CN111078416B - 一种动态剪裁发布订阅关系的lvc网关 - Google Patents

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Abstract

一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，包括网关服务与接口管理模块、模型映射模块、应用通信模块、时钟管理模块和可交互范围计算服务器；网关服务与接口管理模块根据可交互实体清单订阅LVC应用系统中相关实体的状态数据，并且持续发布VR应用系统所对应实体的状态信息；模型映射模块负责将从LVC应用系统和VR应用系统所获取的实体状态数据映射到LVC网关本地的代理模型；应用通信模块负责与VR应用系统进行通信；时钟管理模块负责LVC网关运行过程的时间控制；可交互范围计算服务器用于计算针对每一个LVC网关的可交互实体清单。本发明采用动态剪裁机制，过滤掉不需要进行发布订阅的仿真实体状态，通过网关转发给VR应用系统，有效降低网络通信负载。

Description

一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关
技术领域
本发明涉及一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，属于仿真技术领域。
背景技术
LVC仿真是指实物(live)、虚拟(Virtual)、构造(Construct)相结合的仿真。实现LVC仿真需要基于分布式仿真支撑架构实现底层通信，并且采用网关、适配器、包装器等技术实现异构仿真资源的封装与集成。LVC系统要求仿真系统必须按照1：1时钟速度推进。国外典型的LVC体系架构为TENA，国内有TISA、Josim等。
在LVC仿真过程中，以VR仿真为代表的视景仿真子系统，往往需要获取全部的战场态势数据，包含整个逻辑靶场全部实体的全部状态。传统的仿真系统中只有一个可视化系统，瓶颈效果不明显，而LVC仿真应用系统中往往有多个VR应用系统，例如每一个士兵的VR头盔都是一个VR应用系统。这样就会产生大量的分布的全订阅节点，极易造成网络瘫痪，因此必须要采取一定的算法对通信量进行控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，基于网关动态剪裁技术实现一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关。
本发明的技术方案是：
一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，包括网关服务与接口管理模块、模型映射模块、应用通信模块、时钟管理模块和可交互范围计算服务器；
其中，网关服务与接口管理模块：根据可交互范围计算服务器计算得到的可交互实体清单订阅LVC应用系统中相关实体的状态数据，并且向LVC应用系统持续发布VR应用系统所对应实体的状态信息；
模型映射模块：负责将从LVC应用系统和VR应用系统所获取的实体状态数据映射到LVC网关本地的代理模型并完成相应的数据转换映射；
应用通信模块：负责与VR应用系统进行通信；
时钟管理模块：负责LVC网关运行过程的时间控制；
可交互范围计算服务器：独立于LVC网关运行，用于计算针对每一个LVC网关的可交互实体清单。
LVC应用系统是使用LVC仿真中间件实现集成的大型异构分布式仿真系统，系统中包含多个仿真实体，每个实体对应着逻辑靶场中的一个特定作战单元。
LVC仿真中间件属于类TENA中间件，具备支持可配置的状态订阅、消息传递和远程方法调用三种交互模式，支持全局逻辑时间管理。
可交互范围计算服务器计算针对每一个LVC网关的可交互实体清单的过程如下：
可交互范围计算服务器订阅LVC应用系统中全部实体的状态信息，根据LVC网关的需求运行可交互范围剪裁算法，把得到的可交互实体清单发送给网关服务与接口管理模块。
可交互范围剪裁算法内容如下：
将VR应用系统第一人称视角所对应的实体的可视范围定义R，该实体定义为A，按照R为半径，A的位置为球心定义一个空间范围，在该范围内的仿真实体即为可交互实体清单。
模型映射模块将从LVC应用系统和VR应用系统所获取的实体状态数据按照属性类型映射到LVC网关本地的代理模型，将LVC应用系统与VR应用系统的类、结构以及枚举定义为LVC网关本地代理模型的类、结构以及枚举，对于LVC网关本地代理模型没有定义的属性，赋予缺省数值。
应用通信模块采用Socket通信方法与VR应用系统实现通信，对于在仿真运行过程中超出可交互实体清单范围的实体，应用通信模块将该实体的位置设置为缺省值，该实体的位置在VR系统中的不可见区域；同时应用通信模块将该实体的速度设置为0，其他状态保持上一时刻值。
时钟管理模块使用时间同步算法在VR应用系统和LVC应用系统之间实现时间同步推进，同时按照运行过程控制网关服务与接口管理模块、模型映射模块和应用通信模块运行。
时间同步算法内容如下：
LVC网关通过Socket通信的阻塞模式实现时间同步，LVC网关与VR应用系统建立Socket通信连接，当连接成功之后由VR应用系统端发送数据，当LVC网关通过Socket通信接收到VR应用系统的发送数据之后，再按照LVC应用系统的时间推进机制进行时间推进，保证两端系统的时间一致性；所述时间推进机制为逻辑时间受限推进或按墙上时钟推进。
运行过程受时钟管理模块总控，运行过程如下：
10.1应用通信模块收到VR应用系统的推进请求，同时获取VR应用系统第一人称视角所对应的实体A的相关状态信息；
10.2时钟管理模块在确认VR应用系统的推进请求后，触发模型映射模块将A的状态转换并映射到LVC网关中A的代理模型；
10.3可交互范围计算服务器根据A的状态运行运行可交互范围剪裁算法得到可交互实体清单，按照可交互范围计算服务器自身的更新周期发布给网关服务与接口管理模块；
10.4网关服务与接口管理模块根据可交互范围计算服务器提供的可交互实体清单，并在时钟管理模块的控制下按照清单从LVC应用系统中获取所需的状态数据；
10.5模型映射模块将从LVC应用系统中获取所需的状态数据映射到LVC网关中A的代理模型中；
10.6应用通信模块将A的代理模型中VR应用系统所需的实体状态发送给VR应用系统。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明采用基于可交互范围剪裁算法灵活调整发布订阅内容的技术方案，有效的降低了VR类应用系统的订阅数据量，提高了LVC仿真应用系统的集成规模和总体可靠性。
(2)本发明可交互范围剪裁算法，基于可交互范围包络内的实体清单进行发布订阅，降低了通信量。
(3)本发明的可交互范围计算服务器可以对应多个LVC网关，采用一对多的方式计算可交互实体清单，有效的降低了通信复杂度。同时可交互范围计算服务器采用消息机制传递可交互实体清单，在清单没有发生变化的情况下不产生通信。。
附图说明
图1为本发明构成示意图；
图2为本发明可交互范围剪裁算法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：
如图1所示，一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关包括、网关服务与接口管理模块、模型映射模块、应用通信模块和时钟管理模块四部分。
网关服务与接口管理模块，负责与LVC应用系统通信，其实现过程是通过根据可交互实体清单订阅LVC应用系统的中相关实体的状态数据，并且持续向LVC应用系统发布VR应用系统所对应实体的状态信息。
可交互范围计算服务器，是一个独立运行的程序，订阅LVC系统中全部实体的状态信息，根据网关的需求运行可交互范围剪裁算法，把得到的可交互实体清单发送给相应的网关服务与接口管理模块。
如图2所示，可交互范围剪裁算法，将该VR应用系统第一人称视角所对应的实体(对应于图2中VR应用实体)的可视范围定义R，该VR应用实体定义为A，按照R为半径，A的位置为球心定义一个空间范围，在该范围内的仿真实体作为可交互实体清单，是网关服务与接口管理模块所订阅的对象。
模型映射模块，负责将从LVC应用系统和VR应用系统所获取的实体状态数据映射到网关本地的代理模型并完成相应的数据转换映射。将LVC应用系统与VR应用系统的类、结构以及枚举等数据属性定义为LVC网关本地代理模型的类、结构以及枚举等数据属性，并且对不能完成映射的类、结构以及枚举赋予缺省数值。
应用通信模块，负责与VR应用系统进行通信，采用Socket通信等方法与VR应用系统实现通信，对于在仿真运行过程中超出可交互范围实体，该模块将该实体的位置设置为缺省值，该位置在VR系统中的不可见区域，例如山体内部或地下；同时该模块将该实体的速度设置为0，其他状态保持上一时刻值。
时钟管理模块，负责LVC网关运行过程的时间控制，负责使用时间同步算法在VR应用系统和LVC应用系统之间实现时间同步推进，同时按照运行过程控制网关服务与接口管理模块、模型映射模块和应用通信模块运行。时间同步算法内容如下：LVC网关通过Socket通信的阻塞模式实现时间同步，LVC网关与VR应用系统建立Socket通信连接，当连接成功之后由VR应用系统端发送数据，当LVC网关通过Socket接收到VR应用系统的发送数据之后，再按照LVC应用系统的时间推进机制进行时间推进，保证两端系统的时间一致性。时间推进机制为逻辑时间受限推进或按墙上时钟推进。
本发明的LVC应用系统是使用LVC仿真中间件实现集成的大型异构分布式仿真系统，系统中包含多个仿真实体，每个实体对应着逻辑靶场中的一个特定作战单元。LVC仿真中间件属于类TENA中间件，可以是TISA、VITA等LVC仿真中间件，具备支持可配置的状态订阅、消息传递和远程方法调用三种交互模式，支持全局逻辑时间管理。
一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其运行过程受时钟管理模块总控，其运行过程为如下步骤：
第一步、应用通信模块收到VR应用系统的推进请求，同时获取VR应用系统第一人称视角所对应的实体A的相关状态信息。
第二步、时钟管理模块在确认VR应用系统的推进请求后，触发模型映射模块将A的状态转换并映射到LVC网关中A的代理模型。
第三步、可交互范围计算服务器根据A的状态运行运行可交互范围剪裁算法得到可交互实体清单，按照可交互范围计算服务器自身的更新周期发布给网关服务与接口管理模块。
第四步，网关服务与接口管理模块根据可交互范围计算服务器提供的可交互实体清单，并在时钟管理模块的控制下按照清单从LVC应用系统中获取所需的状态数据。
第五步、模型映射模块将从LVC应用系统中获取所需的状态数据映射到代理模型中。
第六步、应用通信模块，将代理模型中VR应用系统所需的实体状态发送给VR应用系统。
本发明采用动态剪裁机制，过滤掉不需要进行发布订阅的仿真实体状态，通过LVC网关转发给VR应用系统，有效降低网络通信负载。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：包括网关服务与接口管理模块、模型映射模块、应用通信模块、时钟管理模块和可交互范围计算服务器；
其中，网关服务与接口管理模块：根据可交互范围计算服务器计算得到的可交互实体清单订阅LVC应用系统中相关实体的状态数据，并且向LVC应用系统持续发布VR应用系统所对应实体的状态信息；
模型映射模块：负责将从LVC应用系统和VR应用系统所获取的实体状态数据映射到LVC网关本地的代理模型并完成相应的数据转换映射；
应用通信模块：负责与VR应用系统进行通信；
时钟管理模块：负责LVC网关运行过程的时间控制；
可交互范围计算服务器：独立于LVC网关运行，用于计算针对每一个LVC网关的可交互实体清单；
运行过程受时钟管理模块总控，运行过程如下：
10.1应用通信模块收到VR应用系统的推进请求，同时获取VR应用系统第一人称视角所对应的实体A的相关状态信息；
10.2时钟管理模块在确认VR应用系统的推进请求后，触发模型映射模块将A的状态转换并映射到LVC网关中A的代理模型；
10.3可交互范围计算服务器根据A的状态运行运行可交互范围剪裁算法得到可交互实体清单，按照可交互范围计算服务器自身的更新周期发布给网关服务与接口管理模块；
10.4网关服务与接口管理模块根据可交互范围计算服务器提供的可交互实体清单，并在时钟管理模块的控制下按照清单从LVC应用系统中获取所需的状态数据；
10.5模型映射模块将从LVC应用系统中获取所需的状态数据映射到LVC网关中A的代理模型中；
10.6应用通信模块将A的代理模型中VR应用系统所需的实体状态发送给VR应用系统。
2.根据权利要求1所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：LVC应用系统是使用LVC仿真中间件实现集成的大型异构分布式仿真系统，系统中包含多个仿真实体，每个实体对应着逻辑靶场中的一个特定作战单元。
3.根据权利要求2所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：LVC仿真中间件属于类TENA中间件，具备支持可配置的状态订阅、消息传递和远程方法调用三种交互模式，支持全局逻辑时间管理。
4.根据权利要求1所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：可交互范围计算服务器计算针对每一个LVC网关的可交互实体清单的过程如下：
可交互范围计算服务器订阅LVC应用系统中全部实体的状态信息，根据LVC网关的需求运行可交互范围剪裁算法，把得到的可交互实体清单发送给网关服务与接口管理模块。
5.根据权利要求4所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：可交互范围剪裁算法内容如下：
将VR应用系统第一人称视角所对应的实体的可视范围定义R，该实体定义为A，按照R为半径，A的位置为球心定义一个空间范围，在该范围内的仿真实体即为可交互实体清单。
6.根据权利要求5所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：模型映射模块将从LVC应用系统和VR应用系统所获取的实体状态数据按照属性类型映射到LVC网关本地的代理模型，将LVC应用系统与VR应用系统的类、结构以及枚举定义为LVC网关本地代理模型的类、结构以及枚举，对于LVC网关本地代理模型没有定义的属性，赋予缺省数值。
7.根据权利要求1所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：应用通信模块采用Socket通信方法与VR应用系统实现通信，对于在仿真运行过程中超出可交互实体清单范围的实体，应用通信模块将该实体的位置设置为缺省值，该实体的位置在VR系统中的不可见区域；同时应用通信模块将该实体的速度设置为0，其他状态保持上一时刻值。
8.根据权利要求1所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：时钟管理模块使用时间同步算法在VR应用系统和LVC应用系统之间实现时间同步推进，同时按照运行过程控制网关服务与接口管理模块、模型映射模块和应用通信模块运行。
9.根据权利要求8所述的一种动态剪裁发布订阅关系的LVC网关，其特征在于：时间同步算法内容如下：
LVC网关通过Socket通信的阻塞模式实现时间同步，LVC网关与VR应用系统建立Socket通信连接，当连接成功之后由VR应用系统端发送数据，当LVC网关通过Socket通信接收到VR应用系统的发送数据之后，再按照LVC应用系统的时间推进机制进行时间推进，保证两端系统的时间一致性；所述时间推进机制为逻辑时间受限推进或按墙上时钟推进。
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