分層分布式ＲＴＩ研究-科技論文

隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，飛行模擬器已經(jīng)成為目前飛行訓(xùn)練中不可或缺的技術(shù)設(shè)備，它使得飛行員能夠快速熟悉新機種的駕駛技術(shù)，提高操作水平。并且降低了訓(xùn)練風(fēng)險和訓(xùn)練費用。隨著訓(xùn)練任務(wù)要求的提高越來越迫切需要對地域分布的單臺模擬器進行互聯(lián)以完成更加復(fù)雜的訓(xùn)練任務(wù)。如編隊飛行、空中對抗、對地攻擊以及協(xié)同完成戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)役仿真演練等。這對于新機種和飛行員盡快形成戰(zhàn)斗力具有重要意義。客觀上提出了分布交互飛行仿真的需求。
高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）作為目前分布交互仿真的發(fā)展方向，能夠很好的支持大規(guī)模仿真，能夠很好的滿足較大規(guī)模分布式交互飛行仿真的需求。同時，HLA的基本思想是在擁有聯(lián)邦成員的基礎(chǔ)上進行聯(lián)邦集成，考慮如何設(shè)計聯(lián)邦成員之間的交互以達到仿真的目的。恰好符合了在擁有單臺飛行模擬器的基礎(chǔ)上構(gòu)建多機互聯(lián)的分布式交互飛行仿真的特點。因此采用高層體系結(jié)構(gòu)進行分布式交互飛行仿真成為大規(guī)模飛行仿真的首選。
鑒于以上情況，針對基于高層體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建分布式交互飛行仿真的特點，開發(fā)了針對大規(guī)模飛行訓(xùn)練仿真的聯(lián)邦運行支撐環(huán)境（FXFZRTI）。
二、FXFZRTI的體系結(jié)構(gòu)
目前的RTI體系結(jié)構(gòu)可分為集中式、分布式和層次式。其中集中式體系結(jié)構(gòu)將所有功能都放在中心服務(wù)器中實現(xiàn)，系統(tǒng)性能取決于中心服務(wù)器的性能，當(dāng)規(guī)模較大時中心服務(wù)器容易成為系統(tǒng)的瓶頸；分布式體系結(jié)構(gòu)各應(yīng)用節(jié)點之間是對等關(guān)系，各局部RTI通過協(xié)調(diào)通信完成功能，該結(jié)構(gòu)解決了由于中心服務(wù)器而可能引起發(fā)瓶頸問題，但缺乏必要的全局操作管理，對維護數(shù)據(jù)的一致性帶來困難；層次式綜合了集中式和分布式的特點，將系統(tǒng)的功能分配到多個服務(wù)器上完成，中心RTI服務(wù)器負(fù)責(zé)完成全局性處理功能，其它功能由局部RTI服務(wù)器組件完成，能夠較好的支持大規(guī)模分布式仿真[5]。但它增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，延長了傳輸時間，降低了系統(tǒng)效率。
本系統(tǒng)采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)。針對公布、訂購等控制流數(shù)據(jù)和需要維護一致性的全局?jǐn)?shù)據(jù)（所有權(quán)控制、時間同步等）采用層次式結(jié)構(gòu)。針對更新與反射、發(fā)送與接受等數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)采用基于代理的分布式結(jié)構(gòu)，局域網(wǎng)內(nèi)部各個聯(lián)邦成員之間直接通信，位于不同局域網(wǎng)的聯(lián)邦成員之間通過代理機制實現(xiàn)通信，首先將數(shù)據(jù)發(fā)送給異地聯(lián)邦成員的代理（異地聯(lián)邦所屬的局部RTI服務(wù)器），再轉(zhuǎn)發(fā)給聯(lián)邦成員。減少了先將數(shù)據(jù)發(fā)送給局部RTI服務(wù)器再轉(zhuǎn)發(fā)的環(huán)節(jié)。從單個局部RTI服務(wù)器來看，其體系結(jié)構(gòu)類似于功能分布式。
三、FXFZRTI的軟件構(gòu)成
從軟件構(gòu)成上講，整個RTI平臺可分為三個部分：LRC、局部RTI服務(wù)器和中心RTI服務(wù)器，局部RTI服務(wù)器和中心RTI服務(wù)器共享同一份程序代碼（RTIServer），根據(jù)配置的不同充當(dāng)本地RTI服務(wù)器或中心RTI服務(wù)器。其中LRC是一個動態(tài)鏈接庫，分布在每個運行仿真程序的計算機上，負(fù)責(zé)維護本主機上的數(shù)據(jù)；RTIServer為獨立程序，可運行在獨立的計算機上，也可運行在運行仿真程序的計算機上，負(fù)責(zé)維護本局域網(wǎng)內(nèi)部聯(lián)邦執(zhí)行或整個聯(lián)邦執(zhí)行的數(shù)據(jù)。按照功能的不同RTIServer可分為兩個部分，一個部分是全局執(zhí)行進程（RtiExec），管理聯(lián)邦執(zhí)行的創(chuàng)建、結(jié)束以及管理多個不同的聯(lián)邦執(zhí)行，另一部分是聯(lián)邦執(zhí)行進程（FedExec），管理聯(lián)邦成員的加入和退出，為聯(lián)邦成員之間進行數(shù)據(jù)通信和協(xié)調(diào)運行提供支持。
四、分層分布式RTI的數(shù)據(jù)流程
（一）聯(lián)邦管理的數(shù)據(jù)流程
聯(lián)邦管理主要負(fù)責(zé)聯(lián)邦執(zhí)行的創(chuàng)建與銷毀，聯(lián)邦成員的加入與退出。創(chuàng)建聯(lián)邦執(zhí)行時，聯(lián)邦成員首先將請求發(fā)送到局部RTI服務(wù)器，局部RTI服務(wù)器查看本地是否已經(jīng)存在指定名稱的聯(lián)邦執(zhí)行，若聯(lián)邦執(zhí)行已經(jīng)存在，則直接將已存在異常反饋給聯(lián)邦成員，若聯(lián)邦執(zhí)行不存在，則向中心RTI服務(wù)器發(fā)送創(chuàng)建聯(lián)邦執(zhí)行請求，若中心RTI服務(wù)器中也未創(chuàng)建該名稱的聯(lián)邦執(zhí)行，則創(chuàng)建該聯(lián)邦執(zhí)行并將創(chuàng)建成功信息反饋給局部RTI服務(wù)器，否則反饋聯(lián)邦執(zhí)行存在異常，局部RTI服務(wù)器創(chuàng)建本地聯(lián)邦執(zhí)行并向聯(lián)邦成員反饋創(chuàng)建成功信息。當(dāng)申請加入聯(lián)邦執(zhí)行時，局部RTI服務(wù)器查看自身是否已經(jīng)作為一個聯(lián)邦成員加入了中心RTI服務(wù)器，若已經(jīng)加入，則直接將聯(lián)邦成員加入本地聯(lián)邦執(zhí)行，若尚未加入，則向中心RTI服務(wù)器提出加入聯(lián)邦執(zhí)行請求，并在收到中心RTI服務(wù)器的反饋信息之后將聯(lián)邦成員加入本地聯(lián)邦執(zhí)行。同樣，當(dāng)本地聯(lián)邦執(zhí)行中所有聯(lián)邦成員退出之后，局部RTI服務(wù)器向中心RTI服務(wù)器發(fā)出退出聯(lián)邦執(zhí)行請求。中心服務(wù)器中的聯(lián)邦執(zhí)行在所有局部RTI服務(wù)器退出之后方可銷毀聯(lián)邦執(zhí)行。
（二）聲明管理的數(shù)據(jù)流程
聲明管理主要負(fù)責(zé)對象類/交互類的聲明與訂購。當(dāng)聯(lián)邦成員申請公布對象類/交互類時，局部RTI服務(wù)器首先查看該公布是否影響本地RTI服務(wù)器作為一個整體的公布情況，若不改變整體公布情況，則直接修改本地公布數(shù)據(jù)列表，進行公布訂購匹配操作，并將匹配結(jié)果反饋給聯(lián)邦成員；若該公布使得局部RTI服務(wù)器的整體公布情況發(fā)生改變，則局部RTI服務(wù)器向中心RTI服務(wù)器發(fā)送增量公布請求，中心RTI服務(wù)器修改中心數(shù)據(jù)列表，匹配各個局部RTI服務(wù)器的公布訂購信息，并將匹配結(jié)果反饋給各個局部RTI服務(wù)器，局部RTI服務(wù)器根據(jù)反饋結(jié)果重新進行匹配，并將匹配結(jié)果反饋給各聯(lián)邦成員。訂購數(shù)據(jù)流程與公布流程類似。
（三）對象管理的數(shù)據(jù)流程
對象管理負(fù)責(zé)對象實例的注冊和發(fā)現(xiàn)、刪除和移除，對象屬性的更新和反映，交互的發(fā)送和接收等功能。對象管理分為兩種情況，針對涉及到全局的注冊與刪除等操作，聯(lián)邦成員首先向局部RTI服務(wù)器提出請求，在局部RTI服務(wù)器中保存該對象實例的屬性所有權(quán)等信息，以便于對全局性的對象實例屬性所有權(quán)進行管理。對于更新、發(fā)送等操作，聯(lián)邦成員根據(jù)分配的組播通道，直接將更新數(shù)據(jù)或交互數(shù)據(jù)發(fā)送給本局域網(wǎng)內(nèi)部的聯(lián)邦成員或其他局域網(wǎng)的局部RTI服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)交互。