[发明专利]一种可重用的仿真模型及其开发和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及建模与仿真技术领域，具体涉及一种可重用的仿真模型及其开发和使用方法。

背景技术

复杂系统仿真往往包含大量的实体，实体内又包含多个模型，且这些模型往往涉及众多专业，需要和众多科研单位进行合作，为了保护知识产权，模型往往以封装好的执行码形式提交给使用方。由于缺乏统一的可重用仿真模型开发规范及开发方法的指导，导致不同单位开发的模型向外提供的接口不统一、模型之间耦合度较大、与仿真平台绑定紧密，使得仿真模型的集成难度大、模型重用困难。同时，随着仿真应用的不断深入，复杂系统仿真实体模型呈现数量庞大、种类繁多、交互复杂的趋势；并且，一方面，随着人们认识的不断深入及复杂系统组成部分新特征的出现，复杂系统仿真应用中的部分模型往往需要不断完善，甚至开发新模型，这就要求尽量降低模型之间的耦合度，减少模型修改对其它模型的影响，以实现大量其它模型的零修改重用；另一方面，人们往往希望将开发好的仿真模型重用到其它有需要的仿真系统中（如将某预警雷达模型应用到不同的作战仿真实验系统中），而这不仅要求模型之间耦合度小，而且还要求仿真模型不与仿真平台绑定。

模型重用是提高仿真应用系统开发效率的重要途径，面向重用的仿真模型建立后，无需或只需作少量修改就可以直接在新的仿真应用中重复使用，从而避免了低层次的重复开发，提高了仿真应用的开发效率,此外，基于统一接口规范实现的模型重用还将带来以下好处^【1】:（1）把与领域相关的知识封装到可重用模型中，使得在构建仿真应用的过程中，应用开发人员只需将这些模型集成到相应的仿真框架中，无需关注模型所涉及的领域专业知识，这样就可以降低仿真应用的开发门槛；（2）通过建立相应的模型库对可重用模型进行统一的管理，打破专业领域的限制，实现各类模型资源的共享和重用，降低仿真应用的开发和维护成本。

目前对于模型重用的研究主要包括以下几个方向：

1、基于建模语言的可重用模型开发方法

仿真建模语言是专门面向仿真建模设计的，其原理通常是将特定领域的仿真功能模块设计为建模原语，将仿真的调度与控制模块设计为仿真器，底层实现了仿真建模语言到通用程序设计语言的自动映射功能。仿真建模语言实现了模型与仿真器的分离，大大降低了建模难度，提高了仿真模型的重用性。然而，仿真建模语言通常不具有领域无关性，如面向连续系统仿真的ACSL语言、面向离散事件系统仿真的GPSS语言、面向多领域物理仿真的Modelica语言等，在面向复杂系统多领域仿真应用时，仿真建模语言存在着先天的不足^【2】。

2、基于建模规范的可重用模型开发方法

仿真建模规范为仿真模型定义了统一的内部结构、行为和外部接口，使仿真模型在开发完之后，无需或只需作少量修改就可以直接在新的仿真应用中重复使用。通常仿真建模规范并不限制具体的编程语言及运行支撑平台，可以用于指导构建可重用仿真模型。

欧航局（ESA）在2004年提出了面向重用的仿真模型描述规范SMP2（Simulation ModelPortability Standards2）^【3】。SMP2标准的目的是提供一个模型开发框架，以实现仿真模型的平台独立、跨平台重用，采用基于组件的思想支持仿真模型与仿真服务的组件化设计。但SMP2规范抽象层次偏高，不适合指导功能级、低层次仿真模型的开发。

亚利桑那州立大学Zeigler教授在2000年提出了并行离散事件系统组件化建模规范PDEVS（Parallel Discrete Event System Specifications）^【4】。PDEVS包括原子模型和耦合模型两个范式。原子模型范式规定如何从无到有构造小模型，而耦合模型范式规定如何利用现有的原子模型或耦合模型层次式的构造更大的模型。但由于PDEVS规范太复杂，且原子模型的事件处理逻辑过于集中，运行效率不理想，因此到目前为止未被业界广泛接受。

3、基于建模环境的可重用模型开发方法

仿真建模环境为可重用仿真模型提供了运行支撑平台，建模人员能够充分利用平台的特点，构建仿真建模环境内部的可重用仿真模型。然而，基于仿真建模环境的可重用模型由于与具体的平台绑定，其重用的范围通常受限。