CN114357705A - 一种云边一体化复杂产品协同仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种云边一体化复杂产品协同仿真系统，其特征在于，包括资源统一管理模块、仿真系统运行环境构建模块、云边一体化协同仿真运行控制模块、云边数据管理模块及云边一体化协同仿真可视化模块，其中，资源统一管理模块，用于实现对仿真资源的管理；仿真系统运行环境构建模块，用于实现仿真系统构建；云边一体化协同仿真运行控制模块，用于实现仿真过程的管控；云边数据管理模块，用于实现云边数据交互；云边一体化协同仿真可视化模块，用于实现仿真过程的直观显示。通过本申请所述技术方案，解决了异地协同仿真问题，将某系统传统分布仿真过程从2个月有效缩短为2周。
Description
技术领域
本发明涉及仿真技术领域。更具体地，涉及一种云边一体化复杂产品协同仿真系统。
背景技术
复杂产品具有配套的研制单位多、新技术多学科交叉突出等特点，同时整个研制过程存在大量的耦合、多次的交互和迭代，已成为一个极为复杂的系统工程。建模仿真作为数字化研发手段，被应用于复杂产品研制过程中，从单学科建模仿真，到多学科分布式协同建模仿真，到云仿真，在复杂产品研制过程中发挥了越来越重要的作用，力求提高复杂产品研制效率。
目前主流的分布式协同仿真支撑系统和云仿真支撑系统存在以下问题：
1)分布式协同仿真解决了多学科多领域模型交互仿真问题，但是针对每个领域模型需要手动部署运行环境，即在仿真运行之前需要大量的辅助工作，对仿真人员要求较高，同时由于借助于RTI(仿真运行中间件)实现数据交互，该中间件受限于局域网，对于跨地域的仿真支持存在问题。
2)云仿真基于高性能资源，实现了仿真资源能力的虚拟化与服务化，为用户提供按需动态组合的多类仿真服务环境，呈现给用户的是一个“虚拟化”的高性能、安全、可靠的协同仿真运行环境。解决了分布式协同仿真跨地域的问题和仿真环境自动构建问题，同时实现了仿真资源的细粒度描述和调度，提高了仿真效率。但是仿真运行时，需要将模型上传至云资源中心，尤其在与其他用户进行协同仿真运行时，需要共享模型，模型的私有性无法保障；同时面向海量用户时，资源永远都显得不足。
发明内容
为了解决上述问题中的至少一个，本申请提出了一种云边一体化复杂产品协同仿真系统，该系统包括：
资源统一管理模块、仿真系统运行环境构建模块、云边一体化协同仿真运行控制模块、云边数据管理模块及云边一体化协同仿真可视化模块，其中，
资源统一管理模块，用于实现对仿真资源的管理；
仿真系统运行环境构建模块，用于实现仿真系统构建；
云边一体化协同仿真运行控制模块，用于实现仿真过程的管控；
云边数据管理模块，用于实现云边数据交互；
云边一体化协同仿真可视化模块，用于实现仿真过程的直观显示。
在一个具体实施例中，所述仿真资源包括云端资源和边缘端资源，其中，
所述边缘端资源能够获取本地边缘内各节点的节点信息，以实现对边缘各节点进行资源的调度。
在一个具体实施例中，所述资源统一管理模块包括云端资源管理模块和边缘端资源管理模块，其中，
所述云端资源管理模块用于实现对所述云端资源的管理；
所述边缘端资源管理模块用于实现对所述边缘端资源的管理。
在一个具体实施例中，所述仿真系统由多个仿真成员模型共同组成。
在一个具体实施例中，所述仿真成员模型包括：
模型运行环境的语义描述、仿真系统配置文件解析功能、仿真系统运行环境语义描述元组的信息及各仿真成员模型运行环境的各个语义要素的信息。
在一个具体实施例中，所述仿真成员模型包括云端仿真成员模型和边缘端仿真成员模型。
在一个具体实施例中，所述云边一体化协同仿真运行控制模块用于控制仿真系统的运行和监控所有云端、边缘端仿真成员的运行过程以记录仿真运行时间信息，其中，所述运行包括开始、暂停和结束。
在一个具体实施例中，所述云边数据管理模块基于DDS和RTI两种数据传输方式，实现云端仿真成员模型与边缘端仿真成员模型运行过程中仿真数据的传输和交互。
在一个具体实施例中，所述云边一体化协同仿真可视化模块基于桌面虚拟化技术，将边缘端仿真成员模型的运行过程推送至云端，实现仿真过程的二维和三维可视化展示和用户操作。
在一个具体实施例中，用户通过浏览器能直观的看到所述仿真过程从而对仿真过程进行研判，并根据实际情况进行仿真干预。
本发明的有益效果如下：
本申请针对目前现有问题，提出了一种云边一体化复杂产品协同仿真系统，以解决对更大规模仿真用户的支持，边缘服务器直接响应仿真请求，减轻云仿真中心服务器的负载，进一步提升协同仿真效率；针对复杂产品分布异地协同仿真需求，通过云边一体化调度等技术手段，破解异地仿真协同困难，分布模型版权等问题，按需实现云边一体化复杂产品协同仿真，有效实现在参与协同开发的单位多以及协同模型多等场景下高效进行分散协同仿真。通过本申请所述技术方案，解决了异地协同仿真问题，将某系统传统分布仿真过程从2个月有效缩短为2周。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本申请的一个实施例所述的一种云边一体化复杂产品协同仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本申请提出了一种云边一体化复杂产品协同仿真系统实现对分布异地的多学科仿真模型进行联合仿真的支持，分布在边缘端的模型在本地进行仿真解算，仿真结果与运行在云端的总体模型进行数据交互，从而完成整个系统的联合仿真。
如图1所示，该仿真系统包括：
资源统一管理模块、仿真系统运行环境构建模块、云边一体化协同仿真运行控制模块、云边数据管理模块及云边一体化协同仿真可视化模块，这些模块部署于云端和边缘端。其中，
资源统一管理模块，用于实现对仿真资源的管理；
仿真系统运行环境构建模块，用于实现仿真系统构建；
云边一体化协同仿真运行控制模块，用于实现仿真过程的管控；
云边数据管理模块，用于实现云边数据交互；
云边一体化协同仿真可视化模块，用于实现仿真过程的直观显示。
在一个具体实施例中，所述仿真资源包括云端资源和边缘端资源，其中，
所述边缘端资源能够获取本地边缘内各节点的节点信息，以实现对边缘各节点进行资源的调度。
本申请参考边缘计算+云计算的技术理念，将其应用到云仿真系统中，构建云边一体化的仿真支撑系统，与中心式云仿真资源共同组成新型的“边缘+中心”的云仿真支撑系统，以提高仿真资源平台的吞吐率。
在一个具体实施例中，所述资源统一管理模块包括云端资源管理模块和边缘端资源管理模块，其中，所述云端资源管理模块用于实现对所述云端资源的管理；所述边缘端资源管理模块用于实现对所述边缘端资源的管理。
也就是说，本实施例中以协同仿真模式为应用场景，基于云仿真平台，在对云“中心”仿真资源统一管理基础上，将边缘的仿真资源/能力(以下简称边缘资源)接入到资源池中，组成“边缘+中心”式的仿真资源池。
即部署于云端的资源统一管理模块实现云端资源池的管理，部署于边缘端的资源统一管理模块实现边缘端资源池的管理，边缘资源能够像中心资源一样，获取本地边缘内各节点的节点信息，从而实现对边缘各节点进行资源的调度。
在一个具体实施例中，所述仿真系统由多个仿真成员模型共同组成。其中所述仿真成员模型包括：
模型运行环境的语义描述、仿真系统配置文件解析功能、仿真系统运行环境语义描述元组的信息及各仿真成员模型运行环境的各个语义要素的信息。
具体的，仿真系统由各个仿真成员模型共同组成，仿真成员包含对模型运行环境的语义描述，基于云边仿真系统运行环境构建模块的仿真系统配置文件解析功能，获取仿真系统运行环境语义描述元组的信息，及各成员模型运行环境的各个语义要素的信息。其中，
定义一：仿真系统运行环境语义描述元组FederationEnvDisc:
其中F为各成员模型的集合，N为仿真系统中成员模型的数量，FedModelEnvDisc(f)为成员模型f的运行环境语义描述元组。
定义二：成员模型运行环境语义描述元组FedModelEnvDisc：
FedModelEnvDisc(f)＝<Node,OS,SoftSet,CPU,Mem,Storage,Net>，其中f为仿真成员模型，Node表示部署端(云中心为0，根据实际应用定义边缘序号)，OS表示操作系统，SoftSet表示软件环境，CPU、Mem、Storage、Net分别表示对CPU核数、内存大小、存储容量、网络带宽的需求。
云边仿真系统运行环境构建模块根据上述描述进行解析环境需求，调度不同的计算资源、软件资源等，共同构建模型所需运行环境。
在仿真系统运行环境搭建后，所需要的就是将仿真成员模型上传到指定的位置，完成仿真系统的动态构建。
需要说明的是，所述仿真成员模型包括云端仿真成员模型和边缘端仿真成员模型。
在一个具体实施例中，所述云边一体化协同仿真运行控制模块用于控制仿真系统的运行和监控所有云端、边缘端仿真成员的运行过程以记录仿真运行时间信息，其中，所述运行包括开始、暂停和结束。
其中，ControlInterface＝＜Initia(),Start(),Pause(),Continue(),Stop(),Destroy()＞，其中Initia表示初始化接口，Start表示仿真初始化接口，Pause表示仿真暂停接口，Continue表示仿真继续接口，Stop表示仿真结束接口，Destroy表示仿真撤销接口。
在一个具体实施例中，所述云边数据管理模块基于DDS(Data DistributionService)数据分发服务和RTI两种数据传输方式，实现云端仿真成员模型与边缘端仿真成员模型运行过程中仿真数据的传输和交互。
本系统支持DDS和RTI两种数据传输方式：
(1)DDS接口：
首先，获取匹配的数据源接口GetMatched(Client_Type)；该接口可以返回与当前客户端相匹配的发布端或订阅端的数量。其中参数指定了当前客户端的类型(发布端、订阅端或两者都是)。
其次，发送数据接口SendData(Head，Body)：该接口可以将数据发送到所有感兴趣的订阅端。其中Head是一个结构，里面包含了相关的数据头信息，包括发送者ID、时戳、数据类型、数据长度等；Body是要发送的数据，按照一种自定义的统一格式存储。
最后，处理接收到的数据接口GetData()：该接口用于处理接收到的数据，并将数据传给需要的本地程序模块。对于不同的数据类型或消息，需要不同的处理程序与之对应。
(2)RTI接口包括：用于发送数据的发布数据接口Publisher()和用于接收数据的订阅数据接口Subscriber()。
在一个具体实施例中，所述云边一体化协同仿真可视化模块基于桌面虚拟化技术，将边缘端仿真成员模型的运行过程推送至云端，实现仿真过程的二维和三维可视化展示和用户操作；用户通过浏览器能直观的看到所述仿真过程从而对仿真过程进行研判，并根据实际情况进行仿真干预。
本申请针对目前现有问题，提出了一种云边一体化复杂产品协同仿真系统，以解决对更大规模仿真用户的支持，边缘服务器直接响应仿真请求，减轻云仿真中心服务器的负载，进一步提升协同仿真效率；针对复杂产品分布异地协同仿真需求，通过云边一体化调度等技术手段，破解异地仿真协同困难，分布模型版权等问题，按需实现云边一体化复杂产品协同仿真，有效实现在参与协同开发的单位多以及协同模型多等场景下高效进行分散协同仿真。通过本方法，解决了异地协同仿真问题，将某系统传统分布仿真过程从2个月有效缩短为2周。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种云边一体化复杂产品协同仿真系统，其特征在于，包括资源统一管理模块、仿真系统运行环境构建模块、云边一体化协同仿真运行控制模块、云边数据管理模块及云边一体化协同仿真可视化模块，其中，
资源统一管理模块，用于实现对仿真资源的管理；
仿真系统运行环境构建模块，用于实现仿真系统构建；
云边一体化协同仿真运行控制模块，用于实现仿真过程的管控；
云边数据管理模块，用于实现云边数据交互；
云边一体化协同仿真可视化模块，用于实现仿真过程的直观显示。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真资源包括云端资源和边缘端资源，其中，
所述边缘端资源能够获取本地边缘内各节点的节点信息，以实现对边缘各节点进行资源的调度。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述资源统一管理模块包括云端资源管理模块和边缘端资源管理模块，其中，
所述云端资源管理模块用于实现对所述云端资源的管理；
所述边缘端资源管理模块用于实现对所述边缘端资源的管理。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真系统由多个仿真成员模型共同组成。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述仿真成员模型包括：
模型运行环境的语义描述、仿真系统配置文件解析功能、仿真系统运行环境语义描述元组的信息及各仿真成员模型运行环境的各个语义要素的信息。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述仿真成员模型包括云端仿真成员模型和边缘端仿真成员模型。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云边一体化协同仿真运行控制模块用于控制仿真系统的运行和监控所有云端、边缘端仿真成员的运行过程以记录仿真运行时间信息，其中，所述运行包括开始、暂停和结束。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述云边数据管理模块基于DDS和RTI两种数据传输方式，实现云端仿真成员模型与边缘端仿真成员模型运行过程中仿真数据的传输和交互。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云边一体化协同仿真可视化模块基于桌面虚拟化技术，将边缘端仿真成员模型的运行过程推送至云端，实现仿真过程的二维和三维可视化展示和用户操作。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，用户通过浏览器能直观的看到所述仿真过程从而对仿真过程进行研判，并根据实际情况进行仿真干预。
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| CN202111449055.7A CN114357705A (zh) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 一种云边一体化复杂产品协同仿真系统 |
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| CN (1) | CN114357705A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117880244A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 中国电子科技集团公司第二十八研究所 | 一种适用高机动环境的边缘通信优化方法及系统 |
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2021
- 2021-11-30 CN CN202111449055.7A patent/CN114357705A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117880244A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 中国电子科技集团公司第二十八研究所 | 一种适用高机动环境的边缘通信优化方法及系统 |
| CN117880244B (zh) * | 2024-03-13 | 2024-05-14 | 中国电子科技集团公司第二十八研究所 | 一种适用高机动环境的边缘通信优化方法及系统 |
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