基于HLA 的軍事物流仿真技術

馬新民，賈松茂

(蚌埠汽車士官學校 基礎部，安徽 蚌埠233011)

現今戰爭的形式是信息化戰爭，參戰雙方圍繞戰場信息進行激烈的角逐，誰在交戰過程中掌握了制信息權，誰就將成為戰爭的贏家［1］。因此，在現代戰爭中，無論是戰爭形態，還是交戰形式，乃至戰爭準備，都發生了巨大的變化，戰爭雙方通過各種手段獲取戰場信息，以進行較為準確的戰場判讀，形成對戰爭的有效控制［2］。軍事物流保障作為戰爭中的重要一環，歷來為仿真人員所重視，因為它涉及到交戰雙方各個參與主體的方方面面，極大地影響著戰爭的進行，沒有堅實有力的后勤保障作支撐，任何戰爭將無法繼續［3-4］。本文針對信息化戰爭的特點，以當今強大的信息技術為支撐，依托現今高速發展的“云計算”和“物聯網”技術，參考高層體系架構(high level architecture，HLA)仿真模式，探索構建一個基于HLA 仿真模式的軍事物流仿真系統，將極大地促進現代軍事物流的發展。

1 HLA 簡介

HLA 為現代仿真系統構建的一種架構模式，是最新一代的分布式仿真協議框架。它是以面向對象的思想和方法來構建仿真系統、劃分仿真成員、構建仿真聯邦的技術。HLA 是一個開放的、高度可擴展的體系結構，其主要目的是促進仿真系統間的互操作性，提高仿真系統及其部件的重用能力。其最大的作用是實現仿真成員的有機結合，以一種成員間松耦合和強聯通的模式增加仿真系統的靈活性，有效提升仿真系統的運行效率。

1.1 HLA 的發展背景

隨著計算機仿真應用領域的拓寬，計算機仿真需要解決的問題也越來越復雜，許多問題靠單個仿真系統已無法解決，必須依靠多個仿真系統進行聯合協同仿真。與傳統的單一仿真模式相比，分布式仿真的關鍵問題是多個仿真系統間的互操作問題，基于此，美國國防部組織相關領域進行了大量的研究，提出了建模與仿真的高層體系架構。

HLA 的提出，與傳統的建模與仿真方式密不可分。從單一仿真模式，到分布式的仿真模式，再到HLA，是一個實踐上的遞進過程，也是認識上的深化過程。在這3 種模式中，仿真的規模越來越大，從形式上量的疊加，到內容上質的優化，表明了仿真方式認識上的變化。仿真的目的在于模擬現實中的實體運行方式，以預見未知，檢驗已知，而仿真方式的選擇，目的在于以一種更好的方式實現這種目的。高層體系架構的出現過程，恰恰說明了這一點。

1.2 HLA 的特點

HLA 在部署過程中，通過運行支撐環境(runtime infrastructure，RTI)提供通用的、相對獨立的支撐服務程序，將仿真應用同底層的支撐環境分開，即將具體的仿真功能實現、仿真運行管理和底層通信傳輸3 者分離，隱藏了各自的實現細節，從而使各部分可以相對獨立的進行開發，并能充分利用各自領域的先進技術。相對于早期的分布交互仿 真(distributed interactive simulation，DIS)模式，HLA 模式具有廣泛的靈活性和可擴充性，能減少網絡冗余數據，并且可以將真實仿真、虛擬仿真和構造仿真集成到一個綜合的仿真環境中，滿足復雜大系統的仿真需要。

1.3 HLA 的規則

HLA 規則已成為IEEE M＆S 的正式標準，標準號為IEEE 1516。現行的規則共有10 條，其中前5 條規定了聯盟必須滿足的要求，后5 條規定了盟員必須滿足的要求。

1.3.1 聯盟規則

(1)每個聯盟必須有一個聯盟對象模型，該聯盟對象模型的格式應與HLA OMT(object model template)兼容。

(2)聯盟中，所有與仿真有關的對象實例應該在聯盟盟員中描述，而不是在RTI 中。

(3)在聯盟運行過程中，各成員間的交互必須通過RTI 進行。

(4)在聯邦運行過程中，所有聯盟成員應按照HLA 接口規范與RTI 交互。

(5)聯盟運行過程中，在任一時刻，同一時刻，同一實例屬性最多只能為一個聯盟成員所擁有。

1.3.2 盟員規則

(1)每個聯盟成員必須有一個符合HLA OMT規范的成員對象模型。

(2)每個聯盟成員必須有能力更新/反射任何SOM(simulation object model)中指定對象類的實例屬性，并能發送/接收任何SOM 中指定交互類的交互實例。

(3)在聯盟運行過程中，每個聯盟成員必須具有動態接收和轉移對象屬性所有權的能力。

(4)每個聯盟成員應能改變其SOM 中規定的更新實例屬性值的條件。

(5)聯盟成員必須管理好局部時鐘，以保證與其他成員進行數據交換。

2 物流仿真系統的基本內涵

物流仿真系統通過觸及各個單位的各個物流仿真實體，將其作為特定的仿真成員，如同神經一樣將系統內所有資源聯系起來，標明特定的用途。當受領特定的仿真任務后，通過其分布廣泛的計算機群，將任務分解，進行智能的分析并在全網范圍內尋求一種最優解決方案，通過確認性審核之后，在最短的時間內將服務單元下達至相關節點，各個節點依據受領的服務任務，驅動具體的物流資源到達指定的區域。圖1 展示了物流仿真系統的基本模型。

圖1 物流仿真系統基本模型

在仿真過程中，該系統將物流中的各種因素(包括協調人員)平等的劃分為各個仿真單元，并賦予每個單元相應的職責(表現在技術層面上就是每個仿真單元提供特定類別的服務)，每個仿真單元都在中央控制單元(通常是一組具有總控功能的應用程序)注冊。當任務到達時，進入系統入口，將會出現2 條路徑:一條是通向各個仿真單元的任務處理路徑，其處理方式便是常規處理;另一條便是通向中央控制單元的路徑，任務到達中央控制單元，控制單元的應用程序依據任務的類型，在各仿真單元提供的服務中尋找與之匹配的服務類型，并將分解后的任務單元傳遞給該節點，各個節點分別支配相應的物流資源來完成任務。在這個過程中，該系統將協調人員與仿真對象緊密結合，在一定程度上實現了仿真過程按需調配。

3 基于HLA 的軍事物流仿真系統基本架構

按照HLA 架構模式，軍事物流仿真系統主要由以下3 部分構成。

(1)軍事物流仿真運行支撐框架RTI。軍事物流仿真運行支撐環境為整個仿真系統架構的中間件，在整個仿真系統中起著承上啟下的作用，是HLA 的核心部件。該中間件包括2 部分:物流指揮平臺總控機服務器實現部分和物流成員分布機客戶端組件部分。軍事物流仿真運行支撐框架是整個仿真系統的核心，該部分一端與物流指揮總控相連，即與整個仿真系統的內部結構相連，為用戶提供訪問物流指揮中樞的唯一通道;另一端與各個仿真成員相連，實現各物流子系統與整個物流仿真體系的掛接。同時，軍事物流仿真運行支撐框架的另一個功能，即為各個仿真成員提供一種約束，使仿真成員之間功能與結構上相互獨立，互不影響。

(2)軍事物流聯邦對象模型。軍事物流聯邦對象模型是仿真聯邦中各物流成員進行數據交換的共同對象模型，即為仿真數據的最終流向和仿真結果的輸出端。在這個對象模型中，既有物流總控指揮端的指揮數據，也有各仿真子平臺的仿真數據，各種數據代表的抽象模型在該對象模型中地位完全相同，即摒棄了指揮層面的上下級隸屬關系，在系統層面實現仿真的虛擬調度。

(3)軍事物流仿真聯邦成員。軍事物流仿真聯邦成員是物流仿真聯邦中的一個成員，在形式上表現為與軍事物流仿真運行支撐環境相連接的一個節點，在邏輯結構上表現為具有并列關系的一系列仿真子平臺。一個聯邦成員可以代表一個大型物流指揮平臺，也能代表一個具體的物流資源提供點。

4 基于HLA 的軍事物流仿真系統運行過程

(1)加入仿真聯邦。當一個物流子系統準備充分，即可按照預先設定的規則加入聯邦。加入聯邦的方式為子系統接口與軍事物流仿真運行支撐環境接口相掛接;同時，進入仿真監視，重置子系統仿真時間，當收到仿真系統掛接成功指令時，開始運行，并向通用運行支撐環境輸送仿真數據和接受仿真聯邦調配指令。

(2)管理狀態和交互信息。物流子系統加入聯邦成功，開始進行數據交換，聯邦開始進行子系統的狀態管理。在此過程中，聯邦向各個子系統發送狀態設定指令，各子系統根據自身狀態，實時進行調整，使自身狀態與聯邦狀態保持一致。

(3)跟蹤實體。由于在仿真聯邦與各物流子系統成員之間，唯一的連接通道為軍事物流仿真運行支撐環境;因此，聯邦和成員之間任何信息的流通都必須經過該支撐環境，并接受支撐環境的調配。聯邦與成員之間在邏輯上形成一對多的關系，聯邦指令下達之后，需要進行實體跟蹤，以確定實體的系統位置。

(4)系統數據雙向流通。仿真系統在運行過程中，表現為一種循環模式，其目的在于實時跟進系統數據的流通。在系統中，流通的數據主要為各成員的仿真數據和聯邦的指令數據，2 種數據流向相反，保證數據流通按照預設模式進行，是物流仿真運行支撐環境的核心的功能。

5 物流仿真系統運行規則

5.1 物流聯邦規則

(1)每個聯邦必須有一個聯邦對象模型，該聯邦對象模型應是物流實體信息的高度抽象。

(2)聯邦中，所有與仿真有關的對象實例應定義在各物流仿真成員中，以使其保持與軍事物流仿真運行支撐環境的獨立性。

(3)在仿真系統運行過程中，各成員間的交互必須通過仿真運行支撐環境進行。

(4)在聯邦運行過程中，所有聯盟成員應按照HLA 接口規范與RTI 交互。

(5)聯邦運行過程中，在任一時刻，同一實例屬性最多只能為1 個聯邦成員所擁有。

5.2 物流成員規則

(1)每個物流成員必須有一個與之相適應的仿真成員對象模型。

(2)每個物流成員必須有能力更新/反射指定的對象類的實例屬性。

(3)在仿真系統運行過程中，每個物流成員必須具有動態接收和轉移對象屬性所有權的能力。

(4)每個物流成員應能改變更新實例屬性值的條件。

(5)物流成員必須管理好局部時鐘，以保證與其他成員進行數據交換。

6 結 語

本文對基于HLA 的軍事物流仿真系統相關技術問題進行了詳細的探討。作為一種可行的，并經過大量實踐驗證的仿真方法，該仿真模式在部署過程中充分利用了當前較為流行的HLA 仿真模式，有效的避免了傳統模式下功能冗余、資源浪費的情況，在實際應用過程中具有較高的運行效率。該仿真模式可作為軍事物流仿真系統構建的一個技術參考。

［1］ 伍仁和.信息化戰爭論［M］. 北京:軍事科學出版社，2004:232.

［2］ 張禮軍，李蒙. 后勤信息化研究［M］. 北京:海潮出版社，2005:155.

［3］ 王宗喜，徐東. 軍事物流學［M］. 北京:清華大學出版社，2007:3.

［4］ 劉筱蘭. 基于供應鏈管理的物流信息集成［J］. 物流技術，2004(3):44.