CN111859638A - 一种实时高效分布式虚实结合仿真系统及构建方法 - Google Patents

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谢孔树
徐玉强
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Abstract

本发明提供一种实时高效分布式虚实结合仿真系统，包括：前端仿真装置，用于构建包括但不限于仿真设计环境、仿真运行管理环境以及虚拟实验环境中的一种或多种环境；分布式服务器集群，均衡负载装置选择一分布式服务器接收仿真任务，所述分布式服务器包括分别与仿真软总线连接的仿真部署单元、模型调取单元以及仿真模型单元，模型调取单元以及仿真模型单元分别与仿真软总线连接用于调用API函数，所述仿真部署单元将仿真任务分发至模型调取单元以及仿真模型单元进行处理。能够基于设计环境进行多个用户建立不同的仿真任务并发执，还能够通过建立的仿真软总线实现分布式计算、多节点互联，进行交互。通过仿真调取单元中的引擎能够实现并行同步解算。

Description

一种实时高效分布式虚实结合仿真系统及构建方法
技术领域
本发明涉及仿真、分布式处理技术，尤其涉及一种实时高效分布式虚实结合仿真系统及构建方法。
背景技术
分布式交互仿真(Distributed Interactive Simulations DIS)是近年来发展起来的一种先进仿真技术，是一种基于计算机网络的仿真，多用于军事领域，可以支持作战人员训练、战术演练和武器装备论证等。它将地理上分布的训练模拟器和参训人员合称为一个逻辑上的整体，在逼真的视镜和操作模拟环境中，进行人机交互度很高的仿真实验和演练。
分布式交互仿真是当今仿真技术领域的重要领域之一，其较高的工程应用价值，尤其在军事领域的应用价值，已引起世界各国的广泛重视。
随着分布式交互仿真技术的不断发展，各类标准的开发、制定与完善，相应的支撑软件的研究开发，分布式交互仿真技术已经引起各个研究机构的高度重视，并且逐渐应用于实际的系统。但是当前的分布式交互仿真技术在面对任务流(数据流)较多的情况下无法高效协同工作。
发明内容
本发明实施例提供一种实时高效分布式虚实结合仿真系统及构建方法，基于分布式服务系统，对仿真任务进行智能下发，并且基于仿真软总线实现分布式计算、多节点互联。
本发明实施例的第一方面，提供一种实时高效分布式虚实结合仿真系统，其特征在于，包括：
前端仿真装置，用于构建包括但不限于仿真设计环境、仿真运行管理环境以及虚拟实验环境中的一种或多种环境，基于以上环境接收仿真任务，所述仿真任务包括设计任务、管理任务以及实验任务中的任意一种或多种；
均衡负载装置，与所述前端仿真装置连接，用于接收所述仿真任务，将所述仿真任务进行分发；
分布式服务器集群，所述均衡负载装置选择一分布式服务器接收仿真任务，所述分布式服务器包括分别与仿真软总线连接的仿真部署单元、模型调取单元以及仿真模型单元，所述模型调取单元以及仿真模型单元分别与仿真软总线连接用于调用API函数，所述仿真部署单元将仿真任务分发至模型调取单元以及仿真模型单元进行处理。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述仿真软总线基于任意一个仿真任务生成时钟流、控制流和数据流中的任意一种或多种；
其中所述时钟流用于控制仿真模型单元进行时钟同步；
其中所述控制流用于控制仿真模型单元的状态调度；
其中所述数据流用于控制仿真模型单元进行数据交互。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，还包括一个或多个数据域，其中数据域中分别包括时钟分区、控制分区以及数据分区；
所述时钟流能够调用所述时钟分区；
所述控制流能够调用所述控制分区；
所述数据流能够调用所述数据分区。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，包括至少一个仿真模型，其中每个仿真模型由协同库接口和仿真软件建立的模型共同组成；
仿真模型包括AMESim仿真模型、Simulink仿真模型、C语言仿真模型以及Matlab M文件仿真模型中的任意一种或多种；
不同的仿真模型包含模型以及与其相对应的协同接口库。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述模型调取单元用于接收API函数阻塞等待时钟信号，并于Tn时刻发送时钟信号至仿真模型；
仿真模型收到时钟信号后解除阻塞，调用软总线数据读写API函数从仿真软总线上收发数据或任务。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，若仿真模型分别在Tn+S0、Tn+S1，或Tn+Sm中的任意时刻发送时钟相应的反馈信号,其中S0、S1，或Sm都大于0小于仿真步长T，则仿真引擎在Tn+max(S0,S1,…,Sm)时刻内完成Tn周期的仿真模型协同仿真。
本发明实施例的第二方面，提供一种实时高效分布式虚实结合仿真构建方法，包括以下步骤：
用于构建包括但不限于仿真设计环境、仿真运行管理环境以及虚拟实验环境中的一种或多种环境，基于以上环境接收仿真任务，所述仿真任务包括设计任务、管理任务以及实验任务中的任意一种或多种；
用于接收所述仿真任务，将所述仿真任务进行分发；
选择一分布式服务器接收仿真任务，将仿真任务分发至模型调取单元以及仿真模型单元进行处理。
可选地，在第二方面的一种可能实现方式中，所述仿真软总线基于任意一个仿真任务生成时钟流、控制流和数据流中的任意一种或多种；
其中所述时钟流用于控制仿真模型单元进行时钟同步；
其中所述控制流用于控制仿真模型单元的状态调度；
其中所述数据流用于控制仿真模型单元进行数据交互。
本发明实施例的第三方面，提供一种实时高效分布式虚实结合仿真构建设备，包括：存储器、处理器以及计算机程序，所述计算机程序存储在所述存储器中，所述处理器运行所述计算机程序执行权利要求7至8任一所述的方法。
本发明实施例的第四方面，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现本发明第一方面及第一方面各种可能设计的所述方法。
本发明提供的一种实时高效分布式虚实结合仿真系统及构建方法，有以下有点及效果：
(1)通过分布式服务器集群能够对大任务量的仿真任务进行处理，并基于任务量对不同的分布式服务器进行任务分发，使得分布式服务器集群中的服务器不会超载运行，运行速度高、故障率低。
(2)能够基于设计环境进行多个用户建立不同的仿真任务并发执，还能够通过建立的仿真软总线实现分布式计算、多节点互联，进行交互。
(3)通过仿真调取单元中的引擎能够实现并行同步解算。
(4)基于相对仿真软件独立的模型接口与仿真软总线进行数据交互，能够实现仿真软件的协同计算、处理。
附图说明
图1为实时高效分布式虚实结合仿真系统的第一种实施方式的结构示意图；
图2为实时高效分布式虚实结合仿真系统的第二种实施方式的结构示意图；
图3为实时高效分布式虚实结合仿真方法的第一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。
应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。
取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
本发明的实施例提供一种实时高效分布式虚实结合仿真系统，其如图1和图2所示，包括前端仿真装置，用于构建包括但不限于仿真设计环境、仿真运行管理环境以及虚拟实验环境中的一种或多种环境，基于以上环境接收仿真任务，所述仿真任务包括设计任务、管理任务以及实验任务中的任意一种或多种。其中前端仿真装置包括若干计算器。
均衡负载装置，与所述前端仿真装置连接，用于接收所述仿真任务，将所述仿真任务进行分发。通过均衡负载装置，可以对接收的仿真任务进行分发，分发时基于分布式集群中不同的服务器的工作状态进行分发，是每个服务器不会超载。
分布式服务器集群，所述均衡负载装置选择一分布式服务器接收仿真任务，所述分布式服务器包括分别与仿真软总线连接的仿真部署单元、模型调取单元以及仿真模型单元，所述模型调取单元以及仿真模型单元分别与仿真软总线连接用于调用API函数，所述仿真部署单元将仿真任务分发至模型调取单元以及仿真模型单元进行处理。基于以上方案，与分布式仿真软总线相连接，仿真引擎调用仿真软总线API函数与分布式仿真软总线相连接。仿真运行管理环境通过仿真部署单元将仿真任务部署到一个或多个个仿真处理装置上。仿真引擎和仿真模型都挂载到分布式仿真软总线上。
在一个实施例中，仿真软总线基于任意一个仿真任务生成时钟流、控制流和数据流中的任意一种或多种；其中所述时钟流用于控制仿真模型单元进行时钟同步；其中所述控制流用于控制仿真模型单元的状态调度；其中所述数据流用于控制仿真模型单元进行数据交互。其中时钟流、控制流和数据流之间相互隔离、不相关。还包括一个或多个数据域，其中数据域中分别包括时钟分区、控制分区以及数据分区；时钟流能够调用所述时钟分区；控制流能够调用所述控制分区；数据流能够调用所述数据分区。
仿真设计分析环境和仿真计算环境可以是分离的结构，其中仿真设计环境完成仿真任务设计，然后将仿真任务提交给仿真运行管理环境，仿真运行管理环境进行仿真任务配置，并通过仿真辅助服务模块将仿真任务部署到仿真计算机1，…，仿真计算机N上。仿真开始前，仿真运行管理环境向驻留在仿真计算机上的仿真辅助服务程序发送指令，启动仿真引擎和仿真模型。此时，仿真引擎和仿真模型都挂载到了分布式仿真软总线上，并通过控制流、时钟流和数据流进行通信。并且在仿真任务过程中，在仿真运行管理环境的控制下，仿真引擎通过控制流对仿真模型进行状态调度，通过时钟流对仿真模型进行时钟激励，仿真模型通过数据流进行数据交互。仿真运行过程中，仿真运行管理环境可以运行虚拟试验环境，通过虚拟试验环境来分析仿真软总线上的数据。
还包括至少一个仿真模型，其中每个仿真模型由协同库接口和仿真软件建立的模型共同组成；仿真模型包括AMESim仿真模型、Simulink仿真模型、C语言仿真模型以及Matlab M文件仿真模型中的任意一种或多种。不同的仿真模型包含模型以及与其相对应的协同接口库。
所述模型调取单元用于接收API函数阻塞等待时钟信号，并于Tn时刻发送时钟信号至仿真模型；仿真模型收到时钟信号后解除阻塞，调用软总线数据读写API函数从仿真软总线上收发数据或任务。若仿真模型分别在Tn+S0、Tn+S1，或Tn+Sm中的任意时刻发送时钟相应的反馈信号,其中S0、S1，或Sm都大于0小于仿真步长T，则仿真引擎在Tn+max(S0,S1,…,Sm)时刻内完成Tn周期的仿真模型协同仿真。在以上的步骤中，由AMESim、Simulink、C语言和M文件建立的仿真模型执行过程一样。
一种实时高效分布式虚实结合仿真构建方法，如图3所示其第一种实施方式的结构示意图，包括以下步骤：
S1、环境构建步骤：用于构建包括但不限于仿真设计环境、仿真运行管理环境以及虚拟实验环境中的一种或多种环境，基于以上环境接收仿真任务，所述仿真任务包括设计任务、管理任务以及实验任务中的任意一种或多种；
S2、任务分发步骤：用于接收所述仿真任务，将所述仿真任务进行分发；
S3、仿真处理步骤：选择一分布式服务器接收仿真任务，将仿真任务分发至模型调取单元以及仿真模型单元进行处理。
在一个实施例中，还包括以下步骤：
若仿真模型分别在Tn+S0、Tn+S1，或Tn+Sm中的任意时刻发送时钟相应的反馈信号,其中S0、S1，或Sm都大于0小于仿真步长T，则仿真引擎在Tn+max(S0,S1,…,Sm)时刻内完成Tn周期的仿真模型协同仿真。
本发明实施例还提供一种终端的硬件结构示意图，该终端包括：处理器、存储器和计算机程序；其中
存储器，用于存储所述计算机程序，该存储器还可以是闪存(flash)。所述计算机程序例如是实现上述方法的应用程序、功能模块等。
处理器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以实现上述方法中终端执行的各个步骤。具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。
可选地，存储器既可以是独立的，也可以跟处理器集成在一起。
当所述存储器是独立于处理器之外的器件时，所述终端还可以包括：
总线，用于连接所述存储器和处理器。的终端还可以进一步包括发送器(图中未画出)，用于向服务器发送处理器生成的第一类事件信息。
本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现上述的各种实施方式提供的方法。
其中，可读存储介质可以是计算机存储介质，也可以是通信介质。通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。计算机存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。例如，可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，简称：ASIC)中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。可读存储介质可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本发明还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得设备实施上述的各种实施方式提供的方法。
在上述终端或者服务器的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application SpecificIntegrated Circuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种实时高效分布式虚实结合仿真系统，其特征在于，包括：
前端仿真装置，用于构建包括但不限于仿真设计环境、仿真运行管理环境以及虚拟实验环境中的一种或多种环境，基于以上环境接收仿真任务，所述仿真任务包括设计任务、管理任务以及实验任务中的任意一种或多种；
均衡负载装置，与所述前端仿真装置连接，用于接收所述仿真任务，将所述仿真任务进行分发；
分布式服务器集群，所述均衡负载装置选择一分布式服务器接收仿真任务，所述分布式服务器包括分别与仿真软总线连接的仿真部署单元、模型调取单元以及仿真模型单元，所述模型调取单元以及仿真模型单元分别与仿真软总线连接用于调用API函数，所述仿真部署单元将仿真任务分发至模型调取单元以及仿真模型单元进行处理。
2.根据权利要求1所述的实时高效分布式虚实结合仿真系统，其特征在于，
所述仿真软总线基于任意一个仿真任务生成时钟流、控制流和数据流中的任意一种或多种；
其中所述时钟流用于控制仿真模型单元进行时钟同步；
其中所述控制流用于控制仿真模型单元的状态调度；
其中所述数据流用于控制仿真模型单元进行数据交互。
3.根据权利要求2所述的实时高效分布式虚实结合仿真系统，其特征在于，
还包括一个或多个数据域，其中数据域中分别包括时钟分区、控制分区以及数据分区；
所述时钟流能够调用所述时钟分区；
所述控制流能够调用所述控制分区；
所述数据流能够调用所述数据分区。
4.根据权利要求2所述的实时高效分布式虚实结合仿真系统，其特征在于，
包括至少一个仿真模型，其中每个仿真模型由协同库接口和仿真软件建立的模型共同组成；
仿真模型包括AMESim仿真模型、Simulink仿真模型、C语言仿真模型以及Matlab M文件仿真模型中的任意一种或多种；
不同的仿真模型包含模型以及与其相对应的协同接口库。
5.根据权利要求2所述的实时高效分布式虚实结合仿真系统，其特征在于，
所述模型调取单元用于接收API函数阻塞等待时钟信号，并于Tn时刻发送时钟信号至仿真模型；
仿真模型收到时钟信号后解除阻塞，调用软总线数据读写API函数从仿真软总线上收发数据或任务。
6.根据权利要求2所述的实时高效分布式虚实结合仿真系统，其特征在于，
若仿真模型分别在Tn+S0、Tn+S1，或Tn+Sm中的任意时刻发送时钟相应的反馈信号,其中S0、S1，或Sm都大于0小于仿真步长T，则仿真引擎在Tn+max(S0,S1,…,Sm)时刻内完成Tn周期的仿真模型协同仿真。
7.一种实时高效分布式虚实结合仿真构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
用于构建包括但不限于仿真设计环境、仿真运行管理环境以及虚拟实验环境中的一种或多种环境，基于以上环境接收仿真任务，所述仿真任务包括设计任务、管理任务以及实验任务中的任意一种或多种；
用于接收所述仿真任务，将所述仿真任务进行分发；
选择一分布式服务器接收仿真任务，将仿真任务分发至模型调取单元以及仿真模型单元进行处理。
8.根据权力要求7所述的实时高效分布式虚实结合仿真构建方法，其特征在于，
若仿真模型分别在Tn+S0、Tn+S1，或Tn+Sm中的任意时刻发送时钟相应的反馈信号,其中S0、S1，或Sm都大于0小于仿真步长T，则仿真引擎在Tn+max(S0,S1,…,Sm)时刻内完成Tn周期的仿真模型协同仿真。
9.一种实时高效分布式虚实结合仿真构建设备，其特征在于，包括：存储器、处理器以及计算机程序，所述计算机程序存储在所述存储器中，所述处理器运行所述计算机程序执行权利要求7至8任一所述的方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现权利要求7至8任一所述的方法。
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