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分布式仿真运行支撑平台中时间管理服务的研究

刘步权  
【摘要】:高层体系结构HLA(High Level Architecture)是美国国防部为了解决在各个领域开发出来的多种模型、仿真应用和C4I系统的互操作和可重用问题而提出的一种分布式仿真规范。2000年9月,HLA被正式接纳为IEEE 1516标准。HLA中的时间管理服务是在综合了以往各类仿真中的时间管理技术的基础上提出来的,对于解决分布式仿真中消息的时序问题和保证仿真的正确执行具有十分重要的意义。 时间管理服务是HLA/RTI中的核心技术,时间管理服务的基本原理和关键算法的研究是当前分布式仿真领域公认的热点和难点问题。特别是随着分布式仿真规模的不断扩大,时间管理服务的实际应用也受到了空前的挑战。 本文重点针对大规模分布式仿真环境下高效的时间管理服务展开研究,其重要贡献在于从理论和实现等方面系统地研究了IEEE 1516标准中时间管理服务的基本原理、关键算法和在基于CORBA(Common Object Request Broker Architecture)的层次式RTI(Runtime Infrastructure)软件StarLink+中的具体实现机制。 最大可用逻辑时间GALT(Greatest Available Logical Time)在HLA 1.3中被称之为LBTS(Lower Bound Time Stamp),是实现时间管理服务的关键。本文针对GALT算法中可能存在的死锁问题,系统地分析了GALT的计算要素,剖析了相关算法的局限性,揭示了死锁产生时系统所特有的规律,提出了两种无死锁的GALT算法,即身高测量法1和身高测量法2,并从理论上对算法的正确性进行了证明。身高测量法为正确实现遵循IEEE 1516标准的时间管理服务提供了可靠保证。 HLA中的乐观推进机制来源于并行离散事件仿真PDES(Parallel Discrete Event Simulation),但又有所不同。本文针对乐观推进机制中回卷管理复杂低效的问题,在深入研究PDES和HLA两种乐观推进机制的基础上,对两种不同的推进机制进行了分析和比较,描述了它们之间的重要差异,给出了仿真应用程序的开发方法,提出了不需要RTI做任何保存操作的“零保存”机制。“零保存”机制大大地简化了RTI中时间管理服务的实现。 层次式体系结构的RTI能够有效地降低时间管理服务的计算开销,为大规模仿真应用提供有效的支持。StarLink+的层次式体系结构包括中心RTI服务器、局部RTI服务器和盟员三个层次。本文针对大规模分布式仿真中时间管理服务可能带来的巨大开销,基于层次式RTI的体系结构,提出并实现了遵循IEEE 1516标准的“集中式”和“分布式”两套时间管理服务方案,并集成在同一个软件包中可供用户通过配置文件进行选择。本文详细地描述了两种时间管理实现方案中每个重要服务的实现算法。 在集中式时间管理实现中,提出了基于“最小二元法”的双层RTI并行推进机制,盟员的时间推进由中心RTI服务器和局部RTI服务器协同完成,这种决策机制可有效地提高时间管理服务的决策效率。盟员在请求时间推进时,首先由所属的局 国防科学技术大学研究生院学位论文 部RTI服务器快速决策;若局部RTI服务器无法推进则由中心RTI服务器进行全面 协调;中心Rl,1服务器拥有计算GALT的全部信息,中心Rl,1服务器通过“最小二 元法”选取两个最小的盟员身高发送到局部RTI服务器,则局部RTI服务器即可计 算出所有本地盟员的GALT。 在分布式时间管理实现中,提出了可由局部RTI服务器独立计算GALT的分布 并行推进机制。盟员的时间推进由局部Rl,1服务器独立完成,中心Rl,I服务器并不 参与时间管理服务的决策功能,每个局部RTI服务器只相当于其它局部RTI服务器 的一个普通盟员,这种决策机制可有效地减少GALT计算时各个局部RTI服务器之 间的通信开销,为实现使用HLA时间管理服务的大规模分布式仿真应用提供有效 保证。 论文通过各种试验对StarLink十的时间管理服务进行了系统的测试,结果表明: StarLink+时间管理服务的功能完全,性能优良,支持大规模仿真应用,具有跨路由 和广域网运行能力。特别重要的是,starLink十的时间管理服务已经在由1 800个盟员 构成的仿真系统中成功地得到了检验。 本文提出的关键算法和实现机制对于其它RTI软件的研究同样具有重要的参考 价值。 关键词:高层体系结构,运行支撑平台,CORBA,时间管理服务,最大可用逻辑时 间,身高测量法,零保存 第11贡


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