CN113630280A - 一种分布式协同仿真运行平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式协同仿真运行平台，所述的分布式协同仿真运行平台由底层软/硬件、通信中间件和上层构成，通过对所述底层软/硬件的封装和屏蔽，在所述上层的应用软件和所述底层软/硬件之间实现解耦，通过后台的平台配置工具和状态监测工具实现对所述通信中间件的运行管理；所述上层的应用软件与仿真模型基于所述底层软/硬件中的数据库和通信服务器实现数据通信与存储。解决了雷达电子战仿真应用的协同仿真平台中的传输、计算、存储、时间管理等多项关键问题，并通过采用异步时间推进的方式，保留了仿真雷达电子战信号各成员的原有时间步进节拍，保证了仿真雷达电子战信号仿真的逼真性。

Description

一种分布式协同仿真运行平台

技术领域

本发明属于信号数据处理领域，涉及分布式信号处理方法，特别涉及一种分布式协同仿真运行平台。

背景技术

在数据传输方面，目前国内的大部分分布式协同仿真架构上有两种选择，即：基于HLA（High Level Architecture，高级体系结构）的高层体系结构；基于DDS（DataDistribution Service，数据分发服务）的数据分发服务。

上述两种架构在信号级仿真的实际应用中面临传输带宽低的问题，主要原因如下：

1）复杂的QoS（Quality of Service，服务质量）策略降低了传输效率；

2）在系统设计需要通过IDL语言定义接口数据格式，系统灵活性差；

3）无中心化的设计，导致各仿真子系统数据传输不可控，不利于仿真时序的控制与数据的监测、评估。

在多成员仿真时间管理方面，当前主要采用了固定时间节拍推进的方式。这种方式存在推进效率低、仿真精度低，同时仿真成员为了适应固定节拍，要对流程和接口程序的适应性进行修改。数字仿真主要采用串行数据流的方式，实现多台计算机节点的协同仿真，存在协同计算效率低、仿真速度慢等缺点。同时数字仿真项目的仿真流程和接口多为专用设计，不具备通用性，存在可移植和扩展性差等问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种分布式协同仿真运行平台。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种分布式协同仿真运行平台，其特征在于，所述的分布式协同仿真运行平台由底层软/硬件、通信中间件和上层构成，其中：

所述底层软/硬件包括数据库和通信服务器、交换机、数据层网络和维护层网络；

所述通信中间件包括数据通道、指令通道、事件通道、状态通道、通道监测、访问权限以及数字存储；

所述应用软件和仿真模型位于所述分布式协同仿真运行平台的上层；

通过对所述底层软/硬件的封装和屏蔽，在所述上层的应用软件和所述底层软/硬件之间实现解耦，通过后台的平台配置工具和状态监测工具实现对所述通信中间件的运行管理；所述上层的应用软件与仿真模型基于所述底层软/硬件中的数据库和通信服务器实现数据通信与存储。

对所述通信中间件的运行管理采取异步节拍时间推进的管理方法，包括以下两种：

a）分布式申请、最近时间推进原则：

从仿真起始时刻，每个仿真成员向仿真平台发送申请推进时间申请；时间管理成员如果发现所有具有申请时间推进的成员均提出了申请时间推进的申请，则将当前时间推进到所有申请成员中，确认为最近“申请推进时间”，然后发送时间信息告知所有仿真成员；

b）因果原则：

每个成员的申请时间为当前因果条件满足的最大时间，即在当前外界输入的条件下，仿真成员所能够产生仿真数据的最大时间；保证每个成员在时间更新后，不会产生对原则数据进行颠覆和修改。

本发明的分布式协同仿真运行平台，针对仿真系统应用分机众多，仿真计算量大等特点，通过分布式协同仿真运行平台，利用多台服务器和工作站分别负责不同的模型与软件运行，对各类信息处理、各类信号仿真、过程进行信号级仿真，提高仿真实时性，有效解决了多个应用软件在一个软硬件平台上开发程序，造成的运行系统调试工作量大、软件稳定性差、计算资源难以满足仿真时效性等问题。并解决了雷达电子战仿真应用的协同仿真平台中的传输、计算、存储、时间管理等多项关键问题，并通过采用异步时间推进的方式，保留了仿真雷达电子战信号各成员的原有时间步进节拍，保证了仿真雷达电子战信号仿真的逼真性。

附图说明

图1为本发明构建的分布式协同仿真运行平台框图；

图2为通道模型示意图；

图3为时间推进流程示意图；

图4为时间推进时序示意图。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例给出一种分布式协同仿真运行平台，所述的分布式协同仿真运行平台由底层软/硬件、通信中间件和上层构成，其中：

所述底层软/硬件包括数据库和通信服务器、交换机、数据层网络和维护层网络；

所述通信中间件包括数据通道、指令通道、事件通道、状态通道、通道监测、访问权限以及数字存储；

所述应用软件和仿真模型位于所述分布式协同仿真运行平台的上层；

通过对所述底层软/硬件的封装和屏蔽，在所述上层的应用软件和所述底层软/硬件之间实现解耦，通过后台的平台配置工具和状态监测工具实现对所述通信中间件的运行管理；所述上层的应用软件与仿真模型基于所述底层软/硬件中的数据库和通信服务器实现数据通信与存储。

针对于雷达电子战的专业方法应用，对所述通信中间件的运行管理提出了基于异步节拍时间推进的管理方法，主要采用了以下两种策略：

a）分布式申请、最近时间推进原则：从仿真起始时刻，每个仿真成员向仿真平台发送申请推进时间申请；时间管理成员如果发现所有具有申请时间推进的成员均提出了申请时间推进的申请，则将当前时间推进到所有申请成员中，确认为最近的“申请推进时间”，然后发送时间信息告知所有仿真成员。

b）因果原则：每个成员的申请时间为当前因果条件满足的最大时间，即在当前外界输入的条件下，仿真成员所能够产生仿真数据的最大时间；保证每个成员在时间更新后，不会产生对原则数据进行颠覆和修改。

针对信号级分布式仿真的需求上，沿用发布/订阅通信的设计模式，结合信号级仿真海量数据传输的特点，在40G光纤以太网链路、TCP/IP传输协议基础上，实现一套高效、灵活、可控的分布式协同仿真运行平台，主要体现在：

a)采用基本的传输质量保证策略，简化自定义分布式仿真协议，提升传输链路带宽利用率（90%以上），进而提升系统传输效率；

b)采用透传的数据传输策略，运行时确定数据内容与数据长度，提升系统传输灵活性；

c)采用虚拟中心设计，即避免了中心节点带来的性能瓶颈，又保证仿真模型（仿真子系统）间数据不丢失并支持数据监控与永久化存储，提升分布式协同仿真运行平台稳定性与可靠性。

图2给出了通道模型示意图，指令由通道传输，并持久化的记录于硬盘。

如图3、图4所示，以分布式协同仿真运行平台时间推进为例，在本实施例中包括模型1和模型2，其中模型1又包括模型1-1和仿真模型1-2。不仅不同模型的工作周期不一致，同时像模型1-1的工作周期会随着工作模式和参数变化而变化。根据本仿真实例需求，分布式协同仿真运行平台的时间推进机制采用分布式申请、最近时间推进原则与因果原则作为基本原则。

时间推进的基本流程如图3所示。

在本实施例中，分布式协同仿真运行平台存在两种时间粒度：

时间粒度1：仿真成员1时间粒度，时长20ms。在这个时间粒度下，仿真成员1进行事件1和事件2仿真，并对外发送仿真信息，仿真成员2和仿真成员3对该数据进行接收作。

时间粒度2：仿真成员2的单次处理时间粒度，时长为CPI（Coherent ProcessingInterval，相干处理间隔）；在这个时间粒度中，仿真成员2、仿真成员3均以该粒度进行工作。

仿真成员2的推进时间条件：

1）仿真成员2完成当前帧的接收和处理工作；

2）下一CPI帧的调度包（工作参数）发送完成。其中，下一CPI帧的调度包（工作参数）发送完成，为仿真成员2完成当前帧的接收和处理工作步骤的前提条件；另外，在一些雷达处理中，下一帧的调度数据并不需要前一帧的处理结果，而是之前更早的结果即可，这样可以给处理和回波模拟之间留下一定的并行可能性。其中，申请的时间为下一个CPI帧的对应时间。

仿真成员3申请条件：

1）仿真成员2调度数据（工作参数）到位；

2）仿真成员2数据到位。如果在当前限制的仿真成员2数据条件下，模拟成员只能生成有限的仿真成员2数据，然后申请到当前对应的仿真成员2数据时间，而仿真成员2数据发送成员看到推进到上一拍的仿真成员2数据，必定会再在对应时间发送一拍，从而保证系统继续推进。申请的时间为调度数据和轨迹数据的最短时间。时间推进的基本时序为如图4所示。

本实施例给出的分布式协同仿真运行平台，相比于目前现有的分布式协同仿真架构，将数据传输带宽从10MB，提升到了300MB。在多成员仿真时间管理方面，通过采用异步时间推进的方式，保留了仿真雷达电子战信号各成员原有时间步进节拍，保证了仿真的逼真性，同时提高了推进效率、仿真精度等特点。

Claims (1)

1.一种分布式协同仿真运行平台，其特征在于，所述的分布式协同仿真运行平台由底层软/硬件、通信中间件和上层构成，其中：

所述底层软/硬件包括数据库和通信服务器、交换机、数据层网络和维护层网络；

所述通信中间件包括数据通道、指令通道、事件通道、状态通道、通道监测、访问权限以及数字存储；

所述应用软件和仿真模型位于所述分布式协同仿真运行平台的上层；

通过对所述底层软/硬件的封装和屏蔽，在所述上层的应用软件和所述底层软/硬件之间实现解耦，通过后台的平台配置工具和状态监测工具实现对所述通信中间件的运行管理；所述上层的应用软件与仿真模型基于所述底层软/硬件中的数据库和通信服务器实现数据通信与存储；

对所述通信中间件的运行管理采取异步节拍时间推进的管理方法，包括以下两种：

a）分布式申请、最近时间推进原则：

从仿真起始时刻，每个仿真成员向仿真平台发送申请推进时间申请；时间管理成员如果发现所有具有申请时间推进的成员均提出了申请时间推进的申请，则将当前时间推进到所有申请成员中，确认为最近“申请推进时间”，然后发送时间信息告知所有仿真成员；

b）因果原则：

每个成员的申请时间为当前因果条件满足的最大时间，即在当前外界输入的条件下，仿真成员所能够产生仿真数据的最大时间；保证每个成员在时间更新后，不会产生对原则数据进行颠覆和修改。

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