HLA中时间管理策略在GPS导航系统仿真中的应用

２ｏｏ６年ｌ２月沈第２５卷第６期ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ阳理工大学学报ＯＦＳＨＥＮＹＡＮＧＬＩＧＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶ０１．２５Ｎｏ．６

Ｄｅｃ．２００６

文章编号：１００３—１２５１（２００６）０６—００叭一０３ＨＬＡ中时间管理策略在ＧＰＳ导航系统仿真中的应用

马明，冯永新，黄迎春

（沈阳理工大学通信与网络工程中心，辽宁沈阳１１０１６８）

摘要：高层仿真体系结构（ＨＬＡ）作为新一代分布式仿真体系结构，在军用以及民用计算机仿真中得到越来越广泛的应用，而ＨＬＡ中最为复杂的应用为数据分发和时间管理模块．本文从ＨＬＡ的基本思想出发，分析了ＨＬＡ中的时间管理策略，最后灵活地应用ＨＬＡ的时间管理策略实现了全球定位系统（ＧＰＳ）应用中通信模型的协调和统一，避免了容易出现的因果和逻辑颠倒错误，实现了ＧＰＳ导航信号、信道和接收机三者之间的并行处理，提高了系统的运行效率．

关键词：高层仿真体系结构；时间管理；全球定位系统中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ

ＨＬＡ作为一个开放的、支持面向对象的体系结构，它最显著的特点就是通过提供通用的、相对独立的支撑服务程序（ＲＴＩ），将应用程序同底层支撑环境分离，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信三者分开，隐藏各自的实现细节，从而使各部分相对独立地进行开发，最大程度地利用各自领域的最新技术实现标准的功能和服务，适应新技术的发展．时间是分布式仿真中的核心概念，而ＨＬＡ中的时间管理策略的主要任务就是使仿真世界中事件发生的顺序与真实事件中的事件发生的顺序一致，保证各成员能以同样的顺序观察到事件的发生，并能协调它们之间相关的活动．本文正是基于此来实现ＧＰｓ导航系统仿真中信号产生、信道、接收机三者之间严格的执行顺序，保证三者事件发生的顺序关系．１时间管理在ＨＬＡ框架下，联邦成员通过（运行时支撑系统）ＲＴＩ构成一个开放性的分布式仿真系统，整个系统具有可扩充性．其中，联邦成员可以是真实收稿日期：２００５—１２—２５作者简介：马明（１９８ｌ一），男，山西大同人，硕士研究生实体系统、构造或虚拟仿真系统以及一些辅助性的仿真应用．在联邦的运行阶段，这些成员之间的数据交换（实体或动作的订购与发布）必须通过ＲＴＩ，ＲＴＩ屏蔽了底层通信的细节，而ＨＬＡ中的时间管理策略的应用关系着仿真系统的运行效率和运行方式．

１．１概念模型时间是分布式仿真中的核心概念，对于整个系统的协调运行起到至关重要的作用．分布式仿真中最基本的时间是物理时间，即自然时间，在ＨＬＡ中称为“墙上时钟时间”，它是真实世界的物理时间，对应于真实世界的物理时间，仿真中的虚拟世界有一个仿真时问丁，对于有约束的仿真，仿

真时间丁与物理时间￡的关系为ｒ＝后×（￡一％）＋△丁（１）其中，南为比例因子，用于扩展或压缩物理时间．“为仿真开始或重新开始运行时的物理时间．

ＨＬＡ时间管理服务协调时间的方式是通过相互发送“消息”进行的，不同属性的“消息”对于联邦成员其接收顺序不同．

１．２ＨＬＡ时间管理的任务ＨＬＡ中，联邦成员的时间推进方式分为两大　万方数据・２・沈阳理工大学学报

２００６年

类：一类为独立的时间推进；另一类为协商的时间推进．在独立的时间推进方式下，各成员独自推进自己的时间，成员之间在时间上没有关系．在该方式下，ＲＴＩ实际不参与协调成员的时间推进．在协商的时间推进方式下，由ＲＴＩ协调成员的时间推进，以确保联邦执行能保持物理系统中事件的先后顺序．时间管理的主要任务是使仿真系统中事件发生的顺序一致，保证各成员能以同样的顺序观察到事件的产生，并能协调它们之间相关的活动．时间管理主要面对联邦执行时的两个问题：一是事件应该发生而没有发生；二是事件没有按顺序发生．第一个问题目前还不能解决，ＨＬＡ时间管理主要确保能完全解决第二个问题，即确保事件发生的顺序或放松对顺序的要求而不影响仿真效果．高层仿真体系结构正是通过设置相应的时间推进机制来保证联邦成员按指定的顺序有条不紊地运行，本文采用基于步进的时间推进机制来实现ＧＰＳ导航应用系统的同步．２时间管理的应用系统通过局域网中的７台Ｐｃ机分别代表７个联邦成员，通过设置不同的“消息”属性来限制“消息”的接收顺序，利用基于步长的时间推进机制来控制各个成员的逻辑时间值．

２．１系统体系结构本文采用面向对象的思想，基于ＨＬＡ建立ＧＰｓ导航应用的系统体系结构（如图１）．

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图１ＧＰＳ导航应用系统拓扑结构系统中包含了４个ＧＰｓ卫星信号发生器，一机又受到ＧＰｓ信号产生时间推进的限制，而ＧＰｓ

个信道仿真器、一个ＧＰｓ接收机仿真器和一个仿信号产生成员不受其他成员的影响．为此，系统中真控制成员，每个联邦成员都用一台Ｐｃ机来仿真把ＧＰｓ接收机设置为时间受限成员，信道设置为实现，其中信道仿真器用一台高性能的服务器，同即受限又控制成员而ＧＰｓ信号产生都是时间控制时开放４个线程来处理４路ＧＰＳ卫星信号．其中，成员．仿真控制成员和其他成员没有因果关系，只每个ＧＰｓ信号产生器产生２～３颗导航卫星信号，是给其他成员发送启动、暂停和停止命令并负责所产生的信号通过信道加噪、衰减发送到ＧＰＳ接销毁联邦．这样，可以方便地实现各个部分的协调收机进行信号的解扩、解调．每个成员产生的数统一并使系统处于高效的并行处理过程．据都以文件的形式存储并发送到相应的接收端．仿真控制成员负责完成仿真控制命令的发送，因而其它几个成员都要定购事件：仿真开始、仿真暂停、仿真结束．

２．２系统实现２．２．１时间推进机制设置系统中的事件发生顺序有很明显的因果关系，用ＲＴＩ可以方便地解决这个问题，图２说明了联邦成员之间的关系：ＧＰＳ接收机的时间推进受到信道的限制，信道的时间推进即影响ＧＰｓ接收

厣面丑何产避兰］图２联邦成员的关系仿真系统时间采用逻辑时间而非现实中的物理时间，仿真开始时间都为Ｏ，即在式（１）中取“为ｏ，仿真步长设置为１．每个联邦成员在自己的步长范围内完成自己的数据处理或者其他任务，任务完成后向ＲＴＩ提出时间请求并把ｃＰＵ控制权交给ＲＴＩ，等待进入下一个仿真步长，ＲＴＩ根据各个成员的状态以及工作方式决定是否满足联邦成员的时间请求．　万方数据第６期马明等：ＨＬＡ中时间管理策略在ＧＰｓ导航系统仿真中的应用・３－２．２．２系统流程ＧＰｓ接收机成员、信道仿真成员、接收机仿真成员的ＲＴＩ接口模块基本相同，加入联邦后定购所需的实体和动作、设置时间推进机制．联邦由仿真控制成员创建，流程图３中的仿真命令由仿真控制成员发送．开始加入联邦——＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿一—————ｊｋ—————一定购仿真状态交互二二二二［二

设置时间管理机制二二二二］二二二二设置消息传递机制

真命令开始交互到？＼一一一一土兰数据处理二二二二二王二二二二

提出时间请求

∑＜’百求允许Ｆ、＞型

Ｎ人仿真结束＼一７退出联邦结束并行状态，如表１所示．表ｌ成员状态数据１数据２数据３数据４空闲数据１数据２数据３空闲空闲数据ｌ数据２３结论本文研究的高层仿真体系结构的基本思想，把其中的时间管理策略应用到ＧＰＳ导航应用的通信模型中，很好地协调了信号产生、信道和接收机三方的工作过程，使三方处于并行运行状态，极大提高了系统运行效率，对于通信模型在计算机中Ｎ的仿真具有一定的理论和应用价值．

图３非仿真控制成员流程图各联邦成员完成自己的数据处理功能并提出时间请求后，由ＲＴＩ根据各成员的时间推进机制决定哪个成员进入下一个仿真步长．其中，信道在

第一个步长空闲，ＧＰｓ接收机在第一和第二个步长空闲，第三个步长过后系统就处于高速运转的

参考文献：［１］周彦等，戴剑伟．ＨＩＪＡ仿真程序设计［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００２．［２］邱致和，王万义．ＧＰｓ原理与应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００２．［３］ＦｕＪＩＭＯＴ０ＲＭ．Ｔｉｍｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｈｉｇｈｌｅｖｅｌａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

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ＡｐｐＵｃａｔｉｏｎｏｆＴｉｍｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｔｒａｔｅｇｏｆＨＬＡｉｎＧＰＳＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＭＡＭｉｎｇ，ＦＥＮＧＹｏｎｇ—ｘｉｎ，ＨＵＡＮＧＹｉｎｇ—ｃｈｕｎ

（Ｓｈｅ“ｙａｎｇ“ｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＨＬＡｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｂｏｔｈｍｉｌｉｔａｒｙａｎｄｃｉｖｉｌｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｓａ

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