基于DDS的異構(gòu)仿真系統(tǒng)互聯(lián)方法

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2025.05.018

Abstract：Basedonthepracticalneedsof interconnectionof multiple heterogeneous simulationsystems，asystem interconnectionstructurebasedonDDSbridgeisadoptedtoachievetheentitystatesynchronizationof multipletypesofsimulators. Thefeasibiltyofthedesignschemeisverified through performancetestingandactualsystem interconnectionoperation；Simultaneouslydesigning amechanismforentitycontrolhandover managementhas solvedtheproblemof switchingcontrolmanagementrightsforthesameentityatdiferentstagesofoperation.Thismethodhasbeenappliedtotheinterconnectionand interoperabilityofmultiplesimulationsimulators，meting thebasicrequirementsforsynchronous training inthesamescenarioofmultiplesimulators.Ihascertainuniversalityandscalability，andhasprovidedusefulpracticeandexplorationforfurtherimproving the interoperabilitybetween simulation systems.

KeyWords：data distribution service（DDS）；simulation systems connection；middleware

隨著仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬器已經(jīng)成為各類院校及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)廣泛使用的教學(xué)實(shí)踐器材和設(shè)備。在應(yīng)對(duì)單一專業(yè)技能培訓(xùn)過程中，其具有專業(yè)性、針對(duì)性、經(jīng)濟(jì)性等諸多優(yōu)點(diǎn)，然而在面臨綜合能力提升這一高階要求時(shí)往往略顯不足：一是模擬實(shí)踐場(chǎng)景的構(gòu)造往往較為單一，僅有有限的幾個(gè)場(chǎng)景；二是由于針對(duì)性和專業(yè)性，模型的抽象上往往僅突出了本專業(yè)的特征模擬；三是流程性實(shí)操居多，場(chǎng)景的復(fù)雜程度不足，缺乏激烈的交互，與真實(shí)場(chǎng)景差距較大。

實(shí)踐教學(xué)非常強(qiáng)調(diào)崗位專業(yè)技能的培養(yǎng)，要求實(shí)踐操作環(huán)境依托現(xiàn)實(shí)背景、貼近真實(shí)場(chǎng)景。然而由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的復(fù)雜性及不確定性，這是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢的難題，難以營(yíng)造多樣的、全面的、復(fù)雜的真實(shí)場(chǎng)景來支撐大規(guī)模實(shí)操人員的交互實(shí)踐。因而，將各型模擬系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互操作，相互協(xié)同、相互補(bǔ)充、相互對(duì)抗，在一個(gè)共同的場(chǎng)景中開展同步練習(xí)，則成為提升綜合實(shí)踐教學(xué)水平的方法之一。

1多系統(tǒng)互聯(lián)面臨的問題及主要解決方案

各系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容主要依據(jù)的是自身專業(yè)領(lǐng)域面臨的實(shí)踐教學(xué)問題，以及實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)積累和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)間多采用不同的技術(shù)手段和方法，遵從不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議；實(shí)操活動(dòng)流程上取自不同階段，難以協(xié)同一致；模型抽象上各有側(cè)重，難以相互匹配；數(shù)據(jù)定義上自成體系，難以相互識(shí)別。這些問題都構(gòu)成了多系統(tǒng)互聯(lián)的障礙，使其天然不具備互聯(lián)的條件。

美軍在不同時(shí)期對(duì)訓(xùn)練仿真需求不同，產(chǎn)生了多種系統(tǒng)互聯(lián)的協(xié)議。DIS支持同類功能仿真應(yīng)用互聯(lián)互操作；HLA適用于所有應(yīng)用領(lǐng)域中Mamp;S的開發(fā)和集成，主要集中在虛擬領(lǐng)域；TENA和CTIA是面向真實(shí)訓(xùn)練場(chǎng)上，迅速、高效、低成本地實(shí)現(xiàn)靶場(chǎng)試驗(yàn)與訓(xùn)練領(lǐng)域的互操作。JLVC則是立足于在真實(shí)、虛擬、構(gòu)造的多個(gè)層面解決獨(dú)立開發(fā)的功能組件、應(yīng)用程序等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作的問題[1-2]。文獻(xiàn)[3]將網(wǎng)格技術(shù)與

HLA/RTI相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)內(nèi)多個(gè)仿真系統(tǒng)之間的互聯(lián)與互操作，完成聯(lián)邦級(jí)或系統(tǒng)級(jí)的功能共享和重用。文獻(xiàn)[4-5]采用基于主動(dòng)感知的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法、基于模板的信息智能交互方法和異構(gòu)系統(tǒng)集成方法等構(gòu)建中間件系統(tǒng)，并從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換橋接、時(shí)間管理橋接、導(dǎo)調(diào)監(jiān)控橋接、指揮命令橋接和互聯(lián)規(guī)范橋接等方面實(shí)現(xiàn)指揮信息系統(tǒng)實(shí)裝與仿真系統(tǒng)互聯(lián)互通。文獻(xiàn)[6]使用橋接方式進(jìn)行DIS、HLA異構(gòu)系統(tǒng)集成，優(yōu)化時(shí)間推進(jìn)邏輯配合計(jì)時(shí)硬件卡保證橋接器的近實(shí)時(shí)性，以HLA時(shí)間管理保障仿真邏輯的正確，實(shí)現(xiàn)空空導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)半實(shí)物仿真（DIS系統(tǒng)）與空戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)仿真（HLA系統(tǒng)）異構(gòu)系統(tǒng)的有效集成。文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了包括接口服務(wù)、通用數(shù)據(jù)交換模型、模型映射模型和狀態(tài)池的通用網(wǎng)關(guān)來解決HLA-TENA互聯(lián)問題，通過原型系統(tǒng)的試驗(yàn)，找到了影響網(wǎng)關(guān)性能的主要因素。文獻(xiàn)8通過使用DDS替換HLA中的數(shù)據(jù)分發(fā)功能，利用HLA進(jìn)行仿真系統(tǒng)中的聯(lián)邦管理，并使DDS負(fù)責(zé)仿真節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)分發(fā)功能，在半實(shí)物仿真中達(dá)到了實(shí)時(shí)仿真的目的。文獻(xiàn)[9]以O(shè)PNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)為核心，采用DDS構(gòu)建分布式系統(tǒng)總線，提出一種分布式通信網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)（DOP系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)與三維顯示聯(lián)邦成員的分布式通訊。

目前多系統(tǒng)互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)主要分為以下幾種類型[10]：

（1）基于DIS或HLA的單聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路是對(duì)互聯(lián)的各個(gè)模擬系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其符合DIS或HLA標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)全局唯一的UDP或FOM表，然后通過DIS或HLA提供的管理機(jī)制將模擬系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)形成一個(gè)聯(lián)邦進(jìn)行運(yùn)行，以支撐演習(xí)活動(dòng)。

（2）基于DIS或HLA的多聯(lián)邦互聯(lián)體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)也是要求所有的聯(lián)邦符合DIS或HLA標(biāo)準(zhǔn)，但與單聯(lián)邦不同的是，其包含多個(gè)聯(lián)邦，聯(lián)邦之內(nèi)的時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)交換通過PDU或RTI提供的管理機(jī)制就能解決，但聯(lián)邦之間的數(shù)據(jù)交換和時(shí)鐘同步需要通過較為復(fù)雜的網(wǎng)關(guān)或橋來進(jìn)行解決。

（3）基于TENA的體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)盡量保持原有系統(tǒng)的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，通過公共數(shù)據(jù)對(duì)象和TE-NA中間件實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換、時(shí)間同步和資源管理，保證數(shù)據(jù)的一致和運(yùn)行邏輯的合理。

（4）多種技術(shù)體系的混合體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)也是盡量保持和利用原有系統(tǒng)的技術(shù)體系，例如DIS、HLA、TENA或者CTIA，通過公共數(shù)據(jù)對(duì)象、網(wǎng)關(guān)、橋等實(shí)現(xiàn)不同模擬系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和時(shí)間同步，保證數(shù)據(jù)的一致和運(yùn)行邏輯的合理。

本文針對(duì)多型異構(gòu)仿真系統(tǒng)互聯(lián)互通的實(shí)際需求，借鑒基于TENA體系結(jié)構(gòu)開展互聯(lián)的思路，探索和實(shí)現(xiàn)基于DDS技術(shù)的橋接方法，依據(jù)互聯(lián)互操作要求將仿真系統(tǒng)分為總體態(tài)勢(shì)獲取、實(shí)體狀態(tài)發(fā)布、實(shí)體控制權(quán)切換三種類型，以實(shí)現(xiàn)不同類型模擬器實(shí)體狀態(tài)的同步。

2基于DDS 橋接器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2. 1 DDS特點(diǎn)

DDS全稱是數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（datadistributionserv-ice），旨在為分布式系統(tǒng)提供高效、可靠、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信。DDS規(guī)范定義了以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱機(jī)制，使用UML來定義服務(wù)，提供一個(gè)與平臺(tái)無關(guān)的模型，從而滿足跨平臺(tái)和編程語言的需求。DDS通過QoS策略來配置和利用系統(tǒng)資源，協(xié)調(diào)可預(yù)測(cè)性和執(zhí)行效率之間的平衡，應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)交互場(chǎng)景。

DDS規(guī)范分為DCPS（data-centric publish/subscribe以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布訂閱層）和DLRL（datalocalrecon-structionlayer數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層）。DCPS負(fù)責(zé)在虛擬全局?jǐn)?shù)據(jù)空間通過UDP或共享內(nèi)存等方式發(fā)送接收數(shù)據(jù)。DLRL用于數(shù)據(jù)的本地表示，使得那些分布式數(shù)據(jù)可以為本地對(duì)象和遠(yuǎn)程對(duì)象所共享，讓用戶能直接訪問變更的數(shù)據(jù)，達(dá)到與本地語言結(jié)構(gòu)無縫連接的目的。基于DDS的中間件具有實(shí)時(shí)性、松耦合、動(dòng)態(tài)性、靈活性的特點(diǎn)，能為復(fù)雜數(shù)據(jù)流、高傳輸速率、容錯(cuò)系統(tǒng)等場(chǎng)景提供合適的解決方案[1]

2.2 橋接器設(shè)計(jì)

需互聯(lián)的系統(tǒng)大致可描述為一個(gè)主仿真系統(tǒng)和若干模擬器的 1+N 結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1虛線外所示。主仿真系統(tǒng)包含了仿真實(shí)體域中所需業(yè)務(wù)的所有模型，實(shí)體的數(shù)量、類型、規(guī)模較為全面，但是模型精細(xì)度較低；模擬器系統(tǒng)主要代表了某些專業(yè)領(lǐng)域的模型仿真，實(shí)體的數(shù)量、類型、規(guī)模較少，但是模型精細(xì)度較高。

無論主仿真系統(tǒng)還是模擬器系統(tǒng)都自成體系，部署在一個(gè)單獨(dú)的局域網(wǎng)環(huán)境中，具備單獨(dú)的仿真引擎、模型體系、運(yùn)行規(guī)則、內(nèi)部通信等，均可獨(dú)立運(yùn)行，在各自構(gòu)造的場(chǎng)景中支撐本專業(yè)的日常實(shí)踐教學(xué)。但是在開展聯(lián)合培訓(xùn)的時(shí)候，則需要各系統(tǒng)展現(xiàn)同一個(gè)場(chǎng)景，遵循統(tǒng)一的時(shí)空管理，各實(shí)體屬性狀態(tài)保持一致。

為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，各系統(tǒng)構(gòu)造通用的DDS消息中間件，主要包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、消息管理、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量管理3個(gè)模塊，通過中間件完成各異構(gòu)系統(tǒng)交互，形成DDS橋接器結(jié)構(gòu)。功能上一是負(fù)責(zé)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義的轉(zhuǎn)換，二是遵循DDS通信協(xié)議完成消息傳輸功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)象消息和事件消息的發(fā)布/訂閱，三是制定消息傳遞策略，確保消息傳遞的質(zhì)量和效率。具體結(jié)構(gòu)如圖1虛線內(nèi)所示。

（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊：包含數(shù)據(jù)的含義轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、度量轉(zhuǎn)換等。

（2）消息管理器：完成分布式仿真環(huán)境下對(duì)象與事件的管理，包括對(duì)象的創(chuàng)建、刪除、對(duì)象調(diào)用、事件發(fā)送及響應(yīng)回調(diào)、實(shí)體屬性更新及響應(yīng)回調(diào)等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訂閱與發(fā)布功能。

① 對(duì)象消息管理：是對(duì)分布式仿真環(huán)境下周期性數(shù)據(jù)的管理，包含仿真實(shí)體及其附屬設(shè)備的狀態(tài)屬性等。

② 事件消息管理：是對(duì)分布式仿真環(huán)境下突發(fā)性數(shù)據(jù)的管理，包含武器發(fā)射、指揮命令等突發(fā)性事件的抽象。

（3）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量管理：通過QoS的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，能夠依據(jù)各類網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的重要性，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，確保關(guān)鍵性信息數(shù)據(jù)的可靠交互。

主仿真系統(tǒng)DDS橋接器 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量 -DDS中間件消息管理 管理局域網(wǎng)□ C □ □ J □消息管理 網(wǎng)絡(luò) 消息管理 網(wǎng)絡(luò) 消息管理 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量 質(zhì)量 質(zhì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 管理 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 管理 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 管理模擬器A 模擬器B 模擬器C

3基于DDS橋接器的數(shù)據(jù)交互

3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主仿真系統(tǒng)與模擬器的交互消息包括想定消息、態(tài)勢(shì)消息、控制消息、指令消息、狀態(tài)消息等，這些消息依據(jù)數(shù)據(jù)傳遞頻率分屬于對(duì)象消息和事件消息，如表1所示。

（1）想定消息。該消息產(chǎn)生于實(shí)操活動(dòng)的起始階段，由主仿真系統(tǒng)產(chǎn)生實(shí)操活動(dòng)的整體虛體場(chǎng)景，包含地理區(qū)域、所有實(shí)體初始位置及狀態(tài)、起始時(shí)間等，運(yùn)行前由主仿真系統(tǒng)一次性下發(fā)給各參與模擬器系統(tǒng)。想定消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如表2所示。

（2）態(tài)勢(shì)消息。由主仿真系統(tǒng)通過仿真引擎計(jì)算，更新所有實(shí)體的狀態(tài)，然后根據(jù)角色進(jìn)行實(shí)體篩選后進(jìn)而周期性發(fā)布。態(tài)勢(shì)消息主要由實(shí)體狀態(tài)消息和實(shí)體機(jī)動(dòng)消息組成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如表3、表4所示。

表1主仿真系統(tǒng)與模擬器的交互消息表

Tab.1Interactionmessage table between the mainsimulationsystemandthesimulator

表2想定消息結(jié)構(gòu)體

Tab.2 The structure of the scenario message

表3實(shí)體狀態(tài)消息結(jié)構(gòu)體

表4實(shí)體機(jī)動(dòng)消息結(jié)構(gòu)體

Tab.4The structure of the entity motion message

（3）事件消息。主仿真系統(tǒng)在仿真計(jì)算過程中產(chǎn)生的非周期性事件，如發(fā)現(xiàn)自標(biāo)、設(shè)備投放、實(shí)體消亡等。表5示例為探測(cè)事件消息結(jié)構(gòu)定義。

表5探測(cè)事件消息結(jié)構(gòu)體

Tab.5The structure of the detection message

（4）控制消息。主仿真系統(tǒng)用于通知各模擬器系統(tǒng)當(dāng)前仿真推演的進(jìn)度，如1倍速運(yùn)行、暫停、N倍速運(yùn)行等。開始/繼續(xù)、暫停/終止消息結(jié)構(gòu)體定義如表6、表7所示。

表6開始/繼續(xù)消息結(jié)構(gòu)體

Tab.6The structure of the start/continue message

表7暫停/終止消息結(jié)構(gòu)體

（5）指令消息。主仿真系統(tǒng)用于特殊指令的發(fā)布，如突然干預(yù)實(shí)體位置及狀態(tài)等。表8示例為改變實(shí)體位置指令的結(jié)構(gòu)定義。

表8改變位置指令結(jié)構(gòu)體定義表

Tab.8The structure of the location changing message

（6）狀態(tài)消息。指模擬器端仿真計(jì)算或人為操作觸發(fā)的實(shí)體狀態(tài)的變化，發(fā)送給主仿真系統(tǒng)用于狀態(tài)同步。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與實(shí)體狀態(tài)消息、實(shí)體機(jī)動(dòng)消息一致。

3.2 數(shù)據(jù)交互方法

按照標(biāo)準(zhǔn)的DCPS模型，數(shù)據(jù)的交互主要由DataWriter、DataReader、Publisher、Subscriber、Domain、DataObject等實(shí)體實(shí)現(xiàn)。參與系統(tǒng)互聯(lián)的所有系統(tǒng)單元都需加入相同的Domain，以區(qū)分其他系統(tǒng)群。每種消息形成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，定義為不同的主題（Topic），以區(qū)分為不同的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)發(fā)送端通過數(shù)據(jù)寫入者（DataWriter）和發(fā)布者（Publisher）依據(jù)QoS的要求發(fā)送特定主題的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)接收端通過訂閱者（Sub-scriber）和數(shù)據(jù)讀取者（DataReader）異步接收訂閱主題的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的交互，數(shù)據(jù)交互模型如圖2所示。

圖2數(shù)據(jù)交互模型

Fig.2Data Interaction Model

數(shù)據(jù)發(fā)布者和數(shù)據(jù)訂閱者加入同一個(gè)數(shù)據(jù)域Do-main后，可互相進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。發(fā)布者Publisher集合可表示為 P={P₁，P₂，…，P_n} ，每個(gè)發(fā)布者包含若干個(gè)數(shù)據(jù)寫入者DataWriter，則 P_i 所包含的寫入者可表示為W_i={W_i1，W_i2，…，W_ip} ，訂閱者Subscriber集合可表示為 S={S₁，S₂，…，S_n} ，每個(gè)訂閱者包含若干個(gè)數(shù)據(jù)讀取者DataReader，則 S_i 所包含的寫入者可表示為 R_i= {R_i1，R_i2，…，R_is} 。主題的集合可表示為 T= {T₁，T₂，…，T_t} ， W 與 R 之間通過主題相關(guān)聯(lián)，相同主題的數(shù)據(jù)讀取者可接收同主題的數(shù)據(jù)寫入者發(fā)布的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布者和數(shù)據(jù)訂閱者的數(shù)據(jù)傳輸[12]

3.3 組網(wǎng)性能測(cè)試

（1）測(cè)試方法

組網(wǎng)性能測(cè)試主要考慮基于DDS橋接器的數(shù)據(jù)交互能力，主要包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量、數(shù)據(jù)傳輸量、網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲、數(shù)據(jù)更新周期、數(shù)據(jù)可靠性等性能指標(biāo)。其中，設(shè)計(jì)測(cè)試節(jié)點(diǎn)數(shù)量為150個(gè)，內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)帶寬1 000Mbps ，DDS配置文件正常，QoS策略配置一致；網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲綜合考慮數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)加解包4個(gè)方面，要求網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲不大于 100ms ，數(shù)據(jù)更新周期不大于 16ms ，通過QoS的設(shè)置，分別按照可靠傳輸和最大速傳輸兩種情況進(jìn)行測(cè)試。

（2）測(cè)試結(jié)果

① 通過調(diào)整QoS策略，設(shè)置為可靠傳輸。測(cè)得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量 397Mbps ，數(shù)據(jù)延遲 1ms 。設(shè)置數(shù)據(jù)更新周期為 10ms ，仿真實(shí)體狀態(tài)顯示正常。

② 通過調(diào)整QoS策略，設(shè)置為最大速率傳輸。測(cè)得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)最大速率 525Mbps ，丟包率 1.1% ，數(shù)據(jù)延遲 1ms 。設(shè)置數(shù)據(jù)更新周期為 10ms ，仿真實(shí)體狀態(tài)顯示正常。

通過網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試可以看出，基于DDS橋接器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸量大，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小，丟包率小，能夠滿足系統(tǒng)互聯(lián)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽蟆?/p>

4實(shí)體控制權(quán)管理機(jī)制

4.1實(shí)體狀態(tài)同步需求

主仿真系統(tǒng)產(chǎn)生了虛擬場(chǎng)景中的所有實(shí)體，模擬器系統(tǒng)當(dāng)中需要產(chǎn)生同樣的實(shí)體，且實(shí)體狀態(tài)屬性需要保持同步。但是在不同的階段，同步方法有所區(qū)分（如圖3所示），主要有以下三種典型場(chǎng)景：

（1）模擬器與主仿真進(jìn)行實(shí)體關(guān)聯(lián)。在系統(tǒng)運(yùn)行初始階段，各系統(tǒng)實(shí)體獨(dú)立產(chǎn)生，需要人為進(jìn)行實(shí)體關(guān)聯(lián)，如圖3階段（a）。

（2）實(shí)體的數(shù)據(jù)模擬以模擬器為主產(chǎn)生。如某飛機(jī)模擬器系統(tǒng)僅關(guān)注在起飛和降落階段仿真，而不關(guān)注飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力。該階段場(chǎng)景下，需要主仿真系統(tǒng)跟隨模擬器自身所代表的實(shí)體，同步更新該實(shí)體的狀態(tài)屬性，如圖3階段（b）（d）。

（3）實(shí)體的數(shù)據(jù)模擬以主仿真系統(tǒng)為主產(chǎn)生。如在飛機(jī)飛到任務(wù)區(qū)域后，重點(diǎn)需要模擬飛機(jī)任務(wù)執(zhí)行能力。該階段場(chǎng)景下，模擬器跟隨主仿真系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)實(shí)體，同步更新模擬器自身的狀態(tài)屬性，如圖3階段（c）。

4.2實(shí)體控制權(quán)切換

根據(jù)這三種不同的場(chǎng)景，需要設(shè)計(jì)一種實(shí)體控制權(quán)管理機(jī)制，用來避免多系統(tǒng)仿真產(chǎn)生的實(shí)體狀態(tài)多源沖突問題。基本思路就是在不同階段僅由某一系統(tǒng)獲取實(shí)體控制權(quán)，并負(fù)責(zé)發(fā)布實(shí)體狀態(tài)數(shù)據(jù)，其他系統(tǒng)通過DDS接收后進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，切換流程如圖4所示。

在實(shí)際實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)臨機(jī)切換與自動(dòng)切換兩種方式。臨機(jī)切換主要依托主仿真系統(tǒng)的控制終端人為判斷切換時(shí)機(jī)和實(shí)施切換。自動(dòng)切換由主仿真系統(tǒng)或模擬器根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則自動(dòng)觸發(fā)，如時(shí)間規(guī)則、距離規(guī)則等。

4.3功能實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

本文采用基于DDS橋接器的設(shè)計(jì)方法完成主仿真系統(tǒng)與飛機(jī)實(shí)體模擬器、機(jī)場(chǎng)航空管制模擬器等異構(gòu)仿真系統(tǒng)的互操作改造，實(shí)際實(shí)現(xiàn)8型模擬器的互聯(lián)，各型模擬器主要類型和特點(diǎn)情況如表9所示，實(shí)測(cè)可滿足同時(shí)運(yùn)行各互聯(lián)系統(tǒng)達(dá)40個(gè)。

表9模擬器類型及主要特點(diǎn)表

Tab.9The table of simulator'stypesand maincharacteristics

圖5所示為多型模擬器互聯(lián)情況下的主仿真系統(tǒng)態(tài)勢(shì)畫面，采用臨機(jī)方式完成實(shí)體控制權(quán)切換。左側(cè)實(shí)體列表中，黃色加星號(hào)*實(shí)體表示當(dāng)前實(shí)體控制權(quán)在模擬器，當(dāng)前已完成任務(wù)并進(jìn)入返航著陸階段，由塔臺(tái)飛行管理人員進(jìn)行管控降落；白色無星號(hào)實(shí)體表示當(dāng)前實(shí)體控制權(quán)在主仿真，已經(jīng)完成出航并交由主仿真系統(tǒng)使用實(shí)體控制軟件執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)前機(jī)場(chǎng)上空紅色飛行軌跡即為飛機(jī)返航降落階段由模擬器產(chǎn)生的實(shí)際飛行軌跡，已數(shù)據(jù)同步并態(tài)勢(shì)融合到主仿真系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合多型異構(gòu)仿真系統(tǒng)互聯(lián)互通的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了基于DDS橋接器的系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多種不同類型模擬器實(shí)體狀態(tài)的同步，通過性能測(cè)試及實(shí)際系統(tǒng)互聯(lián)運(yùn)行，檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)方案的可行性，初步滿足了多型模擬器同一場(chǎng)景下同步開展互操作培訓(xùn)活動(dòng)的基本要求；同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)體控制權(quán)交接管理機(jī)制，解決了同一實(shí)體在不同運(yùn)行階段的控制管理權(quán)切換問題，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)實(shí)體從起飛出航、執(zhí)行任務(wù)、返航降落過程的分布控制和數(shù)據(jù)同步。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法是在已完成了各仿真模擬器建設(shè)基礎(chǔ)上開展的互聯(lián)操作，最大程度保留了各仿真系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及運(yùn)行邏輯，通過中間件設(shè)計(jì)盡可能地對(duì)各仿真系統(tǒng)進(jìn)行最低程度的改造，方法具有一定的通用性和擴(kuò)展性，為進(jìn)一步提升仿真系統(tǒng)之間的互操作能力開展了有益的實(shí)踐和探索。

圖4實(shí)體控制權(quán)切換流程圖

圖5實(shí)體控制權(quán)切換主仿真態(tài)勢(shì)圖 Fig.5Main simulation situation diagram of entity control switching

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（責(zé)任編輯：許韋韋）