| 标题 | 一种基于HIT?TENA的资源快速接入工具 |
| 范文 | 赵戈,李微,杨京礼 摘? 要： 针对目前国内靶场各试验设备存在的重用性和互操作性差、资源接入困难等问题，设计了一种基于HIT?TENA的资源快速接入工具，实现资源设备的标准化快速接入。通过对靶场领域现有设备常用接口协议的分析，设计了一种通用的协议模板实现对各种接口协议的描述，在此基础上提出了协议数据到对象模型的转换方法。在HIT?TENA体系结构下，开发了通用协议转换组件，实现了外部设备到HIT?TENA的快速接入，对于加速试验系统构建速度、提高试验系统可靠性具有重要意义。 关键词： HIT?TENA； 资源快速接入； 协议模板； 协议转换 中图分类号： TN91?34； TP391.9???????????????? 文献标识码： A?????????????????? 文章编号： 1004?373X（2014）23?0047?04 Abstract： To solve the problems of low reusability and interoperability of testing device in ranges in China， a resource quick access tool based on HIT?TENA were developed to realize the quick standardized access of external devices. A common protocol template was designed to describe all kinds of protocols on the basis of analysis of various interface protocols. On this basis， a method to convert the protocol data into the object model is proposed. A HIT?TENA?based protocol conversion module was designed to make a connection between the external device and the HIT?TENA. It plays an important role in improvement of testing system′s reliability and speed of system establishment. Keywords： HIT?TENA； resource quick access； protocol template； protocol conversion 0? 引? 言 试验与训练使能体系结构（Test and Training Enabling Architecture，TENA）是美国国防部试验与评估投资中心项目办公室为建立能促进各试验靶场和设施、训练靶场、实验室和其他建模与仿真活动之间的共享、重用、互操作的体系结构而发起的项目[1]。与高层体系结构（High Level Architecture，HLA）适用于各种建模和仿真领域不同，TENA专门针对试验训练领域的特点进行开发，并针对试验与训练领域的特定需求对HLA进行了扩展，提供了试验和训练所需的更多特定的能力[2]。 本文在借鉴TENA体系结构基础上，针对靶场试验领域的特殊需求，结合目前国内试验与训练领域建设的现状，提出了一种试验和训练体系结构HIT?TENA。HIT?TENA通过整合各种试验与训练资源，快速构建试验与训练系统，引导靶场由“任务驱动型”向“能力建设型”转变[3]。 目前，国内靶场中存在大量接口协议各异的独立资源设备，为实现资源设备的重用、组合和互操作，通常采用人工模式通过代码扩展实现试验系统的构建。随着武器装备复杂性的日渐提高，上述模式容易导致开发周期长、扩展代码测试难度大和可靠性差等问题，造成靶场建设周期长、费用高和风险大。 基于以上问题，在HIT?TENA体系结构下，针对目前靶场领域资源设备常用的接口协议，开发一种基于HIT?TENA的资源快速接入工具，以实现外部资源设备到HIT?TENA的快速接入，加速试验系统的构建速度。 1? 整体设计 基于HIT?TENA的资源快速接入工具是连接外部资源设备与HIT?TENA的桥梁，外部资源设备只有通过该工具进行协议转换后才能与HIT?TENA进行信息交互。资源快速接入工具提供协议编辑软件进行协议驱动式设备接入模型的开发，在分析靶场现有各种设备接口协议的基础上，提出采用通用协议模板实现各种设备接口协议的描述[4]。目前，该模板能够支持警戒雷达新97、原97、目标航迹报、测量雷达情报信息帧、AIS系统信息传输规范和XX指控中心内部信息接口规范等多种协议的开放性描述，并具备良好的可扩展性。在此基础上建立了协议数据到对象模型的自动转换方法，使得封装完成的资源组件符合对象模型接口规范，具备互操作能力。此外，资源快速接入工具提供协议转换组件，实现协议转换，以通用协议模板为输入信息，实现了协议自动编解码过程[5?6]。 资源快速接入工具总体结构如图1所示。由图中可知，资源快速接入工具后台数据以SQL Server 2005数据库为载体，所有协议信息都存储于自建的ICD数据库中，每个型号协议为独立的数据表，数据表名称为型号名称。协议编辑软件通过组件封装功能实现通信协议到HIT?TENA对象模型的转换，并生成可供HIT?TIDE（HIT?TENA集成应用开发环境）加载的相应的模型描述文件（XML格式）和模型实现文件（DLL格式）。协议转换组件是符合HIT?TIDE组件接口规范的，其存在形式为动态链接库，每个节点上可运行多个协议转换组件的实例。协议转换组件通过加载资源快速接入工具生成模型描述文件进行协议的编解码，并利用中间件实现外部设备的协议信息与HIT?TIDE的信息交互[7]。 <；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼现代电子技术201423＼Image＼02t1.tif>； 图1 资源快速接入工具总体结构图 2? 协议模板数据结构设计 在对靶场试验领域各种通信协议特征分析的基础上，基于协议分层管理的思想，将协议进行如下分层表示：协议集、协议项、协议帧头/帧尾/元素、元素位[8]。其中协议集是指系统下相同协议型号的一个集合，每个协议集下又包含若干协议项。对于不同的通信协议，协议集和协议项的属性一般是协议所共有的，而协议项的各组成部分如帧头、帧尾、元素的具体结构则因协议的不同存在较大的差异。协议格式分层描述示意图如图2所示。 <；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼现代电子技术201423＼Image＼02t2.tif>； 图2 协议格式分层描述示意图 基于以上协议格式分层描述的说明，为方便协议格式信息的描述与管理，设计通用协议模板以描述各种通信协议格式[9]。下面从描述协议相关信息及协议的传输特性的角度出发，分别从协议集、协议项、协议帧头/帧尾/元素、协议元素位4个层次进行数据结构设计。 协议集用来描述某一协议型号下所有协议项信息，协议项信息采用映射表进行存储，协议集数据结构如表2所示。 表1 协议集数据结构 [属性名称＼&；协议集型号名称＼&；协议项映射表＼&；数据类型＼&；string＼&；PtrMap＼&；] 协议项信息包含了一条协议的完整描述，定义了协议源设备和目标设备信息，并采用数组结构分别存储协议的帧头信息、帧尾信息和协议元素信息。考虑到靶场领域某些通信协议存在动态帧的问题，使用动态帧标识符进行动态帧标识，并记录动态帧数量所在的位置及该动态帧最大数量值。协议项数据结构如表2所示。 协议帧头信息包含一个协议帧头的完整描述。帧头类型支持8种常用数据类型和用户自定义数据类型，帧头进制支持常用的4种进制，并定义枚举量DataType和BaseType分别用于存储帧头数据类型和帧头进制信息。协议帧头数据结构如表3所示。 协议元素信息是协议最主要的部分，是一条协议所传输数据的格式描述。全面考虑靶场领域各类协议的元素项中可能存在前导符、符号位、可选元素、嵌套元素等情况，并针对某些协议的函数处理及位定义需求，设计协议元素数据结构如表4所示。其中处理函数信息包含不处理、位解析和物理值处理3类，采用枚举量FunctionType进行存储。 表3 协议帧头数据结构 [属性名称＼&；帧头位置＼&；帧头类型＼&；帧头内容＼&；帧头进制＼&；数据类型＼&；int＼&；DataType＼&；string＼&；BaseType＼&；] 表4 协议元素数据结构 [属性名称＼&；属性类型＼&； 协议元素ID＼&；int＼&；协议元素名称＼&；string＼&；协议元素类型＼&；DataType＼&；协议元素项长度＼&；int＼&；可选标识符＼&；bool＼&；前导符类型＼&；DataType＼&；前导符长度＼&；int＼&；元素前导符＼&；string＼&；符号标识符＼&；bool＼&；分辨率＼&；double＼&；处理函数＼&；FunctionType＼&；目标数据类型＼&；DataType＼&；动态帧标识符＼&；bool＼&；嵌套标识符＼&；bool＼&；元素位数组＼&；PtrArray＼&；] 协议元素位组合信息采用单独的数据结构进行存储，对于每一项协议元素位，描述了位组合值及其说明，其数据结构如表5所示。 表5 协议元素位组合信息数据结构 [属性名称＼&；协议元素位＼&；位组合值＼&；位组合值说明＼&；属性类型＼&；string＼&；string＼&；string＼&；] 3? 模型描述文件设计 模型描述文件是资源接入工具进行组件封装后生成的XML格式文件，它提供了对资源组件的完整描述。模型描述文件主要包含两部分信息：一部分是组件和协议相关的信息，该部分是通过获取用户手动编辑的相关信息生成的，其中协议信息包含了协议模板定义的所有描述；另一部分是实体和对象模型信息，该部分提供了协议转换组件下所有实体信息及实体包含的所有数据结构的描述，其设计规则遵循HIT?TENA对象模型的存储规则[10]。 在模型描述文件设计过程中，资源组件下的每条协议信息和对象模型信息都是一一对应的关系。为简化对象模型的存储过程，采用两级嵌套的方法，每级元素由其属性和子元素来描述。一级子元素包含了所有数据类型的解释说明，二级子元素是一级子元素所包含数据类型的解释说明。需注意的是在某些设备的接口协议中，协议元素中通常包含动态元素。为便于区分动态元素项和静态元素项，需要将所有动态元素当作新的数据类型进行处理，并采用子元素对该数据类型进行描述。图3为模型描述文件对象模型存储规则。 <；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼现代电子技术201423＼Image＼02t3.tif>； 图3 对象模型存储规则 4? 协议转换过程 协议转换是由协议转换组件实现的协议数据与HIT?TENA对象模型之间的转换，它是实现外部设备与HIT?TENA互联的一个非常重要的环节。当外部设备通过各种通信总线协议（比如RS 422/232，GJB289A，CAN，LAN等）接入HIT?TIDE后，协议转换组件首先会根据组件配置信息进行通信参数配置。在完成参数配置后，协议转换组件开始接收外部设备传来的协议数据，并启动协议转换单元对协议数据进行协议解码。协议解码的过程大致可以分为4个步骤： （1） 将当前组件协议列表下的协议项根据一定的匹配算法进行协议匹配，识别出对应的协议项； （2） 根据匹配的协议项进行协议元素解码，进而获得未经处理的原始协议数据； （3） 对含有帧尾的协议数据进行帧尾匹配，若匹配成功则说明解码有效； （4） 对于需要函数处理的原始协议数据，进行相应函数处理得到最终的协议数据。 成功解码的协议数据根据协议项与对象模型信息的对应关系，更新对象实例数据。最后通过配置中间件订购发布信息，实现对象模型与中间件的信息交互，从而完成外部设备到HIT?TENA的接入过程。协议转换组件外部设备接入流程如图4所示。 当HIT?TIDE向外部设备发送数据时，首先协议转换组件接收到来自中间件发送的SDO数据信息，根据对象模型信息与协议项的对应关系，识别出SDO对应的协议项并更新协议项信息。启动协议转换组件的协议转换单元进行协议编码，最终通过调用底层通信接口函数将编码后的协议数据发送给外部设备，从而实现了HIT?TIDE向外部设备发送数据的过程。协议编码是协议解码相反的一个过程，其具体细节本文不详细赘述。 <；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼现代电子技术201423＼Image＼02t4.tif>； 图4 协议转换组件外部设备接入流程 5? 结? 语 为实现靶场试验领域各种协议接口各异的资源设备快速接入HIT?TENA体系结构，本文提出了一种基于HIT?TENA的资源快速接入方法。该工具不仅定义了一个协议覆盖率高、可扩展性好的通用协议模板，同时提出了一套完整的协议转换方法，并开发了协议转换组件完成资源快速接入过程。在整个过程中，用户只需在协议编辑软件中以可视化方式描述设备的接口协议，并配置协议转换组件相关信息，无需任何编码过程即可实现设备的接入。目前，资源快速接入工具已经在某靶场试验数据综合服务演示验证系统设备接入过程中投入使用，经测试，各设备或系统的接入有效工作时间都满足系统的要求。 参考文献 [1] 关萍萍，翟正军.虚拟靶场运行支撑体系结构研究[J].计算机测量与控制，2009，17（12）：2475?2478. [2] 杨辉.虚拟试验系统运行支持平台开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009. [3] 谢东周.虚拟试验支撑平台实时资源接入设备研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012. [4] 张娟锋，师卫，刘振国.通用通信协议转换接口的研究与实现[J].电脑开发与应用，2009，22（5）：25?26. [5] 姚永深.基于对象模型的可扩展软件网关架构设计[D].广州：华南理工大学，2012. [6] 陈迪泉.基于对象模型的通用网关设计[J].智能建筑，2007（11）：40?43. [7] 李理.HIT_TENA资源应用集成开发环境开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012. [8] 佟立飞，李龙华.通用网关协议数据转换软件开发[J].自动化技术与应用，2012，31（1）：16?18. [9] 黄敬礼.通用协议转换设备研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011. [10] 孔勇，杜新宇.TENA对象模型的研究[J].计算机与现代化，2013（2）：85?89. （1） 将当前组件协议列表下的协议项根据一定的匹配算法进行协议匹配，识别出对应的协议项； （2） 根据匹配的协议项进行协议元素解码，进而获得未经处理的原始协议数据； （3） 对含有帧尾的协议数据进行帧尾匹配，若匹配成功则说明解码有效； （4） 对于需要函数处理的原始协议数据，进行相应函数处理得到最终的协议数据。 成功解码的协议数据根据协议项与对象模型信息的对应关系，更新对象实例数据。最后通过配置中间件订购发布信息，实现对象模型与中间件的信息交互，从而完成外部设备到HIT?TENA的接入过程。协议转换组件外部设备接入流程如图4所示。 当HIT?TIDE向外部设备发送数据时，首先协议转换组件接收到来自中间件发送的SDO数据信息，根据对象模型信息与协议项的对应关系，识别出SDO对应的协议项并更新协议项信息。启动协议转换组件的协议转换单元进行协议编码，最终通过调用底层通信接口函数将编码后的协议数据发送给外部设备，从而实现了HIT?TIDE向外部设备发送数据的过程。协议编码是协议解码相反的一个过程，其具体细节本文不详细赘述。 <；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼现代电子技术201423＼Image＼02t4.tif>； 图4 协议转换组件外部设备接入流程 5? 结? 语 为实现靶场试验领域各种协议接口各异的资源设备快速接入HIT?TENA体系结构，本文提出了一种基于HIT?TENA的资源快速接入方法。该工具不仅定义了一个协议覆盖率高、可扩展性好的通用协议模板，同时提出了一套完整的协议转换方法，并开发了协议转换组件完成资源快速接入过程。在整个过程中，用户只需在协议编辑软件中以可视化方式描述设备的接口协议，并配置协议转换组件相关信息，无需任何编码过程即可实现设备的接入。目前，资源快速接入工具已经在某靶场试验数据综合服务演示验证系统设备接入过程中投入使用，经测试，各设备或系统的接入有效工作时间都满足系统的要求。 参考文献 [1] 关萍萍，翟正军.虚拟靶场运行支撑体系结构研究[J].计算机测量与控制，2009，17（12）：2475?2478. [2] 杨辉.虚拟试验系统运行支持平台开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009. [3] 谢东周.虚拟试验支撑平台实时资源接入设备研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012. [4] 张娟锋，师卫，刘振国.通用通信协议转换接口的研究与实现[J].电脑开发与应用，2009，22（5）：25?26. [5] 姚永深.基于对象模型的可扩展软件网关架构设计[D].广州：华南理工大学，2012. [6] 陈迪泉.基于对象模型的通用网关设计[J].智能建筑，2007（11）：40?43. [7] 李理.HIT_TENA资源应用集成开发环境开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012. [8] 佟立飞，李龙华.通用网关协议数据转换软件开发[J].自动化技术与应用，2012，31（1）：16?18. [9] 黄敬礼.通用协议转换设备研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011. [10] 孔勇，杜新宇.TENA对象模型的研究[J].计算机与现代化，2013（2）：85?89. （1） 将当前组件协议列表下的协议项根据一定的匹配算法进行协议匹配，识别出对应的协议项； （2） 根据匹配的协议项进行协议元素解码，进而获得未经处理的原始协议数据； （3） 对含有帧尾的协议数据进行帧尾匹配，若匹配成功则说明解码有效； （4） 对于需要函数处理的原始协议数据，进行相应函数处理得到最终的协议数据。 成功解码的协议数据根据协议项与对象模型信息的对应关系，更新对象实例数据。最后通过配置中间件订购发布信息，实现对象模型与中间件的信息交互，从而完成外部设备到HIT?TENA的接入过程。协议转换组件外部设备接入流程如图4所示。 当HIT?TIDE向外部设备发送数据时，首先协议转换组件接收到来自中间件发送的SDO数据信息，根据对象模型信息与协议项的对应关系，识别出SDO对应的协议项并更新协议项信息。启动协议转换组件的协议转换单元进行协议编码，最终通过调用底层通信接口函数将编码后的协议数据发送给外部设备，从而实现了HIT?TIDE向外部设备发送数据的过程。协议编码是协议解码相反的一个过程，其具体细节本文不详细赘述。 <；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼现代电子技术201423＼Image＼02t4.tif>； 图4 协议转换组件外部设备接入流程 5? 结? 语 为实现靶场试验领域各种协议接口各异的资源设备快速接入HIT?TENA体系结构，本文提出了一种基于HIT?TENA的资源快速接入方法。该工具不仅定义了一个协议覆盖率高、可扩展性好的通用协议模板，同时提出了一套完整的协议转换方法，并开发了协议转换组件完成资源快速接入过程。在整个过程中，用户只需在协议编辑软件中以可视化方式描述设备的接口协议，并配置协议转换组件相关信息，无需任何编码过程即可实现设备的接入。目前，资源快速接入工具已经在某靶场试验数据综合服务演示验证系统设备接入过程中投入使用，经测试，各设备或系统的接入有效工作时间都满足系统的要求。 参考文献 [1] 关萍萍，翟正军.虚拟靶场运行支撑体系结构研究[J].计算机测量与控制，2009，17（12）：2475?2478. [2] 杨辉.虚拟试验系统运行支持平台开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009. [3] 谢东周.虚拟试验支撑平台实时资源接入设备研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012. [4] 张娟锋，师卫，刘振国.通用通信协议转换接口的研究与实现[J].电脑开发与应用，2009，22（5）：25?26. [5] 姚永深.基于对象模型的可扩展软件网关架构设计[D].广州：华南理工大学，2012. [6] 陈迪泉.基于对象模型的通用网关设计[J].智能建筑，2007（11）：40?43. [7] 李理.HIT_TENA资源应用集成开发环境开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012. [8] 佟立飞，李龙华.通用网关协议数据转换软件开发[J].自动化技术与应用，2012，31（1）：16?18. [9] 黄敬礼.通用协议转换设备研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011. [10] 孔勇，杜新宇.TENA对象模型的研究[J].计算机与现代化，2013（2）：85?89. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。