CN111324655A - 一种分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法，具体包括，在每个仿真节点中设置对象监视模块、数据订购模块、数据交互模块，其中对象监视模块，用于建立属性树，遍历数据变化，以发现对象是否发生数据变化；数据订购模块，用于与每个节点建立数据订购关系，并向数据交换模块提供数据发送前的订购方查询；数据交互模块，用于能够响应数据变化，在有差异数据产生时，查询到该条数据的订阅方，并将该差异数据传送到订购节点。本发明能够实现仿真过程更加自动化的数据交互，开发者可以可能更多专注于业务逻辑而不是数据交互层面的接口。通过将交互的粒度缩小为差异数据，大大减少了仿真节点间的通信量，增加了线上仿真的容量。

Description

一种分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法

技术领域

本发明涉及仿真领域，具体的，涉及一种在分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法。

背景技术

目前已有的分布式数据交互系统大多数是基于HLA标准实现的，HLA依赖于具体的RTI实现。RTI包含六个核心服务，分别是联邦管理服务、声明管理服务、对象管理服务、所有权管理服务、时间管理服务和数据分发管理服务。

单纯的数据交互系统由于没有提供仿真引擎的支持，大量仿真逻辑与数据交互的操作都需要用户自己处理。以HLA为例，HLA只提供了基本的交互架构，RTI定义了基本的交互接口，各个系统以联邦成员的形式存在，通过统一的FOM/SOM进行对象和交互的发送/接受，这里就设计到协议转换的问题，用户自己的类型仿真对象使用要转换成标准的FOM/SOM形式，否则无法和其它系统进行数据上的交互，这种以Scheme方式提供对象和交互的方式在设计上是很好的，但是无法针对同构系统之间的应用进行高性能的支持，实际上在同构系统或者相似系统间，通过一些对象类型反射系统能够提供更加高效灵活的对象描述，这样就解决了协议互转的问题，也是HLA通用系统专用化的过程。既然HLA提供了跨语言跨系统的交互方案。

典型的HLA应用过程如下：建立FOM/SOM，用于描述对象和交互；运行程序，初始化联邦信息；声明公布和订购信息；执行主逻辑；处理成员事件，主动更新对象和发送交互；请求事件推进以及处理RTI事件。

为了精确控制各个系统间的交互，发布订阅机制为市面上大部分交互系统所采用。主流交互系统的发布订阅机制都是强服务器端逻辑的，大部分发布订购的逻辑都放在服务端，这样就导致服务端过滤发布压力过大，服务器发布请求的处理速度非常依赖于最慢客户端的处理速度，如果客户端长时间阻塞，那么发布端无法将数据推送至服务器，只能处于数据阻塞状态。

因此，现有技术中的HLA模式数据公布订阅具有如下缺陷：没有差异数据的萃取机制，不能支持自动提取差异数据；缺乏仿真数据的自动化管理机制，删除和数据更新都必须显示调用相应的RTI接口，增加了编程的复杂性；数据公布大量依赖RTI服务器，即时没有订购者也会有发布数据流向RTI服务器，过度依赖服务器无法发挥各个联邦成员的数据处理能力。

综上，如何解决现有技术中分布式仿真过程的数据交互问题，降低编程的复杂性，减少过于依赖服务器的现状，充分发挥各个联邦成员的数据处理能力成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法，提供高效的数据公布订阅支持，减少编程复杂度，提高分布式仿真效率和网络通信链路的利用率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法，其特征在于：

具体包括，在每个仿真节点中设置对象监视模块、数据订购模块、数据交互模块，

其中对象监视模块，用于通过对该仿真节点中各个对象的所有属性递归地建立属性树，以建立对象监视，遍历数据变化，例如采用深度优先遍历策略，以发现对象是否发生数据变化，即是否存在差异数据；

所述数据订购模块，用于与每个节点建立数据订购关系，记录需要交互数据的节点信息，并向数据交换模块提供数据发送前的订购方查询；

所述数据交互模块，用于能够响应数据变化，在有差异数据产生时，查询到该条数据的订阅方，并将该差异数据传送到订购节点，并接受来自其它仿真节点的数据交互模块发送过来的数据。

可选的，在所述仿真节点中还建立类型反射机制，所述类型反射机制用于各种类型信息的记录、查询以及对特定属性的操作。

可选的，所述类型反射机制通过语言的模板，函数指针，成员变量指针完成类型信息的采集。

可选的，所述类型反射机制在应用主逻辑运行之前完成当前系统所有类型信息的采集，称为静态初始化(static initialize)，对于一个类型，主要信息包括类名、继承关系、别名、构造器、析构器、函数列表和属性列表，其中类属性主要信息包括属性名称、别名、属性操作句柄；和/或

所述类型反射机制需要和外部系统进行交互时，至少需要三个字段唯一标识一条差异数据，分别为：对象唯一标识、差异数据属性路径和新的属性值。

可选的，所述对象监视模块中用于通过对该仿真节点中各个对象的所有属性递归地建立属性树，以建立对象监视，具体包括每个对象在对象监视模块中对应为一棵可遍历的树结构，其中非叶子节点为复合属性，包括对象和容器，叶子节点为简单可比较类型。

可选的，对象监视模块中发现对象是否发生数据变化具体为：周期性的并行扫描每棵属性树，其中数据变化包括，对象添加、对象移除和对象属性更新。

可选的，所述数据订购模块中所述与每个节点建立数据订购关系，记录需要交互数据的节点信息具体为：每个节点上线后，与其它在线节点完成一次订购信息的交换，具体为首先上线节点广播附带自身订购信息的交换订购信息请求，各个节点收到交换请求，将请求附带的订购信息反射成实际的订购规则，并建立对请求方的订购查询记录，然后附带自身的订购信息发送交换订购信息请求确认，该上线节点接受到其它各个节点的确认数据后反射成具体的订购规则，同时为各个节点建立订购规则查询记录。

可选的，在所述数据订购模块中可以具有订阅查询接口，所述订阅查询接口为数据交互模块提供数据发送前的订购方查询，只有存在订购方的数据才会产生实际的发送动作，订购方查询接口提供至少三种基本的查询方式，包括对象的订购方查询、对象属性的订购方查询和交互的订购方查询。

可选的，所述数据交互模块采用多级路由方式将数据传输到订购节点，路由过程中由同类型数据进行合并优化；

所述数据交互模块，接受来自其它节点的数据交互模块发送过来的数据，即某节点通过数据交互模块发送的数据最终会被接受节点的数据交互模块接受，当对应的数据交互模块收到来自其他节点的数据，首先按数据类型逐个解包，对于对象创建数据，解包反射为实际的运行时对象，并添加到当前系统的对象列表中，对于对象删除数据，解包为对象唯一标识，并从当前系统的对象列表中进行对象移除，对于对象更新数据，解包为对象标识、属性路径和属性新值，并从当前系统对象列表查找到相应对象，调用属性的相应操作句柄将新值应用上去。

本发明进一步公开了一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：

所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行上述的分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法。

本发明能够自动的进行属性变化扫描，实现订阅服务查询本地化，并进行点对点的数据通信方式，这样能够实现仿真过程更加自动化的数据交互，开发者可以可能更多专注于业务逻辑而不是数据交互层面的接口。通过将交互的粒度缩小为差异数据，大大减少了仿真节点间的通信量，增加了线上仿真的容量。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法的在不同仿真节点之间数据交换的流程。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明在于在每个仿真节点中设置对象监视模块、数据订购模块、数据交互模块，自动对仿真节点中仿真对象进行监视并扫描，感知对象以及其属性的变化；在节点之间进行数据的订阅，使得整体的服务构架从服务器-客户端模式转化为点对点模式，在本地建立订阅查询服务，并发挥各个订购节点的数据处理能力；根据数据的变化和订阅利用点对点的方式对数据进行交换。

一种分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法，具体包括，在每个仿真节点中设置对象监视模块、数据订购模块、数据交互模块，

其中对象监视模块，用于通过对该仿真节点中各个对象的所有属性递归地建立属性树，以建立对象监视，遍历数据变化，例如采用深度优先遍历策略，以发现对象是否发生数据变化，即是否存在差异数据。

该对象监视模块，所监测的仿真节点的数据变化，将会被打包成网络数据和其它仿真节点进行通信，完成各个仿真系统之间的数据交互。

对象监视模块是本发明的差异数据萃取方法的核心模块，能够自动产生最终的差异数据，供其它模块使用，处理自动化产生的模式，也提供用户手动提交变化的接口，以使得在复杂，模型编写规范的场景进一步减少差异数据产生的代价。

对象监视模块对每个需要监视的仿真对象建立属性树，通过并发地扫描每颗属性树，比对叶子节点的当前值和旧值，产生差异数据记录，通常一条差异数据记录包含对象的全局唯一标识、当前差异数据的属性路径和当前属性的新值。

在本发明中，一旦系统通过自动化的方式产生了差异数据，仿真节点中的其它模块就能将此变化打包成网络数据和其它仿真节点进行通信，完成各个仿真系统之间的数据交互。

具体的，对象监视模块中用于通过对该仿真节点中各个对象的所有属性递归地建立属性树，以建立对象监视，具体包括每个对象在对象监视模块中对应为一棵可遍历的树结构，其中非叶子节点为复合属性，包括对象和容器，叶子节点为简单可比较类型，比如整形，布尔型，浮点型，字符串以及一些系统内置支持的简单类型。

在使用深度优先遍历策略，当遍历到属性树的叶子节点，触发属性当前值和旧值的比较，当新旧值不一致时会产生一条差异变化数据，需要注意的是对于数组，当元素个数变化时触发的是整个数组对象的变化，当数组元素不变的情况下触发的是单个元素的更新。对象监视模块并行的扫描每颗属性树，直到所有叶子节点遍历完成，即产生了整个系统一定时间间隔内的全部差异数据。对于对象的创建和删除可视为是差异数据的一部分，对象添加会触发属性树的建立，产生整个对象的差异数据，对象删除会触发属性树删除操作，产生对象删除的差异数据。

因此，对象监视模块中发现对象是否发生数据变化具体为：周期性的并行扫描每棵属性树，其中数据变化包括，对象添加、对象移除和对象属性更新。

所述数据订购模块，用于与每个节点建立数据订购关系，记录需要交互数据的节点信息，并向数据交换模块提供数据发送前的订购方查询。

订购是控制交互粒度的有效手段，通常可以指定订购关系表，对于更加复杂多变的数据交互需求，也可以以兴趣匹配的方式进行订购规则的匹配。在HLA标准里，订购发布功能通常是由声明管理服务提供，如果对于相对复杂的按兴趣匹配的订购规则，涉及大量的兴趣匹配计算，放在服务端显然比较合适，但是对于轻量、指定订购关系的场景，如果把订购规则的逻辑置于每个客户端，将大量减少数据直接与服务器的交互。本发明将整个服务架构从服务器-客户端模式转化为点对点模式，各个节点有了数据的订购信息，可以直接向目标节点发起数据传输，这种方式能最大程度发挥各个订购的节点的数据处理性能，而不必依赖服务器的处理速度。

具体的，所述与每个节点建立数据订购关系，记录需要交互数据的节点信息具体为：每个节点上线后，与其它在线节点完成一次订购信息的交换，例如首先上线节点广播附带自身订购信息的交换订购信息请求，各个节点收到交换请求，将请求附带的订购信息反射成实际的订购规则，并建立对请求方的订购查询记录，然后附带自身的订购信息发送交换订购信息请求确认，该上线节点接受到其它各个节点的确认数据后反射成具体的订购规则，同时为各个节点建立订购规则查询记录。通过直接向目标节点发起数据传输的方式减少对服务器处理速度的依赖。

在所述数据订购模块中可以具有订阅查询接口，所述订阅查询接口为数据交互模块提供数据发送前的订购方查询，只有存在订购方的数据才会产生实际的发送动作，对于相同的数据会合并成一条数据，通过通信链路的关键节点进行转发，以减少点对点传输过程中的数据冗余。订购方查询接口提供至少三种基本的查询方式，包括对象的订购方查询、对象属性的订购方查询和交互的订购方查询。

所述数据交互模块，用于能够响应数据变化，在有差异数据产生时，查询到该条数据的订阅方，并将该差异数据传送到订购节点，并接受来自其它仿真节点的数据交互模块发送过来的数据。

所述差异数据产生于对象监视模块，对象监视模块以一定的周期进行对象属性树的扫描以产生差异数据，这些差异数据可供其它各个模块进行使用，比如本地数据记录模块和数据交互模块。数据交互模块在接到这些差异数据的同时会在数据订购模块中进行订购方查询。对于每个订购方，系统维护了一个发送数据缓存，如果通过查询得知改订阅方对当前数据感兴趣，将会在订阅当的对应缓存中插入该这条差异数据。对于差异数据，基本可以归为三类，对象创建，对象删除和属性更新。示例性的，对于对象创建数据，附带参数为运行时对象序列化后的二进制数据，对于对象删除，附带参数为对象分布式下全局唯一标识，对于属性更新，附带参数为对象标识、变化属性路径和属性新值。

所述数据交互模块，可以采用多级路由方式将数据传输到订购节点，路由过程中由同类型数据进行合并优化。每一级路由连接若干分布式仿真节点，每个节点拥有唯一的标识，类似每个网卡的ip地址，路由负责更具节点标识将数据路由至相应节点。对于不同节点的相同数据，涉及到数据合并优化，也即不同节点的相同数据最终合并为一份数据附带两个接收方的节点标识，发送至上级路由，上级路由负责对数据进行解包转发，如果接收方都在当前路由下，则直接转发至相应节点，否则路由继续向上或者向下转发，如果部分接收方在当前路由，部分接收方不在当前路由，则去掉接收头，分别对各节点数据进行转发。

所述数据交互模块，接受来自其它节点的数据交互模块发送过来的数据。即某节点通过数据交互模块发送的数据最终会被接受节点的数据交互模块接受。当对应的数据交互模块收到来自其他节点的数据，首先按数据类型逐个解包，对于对象创建数据，解包反射为实际的运行时对象，并添加到当前系统的对象列表中，对于对象删除数据，解包为对象唯一标识，并从当前系统的对象列表中进行对象移除，对于对象更新数据，解包为对象标识、属性路径和属性新值，并从当前系统对象列表查找到相应对象，调用属性的相应操作句柄将新值应用上去。

进一步的，为了保证对象监视模块能够实现对于所述节点的监视，在所述仿真节点中还建立类型反射机制，所述类型反射机制用于各种类型信息的记录、查询以及对特定属性的操作。

在仿真中，对象是最基本的仿真单元，各个仿真节点共享类型信息，类似HLA的FOM/SOM。在一个可选的实施例中，例如以C++作为宿主语言，本发明利用语言的模板，函数指针，成员变量指针等特性完成类型信息的采集，提供一套RTTI实现，达到类型系统上的可控性。

进一步的，应当在应用主逻辑运行之前完成当前系统所有类型信息的采集，称为静态初始化(static initialize)，对于一个类型，主要信息包括类名、继承关系、别名、构造器、析构器、函数列表和属性列表，其中类属性主要信息包括属性名称、别名、属性操作句柄(获取/设置)，对于名称信息，可以提供相关的宏供开发者注册类型信息，对于属性和函数的信息收集可以利用函数指针和类成员变量指针等技术进行收集。

对于各个仿真系统之间通信的是对象类型的统一描述，通常类型的名称即可唯一标识一种类型，当设计到对象创建操作的时候，从其它节点接受的数据就会包含当前数据的类型名，通过类型名，必须能够构建相应的C++对象实例，并且将对象数据应用到新的实例，这涉及到属性的访问和设置。在本发明的一个实施例中，当需要和外部系统进行交互时，比如发送一条变化数据，则至少需要三个字段唯一标识一条差异数据，分别为：对象唯一标识、差异数据属性路径和新的属性值。

本发明进一步公开了一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行上述的分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法。

实施例：

参见图1，示出了根据本发明具体实施例的分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法的在不同仿真节点之间数据交换的流程。

具体包括：

构建类型反射系统，通过利用语言的模板，函数指针，成员变量指针等特性完成类型信息的采集；

建立对象监视过程，通过对对象的各个属性递归地建立属性树，并采用深度优先遍历策略遍历数据变化，当系统产生了差异化的数据时，将此变化打包成网络数据和其它仿真节点进行通信，完成各个仿真系统之间的数据交互。

在图1中，在类型反射系统、对象监视机制建立等准备完成后，示出了从仿真节点m将数据传输到仿真节点n的过程。

建立数据订购关系，每个节点上线后，都会和其它在线节点完成一次订购信息的交换，从而记录需要交互数据的节点信息，通过直接向目标节点发起数据传输的方式减少对服务器处理速度的依赖；

实现数据交互过程。仿真开始后，当有差异数据产生时，查询到该条数据的订阅方，调用通信层的相关接口通过多级路由的方式将数据传输到订购节点，路由过程中通同类型数据进行合并优化，数据到达订购方时，通过订购方的数据交互模块对数据进行解包，分别根据不同类型的数据进行还原，从而实现了一个节点某个对象变化的数据在另一个节点得到还原的过程。

本发明能够自动的进行属性变化扫描，实现订阅服务查询本地化，并进行点对点的数据通信方式，这样能够实现仿真过程更加自动化的数据交互，开发者可以可能更多专注于业务逻辑而不是数据交互层面的接口。通过将交互的粒度缩小为差异数据，大大减少了仿真节点间的通信量，增加了线上仿真的容量。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法，其特征在于：

具体包括，在每个仿真节点中设置对象监视模块、数据订购模块、数据交互模块，

其中对象监视模块，用于通过对该仿真节点中各个对象的所有属性递归地建立属性树，以建立对象监视，遍历数据变化，例如采用深度优先遍历策略，以发现对象是否发生数据变化，即是否存在差异数据；

所述数据订购模块，用于与每个节点建立数据订购关系，记录需要交互数据的节点信息，并向数据交换模块提供数据发送前的订购方查询；

所述数据交互模块，用于能够响应数据变化，在有差异数据产生时，查询到该条数据的订阅方，并将该差异数据传送到订购节点，并接受来自其它仿真节点的数据交互模块发送过来的数据。

2.根据权利要求1所述的数据订阅方法，其特征在于：

在所述仿真节点中还建立类型反射机制，所述类型反射机制用于各种类型信息的记录、查询以及对特定属性的操作。

3.根据权利要求2所述的数据订阅方法，其特征在于：

所述类型反射机制通过语言的模板，函数指针，成员变量指针完成类型信息的采集。

4.根据权利要求2所述的数据订阅方法，其特征在于：

所述类型反射机制在应用主逻辑运行之前完成当前系统所有类型信息的采集，称为静态初始化(staticinitialize)，对于一个类型，主要信息包括类名、继承关系、别名、构造器、析构器、函数列表和属性列表，其中类属性主要信息包括属性名称、别名、属性操作句柄；和/或

所述类型反射机制需要和外部系统进行交互时，至少需要三个字段唯一标识一条差异数据，分别为：对象唯一标识、差异数据属性路径和新的属性值。

5.根据权利要求2所述的数据订阅方法，其特征在于：

所述对象监视模块中用于通过对该仿真节点中各个对象的所有属性递归地建立属性树，以建立对象监视，具体包括每个对象在对象监视模块中对应为一棵可遍历的树结构，其中非叶子节点为复合属性，包括对象和容器，叶子节点为简单可比较类型。

6.根据权利要求5所述的数据订阅方法，其特征在于：

对象监视模块中发现对象是否发生数据变化具体为：周期性的并行扫描每棵属性树，其中数据变化包括，对象添加、对象移除和对象属性更新。

7.根据权利要求2所述的数据订阅方法，其特征在于：

所述数据订购模块中所述与每个节点建立数据订购关系，记录需要交互数据的节点信息具体为：每个节点上线后，与其它在线节点完成一次订购信息的交换，具体为首先上线节点广播附带自身订购信息的交换订购信息请求，各个节点收到交换请求，将请求附带的订购信息反射成实际的订购规则，并建立对请求方的订购查询记录，然后附带自身的订购信息发送交换订购信息请求确认，该上线节点接受到其它各个节点的确认数据后反射成具体的订购规则，同时为各个节点建立订购规则查询记录。

8.根据权利要求7所述的数据订阅方法，其特征在于：

在所述数据订购模块中可以具有订阅查询接口，所述订阅查询接口为数据交互模块提供数据发送前的订购方查询，只有存在订购方的数据才会产生实际的发送动作，订购方查询接口提供至少三种基本的查询方式，包括对象的订购方查询、对象属性的订购方查询和交互的订购方查询。

9.根据权利要求2所述的数据订阅方法，其特征在于：

所述数据交互模块采用多级路由方式将数据传输到订购节点，路由过程中由同类型数据进行合并优化；

所述数据交互模块，接受来自其它节点的数据交互模块发送过来的数据，即某节点通过数据交互模块发送的数据最终会被接受节点的数据交互模块接受，当对应的数据交互模块收到来自其他节点的数据，首先按数据类型逐个解包，对于对象创建数据，解包反射为实际的运行时对象，并添加到当前系统的对象列表中，对于对象删除数据，解包为对象唯一标识，并从当前系统的对象列表中进行对象移除，对于对象更新数据，解包为对象标识、属性路径和属性新值，并从当前系统对象列表查找到相应对象，调用属性的相应操作句柄将新值应用上去。

10.一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：

所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行权利要求1-9中任意一项所述的分布式仿真中基于差异数据萃取的数据订阅方法。

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