基于HLA/CORBA的分布式仿真系統
航天測控 董秀軍 北京 100041
近年來，隨著計算機技術、信息技術和系統技術的飛速發展，計算機仿真已廣泛應用于航空、航天、通信、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物、醫學、社會經濟系統等自然科學和社會科學的各個領域，其重要性已廣為人知。隨著計算機仿真的應用領域不斷拓寬，仿真技術有待解決的問題也越來越復雜，許多系統僅僅依靠傳統的單個仿真系統很難達到預期仿真目的，必須依靠多個仿真系統進行協同仿真才能有效解決實際問題。因此，分布式仿真技術已成為系統仿真領域的前沿和熱點之一。
考慮到分布式仿真系統在測控領域的廣闊應用前景，航天測控公司也致力于分布式仿真開發工具及運行平臺的研究和應用，如具有自主知識產權的仿真建模工具amcOMT1516及仿真運行支撐環境amcRTI1516等。
與傳統單個仿真系統相比，分布式仿真必須解決兩個問題：多仿真系統間的互操作和現有仿真系統的重用。為此，美國國防部（DOD）組織有關部門進行深入研究和探索，并于1995年在其建模與仿真大綱中首次提出用于產生計算機仿真系統的高層體系結構HLA（High Level Architecture）。HLA是仿真系統的通用技術框架，只要按照這個框架設計、組建仿真系統，各仿真系統間均能實現很好的互操作和重復利用。HLA技術使多個小仿真系統聯合起來構成一個大型復雜分布式仿真系統成為可能。
HLA按照面向對象的思想和方法來構建仿真系統，它是在面向對象分析與設計的基礎上劃分仿真成員和構建仿真聯邦的技術。在基于HLA的仿真系統中，聯邦是指用于達到某一特定仿真目的的分布式仿真系統，它由若干個相互作用的聯邦成員構成。所有參與聯邦運行的應用程序都可以稱為聯邦成員。HLA主要考慮在聯邦成員的基礎上如何進行聯邦集成，即如何設計聯邦成員間的交互以達到仿真的目的。在HLA框架下，一個典型的仿真聯邦的邏輯結構如圖1所示。
圖1、HLA邏輯框圖
在這個框架中，各聯邦成員和運行支撐環境RTI（Run-Time Infrastructure）一起構成一個開放的、面向對象的分布式仿真系統。RTI是通用的、相對獨立的支撐服務程序，各個聯邦成員是具體的仿真實現。這種體系結構實現了仿真功能實現、仿真運行管理和底層通信三者分離，從而可使各部分相對獨立的進行開發，最大程度地利用各自領域的最新技術來實現標準的功能和服務。
在利用HLA技術構建分布式仿真系統時，必須要解決底層的通信傳輸問題。只有實現了底層通信傳輸服務，各仿真成員之間才能傳送數據和命令，實現彼此之間的互操作。為了解決分布式計算環境中不同硬件設備和軟件系統的互聯，增強網絡間軟件的互操作性，解決傳統分布式計算模式中的不足等問題，對象管理組織（OMG）提出了公共對象請求代理體系結構（CORBA），以增強軟件系統間的互操作能力，使構造靈活的分布式應用系統成為可能。因此，CORBA技術是解決HLA仿真系統中底層通信問題的有效手段。
CORBA應用是典型的客戶服務器程序結構，其主要組件有：客戶端的服務器代理Stub、服務器的客戶端代理Skeleton、對象請求代理ORB、動態目錄服務Smart Agent和基本對象適配器BOA等。當客戶程序試圖訪問服務程序中的某一接口時，對接口的調用就會傳遞給Stub，而Stub又把有關調用信息打包，并通過ORB、Agent和BOA傳給Skeleton，Skeleton解包取出其中參數，然后調用實際的服務接口。服務程序試圖訪問客戶程序中的某一接口時過程類似。CORBA采用UDP點對點數據傳輸，具有自動定位和負載平衡功能。客戶程序無需知道服務器在什么地方、運行在什么平臺以及用什么語言實現的，只要雙方均符合CORBA技術規范，調用方與被調用方定能實現很好的交互。其實現原理如圖2所示。
在利用HLA技術構建分布式仿真系統時，必須要解決底層的通信傳輸問題。只有實現了底層通信傳輸服務，各仿真成員之間才能傳送數據和命令，實現彼此之間的互操作。為了解決分布式計算環境中不同硬件設備和軟件系統的互聯，增強網絡間軟件的互操作性，解決傳統分布式計算模式中的不足等問題，對象管理組織（OMG）提出了公共對象請求代理體系結構（CORBA），以增強軟件系統間的互操作能力，使構造靈活的分布式應用系統成為可能。因此，CORBA技術是解決HLA仿真系統中底層通信問題的有效手段。
CORBA應用是典型的客戶服務器程序結構，其主要組件有：客戶端的服務器代理Stub、服務器的客戶端代理Skeleton、對象請求代理ORB、動態目錄服務Smart Agent和基本對象適配器BOA等。當客戶程序試圖訪問服務程序中的某一接口時，對接口的調用就會傳遞給Stub，而Stub又把有關調用信息打包，并通過ORB、Agent和BOA傳給Skeleton，Skeleton解包取出其中參數，然后調用實際的服務接口。服務程序試圖訪問客戶程序中的某一接口時過程類似。CORBA采用UDP點對點數據傳輸，具有自動定位和負載平衡功能。客戶程序無需知道服務器在什么地方、運行在什么平臺以及用什么語言實現的，只要雙方均符合CORBA技術規范，調用方與被調用方定能實現很好的交互。其實現原理如圖2所示。
圖2、CORBA實現原理
圖3、基于HLA和CORBA的分布式仿真系統實現步驟
假設希望將幾個計算機仿真系統聯合起來構成一個大仿真系統，例如，在已有不同生產機械仿真系統和運輸裝置仿真系統的基礎上，組建一個完整工廠的仿真系統，或者，在某地域一個空中交通管制仿真系統和一個民用航空仿真系統基礎上，組建一個該地域空中交通的完整仿真系統，并希望將來可以把軍用空中交通仿真系統擴展進來，都可以利用基于HLA和CORBA技術構建的分布式仿真系統平臺來解決，而且這樣的需求必將是未來仿真應用的主要需求。因此，在國防研究領域及其他科技領域中，基于HLA和CORBA的分布式仿真系統必將會有更加廣泛的應用前景。
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