基于HLA的網絡管理模擬訓練系統研究＊

瞿連政 鄒祥福

（國防信息學院 武漢 430010）

1 引言

隨著信息技術的發展，我軍武器裝備信息化水平不斷提高，新型武器裝備的配發使用，對組織運用及操作使用人員提出了較高的要求，由于這些新型的武器裝備造價昂貴，有必要開發模擬訓練系統，使受訓人員在模擬訓練系統中進行訓練，以達到預期效果。這種訓練方式不僅能節省訓練費用、縮短訓練時間，而且還能夠不損壞實際裝備、不受場地和環境限制，以提高訓練的效率，確保訓練的安全。

機動通信系統是用于在機動條件下支持陸軍作戰的戰術通信網，是以TCP／IP協議為基礎、基于路由選擇的自動化通信網絡，在機動部隊、戰斗勤務支援與指揮控制平臺之間提供無縫隙的態勢感知和指揮控制數據的交換，它是互聯的各種戰術通信網絡、計算機硬件和軟件的集合。它不同于民用電信網絡，機動性強，需根據作戰需要隨時改變網絡拓撲結構，而網絡管理是實現系統順利搭建、系統可靠安全運行、系統按需調整和重組的重要保證。研制網絡管理模擬訓練系統替代實裝，使網絡管理與操作人員等盡快熟悉網絡管理模式及系統操作，盡快掌握網絡的開設、監控、重組和異常事件處理流程，盡快形成戰斗力具有重要的現實意義［1］。

2 功能需求分析

根據機動通信系統模擬訓練系統的總體要求和總體設計方案，網絡管理訓練分系統應具有以下主要功能［2～3］：具有一級、二級、節點等多級網絡管理模擬訓練功能，各級網管間能夠進行信息交互；具有網絡規劃、網絡配置、網絡監控和通信指揮等模擬訓練功能，各功能模塊技術體制統一，能夠互聯互通；具有網絡管理操作提示、在線評判和在線幫助等輔助訓練功能；具有與其他分系統協同運行并支持綜合演練的功能；能在聯網組訓模式基礎上派生出網絡管理單機獨立訓練軟件。在訓練實施過程中，網絡管理訓練分系統能夠以聯邦成員的身份加入到訓練聯邦中，并與導調監控、組網模擬等分系統一起協調地完成有關課目的訓練。

3 系統總體設計

3.1 系統總體結構

網絡管理模擬訓練系統是整個機動通信系統模擬訓練系統的重要組成部分，系統采用基于HLA（High Level Architecture）技術，實現網絡管理分布式仿真，由導調子系統、數據準備子系統、網絡規劃子系統、參數分發子系統、網絡監控子系統、組網模擬子系統、輔助訓練子系統、處理評判子系統和交互式控制主程序以及RTI平臺等子系統或功能模塊組成，各子系統在訓練中以成員的身份加入訓練系統，如圖1所示，實線表示各成員與RTI的信息交互，虛線表示各成員直接基于TCP／IP進行數據交互［2～7］。

導調子系統負責訓練內容和訓練過程的組織管理、情況監視與情況設置，并對受訓者的情況進行講評；數據準備子系統為訓練提供作戰編成、裝備編制、裝備類型、裝備信息等基礎數據；網絡規劃子系統主要用于為受訓者提供頻率資源規劃、網絡資源規劃、網絡拓撲結構規劃以及信息傳輸策略規劃等方面的規劃訓練；參數分發子系統主要為受訓者提供參數分發手段訓練及參數加注訓練等功能；網絡監控子系統主要用于為受訓者提供網絡狀態監視、網絡拓撲管理、網絡故障檢測以及網絡性能統計分析等方面的訓練；組網模擬子系統為模擬訓練提供網絡環境；輔助訓練子系統為訓練提供訓練提示、狀況監視、勤務對話和行動設置等功能；處理評判子系統提供訓練情況截獲處理、操作評判和操作規則等功能；交互式控制主程序為訓練成員基于RTI通信提供接口，主要實現RTI成員的注冊和注銷、信息交互實現、信息交互管理與控制等功能。

圖1 網絡管理模擬訓練系統總體結構

3.2 系統部署設計

系統部署設計主要包括席位劃分、席位配置與訓練模式設計三個方面［2］。

圖2 網絡管理模擬訓練系統典型配置

1）席位劃分：系統劃分為導調輔訓席、數據管理席、組網模擬席與網絡管理訓練席，如圖2所示。導調輔訓席負責模擬訓練環境的建立、模擬訓練數據準備、模擬訓練的組織、訓練數據的采集與訓練講評功能；數據管理席負責實驗所有數據的存儲、記錄與管理；組網模擬席為訓練提供模擬網絡環境。

2）席位配置：導調輔訓席包括導調、輔助訓練、處理評判和RTI服務（運行交互式控制主程序）；網絡管理模擬訓練席，在上述各席位的支持下，采取一機一席的配置方式，為受訓者提供一級網管、二級網管和節點管理等訓練。

3）訓練模式設計：系統按需提供單人訓練和多人同時訓練兩種模式，單人訓練時，由導調協調數據準備、組網模擬和數據管理分系統模擬多個配合網管成員，進行單人網絡規劃、參數分發和網絡監控訓練；多人訓練時，由多人分別擔任一級網管、二級網管和節點管理身份，附加若干模擬網管成員，同時進行網管訓練。

3.3 系統流程設計

RTI服務器開機后，由交互式控制主程序進行相應的初始化，用戶登錄網絡管理訓練分系統后，注冊為RTI成員，加入聯邦，聲明公布訂購關系，并進行訓練初始化工作，待系統全部初始化完畢且系統報告正常時，導控啟動訓練，對整個仿真過程進行管理和控制，仿真管理聯邦成員（各級網管）發送交互信息，模擬網絡管理的整個過程［4，6～7］，如圖3所示。

圖3 網絡管理模擬訓練流程圖

若有網管操作，則對操作信息截獲后進行評判與評判結果顯示，并對網管操作信息做必要處理后發往其他分系統；若有輔助界面的操作，則將輔助信息發送到相應席位（包括組網模擬器）。收到作業結束指令后，則退出聯邦，結束網管操作訓練。

4 關鍵問題考慮

4.1 RTI體系結構模型設計

RTI（Run－time Infrastructure）也稱運行時間 基 礎 結構，是HLA 接口規范的具體實現，有集中式、分布式和層次式三種體系結構模型［10～11］?？紤]網管信息交互信息需求明確，且并不復雜，而且根據訓練需求可以按需擴展和縮小規模，論文選用集中式體系結構模式，這種模式的特點是具有一個全功能的中心節點，在該中心節點上實現所有的服務，聯邦成員之間無直接的通信關系，所有的成員之間都通過中心節點的“RTI信息交互程序”提供的服務，來實現網管消息的轉發與交換。

集中式體系結構模式除了實現簡單之外，還有兩個好處：一是能夠直接通過RTI的時間管理機制確保時間的協調推進；二是能夠直接通過開發環境提供的定時器作為基準確保時間的高精度，不需要專門的硬件支撐，降低了系統開發的成本。由于系統采用VC＋＋6.0開發，我們利用其提供的QueryPerformanceFrequency API函數和QueryPer－formanceCounter API函數配合使用，基于計算機硬件（主板時鐘和CPU 頻率）環境，來實現高精度的定時器，其定時進度可以達到毫秒級，完全可以滿足網管信息交互的同步。

4.2 RTI信息交互設計

系統采用基于RTI的信息交互模型設計，同席位應用程序間通過非FOM 類消息進行信息交換，不同席位間的應用程序通過FOM 類消息實現［6，9～11］，如圖4所示：

圖4 RTI信息交互模型

應用程序間均通過Windows消息通信機制（PostMessage和SendMessage）進行信息交互。信息交互模式為基于RTI交互控制程序的集中轉發方式，即如果本機的A、B兩個程序之間需發送信息，則A首先將信息以Windows消息方式發送給RTI交互控制程序，RTI交互控制程序再以Windows消息方式轉發給B，不轉發給其它聯邦成員；如果A需要向其它機器上的聯邦成員發送數據，則A也是先通過Windows消息發送給RTI交互控制程序，再由RTI交互控制程序轉發給其它聯邦成員。

RTI交互程序設計的重點是FOM／SOM 以及FED 文件的設計。FOM／SOM 主要包括網絡規劃、網絡監控、參數分發以及導調控制等分系統之間的對象類和信息交互類，開發FOM／SOM的過程，也是對模擬訓練系統中的交互數據進行建模和抽象的過程。開發FOM／SOM的思路如下：首先確定聯邦成員及其仿真的實體類型；其次確定FOM中的對象類和交互類；然后確定對象類屬性和交互類參數的特性，并生成SOM 表；最后綜合SOM，生成FOM。FED文件用于記錄聯邦執行期間所有參加聯邦交互的對象類／交互類及其屬性／參數、傳輸類型、傳輸順序以及路徑空間信息。在模擬訓練期間，RTI根據FED 文件提供的數據細節創建相應的聯邦執行，并在整個聯邦執行生命周期內以FED 文件為藍本，協調聯邦成員的交互。FED 文件修改后，需要發布到所有的網管模擬訓練分系統，以確保上述交互類和對象類的同步和統一。

4.3 基于XML的格式化信息交互設計

RTI信息交互只定義了信息交互的類型和形式，并沒有規定信息交互的內容及其格式。系統中，網管間交互數據、導調事件數據等結構化強，如果采用傳統的文本模式或數據庫模式，解析比較麻煩，且格式和內容更改時，需要重新調整代碼并編譯和發布程序，比較麻煩。鑒于XML 具有內容與結構完全分離、互操作性強、規范統一、支持多種編碼以及可擴展性的特點，系統選用統一的XML 標簽和既定結構生成XML文檔，作為信息輸入輸出的標準格式。進行格式化信息交互時，把交互內容封裝為統一的XML文件，作為RTI進行數據交互的一個數據項，文件的生成和解析由專門的接口負責，統一發布、統一更新，這樣通過提高代碼的重用性，既保證了應用之間信息交互的統一性，又確保了交換數據的拓展性和兼容性，在一定程度上減輕了系統的實現復雜程度。

圖5 基于XML的格式化信息交互模型

以網管規劃數據分發為例，如圖5所示。我們的開發思路是：發送方A利用網絡規劃主程序從數據庫中提取有關規劃信息，并將這些信息記錄轉換為XML 文件，并調用相關接口函數進行全文檔加密、壓縮，并通過RTI交互控制程序把數據發送給接收方；接收方（網絡監控等）導入交換數據時，調用交換接口函數首先對XML 文件進行解壓，然后對文檔進行解密還原，并根據文檔描述模塊的定義對XML文檔進行解析和抽取，最后通過系統提供數據控制接口將有關信息寫入至數據庫中，完成數據的交互功能。

5 結語

論文從機動通信系統網絡管理模擬訓練系統的軍事需求出發，采用基于HLA 高層體系結構，設計了分布式的模擬訓練系統。論文給出了系統的總體設計框架、系統模擬訓練部署模式及基于HLA的系統實現流程，并給出了關鍵問題的解決方案，為構建機動通信系統網絡管理模擬訓練系統打下了堅實的設計基礎，同時也為設計和開發同類型的模擬訓練系統提供了借鑒。該方案在如下的平臺上設計并得到了初步的驗證：服務器和終端均為普通的PC 機器，操作系統為WindowsXP，開發語言為VC＋＋6.0，數據庫工具為Oracle9.0，HLA／RTI軟件為RTI－1.3NGv6。

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