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为了使协同仿真平台支持语义级别的互操作,支持联邦结构的动态调整,增强仿真运行时平台对人员参与的开放性,减少仿真迭代次数,该文提出了一种基于语义互操作的动态协同仿真平台,重点研究了其中的索引应用联邦架构技术,支持语义互操作的运行支撑系统(runtime infrastructure,RTI)和仿真中间件技术,及通用自适应的仿真监控技术等关键技术。应用该协同仿真平台建立了高速列车动车组检测列车的协同仿真联邦,2个仿真案例表明本平台提高了协同仿真过程的灵活性与适应性,验证了其有效性。
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资源评论
ISSN1000-0054
CN11-2223
/
N
清华大学学报
(
自然科学版
)
JTsin
g
hua Univ
(
Sci& Tech
),
2012
年 第
52
卷 第
5
期
2012
,
Vol.52
,
No.5
15
/
26
655-662
基于语义互操作的动态协同仿真平台
岳英超
,
肖田元
,
范文慧
,
马
成
,
刘雁兵
,
李
犁
,
陈
新
(
清华大学 自动化系
,
北京
100084
)
收稿 日期
:
2011-10-26
基金 项目
:
国家
“
八六三
”
计划资助项目
(
2009AA110302
);
国家自然科学基金资助项目
(
60874066
)
作者 简介
:
岳英超
(
1984
—),
男
(
汉
),
河北
,
博士研究生
。
通信 作者
:
肖田元
,
教授
,
E-mail
:
xt
y
-dau@mail.tsin
g
hua.edu.cn
摘
要
:
为了使协同仿真平台支持语 义 级别 的互 操 作
,
支持
联邦结构的动态调整
,
增强仿真运行时平台对人员参与 的 开
放性
,
减少仿真迭代次 数
,
该 文 提出 了 一 种 基 于 语 义互 操 作
的动态协同仿真平台
,
重 点 研究 了 其 中 的 索 引 应 用 联 邦 架
构技术
,
支 持 语 义 互 操 作 的 运 行 支 撑 系 统
(
runtimeinfra-
structure
,
RTI
)
和 仿 真 中 间 件 技 术
,
及 通 用 自 适 应 的 仿 真
监控 技 术等 关键 技 术
。
应用 该 协同 仿真 平 台 建 立了 高速 列
车动 车组 检测 列 车的 协 同 仿 真 联 邦
,
2
个 仿 真 案 例 表 明 本
平台 提 高了 协同 仿 真 过 程 的 灵 活 性 与 适 应 性
,
验 证 了 其 有
效性
。
关键词
:
协同仿真平台
;
灵活性
;
语义互操作
;
动态性
中图分类号
:
TP391.9
文献标志码
:
A
文章编号
:
1000-0054
(
2012
)
05-0655-08
D
y
namiccollaborativesimulation
p
latform
basedonsemanticintero
p
erations
YUEYin
g
chao
,
XIAOTian
y
uan
,
FAN Wenhui
,
MAChen
g
,
LIUYanbin
g
,
LILi
,
CHENXin
(
De
p
artmentofAutomation
,
Tsin
g
huaUniversit
y
,
Bei
j
in
g
100084
,
China
)
Abstract
:
A d
y
namiccollaborativesimulation
p
latform based on
semantic intero
p
erations was develo
p
ed to su
pp
ort semantic
intero
p
erationamon
g
federates
,
toim
p
roved
y
namicad
j
ustmentsof
federationstructures
,
p
romoteo
p
ennesstoen
g
ineers
p
artici
p
ation
,
andreducethenumberofiterationsinsimulations.Theke
y
methods
are a federatied index
—
a
pp
lication framework
,
a semantic
intero
p
eration su
pp
ortin
g
runtime infrastructure
(
RTI
)
and
simulation middleware with afocus onthe
g
eneticself-ada
p
tin
g
simulationmonitorandcontrols
y
stem.The
p
latformisa
pp
liedto
collaborativesimulationsofthedetectionofhi
g
hs
p
eedtrains.Two
demonstrationsshow itseffectivenessandflexibilit
y
ford
y
namic
collaborativesimulations.
Ke
y
words
:
collaborativesimulation
p
latform
;
flexibilit
y
;
semantic
intero
p
eration
;
d
y
namics
协同仿真能够集成多学科
、
多领域
、
分布式的仿
真模型
,
使其 协 同 工 作
,
支 持 对 更 加 复 杂 系 统 的 研
究
。
协同仿 真 大 大 拓 展 了 单 一 仿 真 模 型 的 功 能 范
畴
,
得到广泛应用
[
14
]
。
目前
,
在协同仿 真 领 域
,
HLA
(
hi
g
hlevelarchi-
tecture
)
技术
[
5
]
是 通 用 标 准
(
下 文 中 协 同 仿 真 指 基
于
HLA
的 协 同 仿 真
)。
其 中
,
联 邦
(
federation
)
指
能够完成 特 定 仿真任务的协同 仿 真 系统
,
联邦成员
(
federate
)
指 联 邦 中 各 分 布 式 节 点 上 的 仿 真 应 用
。
运行支 撑 系 统
(
runtimeinfrastructure
,
RTI
)
作 为
HLA
的具体实现
,
提供 了 六 大 管理 服 务
,
以运 行 时
固 定 的 联 邦 对 象 模 型
(
federationob
j
ect model
,
FOM
)
为范本实现数据交互与互操作
。
互操作是指两个或多个子系统之间进行数据通
信
、
信息处理 和 相互 作 用 的 能 力
。
Tolk
等
[
67
]
将 其
归纳为处理
4
种语义冲突
:
结构冲突
、
异构冲突
、
描
述冲突和语义冲突
。
学者在不同领域研究和应用了
语义 互 操 作 技 术
[
810
]
。
但 在
HLA
中
,
基 于 固 定
FOM
的数 据 交 互 机 制 提 供 的 是 语 法 层 面 的 互 操
作
,
它能解决 前
3
种 信 息 冲 突
,
但 不 能 实 现 语 义 互
操作
。
此外
,
在传统的协同仿真过程中
,
仿真人员在运
行时对联邦状态进行监视
、
评估
,
在联邦运行后根据
评估结果对联邦结构进行调整
,
然后重复上述过程
,
直到得到符合要求的联邦模型和仿真结果
。
由于在
联邦运 行 时
,
联邦中
FOM
不能动态 调 整
[
11
]
,
因此
,
协同仿真联邦的结 构 无 法改 变
,
不能 实 现 联 邦作 为
一个复杂系统的演 化 过 程
,
且仿 真 人 员 在仿 真 运行
时难以参与其中
,
不能体现人员与信息系统的互动
,
仿真联邦对人员的开放性不足
。
支持 语 义 互操作的动态 协 同 仿 真
,
对协同仿 真
平台提出了如下要求
:
656
清 华 大 学 学 报
(
自 然 科 学 版
)
2012
,
52
(
5
)
1
)
作为 开 放 平 台
,
人机 交 互 界 面须 包 含接 口
,
支持联邦运行时仿 真 人 员 的 参 与
,
并为 仿 真 运 行 时
人员参与仿真提供充分的参考信息
;
2
)
支持协同 仿 真 联 邦 运 行 时 内 部 交 互 信 息 的
变更
,
突破传统
HLA
的固化
FOM
机制
,
实现仿真
联邦结构的动态变化
;
3
)
在
RTI
层面
,
需要 根 据
FOM
机 制 的 调 整
,
提供相应的互操作支持
,
实现语义互操作
,
同时兼容
传统
FOM
机制下的信息交互
;
4
)
要整 合 协 同 仿 真 联 邦 建 模
、
运行
、
后处 理 等
各阶段的要素和功能
,
实现对其全生命周期的管理
。
针对 以 上 要求
,
本文研究 含 有 联邦运行时人员
参与
、
联邦结构动态调整
、
支持联邦成员之间语义互
操作的协同仿真过 程
,
以提 高 协 同 仿 真 联 邦 成 员 间
的互操作能力
、
适应性和灵活性
。
1
协同仿真平台体系结构
平台 按 照 层次化的思想 进 行 设 计
,
分层的结 构
能够使通信
、
资源
、
服务
、
应用分离
,
便于各种软件模
块的开发与集成
,
保证了平台的灵活性和可扩展性
。
平台自底向上依 次为 通 信 层
、
资源 层
、
服务 层
、
应用
层和 界 面 层
。
各层针对 引 言 中的要求
1
—
4
分别有
所侧重
,
并由下层支撑上层
,
最终实现支持语义互操
作的动态协同仿真
。
为了满足对协同仿真联邦建模
、
运行
、
后处理等
全生命周期的管理的要求
,
需要将仿真模型封装
,
仿
真资源管理
,
仿真应用联邦监视
、
管理
,
本体解析
、
映
射
、
编辑和
RTI
等 功 能 集 成 起 来
,
为 协 同 仿 真 联 邦
的开发和运行提供 统 一 的 通 用 环 境
,
实现 对 协 同 仿
真全生命周期的管理
。
从系统角度研究基于语义互
操作的动态协同仿真平台的体系结构
,
如图
1
所示
。
1
)
通信层
。
为 实 现 对 联 邦 成 员 语 义 互 操 作 的
支持
,
本 文 研 究 支 持 语 义 互 操 作 的
RTI
(
semantic
intero
p
erationsu
pp
ortin
g
RTI
,
SIS
_
RTI
),
扩展了
传统
RTI
语义互操作能力
,
能够响应联邦运行 中 协
同仿真人员参与的联邦结构动态调整
。
2
)
资源层
。
资 源 层 包 括 协 同 仿 真 平 台 中 的 各
类资源
:
仿真模 型 资 源 指 独 立 的 仿 真 模 型
,
可 以 作
为资源封装为仿真联邦模型
;
联邦模型资源指可以
直接加入应用协同仿真的联邦成员
;
仿真结果资源
是仿真运行结 束 后
,
分 析 运 算 需 要 的 数 据
;
本 文 以
本体信息作为协同 仿 真 平 台 的 资 源之 一
,
支持 协 同
仿真系统的语义互操作功能
。
图
1
基于语义互操作的动态协同仿真平台体系结构
3
)
服务层
。
为突破传统
HLA
的固化
FOM
机
制
,
平台中提 供 了 语 义 互 操 作 相 关 服 务
、
传 统
RTI
六大管理服务
、
仿真 准备 服 务 和 仿 真 运 行 及 后 处 理
服务等
。
语义互操作相关服务包括本体查询
、
维护
、
解析
、
映射和
SIS
_
RTI
的语义互操 作 管 理 等
;
传统
RTI
包括联邦
、
对象
、
声明
、
时间
、
所有 权
、
数据 分 发
等六大管 理 服 务
;
仿 真 准 备 服 务 包 括 仿 真 模 型 封
装
、
仿真资源管 理 和 仿 真 应 用 联 邦 配 置
;
仿 真 运 行
及后处理服务包括 仿 真 应 用 联 邦 监视
、
仿真 应 用 联
邦管理和仿真后处理等
。
4
)
应用层
。
应 用 层 包 括 所 有 在 各 种 服 务 支 持
下
,
利用
SIS
_
RTI
进行互操作的联 邦
。
其中一个 是
完成模型封装
、
资源 管理 和 生 成 联 邦 等 功 能 的 资 源
索引联邦
;
还有若干完成具体复杂产品设计协同 仿
真任务的仿真应用联邦
。
5
)
界面层
。
除了统一的平台门户外
,
还包括资
源管理
、
模 型 封 装
、
RTI
g
(
RTI
g
atewa
y
)
和 运 行 监
控等界面
。
不同的界面为不同领域的协同仿真人员
提供了相应的工作 视 图
,
从而 有 效 支 持 人 员 和 软 件
在分布
、
异构环境下的协同工作
。
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