CN110991040A - 一种复杂产品协同仿真环境构建方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种复杂产品协同仿真环境构建方法，该方法包括：感知接入边缘端仿真资源；将边缘端仿真资源进行虚拟化和服务化，形成云仿真资源及服务；部署协同仿真运行中间件；分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境。本申请提供的复杂产品协同仿真环境构建方法，通过边缘端仿真资源的接入感知，实现边缘端与云端的物理互联；通过对边缘端仿真资源虚拟化和服务化，实现边缘端的抽象与管理；通过部署仿真中间件，实现仿真运行基础环境的构建；通过分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境，在边缘端实现多专业模型的交互式建模和解算，在云端基于云仿真环境/引擎获取解算结果等协同数据，构建复杂产品全系统虚拟样机协同仿真环境。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种复杂产品协同仿真环境构建方法。
背景技术
复杂产品具有涉及的专业学科技术广、配套的研制单位多、知识含量高、新技术多学科交叉突出等特点，云仿真基于云计算理念，能够实现细粒度的资源共享能力，同时具有较强的协同、容错机制，已经应用于复杂产品研制过程中。但在基于云仿真的复杂产品全系统仿真验证中，由于知识产权等问题，存在总体单位采用简化模型代替专业研究所模型进行仿真验证，导致系统级样机设计偏差大等问题。
随着信息化技术的快速发展，边缘计算目前已经被深入应用，专业研究所相对于总体所的云仿真中心位于边缘端，仿真系统可以部署在靠近业务的终端节点运行。在边缘端运行的系统能够更加贴近业务，有效提升仿真的效率和安全性，但其发展仍然受本地计算和存储能力限制。
发明内容
为解决上述问题，本申请实施例提供了一种复杂产品协同仿真环境构建方法，包括：
感知接入边缘端仿真资源；
将所述边缘端仿真资源进行虚拟化和服务化，形成云仿真资源及服务；
部署协同仿真运行中间件；
分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境。
可选地，所述感知接入边缘端仿真资源，包括：
描述边缘端的仿真资源的属性、行为和状态信息；
根据所述属性、行为和状态信息，接入边缘端的硬仿真资源和软仿真资源。
可选地，硬仿真资源包括：基础设施、仿真试验设备。
可选地，所述软仿真资源包括：仿真软件、仿真模型。
可选地，所述将所述边缘端仿真资源进行虚拟化和服务化，形成云仿真资源及服务，包括：
对所述边缘端仿真资源进行逻辑和抽象的表示与管理；
屏蔽所述边缘端仿真资源的异构性；
通过标准的访问接口对所述边缘端仿真资源进行监控；
将所述边缘端仿真资源拆分成多个相互隔离的、封装好的虚拟化和服务化实例。
可选地，当所述边缘端仿真资源为多个时，所述将所述边缘端仿真资源拆分成多个相互隔离的、封装好的虚拟化和服务化实例之后，还包括：
将多个所述边缘端仿真资源聚合成一个粒度更大的虚拟化和服务化实例。
可选地，所述部署协同仿真运行中间件，包括：
分别在云端和边缘端部署协同仿真运行中间件。
可选地，所述中间件具有跨网段通信及强实时性能；
所述云端和边缘端通过所述中间件进行数据通信和时间同步。
可选地，所述分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境，包括：
根据仿真任务描述文件，将在所述边缘端运行的任务下发到所述边缘端；
所述边缘端接收到任务后，部署仿真模型运行环境，仿真运行软件及仿真模型，将所述仿真模型按照统一接口要求封装为仿真成员，以使所述仿真成员接受仿真控制命令，并将仿真结果实时推送至所述云端。
可选地，在云端部署仿真运行管理工具，通过所述管理工具创建仿真联邦，控制仿真联邦的运行、暂停、结束，监控所述云端和所述边缘端仿真成员的运行状况。
有益效果如下：
本申请提供的复杂产品协同仿真环境构建方法，通过边缘端仿真资源的接入感知，实现边缘端与云端的物理互联；通过对边缘端仿真资源虚拟化和服务化，实现边缘端的抽象与管理；通过部署仿真中间件，实现仿真运行基础环境的构建；通过分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境，在边缘端实现多专业模型的交互式建模和解算，在云端基于云仿真环境/引擎获取解算结果等协同数据，构建复杂产品全系统虚拟样机协同仿真环境。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了本申请一实施例提供的一种复杂产品协同仿真环境构建方法的流程示意图。
具体实施方式
随着信息化技术的快速发展，边缘计算目前已经被深入应用，专业研究所相对于总体所的云仿真中心位于边缘端，仿真系统可以部署在靠近业务的终端节点运行。在边缘端运行的系统能够更加贴近业务，有效提升仿真的效率和安全性，但其发展仍然受本地计算和存储能力限制。
本申请提供一种基于“云仿真+边缘仿真”的协同仿真环境构建方法，解决复杂产品全系统协同仿真需求，在边缘端实现多专业模型交互式建模和解算，在云端基于云仿真环境获取解算结果等协同数据，构建复杂产品全系统虚拟样机云仿真，实现云端与边缘端的深度协同。
另外，本申请提供的复杂产品协同仿真环境构建方法，同时将边缘仿真能力与云仿真中心融合，补足边缘端仿真计算能力不足的短板，同时利用云中心进行全系统大规模解算，进一步提升仿真效能。
参见图1，本实施例提供的复杂产品协同仿真环境构建方法实现流程如下：
101，感知接入边缘端仿真资源。
本步骤中，描述边缘端的仿真资源的属性、行为和状态信息。根据属性、行为和状态信息，接入边缘端的硬仿真资源和软仿真资源。
其中，硬仿真资源至少包括：基础设施、仿真试验设备。
软仿真资源至少包括：仿真软件、仿真模型。
具体实现时，将边缘端仿真资源进行感知接入。
例如，将边缘端的仿真资源的属性、行为和状态等信息进行描述，以便云仿真中心能够感知；在此基础之上，通过网络对边缘仿真资源进行在线接入，包括对“硬”仿真资源(如基础设施、仿真试验设备等)和“软”仿真资源(如仿真软件、仿真模型等)。
具体的，针对软硬仿真资源，“硬”仿真资源的接入，只需要在软件层面增加智能监控代理即可；对于在Windows操作系统里面运行的用VC++编写的EXE形式的软件和模型，一般通过Automation技术，使其暴露出类似DLL的接口；如果虚拟化服务化是要采用J2EE技术将其封装成Web服务，那么还要通过Java调用COM组件的Jacob技术来实现。
102，将边缘端仿真资源进行虚拟化和服务化，形成云仿真资源及服务。
本步骤中，对边缘端仿真资源进行逻辑和抽象的表示与管理。屏蔽边缘端仿真资源的异构性。通过标准的访问接口对边缘端仿真资源进行监控。将边缘端仿真资源拆分成多个相互隔离的、封装好的虚拟化和服务化实例。
当边缘端仿真资源为多个时，将边缘端仿真资源拆分成多个相互隔离的、封装好的虚拟化和服务化实例之后，还会将多个边缘端仿真资源聚合成一个粒度更大的虚拟化和服务化实例。
具体实现时，将边缘仿真资源进行虚拟化/服务化，形成云仿真资源及服务。
例如，对边缘仿真资源进行逻辑和抽象的表示与管理，屏蔽边缘仿真资源的异构性，并提供标准的访问接口实现云中心对边缘仿真资源的监控，支持将仿真资源拆分成多个相互隔离的、封装好的虚拟化/服务化实例，以及多个仿真资源聚合成一个粒度更大的虚拟化/服务化实例。
具体的，包括仿真资源分类描述以及虚拟化及服务化。
(1)仿真资源分类描述
对每一类资源都要采用一份定制化的模版进行描述，一共有几类资源就要准备几份定制化的模版。定制化的模版采用机器可读的XML文件格式，经过云仿真平台解析，可以生成门户界面上的可配置项以及持久层数据库里面的相应字段。
对于仿真资源而言，关键特征除了它的功能以外，就是资源的关键技术指标。关键技术指标决定了若干物理资源能否被虚拟化成一种仿真资源。这些指标是仿真任务搜索和优选时的关键依据。
仿真资源分类描述模板如下表1所示：
表1
(2)虚拟化及服务化
屏蔽资源的异构性，对其进行逻辑和抽象的表示与管理，并提供标准的访问接口对资源进行监控。主要接口如下：
AtomSvrModel＝<This,Ports<Ports_In,Ports_Out>，States，Response<#States，Behavior，Trigger，Target<Duration>，ExitAction>>
其中，
This表示资源本身的标识；
Ports<Ports_In,Ports_Out>表示资源输入输出服务的接口，是服务接受外部调用请求并作出反馈的信息通道；
States，Response分别表示服务状态和服务响应，服务状态可以是只能被动响应和变化的状态，也可以是服务自主维护、可自发跳变的状态，服务响应与服务状态一一对应，并进一步用细分的元组进行描述；
Behavior表示在状态没有跳变的情况下服务的内部处理，对外则表现为在特定状态下服务输出对服务输入的响应；
Trigger表示状态转换的守卫条件(可以是某个输入事件，也可以是一个表达式)，也可以用来描述OWL-S中所定义的服务的前置条件；
Target<Duration>分别表示状态转换的目标状态和新状态的持续时间，对于只能被动响应的服务，新状态的持续时间设为无穷大∞；
ExitAction表示状态发生转换以后的输出响应，通常可以用于向关联服务发送事件，以触发关联服务进行相应处理。
103，部署协同仿真运行中间件。
被本步骤中，分别在云端和边缘端部署协同仿真运行中间件。
其中，中间件具有跨网段通信及强实时性能，云端和边缘端通过中间件进行数据通信和时间同步。
具体实现时，部署“云+边”协同仿真运行中间件。
例如，分别在云端和边缘端部署协同仿真运行中间件，使得仿真系统可以基于中间件进行数据通信和时间同步，要求该中间件具有跨网段通信及强实时等性能。
具体的，分别在云端和边缘端部署协同仿真运行中间件，使得仿真系统可以基于中间件进行数据通信和时间同步，该中间件基于高性能IB网络，通过IB架构下的高带宽低延迟的网络传输数据，能够有效的提高传输数据效率，缩短数据传输时间。
104，分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境。
本步骤中，根据仿真任务描述文件，将在边缘端运行的任务下发到边缘端。边缘端接收到任务后，部署仿真模型运行环境，仿真运行软件及仿真模型，将仿真模型按照统一接口要求封装为仿真成员，以使仿真成员接受仿真控制命令，并将仿真结果实时推送至云端。
另外，本步骤中在云端部署仿真运行管理工具，通过管理工具创建仿真联邦，控制仿真联邦的运行、暂停、结束，监控云端和边缘端仿真成员的运行状况。
具体实现时，进行仿真任务的分发及环境构建。
例如，云仿真平台根据仿真任务描述文件，自动识别在边缘端运行的任务，将任务下发到边缘端。
在云端部署仿真运行管理工具，能够创建仿真联邦，控制仿真联邦的运行、暂停、结束等，同时能够监控云端和边缘端仿真成员的运行状况。
边缘端接收到任务后，在边缘端部署仿真模型运行环境，部署相关的仿真运行软件及模型，将仿真模型按照统一接口要求封装为仿真成员，使得仿真成员接受仿真控制命令，并将仿真结果实时推送至云端。
具体的，第四步：仿真任务的分发及环境构建
云仿真平台根据仿真任务描述文件，自动识别在边缘端运行的任务，将任务下发到边缘端。
在云端部署仿真运行管理工具，能够创建仿真联邦，控制仿真联邦的运行、暂停、结束等，同时能够监控云端和边缘端仿真成员的运行状况。
运行管理接口和功能体伪码程序如下所示
其中：
(1)成员初始化：调用仿真运行中间件的函数接口实现时间管理机制初始化，对象类和交互类初始化，对象类和交互类发布/订购，以及对象类实例创建并注册等。
(2)发布数据：调用仿真运行中间件的函数接口发布本地成员的相关数据。
(3)发送交互类：调用仿真运行中间件的函数接口发送交互类给其他成员。
(4)请求时间推进：调用仿真运行中间件的函数接口向分布时间管理请求本地成员仿真时间推进。
边缘端接收到任务后，在边缘端部署仿真模型运行环境，部署相关的仿真运行软件及模型，将仿真模型按照统一接口要求封装为仿真成员，使得仿真成员接受仿真控制命令，并将仿真结果实时推送至云端。
本实施例提供的复杂产品协同仿真环境构建方法将“云仿真+边缘仿真”协同仿真环境分为四个层次：
1)通过边缘端仿真资源的接入感知，实现边缘端与云端的物理互联；
2)通过对边缘端仿真资源虚拟化/服务化，实现边缘端的抽象与管理问题，屏蔽仿真资源的分布异构特性；
3)通过在边缘端和云端分布部署仿真中间件，实现仿真运行基础环境的构建；
4)通过识别仿真任务，在边缘端和云端分别部署仿真联邦环境和仿真成员，在边缘端实现多专业模型的交互式建模和解算，在云端基于云仿真环境/引擎获取解算结果等协同数据，构建复杂产品全系统虚拟样机协同仿真环境。
有益效果：
本申请提供的复杂产品协同仿真环境构建方法，通过边缘端仿真资源的接入感知，实现边缘端与云端的物理互联；通过对边缘端仿真资源虚拟化和服务化，实现边缘端的抽象与管理；通过部署仿真中间件，实现仿真运行基础环境的构建；通过分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境，在边缘端实现多专业模型的交互式建模和解算，在云端基于云仿真环境/引擎获取解算结果等协同数据，构建复杂产品全系统虚拟样机协同仿真环境。
Claims (10)
1.一种复杂产品协同仿真环境构建方法，其特征在于，所述方法包括：
感知接入边缘端仿真资源；
将所述边缘端仿真资源进行虚拟化和服务化，形成云仿真资源及服务；
部署协同仿真运行中间件；
分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感知接入边缘端仿真资源，包括：
描述边缘端的仿真资源的属性、行为和状态信息；
根据所述属性、行为和状态信息，接入边缘端的硬仿真资源和软仿真资源。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，硬仿真资源包括：基础设施、仿真试验设备。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述软仿真资源包括：仿真软件、仿真模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述边缘端仿真资源进行虚拟化和服务化，形成云仿真资源及服务，包括：
对所述边缘端仿真资源进行逻辑和抽象的表示与管理；
屏蔽所述边缘端仿真资源的异构性；
通过标准的访问接口对所述边缘端仿真资源进行监控；
将所述边缘端仿真资源拆分成多个相互隔离的、封装好的虚拟化和服务化实例。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述边缘端仿真资源为多个时，所述将所述边缘端仿真资源拆分成多个相互隔离的、封装好的虚拟化和服务化实例之后，还包括：
将多个所述边缘端仿真资源聚合成一个粒度更大的虚拟化和服务化实例。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部署协同仿真运行中间件，包括：
分别在云端和边缘端部署协同仿真运行中间件。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述中间件具有跨网段通信及强实时性能；
所述云端和边缘端通过所述中间件进行数据通信和时间同步。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分发协同仿真任务以及构建协同仿真环境，包括：
根据仿真任务描述文件，将在所述边缘端运行的任务下发到所述边缘端；
所述边缘端接收到任务后，部署仿真模型运行环境，仿真运行软件及仿真模型，将所述仿真模型按照统一接口要求封装为仿真成员，以使所述仿真成员接受仿真控制命令，并将仿真结果实时推送至所述云端。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在云端部署仿真运行管理工具，通过所述管理工具创建仿真联邦，控制仿真联邦的运行、暂停、结束，监控所述云端和所述边缘端仿真成员的运行状况。
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