服務(wù)的同時(shí),降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。其技術(shù)框架如圖3所示。

圖3 仿真實(shí)驗(yàn)云數(shù)據(jù)總線技術(shù)架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總線主要有數(shù)據(jù)公布訂閱模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸中間件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸策略配置模塊、時(shí)間管理服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊構(gòu)成。其中,數(shù)據(jù)公布訂閱模塊主要根據(jù)不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求提供靈活的公布-訂閱功能,通過配置公布訂閱關(guān)系及相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容,明確不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容,在最大化的增加數(shù)據(jù)服務(wù)的實(shí)時(shí)性和針對(duì)性的同時(shí),減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān);網(wǎng)絡(luò)傳輸中間件針對(duì)不同種類的仿真系統(tǒng)及模擬器,定制不同類型的數(shù)據(jù)中間件,把不同現(xiàn)有仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換,形成邏輯上的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境;網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸策略配置模塊主要提供豐富的服務(wù)質(zhì)量管理策略(QoS),以滿足用戶對(duì)不同數(shù)據(jù)的要求,達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸高實(shí)時(shí)、低抖動(dòng)的目標(biāo),保證網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行;時(shí)間管理服務(wù)模塊主要基于NTP提供時(shí)間管理服務(wù)器工具,能夠準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢頃r(shí)間及邏輯時(shí)間,并能夠基于邏輯時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)使用的推進(jìn)、暫停、繼續(xù)及中止等;數(shù)據(jù)管理模塊將采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)格(RDG)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理,為仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的異?；謴?fù)和斷點(diǎn)保存提供接口,提升仿真實(shí)驗(yàn)云數(shù)據(jù)應(yīng)用的安全性;數(shù)據(jù)采集模塊主要在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和記錄,為實(shí)驗(yàn)評(píng)估分析和態(tài)勢(shì)回放提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用虛擬化技術(shù)

應(yīng)用虛擬化是通過為應(yīng)用程序提供一個(gè)虛擬的運(yùn)行環(huán)境,而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)之間的松耦合。在虛擬的運(yùn)行環(huán)境中,既要包含應(yīng)用程序的可執(zhí)行程序,還要包括它運(yùn)行過程中所需要的運(yùn)行環(huán)境。仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用虛擬化,就是要把與仿真實(shí)驗(yàn)的所有應(yīng)用軟件對(duì)底層操作系統(tǒng)和硬件的依賴去除掉,最大化的增加仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用部署的靈活性。本文將采用類似虛擬終端的技術(shù),實(shí)現(xiàn)虛擬化的應(yīng)用中間件,將應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)的桌面解耦,把應(yīng)用程序的人機(jī)交互邏輯與計(jì)算邏輯隔離開來。其技術(shù)體制如圖4所示。

圖4 仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用虛擬化技術(shù)架構(gòu)

在仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用虛擬化技術(shù)框架中構(gòu)建應(yīng)用的模板,按照技術(shù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)分為WebAPP和NativeAPP,其中,WebAPP應(yīng)用在VM上實(shí)例化后,能夠直接通過瀏覽器進(jìn)行調(diào)用,而NativeAPP應(yīng)用在VM上實(shí)例化后,還需要通過預(yù)先部署在本地的外部私有程序進(jìn)行訪問調(diào)用。當(dāng)一次仿真實(shí)驗(yàn)所需要的席位定義完成后,將根據(jù)云配置庫(kù)中所定義的應(yīng)用類型和數(shù)量對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用進(jìn)行實(shí)例化。在通過這種技術(shù)體制對(duì)已有仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用進(jìn)行云部署時(shí),無(wú)需對(duì)原有應(yīng)用進(jìn)行大范圍改動(dòng),應(yīng)用虛擬化服務(wù)端會(huì)為每個(gè)用戶會(huì)話開設(shè)獨(dú)立的運(yùn)行空間,應(yīng)用程序的計(jì)算邏輯在獨(dú)立空間中運(yùn)行,人機(jī)交互界面推送到用戶端,從而完成將傳統(tǒng)應(yīng)用遷移到云端的工作。在這一過程中,需要通過VM資源配置管理對(duì)VM資源的數(shù)量、規(guī)模以及生成方式進(jìn)行控制,例如:當(dāng)某些場(chǎng)合不需要使用云系統(tǒng)時(shí),VM可以是物理機(jī);在計(jì)算資源有限時(shí),可以在云系統(tǒng)進(jìn)行硬件資源虛擬化的基礎(chǔ)上劃分邏輯上的VM;也可以根據(jù)用戶訪問壓力以及資源訪問權(quán)限來動(dòng)態(tài)擴(kuò)展VM的數(shù)量。在應(yīng)用過程中,多個(gè)用戶可以并發(fā)訪問功能相同的仿真實(shí)驗(yàn)支撐工具,為應(yīng)對(duì)不同用戶的使用要求,平臺(tái)將為每個(gè)用戶的服務(wù)進(jìn)程啟動(dòng)一個(gè)單獨(dú)的實(shí)例,這些虛擬化的仿真實(shí)驗(yàn)工具可以同時(shí)運(yùn)行在服務(wù)器端,但是,為了避免對(duì)集中資源的訪問沖突,將通過虛擬軟件服務(wù)資源的控制和配置策略,使得同一個(gè)用戶只能同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)相同的仿真實(shí)驗(yàn)工具。

4 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云應(yīng)用模式

通常軍事仿真實(shí)驗(yàn)包括:結(jié)構(gòu)仿真、分析推演、人在回路仿真以及實(shí)兵仿真四種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?而從人員參與仿真實(shí)驗(yàn)程度的角度來看,我們可以將實(shí)驗(yàn)劃分為“人不在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn)和“人在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn)這兩大類,而前面的四種實(shí)驗(yàn)分類中,結(jié)構(gòu)仿真為“人不在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn),即仿真過程人并不干預(yù);而分析推演、人在回路仿真以及實(shí)兵仿真為“人在環(huán)”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?在整個(gè)仿真的實(shí)驗(yàn)過程中需要人的操作、指揮及戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)進(jìn)行支撐,從技術(shù)體制上來看,實(shí)現(xiàn)的方式基本上是相同的。因此,本文以軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的“人不在環(huán)”和“人在環(huán)”兩種應(yīng)用模式進(jìn)行研究。

4.1 “人不在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用模式

“人不在環(huán)”的仿真實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行大樣本仿真實(shí)驗(yàn)的重要手段。仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段,實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)業(yè)務(wù)需求,確定仿真想定、實(shí)驗(yàn)方案和評(píng)估方案,爾后根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求依托仿真實(shí)驗(yàn)云所提供的模型設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的相關(guān)軟件服務(wù)套件進(jìn)行交互式開發(fā)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以用戶身份存儲(chǔ)在虛擬化的仿真實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)中,供仿真實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)使用。仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段,軍事仿真實(shí)驗(yàn)云采用計(jì)算系統(tǒng)虛擬化技術(shù),以硬件輔助虛擬化為基礎(chǔ),應(yīng)用虛擬機(jī)管理器對(duì)計(jì)算硬件資源進(jìn)行抽象與劃分,實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的虛擬化,利用云平臺(tái)提供的多機(jī)資源映射和統(tǒng)一的資源管理,動(dòng)態(tài)構(gòu)建大樣本仿真需要的多機(jī)、多引擎運(yùn)行環(huán)境。能夠極大的提高大樣本實(shí)驗(yàn)解算速度,滿足用戶對(duì)時(shí)效性的需求。在仿真運(yùn)行過程中,可以通過仿真實(shí)驗(yàn)云所提供的實(shí)驗(yàn)管控工具根據(jù)運(yùn)行配置,監(jiān)控云端各節(jié)點(diǎn)樣本的運(yùn)行狀態(tài),而仿真運(yùn)行所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將直接通過仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸總線存儲(chǔ)在虛擬化的仿真實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)中,按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和樣本編號(hào)進(jìn)行保存,以供后續(xù)仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估使用。仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估階段,實(shí)驗(yàn)人員通過數(shù)據(jù)總線從實(shí)驗(yàn)資源池中調(diào)用和訪問相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù),并依托虛擬化的實(shí)驗(yàn)仿真評(píng)估工具對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果展開數(shù)據(jù)化評(píng)估,最終基于大樣本的統(tǒng)計(jì)形成實(shí)驗(yàn)結(jié)論。具體應(yīng)用模式如圖5所示。

4.2 “人在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用模式

“人在環(huán)”的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ叫枰嗽趯?shí)驗(yàn)過程中通過自身的行為對(duì)仿真模型進(jìn)行控制和影響,以推動(dòng)整個(gè)作戰(zhàn)進(jìn)程的發(fā)展和演進(jìn)。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段,實(shí)驗(yàn)人員制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案,明確仿真的內(nèi)容和人在仿真過程中承擔(dān)的角色和席位,并指定仿真引擎以實(shí)時(shí)單方案單樣本的模式運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段,通過仿真實(shí)驗(yàn)工具集自動(dòng)分配仿真引擎,在實(shí)驗(yàn)仿真模型初始化完成之后,仿真引擎將暫停運(yùn)行,等待實(shí)驗(yàn)人員席位加入實(shí)驗(yàn)活動(dòng),實(shí)驗(yàn)人員使用席位管理工具下載相應(yīng)的席位軟件,并按照席位管理工具的配置文件自動(dòng)配置連接仿真引擎,實(shí)驗(yàn)人員按照預(yù)先席位明確的控制操作權(quán)限和內(nèi)容加入仿真運(yùn)行,推動(dòng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的推進(jìn)。實(shí)驗(yàn)評(píng)估階段的工作與“人不在環(huán)”的應(yīng)用模式基本相同,區(qū)別在于“人在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估數(shù)據(jù)的規(guī)模和數(shù)量較少。具體應(yīng)用模式如圖6所示。

圖5 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云“人不在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用模式

圖6 軍事仿真實(shí)驗(yàn)云“人在環(huán)”仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用模式

5 結(jié)束語(yǔ)

軍事仿真實(shí)驗(yàn)所研究對(duì)象的規(guī)模日益擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,迫切需要建立仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,綜合運(yùn)用新型的體系架構(gòu)和技術(shù)手段來應(yīng)對(duì)這種發(fā)展和變化。本文主要從軍事仿真實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā),提出了軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的體系架構(gòu),并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用模式進(jìn)行了研究和探討,在軍事仿真實(shí)驗(yàn)云的工程實(shí)踐和推廣應(yīng)用方面進(jìn)行了理論性的探索,為后續(xù)的工程和應(yīng)用實(shí)踐提供借鑒。