[发明专利]基于HLA的分布式仿真支撑平台及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于HLA的分布式仿真支撑平台及其实现方法。

背景技术

分布式仿真是传统仿真技术新的发展阶段，它主要研究若干互联节点上的仿真应用正确、协同、高效运行的问题。分布式仿真起源于上世纪80年代的SIMNET(SIMulator NETworking)计划，该计划旨在将分布在美国各地的作战仿真器通过网络连接起来进行大规模协同的作战仿真。之后，分布式仿真先后经历了不同的技术协议阶段：聚合级仿真协议ALSP(Aggregate Level Simulation Protocol)，分布交互仿真DIS(Distributed Interactive Simulation)，高层体系结构HLA(High Level Architecture)等。

HLA是由美国国防部(DoD，Department of Defense)最早于1995年提出，它是一个针对分布式仿真提出的通用体系结构，具有广泛应用范围。随着2000年，HLA成为IEEE1516标准，确立了HLA作为分布式仿真领域通用标准的地位(下文如无特殊说明，分布式仿真指基于HLA的分布式仿真)。作为HLA的具体实现，RTI提供了该框架的所有服务。

在基于HLA的分布式仿真系统中，联邦(Federation)指能够完成特定仿真任务的分布式系统，联邦成员即为各个分布节点上的仿真应用。这样，在HLA中就实现了仿真功能实现、仿真运行支撑管理和底层通讯的分离，支持各自相对独立的开发工作。HLA技术极大地促进了分布式仿真的发展。

随着仿真对象复杂程度和仿真模型逼真度的提高，仿真模型的时间和空间复杂度也越来越高，仿真模型之间数据交互的通信量也持续增大。这就需要从硬件和软件两个方面寻求突破。硬件方面，随着集群技术的快速发展，高性能计算集群因其节点的高运算能力和节点间的高速通信能力以及节点间的并行计算能力得到了越来越广泛的应用。反射内存也因为强大的通信能力和良好的技术继承性受到了关注；然而，在软件方面，传统RTI只能运行在个人计算机组成的网络中，而不能利用高性能计算集群等先进硬件的运算和通信能力。

在高性能计算集群与RTI集成领域，已有学者提出了HPC-RTI。它的体系结构如图1所示，HPC-RTI运行在计算机集群上，负责其上运行的七个联邦成员。在外部，通过统一的网关与HLA/RTI交互；在内部，有的联邦成员运行在单一节点上，有的运行在多个节点上。各个联邦成员通过HPC-RTI提供的分布仿真管理服务(Distributed Simulation Management Services，DSMS)进行互操作，并通过代理机制进行发布和订阅数据。

HPC-RTI所存在的不足之处：首先HPC-RTI只是一个类RTI，它在诸多方面并不符合HLA/RTI规范，如其订阅发布过程中的代理机制；仿真实例之间的通信不是通过RTI，而是DSMS(distributed simulation management service)。其次，它只能运行在计算机集群上，而在外部需要一个标准的HLA/RTI进行支撑，这使得分布式协同仿真支撑环境割裂为两个部分，缺乏统一的体系结构。再次，多结点公用一个网关(Gateway)易造成信号“堵塞”，降低信息的传输速度。

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供一种提高HLA分布式仿真系统运行性能和通信流量的基于HLA的分布式仿真支撑平台及其实现方法。

为达到上述目的，一方面，本发明一种基于HLA的分布式仿真支撑平台，所述平台包括高性能计算集群兼容RTI系统单元，所述RTI系统单元部署在高性能计算集群上；所述高性能计算集群兼容RTI系统单元支持高性能计算集群和个人电脑网络上的仿真模型互操作；在所述高性能计算集群上，联邦成员与集群运算节点是一对多的关系，所述一对多关系为一个联邦成员部署在一个运算节点，或对于运算开销大的联邦成员部署在多个运算节点上，利用高性能计算集群的并行计算能力，提高联邦成员和整个联邦运算效率；在所述个人电脑网络上，所述高性能计算集群兼容RTI具有RTI的功能，为仿真模型提供重用和互操作支持，并为仿真模型提供下述服务：

仿真联邦管理服务，完成创建、动态控制、修改和删除联邦执行；

仿真成员声明管理服务，虚拟实验要求每个参加联邦执行的成员向协同仿真运行互操作支撑系统声明其要求产生的数据内容，和/或接收的数据内容；

仿真对象管理服务，一组服务处理对象的登记、修改、删除和属性/交互的发送与接收，对象通过发送属性更新或交互来传送对象状态信息或事件；