CN112532422A - 一种基于混合时间管理系统的hla/dds桥接器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，属于分布式建模仿真领域。本发明对DDS和HLA两者之间的交互消息进行时序上的管控，并将DDS采集实装系统无时戳的消息转换映射为HLA仿真系统有时戳的消息，使得DDS采集实装系统发出的消息能够以正确的时戳顺序发送至HLA仿真系统，HLA仿真系统发出的消息也能够以正确的逻辑顺序发送至DDS采集实装系统，实现协同仿真的推进一致性。本发明有效的提高了双边通信效率以及协同仿真的准确度。

Description

一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器
技术领域
本发明属于分布式建模仿真领域。
背景技术
高层体系架构(High Level Architecture，HLA)是试图解决建模与仿真领域中的诸多问题所提出的一个仿真标准，联邦运行支撑环境(Run Time Infrastructure，RTI)是HLA接口规范的具体实现，支持HLA提出的六大管理服务。DDS(Data DistributionService)是OMG组织提出的实时系统数据分发服务，是以数据为中心，企图减少软件升级换代时的开发成本以及提高数据分发效率。作为数字孪生课题下的仿真域和实装域，使用HLA和DDS体系能够高效的搭建基于该框架的多协议栈云仿真引擎。联通两个体系的桥接器中间件负责将消息数据进行相应的映射和转换，转发到另外一边并进行协同仿真。
为了保证仿真结果的逻辑一致性，HLA规定了其一大管理服务为时间管理，对仿真成员的推进进行管控，使仿真能够正确推进；DDS虽不具备时间管理服务，却具有丰富的QoS(Quality of Service，服务质量)策略，其中一些即可为时间管理提供服务，由于HLA和DDS是不同的两个体系，目前对于HLA和DDS交互通信的技术和研究较少，因此采用桥接器的结构实现两侧数据的传输；尽管朱瑞峰等在学位论文《基于桥接器等HLA域DDS互联技术研究》中提出了基于桥接器的通信、传输策略，但是对消息发送的时间管理机制并不完善，导致桥接器转发消息的效率低下，成为HLA/DDS协同仿真体系推进的瓶颈。
发明内容
发明目的：为了解决现有上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器。
技术方案：本方发明提供了一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，所述HLA/DDS桥接器包括第一、二传输组件，所述第一传输组件内设有对象类消息列队和交互类消息列队，所述第一传输组件接收DDS采集实装系统推进的消息，并记录消息源时间戳，然后将收到的消息划分为对象类消息和交互类消息后放入到相应的消息列队中，根据消息的时间戳设置消息的发送顺序，按照发送顺序依次对要发送的消息打上适用于HLA仿真系统的时间戳，并按照顺序发送至HLA仿真系统；所述HLA仿真系统根据收到的消息进行仿真修正，并将仿真得到的数据通过第二传输组件发送至DDS采集实装系统，从而对DDS采集实装系统进行控制。
进一步的，DDS采集实装系统内设有主题分割服务，所述主题分割服务用于将事件消息进行划分成对象类消息或交互类消息，针对对象类消息，DDS采集实装系统以步长的方式进行周期性推进，针对交互类消息，例如产线上的某个动作，DDS采集实装系统以事件发生的方式进行推进。
进一步的，第一传输组件在作为HLA仿真系统的联邦成员时，将自身时间推进策略设置为仅时间控制；第二传输组件在作为HLA仿真系统的联邦成员时，将自身时间推进策略设置为仅时间受限。
进一步的，所述第一传输组件内设有主题分割服务，截止时间服务和消息源时间戳顺序服务；所述主题分割服务用于将事件消息进行划分成对象类消息或交互类消息；所述截止时间服务用于规定发布对象类消息的参与者在预设的时间内更新数据；所述消息源时间戳顺序服务用于根据消息源头上的源时间戳确定消息的排序，使两条消息队列中的消息都按照时间戳递增的顺序进行写入和读出。
进一步的，所述第一传输组件根据消息的时间戳设置消息的发送顺序，具体为：判断两个消息列队的状态是否为非空，如果两个消息列队的状态是空，则转步骤1，若只有一个列队的状态为非空，则选择发送该列队的列头的事件消息；若两个消息列队的状态都为非空，则比较两个消息列队的列头的事件消息的时间戳之差是否大于预设的阈值
Figure BDA0002746976780000021
若是则选择时间戳小的列头的事件消息优先发送，否则选择对象类消息列队中的列头的事件消息优先发送。
有益效果：本发明对连续的对象类消息和离散的交互类消息进行区分处理，结合两种消息的产生特点，加入不同的消息队列进行转发，保证一致性的同时提高了通信速度，该系统有效的提高了双边通信效率以及协同仿真的准确度；本发明将两个不同的域打通，并能够有效缓解通信效率瓶颈问题；结合两边HLA和DDS体系的特点，充分利用HLA六大管理服务和DDS丰富的QoS策略，提高协同仿真推进的效率和置信度。
附图说明
图1为本发明应用在HLA和DDS之间的结构示意图；
图2为本发明桥接器的整体工作流程图；
图3为第一传输组件在接受DDS消息时的流程图；
图4为第一传输组件将DDS发送至HLA时的流程图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1和图2所示，本发明提供一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，该桥接器包括第一、二传输组件所述第一传输组件Bridge_DH内设有对象类消息列队和交互类消息列队，如图3所示，所述第一传输组件接受DDS采集实装系统推进的消息，并将收到的消息划分为对象类消息和交互类消息后放入到相应的消息列队中，然后根据消息的时间戳选择合适的消息发送至HLA仿真系统，所述HLA仿真系统根据收到的消息进行仿真修正，并将仿真得到的数据通过第二传输组件Bridge_HD发送至DDS采集实装系统，从而对DDS采集实装系统进行控制。
所述DDS采集实装系统产生的数据，例如产线数据，在实装系统产生的事件中包含这些数据，DDS的分割主题服务将事件按照其产生的时机和方式可以大致分为非触发式的连续事件(对象类消息)和触发式的离散事件(交互类消息)。针对不同的两种事件，可以采取两种不同的策略进行事件消息的推进、传递。对于对象类消息，例如温度计读数，可以以步长的方式进行周期性推进；而对于交互类消息，例如产线上的某个动作，可以以事件发生的方式进行推进。
优选的，第一传输组件作为HLA中的仿真联邦对象成员，需要将DDS域发送来的数据转发至HLA仿真域，由于其在HLA+DDS架构中转述者的角色，故在HLA域中将其设置为时间控制而非时间受限，也即该桥接器部件的推进将会影响HLA仿真域中其他仿真对象成员的推进，但其他仿真对象成员的推进将不会影响到该桥接器部件的正常推进，能够将消息尽可能实时的转发到HLA仿真域；DDS体系本身不具备时间管理策略，因此DDS消息不具备时间戳，仅有发送的逻辑顺序，但HLA是具有时间概念的体系，因此由DDS到HLA域的消息转发应当做出相应的时戳映射。在本实施例中，DDS消息按照逻辑顺序等待发出，在发出前将被桥接器以仿真联邦成员的身份打上HLA仿真体系的时间戳，继而发送到HLA域进行仿真推进。
优选的，如图4所示，所述第一传输组件内部维护两个队列，分别对步骤1所述的两类事件消息进行缓存，在第一传输组件转发消息时，会判断两个队列是否为空，如果有其中之一为空则转发另一个队列的队列头的事件消息；如果两个队列都非空，则比较两个队列头的事件的时间戳大小，以时间戳小的事件消息为优先。如果出现两个队列头的消息时间戳相等或对象类事件消息仅比交互类事件消息的时间戳小一个阈值
Figure BDA0002746976780000041
该阈值可以被动态的设定为DDS域各参与者之间的平均传输延迟，则应当优先考虑对象类消息，其原因在于：交互类事件一旦发生，则势必会对DDS域的实装系统产生影响，进而改变对象类消息的值，如果第一传输组件优先转发交互类事件消息，则该消息进入到HLA仿真域后产生作用，对仿真域的某些参数或属性造成影响，在此之后，HLA域又会收到一条过期的对象类事件消息，这时就会产生仿真中的过程不一致性，破坏协同仿真推进的逻辑关系顺序。
优选的，由DDS域到HLA域的Bridge_DH采用OpenDDS所规定的主题分割服务、截止时间服务以及消息源时间戳顺序服务，采用主题分割服务能够在订阅对象类数据和交互类数据时进行划分，当某一类数据到来时，即可将其放入对应的消息队列。采用截止时间服务策略能够规定其他发布对象类数据的参与者在规定的时间内更新数据，如果未及时更新可以进行通知或忽略该消息。采用消息源时间戳顺序服务可以使第一传输组件根据数据源头上的源时间戳确定样本的排序，从而能够确定DDS域正确的时间发生顺序，使两条消息队列中的消息都按照时间戳递增的顺序进行写入和读出。
优选的，由HLA仿真域到DDS实装域的第二传输组件Bridge_HD与上述部件相似，该组件在HLA仿真域是时间受限而非时间控制的，它受仿真联邦其他成员推进的影响，进而将消息传递至DDS域；在DDS域该组件是发布者而非订阅者，会将仿真中的事件消息发送到其他DDS参与者。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，其特征在于，所述HLA/DDS桥接器包括第一、二传输组件，所述第一传输组件内设有对象类消息列队和交互类消息列队，所述第一传输组件接收DDS采集实装系统推进的消息，并记录消息源时间戳，然后将收到的消息划分为对象类消息和交互类消息后放入到相应的消息列队中，根据消息的时间戳设置消息的发送顺序，按照发送顺序依次对要发送的消息打上适用于HLA仿真系统的时间戳，并按照顺序发送至HLA仿真系统；所述HLA仿真系统根据收到的消息进行仿真修正，并将仿真得到的数据通过第二传输组件发送至DDS采集实装系统，从而对DDS采集实装系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，其特征在于，DDS采集实装系统内设有主题分割服务，所述主题分割服务用于将事件消息划分成对象类消息或交互类消息，针对对象类消息，DDS采集实装系统以步长的方式进行周期性推进，针对交互类消息，DDS采集实装系统以事件发生的方式进行推进。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，其特征在于，第一传输组件在作为HLA仿真系统的联邦成员时，将自身的时间推进策略设置为仅时间控制；第二传输组件在作为HLA仿真系统的联邦成员时，将自身的时间推进策略设置为仅时间受限。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，其特征在于，所述第一传输组件内设有主题分割服务，截止时间服务和消息源时间戳顺序服务；所述主题分割服务用于将事件消息划分成对象类消息或交互类消息；所述截止时间服务用于规定发布对象类消息的参与者在预设的时间内更新数据；所述消息源时间戳顺序服务用于根据消息源头上的源时间戳确定消息的排序，使两条消息队列中的消息都按照时间戳递增的顺序进行写入和读出。
5.根据权利要求1所述的一种基于混合时间管理系统的HLA/DDS桥接器，其特征在于，所述第一传输组件根据消息的时间戳设置消息的发送顺序，具体为：判断两个消息列队的状态是否为非空，如果两个消息列队的状态都是空，则重新获取DDS采集实装系统发送的消息，若只有一个列队的状态为非空，则选择发送该非空列队的列头的事件消息；若两个消息列队的状态都为非空，则比较两个消息列队的列头的事件消息的时间戳之差是否大于预设的阈值∈，若是则选择时间戳小的列头的事件消息优先发送，否则选择对象类消息列队中列头的事件消息优先发送。
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朱瑞峰: "基于桥接器的HLA与DDS互连技术研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *

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