单位文秘网 2021-10-24 08:14:52 点击: 次
摘要:基于HLA进行大规模仿真,尤其是广域网上的仿真应用,多联邦互联是必经之路。为在广域网环境下建立一种可行有效的多联邦互联体系,多联邦互联的体系结构与通信技术等核心技术还值得深入研究。基于桥接成员技术并采用自组网模型及最优路径通信算法,能够快速地将已有联邦进行互联并提高联邦间数据通信的效率。本文对广域网中实现联邦互联的组网模式及数据通信等主要实现问题进行了研究,并提出了相关的模型与算法,从而能够在广域网环境中通过联邦互联搭建一个有效可靠的仿真平台。对多联邦在广域网的通信条件下进行互联所涉及的主要问题给出了可供参考的解决方案。
关键词:高层体系结构;广域网;多联邦互联;桥接成员;自组网模型
一、引言
高层体系结构(HLA)是由美国国防部提出的分布交互式仿真的通用框架,但从HLA规范来看,成员的互操作模式都是基于单一的联邦执行的,没有提到多联邦互联的问题。随着仿真系统规模的不断扩大,单纯的一个基于 HLA的联邦不能满足仿真任务要求,需要构建一个复杂的分布仿真系统来完成仿真任务。同时,由于大规模仿真应用的需求,我们急需进一步研究满足建立在广域网(WAN)上的大规模分布仿真系统。
二、多联联邦互联理论与技术
高层体系结构为实现开放的分布交互仿真环境,其主要目标就是试图解决分布式仿真系统的互操作性和可重用性。美国国防部(DoD)提出的 HLA 标准主要是为建立一个完备的分布仿真体系结构,作为一种高层体系结构,HLA在DS和CMMS的支持下,对仿真系统的重用和互操作的支持有了很大的提高。
多联邦(或称为联邦群)可定义成为完成同一个仿真应用,而同时运行的多于一个的联邦的集合,每个联邦有一个或多个成员同时加入。文献[4]研究了根据同构和异构的联邦与 RTI,用于实现多联邦互联最为典型的四种基本组合方式:网关、代理桥接成员)、Broker 和 RTI 协议转换。本文将主要对具有代表性的通过桥接成员(Bridge Federate)实现互联方法的相关问题进行讨论。
三、基于桥接成员的多联邦互联技术
桥接成员的概念最初就是为解决多联邦间多级安全性的问题而提出的。桥接成员对两个联邦都是普通成员,对每一边都有效封装了联邦内部细节。
(一)桥接成员的组成
桥接成员的组成通常包含如下两部分[2]:
3.1代理(Broker)部件:代理部件作为成员加入联邦,并代表它所加入的联邦与其它联邦进行交互。
3.2转换部件:转换部件通过将桥接两侧对应的消息(如服务,对象,属性和交互)进行关联和映射,在两个FOM 间进行转换。
(二)多联邦互联基本原则
為保证仿真系统运行时的时空一致性,多个联邦进行互联时需要考虑一些基本的互联原则[3]。
原则一:任意两个联邦间在任意一次的数据通信中不允许有两条以上的逻辑数据通路。
原则二:多联邦互联不能出现数据逻辑回路。
四、自组网互联结构
考虑到3.2所述的联邦互联原则,同时在组网结构上采用分布式连接方式,现提出自组网的联邦互联模型。在该模型中,任何联邦可以在任意时刻加入已处于仿真运行中的联邦群。在此先假设各个联邦之间已建立了相互的数据逻辑通路,且这些通信链路已满足前面提到的互联原则。
(一)网络模型及组网原理
现假设已有一个处于仿真运行环境下的互联联邦群M,该群由n个联邦组成,用集合表示为{F1,F2,.. Fn},同时假设M中的每个联邦(也称为M的成员联邦)Fi自身都维护有一张表Fi_T,用来描述M中其他联邦的基本信息(联邦编号、联邦网络地址等),我们将其定义为认知表。当有新的联邦Fr要加入M时,Fr只需和M中的某一个联邦Fk进行连接,并从Fk获取其认知表Fk_T作为自己的认知表Fr_T。与此同时,Fk在自己的认知表中加入Fr的相关信息表项,随后Fk向M中其他所有联邦发送消息通知已有新联邦Fr加入M,其他联邦收到该消息后更新自身的认知表,将Fr的信息加入表中。这样,Fr便完成了加入M的过程,且M中的每一个联邦的认知表都包含有M中其他所有联邦的信息。
在该模型中,除了以上提到的基本原理外,还有许多细节需要考虑。比如,对两个同时申请加入群的新联邦进行唯一的全局联邦编号分配的同步等问题。
(二)功能实现
以交互的发布、订阅及发送为例,例举自组网模型联邦互联的功能实现。假设当前有一个由F1和F2两个联邦组成的联邦群M,且该群处于仿真运行环境下。现有一新联邦F3请求将加入该群,F1、F2和F3中的桥接联邦成员分别为F1b、F2b和F3b,F3在加入M后将订阅F1中某个成员发布的交互InteractionA,之后F3的成员收到F1成员发送的交互InteractionA,整个流程如图1所示。
图1 新联邦加入及交互传递流程
五、联邦间通信路径的选择
在3.2节中提到了关于互联联邦之间数据通路实现的原则,本节就互联联邦特别是处到广域网环境中的联邦间的逻辑数据通路的选择及实现进行研究。容易想象,如果任意两个联邦之间的数据通信在他们之间直接进行,而不经过任何第三方联邦,那么这样的信道是肯定满足前述原则的。但是,对于由个n个联邦组成的群,将会有条逻辑通路,在n较大时,联邦群中数据通路也将是个较大的值。这是不必要的,同时大量的通信连接会占用更多的主机资源开销及增加网络的负载,为此我们针对广域网中进行互联联邦的通信路径的选择提出特别的解决方案。
对于分布式仿真系统来说,实时性(或者说时延性)是系统的一个重要指标。因此,数据包怎样在联邦之间实现最快的传递,是我们在选择通信路径时应该考虑的一个重要因素。
为了求得两个联邦之间最快的数据传输通路,使用相关算法,这里我们引入图论的概念,将联邦群结的通信链路图看作一个无向图,将各成员联邦看作节点,而联邦间的通信链路看作边,同时为各边赋予权值,其值由两节点间数据传输的时间决定。由此,我们所研究的问题变为了怎样求得两个节点间的最短路径。在此可利用Warshall算法[参见5]。
六、结论
随着HLA 仿真技术的发展以及仿真应用范围的不断扩大,多联邦互连是未来大规模仿真系统开发的趋势,如何重用已有的仿真系统构建大规模分布仿真环境成为国内外仿真界普遍关注的热点问题。本文研究了通过使用桥接成员构建的由多联邦系统组成复杂 HLA 系统的构建技术,并分析了广域网环境下多联邦系统中数据传输的路径选择问题。由于仿真系统应用领域的不断扩大,规模也越来越大,所以构建多联邦系统的复杂 HLA 系统也将得到广泛的应用,因此对这方面的研究工作有着他的实际应用价值和广泛前景。但应注意的是,对于大规模复杂系统特别是广域网环境下的多联邦互连,还有很多问题值得研究。
参考文献
[1]马云龙, 曾令榜等. 基于通用桥接成员的多联邦互联方法研究[J]. 系统仿真学报, 2005, 22(1) : 60-61.
[2]韩超, 郝建国等. HLA多联邦互联工具KD-FBT的研究与实现[J]. 系统仿真学报, 2006, 18(11) : 3118-3121.
[3]张国峰, 林新等. 多联邦系统构建原则和时间延迟的探讨研究[J]. 系统仿真学报, 2002, 14(3) : 300-302.
[4]郝建国, 赵兴锋等. 高层体系结构多联邦互连技术研究[J]. 系统仿真学报, 2002, 14(6) : 714-717.
[5]邱崇志. 最短路径问题的求解[DB/OL]. http://www.chinaschool.org/aosai/lwjl/0215-short.htm
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