CN114936071B - 一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了仿真应用技术领域内的一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统，包括：仿真资源层，仿真资源层包括若干仿真承载平台，仿真承载平台用以提供仿真数据；仿真服务层，仿真服务层包括资源管理模块和边缘服务网络模块，资源管理模块用以提供基础软硬件适配单元和容器支撑单元，边缘服务网络模块用以实现信息接入、数据处理、传输管理和交换功能；仿真应用层，仿真应用层包括若干分布式仿真应用，分布式仿真应用用以执行仿真任务。基于“云‑边‑端”分布式仿真系统模型提出的民机机载分布式仿真系统功能架构能够解决民机机载分布式仿真常有的高延时、大数据量引起的链路束缚等问题，极大提高了仿真的效率和速度。

Description

一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统

技术领域

本发明涉及仿真应用技术领域，特别涉及一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统。

背景技术

近年来，航空科技日新月异，民机产业不断升级，民用航空器对安全性和可靠性的追求与日俱增。作为航空器的核心部件，机载系统的功能和性能直接关系到飞机的主要功能实现和飞行安全保障。与此同时，其机载系统性能也面临愈加苛刻的性能提升要求。而在机载系统的研制和改进中，仿真以其低成本、广覆盖、时空间约束低和问题前瞻等优势，逐步成为机载系统研发、验证和确认环节中的重要技术。

然而需要指出，随着机载系统要求的极限扩充，机载仿真平台技术逐步向数字化、网络化、智能化、集成化、虚拟化、协同化的方向发展。而研究人员对机载系统仿真的关注，也逐渐从传统的集中式仿真向并行仿真、基于Web的仿真、分布式仿真等多样模式转移。其中，在现今的分布式仿真研究中，试验考虑了更多的实物和半实物仿真，也因此各地域相应的实装模型和硬件装备也需接入或纳入仿真系统中以提升仿真可信度和可靠性。这为仿真系统的实时计算性能提出了新的巨大挑战。

尽管近来有云仿真等技术解决了时装模型和硬件装备接入问题，并为大规模仿真提供了强大的计算能力。但仍需注意，越来越多的分布式传感器和网络边缘节点的仿真接入，大幅度加重了云仿真计算和处理的负担，云计算的网络带宽、网络延时和计算实时性等都再难以满足机载仿真系统的性能需求。

发明内容

本申请通过提供一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统，解决了现有技术中常规云计算方式难以满足机载仿真系统的性能需求，提高了仿真的效率和速度。

本申请实施例提供了一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统，包括：

仿真资源层，所述仿真资源层包括若干仿真承载平台，所述仿真承载平台用以提供仿真数据；

仿真服务层，所述仿真服务层包括资源管理模块和边缘服务网络模块，所述资源管理模块用以提供基础软硬件适配单元和容器支撑单元，所述边缘服务网络模块用以实现信息接入、数据处理、传输管理和交换功能；

仿真应用层，所述仿真应用层包括若干分布式仿真应用，所述分布式仿真应用用以执行仿真任务。

上述实施例的有益效果在于：将仿真承载平台产生的仿真数据经由服务类型层接入边缘服务网络中，通过边缘服务网络提供的各项服务资源完成实时性要求高的数据处理，并将处理完的数据仿真数据统一上传至应云计算中心，实现所有的仿真数据的融合与集成。基于“云-边-端”分布式仿真系统模型提出的民机机载分布式仿真系统功能架构能够解决民机机载分布式仿真常有的高延时、大数据量引起的链路束缚等问题，极大提高了仿真的效率和速度。通过该民机机载分布式仿真系统功能架构，各分布式用户可以获得高效、准确的仿真结果。

在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：

在本申请其中一个实施例中，所述仿真承载平台包括计算资源、存储资源、通信网络资源和数据资源。上述资源用以为分布式仿真服务提供支撑。

在本申请其中一个实施例中，所述仿真承载平台为固定式仿真服务中心、便携式仿真系统、通用仿真终端或实物仿真终端。

在本申请其中一个实施例中，所述边缘服务网络模块包括仿真服务框架单元、服务监控管理单元、集成开发工具单元、边缘服务目录单元和服务网格代理单元，所述仿真服务框架单元用以实施网络传输协议，所述服务监控管理单元用以对各组成部分的运行状态及运行情况进行监控，所述集成开发工具单元用以提供分布式仿真系统的可视化服务开发、服务调试、服务验证和服务部署工具，所述边缘服务目录单元用以提供服务类型的注册、分布式多级多节点服务信息同步、服务分级管理、服务元数据的管理、服务的按权发布功能，所述服务网格代理单元用以实现数据的发送、多协议的支持以及集成容器化部署功能。通过将部分仿真承载平台提供的仿真数据和实时性要求较高的计算基于边缘计算网络进行处理，降低仿真业务处理时延，保证带宽要求，降低仿真业务的云端服务器计算负荷，提升网络整体的鲁棒性。

在本申请其中一个实施例中，所述边缘服务网络模块支持SOAP、RTP、gRPC、Restful或MQTT通信协议。

在本申请其中一个实施例中，所述分布式仿真应用包括机载组件仿真应用、机载系统仿真应用、飞机仿真应用、飞机集群仿真应用、仿真效能评估应用和仿真优化应用。机载组件仿真应用、机载系统仿真应用、飞机仿真应用、飞机集群仿真应用、仿真效能评估应用和仿真优化应用在云计算和边缘计算环境及服务基础上提供仿真活动，支持航空器及其机载系统的各类场景下的飞行任务仿真。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.将仿真承载平台产生的仿真数据经由服务类型层接入边缘服务网络中，通过边缘服务网络提供的各项服务资源完成实时性要求高的数据处理，并将处理完的数据仿真数据统一上传至应云计算中心，实现所有的仿真数据的融合与集成；

2.基于“云-边-端”分布式仿真系统模型提出的民机机载分布式仿真系统功能架构能够解决民机机载分布式仿真常有的高延时、大数据量引起的链路束缚等问题，极大提高了仿真的效率和速度；

3.通过该民机机载分布式仿真系统功能架构，各分布式用户可以获得高效、准确的仿真结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请实施例通过提供一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统，解决了现有技术中常规云计算方式难以满足机载仿真系统的性能需求，提高了仿真的效率和速度。

本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

实施例：

如图1所示，一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统，包括通过服务总线连通的仿真资源层、仿真服务层和仿真应用层。

仿真资源层包括若干仿真承载平台，仿真承载平台用以提供仿真数据。

具体地，仿真资源层包括若干仿真承载平台及分布在各仿真承载平台的计算资源、存储资源、通信网络资源和数据资源等，这些资源为分布式仿真服务提供支撑。仿真承载平台为固定式仿真服务中心、便携式仿真系统、通用仿真终端或实物仿真终端。

仿真服务层包括资源管理模块和边缘服务网络模块，资源管理模块用以提供基础软硬件适配单元和容器支撑单元，边缘服务网络模块用以实现信息接入、数据处理、传输管理和交换功能；

具体地，资源管理层为仿真提供平台内的基础软硬件适配和容器支撑两方面的资源管理服务，基础软硬件适配主要服务于各承载平台软硬件对边缘服务网格的运行环境要求，其作用在于融合和适配边缘服务网格与通用型、嵌入型、便携型、机载型和车载型等仿真系统使用环境。而容器支撑单元通过在仿真服务层引入容器云管理，利用容器虚拟化、容器编排调度和容器集群管理等技术提升边缘服务网格的计算资源应用能力，提升和优化仿真应用的资源服务，尤其是协同的能力。

边缘服务网络模块包括仿真服务框架单元、服务监控管理单元、集成开发工具单元、边缘服务目录单元和服务网格代理单元。仿真服务框架单元旨在通过负载均衡、服务调用、服务寻址、报文压缩、传输优化、协议转换、服务编排、窄带适配等功能解决高性能远程仿真服务调用问题，提供跨平台、跨语言、跨模型的仿真开发，以及实施网络传输协议的实现；服务监控管理单元主要通过实时服务监控、日志记录、统计分析、服务降级、弹性伸缩等功能，实现对各组成部分的运行状态及运行情况进行监控；集成开发工具单元用以提供分布式仿真系统的可视化服务开发工具、服务调试、验证和部署工具、安装包制作工具和软件打包工具；边缘服务目录单元用以提供服务类型的注册、分布式多级多节点服务信息同步、服务的分级管理、服务的元数据管理、多模式支持，以及服务的按权发布功能；服务网格代理单元为建立网络，提供跨域支持、流量控制、熔断机制、路由选择、状态收集上报和度量跟踪等服务，实现数据的发送、多协议的支持以及集成容器化部署。

其中，应用框架服务主要基于微服务常用架构框架对软件服务、时间服务、数据服务等应用，进行资源整合，为仿真应用层奠定使用基础。

另外，边缘服务网络模块支持SOAP、RTP、gRPC、Restful或MQTT等通信协议。

仿真应用层包括若干分布式仿真应用，分布式仿真应用用以执行仿真任务。

具体地，分布式仿真应用包括在云计算和边缘计算环境及服务基础上提供仿真活动的机载组件仿真、机载系统仿真、飞机仿真、飞机集群仿真、仿真效能评估和仿真优化等应用服务，支持航空器及其机载系统的各类场景下的飞行任务仿真。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1.将仿真承载平台产生的仿真数据经由服务类型层接入边缘服务网络中，通过边缘服务网络提供的各项服务资源完成实时性要求高的数据处理，并将处理完的数据仿真数据统一上传至应云计算中心，实现所有的仿真数据的融合与集成；

2.基于“云-边-端”分布式仿真系统模型提出的民机机载分布式仿真系统功能架构能够解决民机机载分布式仿真常有的高延时、大数据量引起的链路束缚等问题，极大提高了仿真的效率和速度；

3.通过该民机机载分布式仿真系统功能架构，各分布式用户可以获得高效、准确的仿真结果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种基于边缘计算的民机机载分布式仿真系统，其特征在于，包括：

仿真资源层，所述仿真资源层包括若干仿真承载平台，所述仿真承载平台用以提供仿真数据；

仿真服务层，所述仿真服务层包括资源管理模块和边缘服务网络模块，所述资源管理模块用以提供基础软硬件适配单元和容器支撑单元，所述边缘服务网络模块用以实现信息接入、数据处理、传输管理和交换功能，所述边缘服务网络模块包括仿真服务框架单元、服务监控管理单元、集成开发工具单元、边缘服务目录单元和服务网格代理单元，所述仿真服务框架单元用以实施网络传输协议，所述服务监控管理单元用以对各组成部分的运行状态及运行情况进行监控，所述集成开发工具单元用以提供分布式仿真系统的可视化服务开发、服务调试、服务验证和服务部署工具，所述边缘服务目录单元用以提供服务类型的注册、分布式多级多节点服务信息同步、服务分级管理、服务元数据的管理、服务的按权发布功能，所述服务网格代理单元用以实现数据的发送、多协议的支持以及集成容器化部署功能；

仿真应用层，所述仿真应用层包括若干分布式仿真应用，所述分布式仿真应用包括机载组件仿真应用、机载系统仿真应用、飞机仿真应用、飞机集群仿真应用、仿真效能评估应用和仿真优化应用，所述分布式仿真应用用以执行仿真任务。

2.根据权利要求1所述的分布式仿真系统，其特征在于：所述仿真承载平台包括计算资源、存储资源、通信网络资源和数据资源。

3.根据权利要求2所述的分布式仿真系统，其特征在于：所述仿真承载平台为固定式仿真服务中心、便携式仿真系统、通用仿真终端或实物仿真终端。

4.根据权利要求1所述的分布式仿真系统，其特征在于：所述边缘服务网络模块支持SOAP、RTP、gRPC、Restful或MQTT通信协议。