基于LabWorks的分布交互仿真系统模型设计

2013-04-14杜雅丽陇东学院信息工程学院甘肃庆阳745000

长江大学学报(自科版) 2013年1期

杜雅丽（陇东学院信息工程学院，甘肃庆阳745000）

作为一种先进的仿真技术，分布式交互仿真技术将分散在不同地理位置的不同类型的仿真应用和真实世界互联，建立一种人可以参与、交互的综合环境。在已有的技术中，HLA （High Level Architectur）发展了新的分布式交互体系结构，提供了更大规模的、集构造仿真、虚拟仿真和实况仿真于一体的综合环境，实现了各类仿真系统间的互操作、动态管理、一点对多点的通讯系统以及不同层次对象模型的建立。HLA技术已经成为分布式交互仿真领域的首选方案，研究HLA仿真程序设计方法，应用HLA开发分布式仿真应用系统对于促进HLA在我国工程领域内的推广具有很重要的意义。

在基于HLA的众多跨平台仿真建模工具中，LabWorks以其易用、开发成本低而受青睐。LabWorks面向分布交互式仿真系统的开发，运用RTI（运行支撑环境，是HLA接口规范的具体实现，是HLA的核心部件。RTI包括2部分，服务器实现部分和客户端组件部分。客户端组件称之为本地RTI组件，它为联邦成员提供一个服务调用接口，这个接口叫做RTI大使；同时RTI需要保持一个联邦成员的回调接口，称之为联邦成员大使）提供的接口函数，为联邦开发者提供了先进的仿真应用开发环境和HLA对象建模工具。开发者采用图形化的用户界面进行模型间的交互设计，根据应用需求填写FOM表和SOM表，基于可视化模型生成仿真代码和配置文件，最终生成基于HLA的仿真应用程序。

1 HLA

1）HLA的体系构成和功能 HLA是1995年美国国防部（DOD）发布的建模与仿真大纲（DOD M＆S Master Plan）中第一个目标——开发建模和仿真通用技术框架中的首要内容，其目的是促进仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性。1996年10月美国国防部正式规定HLA为国防部范围内仿真项目的标准技术框架，开始推行HLA，于2000年成为国际通用的标准。HLA体系规范主要包括3部分［1］：①HLA规则。描述各联邦成员的责任及它们与RTI的关系，保证在联邦执行阶段各个仿真应用能正确交互。②对象模型模板（OMT）。由一组刻画对象的类、属性和它们之间交互的相互关系的成分组成。OMT规定了记录对象模型内容的标准格式和语法，以表的形式来定义HLA对象模型，是实现HLA互操作、可重用的重要机制之一。③接口规范说明。定义RTI服务。通过该接口的规范定义，一方面使得开发人员可以将研究重点和宝贵时间用于仿真系统中各个联邦成员的设计与开发中；另一方面保证各个联邦成员的独立性，便于系统的修改与扩展。

2）HLA对象模型模版（HLA／OMT） HLA／OMT是一种标准化框架，它包括2类对象模型，一类是仿真对象模型（SOM），描述了单一联邦成员可以对外公布和订购的对象类、对象类属性、交互类和交互类参数的特性；另一类是联邦对象模型（FOM），描述了在仿真运行过程中互操作联邦成员信息交换的对象类、对象类属性、交互类、交互类参数的特性。

在开放HLA联邦的过程中，所有参加联邦运行的成员都需要对它们相互之间必需进行交换的信息的特性具有准确的、一致的理解，否则各成员之间的互操作将难以正确、有效地完成。建立FOM的目的是为联邦中各成员之间交换数据的描述提供统一、标准的形式，以便各成员在联邦的运行中正确、充分地利用这些数据进行互操作。

2 LabWorks和pRTI

借助高级开发工具是加快仿真应用系统开发的一种有效方式，目前业内出现了几种商业化的HLA／RTI开发工具，这些工具软件以HLA联邦开发与执行的标准过程为依据，严格遵循HLA接口规范，采用便捷、直观的可视化手段辅助开发者完成系统设计、开发与集成测试等工作。下面，笔者引入AEgis公司的LabWorks和Pitch公司的pRTI，说明利用工具开发HLA／RTI应用系统的方法。

LabWorks包括OMDTPro模块、FedProxy模块、FedDirector模块和Omni模块4个功能模块，各模块可完成联邦开发和执行过程模型各开发阶段的功能。pRTI作为系统级支持构件，能够与LabWorks兼容，具有与平台无关、即插即用、完全线程化和C＋＋绑定的良好特性。利用LabWorks和pRTI设计、开发HLA／RTI应用系统，主要完成以下工作：①定义联邦目标。明确联邦发起者的需求，细化需求，将它转化为具体、可评估的联邦开发目标。②开发联邦概念模型。根据联邦目标设计联邦剧情，对联邦目标进行概念性分析，生成具体的、可实现的联邦需求。③设计联邦。进行联邦成员划分，为各个邦员分配功能，制定开发计划。④开发联邦。⑤集成和测试联邦。制定联邦运行计划，确信联邦需求是否获得满足、参与联邦的仿真应用间是否具有兼容性和一致性。⑥运行联邦和分析结果［2］。

3 系统模型建立

图1 联邦成员用例图

1）定义联邦需求采用华力创通公司的LabWorks作为开发工具，通过有限的步骤，把所需解决的问题从抽象的逻辑概念初步转化为具体实现。运用HLA进行应用系统的开发，首先要确定系统的结构，确定其联邦由以下联邦成员组成，如图1所示。

2）联邦对象模型设计在HLA中，对象类结构表记录的对象类关系具有继承性，即对象之间是父类与子类的关系，而这种继承性又具有传递性［3］。子类继承了其父类的属性与交互特性，并按具体化的要求进行细化并增加一些特性。通过对象／交互类的设计主要确定各个联邦成员之间的数据流和控制流，实现仿真对象间的互操作和仿真资源的可重用。基于设计和预定所确定好的对象类和交互类，各个联邦成员从外部获得该联邦所需的数据信息的同时，将其他联邦成员所感兴趣的信息发送出去。表1介绍了所涉及的一些对象类及交互类。仿真中每个对象类都具有一些固定的属性。这些属性对应于对象的状态，HLA实例属性值通过RTI更新并提供给联邦中的其他成员。成员和联邦都应在各自的SOM或FOM的属性表中记录这些对象属性。

3）联邦成员的实现仿真系统对象类及交互类的建模采用LabWorks，RTI采用Pitch公司的pRTI，整个仿真系统基于Visual C＋＋开发。仿真系统工作流程如图2所示。联邦成员模型包括联邦成员实体模型、运行逻辑和交互模型。其中，实体模型是对实体自身的行为特征的描述，运行逻辑是实体模型的执行体，而交互模型则定义了各个实体之间的交互关系，通过HLA／OMT的FOM、SOM表，按照HLA／RTI的接口规范进行描述。联邦成员实体模型、交互模型和运行逻辑结合在一起，组成一个联邦成员，完成特定的仿真任务。