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基于HLA的协同仿真研究

作　者: 芮国强
导　师: 傅忠谦
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 电路与系统
关键词: 协同仿真 HLA 数据过滤负载平衡联邦成员迁移
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着仿真领域的扩大,仿真规模的增加及对仿真效果要求的提高,单个领域的仿真已经不能达到复杂仿真系统的需求,现实情况中往往需要多学科、多领域协同建模仿真才能实现。这些领域涉及到机械、电子、控制、网络和软件等方面,因此整个仿真的过程就需要各领域模型的相互协调,共同完成仿真运行,这个过程即是协同仿真运行。HLA(High Level Architecture,高层体系结构)由于其较好的可重用性和互操作性被广泛用作协同仿真中的仿真软总线,RTI(Runtime Infrastructure)为协同仿真系统提供底层通信的运行支撑,使各领域模型能高效完成数据交互。在基于HLA的协同仿真过程中,仿真对象的复杂化和分布式仿真节点的增多会引起仿真节点间负载不均衡,同时由于HLA自身只提供了粗粒度的数据过滤并且缺乏必要的拥塞控制机制,因此不可避免降低了仿真的效率。本文针对协同仿真中的负载不均衡问题和网络拥塞问题,在以往研究基础上提出采取可变阈值策略、降低联邦成员迁移过程中建立/断开TCP/UDP连接次数的负载均衡方法,以及改进了基于排序的DDM动态匹配方法,优化了协同仿真性能。本文首先对比分析了协同仿真的仿真模式和拓扑结构,着重研究了基于HLA接口的协同仿真模式,在对HLA的定义、规则、对象类型模板和HLA接口规范深入了解的基础上,提出了HLA协同仿真的框架结构,设计了多领域模型的HLA适配器并用其实现领域模型交互的流程,并实现了仿真运行管理器中各功能模块的设计。其次研究了HLA环境下协同仿真中的负载平衡方法,包括基于HLA负载平衡系统平台的设计,未利用其他第三方软件,并在以往研究基础上对负载平衡过程中的阈值策略,联邦成员迁移协议做了改进,通过仿真实验验证了阈值随负载动态调整的策略,以及减少联邦成员迁移过程中建立/断开TCP/UDP连接次数的协议对协同仿真时间性能有所改进。数据过滤是大规模协同仿真和复杂产品仿真中的必要操作,本文最后还研究对比了传统的基于区域的过滤算法,基于网格的过滤算法及基于排序的过滤算法,并提出一种改进的基于排序的DDM动态匹配算法,当更新区域动态变化时,该匹配算法不会像传统过滤算法那样重新匹配所有区域,而仅是匹配所有更新区域的一个小的子集,这样就提高了订购/更新区域的匹配效率。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究背景  10-11
    1.1.1 问题的提出  10-11
    1.1.2 研究意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 协同仿真模式的研究现状  11-12
    1.2.2 负载平衡方法的研究现状  12-13
    1.2.3 数据过滤方法的研究现状  13-14
  1.3 论文的主要内容和组织结构  14-16
第二章 HLA 规则下的协同仿真环境  16-36
  2.1 协同仿真模式  16-22
    2.1.1 基于统一语言的仿真模式  16-17
    2.1.2 基于接口的仿真模式  17-19
    2.1.3 HLA 标准  19-22
  2.2 多领域模型的HLA 适配器设计  22-27
    2.2.1 模型输入变量与输出变量的映射过程  23-24
    2.2.2 模型间数据信息的动态交互  24-25
    2.2.3 HLA 应用层框架与专业领域仿真软件的接口设计  25-27
  2.3 协同仿真系统结构和仿真运行管理  27-34
    2.3.1 协同仿真系统结构  27-28
    2.3.2 协同仿真运行管理  28-34
  2.4 小结  34-36
第三章协同仿真中的负载平衡方法  36-52
  3.1 负载平衡概述  36-40
    3.1.1 问题描述  36
    3.1.2 典型负载平衡方法简介  36-38
    3.1.3 相关研究  38-39
    3.1.4 方法的提出  39-40
  3.2 负载平衡系统结构  40-42
  3.3 负载平衡方法  42-48
    3.3.1 负载平衡参数  42-44
    3.3.2 负载平衡算法描述  44-45
    3.3.3 负载平衡过程  45-48
  3.4 仿真实例及结果分析  48-50
  3.5 小结  50-52
第四章数据过滤方法  52-70
  4.1 经典数据过滤方法  52-55
    4.1.1 HLA 的数据过滤机制  52-53
    4.1.2 几种主要的DDM 算法  53-55
  4.2 基于排序的数据过滤算法  55-61
    4.2.1 算法的基本原理  55-57
    4.2.2 去除冗余重叠信息  57-58
    4.2.3 基于排序的DDM 算法描述与实现  58-61
  4.3 改进的基于排序DDM 过滤算法  61-64
    4.3.1 基于排序DDM 过滤算法的不足  61-62
    4.3.2 改进的基于排序DDM 过滤算法思想  62-64
  4.4 基于排序的DDM 动态匹配算法  64-67
    4.4.1 算法的思想  64-66
    4.4.2 基于排序的DDM 动态匹配算法描述  66-67
  4.5 算法复杂度分析  67-69
    4.5.1 改进的基于排序DDM 过滤算法复杂度分析  67-68
    4.5.2 基于排序的DDM 动态匹配算法复杂度分析  68-69
  4.6 小结  69-70
第五章总结与展望  70-72
  5.1 本文工作的总结  70-71
  5.2 工作展望  71-72
参考文献  72-78
致谢  78-79
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果  79

基于HLA的协同仿真研究

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