基于HLA的軍事物流配送仿真系統(tǒng)研究

趙 科 冀鵬斌 韓天石 黃琦志 李 軻

摘要:以HLA為計(jì)算機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn),對(duì)軍事物流配送系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在分析軍事物流配送流程的基礎(chǔ)上,確定了仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦成員組成,設(shè)計(jì)了FOM/SOM,給出了聯(lián)邦成員的開(kāi)發(fā)方法,并實(shí)現(xiàn)了軍事物流配送中心這一聯(lián)邦成員。

關(guān)鍵詞:高層體系結(jié)構(gòu)(HLA);軍事物流配送;仿真;聯(lián)邦

中圖分類(lèi)號(hào):TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: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

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和軍隊(duì)現(xiàn)代化水平的提高,信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的雛形已經(jīng)展現(xiàn)在人們面前。縱觀近些年美軍發(fā)動(dòng)的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng),軍隊(duì)后勤保障模式發(fā)生了巨大變化,軍事物流在后勤保障中的地位和作用不斷凸現(xiàn),而軍事物流配送作為軍事物流的核心功能部分,肩負(fù)著將作戰(zhàn)物資交付到作戰(zhàn)部隊(duì)手中的重要任務(wù),越來(lái)越引起各國(guó)軍隊(duì)的關(guān)注。

HLA(High Level Architecture)高層體系結(jié)構(gòu)作為新一代分布式仿真標(biāo)準(zhǔn),其最顯著的特點(diǎn)是通過(guò)提供通用的、相對(duì)獨(dú)立的支持服務(wù)程序,將應(yīng)用層同底層支撐環(huán)境分離,即將具體的仿真功能實(shí)現(xiàn)、仿真運(yùn)行管理和底層通信三者分開(kāi),隱蔽各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),從而可以使各部分相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行開(kāi)發(fā),同時(shí)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用。HLA的提出,其目的是針對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng),提高建立模型與仿真的效率、促進(jìn)系統(tǒng)之間的互操作和可重用,降低建模與仿真的費(fèi)用,而軍事物流配送系統(tǒng)正是典型的分布式復(fù)雜大系統(tǒng),因此本文嘗試將HLA高層體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用于軍事物流配送系統(tǒng)仿真研究。

1HLA簡(jiǎn)介[1]

HLA是美國(guó)國(guó)防部建模與仿真辦公室于1996年提出的建模與仿真技術(shù)框架的核心部分。HLA重點(diǎn)解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:一是要促進(jìn)仿真系統(tǒng)之間的互操作;二是要有利于仿真模型在不同的仿真應(yīng)用的重用。作為建模與仿真的高層體系結(jié)構(gòu),HLA主要由4部分組成:

(1)規(guī)則(Rules):規(guī)定了所有聯(lián)邦及其聯(lián)邦成員必須符合的要求,表述HLA中各個(gè)部件的功能劃分和邏輯關(guān)系,體現(xiàn)了HLA的基本構(gòu)思和原則。

(2)對(duì)象模型模板OMT(Object Model Template):是用來(lái)描述HLA對(duì)象模型的結(jié)構(gòu)框架,它描述了HLA中對(duì)象模型的對(duì)象類(lèi)、屬性、交互參數(shù)以及相關(guān)信息的格式和方法。OMT對(duì)應(yīng)兩個(gè)部分:FOM和SOM,分別描述在聯(lián)邦執(zhí)行過(guò)程中可以共享的信息和仿真成員在參與聯(lián)邦運(yùn)行時(shí)所能提供的能力。

(3)運(yùn)行支撐環(huán)境RTI(Run-Time Infrastructure)和接口規(guī)范說(shuō)明(Interface Specification):定義聯(lián)邦成員與聯(lián)邦中其它成員進(jìn)行信息交互的方式,即RTI的服務(wù)。其定義了RTI的6大管理功能,即聯(lián)邦管理、聲明管理、對(duì)象管理、所有權(quán)管理、時(shí)間管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理。RTI是實(shí)現(xiàn)HLA仿真系統(tǒng)的核心。

(4)聯(lián)邦開(kāi)發(fā)和執(zhí)行過(guò)程FEDEP(Federation Development and Execute Process Mode)模型:FEDEP模型是一個(gè)適合于聯(lián)邦開(kāi)發(fā)的模型,是一種通用的、基于重用的聯(lián)邦開(kāi)發(fā)方法,它將聯(lián)邦開(kāi)發(fā)與執(zhí)行過(guò)程分為6個(gè)步驟,即:定義聯(lián)邦目標(biāo)、開(kāi)發(fā)聯(lián)邦概念模型、設(shè)計(jì)聯(lián)邦、開(kāi)發(fā)聯(lián)邦、集成和測(cè)試聯(lián)邦、運(yùn)行聯(lián)邦和分析結(jié)果。

聯(lián)邦和聯(lián)邦成員是HLA中非常重要的概念,在HLA中,將用于達(dá)到某一特定仿真目的的分布仿真系統(tǒng)稱(chēng)為聯(lián)邦(Federation),它由若干個(gè)相互作用的聯(lián)邦成員(Federate,成員)構(gòu)成,聯(lián)邦也可以作為一個(gè)成員加入到更大的聯(lián)邦中。最主要的一種聯(lián)邦成員是仿真應(yīng)用(Simulation),仿真應(yīng)用使用實(shí)體的模型來(lái)產(chǎn)生聯(lián)邦中某一實(shí)體的動(dòng)態(tài)行為。聯(lián)邦成員由若干相互作用的對(duì)象構(gòu)成,對(duì)象是成員的基本元素,是為了完成聯(lián)邦運(yùn)行的某一功能,如記錄數(shù)據(jù)、仿真某個(gè)實(shí)體的動(dòng)態(tài)行為等。基于HLA的仿真系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2基于HLA的軍事物流配送仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1軍事物流配送流程[2]

軍事物流配送是在一定的區(qū)域范圍內(nèi),根據(jù)部隊(duì)用戶(hù)的需求,對(duì)軍用物資進(jìn)行揀選、加工、包裝、分割、組配等作業(yè),并“適時(shí)、適地、適量、適用、合理、高效”對(duì)部隊(duì)用戶(hù)進(jìn)行軍用物資保障的物流活動(dòng)。其功能要素具體包括:集貨、存儲(chǔ)、分揀、配貨、配裝、運(yùn)輸、分發(fā)等,其具體流程如圖2所示。

2.2仿真系統(tǒng)的HLA聯(lián)邦設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)軍事物流配送流程的分析,我們確定了軍事物流配送仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦組成,如圖3所示。

該聯(lián)邦由11個(gè)成員組成,分屬紅、藍(lán)、白三方,紅方包括7個(gè)成員,分別為:供應(yīng)商、后方基地、聯(lián)勤分部、倉(cāng)庫(kù)、軍工企業(yè)、配送中心以及作戰(zhàn)部隊(duì);藍(lán)方只有一個(gè)襲擾成員,主要是干擾紅方的配送過(guò)程;白方成員主要是仿真聯(lián)邦管理成員,包括:聯(lián)邦運(yùn)行控制服務(wù)成員、態(tài)勢(shì)顯示成員、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境成員;各個(gè)聯(lián)邦成員分別由不同對(duì)象組成,如配送中心成員由運(yùn)輸工具、裝載工具、揀選車(chē)、叉車(chē)、托盤(pán)、升降平臺(tái)、包裝設(shè)備、自動(dòng)傳輸設(shè)備等組成;戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境成員由地形、天氣、氣象、水文、復(fù)雜電磁環(huán)境等組成。各聯(lián)邦成員通過(guò)HLA的運(yùn)行支撐環(huán)境RTI提供的6大服務(wù),實(shí)現(xiàn)彼此信息的交換和共享,完成仿真任務(wù)。

2.3對(duì)象模型設(shè)計(jì)[3]

HLA規(guī)則要求聯(lián)邦及成員都需要建立自己的對(duì)象模型。FOM(聯(lián)邦對(duì)象模型)的主要目的是為聯(lián)邦成員之間的數(shù)據(jù)交換提供一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)格式的說(shuō)明。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括所有對(duì)象類(lèi)和交互類(lèi)以及這些類(lèi)的屬性和參數(shù)。SOM(仿真對(duì)象模型)是單一聯(lián)邦成員的對(duì)象模型,它描述了聯(lián)邦成員可以對(duì)外部公布或需要訂購(gòu)的對(duì)象類(lèi)、對(duì)象類(lèi)屬性、交互類(lèi)、交互類(lèi)參數(shù)的特性,這些特性反應(yīng)了聯(lián)邦成員在參與聯(lián)邦運(yùn)行時(shí)所具有的能力。

2.3.1FOM中對(duì)象類(lèi)與交互類(lèi)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)對(duì)象類(lèi)、交互類(lèi),是為了確定各聯(lián)邦成員之間的數(shù)據(jù)流和控制流。聯(lián)邦成員通過(guò)定購(gòu)自己感興趣的對(duì)象類(lèi)和交互類(lèi),發(fā)布其它成員所需的對(duì)象類(lèi)和交互類(lèi),來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦成員之間的信息交換和互操作。

(1)對(duì)象類(lèi)設(shè)計(jì)

本仿真系統(tǒng)的對(duì)象類(lèi)有供應(yīng)商類(lèi)、后方基地類(lèi)、聯(lián)勤分部類(lèi)、軍工企業(yè)類(lèi)、倉(cāng)庫(kù)類(lèi)、配送中心類(lèi)、作戰(zhàn)部隊(duì)類(lèi)。

(2)交互類(lèi)設(shè)計(jì)

本仿真系統(tǒng)的交互類(lèi)有采購(gòu)類(lèi)、定購(gòu)類(lèi)、運(yùn)輸類(lèi)、配送類(lèi)、存儲(chǔ)類(lèi)。

2.3.2SOM的設(shè)計(jì)

各SOM的公布/定購(gòu)關(guān)系如表1所示。

3聯(lián)邦成員開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)

3.1聯(lián)邦成員開(kāi)發(fā)[4]

軍事物流配送聯(lián)邦成員的開(kāi)發(fā)過(guò)程,如圖4所示。分兩條主線(xiàn)進(jìn)行:一是建立軍事物流配送的概念模型,確定軍事物流配送系統(tǒng)的相關(guān)實(shí)體、過(guò)程。在此基礎(chǔ)上對(duì)仿真的實(shí)體、過(guò)程進(jìn)行建模和仿真流程的設(shè)計(jì),這主要是圍繞實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦成員的內(nèi)部功能展開(kāi),并從中抽取成員的SOM信息;二是根據(jù)各聯(lián)邦成員的SOM,分析它與其它成員的交互關(guān)系,建立聯(lián)邦的FOM,并用OMDT工具形成Fed文件,供聯(lián)邦進(jìn)行初始化,為成員的交互運(yùn)行設(shè)定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)環(huán)境。聯(lián)邦成員通過(guò)調(diào)用RTI的API接口函數(shù),將HLA交互模型與實(shí)體/過(guò)程模型相結(jié)合,使兩條主線(xiàn)會(huì)合,實(shí)現(xiàn)SOM中定義的仿真功能。

聯(lián)邦成員程序中與RTI接口的部分主要包括:創(chuàng)建并加人聯(lián)邦,初始化RTI數(shù)據(jù),聲明公布/定購(gòu)關(guān)系請(qǐng)求時(shí)間推進(jìn),更新和反射對(duì)象屬性值,發(fā)送和接收交互,退出并撤銷(xiāo)聯(lián)邦等,具體流程如下:

(1)初始化成員數(shù)據(jù)

①創(chuàng)建RTI Logistics對(duì)象rtiLog;

②創(chuàng)建Federate Logistics對(duì)象fedLog;

③初始化成員仿真對(duì)象。

(2)調(diào)用rtiLog. createFederationExecution創(chuàng)建聯(lián)邦

(3)加入聯(lián)邦執(zhí)行

①調(diào)用rtiLog. joinFederationExecution加入聯(lián)邦;

②若加入時(shí)有異常發(fā)生,則退出程序。

(4)獲得Fed文件定義的對(duì)象類(lèi)及其屬性、交互類(lèi)及其參數(shù)的句柄

①調(diào)用rtiLog. getObjectClassHandle獲取對(duì)象類(lèi)句柄值;

②調(diào)用rtiLog. getAttributeHandle獲取對(duì)象屬性句柄值;

③調(diào)用rtiLog. getInteractionClassHandle獲取交互類(lèi)句柄值;

④調(diào)用rtiLog. getParameterHandle獲取交互參數(shù)句柄值。

(5)聲明公布/定購(gòu)關(guān)系

①調(diào)用RTI:: AttributeHandIeSetFactory:: create為每一對(duì)象類(lèi)創(chuàng)建句柄集;

②調(diào)用rtiLog. subscribe0bjectClassAttribute定購(gòu)對(duì)象類(lèi)屬性;

調(diào)用rtiLog. publishObjectClass公布對(duì)象類(lèi);

③調(diào)用rtiLog. subacribeInteractionClass定購(gòu)交互類(lèi);

調(diào)用rtiLog. publishlnteractionClass公布交互類(lèi)。

(6)聲明時(shí)間推進(jìn)策略(缺省為非Regulating且非Constrained)

①調(diào)用rtiLog. enableTimeConstrained聲明時(shí)間推進(jìn)為Constrained;

②調(diào)用rtiLog. enableTimeRegulation聲明時(shí)間推進(jìn)為Regulating。

(7)仿真運(yùn)行,反復(fù)執(zhí)行下列語(yǔ)句

①若需創(chuàng)建新的對(duì)象,則調(diào)用rtiLog.registerObjectInatance進(jìn)行注冊(cè),并記錄返回的實(shí)例句柄值;

②仿真向前推進(jìn)一步。

(8)更新對(duì)象實(shí)例屬性值,發(fā)送交互

①更新屬性值。調(diào)用RTI:: AttributeSetFactory:: create創(chuàng)建RTI:: AttributeHandleValuePairSet,調(diào)用rtiLog.updateAttributeValues更新實(shí)例屬性值;

②發(fā)送交互。調(diào)用RTI:: ParameterSetFactory:: create創(chuàng)建RTI:: ParameterHandleValuePairSet,調(diào)用rtiLog.sendInteraction發(fā)送交互。

(9)若仿真結(jié)束,跳轉(zhuǎn)至(7)

否則,調(diào)用rtiLog. timeAdvanceRequest請(qǐng)求時(shí)間推進(jìn),調(diào)用rtiLog. tick處理RTI事件,直至允許時(shí)間推進(jìn)。

(10)結(jié)束成員運(yùn)行

①調(diào)用RtiLog. reaignFederationExecution退出聯(lián)邦;

②調(diào)用RtiLog. destroyFederationExecudon撤消聯(lián)邦。

3.2聯(lián)邦成員實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用MAK公司的MAK-RTI作為底層支撐環(huán)境,FOM/SOM設(shè)計(jì)采用DMSO的OMDT1.3,實(shí)體模型開(kāi)發(fā)采用Multigen Creator2.6,模型驅(qū)動(dòng)及虛擬場(chǎng)景構(gòu)建采用Multigen Vega3.7,對(duì)軍事物流配送中心這一聯(lián)邦成員進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn),顯示效果較好,圖5為運(yùn)行時(shí)截圖。

4結(jié)束語(yǔ)

本文將HLA高層體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用于軍事物流配送系統(tǒng)仿真研究,基于筆者對(duì)開(kāi)發(fā)基于HLA的軍事物流配送仿真系統(tǒng)的初步研究和實(shí)踐,設(shè)計(jì)了仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦成員以及對(duì)象模型,并利用聯(lián)邦成員的開(kāi)發(fā)方法,初步實(shí)現(xiàn)了軍事物流配送中心這一聯(lián)邦成員。下一步工作的重點(diǎn)是進(jìn)一步完善FOM/SOM,并依據(jù)FEDEP模型對(duì)仿真系統(tǒng)其它聯(lián)邦成員進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1] 黃健,郝建國(guó). HLA仿真系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)[M]. 長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社,2008.

[2] 王豐,姜大立,彭亮. 軍事物流學(xué)[M]. 北京:中國(guó)物資出版社,2003.

[3] 余峰,齊歡,代建民. 基于HLA的配送系統(tǒng)仿真[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2005,33(4):43-44.

[4] 馮曉剛,唐麗玉,陳紫成. 基于HLA的森林滅火仿真系統(tǒng)的研究[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,19(3):553-554.