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《国防科学技术大学》 2007年
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基于BOM的可扩展仿真系统框架研究

龚建兴  
【摘要】: 随着分布仿真技术的不断发展以及仿真应用领域的拓展特别是军事领域需求的增长,仿真规模越来越大、层次越来越高,被仿真的系统日益复杂,因此完全从头研制、开发一个大型仿真系统不仅效率十分低下,而且难以保证模型和仿真结果的可靠性与可信性。BOM(基本对象模型)是SISO(仿真互操作标准组织)提出的标准化的仿真模型描述规范,其核心思想是组合、重用和互操作,目的是从仿真模型层次上提高建模与仿真的重用性和互操作性,为实现仿真模型的可组合性提供了一种面向组件的实现机制,提倡通过组件化的仿真模型的灵活组合,以“搭积木”的方式快速构建具有功能多样性、大小可伸缩的仿真系统,使仿真系统易于扩展、测试、管理和维护。 论文在国内首次提出了基于BOM思想的可灵活扩展的通用仿真系统框架的理论和方法,设计了具有高内聚低耦合的仿真模型组件,解决了仿真系统框架设计与开发中的几个关键技术,实现了一种基于BOM的可扩展仿真系统框架,将其应用于分布式领域特别是基于HLA的仿真系统设计和开发中。 首先,论文研究BOM的标准模板及体系结构,为仿真模型提供了面向组件的规范化描述,讨论了BOM与HLA对象模型之间的关联关系,介绍了各种类型的BOM特点,分析了BOM不同的开发方法学。在此基础上,论文设计了基于BOM的仿真系统框架的软件体系结构,提出基于中间件技术的仿真系统框架的设计策略,实现了基于仿真系统框架的仿真系统的逻辑结构,讨论了仿真系统的设计和开发过程。 其次,论文运用BOM思想设计与开发了具有高内聚低耦合的仿真模型组件,给出了仿真模型组件的非形式化和形式化的结构描述;在仿真模型组件的结构设计上,提出“扁平化”形式的系统结构,分析了仿真模型组件不同的组合方式和组合组件的结构设计,把仿真模型组件分成模型结构、模型数据和模型操作三部分,提高了仿真模型组件数据处理的灵活性;通过在扩展RTI MOM(管理对象模型)的基础上设计了仿真系统框架MOM,使仿真系统框架在不修改甚至不增加仿真模型组件代码的情况下,控制仿真模型组件的仿真生命周期,从而实现仿真模型组件的动态插拔。 接着,论文深入地研究仿真系统框架的设计与实现的关键技术。利用接口BOM作为仿真模型组件的数据过滤窗口,提出了数据过滤和分发的方法以及集中分布式的数据缓存机制,提高了仿真系统框架的数据过滤、缓存和分发的效率:分析了仿真系统框架中仿真模型组件的状态迁移过程和影响因素,在BL(有界滞后协议)算法的基础上设计仿真系统框架的调度算法;研究了仿真系统框架的可扩展仿真服务,提出了仿真服务分为仿真服务抽象接口和仿真服务实现两部分的设计思想,引入软件设计模式的“桥接”模式,屏蔽了接口和实现的具体设计细节,使仿真服务的扩展不影响抽象接口层的应用客户;使用白盒组装方法和黑盒组装方法,分别解决仿真模型组件描述信息和执行体的装配问题。 最后,在以上理论和方法的研究基础上,论文实现了基于BOM的仿真系统框架的原型KD-SmartSim,设计与开发了面向组件的建模工具、仿真模型组件的装配器和通用的仿真运行框架,使KD-SmartSim能够支持仿真系统的概念模型分析与设计、仿真模型组件代码的自动生成、仿真模型组件的快速组合、仿真系统的灵活配置和仿真系统的运行控制,并成功应用于反舰导弹突防联邦的设计与开发中。
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