CN101504688A

CN101504688A - 一种基于hla的仿真软件交互方法

Info

Publication number: CN101504688A
Application number: CNA2009100808582A
Authority: CN
Inventors: 陈宇峰
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: CN101504688B

Abstract

本发明提出一种基于HLA的仿真软件交互方法，为解决现有的仿真软件通用性差、不能灵活应用的问题。属于计算机仿真及软件工程技术领域。本方案建立了通用的一体化仿真模块，将具有不同仿真功能的专业仿真软件进行整合配置；通过对专业仿真软件输入输出接口的分析和调用，实现了各专业仿真软件擅长仿真功能，并根据仿真软件的交互要求，进行了仿真流程的设计与实现，最终建立一个具有一体化优势的可供二次开发的仿真平台。本方法能够满足仿真应用的专业化要求，最终实现通用化、模块化的总体目标，在计算机仿真及软件工程领域，该方法能发挥很大的作用，并能获得很好的经济效益。

Description

一种基于HLA的仿真软件交互方法

技术领域

本发明涉及一种仿真软件交互方法，属于计算机仿真及软件工程技术领域。

技术背景

建模与仿真作为一种新的试验手段，其本质上是在计算机环境下，利用数值模拟手段来完成以前只有通过真实试验才能完成的工作。计算机仿真技术作为缩短研发和训练周期、提高研发和训练质量、节省研发和训练经费的有效手段，在国民经济和国防建设等领域有着十分广泛的应用。

80年代初期，在军事应用与Intemet技术发展的推动下，出现了分布仿真系统，它受当时网络技术的限制，在可扩展性、性能及其应用方面存在着许多局限性。为了满足对逼真度更高的分布仿真的迫切需求，80年代中期，美国国防部提出了先进分布仿真(ADS)技术的概念，其国防高级研究计划局(DARPA)和陆军率先共同制定了SIMNET计划。自此，开辟了ADS技术发展的新纪元，并经历了DIS、ALSP和HLA等几个典型发展阶段。目前，高层体系结构(HLA)已经成为分布仿真的主要平台。

高层体系结构(HLA)是一个使得仿真再用和相互交互更为容易的通用目的结构体系。他使得不同开发者，也许是运行在不同操作系统下的仿真可以通过网络交互，其中个别仿真的能力和对象可以通过参与者创建的特殊HLA文件通知其他参与者，并向网络发布。通过HLA函数库，可以实现特殊仿真与其他仿真的运行时交互控制。

随着计算机软件技术日益成熟，商业仿真软件向着越来越专业的方向发展，提供的计算服务功能越来越丰富。然而，从应用的角度来看，随着应用需求的不断增加，目前很难找到合适的仿真软件能够满足应用的全部需求，绝大多数仿真软件都只是针对某一个专业领域设计开发。因此，如何将现有的仿真软件进行整合配置，使它们各自提供的仿真服务能够进行综合利用，并满足仿真应用的专业化要求，最终实现通用化、模块化的总体目标，是目前在仿真软件设计开发中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的仿真软件通用性差、不能灵活应用的问题，为实现系统级的仿真，提出一种基于HLA的仿真软件交互方法。

本发明通过将具有不同仿真功能的专业仿真软件进行整合配置，对各个专业软件输入输出接口进行分析和调用，并对仿真流程进行设计与控制，最终实现一个具有一体化仿真功能的、可供二次开发的仿真系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明提出的一种基于HLA的仿真软件交互方法，具体内容包括：

(1)专业仿真通用模块的标准化设计：首先设计一个具有通用性的HLA仿真模块，提供具有可变参数的仿真程序和参数的设置，由此实现对不同类别仿真软件的调用。

(2)仿真交互设计：通过定义统一的交互数据结构，包括发送盟员、接收盟员、以及可变的参数数量等信息，实现不同数据信息间的交互。

(3)仿真流程的设计：通过在专业仿真通用模块中对仿真流程进行设计，实现如基本的循环、条件分支、同步等基本仿真控制，从而达到按照设计要求来实现交互仿真的目的。

本发明的核心在于专业仿真通用模块的标准化设计，以及解决仿真流程的控制问题上。由此能够实现基于通用模块的，实现多专业仿真软件交互仿真的二次开发，即，在不改变程序框架的条件下，实现对包括不同仿真模块，具有不同仿真流程的交互式仿真。具体实现方法如下：

步骤一、进行专业仿真通用模块的标准化设计

基于HLA分布式仿真，是通过多个盟员节点进行交互实现的。其中，每一个盟员节点作为仿真的一部分，执行特定的功能。提供专业仿真计算的各节点的基本功能是相同的，即，通过HLA接收仿真输入参数，待计算完成后，将输出的参数发送到HLA平台上。

各节点的区别之处在于：仿真软件的类型不同，其调用方法也不同。目前，大部分专业仿真软件均提供基于MATLAB或C语言的调用接口，因此采用提取其共性的调用方法：首先将专业软件按照接口形式分成不同的类型，如MATLAB接口或C语言接口，再根据这些类型要求，设计出统一的调用命令。从而实现标准模块的设计。

专业仿真通用模块及其组成的HLA平台结构如图1所示，专业仿真通用模块是这样的一种盟员框架，它将各种不同类型的仿真软件封装为联盟中的一个盟员，并为该仿真软件运行于RTI上提供支持。

步骤二、进行仿真交互设计

各种仿真软件作为盟员运行在RTI上，在交互仿真时的数据通信依靠联盟的交互功能实现。与专业仿真通用模块的设计相对应，交互的设计也要具有通用性，由此来适应不同仿真软件的要求。

以FED文件的形式，定义用于通用交互的参数数据结构。在这样一个通用交互的结构中，除了用于传递给其他盟员的有效参数以外，有一部分参数被赋予特殊定义，这部分参数用于记录该交互本身的属性信息。这些被特殊定义的参数，包括该交互所携带有效参数的个数、交互发送方的盟员编号、交互接收方的编号以及所传递参数的维度信息等。

步骤三、当步骤一和步骤二完成之后，进行仿真流程设计。

各盟员之间依靠上述通用交互，理论上可以实现联盟中任意两个仿真软件之间的通信。但在具体仿真过程中，并非所有的盟员在任何时刻都接收所有的交互信息，各盟员产生的交互发送目标会随着仿真所处阶段的不同而不同。这就导致仿真交互的流程非常复杂，需要对每一个盟员接收和应答进行设置。

为了控制仿真流程，使整个仿真过程按照用户事先设定的仿真要求顺利完成，首先，根据实际可能出现的信息流程进行分类，包括：顺序，循环，分支常用节点。然后，在仿真开始前，对仿真中各盟员进行合理配置。这些配置信息包括信息来源以及接收所有通用交互，根据交互中携带的数据来源盟员编号，选择相应的处理方式，或者直接放弃。各盟员配置完成后，每一个盟员按照设定参数封装一种仿真软件，在接到需要的交互后，实现本地的单步或规定时间的仿真，然后将仿真结果按照规定的格式，生成交互信息发送给HLA平台。

有益效果

本发明方法，通过将具有不同仿真功能的专业仿真软件结合在一起，对各个专业软件输入输出接口进行分析和调用，并对仿真流程进行设计与控制，最终实现一个具有一体化仿真功能的、可供二次开发的仿真系统。本方法能够满足仿真应用的专业化要求，最终实现通用化、模块化的总体目标，在计算机仿真及软件工程领域，该方法能发挥很大的作用，并获得很好的经济效益。

附图说明：

图1为平台结构图；

图2为仿真流程图；

图3为仿真模块和运行流程设定界面示意图；

图4为GT与Matlab交互仿真试验结果示意图；

图5为统一交互数据格式示意图；

图6为交互数据样例。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明方法作进一步详细说明。

(1)专业仿真通用模块设计

基于HLA分布式仿真，是通过多个盟员节点进行交互现的，其中，每一个盟员节点作为仿真的一部分，执行特定的功能。提供专业仿真计算的各节点其基本功能是相同的，即，通过HLA接收仿真输入参数，待计算完成后，将输出的参数发送到HLA平台上。各节点的区别之处在于：仿真软件的类型不同，其调用方法也不同。目前，大部分专业仿真软件均提供基于MATLAB或C语言的调用接口，因此采用提取其共性的调用方法，首先将专业软件分成不同的类型，再根据这些类型要求，设计出统一的调用命令。

现以GT仿真软件包为例进行分析。实现仿真模块基于MATLAB接口的调用由两部分组成：

一部分是GT到MATLAB的接口。GT-SUITE是一个集成化的CAE软件包，提供一个在MATALB的simulink仿真环境下的模块。为了实现GT软件仿真的调用，首先建立Simulink模型，然后将GT仿真模块加入到仿真模型中，即可实现GT和Matlab的协同仿真。

另一部分是MATLAB与HLA的接口实现。MATLAB提供多种交互方式，与其它方式相比，MATLAB计算引擎所提供的MATLAB功能支持是最全面的，因此采用MATLAB计算引擎实现MATLAB与VC++的交互。MATLAB提供了一套API接口，用以控制MATLAB引擎的运行。

一次简单的对MATLAB引擎的调用过程如下伪代码所示：

IF engOpen启动引擎成功THEN

BEGIN

数据初始化；

engPutArray将HLA平台数据放入MATLAB工作空间(workspace)；

engEvalString调用仿真模型(M函数)；

engGetArray获取仿真结果，转换到HLA平台；

engClose关闭引擎；

END

(2)通用交互设计

与专业仿真通用模块的设计相对应，交互的设计也应当具有通用性，来适应不同仿真软件的要求。仿真回放系统利用HLA/RTI提供的交互机制来收集和发送各种与仿真有关的数据。为实现最大限度的通用性，针对在各个盟员之间传递的交互制定了统一的数据格式，如图5所示，其中P0至P9共十个参数作为交互内部保留参数，用于描述交互本身的属性。P-VAR为一组长度不固定的可变参数，其内容为交互实际携带的有效参数，具体定义如下：

P0表示可变参数P-VAR部分的长度；

P1表示发送此交互的盟员编号；

P2表示接受此交互的盟员编号；

P3-P7为描述P-VAR部分属性的参数；

P8-P9为描述P-VAR结构的参数。

例如，联盟中的1号盟员向2号盟员发送一个交互，向其更新自己两组三维坐标，则在仿真系统内传递的交互如图6所示。

如图3所示，仿真1和仿真2之间存在数据循环，相互之间经过若干次数据通信，共同完成一个仿真任务后，将结果数据发送到仿真3，再由仿真3和仿真4类似去完成下一个阶段的仿真任务，最后将结果数据发送到仿真5。

(3)仿真流程设计

在一次仿真开始前，各盟员都需要对本地盟员进行配置。这些配置信息包含声明本地仿真软件的仿真功能，以及对可能的交互做出应答的仿真流程控制。根据实际可能出现的信息流程进行分类，包括：顺序，循环，分支等常用节点。

其配置界面如图3所示，过程如下：

选择交互的来源：分别对顺序、循环、分支这三种交互信息进行处理，在每一个处理过程中，通过调用本盟员封装的仿真软件进行仿真。

设定仿真条件：该模块通过时间对仿真过程进行控制。在指定的仿真时间内，仿真结果将被以交互的形式发送给N值所代表的盟员；超过了指定的仿真时间，则认为仿真循环结束，仿真结果被送往编号为Y的盟员，从而实现仿真的分支及循环结构。如果时间值为零则表示仿真为顺序结构，直接执行。

设定交互目的：根据仿真条件判断仿真是否结束，仿真未结束N处应设置循环仿真相关的盟员编号，以实现内部循环；仿真循环结束Y处应设置循环仿真结果处理的盟员。

当各盟员完成了本地盟员的配置以为仿真软件的初始化之后，整个仿真系统就可以开始一次仿真。图4描述了一次仿真以及仿真数据在盟员1和盟员2之间完成一次循环的过程：

首先，由盟员1完成本地程序的初始化，并开始专业软件1的仿真过程。当仿真结束，盟员1的通用模块负责将结果数据收集起来，经过数据格式的转化以及对各参数位的赋值，将所有信息封装为一个交互，发送到RTI。当盟员2收到这个交互的时，它的通用模块负责对该交互进行处理，提取出内部的信息，将仿真数据还原，传递给仿真软件2，由此开始盟员2的本地仿真过程。盟员2的仿真过程结束之后，如果盟员2是一个循环分支节点，那么就需要做一个条件判断，然后依照判断结果将仿真结果封装为交互发出。本图中假定盟员2的仿真结果是发送回盟员1。

这样就完成了一次仿真交互的循环过程，由这样的过程经过组合形成如图2一般的指定仿真流程。

Claims

1、一种基于HLA的仿真软件交互方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、进行专业仿真通用模块的标准化设计

首先将专业软件按照接口形式分成不同的类型，再根据这些类型要求，设计出统一的调用命令，实现标准模块的设计；

步骤二、进行仿真交互设计

以FED文件的形式，定义用于通用交互的参数数据结构；在这样一个通用交互的结构中，除了用于传递给其他盟员的有效参数以外，有一部分参数被赋予特殊定义，这部分参数用于记录该交互本身的属性信息；这些被特殊定义的参数，包括该交互所携带有效参数的个数、交互发送方的盟员编号、交互接收方的编号以及所传递参数的维度信息；

步骤三、当步骤一和步骤二完成之后，进行仿真流程设计

首先，根据实际可能出现的信息流程进行分类，包括：顺序，循环，分支常用节点；然后，在仿真开始前，对仿真中各盟员进行合理配置，这些配置信息包括信息来源以及接收所有通用交互，根据交互中携带的数据来源盟员编号，选择相应的处理方式，或者直接放弃；各盟员配置完成后，每一个盟员按照设定参数封装一种仿真软件，在接到需要的交互后，实现本地的单步或规定时间的仿真，然后将仿真结果按照规定的格式，生成交互信息发送给HLA平台。