HLA體系結構綜述

吳曉婷

摘要：本文對現代分布式仿真最為常用的一種HLA 的產生與發展、HLA的概念、HLA的標準規范組成、HLA的技術特點加以總結介紹。

隨著模擬仿真技術的不斷發展，被仿真的系統復雜度越來越高，范圍越來越廣，分布式的特性越來越明顯。新的技術需求要求建立一個功能更加完備，操作更加簡便的龐大的分布式交互虛擬仿真空間環境。HLA 就是在這樣的背景下，由美國國防部負責軍事領域仿真的建模與仿真辦公室（DMSO）在綜合了DIS和ALSP的經驗和基礎上提出的一個通用的分布式建模仿真的技術框架結構。其目的是提升各類仿真應用促進各種類型的仿真系統之間的互操作性和仿真系統及其部件的可重用性，從而實現將構造仿真、虛擬仿真以及真實仿真集成到一個綜合空間環境中，以滿足不同類型仿真的需要。

一、HLA簡介

較早期的DIS、ALSP等仿真協議都是同類功能仿真應用互聯，只有有限的互操作性，不能滿足越來越復雜的分布式作戰仿真需求。1995年美國國防部在發布的建模與仿真主計劃中，決定在國防領域范圍內制定一個通用的仿真技術框架來保證各種仿真應用系統之間的互操作性。該通用技術框架包括三個部分：

（1） 高層體系結構（High LeveL Architecture，HLA）

（2）任務空間概念模型（Conceptual Model of the Mission Space，CMMS）

（3） 數據標準（Data Standards，DS）

HLA是建模與仿真通用技術框架的核心，定義了一種仿真軟件體系結構。

二、HLA的標準規范組成

DMSO在經歷過四個原型系統的開發與試驗后，于1996年8月正式公布了HLA規范，主要包括規則、對象模型模板OMT和運行支撐系統RTI接口規范說明三部分組成。

（1）HLA的規則

HLA的規則包括10條，用以描述聯邦仿真和成員的職責。前5條為一個聯邦必須滿足的要求，后5條為一個聯邦成員必須滿足的要求。

規則1 聯邦必須有一個HLA聯邦對象模型，且FOM必須符合HLA對象模型模板。

規則2 在一個聯邦中，所有與仿真應用有關的對象實例必須在聯邦成員中描述，不能再RTI中描述。

規則3 在一個聯邦執行中，聯邦成員之間的所有 FOM 數據交換都必須經過RTI。

規則4在一個聯邦執行中，聯邦成員與 RTI 之間的交互必須遵循 HLA 的接口規范。

規則5在一個聯邦執行中，對象實例的任何一個屬性在任意時刻至多被一個聯邦成員所擁有。

規則6每個聯邦成員都必須有一個符合 HLA OMT 的成員對象模型SOM。

規則7 聯邦成員必須能夠修改和（或）反射 SOM對象的屬性，發送（接收）SOM 對象的交互信息。

規則8 聯邦成員必須能夠在聯邦執行過程當中，按照SOM的規定動態轉移/接受屬性的所有權。

規則9 聯邦成員必須能夠按照SOM的規定改變的條件，從而實現對象屬性的更新。

規則10 聯邦成員必須能夠管理本地時間，從而能夠協調與其他聯邦成員的數據交換。

（2） RTI接口規范

RTI接口規范提供了一系列服務來處理聯邦運行時成員間的互操作和管理聯邦的運行，是分布交互仿真系統構成的基礎軟件。HLA 規則要求所有的成員按照 HLA 的接口規范說明所要求的方式同 RTI 進行數據交換，實現成員間的交互作用。

RTI 作為聯邦執行的核心，其功能類似于某種特殊目的的分布操作系統，為成員提供運行時所需的服務。 RTI 提供六大類服務，包括聯邦管理、聲明管理、對象管理、所有權管理、時間管理和數據分發管理。 這些接口可區分為兩種類型： 一類是 RTI 提供的服務，由成員調用的接口：另一類是由成員響應，RTI調用的接口。

（3）對象模型模板

HLA的目的是促進仿真應用間的互操作， 提高仿真應用及其部件的重用能力。了達到這一目的， HLA 要求采用對象模型來描述聯邦及其中每個成員在聯邦運行過程中需要交換的各種數據及相關信息。 通常來講，對象模型可以用各種形式來描述，但 HLA 規定必須用一種統一的表格——對象模型模板OMT來規范，OMT 提供了建立 HLA 對象模型的通用框架。

OMT 用于定義聯邦對象模型 FOM 、成員對象模型 SOM 和管理對象模型MOM。 按 HLA 規則要求，每一個聯邦都有其聯邦對象模型 FOM ，其中包括一些聯邦中成員可共享的信息。FOM 還要考慮一些成員內部的問題。按HLA 規則要求每一個成員也都有其成員對象模型 SOM ，用于描述了成員的重要特征，提供了該成員能供外部使用的對象和交互。管理對象模型 MOM 是全局定義的，它提供了管理一個聯邦所需的對象和交互。HLA 將數據和構架獨立開來。

三、HLA軟件體系結構特點

HLA 體系結構共有多種風格的結構特點，即層次化特點、數據抽象特點和基于事件、隱含激活的特點。

（1） HLA體系結構的層次化特點

一個層次化的系統是采用分層的方式來組織的，其中每一層都為它的上一層提供服務，并接受下一層的服務。從聯邦成員的角度來看，RTI 是一個位于其下層的、完整封裝了RTI功能的層次。將 RTI的功能和聯邦成員分離開來實現了兩方面的重要功能。第一，將仿真互操作的通用功能從聯邦成員中去除，聯邦成員的代碼不需要重復那些用于實現互操作的服務。第二，將聯邦成員從體現在 RTI中的技術變化分離開來，如果必須修改 RTI 以適應新型網絡，那么，聯邦成員將不受影響。

（2）HLA 體系結構的數據抽象特點

HLA 體系結構是基于數據抽象和面向對象獲得的，數據表示和它們相關的原始操作被封裝在一個抽象的數據類型或對象中。這種類型的組件是對象，也可以是抽象數據類型的實例。HLA 中層次化原理實際上是采用了雙向的工作方式， 從聯邦成員看 RTI和從 RTI看聯邦成員。這樣構成了數據抽象。RTI為位于其后的、所有狀態都被隱藏的聯邦成員提供接口，同樣，每個聯邦成員也為位于其后面的、所有狀態都被隱藏的 RTI提供接口。

（3）HLA 體系結構的基于事件特點

基于事件也稱為隱含調用、反應集成或選擇廣播。隱含調用的思想在設計 RTI 服務時被廣泛采用。 HLA 的規則規定： 聯邦成員之間不能直接進行交互，必須通過 RTI，于是聯邦成員之間并不知道對方的存在。一個聯邦成員調用 RTI 服務，將導致 RTI 去調用其他聯邦成員的服務，至于決定調用哪一個聯邦成員是由 RTI 來決定的。

參考文獻：

[1]邱小港、陳彬.基于HLA的分布仿真環境設計[M].北京：國防工業出版社.2016.

[2]鐘蔚、龔建興、等.HLA Evolved規范研究分析[J].系統仿真學報，2021，23（4）：691-696.