HLA仿真系统中应用层组播通信的设计与实现
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基于HLA的通信与通信对抗一体化训练仿真系统研究
随着计算机仿真规模和仿真数据量的增加,单个仿真系统已经无
法满足要求,必须依赖多个仿真系统进行分布式仿真。
因此分布式仿
真体系结构,成为系统仿真学的重要前沿。
高层体系结构(HLA)提供通用、开放的数据交换协议和数据语义互操作协议及将仿真功能与通用的支撑环境相分离的体系结构,减少了网络冗余数据。
它一出现就立
即受到军事训练和模拟作战等领域的广泛重视。
论文以通信电子战仿真为研究对象,对基于HLA的关键技术进行了研究。
其主要工作及成
果是:(1)研究了分布式仿真中的高层体系结构基本思想及实现方法,
根据仿真系统的要求建立了联邦对象模型,实现了联邦成员,并运行
了联邦。
(2)根据通信电子战的要求,实现了将各种通信和通信对抗模型结合起来,协同仿真,比较真实地模拟出了战场电磁环境。
(3)构建
了通抗一体化训练仿真系统,并将研究的各类关键技术应用于系统中。
论文的另一部分工作是根据电磁波信道传输和相互作用原理,按仿真
系统的要求建立了通信和通信对抗仿真模型库,包括无线电信道模型、通信模型、通信对抗模型等,填补了军内空白。
其主要成果是(1)用求极值的方法,优化了。
基于HLA的超短波通信仿真系统设计与研究计算机仿真技术的进步使其广泛应用于军事、通信、航空航天、社会学等领域,为科学研究和实验分析带来极大便利。
目前,仿真技术已经在无线通信系统研究尤其是在超短波通信系统的研究和分析中发挥重要作用。
在使用仿真技术进行科学研究的过程中,仿真模型构建的质量决定了仿真系统的效能。
因此,如何构建精确有效的仿真模型是计算机仿真的关键技术。
对超短波通信进行相关的仿真研究,可以有效地评估优化超短波通信网,辅助指挥决策。
在开发超短波通信仿真系统时,系统级的仿真软件对无线信道的建模能力不足,无法满足精确仿真的需要。
超短波的传播方式为直线传播,地理环境以及电磁干扰等因素对其传输具有很大的影响。
为了构建精确有效的仿真模型,必须在超短波通信仿真系统的物理层模型中考虑这些因素。
HLA为构造和描述仿真应用提供了通用框架,提高了仿真系统间的互操作性,成为分布交互仿真普遍采用的技术规范。
针对上述问题,本文设计实现了模型精度更高的超短波通信仿真系统,并将其与HLA技术相结合,实现了系统联邦。
通过仿真实验验证了超短波通信仿真系统的模型精确性及其联邦实现的有效性。
本文的主要工作如下:1)提出并实现了一种基于HLA的超短波通信仿真系统的体系框架。
该框架结合了多种仿真模型,具有良好的互操作性和重用性。
其中,Simulink 信道模型和WI仿真模型很好地弥补了Omnet++仿真模型物理层建模精度不高的问题,实现了对物理层的精确建模。
2)结合联邦的体系结构介绍了关键邦员的实现技术,针对超短波通信联邦中邦员间的时间协同问题,设计实现了用于联邦自主时间推进的时间控制机制。
实验结果表明,该机制可以很好地管控联邦的时间,联邦中邦员间的时间推进协调有效。
3)建立仿真场景,通过对比系统仿真模型的测试结果初步验证了超短波通信仿真模型的精确性以及系统联邦的有效性。
实验结果表明,超短波通信仿真的物理层模型在计算路径损耗和误码率上考虑了更多的影响因素,计算结果更加精细,系统的仿真精度也更高;在超短波通信仿真联邦的实现上,邦员间的信息交互准确,联邦运行有效可靠。
基于HLA的多模复合精确末制导仿真系统设计与实现的开题报告1. 研究背景现代战争中,精确末制导技术已成为军事高科技的重要组成部分,其应用广泛,如导弹、火箭等武器系统的制导控制。
而多模精确末制导系统则是一种将多种模式的制导系统组合,以提高制导精度和干扰抵抗能力的复合制导系统。
目前,大多数多模精确末制导系统都基于软件仿真实现,缺乏硬件平台支持和真实性验证,因此需要进行实验验证。
2. 研究目的本研究旨在基于HLA(高层架构)技术,设计和实现一种多模复合精确末制导仿真系统。
该系统将多种制导模式整合在一起,以提高制导精度和抵御干扰。
通过系统的设计和实现,可以验证多模复合精确末制导系统的可行性和效果,并为后续硬件实验提供基础。
3. 研究内容本研究的主要内容包括以下几个方面:(1)HLA技术研究:对HLA技术进行深入学习,了解其原理、体系结构、交互模型等。
(2)多模复合精确末制导系统设计:基于HLA技术,设计多模复合精确末制导系统,包括制导模式的选择、制导算法的设计、系统架构等。
(3)系统实现:采用C++语言编程实现系统的各个组件,包括仿真环境、HLA接口、制导算法等。
(4)系统测试与验证:通过系统测试与仿真验证,评估系统的可行性和效果,并进行优化。
4. 研究意义本研究的意义在于:(1)为多模复合精确末制导系统的研究提供了一种有效的仿真方法,为后续的硬件实验提供基础。
(2)研究中所用的HLA技术,具有很强的通用性,在其他军事系统的仿真和实验中具有广泛应用价值。
(3)研究还可对以后多模复合精确末制导系统的研究提供一定的参考和指导价值。
5. 研究方法本研究采用文献调研和实验研究相结合的方式,先对HLA技术进行系统研究和分析,然后设计和实现多模复合精确末制导仿真系统。
最后,通过系统测试和仿真验证,评估系统的可行性和效果。
6. 研究进度计划第一年:(1)学习HLA技术,查阅相关文献,熟悉HLA技术的原理和应用领域。
(2)分析多模复合精确末制导系统的概念、原理和实现方法,并进行系统方案设计。
基于HLA的多平台分布式仿真系统设计与实现马忠彧;马宏锋;彭美平【摘要】在大规模通信网络仿真中,单一的通信网络仿真并不能满足通信网络实际部署的需求,分布式仿真技术为解决大规模通信网络仿真提供了有效的解决方法.提出了一种基于HLA的多平台分布式网络仿真系统,利用分布式仿真技术将多个仿真平台集成到一个仿真系统中,由控制中心统一调配,为大规模通信网络的精确仿真提供了有效的途径.【期刊名称】《兰州工业学院学报》【年(卷),期】2016(023)004【总页数】5页(P52-56)【关键词】HLA;OPNET;分布式仿真;系统集成【作者】马忠彧;马宏锋;彭美平【作者单位】兰州工业学院电子信息工程学院,甘肃兰州 730050;甘肃省资源环境科学数据工程技术研究中心,甘肃兰州 730050;兰州工业学院电子信息工程学院,甘肃兰州 730050;甘肃省资源环境科学数据工程技术研究中心,甘肃兰州 730050;西安云晨电子科技有限公司,陕西西安 710000【正文语种】中文【中图分类】TN92通信网络的建模与仿真,可在实际部署中评估网络效率,分析网络关键点,并找到改进方法.仿真工程在各种行业和科学领域都很流行,而现代模拟的一个重要方面是互操作性[1].在开发涵盖多个应用领域的仿真系统时,在特定的域中使用专业仿真软件包(SPS)是必要的,但由于代码基础和现有SPS的开发独立性,在整个平台通信中相互配合使用特定的SPS是较为困难的[2].联邦移民是大规模分布式仿真的基本机制,它提供了负载平衡的仿真方法,从而提高了模拟的整体性能[3].鉴于它在仿真中的重要性,也有文献提出了一些联邦成员迁移的方法.有用第三方机制来传输数据的方法,也有通过添加一些必要的通信组件的方法.如何提高仿真平台的灵活性、复用性、可扩展性,以及如何让多系统支持多平台仿真,已经成为一个重要的研究课题.本文设计并实现了一种基于HLA 的多平台分布式仿真系统,解决了大规模网络仿真中的多平台融合问题.1.1 HLA联邦开发模块基于HLA的分布式系统仿真的开发和其它软件系统一样,都包括需求分析、总体设计、详细设计、编程和测试、软件维护等主要阶段,本系统在开发过程中使用美国国防部建模与仿真办公室提出的联邦迁移和执行过程模型(PMDEP),具体过程如图1所示.对HLA已有不少文献进行了论述,本文不做赘述,本文将只介绍与分布式通信网络仿真相关的主要模块.1)STK模块.完成卫星侦察载荷、发送与接收载荷的仿真,是通信链路仿真的核心,实现卫星转发数据仿真的整个过程;负责仿真全过程的管理与控制,一方面完成仿真模式管理(包括仿真的启动、暂停、终止等过程),另一方面完成仿真过程管理(包括仿真前的初始化设置、仿真运行过程中信息的综合与决策、仿真结果的记录与回放);根据各种场景设定不同的技术指标和相应的评估模型进行综合权重,得出效能评估报告、侦察时间报告、通信网络性能报告和历史仿真结果,完成通信链路评估,通信网络性能测评以及对通信网络动态拓扑、关键路由进行显示等;对卫星的物理特性进行建模,完成对相关卫星轨道姿态计算工作,内容包括各个通信节点的位置和速度.2)RTI-STK中间件.RTI-STK中间件的核心是通过 STK/Connect的桥梁作用,实现RTI与STK之间的无缝连接.它的目的是将STK改造成为符合HLA分布仿真标准的仿真软件.命令交互类是通过STK/Connect函数AgConProcessSTKCmd来实现的.HLA成员发出命令交互,STK-RTI中间件接收命令交互并向STK转发命令,STK接受命令后做出应答.对于对象类,STK-RTI中间件将STK中生成的场景对象类、场景对象类实例的属性随HLA仿真时间的推进公布、更新出去,同时STK-RTI中间件也能反射更新其它HLA成员的对象类实例的属性.3)RTI-OPNET中间件.OPNET提供一个专门的HLA接口(简称为HLA-PM),用户只需要在仿真场景中加入该接口就可以将OPNET作为一个联邦成员加入到HLA联邦中.该接口负责:①管理联邦成员事务;②时间推进管理;③数据映射.HLA-PM将OPNET分组与HLA交互类进行映射来实现二者的转换,映射规则记录了分组域与交互参数的对应关系.HLAPM将OPNET节点与HLA的对象实例进行映射来实现两者数据的同步更新.OPNET节点属性将和HLA对象类属性建立起对应关系.联邦成员的公布绑定关系如下:1)网络设计联邦成员.①公布数据:飞行器对象类、仿真初始化信令交互类和仿真控制信令交互类;②订购数据:仿真控制信令交互类;2)网络仿真联邦成员.①公布数据:仿真控制信令交互类、网络性能交互类、节点状态交互类和节点通信关系交互类;② 订购数据:飞行器对象类、仿真初始化信令交互类、仿真控制信令交互类和终端模拟信息交互类.3)三维态势显示联邦成员.①无公布数据;②订购数据:飞行器对象类、仿真初始化信令交互类、网络性能交互类、节点状态交互类和节点通信关系交互类.4)终端模拟联邦成员.①公布数据:终端模拟信息交互类;②订购数据:节点状态交互类和终端模拟信息交互类.HLA联邦开发系统结构图如图2所示.本文在对系统态势展示的视景仿真设计上针对传统方式进行了改进,使用双线程编程的方法来实现基于HLA的仿真与视景仿真这两种技术的融合运用.利用HLA仿真使得所有的联邦成员互联以此构成系统化的分布式仿真环境,同时,每个联邦成员又能够利用视景仿真实现各个联邦成员的虚拟演示,这在一定程度上也减轻了视景仿真对HLA仿真的负面影响.视景仿真线程执行过程中需要对三维图形进行大量的渲染和纹理处理,也要进行大规模地形数据库管理等一系列海量运算任务,双线程方式将视景仿真对系统的影响有的限制在某一个联邦成员内,而并不会对整个分布式仿真系统的正常顺利运行性能造成严重的影响.因此,这种双线程的编程方法能够有效地提高系统性能.1.2 OPNET技术特点OPNET利用离散事件驱动的仿真原理,通过离散事件驱动,以先进先出的方式对时间列表进行维护[4].执行事件时,仿真时间不断推进,事件和事件之间可能跨越仿真时间,但是不消耗物理时间,事件执行过程直至事件执行完毕,仿真时间不推进[5].然而,HLA框架不适合大规模的分布式模拟,因为它并未解决可扩展性、动态负载均衡、和故障容错问题.如果可扩展性是一个系统负荷增加时其提供一定服务质量水平的能力,HLA并具备处理通信开销、网络延迟、服务发现、或资源管理的能力.HLA也不在各过程之间传输资源,这将平衡异构分布式资源系统负载,提高仿真的性能.HLA不解决容错性问题,所以整个模拟可以在分布式系统发生单一故障消失.因此,为支持大规模的HLA系统仿真必须解决此类问题. OPNET采用数据包的形式模拟真实网络的数据流,数据包以虚拟的形式存在或搭载真实的数据流[6].使用仿真可以大体分为个步骤,分别是配置网络拓扑、配置业务、收集结果统计量、运行仿真、调试模块再次仿真、最后发布结果和拓扑报告[9].1.3 分布式网络仿真网络仿真技术是一种全新的网络规划和设计技术,它通过建立网络设备、链路和协议模型,并模拟网络流量的传输,从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据[7].在进行通信网络开发时,使用网络仿真工具对相关的通信协议进行仿真来验证相应的通信数据流、关键的通信参数以及确定系统可能出现的潜在问题等,这种开发流程已经越来越流行,尤其对于网络规模比较大、网络复杂度比较高的应用场景[8].网络仿真工具通常使用的仿真机制包括:时间驱动模型和事件驱动模型.时间驱动模型的仿真机制:基于固定时间增量作为仿真运行的单位,即在时间增量Δt里,系统会在[t,t+Δt]的时间段进行状态更新.因此在实际仿真中仿真的精确度主要会依赖于时间单位Δt.Δt越小,相应的仿真结果越确,而Δt的选取受到各种特定限制因素,如仿真系统的计算能力、数据存储能力等.事件驱动模型的仿真机制:基于瞬时随机发生的事件而引起的状态更新,不同事件之间是独立的.事件驱动模型中,仿真时间取决于一个事件的发生时间,而在一个事件中可能又会生成其它不同的事件,仿真核心则维护着一个有序的事件队列[9].虚拟现实仿真系统在航空航天、军事、科学研究、工业生产、交通运输、环境保护、生态平衡、卫生医疗、经济规划、商业经营、金融流通等领域已经得到成功的应用,并取得显著的经济效益.2.1 HLA-OPNET分布式仿真系统框架设计结合HLA与OPNET的技术特点,充分利用各自的技术优势,本文提出一种基于HLA的分布式通信网络仿真系统体系架构,如图3所示.单纯的离散事件通信网络仿真已经不满足当前大规模军事通信网络设计论证的需求(如复杂通信链路建模,卫星姿态,弹道轨迹姿态等),需要第三方仿真平台支持;此外,随着国防科技的发展,具有诸多优点的半实物仿真技术成为科学研究必不可少的技术.为解决多平台分布式实时集成仿真,本文以OPNET网络仿真平台为核心,提出一种分布式通信网络仿真系统(HLA-OPNET系统). HLA-OPNET系统体系架构采用HLA构建分布式系统总线,负责数据的分发与接收.各仿真成员或仿真成员的内部组件(如OPNET想定中单个的网络设备)采用标准规范的接口集成到信息总线上,仿真成员间的信息交互通过RTI来实现.OPNET仿真成员通过OPNET提供的ESA模块实现与外部仿真成员的信息交互.该系统针对每一个仿真成员独立存在,相互协作,各平台输出数据反映在仿真系统的虚拟数据列表中,其他应用或仿真平台可根据其需求对数据读取.因此,所有仿真平台或应用根据各自感兴趣的数据而不需关心数据的来源.虚拟数据列表遵循一种读写规则,即虚拟数据列表中的同一数据只能存在一个数据源,该数据只能被数据源成员修改,同时可被多个成员读取.2.2 基于HLA的多平台分布式交互设计与实现由不同的RTI开发人员在实现HLA服务过程中使用的算法和通信机制不同,如果没有协调的联邦间通信和翻译机制,让不同的联邦运行在不同的TTI上是及其困难的.解决此问题的方法可以分为三类:第一,在异构RTI间使用桥接或网关等翻译连接器(即实现上层RTI的API互操作);第二,在HLA规范基础上增加一个有限标准(即尽可能在网络最底层实现互操作);第三,完成TRI模型实现(即本文所实现的处于最底层与上层中间的互操作).OPNET仿真环境能够支持二次开发,用户可以根据实际研发需要,开发符合需求的接口模块. ESA的本意是提供协同仿真的编程接口,以便与其他仿真器能进行联合仿真,研究开发人员通过使用自定义接口模块将外部的仿真环境或者硬件设备接入到仿真中,完成多平台之间的交互.下文代码分别是STK交互类、仿真控制交互类、VR-Forces交互类.网络仿真是一种重要的网络研究方法.它允许现实世界的网络分组流和仿真器中的模拟流进行交互,经受用户定义的分组延时、丢失、重排序和复制.利用网络仿真,用户能够测试现实网络设备在各种不同模拟的网络环境中的功能和性能.正因于此,网络仿真被广泛应用于测试网络协议和设备.基于HLA的分布式仿真系统通过交互式接口与类的设计实现OPNET、STK、VR-Forces等平台的协同分布式系统仿真.执行结果如图4所示,其成员由通信网络仿真(OPNET)、战场态势推演(VRForces)、三维态势展示、卫星星座和轨道模拟(STK)、系统控制及效能评估等,每个联邦成员分布运行在不同主机上,相互之间通过高层体系架构(HLA)进行分布式协同仿真.本文设计并实现了基于HLA的多平台信息交互分布式仿真系统,该系统解决了OPNET、STK、VR-Forces等异构多平台协同通信的问题,可用于大规模网络仿真和系统性能分析,尤其是在战场环境下对军事通信组网仿真和多作战平台仿真提供实时、交互的分布式仿真平台;同时,系统仿真平台能够实现多个战场操作平台的预测、推演,增强仿真实现“画面感”,提高三维虚拟可视化操作能力.在今后的研究过程中,需要进一步努力的方向主要包括:1)完善联邦成员模型.改进联邦成员,提高运行效率,改进联邦同步和时间推进机制以适应大规模系统开发.2)优化完善联邦成员之间的大数据量传输机制,如图像、视频流等,增强互通效率.3)完善虚拟环境,提高视景效果.4)提高系统的人机交互性,继续完成虚拟三维立体战场环境的构建,实现模拟实体行为分析.【相关文献】[1]陈寅,宋杨,费敏锐.基于Simulink和OPNET的交互式联合仿真研究[J].系统仿真学报,2011,7(3):242-247.[2]陈岩.网络仿真技术及其应用[J].计算机技术与发展,2010,19(2):200-201.[3]赵科莉,寇明延.基于HLA/PRTI1516和OPNET的航空战术数据链仿真系统[J].电光与控制,2014,1 (21):33-37.[4]殷琪琪,李元祥,敬忠良.多平台组网OPNET仿真技术[J].火力与指挥控制,2010,35(8):136-140.[5]蒋秀波,宋早迪,张日飞.HLA和OPNET的战术通信网半实物仿真[J].火力与指挥控制,2012,37(10):150-153.[6]刘强,匡镜明.基于 HLA的分布式军事通信网仿真[J].四川兵工学报,2006,32(12):96-98.[7]范林军;董红林.分布式仿真系统中的全局一致性问题研究[J].计算机工程与科学,2016,1(38):131-137.[8]滕克难.网络化多平台协同探测系统空间算法研究[J].计算机仿真,2012,29(11):94-103.[9]郭明,姚力波,王子玲,等.分布式C-4ISR系统通信报文传输标准仿真验证系统设计[J].电子设计工程,2015,23(23):74-78.。
基于hla的运载火箭测试仿真系统体系结构设计与实现基于HLA的运载火箭测试仿真系统体系结构设计与实现运载火箭测试仿真是航空航天领域中非常重要的一个环节。
测试仿真的目的是为了验证系统的可靠性和性能。
为了满足测试仿真的需求,基于HLA的运载火箭测试仿真系统被广泛采用。
系统体系结构设计与实现是基于HLA的运载火箭测试仿真系统的核心组成部分。
系统体系结构必须合理,才能够确保系统的稳定性和性能。
系统体系结构设计基于HLA的运载火箭测试仿真系统体系结构设计包括了以下几个方面:1. 功能需求分析首先,需要对系统的功能需求进行分析。
也就是说,需要了解系统运行的目标和目的。
在这个方面,需要进行一系列的研究和分析,考虑到系统的可靠性、稳定性和性能。
2. 系统模块分解系统模块分解是一个非常重要的步骤,在这个步骤中,需要将大的系统分成不同的模块。
每个模块要尽量独立,这样才能够更好地实现系统的灵活性和可扩展性。
3. 通信机制在系统体系结构设计中,通信机制也是一个非常关键的步骤。
在这个步骤中,需要考虑如何实现高效的通信方式,以确保系统的稳定性和可靠性。
系统体系结构实现基于HLA的运载火箭测试仿真系统体系结构实现主要体现在以下几个方面:1. 数据结构设计系统的数据结构必须合理。
在这个方面,需要充分考虑数据之间的关系和交互,以确保系统的稳定和可靠。
2. 系统算法实现在系统算法实现中,必须考虑系统运行的效率和可靠性。
因此,必须使用高效的算法,以确保系统的稳定性和性能。
3. 编码规范编码规范也是实现系统体系结构中非常关键的一步。
在这个方面,应该采用最佳的代码规范,以确保代码的可读性、可维护性和可扩展性。
总之,基于HLA的运载火箭测试仿真系统体系结构设计与实现是一个非常重要的组成部分。
只有在系统设计和实现中严格遵守规范,考虑到系统的稳定性和性能,才能够满足测试仿真的需求。
一种在HLA仿真应用中提供多种通信方式的方法
刘苗;晋军;郭文锐
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2009()14
【摘要】高层体系结构(High Level Architecture,HLA)已被公认为是分布式仿真的标准,它要求向仿真应用提供多种通信方式,这也是仿真应用的一种现实需求。
作者提出了一种有效的解决方法:把可选择的可靠传输协议SRTP(Selectively Reliable Transport Protocol)放置在HLA的运行时支撑框架(Runtime Infrastructure,RTI)和Internet之间,用它来调用UDP服务,和TCP一起向RTI提供灵活的通信方式。
作者的工作是把现有的SRTP(GMU-SRTP)移植到Windows 环境下,并对其进行了一些性能上的改进,编程实现了一个更灵活高效的SRTP程序(ICA-SRTP)。
【总页数】3页(P4376-4378)
【作者】刘苗;晋军;郭文锐
【作者单位】解放军理工大学指挥自动化学院;解放军理工大学通信工程学院;解放军73683部队520分队
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.西门子PLC多种通信方式在真空精炼炉控制中的综合应用
2.多种通信方式在电能表数据采集系统中的应用
3.多种通信方式在青海电网用电信息采集系统中的应用与实践
4.多种宽带接入方式在海南电力通信网中的应用
5.HLA/RTI仿真系统中应用层组播通信的设计与实现
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基于HLA的MD信息传输网络的仿真设计与实现的开题报告1. 研究背景和意义HLA(High Level Architecture)是一种模拟系统的架构标准,已被广泛应用于军事、航空航天、交通等领域。
MD(Medical Device)信息传输网络作为一种新兴的医疗信息技术,在推广应用中遇到了许多困难。
因此,本研究将基于HLA架构标准设计和实现一种MD信息传输网络的仿真系统,以期为医疗信息技术发展提供参考和借鉴。
2. 研究内容、技术路线和研究方法(1) 研究内容本研究将基于HLA架构标准设计和实现一种MD信息传输网络的仿真系统,主要研究内容包括:1) HLA标准和MD信息传输网络技术研究;2) 系统功能需求和性能指标分析;3) 系统设计和实现,在此基础上完成MD信息传输网络的仿真和评估;4) 对仿真系统的性能和可行性进行评估与测试。
(2) 技术路线本研究的技术路线包括以下几个方面的内容:1) 学习和研究HLA架构标准和MD信息传输网络技术;2) 分析仿真系统的性能指标、功能需求和技术难点;3) 设计仿真系统架构、接口信息和数据流程等;4) 基于JAVA编程语言和各种可视化技术实现仿真系统;5) 对仿真系统进行调试和测试,并进行性能和可行性评估。
(3) 研究方法本研究主要采用实验法和分析法结合的研究方法,包括以下几个步骤:1) 研究相关文献和标准,了解HLA和MD信息传输网络的理论和实践现状;2) 分析仿真系统指标、需求、技术难点等,确定系统架构、接口信息和数据流程;3) 根据系统架构和各接口信息,设计仿真系统并利用JAVA编程语言和可视化技术实现系统;4) 对仿真系统进行调试和测试,并对系统的性能和可行性进行评估和改进;5) 基于实验结果,进行仿真系统的优化和改进,提高系统的性能和可靠性。
3. 预期研究成果和创新点(1) 预期研究成果通过本研究,预期获得以下成果:1) 基于HLA的MD信息传输网络的仿真系统;2) 可以应用于医疗信息系统中的MD信息传输网络技术;3) 研究HLA标准和MD信息传输网络技术的应用,为推广医疗信息技术提供参考。
第22卷第3期计算机仿真2004年4月文章编号:1006—9348(2005)03—0145—04HLA/RTI仿真系统中应用层组播通信的设计与实现汤伟1,刘晓明2,黄松2(1.解放军理工大学通信工程学院,江苏南京210007;2解放军理工大学指挥自动化学院,江苏南京210007)摘要:底层通信方式是影响/-KA/RTI仿真系统性能的一个重要因素。
采用组播的通信方式能够显著的提高HLA/RTI仿真系统的性能。
基于口组播的应用研究了很长时间,但在实施上还存在很多困难,软硬件方面的问题都有。
近年来,不少人都开始反思口组播体系结构本身的问题,并提出将复杂的组播功能放在端系统来实现的新思想,这就是应用层组播技术。
该文根据应用层组播的思想,设计实现了一套简单的基于应用层组播的I-ILA/RTI组播通信解决方案,为解决HLA/RTI仿真系统的通信问题提供了新思路。
关键词:分布式仿真;高级体系结构;组播;应用层组播技术中图分类号:TP391.9文献标识码:ADesignandImplementationofApplicationLayerMulticastinginHLA/RTISimulationSystemTANGWeil,LIUXiao—min_,HUANGSong(1.InstituteofCommunicationEngineer,PLAUniv.ofSci.&Tech.,NanjingJiangsu210007,China;2.InstituteofCommandAutomation,PLAUniv.ofSci.&Teeh.,NanjiIlgJiangsu210(}07,China)AB蜘[RACI.:ThewayofcommunicationhasmucheffectontheperformanceofHLA/RTIsimulationsystem.Usingmulti-casanginsteadofbroadcastinginHLA/RTIsiml】1ationsystemvanimprovetheperformancegreatly.MuchtimehadbeentakentostudyIPmulticasting,however,it’sdifficulttoputitintoapplication.Recently,anewthoughtwasputforwardby80meresearcher.Thenewtechnologyiscalledappheafionlayermulticastwhichimplementthemulticastinginendsysteminsteadofinnetworksystem.qhispaperproposedasolutiontotheHL∥RTIcommunicationbasedontheapplicationlayermulticast.KEYWORI)s:Distributedsimulation;HighIevelArchitecture(LHA);Multicast;Applicationlayermulticast1引言随着计算机技术、网络技术、仿真技术和虚拟技术的发展,分布式仿真越来越多地被运用到各个领域当中。
从早期的D/S系统,到现在的甩A框架,采用的技术越来越先进,应用范围也日趋广泛。
DIS系统采用的是广播的通信方式。
而在阳A框架中,由RTI来提供管理功能和通信支持。
RTI一般可采用多种通信方式来系统通信支持,例如在多处理机系统中,可采用共享内存的方式进行通信,而在当前普遍应用的TCP/IP网络中,一般是采用基于口的计算机网络互连这种通信方式。
基于HIA/RTI体系结构的分布式仿真系统主要包括:底层通信网络、运行时支撑结构(Run—TimeInfrastructure,RTI),应用对象模型和管理对象模型。
RTI是联邦执行的核心,是收稿日期;2003—10—09仿真系统进行分层管理控制、实现分布式交互仿真可扩充性的基础。
RTI具有以下特点:各个联邦成员可以使用不同的程序语言、操作系统和设备;加入联邦的成员数量不受限制;RTI作为软件的核心,具有通用性,不随仿真的种类和内容而变化。
这种结构能够保证仿真应用的设计可以独立于联邦,也增强了仿真应用的互操作性,提高了仿真平台的可重用性。
由于HLA/RTI仿真系统有自己的特点,通常是一部分联邦成员对某些数据感兴趣,之间存在着数据通信。
这种情况下,通常是采取组播的通信方式,如果按照DIS采用广播,会造成网络带宽资源的浪费,严重时还会造成广播风暴,严重影响系统的性能。
但是组播通信虽然研究了很多年,真正投人应用的却非常少,主要的问题包括扩展性,网络管理,实施和高层应用的支持。
本文针对这一情况,提出了一套基于应用层组播的解决方案。
---——145・--—— 万方数据2Ⅲ。
A/RⅡ通信需求通信与连接方式是影响HLA/RTI仿真系统性能的一个重要因素。
在联邦执行过程中,各种控制类消息和数据类消息的传输都是依靠网络来实现的。
对于控制类消息,必须保证准确的传输,常采用点到点可靠方式通信。
数据类消息可以分为可靠和尽最大努力传输,通常采用组播方式来实现。
在HLA系统环境中,可以确定有以下几种通信需求:・低反应时间尽最大努力的组播通信;这种通信方式主要用来传输频繁变化的对象属性,比如说一个移动对象的位置等等,这些数据允许在一定的比例内丢失,丢失的数据不会对仿真系统产生很大的影响。
・低反应时间可靠组播通信;这种通信方式主要用来传输非连续变化但可能在任意时刻改变的对象属性,例如一个对象的外观等等。
・组播组中任意成员间一些突发数据的低反应时间可靠单播。
・大块数据非实时组播通信;相应数据例如地形数据库、对象枚举等等。
・RTI组件之间控制信息的可靠单播。
以上所述通信需求都有各自的侧重点。
到目前为止,还没有哪一种通信协议能够完全满足所有的需求,例如有的需要可靠的组播通信协议,有的需要普通的组播通信协议,有的仅仅是单播通信,用TCP协议就能满足。
可靠的组播通信协议已经有不少机构提出,例如RSqI'(ReliableSelectivelyTransportProtocd)协议等等,但是还未达到实用的水平。
美国国防部的DMSORTI使用的就是普通m组播。
3职组播应用局限性与应用层组播技术基于田层的组播技术虽然经过了多年的研究,但是在应用实施上,还存在一定的困难。
主要的问题包括扩展性、网络管理、实施和高层应用的支持。
口组播中,所有介于发送者和接收者之间的路由器、集线器、交换机、TCP/IP协议栈、防火墙等,均需要支持组播;路由器上需要安装组播管理软件、组播路由协议软件等;需要配置相应的组播地址分配服务器。
组播路由的配置是一项相当复杂的工作,绝大部分管理员都不愿意进行组播路由的配置工作,因此目前的绝大多数集线器、交换机以及路由器都是简单地将组播数据当作广播数据来接收和发送。
目前口组播应用还处于刚刚起步的阶段,有许多问题,如实时性、可靠性等,都有待解决。
面对口组播业务在因特网中的困境,一些研究者开始反思口组播体系结构本身的问题,提出将复杂的组播功能放在端系统实现的新思想。
端系统实现组播业务的思想是将组播作为一种叠加的业务,实现为应用层的服务,因此,端系统组播又称为应用层组播(Applicationlayermulticast)。
图1显示了应用层组播在毋体系结构中所处的位置。
应用层组播技术的目标是在Intemet上层构建组播服务,部分代替口组播服务。
它允许建立独立的媒体组播网一146一络。
媒体组播网络可以利用分布网络的互连,通过在不同种类的服务提供者之间的应用层的对等关系来构建。
在媒体组播网络中,每个具有组播能力的节点(称为媒体桥:Media.Bridge)执行应用层的路由。
另外,每个媒体桥和一个或多个邻居媒体桥通过明确的配置互连,这个互连建立了应用层重叠拓扑。
媒体桥在媒体组播网络中执行一个分布的应用层组播路由算法来确定一条优化的虚拟组播路径。
应用层组播的优点是打破了口组播的一些障碍。
可以以更灵活的方式实现组播控制。
应用层技术提出后的短短几年,多个研究机构都开展了应用层组播体系结构的研究项目,如ESM(EndSystemMulticast)、I-IM(HostMulticast)、Y011)、Overcast等等。
这些应用层组播方案都是面向特定的上层应用的。
4基于应用层的HLA/RTI组播通信方案4.1组播方案概述针对分布式仿真系统的特点,提出了一套简单的基于应用层的组播方案。
此方案在结构上分为三个层次:客户端、客户端代理和中心服务器。
三个层次中,客户端代理和中心服务器与仿真应用以及仿真平台没有交互,只有客户端对RTI提供通信调用接口。
结构示意图如图2所示。
此方案采用的是“无根”的组织模型,即任何一个参与组播的成员(也就是客户端)都有权力加入组播组,不存在一个管理成员加人或者退出的根节点。
各个层次之间采用的通信方式有所不同,为了减轻客户端代理的负担,客户端代理之间、客户端代理和客户端之间采用UDP方式通信,而为了保证各个客户端代理中组播信息的一致性,客户端代理和中心服务器之间采用TCP连接,以确保通信的可靠信。
在这种结构中,客户端就是参与组播通信的发送者或者接收者;组播数据的分发由各个客户端代理来完成,客户端代理执行应用层的路由功能;中心服务器主要作用是协调各个客户端代理的状态,使得当前组播组的状态对于所有的客户端系统来说,都是相同的。
每个客户端代理知道自己所代理的每一个客户端,以及其它的每一个客户端代理和所代理的客户端,每一个客户端代理也维护了一张组播表,这张表中记录所有的组播组和组播成员。
每个客户端代理维护的信息是一致的。
当一个客户端要加入系统时,需要在一个客户端代理上注册,然后客户端代理将此信息通知中心服务器,中心服务器再通知所有的客户端代理。
增加一个客户端代理时,也需要通知中心服务器,然后由中心服务器通知所有其它的客户端代理。
一个客户端加入或者退出某一个组播组,就向自己的客户端代理提出请求,然后客户端代理将组播表的更新并且通过中心服务器通知给所有其它客户端代理。
组播数据的转发由各个客户端的客户端代理来完成。
当一个客户端要发送组播数据时,首先将数据交给客户端代理,客户端代理根据组播表找到组播组中的成员,然后再找到这些成员分别由那些客户端代理来代理,最后将组播数据发送给这些客户端代理;客户端代理受到数据后,对照组播 万方数据应用层………●叠加网传提供组播服务………一叠加网组UDP,rCPIP网络IP数据连路层物理层图1应用层组播网络协议表检查是否有该组的成员有自己代理,如果没有则丢弃数据,如果有,则将这些数据转发给那些客户端,组播完成。