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分布式交互仿真技術(shù)范文第1篇

關(guān)鍵詞：運(yùn)行支撐框架組件；虛擬維修訓(xùn)練；云仿真； 云計(jì)算

0 引言

虛擬維修訓(xùn)練仿真以其經(jīng)濟(jì)、安全和不受天氣場地限制[1]等優(yōu)點(diǎn)，已成為提高裝備維修訓(xùn)練水平和保障能力的重要手段。高層體系結(jié)構(gòu)（High Level Architecture，HLA）是美國國防部于1996年提出的新一代分布式仿真框架，它針對現(xiàn)有仿真技術(shù)的不足，通過運(yùn)行時(shí)間支撐框架（Run Time Infrastructure，RTI）軟件管理各仿真應(yīng)用，提供較好的重用性和互操作性，以保證不同類型的仿真應(yīng)用能夠協(xié)調(diào)工作，完成復(fù)雜的仿真。目前，現(xiàn)有基于HLA/RTI的大型復(fù)雜裝備分布式虛擬維修訓(xùn)練仿真系統(tǒng)受自身局限性制約，仿真任務(wù)和仿真設(shè)備耦合緊密，系統(tǒng)仿真效率低下，維護(hù)困難；另外，仿真資源僅限于小范圍的共享，利用率不高。如何突破系統(tǒng)開放性、靈活性、使用性等制約，豐富虛擬維修訓(xùn)練仿真技術(shù)內(nèi)涵與應(yīng)用模式，促進(jìn)大范圍仿真資源共享和協(xié)同互操作，拓展分布式仿真的范圍和層次，滿足多樣化的仿真訓(xùn)練需求，是亟須解決的問題。

當(dāng)前興起的云計(jì)算[2]技術(shù)使用相對集中的計(jì)算資源為各種應(yīng)用提供服務(wù)，它充分利用網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大范圍的資源共享和服務(wù)，能夠極大提高資源利用效率，擴(kuò)展仿真應(yīng)用范圍，是解決裝備分布式虛擬維修訓(xùn)練仿真所面臨問題的有效途徑之一。

將云計(jì)算應(yīng)用于仿真領(lǐng)域，2009年李伯虎院士[3]提出了“云仿真”的概念并介紹了需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，為云計(jì)算與虛擬現(xiàn)實(shí)仿真的結(jié)合指出了可行路徑。杜瑾[4]在分析現(xiàn)階段我軍訓(xùn)練模擬仿真系統(tǒng)不足之處基礎(chǔ)上，將云計(jì)算理念融入到訓(xùn)練模擬仿真系統(tǒng)之中，提出了一種新的訓(xùn)練模擬云仿真平臺的體系結(jié)構(gòu)，對構(gòu)建軍事訓(xùn)練云仿真平臺的必要性和可行性進(jìn)行了有益的探索。張雅彬等[5-6]研究了基于虛擬化技術(shù)的云仿真運(yùn)行環(huán)境動態(tài)構(gòu)建技術(shù)和云仿真資源遷移技術(shù)，并論證了各項(xiàng)技術(shù)的可行性和有效性。華翔等[7]和楊晨等[8]分別在可視化仿真和云制造領(lǐng)域引入云仿真思想，提出了可視化仿真的私有云框架和面向云制造的云仿真支撐框架，并對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究。高武奇等[9]針對現(xiàn)有 HLA 仿真資源難以與 Internet 共享使用的問題，提出了一種基于 HLA Evolved 的云仿真體系結(jié)構(gòu)和框架實(shí)現(xiàn)方案，并通過云仿真測試實(shí)驗(yàn)，證明了基于 HLA Evolved 的云仿真設(shè)計(jì)方法可行、有效。以上研究思路和內(nèi)容為開展面向裝備虛擬維修訓(xùn)練領(lǐng)域的云仿真研究打下了良好的基礎(chǔ)。本文在云仿真思想的指導(dǎo)下，結(jié)合虛擬維修訓(xùn)練仿真特點(diǎn)，研究了裝備分布式維修訓(xùn)練領(lǐng)域云仿真平臺構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)，包括交互模式、平臺框架、基于云端的分布式交互仿真支撐、可視化仿真、多任務(wù)負(fù)載平衡策略和分布式存儲等。

1 裝備維修訓(xùn)練云仿真內(nèi)涵

虛擬維修訓(xùn)練云仿真平臺以裝備虛擬維修訓(xùn)練應(yīng)用需求為背景，以云計(jì)算及云仿真理念和技術(shù)為指導(dǎo)，綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)和虛擬維修領(lǐng)域的建模仿真等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各類資源安全地按需共享與重用、多用戶按需協(xié)同互操作以及系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，進(jìn)而支持虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的分布式開發(fā)與裝備分布式協(xié)同維修和操作訓(xùn)練，是裝備虛擬維修訓(xùn)練領(lǐng)域的仿真資源云計(jì)算模式共享平臺。具體包括以下功能：1）支持各種軟硬件資源，如CPU、內(nèi)存、帶寬、存儲、操作系統(tǒng)、仿真軟件等的共享與重用；2）提供類似于MFC的訓(xùn)練仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)框架，同時(shí)封裝仿真功能模塊以服務(wù)方式提供，用戶可定制基礎(chǔ)框架并使用仿真功能模塊服務(wù)進(jìn)行仿真系統(tǒng)的個(gè)性化構(gòu)建，從而提高虛擬維修訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的開發(fā)效率；3）構(gòu)建基于Web的RTI服務(wù)，實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)條件下的仿真互操作，支持裝備大范圍分布式維修訓(xùn)練仿真。

虛擬維修訓(xùn)練云仿真平臺的基本思想是將分散的武器裝備訓(xùn)練資源、仿真資源等集中到一個(gè)或多個(gè)中心，對各種資源進(jìn)行服務(wù)化封裝，向網(wǎng)絡(luò)終端提供服務(wù)并監(jiān)控、調(diào)度其運(yùn)行狀態(tài)。受當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)傳輸速度和信息安全等制約，虛擬維修訓(xùn)練云仿真平臺初步采用基于廣域網(wǎng)的私有云仿真網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。根據(jù)仿真資源功能的不同，仿真中心的服務(wù)大體可分為訓(xùn)練服務(wù)和開發(fā)服務(wù)兩類，前者提供武器裝備的維修訓(xùn)練仿真，后者則提供開發(fā)環(huán)境用于虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的在線開發(fā)和測試。仿真平臺的應(yīng)用模式如圖1所示。

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圖1 虛擬維修訓(xùn)練云仿真應(yīng)用模式

云仿真的終端用戶可以是單個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可以是局域網(wǎng)集群節(jié)點(diǎn)，通過廣域網(wǎng)絡(luò)與云仿真中心進(jìn)行交互，同時(shí)，客戶端可以是瘦客戶端，配備顯卡等基本顯示部件和交互設(shè)備，不需要高性能的處理和存儲能力，就可以基于云仿真平臺實(shí)現(xiàn)復(fù)雜裝備的虛擬維修訓(xùn)練與開發(fā)。

2 虛擬維修訓(xùn)練云仿真體系結(jié)構(gòu)

虛擬維修訓(xùn)練云仿真是一種面向服務(wù)的裝備維修訓(xùn)練仿真平臺，具有層次化的體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

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圖2 虛擬維修訓(xùn)練云仿真框架

該體系結(jié)構(gòu)包括五層：基礎(chǔ)資源層、資源管理層、分布式交互支撐層、仿真平臺層和應(yīng)用管理層，同時(shí)構(gòu)建完備的信息安全保障體系，確保軍事信息及數(shù)據(jù)的安全傳輸和使用。

基礎(chǔ)資源層

包括計(jì)算機(jī)、存儲器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，采用虛擬化技術(shù)，對若干物理資源進(jìn)行抽象，根據(jù)用戶的需求進(jìn)行動態(tài)分配，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部流程自動化和資源管理優(yōu)化，從而向外部提供動態(tài)、靈活的基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)。虛擬化技術(shù)分為服務(wù)器虛擬化技術(shù)和桌面虛擬化技術(shù)?；赬en 的虛擬機(jī)（Virtual Machine，VM）可通過LibVirt 進(jìn)行管理[10]，LibVirt 支持對包括Xen、KVM、QEMU在內(nèi)的多種VM的管理。VMware 提供 VIX API（Vix）對 VMware Workstation 上運(yùn)行的 VM進(jìn)行管理[11]，Vix 簡單易用，可以在腳本或應(yīng)用程序中調(diào)用。為滿足不同用戶對虛擬化效果的不同要求，本文以 Xen+LibVirt 為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，同時(shí)以VMware Workstation+Vix為用戶提供較高質(zhì)量的桌面虛擬化環(huán)境。

資源管理層

負(fù)責(zé)對對虛擬化的基礎(chǔ)資源進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，對云仿真平臺的資源進(jìn)行管理，并對眾多應(yīng)用任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，確保資源的合理分配，使資源能夠高效、安全地為仿真應(yīng)用提供服務(wù)。

分布式交互支撐層

為廣域網(wǎng)條件下的裝備協(xié)同仿真提供功能支撐，是云仿真平臺構(gòu)建分布式虛擬環(huán)境并在其中進(jìn)行自然交互的基礎(chǔ)。通過設(shè)計(jì)分布式的體系結(jié)構(gòu)，能夠更好地滿足仿真過程中多個(gè)用戶之間的協(xié)同互操作。而傳統(tǒng)HLA/RTI的分布式架構(gòu)不具備跨平臺功能，難以全面支持面向網(wǎng)絡(luò)的分布式交互，無法滿足云仿真模式對分布交互的需求。基于HLA最新標(biāo)準(zhǔn)HLA Evolved建立面向Web服務(wù)的分布式仿真環(huán)境以支持協(xié)同交互和仿真互操作，該仿真支撐框架與原有 HLA1.3 和 HLA1516 聯(lián)邦仿真兼容，保證基于pRTI、MAKRTI的聯(lián)邦仿真可以通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)仿真，同時(shí)通過Web組件與云仿真中心端進(jìn)行交互，能夠滿足“云中心—訓(xùn)練終端”和“訓(xùn)練終端—云中心—訓(xùn)練終端”的交互模式。

仿真平臺層 仿真平臺層提供虛擬維修系統(tǒng)開發(fā)和訓(xùn)練功能支撐，其主要具有以下功能：1）提供并維護(hù)虛擬維修訓(xùn)練所需的模型和軟件等仿真資源，包括可定制的仿真基礎(chǔ)框架、分布式虛擬場景模塊和通用維修工具等仿真資源服務(wù)，這些仿真資源用以快速構(gòu)建虛擬維修訓(xùn)練仿真環(huán)境，同時(shí)還支持自主建模，模型資源上傳開發(fā)等應(yīng)用；2）在計(jì)算資源彈性可伸縮的基礎(chǔ)上，提供場景繪制、碰撞檢測等分布式算法服務(wù)模塊，在資源虛擬化基礎(chǔ)上通過分布式仿真算法提高仿真解算效率，從而為基于云仿真平臺開發(fā)和運(yùn)行的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)提供更高的實(shí)時(shí)性和更逼真的仿真效果。

應(yīng)用管理層 為用戶提供交互界面和服務(wù)選項(xiàng)，以直觀的形式提供仿真服務(wù)，包括虛擬維修系統(tǒng)開發(fā)服務(wù)、訓(xùn)練服務(wù)，協(xié)同訓(xùn)練和開發(fā)服務(wù)等。使用網(wǎng)頁瀏覽器進(jìn)入門戶，獲得登錄使用仿真任務(wù)開發(fā)和訓(xùn)練權(quán)限，用戶就可以按其所需，通過相應(yīng)仿真應(yīng)用軟件和平臺工具獲取需要的建模仿真服務(wù)。

信息安全保障體系采用各種有效措施，保證平臺運(yùn)行全過程的裝備資源和用戶數(shù)據(jù)等信息安全。

3 分布式虛擬維修訓(xùn)練云仿真關(guān)鍵技術(shù)

3.1 RTI平臺服務(wù)化

3.1.1 分布式交互支撐RTI層次化框架

云仿真平臺要求HLA/RTI要以服務(wù)的形式部署在云端，提供給用戶使用。當(dāng)前的解決方案是使用 Web 服務(wù)技術(shù)對 RTI 進(jìn)行不完全擴(kuò)展，使其滿足云仿真平臺分布式交互支撐的需求。文獻(xiàn)[12]中討論使用 Web 服務(wù) API 對 HLA 進(jìn)行擴(kuò)展，并提出Web 服務(wù)RTI組件（Web Service Provider RTI Component，WSPRC）的概念。

面向Web服務(wù)的云仿真平臺分布式交互支撐RTI層次化框架如圖3所示。中心服務(wù)器管理和服務(wù)的對象是RTI，仿真過程中，它接受各個(gè)RTI的相關(guān)協(xié)調(diào)服務(wù)請求，并向單獨(dú)的或所有的RTI發(fā)送服務(wù)請求的處理結(jié)果，具體功能如下：協(xié)同動態(tài)負(fù)載均衡調(diào)度；管理需要全局協(xié)調(diào)管理的服務(wù)；與各個(gè)RTI之間進(jìn)行通信，將全局?jǐn)?shù)據(jù)和服務(wù)的處理結(jié)果分發(fā)給各個(gè)RTI。負(fù)載均衡系統(tǒng)負(fù)責(zé)在RTI服務(wù)申請用戶負(fù)載過大時(shí)將客戶端的任務(wù)請求分發(fā)到不同的服務(wù)器，以達(dá)到資源的優(yōu)化利用和快速反饋，從而增強(qiáng)云仿真平臺分布式交互支撐的穩(wěn)定性與伸縮性。CRC是中心 RTI 組件，進(jìn)行集中式協(xié)調(diào)操作。Web服務(wù)API聯(lián)邦成員通過Internet連接到WSPRC，創(chuàng)建聯(lián)邦或加入已有可用聯(lián)邦。 LRC是本地 RTI 組件，支持C++、Java等聯(lián)邦成員。

3.1.2 仿真交互過程及邦員設(shè)計(jì)

WSPRC 位于云服務(wù)器端，提供了一個(gè)或多個(gè)端口，端口指向聯(lián)邦成員，眾多基于Web Services 開發(fā)的聯(lián)邦成員可以連接到同一個(gè)WSPRC，就像多個(gè)網(wǎng)頁瀏覽器可能會連接到相同的Web服務(wù)器。WSPRC采用會話（sesion）來維護(hù)成員的狀態(tài)， 當(dāng)一個(gè) Web 服務(wù)成員通過一個(gè)指向 WSPRC 的 URL加邦時(shí)，WSPRC則為其創(chuàng)建并維護(hù)一個(gè)HTTP會話，以后 Web 聯(lián)邦成員的訪問都在此會話中進(jìn)行，當(dāng) Web 聯(lián)邦成員退出聯(lián)邦執(zhí)行時(shí)，會話被服務(wù)器銷毀。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)或者某一成員出現(xiàn)故障導(dǎo)致連接斷開時(shí)，WSPRC會把該成員的會話保持一段時(shí)間，如果在允許的時(shí)間范圍內(nèi)恢復(fù)連接，則仿真應(yīng)用繼續(xù)運(yùn)行；同時(shí)，WSPRC 會周期性地檢查所有會話，并自動終止超時(shí)的會話，釋放其占用的內(nèi)存。

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圖3 分布式交互支撐RTI層次化結(jié)構(gòu)

在一個(gè)聯(lián)邦中，為降低單個(gè)WSPRC的負(fù)載，可以使用多個(gè)WSPRC。受傳入和傳出更新率的限制，每個(gè) WSPRC 最多只能連接5到10個(gè)聯(lián)邦成員[9]。運(yùn)行過程中，Web聯(lián)邦成員利用中心節(jié)點(diǎn)提供的 RTI 服務(wù)實(shí)現(xiàn)客戶端的服務(wù)請求，完成仿真過程中的交互。如圖4所示。

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圖4 基于WSPRC的仿真交互過程

同一個(gè)聯(lián)邦中聯(lián)邦成員可以使用不同開發(fā)語言API，某個(gè)特定的聯(lián)邦成員使用哪個(gè)API對聯(lián)邦和聯(lián)邦成員是透明的。HLA Web 服務(wù) API 是用 Web 服務(wù)描述語言描述的。它是對服務(wù)的精確描述而不是一個(gè)實(shí)際的編程 API，也稱為WSDL API。支持直接將函數(shù)聲明轉(zhuǎn)化為WSDL的工具軟件有很多，有IBM、Microsoft、Sun這樣的公司提供的商業(yè)版工具，以及Apache Axis等開源社區(qū)提供的免費(fèi)版工具。

3.2 分布式交互仿真訓(xùn)練過程監(jiān)控

在云仿真過程中，需要對訓(xùn)練和開發(fā)的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)視仿真中各成員的狀態(tài)信息，控制仿真的進(jìn)度，確保仿真的正確運(yùn)行。云仿真平臺提供仿真聯(lián)邦監(jiān)控工具實(shí)現(xiàn)以上需求。仿真監(jiān)控工具以仿真聯(lián)邦成員的角色加入一個(gè)仿真聯(lián)邦，成為監(jiān)控聯(lián)邦成員。監(jiān)控聯(lián)邦成員承擔(dān)維修訓(xùn)練仿真教練機(jī)的角色，對聯(lián)邦仿真過程進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控聯(lián)邦成員也可以由某個(gè)聯(lián)邦成員擔(dān)任，賦予其聯(lián)邦監(jiān)控職能。監(jiān)控聯(lián)邦成員采集仿真聯(lián)邦成員實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，上傳并存儲于云端數(shù)據(jù)庫，各個(gè)聯(lián)邦成員可以訂購對其他成員感興趣的信息，隨時(shí)查看其他成員的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

監(jiān)控聯(lián)邦成員采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括管理對象模型（Management Object Model，MOM）信息，以及仿真過程中聯(lián)邦成員通過服務(wù)化的RTI發(fā)生的交互數(shù)據(jù)信息。MOM信息包括聯(lián)邦成員名稱、句柄、類型等靜態(tài)信息，成員更新/反射數(shù)據(jù)量、發(fā)送/接收交互次數(shù)等動態(tài)信息以及時(shí)間管理狀態(tài)、前瞻量、邏輯時(shí)間等與仿真有關(guān)的時(shí)間信息，仿真成員間的交互數(shù)據(jù)信息包括成員/訂購的信息，與仿真模型以及自身狀態(tài)等有關(guān)的各類信息。

在管理對象模型中提供了詳細(xì)的聯(lián)邦和聯(lián)邦成員的信息，可以通過訂購管理對象模型對象類各個(gè)子類的屬性來實(shí)現(xiàn)對聯(lián)邦和聯(lián)邦成員情況的監(jiān)視。對對象類屬性的訂購遵循 HLA 的訂購機(jī)制， RTI 對管理對象模型對象類屬性值更新后，總控聯(lián)邦成員反射其更新值并完成相應(yīng)的操作。下面以訂購聯(lián)邦成員的 ID 號為例說明訂購和反射的實(shí)現(xiàn)：

3.3 聯(lián)邦成員動態(tài)遷移

云仿真中的聯(lián)邦成員動態(tài)遷移，是指在基于云端RTI進(jìn)行分布交互的仿真系統(tǒng)運(yùn)行期間，遠(yuǎn)程WSDL聯(lián)邦成員對應(yīng)的實(shí)例由一個(gè)WSPRC遷移到另一個(gè)WSPRC，或者由一個(gè)會話遷移到另一個(gè)會話保持的過程。

聯(lián)邦成員終端基于WSPRC組件與中心RTI 進(jìn)行分布交互，遠(yuǎn)程聯(lián)邦成員只負(fù)責(zé)與RTI 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，本身無任何仿真邏輯，其狀態(tài)信息主要是與HLA 相關(guān)的狀態(tài)，如仿真時(shí)間、公布/訂購內(nèi)容、對象類實(shí)例情況等。遠(yuǎn)程聯(lián)邦成員實(shí)例的遷移，關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息的中斷、保存和遷移。

當(dāng)某遠(yuǎn)程聯(lián)邦成員需要遷移時(shí)，首先通知對應(yīng)終端，終端收到通知后，在指定的WSPRC上創(chuàng)建與遠(yuǎn)程WSDL邦員的新連接。此時(shí)云端存在兩個(gè)WSPRC分別維護(hù)同一個(gè)遠(yuǎn)程邦員的兩個(gè)通信連接，相當(dāng)于遠(yuǎn)程WSDL邦員在云端存在兩個(gè)邦員。新的WSPRC完成與原WSPRC同樣的公布/訂購，獲取仿真狀態(tài)信息和維護(hù)的對象類實(shí)例所有權(quán)，并恢復(fù)到當(dāng)前的狀態(tài)。WSDL遠(yuǎn)程邦員在放棄原WSPRC維護(hù)的對象類實(shí)例所有權(quán)后，斷開與原WSPRC的通信連接。完成上述操作后，新的WSPRC通知終端，校準(zhǔn)與WSDL遠(yuǎn)程邦員的時(shí)間關(guān)系，最終完成遷移。遷移過程如圖5所示。

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圖5 聯(lián)邦成員動態(tài)遷移過程

3.4 云仿真模式下的負(fù)載平衡

虛擬維修訓(xùn)練云仿真平臺支持大量用戶的仿真運(yùn)行，眾多的仿真實(shí)體分布在不同的節(jié)點(diǎn)，隨著仿真的進(jìn)行，各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的負(fù)載會發(fā)生改變，出現(xiàn)個(gè)別節(jié)點(diǎn)的負(fù)載比其他一些節(jié)點(diǎn)的負(fù)載要多很多的情況，即節(jié)點(diǎn)負(fù)載不平衡。負(fù)載的失衡會使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率下降和容錯(cuò)性能下降，并有可能對仿真運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生不良影響。設(shè)計(jì)負(fù)載均衡器對平臺節(jié)點(diǎn)性能進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和維護(hù)，對仿真任務(wù)進(jìn)行動態(tài)平衡，體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

函數(shù) F（L1，L2，E，λ）表明了在超載、輕載和負(fù)載適中三種情況下E與L1，L2之間的關(guān)系。函數(shù)中 λ（λ

在實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)具有基本相同的處理性能，可假設(shè)P值相同。采用最小連接的動態(tài)調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)負(fù)載進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控、邦員調(diào)度等，具體描述如下。

1）調(diào)度器記錄各個(gè)服務(wù)器已建立連接的活躍節(jié)點(diǎn)數(shù)目，預(yù)估服務(wù)器的負(fù)載情況；

2）當(dāng)一個(gè)請求被調(diào)度到某臺服務(wù)器，其連接數(shù)加1；

3）當(dāng)連接中止或超時(shí)，其連接數(shù)減1；

4）根據(jù)調(diào)度器記錄得出此時(shí)連接數(shù)最小的服務(wù)器，將新的連接請求分配到當(dāng)前連接數(shù)最小的服務(wù)器。

通過上述方式，把負(fù)載變化大的請求分布平滑到各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)上，從而提高節(jié)點(diǎn)利用率和保持仿真運(yùn)行中負(fù)載的有效平衡。負(fù)載動態(tài)平衡前后的虛擬服務(wù)器利用情況如圖7所示。未使用負(fù)載均衡時(shí)，1號和2號虛擬服務(wù)器節(jié)點(diǎn)利用率分別為95%和92%，處于超載狀態(tài)，而3號虛擬服務(wù)器利用率僅有10%，利用率不足，屬于輕載狀態(tài)，負(fù)載嚴(yán)重不均衡。當(dāng)仿真任務(wù)經(jīng)由負(fù)載均衡器采用動態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行合適分發(fā)后，3臺虛擬服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的使用率分別約為70%，67%和60%，起到了平衡負(fù)載的效果。如圖7所示。

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圖7 動態(tài)負(fù)載平衡

3.5 仿真平臺層可視化仿真

可視化仿真技術(shù)是實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果實(shí)時(shí)可視化的核心技術(shù)，為使用者提供2D/3D的仿真可視化服務(wù)。可視化仿真主要完成三維實(shí)體模型的渲染、驅(qū)動。這些模型可以劃分為靜態(tài)實(shí)體模型和動態(tài)實(shí)體模型。靜態(tài)實(shí)體模型指地面上一些文化特征，如建筑物、樹木等；動態(tài)實(shí)體模型是指各種仿真實(shí)體模型，如車輛、機(jī)械系統(tǒng)等。

云仿真可視化門戶采用B/S多層體系結(jié)構(gòu)，分為功能驅(qū)動層、應(yīng)用支撐中間件層、資源服務(wù)中間件層和可視化資源層。其中功能驅(qū)動層提供地形導(dǎo)入、動態(tài)場景更新、導(dǎo)彈動力學(xué)可視化等視景仿真功能模塊；應(yīng)用支撐中間件層提供視景仿真程序開發(fā)包，支持仿真可視化應(yīng)用的快速開發(fā)；資源服務(wù)中間件層提供可視化資源查找、動態(tài)調(diào)度、可視化服務(wù)的封裝和調(diào)用等基本功能操作；可視化資源層主要包括虛擬場景地形、虛擬樣機(jī)幾何模型等可視化模型資源。

即使在云仿真平臺下，圖形生成的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性事實(shí)上也是突出的矛盾，圖形越真實(shí)，則描述它所需數(shù)據(jù)量越大，計(jì)算處理的時(shí)間就會相應(yīng)增長，從而影響圖形生成的實(shí)時(shí)性。在保證虛擬環(huán)境的真實(shí)感的基礎(chǔ)上，現(xiàn)有圖像簡化等技術(shù)（動態(tài)或靜態(tài)層次細(xì)節(jié)、消隱技術(shù)、虛擬全景空間技術(shù)等） 仍可以運(yùn)用于云仿真平臺，以提高場景繪制速度和虛擬仿真實(shí)時(shí)性。

3.6 仿真數(shù)據(jù)分布式存儲

數(shù)據(jù)的存儲和操作也以服務(wù)的形式提供，分布式存儲要求存儲資源能夠被抽象表示和統(tǒng)一管理，并且能夠保證數(shù)據(jù)讀寫操作的安全性、可靠性、使用性。Cassandra是一套高度可擴(kuò)展、最終一致、分布式的結(jié)構(gòu)化鍵值存儲系統(tǒng)，它結(jié)合了Dynamo的分布技術(shù)和Google的Bigtable數(shù)據(jù)模型，能夠滿足海量數(shù)據(jù)存儲的要求，解決了應(yīng)用與關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型之間存在的非依賴關(guān)系。

Cassandra的存儲機(jī)制[13]如圖8所示。三個(gè)列族的Key值先記錄在Commitlog中，Commitlog則保存在獨(dú)立的磁盤上。和Bigtable一樣，Cassandra的日志內(nèi)容也同樣需要按照鍵值進(jìn)行序列化，然后將數(shù)據(jù)分別寫入到三個(gè)CF所對應(yīng)的Memtable中。Memtable滿足一定條件后批量刷新到磁盤，存儲在SSTable的塊上并設(shè)置保存塊位置信息的索引（Index），Index保存的是每個(gè)Key在數(shù)據(jù)文件中的偏移位置。當(dāng)查找時(shí)，將Index加載到內(nèi)存中，定位Key所屬的塊，從而實(shí)現(xiàn)快速查找。

圖片

圖8 Cassandra的存儲機(jī)制

4 應(yīng)用實(shí)例

綜合運(yùn)用云計(jì)算、虛擬化、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等技術(shù)初步構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化仿真平臺，進(jìn)行某型裝備虛擬維修系統(tǒng)的開發(fā)和訓(xùn)練。該平臺包括網(wǎng)上開發(fā)和訓(xùn)練集群、Web服務(wù)器和存儲服務(wù)器等，這些共同構(gòu)成了仿真平臺的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)上開發(fā)集群提供底層硬件資源、平臺和軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)支撐服務(wù)；網(wǎng)上訓(xùn)練集群為基于中心展開的裝備模擬訓(xùn)練提供各種虛擬維修訓(xùn)練支撐服務(wù)，包括虛擬維修訓(xùn)練、RTI Web 服務(wù)和HLA 聯(lián)邦管理服務(wù)等。項(xiàng)目開發(fā)人員可利用其中的 M&S 軟件進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)；組織者可以統(tǒng)一管理開發(fā)資源，控制開發(fā)進(jìn)程。網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的資源使用方式避免了為每個(gè)項(xiàng)目單獨(dú)配發(fā)硬件和軟件工具環(huán)境，提高了資源的利用率，同時(shí)訓(xùn)練人員可以通過虛擬維修訓(xùn)練服務(wù)進(jìn)行裝備的協(xié)同仿真訓(xùn)練。某型裝備的網(wǎng)上虛擬維修訓(xùn)練仿真過程如圖9所示。

分布式交互仿真技術(shù)范文第2篇

電子商務(wù)作為一個(gè)新興領(lǐng)域，各個(gè)院校在電子商務(wù)專業(yè)建設(shè)中，培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系不是完全統(tǒng)一，因此側(cè)重點(diǎn)是不同的。普遍存在的問題是重理論而輕實(shí)踐的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，不利于電子商務(wù)人才地培養(yǎng)。原因很簡單，就是實(shí)踐的電子商務(wù)平臺很難搭建，應(yīng)用仿真技術(shù)可以解決這一問題。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)從事商務(wù)活動，突出學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)融IT與商務(wù)于一身的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的全面普及，基于互聯(lián)網(wǎng)的電子商務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在近年來獲得了巨大的發(fā)展，成為一種全新的商務(wù)模式，被許多經(jīng)濟(jì)專家認(rèn)為是新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。這種電子商務(wù)模式對管理水平、信息傳遞技術(shù)都提出了更高的要求，其中安全體系的構(gòu)建又顯得尤為重要。如何建立一個(gè)安全、便捷的電于商務(wù)應(yīng)用環(huán)境，對信息提供足夠的保護(hù)，是商家和用戶都十分關(guān)注的話題。

一、概述

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以為學(xué)生提供虛擬的仿真情境， 為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種開放的、主動的、發(fā)現(xiàn)式的探索式的學(xué)習(xí)環(huán)境， 發(fā)展學(xué)生的高級思維能力和問題解決能力， 從而通過對該情境的操縱、觀察和思考得出合理的結(jié)論。計(jì)算機(jī)仿真可以在很大程度上激發(fā)學(xué)生的高水平思維活動， 讓學(xué)生通過反省性的、高水平的思維活動來建構(gòu)深層的、靈活的、真正的知識，近幾年， 計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)在國內(nèi)外的電子商務(wù)課程中屢見不鮮， 但仿真教學(xué)在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用、尤其是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用還處于探索研究的階段， 將計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用于教學(xué)活動中， 往往能夠收到事半功倍的效果。

電子商務(wù)引起人們的普遍關(guān)注，細(xì)說起來也不過是最近幾年的事情。電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室可以提供一個(gè)真實(shí)的環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，學(xué)生可以模擬電子商務(wù)的各種活動。因此，電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室具有可操作性、仿真性及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)?？刹僮餍?，是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室中的計(jì)算機(jī)所需軟件;仿真性，是指學(xué)生在電子商網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)上安裝了相關(guān)軟件后，能夠模擬IT 環(huán)境，進(jìn)行各種電子商務(wù)活動等;適應(yīng)性強(qiáng)，是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室能夠成為與電子商務(wù)相關(guān)的多門課程的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地。在電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以學(xué)習(xí)基本的電子商務(wù)網(wǎng)站的建設(shè)流程。 　二、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)(computer?simulation?technology)是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真系統(tǒng)的模型，并在某些實(shí)驗(yàn)條件下對模型進(jìn)行動態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時(shí)間比例尺等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng)（尤其是復(fù)雜系統(tǒng)）的重要工具。計(jì)算機(jī)仿真，是在研究系統(tǒng)過程中，根據(jù)形式性原理，利用計(jì)算機(jī)來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實(shí)的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的仿真方法是一個(gè)迭代過程，即針對實(shí)際系統(tǒng)某一層次的特性（過程），抽象出一個(gè)模型，然后假設(shè)態(tài)勢（輸入），進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)者判讀輸出結(jié)果和驗(yàn)證模型，根據(jù)判斷的情況來修改模型和有關(guān)的參數(shù)。在沒有計(jì)算機(jī)以前，仿真都是利用實(shí)物或者它的模型來進(jìn)行研究的，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直接、形象、易信，但模型受限、容易破壞、難以重用。而計(jì)算機(jī)仿真是將研究對象進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，建模編程，且在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。它不怕破壞、容易修改、可重用。因此在現(xiàn)代化生產(chǎn)建設(shè)中得到了廣泛的采用。并取得了豐碩的成果，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的核心是按系統(tǒng)工程原理建立真實(shí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，然后利用模型代替真實(shí)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。由于近年來信息技術(shù)的發(fā)展特別是高性能海量并行處理技術(shù)，可視化技術(shù)，分布處理技術(shù)，多媒體技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，使得建立人——機(jī)——環(huán)境一體化的分布的多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，從而使仿真方法有了一些新的發(fā)展，形成了一些新的研究仿真方法熱點(diǎn)，如：定性仿真方法；面向?qū)ο蟮姆抡娣椒?；分布式交互仿真方法；人——機(jī)和諧仿真環(huán)境建立方法學(xué)。

三、電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室

利用仿真技術(shù)可以構(gòu)建電子商務(wù)仿真實(shí)驗(yàn)室，通用的通信網(wǎng)絡(luò)硬件實(shí)驗(yàn)平臺《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》或《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信》是計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修專業(yè)課程。它的實(shí)驗(yàn)主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)做實(shí)驗(yàn):它包括網(wǎng)絡(luò)布線與制作，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的安裝與配置，局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，廣域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。其目的主要是讓學(xué)生了解常用網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的連接、安裝與配置。通過設(shè)計(jì)、連線和配置，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的模擬與仿真:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型，有許多協(xié)議支持實(shí)現(xiàn)，每種協(xié)議實(shí)現(xiàn)都有些算法。原理的模擬與仿真就是解決其中的一些算法實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)通常用軟件加以實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)也需一些硬件配合完成。其目的主要是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對算法應(yīng)用理解更深刻。如:數(shù)據(jù)鏈路層的連續(xù)ARQ，網(wǎng)絡(luò)安全中的加密算法等。網(wǎng)頁虛擬實(shí)現(xiàn)交互指導(dǎo)實(shí)驗(yàn):有些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備費(fèi)用很高，也沒有必要全部實(shí)做，設(shè)計(jì)一些虛擬網(wǎng)頁，通過網(wǎng)絡(luò)的操作達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。如:網(wǎng)絡(luò)的測試儀的使用，高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用和配置等。

在教學(xué)應(yīng)用中，通過仿真技術(shù)不但可以節(jié)約教學(xué)成本，而且能取得良好的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

分布式交互仿真技術(shù)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】多接入點(diǎn) 分布式 光伏發(fā)電系統(tǒng) 配電網(wǎng)交互

鑒于光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到了逆變器等電力裝置，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的諧波，對電力系統(tǒng)造成了較大干擾，當(dāng)前，單點(diǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對電網(wǎng)諧波影響方面的研究主要集中在不同接入位置與容量對配電網(wǎng)諧波電壓與電流的影響上。鑒于配電網(wǎng)內(nèi)部諧波源非常多，有著分布參數(shù)特性，且放大特征更加的復(fù)雜，難以通過單點(diǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波性將整體的多接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的諧波特性得到。由此，此次研究應(yīng)用仿真技術(shù)從系統(tǒng)角度對多接入點(diǎn)分布式光伏配電網(wǎng)諧波傳輸、諧波疊加、分布等方面熱萁行研究，從而分析這些內(nèi)容對網(wǎng)點(diǎn)諧波特性與電壓波動產(chǎn)生的影響。

1 分布式光伏配電網(wǎng)諧波機(jī)理分析

在配電網(wǎng)中介入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)后，對配電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響的是接入位置、方法等，需要將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)配電網(wǎng)等效電路建立出來，從而更好的分析諧波傳輸與諧波分布特性及機(jī)理。

當(dāng)多個(gè)分布式光伏接入到配電網(wǎng)后，不同光伏控制獨(dú)立存在，將產(chǎn)生不同的諧波，諧波電流疊加與常規(guī)電流有著相似的原理，各個(gè)諧波源電流的矢量和就是疊加后諧波電流。另外，如果應(yīng)用相同型號的光伏逆變器，且逆變器控制同步時(shí)，多接入點(diǎn)分布式光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)諧波有更大的影響。

2 分布式光伏的配電網(wǎng)電壓波動

分布式光伏引起的電網(wǎng)電壓波動機(jī)理是多樣的且復(fù)雜的，需要綜合對光伏功率波動大小與并網(wǎng)點(diǎn)短路容量綜合考慮，同時(shí)需要考慮阻抗比R/X與光伏功率因數(shù)。網(wǎng)點(diǎn)電壓波動與光伏功率波動量存在密切相關(guān)性，網(wǎng)點(diǎn)電壓波動越大，光伏功率波動量就會隨之增大。通常，光伏輸出功率因數(shù)為1，且并網(wǎng)點(diǎn)到電源間的距離較短，容易使電壓波動縱軸分量減少，電壓波動大小將與等效阻抗存在反比關(guān)系，而與電壓波大小、等效阻抗呈現(xiàn)出正比關(guān)系?；谝陨戏治隹梢粤私?，當(dāng)?shù)刃ё杩箿p少時(shí)，并網(wǎng)電壓波也會隨之變小。

3 仿真分析

3.1 構(gòu)建仿真模型

為了更好開展配電網(wǎng)特性仿真研究，構(gòu)建仿真算例，其結(jié)構(gòu)見下圖2所示。圖中分布眾多的任意主干支路節(jié)點(diǎn)，且不同節(jié)點(diǎn)之間有著相等的距離，采用的線路為架空線路，不同負(fù)荷支路采用的是銅導(dǎo)線，且均按照負(fù)荷容量選用不同型號材料。

3.2 諧波仿真

理想電網(wǎng)條件下的諧波仿真負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的容量為85KW，占總負(fù)荷的2/3左右，此次研究應(yīng)用到DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件開展電磁暫態(tài)仿真。在分布式光伏L3點(diǎn)接入，對接入后的各母線節(jié)點(diǎn)諧波電流仿真模擬并分析，同時(shí)按照仿真結(jié)果對諧波電流幅值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。N4節(jié)點(diǎn)后線路等效阻抗開始增大，由此，從N5開始諧波電流為0，此時(shí)負(fù)荷阻抗依然是最大的，由此，諧波電流流入共同電網(wǎng)大部分是通過配電網(wǎng)主干線實(shí)現(xiàn)的。分布式光伏在L1～L5點(diǎn)接入時(shí)，不同接入點(diǎn)諧波電壓與電流存在差異，當(dāng)接入至L5節(jié)點(diǎn)時(shí)，諧波電流幅值增大，公共連接點(diǎn)的等效阻抗最小的是L1，由此，光伏接入產(chǎn)生的諧波電壓也偏小，仿真結(jié)果顯示了，接入點(diǎn)諧波電流如果有較小的變化，說明配電網(wǎng)諧波電壓分布曲線中光伏并網(wǎng)點(diǎn)有所提升，說明此處的諧波電壓水平較其他節(jié)點(diǎn)高。

非理想電網(wǎng)條件下諧波仿真。通過仿真分析，建立仿真平臺，在平臺中對控制模塊自定義，模擬電網(wǎng)背景諧波通過交流電壓源中加入指定次數(shù)與含量實(shí)現(xiàn)；仿真中電網(wǎng)與電壓含有不同諧波電壓，含量占5%。電網(wǎng)含有低次諧波時(shí)，分布式光伏系統(tǒng)同樣會將低次諧波流量輸出，且諧波次數(shù)與光伏輸出增大的諧波次數(shù)存在相關(guān)性。通過仿真結(jié)果可以了解到，如果中心為零序諧波，則與負(fù)序諧波之間相互影響，以上的仿真結(jié)果是解耦控制策略，在這一控制策略中，會使含有諧波電網(wǎng)電壓隨機(jī)方式進(jìn)入到控制系統(tǒng)內(nèi)，從而增大了輸出諧波電流。由此，這種電網(wǎng)條件對光伏逆變器控制提出了更高的控制要求。

3.3 電壓波動仿真

利用DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件對分布式光伏發(fā)電功率波動時(shí)對配電網(wǎng)電壓影響進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果顯示了，各個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)電壓波動有著一定規(guī)律，電壓波動較大的是母線L2，電壓波動值為d=0.652%。鑒于L2節(jié)點(diǎn)光伏中的功率變化較大，非常容易造成電壓波動頻繁。另一個(gè)電壓波動較大的是L5，電壓波動為d=0.682%，鑒于L5節(jié)點(diǎn)與平衡節(jié)點(diǎn)電氣距離較大，但是容量則偏小，由此，雖然功率小，但是此處的電壓波動依然非常大。電壓波動最小的是N0，電壓波動為d=0.056%，鑒于N0母線與平衡節(jié)點(diǎn)處有著較小的電氣距離，由此，此處有著較大的短路容量，電壓波動也是最小的。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，光伏并網(wǎng)點(diǎn)中有著嚴(yán)重的電壓波動，且與功率波動越靠近，電壓波動的將越大。

4 結(jié)束語

本文主要對多接入點(diǎn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)交互影響進(jìn)行了分析，可以發(fā)現(xiàn)，將分布式光伏電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，傳統(tǒng)的單光電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榱吮椴茧娫磁c用戶的多源性的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，隨之變得復(fù)雜的是電能質(zhì)量特性。針對以上仿真分析存在的問題，本次研究通過理論描述與仿真研究結(jié)合的方式探究了多接入點(diǎn)分布式光伏與配電網(wǎng)電能質(zhì)量交互影響。仿真結(jié)果顯示，分布式光伏諧波電流會經(jīng)由主干之路流入到公共電網(wǎng)中，除了光伏并網(wǎng)，其他負(fù)荷節(jié)點(diǎn)幾乎沒有諧波電流通過，且越與配電線路末端靠近，越會增強(qiáng)電網(wǎng)諧波畸形水平，電壓波動與光伏功率大小也存在相關(guān)性。

參考文獻(xiàn)

[1]繆立恒.分布式光伏接入對配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行影響的研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

[2]王亞維.高滲透率光伏發(fā)電系統(tǒng)中網(wǎng)源互動技術(shù)的研究[D].上海電力學(xué)院，2015.

作者簡介

陳浩龍（1988-），男，甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助理講師。電氣工程及其自動化專業(yè)。

分布式交互仿真技術(shù)范文第4篇

仿真技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了三個(gè)階段：仿真網(wǎng)絡(luò)（SIMNET），分布交互仿真（DIS）和聚合級仿真協(xié)議（ALSP）高級體系結(jié)構(gòu)（HLA）。[1]基于HLA的分布仿真是今后仿真發(fā)展的主要方向，故文章選用高級體系結(jié)構(gòu)對空地對抗仿真的聯(lián)邦成員進(jìn)行了研究。

1 高級體系結(jié)構(gòu)

HLA中將實(shí)現(xiàn)某種特定仿真目的的仿真系統(tǒng)稱為聯(lián)邦。聯(lián)邦由若干交互的仿真應(yīng)用和其它一些相關(guān)的應(yīng)用（統(tǒng)稱聯(lián)邦成員Federate）、運(yùn)行支持系統(tǒng)（RTI）和聯(lián)邦對象模型（OM）構(gòu)成。[2]聯(lián)邦成員由若干對象構(gòu)成， 成員間通過RTI提供的服務(wù)來實(shí)現(xiàn)交互。

1.1 RTI簡介

RTI是一個(gè)按照HLA接口規(guī)范開發(fā)的軟件系統(tǒng)，能為仿真應(yīng)用提供通用的、相對獨(dú)立的支撐服務(wù)，其功能類似于分布式操作系統(tǒng)。[3]

1.2 對象模型模版

對象模型模板（OM

2 模擬仿真

實(shí)例：A方出動一架戰(zhàn)斗機(jī)空襲B方陣地，攻擊目標(biāo)為陣地司令部，B方探查到空情指示，奉命攔截該架戰(zhàn)斗機(jī)。

2.1 聯(lián)邦成員設(shè)計(jì)

在作戰(zhàn)中，設(shè)計(jì)了兩個(gè)成員來仿真該空襲過程。一個(gè)為A方空襲飛機(jī)成員，一個(gè)B方陣地。雙方公布/定購關(guān)系如下：A方飛機(jī)成員（B方陣地訂購）： 對象類-飛機(jī)，交互類-飛機(jī)投擲炸彈、飛機(jī)被擊毀；B方陣地成員公布（A方飛機(jī)成員訂購）：對象類-B方陣地營司令部，交互類-高炮對飛機(jī)開火。

其FOM/SOM定義的對象類（表1）和交互類（表2）如下：

表1 對象類表

表2 交互類表

2.2 RTI實(shí)現(xiàn)

將表1和表2輸入OMDT生成Fed文件，當(dāng)RTI創(chuàng)建聯(lián)邦時(shí)予以加載。

下面以A方飛機(jī)為例，詳細(xì)介紹仿真如何實(shí)現(xiàn)：

（1）創(chuàng)建聯(lián)邦

調(diào)用rtiAmb.createFederationExecution（“空地對抗仿真”，“airraid.fed”）；其中“空地對抗仿真”是將要創(chuàng)建的聯(lián)邦的名字，“airraid.fed”是由FOM/SOM生成的Fed文件名。

（2）加入聯(lián)邦

調(diào)用FedHandle=rtiAmb.joinFederationExecution（“A方空襲飛機(jī)”，“空地對抗仿真”，&fedAmb）；其中“A方空襲飛機(jī)”為聯(lián)邦成員名，F(xiàn)edHandle為函數(shù)返回的成員句柄值。

（3）獲取Fed文件定義的對象類及其屬性、交互類及其參數(shù)的句柄值

獲取B方司令部對象類及其屬性的句柄值：

HeadquartersId=rtiAmb.getObjectClassHandle（ “Headquarters”）；

positionId= rtiAmb.getAttributeHandle（“position”， HeadquartersId）；

獲取飛機(jī)交互類及其屬性的句柄值：

PlaneDamageId=rtiAmb.getInteractionClassHandle（“PlaneDama ge”）；

PCrashId=Id=rtiAmb.getParameterHandle（“num”，PlaneDamageId）；

（4）聲明公布/定購關(guān)系

公布A方飛機(jī)對象類：

AttributeHandleSet *Attributes= RTI：：AttributeHandleSetFactory：：create（3）；

Attributes->add（ PnumId ）； //加入飛機(jī)編號屬性

Attributes->add（ PpositionId ）； //加入飛機(jī)位置屬性

Attributes->add（ PvelocityId ）； //加入飛機(jī)速度屬性

rtiAmb.publishObjectClass（ PlaneId， *Attributes）；//公布飛機(jī)對象類

Attributes->empty（）；

定購B方司令部對象類：

Attributes->add（HpositionId ）； //加入司令部位置屬性

Attributes->add（HstateId ）； //加入司令部狀態(tài)屬性

rtiAmb.subscribeObjectClass（HId， *Attributes）；//訂購司令部對象類

delete Attributes；

公布飛機(jī)投彈和飛機(jī)墜毀交互類：

rtiAmb.publishInteractionClass（DropBombId ）；//公布飛機(jī)投彈類

rtiAmb.publishInteractionClass（PlaneDamageId ）；//公布飛機(jī)墜毀類

定購高炮開火交互類：

rtiAmb.subscribeInteractionClass（FireId）；

（5）聲明時(shí)間推進(jìn)策略

飛機(jī)成員的時(shí)間推進(jìn)既Regulating又為Constrained。

rtiAmb.enableTimeConstrained（）； //聲明時(shí)間推進(jìn)為Constrained

rtiAmb.enableTimeRegulation（Federate_time，Lookahead_time）；//聲明時(shí)間推進(jìn)為Regulating.其中Federate_time為當(dāng)前的聯(lián)邦仿真時(shí)間，Lookahead_time為成員的前瞻時(shí)間。

（6）注冊飛機(jī)對象類

PlaneInstanceId = rtiAmb.registerObjectInstance （PlaneId）；

（7）發(fā)送飛機(jī)投擲炸彈交互

ParameterHandleValuePairSet*pParams=RTI：：ParameterSetFactory：：create（3）；

pParams->add（Dbomb_typeId，（char*）&bombType，sizeof（bombType））；

pParams->add（Dbomb _noId，（char*）&bombNum ， sizeof（bombNo））；

pParams->add（Bpoint_fallId，（char*）&point_fall ， sizeof（Vector））；

rtiAmb.sendInteraction（DBombId， *pParams， time_stamp，NULL）；

（8）請求時(shí)間推進(jìn)

rtiAmb.timeAdvanceRequest（requestTime）；//請求時(shí)間推進(jìn)

FederateAmbassador：：timeAdvanceGrant；//通知成員當(dāng)前的聯(lián)邦仿真時(shí)間grantTime

然后跳轉(zhuǎn)第7步，直至仿真結(jié)束。

3 結(jié)束語

文章以模擬的空地對抗仿真為研究內(nèi)容，基于HLA/RTI設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了仿真聯(lián)邦成員。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中采用通用的技術(shù)框架、模型和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的通用性。

參考文獻(xiàn)

[1]周彥，戴劍偉.HLA仿真程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002：3-20.

[2]齊歡，代建民，吳義明. HLA仿真與UML建模[M]. 北京：科學(xué)出版社， 2004：6-40.

[3]郝江波.基于HLA的分布交互仿真應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2000， 12（05）： 253-255.

分布式交互仿真技術(shù)范文第5篇

1.主站平臺一體化設(shè)計(jì)

在總結(jié)國內(nèi)配電自動化系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施多年經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，[3，4]為了配電主站系統(tǒng)更加實(shí)用化，根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)思路，將配電自動化主站系統(tǒng)分為配電圖資維護(hù)模塊、配電SCADA兩大系統(tǒng)模塊。將配電圖資維護(hù)、配電SCADA從根本上進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，以便形成一個(gè)具有空間概念（地理環(huán)境信息）和基礎(chǔ)信息（電網(wǎng)資料及用戶資料）的分層管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。既能為電力系統(tǒng)配電運(yùn)行管理提供具有地理信息的網(wǎng)絡(luò)模型，又能實(shí)時(shí)監(jiān)控配電網(wǎng)的運(yùn)行，支撐系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)和其他功能的實(shí)現(xiàn)。

2.配電主站物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)自動化實(shí)驗(yàn)室主站物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在充分考慮主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與存儲主干網(wǎng)系統(tǒng)信息的前提下，承擔(dān)著系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、功能實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)交換等重要功能，對數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、交換速度有著非常高的要求，為此，采用了支持多操作系統(tǒng)平臺的運(yùn)行開放機(jī)制，以及Client/Server（客戶機(jī)/服務(wù)器）分布式體系結(jié)構(gòu)。硬件平臺建立在工作站和服務(wù)器等設(shè)備環(huán)境上，在建設(shè)資金充裕的情況下，配電網(wǎng)主站可按標(biāo)準(zhǔn)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖2所示。另外，在滿足實(shí)際數(shù)據(jù)處理功能要求的情況下，亦可采用把四臺服務(wù)器整合為一臺、打印機(jī)不設(shè)置或低標(biāo)設(shè)置等某些經(jīng)濟(jì)手段。

實(shí)驗(yàn)室配網(wǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建方案探析

實(shí)際運(yùn)行中的配電網(wǎng)絡(luò)不僅有架空線，同樣也存在大量的電纜，且具有條數(shù)眾多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣等特點(diǎn)。但總體上來說，在配電網(wǎng)絡(luò)體系中，網(wǎng)絡(luò)接線以雙母、輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)及環(huán)網(wǎng)為主要形式存在。對于一個(gè)具體的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)而言，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以是多種網(wǎng)絡(luò)形式的組合，并且線路稠密。其網(wǎng)絡(luò)形式主要由用戶性質(zhì)、數(shù)量及供電可靠性的要求決定。欲在一個(gè)空間有限的實(shí)驗(yàn)室中同時(shí)全方位的體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)模型幾乎是不可能的，也沒必要。因此，在配電網(wǎng)自動化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，擬建設(shè)10條配電線路及其配套通信設(shè)施，實(shí)現(xiàn)手拉手環(huán)網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)室配網(wǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建方案如圖3所示。從擬建方案易知，通過改變開關(guān)的狀態(tài)，可靈活多變的組合出各種電纜線路、架空線路、網(wǎng)絡(luò)接線的接線方式，基本上可涵蓋現(xiàn)階段我國常見的聯(lián)絡(luò)方式。

配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室仿真系統(tǒng)建設(shè)方案探析

利用仿真及多媒體進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，不僅可把課本上大量枯燥的文字?jǐn)⑹鲛D(zhuǎn)變?yōu)樯鷦又庇^的圖形、數(shù)據(jù)說明，[5，6]而且可為學(xué)生在配電實(shí)踐教學(xué)方面提供一個(gè)安全、真實(shí)、再現(xiàn)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。使學(xué)生了解配電設(shè)備、運(yùn)行、檢修操作規(guī)程，從而達(dá)到提升教學(xué)效果的目的。

1.仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室仿真系統(tǒng)在充分利用主站物理器件的基礎(chǔ)上，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件及其軟件配置都需遵循開放性的原則，以達(dá)到可維護(hù)性、可擴(kuò)充性的目的。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示，教員機(jī)、服務(wù)器分別由圖2的兩個(gè)工作站、服務(wù)器兼任。教員機(jī)既可完成所有學(xué)員的操作，也可完成教案編制、系統(tǒng)維護(hù)管理、故障設(shè)置和學(xué)員監(jiān)管等功能。各學(xué)員臺既可獨(dú)立運(yùn)行，亦可分組協(xié)調(diào)運(yùn)行。主要用于配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)動控制、變電站自動化、饋線自動化、模擬倒閘操作、監(jiān)盤及事故處理等的仿真。

2.仿真系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想在配電自動化主站平臺一體化軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用其數(shù)據(jù)，結(jié)合分布式仿真軟件支撐平臺RTI（RunTimeInfrastructure）[7，8]、教員系統(tǒng)軟件、仿真應(yīng)用軟件和多媒體培訓(xùn)系統(tǒng)軟件組成一套交互式、分布式仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。其中，仿真應(yīng)用軟件整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。分別由變電站仿真軟件、電網(wǎng)仿真軟件、變電站監(jiān)控仿真軟件及設(shè)備巡視仿真軟件構(gòu)成。各個(gè)仿真應(yīng)用軟件僅與其所對應(yīng)的計(jì)算機(jī)中RTI駐留軟件進(jìn)行接口，但相對整個(gè)仿真系統(tǒng)而言，整個(gè)仿真系統(tǒng)內(nèi)的相互交互任務(wù)全部由RTI來完成。由于仿真系統(tǒng)引入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的全工況仿真及主站平臺一體化軟件設(shè)計(jì)的思想，若再輔以先進(jìn)的電力系統(tǒng)仿真技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)和虛擬建模技術(shù)，則可實(shí)現(xiàn)變電站仿真和電網(wǎng)仿真一體化。仿真系統(tǒng)具有平臺化、通用性很強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)具備了強(qiáng)大的組態(tài)功能，適用于任意結(jié)構(gòu)的變電站和配電網(wǎng)絡(luò)的培訓(xùn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)場操作能力、專業(yè)知識和技能。

結(jié)束語