CN102201907A

CN102201907A - 一种分布式仿真同步的实现方法

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Publication number: CN102201907A
Application number: CN2011100522991A
Authority: CN
Inventors: 于辉; 赵经成; 付战平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: CN102201907B

Abstract

本发明公开了一种分布式仿真同步的实现方法，包括以下步骤：心跳服务器计算分布式仿真系统的心跳步长；心跳服务器以心跳步长为周期定期向各仿真节点发送包含有心跳数和心跳步长的心跳数据包，所述的心跳数为心跳服务器当前发送心跳数据包的周期数N，所述的N为正整数；各仿真节点接收心跳服务器发送的心跳数据包，并根据心跳数确定是否推进本节点仿真。本方法基于心跳机制，通过心跳服务器发送心跳数据驱动节点仿真的推进，不会随着节点数目的增加而降低仿真性能，适合大规模分布式仿真系统中仿真的同步，可以满足不同的分布式仿真需要，实时性好、仿真系统整体性能优良。

Description

一种分布式仿真同步的实现方法

技术领域

本发明涉及一种分布式仿真同步的实现方法，特别是适用大型分布式仿真系统中仿真同步的实现方法。

背景技术

基于高层体系结构HLA(High Level Architecture)的分布式仿真训练系统中，为了保证仿真节点之间的事件执行顺序和因果逻辑的同步，目前较多采用基于各种策略的时间管理服务来实现，时间管理服务是通过逻辑时间对分布式仿真中的消息进行排序，保证事件发生在仿真系统中的时序关系与现实世界中的时序关系一致，确保仿真的正确进行。

然而，时间管理的机制是基于时间戳时序(TimeStamp Order，TSO)方法的，为了推进时间前进，需要时间推进请求和认可的过程，在大规模分布式仿真系统中，主要存在以下不足：一、随着仿真节点数目的增加而仿真性能降低；二、仿真系统同步性及实时性能差；三、面对不同的分布式仿真时，为满足不同的分布式仿真需要，仿真节点可能使用完全不同的时间管理策略，因此HLA的运行支撑环境需要协调大量不同类型的仿真器，因而时间管理互操作较难完成，甚至会导致完全错误的结果。

发明内容

本发明为了解决现有分布式仿真系统中的时间管理机制不适用于大规模分布式仿真系统的问题，提供了一种分布式仿真同步的实现方法，在大规模分布式仿真系统中较好的保障了各仿真节点的时序同步性，更加适合大规模分布式仿真系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种分布式仿真同步的实现方法，包括以下步骤：

(a)、心跳服务器计算分布式仿真系统的心跳步长；

(b)、心跳服务器以心跳步长为周期定期向各仿真节点发送包含有心跳数和心跳步长的心跳数据包，所述的心跳数为心跳服务器当前发送心跳数据包的周期数N，所述的N为正整数；

(c)、各仿真节点接收心跳服务器发送的心跳数据包，并根据心跳数确定是否推进本节点仿真。

进一步的，在所述的步骤(a)中，心跳服务器通过以下方式获得心跳步长：

(a0)、心跳服务器向各仿真节点发送测试数据包，并记下向第i个仿真节点发送测试数据包时服务器的时间T_1i；

(a1)、各仿真节点收到测试数据包后，立即向心跳服务器发送应答数据包；

(a2)、心跳服务器接收到第i个仿真节点发送的应答数据包，记录当前的服务器时间T_2i，并通过ΔT_i＝(T_2i-T_1i)计算出心跳服务器与第i个仿真节点之间的网络延迟；

(a3)、找出ΔT_i中的最大值Max(ΔT_i)，取任意大于或等于Max(ΔT_i)的值作为心跳步长；

其中，i为正整数。

又进一步的，为了确保在一个心跳步长内，所有的仿真节点都可以收到心跳数据，防止出现个别仿真节点收到心跳数据滞后时间过长、仿真延迟过大，而且每个仿真节点都有预置的仿真周期，为了保证心跳步长为各仿真周期的整数倍，所述的步骤a(3)包括：

a(31)、各仿真节点预置有仿真周期t_i，计算所有t_i的最小公倍数L；

a(32)、找出ΔT_i中的最大值Max(ΔT_i)；

a(33)、比较L与Max(ΔT_i)的大小，若L大于或等于Max(ΔT_i)，则取L作为心跳步长；

a(34)、若L小于Max(ΔT_i)，则取心跳步长满足三个条件：

1、大于或等于Max(ΔT_i)；

2、心跳步长是L的整数倍；

3、心跳步长是所述整数倍中的最小整数倍值。

再进一步的，所述的步骤(c)中仿真节点通过以下方式推进本节点仿真：

(c00)、仿真节点接收心跳服务器发送的心跳数据包，并将接收到的心跳数保存至最新心跳变量；

(c10)、比较当前心跳变量与最新心跳变量，若当前心跳变量小于最新心跳变量，推进本地仿真，并将当前心跳变量加1，重复执行步骤(c10)，若当前心跳变量等于最新心跳变量，则执行步骤(c20)；

(c20)、判断是否收到结束仿真的指令，若未收到结束仿真的指令，返回步骤(c00)，否则，则结束仿真。

为了防止仿真运行过程中因为本仿真节点的其他事务导致延迟接收心跳数据，还包括在各仿真节点上分别建立一个心跳数据接收线程，用于全职负责接收心跳服务器发送的心跳数据包，以及分布建立一个仿真线程，所述的仿真线程专门用于推进本节点仿真。

进一步的，所述的步骤(c)包括：

(c01)、心跳数据接收线程接收心跳服务器发送的心跳数据包，并将接收到的数据保存至最新心跳变量；

(c11)、仿真线程比较当前心跳变量与最新心跳变量，若当前心跳变量小于最新心跳变量，推进本地仿真，并将当前心跳变量加1，重复执行步骤(c11)，若当前心跳变量等于最新心跳变量，则执行步骤(c21)；

(c21)、仿真线程判断是否收到结束仿真的指令，若未收到结束仿真的指令，返回步骤(c01)，否则，则结束仿真。

又进一步的，所述的结束仿真的指令由本仿真节点的系统发出。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的分布式仿真同步的方法基于心跳机制，通过心跳服务器发送心跳数据驱动节点仿真的推进，不会随着节点数目的增加而降低仿真性能，适合规模分布式仿真系统中仿真的同步，可以满足不同的分布式仿真需要，准确度高。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的分布式仿真同步的实现方法的一种实施例逻辑结构图；

图2是本发明所提出的分布式仿真同步的实现方法的一种实施例流程图；

图3是本发明所提出的分布式仿真同步的实现方法的一种实施例网络延迟计算示意图；

图4是本发明所提出的分布式仿真同步的实现方法的一种实施例步骤S0分解图；

图5是本发明所提出的分布式仿真同步的实现方法的一种实施例步骤S2分解图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本发明的一种分布式仿真同步的实现方法，参见图1所示，包括一个心跳服务器和若干个仿真节点，心跳服务器与仿真节点之间可以进行数据传输，本实施例的一种分布式仿真同步的实现方法，参见图2所示，包括以下步骤：

S0、心跳服务器计算分布式仿真系统的心跳步长。

S1、心跳服务器以心跳步长为周期定期向各仿真节点发送包含有心跳数和心跳步长的心跳数据包，所述的心跳数为心跳服务器当前发送心跳数据包的周期数N，所述的N为正整数；

S2、各仿真节点接收心跳服务器发送的心跳数据包，并根据心跳数确定是否推进本节点仿真。

本发明的分布式仿真同步实现方法，基于心跳机制，通过心跳服务器周期性的向各仿真节点发送包含有心跳数和心跳步长的心跳数据包，各个仿真节点用接收到的心跳数驱动本节点仿真的推进，不会随着节点数目的增加而降低仿真性能，适合大规模分布式仿真系统中仿真的同步。

为了确保在一个心跳步长内，所有的仿真节点都可以收到心跳数据，防止出现个别仿真节点收到心跳数据滞后时间过长、仿真延迟过大，心跳步长取决于各仿真节点最大的网络延迟，具体的，参见图3、图4、图5所示，在所述的步骤S0中，心跳服务器通过以下方式获得心跳步长：

S01、心跳服务器向各仿真节点发送测试数据包，并记下向第i个仿真节点发送测试数据包时服务器的时间T_1i；

S02、各仿真节点收到测试数据包后，立即向心跳服务器发送应答数据包；

S03、心跳服务器接收到第i个仿真节点发送的应答数据包，记录当前的服务器时间T_2i，并通过ΔT_i＝(T_2i-T_1i)计算出心跳服务器与第i个仿真节点之间的网络延迟；

S04、找出ΔT_i中的最大值Max(ΔT_i)，取任意大于或等于Max(ΔT_i)的值作为心跳步长；

其中，i为正整数。

上述方式获得的心跳步长，保证了在一个心跳步长内，所有的仿真节点都可以收到心跳数据。

由于每个仿真节点中都有预置的仿真周期，为了进一步保证心跳步长为各仿真周期的整数倍，所述的步骤S04包括：

S04-1、各仿真节点预置有仿真周期t_i，计算所有t_i的最小公倍数L；

S04-2、找出ΔT_i中的最大值Max(ΔT_i)；

S04-3、比较L与Max(ΔT_i)的大小，若L大于或等于Max(ΔT_i)，则取L作为心跳步长；

S04-4、若L小于Max(ΔT_i)，则取心跳步长满足三个条件：

1、大于或等于Max(ΔT_i)；

2、心跳步长是L的整数倍；

3、心跳步长是所述整数倍中的最小整数倍值。

通过使心跳步长既不小于各仿真节点最大的网络延迟，保证了在一个心跳步长内，所有的仿真节点都可以收到心跳数据，又通过使心跳步长等于各仿真周期t_i的整数倍，保证了在一个心跳步长内仿真节点中有完整的若干个仿真周期，当心跳步长与仿真周期差值太大时，便于采取其他处理方式。

具体的，在所述的步骤S2中仿真节点通过以下方式推进本节点仿真：

S21、仿真节点接收心跳服务器发送的心跳数据包，并将接收到的心跳数保存至最新心跳变量；

S22、比较当前心跳变量与最新心跳变量，若当前心跳变量小于最新心跳变量，推进本地仿真，并将当前心跳变量加1，重复执行步骤S22，若当前心跳变量等于最新心跳变量，则执行步骤S23；

S23、判断是否收到结束仿真的指令，若未收到结束仿真的指令，返回步骤S21，否则，则结束仿真。

心跳服务器通过不断向各仿真节点发送携带有心跳数的数据包，而仿真节点需要将所收到的心跳数与当前心跳数做比较，决定是否将本节点的仿真推进，直至使得当前心跳数与心跳服务器发送的心跳数一致，即本节点在时间上与外界保持了同步，当各节点需要退出仿真时，只需本地节点的系统发送结束仿真的指令，该节点便结束仿真。

为了防止仿真运行过程中因为本仿真节点的其他事物导致延迟接收心跳数据，还包括在各仿真节点上分别建立一个心跳数据接收线程，用于全职负责接收心跳服务器发送的心跳数据包，以及分布建立一个仿真线程，所述的仿真线程专门用于推进本节点仿真。

基于此，所述的步骤S2包括：

S21’、心跳数据接收线程接收心跳服务器发送的心跳数据包，并将接收到的数据保存至最新心跳变量；

S22’、仿真线程比较当前心跳变量与最新心跳变量，若当前心跳变量小于最新心跳变量，推进本地仿真，并将当前心跳变量加1，重复执行步骤S22’，若当前心跳变量等于最新心跳变量，则执行步骤S23’；

S23’、仿真线程判断是否收到结束仿真的指令，若未收到结束仿真的指令，返回步骤S21’，否则，则结束仿真。

本发明的分布式仿真同步方法可以满足不同的分布式仿真需要，避免了不同的仿真节点使用不同的时间管理策略所带来的时间管理互操作较难完成的问题，准确度高。

本发明的分布式仿真同步的实现方法中，当有事件产生时，该事件带有心跳数，带有心跳数的时间被发送到目的节点，该节点会根据其携带的心跳数决定多个事件的先后次序，并且通过与当前心跳数的比较，决定事件驱动的运算进度。

需要说明的是，分布式仿真心跳运行时，若连续数据带有心跳数，则在心跳一个周期内，可能会有多个本节点的仿真步长连续推进，如果系统决策的心跳步长不能满足实时性要求，仿真节点在等待心跳服务器心跳数的间隙中，将采用航路规划的方法向前推进本节点的仿真，其中，航路规划的方法为本领域技术人员所熟知的技术，在本实施例中不做赘述。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种分布式仿真同步的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)、心跳服务器计算分布式仿真系统的心跳步长；

2.根据权利要求1所述的分布式仿真同步实现方法，其特征在于，所述的步骤(a)包括：

其中，i为正整数。

3.根据权利要求2所述的分布式仿真同步实现方法，其特征在于，所述的步骤a(3)包括：

a(32)、找出ΔT_i中的最大值Max(ΔT_i)；

a(33)、比较L与Max(ΔT_i)的大小，若L_i大于或等于Max(ΔT_i)，则取L作为心跳步长；

a(34)、若L小于Max(ΔT_i)，则取心跳步长满足三个条件：

1、大于或等于Max(ΔT_i)；

2、心跳步长是L的整数倍；

3、心跳步长是所述整数倍中的最小整数倍值。

4.根据权利要求1所述的分布式仿真同步实现方法，其特征在于，所述的步骤(c)包括：

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的分布式仿真同步的实现方法，其特征在于，还包括在各仿真节点上分别建立一个心跳数据接收线程和一个仿真线程的步骤，所述的心跳数据接收线程专门用于接收心跳服务器发送的心跳数据包，所述的仿真线程专门用于推进本节点仿真。

6.根据权利要求5所述的分布式仿真同步的实现方法，其特征在于，所述的步骤(c)包括：

7.根据权利要求6所述的分布式仿真同步的实现方法，其特征在于，所述的结束仿真的指令由本地仿真节点的系统发出。