| 标题 | 基于HLA的军事物流配送仿真系统研究 |
| 范文 | 赵 科 冀鹏斌 韩天石 黄琦志 李 轲 摘要:以HLA为计算机仿真标准,对军事物流配送系统进行仿真。在分析军事物流配送流程的基础上,确定了仿真系统的联邦成员组成,设计了FOM/SOM,给出了联邦成员的开发方法,并实现了军事物流配送中心这一联邦成员。 关键词:高层体系结构(HLA);军事物流配送;仿真;联邦 中图分类号:TP391.9文献标识码:A Abstract: The paper simulates the system of military logistics delivery with high level architecture as the standard for computer simulation. On the foundation of analyzing the process of military logistics delivery, it designs the federal of simulation system and FOM/SOM, gives the method of federal development, and realizes the federal of military logistics delivery center. Key words: HLA; military logistics delivery; simulation; federal 随着科学技术的发展和军队现代化水平的提高,信息化战争的雏形已经展现在人们面前。纵观近些年美军发动的几场局部战争,军队后勤保障模式发生了巨大变化,军事物流在后勤保障中的地位和作用不断凸现,而军事物流配送作为军事物流的核心功能部分,肩负着将作战物资交付到作战部队手中的重要任务,越来越引起各国军队的关注。 HLA(High Level Architecture)高层体系结构作为新一代分布式仿真标准,其最显著的特点是通过提供通用的、相对独立的支持服务程序,将应用层同底层支撑环境分离,即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信三者分开,隐蔽各自的实现细节,从而可以使各部分相对独立地进行开发,同时实现应用系统的即插即用。HLA的提出,其目的是针对复杂大系统,提高建立模型与仿真的效率、促进系统之间的互操作和可重用,降低建模与仿真的费用,而军事物流配送系统正是典型的分布式复杂大系统,因此本文尝试将HLA高层体系结构应用于军事物流配送系统仿真研究。 1HLA简介[1] HLA是美国国防部建模与仿真办公室于1996年提出的建模与仿真技术框架的核心部分。HLA重点解决两个关键问题:一是要促进仿真系统之间的互操作;二是要有利于仿真模型在不同的仿真应用的重用。作为建模与仿真的高层体系结构,HLA主要由4部分组成: (1)规则(Rules):规定了所有联邦及其联邦成员必须符合的要求,表述HLA中各个部件的功能划分和逻辑关系,体现了HLA的基本构思和原则。 (2)对象模型模板OMT(Object Model Template):是用来描述HLA对象模型的结构框架,它描述了HLA中对象模型的对象类、属性、交互参数以及相关信息的格式和方法。OMT对应两个部分:FOM和SOM,分别描述在联邦执行过程中可以共享的信息和仿真成员在参与联邦运行时所能提供的能力。 (3)运行支撑环境RTI(Run-Time Infrastructure)和接口规范说明(Interface Specification):定义联邦成员与联邦中其它成员进行信息交互的方式,即RTI的服务。其定义了RTI的6大管理功能,即联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理。RTI是实现HLA仿真系统的核心。 (4)联邦开发和执行过程FEDEP(Federation Development and Execute Process Mode)模型:FEDEP模型是一个适合于联邦开发的模型,是一种通用的、基于重用的联邦开发方法,它将联邦开发与执行过程分为6个步骤,即:定义联邦目标、开发联邦概念模型、设计联邦、开发联邦、集成和测试联邦、运行联邦和分析结果。 联邦和联邦成员是HLA中非常重要的概念,在HLA中,将用于达到某一特定仿真目的的分布仿真系统称为联邦(Federation),它由若干个相互作用的联邦成员(Federate,成员)构成,联邦也可以作为一个成员加入到更大的联邦中。最主要的一种联邦成员是仿真应用(Simulation),仿真应用使用实体的模型来产生联邦中某一实体的动态行为。联邦成员由若干相互作用的对象构成,对象是成员的基本元素,是为了完成联邦运行的某一功能,如记录数据、仿真某个实体的动态行为等。基于HLA的仿真系统逻辑结构如图1所示。 2基于HLA的军事物流配送仿真系统设计 2.1军事物流配送流程[2] 军事物流配送是在一定的区域范围内,根据部队用户的需求,对军用物资进行拣选、加工、包装、分割、组配等作业,并“适时、适地、适量、适用、合理、高效”对部队用户进行军用物资保障的物流活动。其功能要素具体包括:集货、存储、分拣、配货、配装、运输、分发等,其具体流程如图2所示。 2.2仿真系统的HLA联邦设计 通过对军事物流配送流程的分析,我们确定了军事物流配送仿真系统的联邦组成,如图3所示。 该联邦由11个成员组成,分属红、蓝、白三方,红方包括7个成员,分别为:供应商、后方基地、联勤分部、仓库、军工企业、配送中心以及作战部队;蓝方只有一个袭扰成员,主要是干扰红方的配送过程;白方成员主要是仿真联邦管理成员,包括:联邦运行控制服务成员、态势显示成员、战场环境成员;各个联邦成员分别由不同对象组成,如配送中心成员由运输工具、装载工具、拣选车、叉车、托盘、升降平台、包装设备、自动传输设备等组成;战场环境成员由地形、天气、气象、水文、复杂电磁环境等组成。各联邦成员通过HLA的运行支撑环境RTI提供的6大服务,实现彼此信息的交换和共享,完成仿真任务。 2.3对象模型设计[3] HLA规则要求联邦及成员都需要建立自己的对象模型。FOM(联邦对象模型)的主要目的是为联邦成员之间的数据交换提供一个通用、标准格式的说明。数据内容包括所有对象类和交互类以及这些类的属性和参数。SOM(仿真对象模型)是单一联邦成员的对象模型,它描述了联邦成员可以对外部公布或需要订购的对象类、对象类属性、交互类、交互类参数的特性,这些特性反应了联邦成员在参与联邦运行时所具有的能力。 2.3.1FOM中对象类与交互类设计 设计对象类、交互类,是为了确定各联邦成员之间的数据流和控制流。联邦成员通过定购自己感兴趣的对象类和交互类,发布其它成员所需的对象类和交互类,来实现联邦成员之间的信息交换和互操作。 (1)对象类设计 本仿真系统的对象类有供应商类、后方基地类、联勤分部类、军工企业类、仓库类、配送中心类、作战部队类。 (2)交互类设计 本仿真系统的交互类有采购类、定购类、运输类、配送类、存储类。 2.3.2SOM的设计 各SOM的公布/定购关系如表1所示。 3联邦成员开发与实现 3.1联邦成员开发[4] 军事物流配送联邦成员的开发过程,如图4所示。分两条主线进行:一是建立军事物流配送的概念模型,确定军事物流配送系统的相关实体、过程。在此基础上对仿真的实体、过程进行建模和仿真流程的设计,这主要是围绕实现联邦成员的内部功能展开,并从中抽取成员的SOM信息;二是根据各联邦成员的SOM,分析它与其它成员的交互关系,建立联邦的FOM,并用OMDT工具形成Fed文件,供联邦进行初始化,为成员的交互运行设定数据结构环境。联邦成员通过调用RTI的API接口函数,将HLA交互模型与实体/过程模型相结合,使两条主线会合,实现SOM中定义的仿真功能。 联邦成员程序中与RTI接口的部分主要包括:创建并加人联邦,初始化RTI数据,声明公布/定购关系请求时间推进,更新和反射对象属性值,发送和接收交互,退出并撤销联邦等,具体流程如下: (1)初始化成员数据 ①创建RTI Logistics对象rtiLog; ②创建Federate Logistics对象fedLog; ③初始化成员仿真对象。 (2)调用rtiLog. createFederationExecution创建联邦 (3)加入联邦执行 ①调用rtiLog. joinFederationExecution加入联邦; ②若加入时有异常发生,则退出程序。 (4)获得Fed文件定义的对象类及其属性、交互类及其参数的句柄 ①调用rtiLog. getObjectClassHandle获取对象类句柄值; ②调用rtiLog. getAttributeHandle获取对象属性句柄值; ③调用rtiLog. getInteractionClassHandle获取交互类句柄值; ④调用rtiLog. getParameterHandle获取交互参数句柄值。 (5)声明公布/定购关系 ①调用RTI:: AttributeHandIeSetFactory:: create为每一对象类创建句柄集; ②调用rtiLog. subscribe0bjectClassAttribute定购对象类属性; 调用rtiLog. publishObjectClass公布对象类; ③调用rtiLog. subacribeInteractionClass定购交互类; 调用rtiLog. publishlnteractionClass公布交互类。 (6)声明时间推进策略(缺省为非Regulating且非Constrained) ①调用rtiLog. enableTimeConstrained声明时间推进为Constrained; ②调用rtiLog. enableTimeRegulation声明时间推进为Regulating。 (7)仿真运行,反复执行下列语句 ①若需创建新的对象,则调用rtiLog.registerObjectInatance进行注册,并记录返回的实例句柄值; ②仿真向前推进一步。 (8)更新对象实例属性值,发送交互 ①更新属性值。调用RTI:: AttributeSetFactory:: create创建RTI:: AttributeHandleValuePairSet,调用rtiLog.updateAttributeValues更新实例属性值; ②发送交互。调用RTI:: ParameterSetFactory:: create创建RTI:: ParameterHandleValuePairSet,调用rtiLog.sendInteraction发送交互。 (9)若仿真结束,跳转至(7) 否则,调用rtiLog. timeAdvanceRequest请求时间推进,调用rtiLog. tick处理RTI事件,直至允许时间推进。 (10)结束成员运行 ①调用RtiLog. reaignFederationExecution退出联邦; ②调用RtiLog. destroyFederationExecudon撤消联邦。 3.2联邦成员实现 系统采用MAK公司的MAK-RTI作为底层支撑环境,FOM/SOM设计采用DMSO的OMDT1.3,实体模型开发采用Multigen Creator2.6,模型驱动及虚拟场景构建采用Multigen Vega3.7,对军事物流配送中心这一联邦成员进行了相应的实现,显示效果较好,图5为运行时截图。 4结束语 本文将HLA高层体系结构应用于军事物流配送系统仿真研究,基于笔者对开发基于HLA的军事物流配送仿真系统的初步研究和实践,设计了仿真系统的联邦成员以及对象模型,并利用联邦成员的开发方法,初步实现了军事物流配送中心这一联邦成员。下一步工作的重点是进一步完善FOM/SOM,并依据FEDEP模型对仿真系统其它联邦成员进行实现。 参考文献: [1] 黄健,郝建国. HLA仿真系统综合设计[M]. 长沙:国防科技大学出版社,2008. [2] 王丰,姜大立,彭亮. 军事物流学[M]. 北京:中国物资出版社,2003. [3] 余峰,齐欢,代建民. 基于HLA的配送系统仿真[J]. 计算机与数字工程,2005,33(4):43-44. [4] 冯晓刚,唐丽玉,陈紫成. 基于HLA的森林灭火仿真系统的研究[J]. 系统仿真学报,2007,19(3):553-554. |
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