CN102664953B - 基于hla的高通量分布式仿真支撑平台、***及仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台，为大数据量仿真处理而设计。本发明基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台的RTI网关和RTI本地进程单元通过调用高通量数据传输控制模块的RMN套接字来进行数据传输。本发明高通量分布式仿真支撑***包括反射内存网和至少两个上述仿真支撑平台，反射内存网包括多模光纤和连接仿真支撑平台的反射内存卡。本发明基于HLA的高通量分布式仿真方法为联邦成员通过反射内存卡实现内部互联及互操作，反射内存卡和RTI网关通过反射内存网相连进行管理和通信。本发明基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台、***及方法适用于大数据高速传输的仿真，低延迟、实时性高，数据传输高速、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台、支撑***及仿真方法，属于计算机仿真技术领域。
背景技术
随着计算机和信息技术的飞速发展，计算机仿真技术逐渐为人们所关注，计算机仿真技术被广泛应用于航天、航空、制造、交通、能源等领域。与此同时，计算机仿真所面对的问题也越来越复杂，单个仿真***往往无法满足需求，分布式仿真已经成为计算仿真领域的一个主要发展方向。
HLA(High Level Architecture，高层体系结构)是目前分布式仿真的一个事实标准，利用标准规范、运行支撑***(Runtime Infrastructure，RTI)和对象模型模板可以实现各个仿真成员之间的互操作，为分布式仿真提供了一个与地理位置无关的仿真环境，从而降低了分布式仿真开发的复杂性，提高了互操作性、可移植性和代码的可重用性。
另一方面，计算机仿真对于仿真的大数据传输、高实时性的需求越来越高，传统的分布式传输网络难以满足分布式仿真对于数据高速传输的需求，分布式仿真传输网络成为分布式仿真的一个瓶颈。目前的运行支撑***大部分都是基于物理共享存储体系结构和消息传递网络结构，消息传递网络模式传输速率较低，难以满足分布式仿真高速实时的特性，物理共享存储网络支持的物理距离和计算机数量有限，难以满足分布式仿真分布的特性。这两种结构都有各自的弊端，无法满足大规模复杂分布式仿真的需求。
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种适用于大数据量仿真处理的基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台。
为达到上述目的，一方面，本发明提供一种基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台，所述平台包括依次连接的RTI网关、RTI本地进程单元和接口函数库单元，所述接口函数库单元连接联邦成员；所述RTI网关为所述仿真支撑平台提供下述服务：仿真联邦管理服务、仿真成员声明管理服务、仿真对象管理服务、仿真时间管理服务、所有权管理服务、数据分发管理服务；所述仿真支撑平台通过调用高通量数据传输控制模块来进行数据传输，所述高通量数据传输控制模块包括：数据连接启动接口、数据连接初始化接口、传输数据写入接口、事件发送接口、数据等待接口、传输数据读取接口和数据连接关闭接口；其中，
数据连接启动接口，建立高通量传输网络连接，RTIAmb与RTIGate初始化时调用；
数据连接初始化接口，用于对高通量传输网络进行初始化，对传输网络进行参数设置；
传输数据写入接口，用于将传输数据进行封装，并写入反射内存；
事件发送接口，发送一个中断，通过中断信息来判定数据传输的状态；
数据等待接口，等待中断并确认中断，根据中断信息调用传输数据读取接口以读取数据；
传输数据读取接口，用于将传输数据进行封装，并读取反射内存；
数据连接关闭接口，用于关闭高通量传输网络连接，成员退出联邦执行时调用。
特别是，所述数据传输是通过RTI网关和RTI本地进程单元调用高通量传输模块中的RMN套接字(Socket)实现。
另一方面，本发明提供一种高通量分布式仿真支撑***，所述***包括一反射内存网和至少两个上述基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台，所述反射内存网包括多模光纤和设置在所述多模光纤上的反射内存卡；所述仿真支撑平台连接所述反射内存卡。
特别是，高通量数据传输控制模块对高通量传输网络进行控制；所述支撑平台通过调用该高通量数据传输控制模块的接口函数进行数据传输。
再一方面，本发明提供一种基于HLA的高通量分布式仿真方法，包括下述步骤：
开启RTIGate进程，管理联邦的创建、销毁以及联邦执行过程中的数据交互；
每个联邦成员通过与RTIGate的通信初始化，加入到相应的联邦中；
当一个联邦成员开始加入联邦之初，RTIAmb进程自动在后台启动，并自动监听来自成员程序和RTI服务器的请求；
libRTI通过RTIAmb向联邦成员提供HLA的各种服务请求，联邦成员进程通过本地套接字将请求提交给RTIAmb；
RTIGate接收RTIAmb发来的请求，对其进行处理，然后将消息通知相应的联邦成员的RTIAmb，供该联邦成员进行仿真应用；
联邦成员通过反射内存卡实现内部互联及互操作，反射内存卡和RTI网关通过反射内存网相连以统一进行管理和通信。
特别是，反射内存卡和RTI网关通过反射内存网相连以统一进行管理和通信主要包括发送数据分步骤和接受数据分步骤，其中，发送数据分步骤包括：
将第一仿真单元中的数据写入反射内存卡；
第一仿真单元向第二仿真单元发送中断；
第一仿真单元等待第二仿真单元的确认中断；
第一仿真单元得到确认中断，所述发送数据分步骤结束；
接受数据分步骤包括：
第二仿真单元等待来自第一仿真单元的中断；
第二仿真单元得到第一仿真单元的中断；
第二仿真单元从反射内存卡中读取数据；
第二仿真单元发送确认中断至第一仿真单元，所述接受数据分步骤结束。
本发明基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台通过调用高通量数据传输控制模块来进行数据传输，在实现HLA的标准接口的同时还具有高速实时的特性，可以很好地支持大数据高速传输的仿真应用。
本发明高通量分布式仿真支撑***通过反射内存卡将基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台连接至多模光纤上，利用多模光纤和反射内存卡实现了大数据在***内的高速传输，低延迟、实时性高。
本发明基于HLA的高通量分布式仿真方法是基于上述高通量分布式仿真支撑平台和***来实现数据高速传输的方法，该方法易于执行，数据传输高速、可靠。
附图说明
图1为本发明基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台优选实施例一结构示意图。
图2为由图1所示优选实施例得到的网络部署示意图。
图3为本发明优选实施例四数据传输流程示意图。
图4为本发明优选实施例四发送数据分步骤流程示意图。
图5为本发明优选实施例四接收数据分步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细描述。
优选实施例一：如图1所示，本发明基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台包括依次连接的RTI网关、RTI本地进程单元和接口函数库单元，接口函数库单元连接联邦成员；RTI网关为所述仿真支撑平台提供下述服务：仿真联邦管理服务、仿真成员声明管理服务、仿真对象管理服务、仿真时间管理服务、所有权管理服务、数据分发管理服务。本发明仿真支撑平台通过调用高通量数据传输控制模块来进行数据传输，该高通量数据传输控制模块包括：数据连接启动接口、数据连接初始化接口、传输数据写入接口、事件发送接口、数据等待接口、传输数据读取接口和数据连接关闭接口。其中，
数据连接启动接口建立高通量传输网络连接，RTIAmb与RTIGate初始化时调用。
数据连接初始化接口用于对高通量传输网络进行初始化，对传输网络进行参数设置。
传输数据写入接口用于将传输数据进行封装，并写入反射内存。
事件发送接口发送一个中断，通过中断信息来判定数据传输的状态。
数据等待接口等待中断并确认中断，根据中断信息调用传输数据读取接口以读取数据。
传输数据读取接口用于将传输数据进行封装，并读取反射内存。
数据连接关闭接口用于关闭高通量传输网络连接，成员退出联邦执行时调用。
通过调用高通量数据传输控制模块来进行数据传输，本发明基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台在实现HLA的标准接口的同时还具有高速实时的特性，可以很好地支持大数据高速传输的仿真应用。
在该仿真支撑平台中，数据传输是通过RTI网关和RTI本地进程单元调用高通量传输模块中的RMN套接字(Socket)实现的。
优选实施例二：如图2所示，本发明高通量分布式仿真支撑***包括一反射内存网和至少两个基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台，反射内存网包括多模光纤和设置在多模光纤上的反射内存卡。仿真支撑平台连接反射内存卡。
在本发明高通量分布式仿真支撑***中，高通量数据传输控制模块的作用是对高通量传输网络进行控制。支撑平台通过调用该高通量数据传输控制模块的接口函数进行数据传输。
通过反射内存卡将基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台连接至多模光纤上形成本发明高通量分布式仿真支撑***，利用多模光纤和反射内存卡实现了大数据在***内的高速传输，低延迟、实时性高。
优选实施例三：本发明基于HLA的高通量分布式仿真方法包括下述步骤：
开启RTIGate进程，管理联邦的创建、销毁以及联邦执行过程中的数据交互；
每个联邦成员通过与RTIGate的通信初始化，加入到相应的联邦中；
当一个联邦成员开始加入联邦之初，RTIAmb进程会自动在后台启动，并自动监听来自成员程序和RTI服务器的请求；
libRTI通过RTIAmb向联邦成员提供HLA的各种服务请求，联邦成员进程通过本地套接字将请求提交给RTIAmb；
RTIGate接收RTIAmb发来的请求，对其进行处理，然后将消息通知相应的联邦成员的RTIAmb，供该联邦成员进行仿真应用；
联邦成员通过反射内存卡实现内部互联、互操作，反射内存卡和RTI网关通过反射内存网相连以统一进行管理和通信。
通过上述步骤，基于上述高通量分布式仿真支撑平台和***可以实现数据高速传输的方法，该方法易于执行，数据传输高速、可靠。
优选实施例四：本发明基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台中的运行支撑服务接口模块，根据HLA 1.3的标准规范，实现了高层体系结构HLA的接口规范开发的六大基本服务和辅助支撑服务。该模块通过调用分布式仿真高通量传输网络，来实现联邦成员的请求和数据的交换。
分布式仿真高通量传输网络，使用反射内存网络，反射内存网主要是由反射内存卡通过光纤等传输介质连接而成的。反射内存网上的每台计算机通过PCI、VME、Compact PCI等插槽，***一块反射内存板形成网络上的一个节点。反射内存网的数据传输是纯硬件操作，不需要考虑网络的通信协议，几乎不需要软件操作。因此，它与以太网相比具有更低的数据传输延迟、更快的传输速度，可以满足实时***快速反应周期的要求。
相比于传统的网络通讯方式，VMIC-5565反射内存网络具有如下的技术指标：高速易用的光纤网络(2.12G串行波特率)；被写入一个节点的内存的数据也被写入网络上所有节点的内存；多模光纤的连接距离可达300m，单模光纤的连接距离可达10km；动态包的大小从4到64字节数据；传输率达43MB/s(4个字节的包)到174MB/s(64字节的包)；64MB或128MB字节SDRAM映像内存两个独立DMA通道；通过简单的命令，网上任何节点可以对其它或所有网上节点产生中断；错误检测冗余传输模式，用于抑制额外错误；处理器无***开销网络操作不涉及处理器；操作***/驱动支持：VxWorks、Linux、Windows NT、Windows2000、Windows XP。当一个网络***对低延迟、实时性要求高时，反射内存网是一个比较理想的解决方案。
反射内存网的物理拓扑结构主要有环型与星型结构。如果采用环型连接，网上所有反射内存板将通过光纤串联起来。环型结构的优点为不需要光纤Hub、节省设备、光纤使用量少；缺点是每个节点有延时，网络中有一个节点故障或掉电将影响整个网络。如果采用星型连接，网上所有内存板将连接到Hub上的自动光纤旁路板。星型结构的优点是能够消除单点失效、实现故障隔离，减少延迟时间；缺点是Hub发生故障时将导致整个网络瘫痪，光纤使用量较多。
高通量数据传输控制模块用于对高通量传输网络进行控制，运行支撑平台通过调用高通量传输模块的接口函数，进行数据传输。运行支撑平台中标准的服务接口不变，在需要网络通信时，RTIAmb与RTIGate通过调用高通量传输模块中的RMN Socket进行网络通信。高通量传输模块的数据传输主要是通过以下的接口函数来实现：
数据连接启动接口(RMFCreatConnect)：用于建立高通量传输网络连接，RTIAmb与RTIGate初始化时调用。
数据连接关闭接口(RMFClose)：用于关闭高通量传输网络连接，成员退出联邦执行时调用。
数据连接初始化接口(RMFInitiate)：用于对高通量传输网络进行初始化，对传输网络进行参数设置。
传输数据写入接口(RMFWrite)：用于将传输数据进行封装，并写入反射内存。
传输数据读取接口(RMFRead)：用于将传输数据进行封装，并写入反射内存。
数据等待接口(RMFWait)：等待中断并确认中断，根据中断信息调用RMFRead接口读取数据。
事件发送接口(RMFSendEvent)：发送一个中断，通过中断信息来判定数据传输的状态。
分布式仿真节点RTIAmb与RTIGate通过反射内存网络连接起来，RTI中的六大服务都是需要通过消息的传递来实现的，而反射内存网的数据传输是通过读写内存来实现的，RTIAmb与RTIGate通过调用高通量传输模块中的接口函数进行数据传输。
分布式仿真的每个节点通过反射内存板相连，反射内存板都有一块专门的存储器，并且它们都映射在同一个地址空间，构成了分布式共享存储器。当某个节点的处理器对存储器中的数据进行修改，接口板将修改的数据通过光纤自动实时的写到网络上的每个节点的存储器的相同位置中，这样网络上每个节点的用户只需读取本地接口相应的存储器，就可以获得修改的数据。如图3所示，通过将本地内存的数据写入反射内存，反射内存通过光纤网络可以将数据映射到其他节点的反射内存中，其他节点可以从其反射内存中读取数据。
高通量分布式仿真支撑平台中的数据传输主要可以通过两个流程体现：发送数据分步骤和接受数据分步骤。如图4所示，发送数据时，从内存中将数据写入反射内存卡，第一仿真单元向第二仿真单元发送中断，第一仿真单元等待第二仿真单元的确认中断，第一仿真单元得到确认中断，该发送数据分步骤结束。如图5所示，接受数据时，第二仿真单元等待来自第一仿真单元的中断，第二仿真单元得到第一仿真单元的中断，第二仿真单元从反射内存卡中读取数据，第二仿真单元发送确认中断至第一仿真单元，该接受数据分步骤结束。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台，所述平台包括依次连接的RTI网关、RTI本地进程单元和接口函数库单元，所述接口函数库单元连接联邦成员；所述RTI网关为所述仿真支撑平台提供的服务包括：仿真联邦管理服务、仿真成员声明管理服务、仿真对象管理服务、仿真时间管理服务、所有权管理服务和数据分发管理服务；其特征在于，所述仿真支撑平台通过调用高通量数据传输控制模块来进行数据传输，所述高通量数据传输控制模块包括：数据连接启动接口、数据连接初始化接口、传输数据写入接口、事件发送接口、数据等待接口、传输数据读取接口和数据连接关闭接口，其中，
数据连接启动接口，建立高通量传输网络连接，RTIAmb与RTIGate初始化时调用；
数据连接初始化接口，用于对高通量传输网络进行初始化，对传输网络进行参数设置；
传输数据写入接口，用于将传输数据进行封装，并写入反射内存；
事件发送接口，发送一个中断，通过中断信息来判定数据传输的状态；
数据等待接口，等待中断并确认中断，根据中断信息调用传输数据读取接口以读取数据；
传输数据读取接口，用于将传输数据进行封装，并读取反射内存；
数据连接关闭接口，用于关闭高通量传输网络连接，成员退出联邦执行时调用。
2.根据权利要求1所述的基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台，其特征在于：所述数据传输是通过RTI网关和RTI本地进程单元调用高通量传输模块中的RMN套接字实现。
3.一种高通量分布式仿真支撑***，其特征在于，所述***包括一反射内存网和至少两个权利要求1所述的基于HLA的高通量分布式仿真支撑平台，所述反射内存网包括多模光纤和设置在所述多模光纤上的反射内存卡；所述仿真支撑平台连接所述反射内存卡。
4.根据权利要求3所述的高通量分布式仿真支撑***，其特征在于：高通量数据传输控制模块对高通量传输网络进行控制；所述支撑平台通过调用该高通量数据传输控制模块的接口函数进行数据传输。
5.一种基于HLA的高通量分布式仿真方法，其特征在于，包括下述步骤：
开启RTIGate进程，管理联邦的创建、销毁以及联邦执行过程中的数据交互；
每个联邦成员通过与RTIGate的通信初始化，加入到相应的联邦中；
当一个联邦成员开始加入联邦之初，RTIAmb进程自动在后台启动，并自动监听来自成员程序和RTI服务器的请求；
libRTI通过RTIAmb向联邦成员提供HLA的各种服务请求，联邦成员进程通过本地套接字将请求提交给RTIAmb；
RTIGate接收RTIAmb发来的请求，对其进行处理，然后将消息通知相应的联邦成员的RTIAmb，供该联邦成员进行仿真应用；
联邦成员通过反射内存卡实现内部互联及互操作，反射内存卡和RTI网关通过反射内存网相连以统一进行管理和通信；
反射内存卡和RTI网关通过反射内存网相连以统一进行管理和通信主要包括发送数据分步骤和接受数据分步骤，其中，发送数据分步骤包括：
将第一仿真单元中的数据写入反射内存卡；
第一仿真单元向第二仿真单元发送中断；
第一仿真单元等待第二仿真单元的确认中断；
第一仿真单元得到确认中断，所述发送数据分步骤结束；
接受数据分步骤包括：
第二仿真单元等待来自第一仿真单元的中断；
第二仿真单元得到第一仿真单元的中断；
第二仿真单元从反射内存卡中读取数据；
第二仿真单元发送确认中断至第一仿真单元，所述接受数据分步骤结束。
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Granted publication date: 20140528 Termination date: 20150425 |
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