CN117749868A - 一种基于反射内存与dds架构的半实物仿真通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，包括数字仿真系统、半实物系统以及DDS中间件；半实物系统包括仿真管理机、实时仿真机和光纤交换机；数字仿真系统与半实物系统通过DDS中间件进行通信；半实物系统通过订阅监听和发布请求的方式与数字仿真系统进行通信；订阅监听为半实物系统通过接收经DDS中间件的DDS接口发布到该端口的数据；发布请求为半实物系统将数据经DDS中间件的DDS接口发送至与半实物系统建立DDS通信通道的数字仿真系统；半实物系统内部采用反射内存进行数据通信。本发明解决了半实物仿真过程中存在的通信延时高、通信质量不稳定以及实时性不佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统。
背景技术
随着无人机技术的逐渐成熟，基于无人机集群化，当下有传统的数字仿真、半实物仿真以及实物飞行试验等。其中，数字仿真是通过MATLAB等数字仿真软件进行建模；半实物仿真是在数字的基础上，将仿真硬件加入到了仿真回路中；相较于数字仿真，半实物仿真更加贴近于实物飞行效果，并且半实物仿真在实验研究成本方面较实物飞行试验更低。然而，在无人集群半实物仿真中，多个节点仿真存在通信延时高、通信质量不稳定、以及实时性的问题。
反射内存板卡是通过光缆连接构成的通讯体系，具有延迟小，传输数据容量大，布线方便的特点。反射内存板卡采用分布式共享内存策略，共享内存优于100MB，数据在网络上传递不占用本地计算机CPU资源，不需要采用多层次化的复杂数据传递协议，即可达到提高数据传输实时性和可靠性的目的。DDS标准是OMG推出的为分布式实时计算环境提供数据交互的服务模型，具有灵活性、实时性与可拓展性等优点。目前亟需利用反射内存、DDS通信协议实现数字系统与半实物系统间的数据交互，解决当下半实物仿真系统通信面临的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，利用反射内存、DDS通信协议的优势，实现数字系统与半实物系统间的数据交互，保证半实物仿真通信的稳定性和实时性，以便达到更好的仿真实验效果。
本发明提供了一种基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，具体技术方案如下：
包括数字仿真系统、半实物系统以及DDS中间件；所述半实物系统包括仿真管理机、实时仿真机和光纤交换机；所述数字仿真系统与所述半实物系统通过所述DDS中间件进行通信；
所述半实物系统通过订阅监听和发布请求的方式与所述数字仿真系统进行通信；
所述订阅监听为所述半实物系统通过接收经所述DDS中间件的DDS接口发布到该端口的数据；所述发布请求为所述半实物系统将数据经所述DDS中间件的DDS接口发送至与所述半实物系统建立DDS通信通道的数字仿真系统。
所述半实物系统内部采用反射内存进行数据通信。
进一步的，所述数字仿真系统与所述半实物系统通过所述DDS中间件采用JSON格式进行数据传输。
进一步的，所述发布请求的具体过程如下：
S1：将实时仿真机向仿真管理机传输的数据信息打包为JSON格式；
S2：在半实物系统项目中创建用于DDS通信的接口类，并发送打包的JSON格式数据；
S3：在半实物系统项目中创建发布请求基类，用于管理多种DDS发布请求的数据服务；
S4：在半实物系统项目中创建发布请求与DDS通信实例，进行发布请求通信。
进一步的，所述订阅监听的具体过程如下：
M1：在半实物系统项目中创建订阅监听基类，管理各种用于DDS订阅监听的数据服务；
M2：在半实物系统项目中创建DDS通信接口类，接收打包的JSON格式数据；
M3：创建订阅监听、DDS通信实例，进行订阅监听通信。
进一步的，所述订阅监听的通信过程中，还包括将接收的数据解析为String类型。
进一步的，所述半实物系统内部的数据通信包括反射内存写入和反射内存读出。
进一步的，所述反射内存写入是仿真管理机通过光纤交换机，将数据写入发射内存板卡中，提供给实时仿真机读取。
进一步的，所述反射内存读出是仿真管理机读取实时仿真机对应设定的内存地址，监听读出每台实时仿真机仿真计算的数据。
进一步的，所述反射内存写入和所述反射内存读出的具体过程如下：
N1：在半实物系统项目中创建反射内存管理类，用于半实物系统的反射内存控制；
N2：在半实物系统项目中创建线程管理类，继承线程类；
N3：在半实物系统项目中创建通信管理类，通过线程管理类创建多线程，并调用读内容函数或写内容函数进行数据发送。
进一步的，所述反射内存管理类的成员函数包括板卡启动函数、板卡关闭函数、光纤板卡写内存函数以及光纤板卡读内存函数。
本发明的有益效果如下：
数字仿真系统与半实物系统间采用DDS分布式实时通信方式，以JSON作为数据传输格式，支持全类型数据传输，保证了数字仿真系统与半实物系统实时的数据通信，其中，半实物系统内采用反射内存通信，同时采用多线程机制无阻塞地监听半实物系统内部的通信数据，实现了半实物系统内部数据通信的高效性。
附图说明
图1是半实物系统与数字仿真系统通信流程示意图。
图2是半实物系统内部通信流程示意图。
具体实施方式
在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。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。
实施例1
本发明的实施例1公开了一种基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，如图1所示，具体如下：
包括数字仿真系统、半实物系统以及DDS中间件；
所述半实物系统包括仿真管理机、实时仿真机和光纤交换机；
所述数字仿真系统指数字仿真计算机及数字仿真系统；
两个系统的硬件设备通过以太网连接，数字仿真系统与仿真管理机采用DDS协议通信、仿真管理机与实时仿真机采用反射内存通信。
所述数字仿真系统与所述半实物系统通过所述DDS中间件进行通信；
具体的，所述数字仿真系统与所述半实物系统之间采用DDS分布式实时通信方式，将JSON格式作为数据传输格式。
所述半实物系统通过订阅监听和发布请求的方式与所述数字仿真系统进行通信；
所述订阅监听为所述半实物系统开启DDS通信订阅监听端口，监听接收任何经所述DDS中间件的DDS接口发布功能发送到该端口的JSON传输格式定义的数据；
所述发布请求为所述半实物系统将需要发送的消息封装为JSON数据传输格式，经所述DDS中间件的DDS接口的发布功能，将数据发送给已与所述半实物系统建立DDS通信通道的数字仿真系统。
本实施例中，
所述发布请求的具体过程如下：
S1：将实时仿真机向仿真管理机传输的数据信息，通过半实物系统项目Qt内QJsonObject类的insert函数将数据写入到键值对中，通过QJsonDocument类实例调用setObject函数、toJSON函数将数据键值对打包为JSON格式；
S2：在半实物系统项目中创建用于DDS通信的接口类，并发送打包的JSON格式数据；
所述DDS通信的接口类的成员函数包括创建DDS通道函数createComChnl以及点对点发送数据函数sendMsgByP2P；
S3：在半实物系统项目中创建发布请求基类，用于管理多种DDS发布请求的数据服务；
S4：在半实物系统项目中创建发布请求与DDS通信实例；创建的发布请求实例用于管理具体数据服务，DDS通信实例调用DDS通信的接口类中DDS通道创建函数与发送数据函数，实现半实物系统发布请求形式的通信。
本实施例中，所述订阅监听的具体过程如下：
M1：在半实物系统项目中创建订阅监听基类，管理各种用于DDS订阅监听的数据服务；
M2：在半实物系统项目中创建DDS通信接口类，接收打包的JSON格式数据；
所述DDS通信接口类的成员函数主要有创建DDS通道函数createComChnl以及接收数据函数recvMsg；
M3：创建订阅监听的C++类实例以及DDS通信实例，调用所述DDS通信接口类中的创建DDS通道函数与接收数据函数，实现半实物系统订阅监听形式的通信；
本实施例中，在所述订阅监听的通信过程中，还包括利用Qt内的QJsonDocument类、QJsonObject类，将JSON键值对解析为String类型，用于半实物系统内部数据交互。
基于上述通信方式，使系统具备中断错误检测能力。
所述半实物系统内部采用反射内存进行数据通信；
所述半实物系统内部的数据通信包括反射内存写入和反射内存读出；
所述反射内存写入是仿真管理机通过光纤交换机，将数据写入发射内存板卡中，提供给实时仿真机读取；
所述反射内存读出是仿真管理机读取实时仿真机对应设定的内存地址，监听读出每台实时仿真机仿真计算的数据。
如图2所示，本实施例中，所述反射内存写入和所述反射内存读出的具体过程如下：
N1：在半实物系统项目中创建反射内存管理类，用于半实物系统的反射内存控制；
所述反射内存管理类的成员函数包括FIB2125_Open板卡启动函数、FIB2125_Close板卡关闭函数、FIB2125_WriteDouble光纤板卡写内存函数（32位指针缓冲）以及FIB2125_ReadDouble光纤板卡读内存函数（Double长度指针缓冲）；
N2：在半实物系统项目中创建线程管理类，继承于C++的线程类，用于步骤N1中仿真过程的数据通信，线程管理类中添加了类变量，用于对于线程运行；
N3：在半实物系统项目中创建通信管理类，类实例化后使用步骤N2中创建多线程，并调用FIB2125_WriteDouble光纤板卡写内存函数（32位指针缓冲）进行数据的发送或调用FIB2125_ReadDouble光纤板卡读内存函数（Double长度指针缓冲）进行数据的接收，实现半实物系统项目与实时仿真机的数据通信。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，包括数字仿真系统、半实物系统以及DDS中间件；所述半实物系统包括仿真管理机、实时仿真机和光纤交换机；所述数字仿真系统与所述半实物系统通过所述DDS中间件进行通信；
所述半实物系统通过订阅监听和发布请求的方式与所述数字仿真系统进行通信；
所述订阅监听为所述半实物系统通过接收经所述DDS中间件的DDS接口发布到该端口的数据；所述发布请求为所述半实物系统将数据经所述DDS中间件的DDS接口发送至与所述半实物系统建立DDS通信通道的数字仿真系统；
所述半实物系统内部采用反射内存进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述数字仿真系统与所述半实物系统通过所述DDS中间件采用JSON格式进行数据传输。
3.根据权利要求2所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述发布请求的具体过程如下：
S1：将实时仿真机向仿真管理机传输的数据信息打包为JSON格式；
S2：在半实物系统项目中创建用于DDS通信的接口类，并发送打包的JSON格式数据；
S3：在半实物系统项目中创建发布请求基类，用于管理多种DDS发布请求的数据服务；
S4：在半实物系统项目中创建发布请求与DDS通信实例，进行发布请求通信。
4.根据权利要求2所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述订阅监听的具体过程如下：
M1：在半实物系统项目中创建订阅监听基类，管理各种用于DDS订阅监听的数据服务；
M2：在半实物系统项目中创建DDS通信接口类，接收打包的JSON格式数据；
M3：创建订阅监听、DDS通信实例，进行订阅监听通信。
5.根据权利要求4所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述订阅监听的通信过程中，还包括将接收的数据解析为String类型。
6.根据权利要求1所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述半实物系统内部的数据通信包括反射内存写入和反射内存读出。
7.根据权利要求6所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述反射内存写入是仿真管理机通过光纤交换机，将数据写入发射内存板卡中，提供给实时仿真机读取。
8.根据权利要求6所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述反射内存读出是仿真管理机读取实时仿真机对应设定的内存地址，监听读出每台实时仿真机仿真计算的数据。
9.根据权利要求7-8任一所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述反射内存写入和所述反射内存读出的具体过程如下：
N1：在半实物系统项目中创建反射内存管理类，用于半实物系统的反射内存控制；
N2：在半实物系统项目中创建线程管理类，继承线程类；
N3：在半实物系统项目中创建通信管理类，通过线程管理类创建多线程，并调用读内容函数或写内容函数进行数据发送。
10.根据权利要求9所述的基于反射内存与DDS架构的半实物仿真通信系统，其特征在于，所述反射内存写入所述反射内存管理类的成员函数包括板卡启动函数、板卡关闭函数、光纤板卡写内存函数以及光纤板卡读内存函数。
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