基于高层体系结构的通用仿真数据服务

HLA仿真体系简介：HLA/RTI入门一直以来，信息应用系统、仿真应用系统都是由各单位自行组织设计建设，仿真应用间的重用和互操作性较低，极大影响了系统效益，标准化正是解决这类问题的典型方式。

美国国防部的MSMP计划就是一个”为建模和仿真提供共同的技术框架”的计划，该框架有CMMS、HLA和一系列数据标准组成。

HLA由此作为建模仿真的通用技术框架的一部分而出现在众多仿真应用中。

一、HLA思想HLA，High Level Architecture，高层体系结构，是一个通用的建模仿真的技术框架，其主要关注仿真应用间的互操作性和重用性。

HLA的组成类似于面向对象的思想，认为客观世界是由对象以及对象间的交互组成。

HLA将实现某种特定仿真目的的仿真系统抽象为联邦，将仿真系统中存在交互关系的仿真应用抽象为联邦成员（Federate），将系统仿真过程中的实体通过对象进行组织。

一个联邦包含多个联邦成员，一个联邦成员包含多个对象。

仿真执行的过程正是基于联邦成员间的交互过程。

HLA将仿真过程中的所需的交互信息通过统一的、规范的格式进行表述。

仿真过程的执行，正是基于一致的信息表述，联邦成员间的相互交互而完成。

联邦成员间的交互不是两两独立进行，而是通过公共的基础服务支持框架RTI（Run Time Infrastructure）实现。

仿真系统被抽象为联邦成员的组合和交互。

RTI是HLA 的核心部分之一，它为仿真执行提供底层的基础服务支撑。

类似于局域网内的“HUB”，仿真过程中所有的信息交互必须通过RTI完成。

基于Hub式的架构风格，将仿真应用的实现与基础支撑服务分隔开，仿真人员只关注于特定垂直领域的仿真实现，而不必关系复杂的底层通信服务。

同样，基于一致的信息表述和服务接口，使得联邦成员的表述以及成员间的信息交互变得行为更加一致。

二、HLA结构美国国防部建模与仿真办公室DMSO发布的HLA官方文档，HLA主要包括规则、对象模型模板以及接口规范三个部分。

基于桌面网格的分布交互仿真平台张灏龙;廖馨;郑宏涛;赵雯;冷传航【摘要】为解决分布交互仿真中存在的运行效率问题,设计并实现了一种基于桌面网格技术的分布交瓦仿真平台.将桌面网格技术与分布交瓦仿真技术结合起来,研究了桌面网格在分布交互仿真中的作用,设计了桌面仿真网格架构.提出了仿真网格的管理和运行流程,根据模糊数学原理建立了一种基于多因素对节点负载进行综合评价的负载均衡算法.该平台解决了分布交互仿真的资源管理和模型负载均衡问题,通过某飞行器仿真应用验证了其可行性和有效性.【期刊名称】《计算机集成制造系统》【年(卷),期】2010(016)007【总页数】7页(P1383-1389)【关键词】桌面网格;仿真平台;高层体系结构;资源管理;负载均衡;飞行器【作者】张灏龙;廖馨;郑宏涛;赵雯;冷传航【作者单位】西北工业大学航天学院,陕西,西安,710072;中国运载火箭技术研究院研发中心,北京,100076;中国运载火箭技术研究院研发中心,北京,100076;中国运载火箭技术研究院研发中心,北京,100076;中国运载火箭技术研究院研发中心,北京,100076【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言随着计算机技术的快速发展，计算机仿真技术的应用领域越来越广泛。

建立逼真的仿真系统需要复杂的数学模型，这些模型占用的计算机资源越来越大，基于单台计算机的仿真已经远远不能满足需要。

美国为分布交互仿真提出的高层体系结构(High Level Architecture，HLA)标准，通过将仿真模型分布到网络中的多台计算机上，来提高系统的运行效率[1]。

国内外对H LA标准进行了大量研究，并建立了多个基于HLA的分布交互仿真平台。

但是，HLA分布仿真标准只能解决分布仿真模型的动态数据交互问题，无法解决仿真模型的负载均衡问题。

仿真模型在事先指定的计算节点运行，没有考虑仿真模型的计算资源需求与计算节点计算能力的关系，造成复杂仿真系统运行效率低，无法满足大规模、系统级仿真的需求。

仿真方案架构摘要：本文旨在介绍仿真方案的架构，包括仿真软件、硬件设施和数据处理等方面的内容。

通过合理的架构设计，能够有效地模拟目标系统，提供准确可靠的仿真结果，以便于评估和优化系统的性能。

本文总结了常见的仿真方案架构，并提出了一种综合的仿真方案架构，以供工程师和研究人员参考。

一、引言仿真技术是一种基于计算机的虚拟模拟技术，通过建立模型和算法，模拟目标系统在不同条件下的运行情况。

在工程设计、产品研发和系统测试等领域，仿真技术被广泛应用，可以显著降低实际试验的成本和风险。

而一个成功的仿真方案离不开合理的架构设计。

二、常见的仿真方案架构1. 面向对象的仿真方案架构这种架构采用面向对象的设计思想，将待仿真的系统分解为不同的对象，并建立对象之间的联系。

通过为每个对象定义属性和行为，可以模拟目标系统的动态变化过程，并通过对象之间的交互实现系统的整体行为。

这种架构适用于规模较小的仿真系统。

2. 分层的仿真方案架构分层的架构将仿真系统分为几个层次，每个层次负责不同的功能。

比如，底层可以实现仿真模型的计算和数据管理，中间层可以实现仿真参数的设置和数据分析，顶层可以实现仿真结果的可视化。

这种架构能够提高系统的灵活性和可维护性，适用于规模较大的仿真系统。

3. 分布式的仿真方案架构分布式的架构将仿真系统部署在多个计算机上，通过网络进行通信和协作。

每个计算机可以独立处理部分仿真任务，然后将结果汇总，以提高仿真效率。

这种架构适用于计算资源分散的大规模仿真系统。

三、综合的仿真方案架构基于对常见架构的分析和总结，我们提出了一种综合的仿真方案架构，以满足不同应用场景下的需求。

该架构分为四个层次：数据准备层、模型构建层、仿真控制层和结果分析层。

1. 数据准备层：负责收集、整理和处理仿真所需的输入数据。

这些数据可以是实际测试数据、历史数据或人工生成的数据。

在数据准备层，需要完成数据的清洗、转换和格式化，以便于后续的模型构建和仿真控制。

XXX理工大学CHANGSHA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY&TECHNOLGY题目：多领域建模理论与方法学院： XXX学生： XXX学号: XXX指导教师： XXX2015年7月2日多领域建模理论和方法The theories and methods of Multi-domain ModelingStudent:XXX Teacher:XXX摘要建模理论和方法是推动仿真技术进步和发展的重要因素，也是系统仿真可持续发展的基础[1]文中综述了多领域建模主要采用的四种方法，并重点对基于云制造的多领域建模和仿真进行了叙述，并对其发展进行了展望。

关键词：多领域建模仿真；云制造；展望Abstract：The theory and method of system model building is not only the key factor to stimulate the development and improvement of simulation technique but also the base of system simulation. This paper analysis four prevails way in Multi-domain Modeling, especially to the Multi-domain Modeling and Simulation in cloud manufacturing environment. We give a detail on its development and future.Keywords: Multi-domain Modeling and simulation; Cloud manufacturing; Future development一引言随着科学技术的发展进步和产品的升级需求，对产品提出了更高的要求，使得建模对象的组成更加复杂，涉及到各个学科、进程的复杂性以及设计方法的多元化。

摘要分布式交互仿真指采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过局域网和广域网将分布在各地的各种仿真器互连，使人可参与交互作用的一种综合环境。

经过几十年的发展，分布式仿真技术目前已成功地应用于医学、军事、航空、设计制造业、建筑、教育及娱乐等众多领域。

同时对分布式仿真技术本身的研究也得到了广泛地开展，自从上世纪80年代以来逐步出现了SIMNET、ALSP、DIS、ADS等标准和技术，但是利用这些技术和标准开发的仿真应用只有有限的可重用性和互操作性，不能满足越来越复杂的作战仿真应用。

因此为了提高各种仿真应用的可重用性和互操作性，美国国防部于1995年发布了建模与仿真计划，决定在国防部范围内建立一个通用的开放的仿真技术框架，而HLA（High Level Architecture，高层体系结构）是此技术框架的核心。

在1996年8月美国国防部完成了HLA 标准的基础定义，并于2000年10月被IEEE接受为IEEE P1516、IEEE P1516.1、IEEE P1516.2系列标准。

HLA标准由规则、接口规范、对象模型模板三部分组成，而RTI（Run-Time Infrastructure，运行时底层结构）是实现HLA标准中接口规范的软件，它以类似于分布式操作系统为应用程序提供服务的方式给仿真应用提供了联邦管理、声明管理、对象管理、时间管理、数据分发管理、所有权管理和支持的服务等七组服务，但是RTI本身并不属于HLA标准。

目前有很多研究团体和个人致力于开发RTI软件，现有较为典型的RTI软件包括DMSO RTI，pitch 公司pRTI1.3、pRTI1516，MÄK RTI，以及北京航空航天大学的DVE_RTI等，但是这些RTI 软件往往不是共享或开放源代码的。

为了满足扩展性的需求，我们根据HLA 1.3接口规范标准自行开发了具有高度可扩展性的RTI软件CADRTI。

CADRTI作为一个软件产品，和其它所有的软件类似，有必要对它进行功能测试从而发现软件本身中的错误和缺陷，CADRTI开发者可以根据功能测试结果来改进软件本身。

高层体系结构HLA仿真技术与应用研究罗红英陶英歌空军工程大学导弹学院，陕西三原 713800摘要介绍了高层体系结构（HLA）的基本思想和主要内容，并对该仿真系统设计进行了研究。

最后，将联邦开发和执行过程模型（FEDEP），模型应用于实战仿真系统中。

关键词分布交互式仿真（DIS）高层体系结构（HLA）运行支撑框架（RTI）Simulation and Application of High Level of ArchitectureLuo Hong-ying, Tao Ying-geMissile Institute，Air Force Engineering University，Sanyuan 713800，ChinaAbstract: The fundamental idea of high level of architecture and its main content are introduced, and the design of such simulation system is researched. Then the model of FEDEP is applied to war simulation system in practice.Keywords: Distributed Interactive Simulation (DIS)，High Level of Architecture (HLA)，RTI，FEDEP.1 引言在美国国防建模与仿真办公室DMSO （Defense Modeling & Simulation Office）1995年10月制定的建模与仿真主计划MSMP（Modeling and Simulation Master Plan）中，提出了未来建模/仿真的共同技术框架。

它包括三个方面：高层体系结构HLA（High Level of Architecture）、任务空间概念模型CMMS（Conceptual Model of the Mission Space）和数据标准DS（Data Standard）。