一種基于Josim的運行管理工具*

張　宇　張高峰

(91336部隊　秦皇島　066326)

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一種基于Josim的運行管理工具*

張宇張高峰

(91336部隊秦皇島066326)

摘要針對國內武器靶場聯合試驗訓練系統仿真執行配置不靈活，運行過程管理困難等問題，設計了一種基于Josim的運行管理工具。借鑒美國TENA的發展思想，在完成分布式聯合仿真平臺中間件關鍵技術試驗驗證的基礎上，通過對工具的功能進行層次化分析，并基于模塊化設計思想，完成了Josim運行管理工具的設計與開發。并成功應用于典型應用系統實驗驗證過程，為提高電子靶場中試驗和訓練系統的運行管理能力提供了有力支持。

關鍵詞分布式聯合仿真; LVC互操作; 中間件; 運行管理技術

Class NumberTM73

1引言

為了更高效地利用靶場資源，提高聯合試驗和訓練能力，美軍啟動了FI2010工程，開發實現了“試驗與訓練使能體系結構(Test and Training Enabling Architecture,TENA)”[1]，TENA專門針對試驗訓練領域的特點進行開發，并針對試驗與訓練領域的特定需求對HLA進行了擴展，為未來幾十年構建試驗與訓練邏輯靶場提供了體系結構和技術支撐[2]。

目前，國內對TENA的研究已經開展了十幾年。其中，國防科技大學對TENA的發展現狀進行了闡述，并詳細敘述了TENA中間件的設計與實現方法。而后將HLA與TENA進行比較，借鑒TENA思想對HLA的能力進行擴充，用于滿足對試驗與訓練互操作的需求[3～5]。哈爾濱工業大學提出的HIT-TENA中間件，并未像TENA一樣實現真正意義上的遠程對象調用，目前主要是用事件消息觸發實現遠程調用，而且還沒有應用于訓練系統中[6～10]。同時，上述支撐平臺在運行過程中都是通過應用本身創建聯邦并加入執行，使得應用不能獨立于執行創建過程，并且沒有獨立實現執行創建和動態管理的工具，缺乏對靶場試驗訓練系統的運行管理。

基于以上問題，借鑒美國TENA的建設思想，結合目前國內試驗訓練領域建設的現狀，已經實現自主、可控的分布式聯合仿真支撐平臺中間件及部分工具集的開發。在Josim的建設過程中，為實現對分布式聯合仿真試驗或訓練系統的運行管理，完善Josim工具集，基于模塊化設計思想，設計開發了Josim運行管理工具，以實現應用與執行創建的分離，使應用更專注于自身的功能設置，提高了Josim平臺的運行管理能力。

2分布式聯合仿真支撐平臺概述

分布式聯合仿真試驗系統是一個異構的實時分布式系統，對標準規范、協議、時統、接口或網關的要求非常高。需要構建一個分布式聯合仿真平臺(Josim,Distributed Joint simulation platform)，以支持實況-虛擬-構造(live,virtual,and constructive,LVC)互操作的分布式聯合仿真。Josim仿真支撐平臺以分布式聯合仿真中間件為核心，以Josim工具集為手段，為用戶聯合仿真事件前的仿真建模、事件中的仿真運行、事件后的仿真數據分析與評估提供支持[11]。Josim平臺體系結構如圖1所示。

圖1　Josim平臺體系結構圖

2.1Josim中間件

分布式聯合仿真支撐平臺中間件是Josim體系結構中的核心組件，從結構上劃分，主要由應用層、服務管理層、對象管理層、虛擬網絡層和互聯機制五個層次組成。參考TENA實現，通過統一的Josim服務調用，使上層仿真應用同名地使用各類Josim對象，屏蔽Josim對象和網絡通訊機制的差異。

2.2LVC仿真系統

支持LVC互操作的分布式聯合仿真支撐平臺成為實現聯合試驗與訓練的關鍵，重點在于實現仿真互操作性、可重用性和可組合性。實況仿真(live simulation)是指真實的人員在虛擬環境下操作真實的裝備和系統，例如嵌入式仿真系統；虛擬仿真(virtual simulation)是指真實的人員操作虛擬的設備和系統，例如飛行模擬器、坦克駕駛模擬器、艦艇操縱模擬器；構造仿真(constructive simulation)是指虛擬的人員操作虛擬的設備和系統，例如計算機生成兵力系統、虛擬戰場[11]。

2.3Josim工具集

Josim工具集作為分布式聯合仿真系統的重要組成部分，分為離線工具集和在線工具集兩部分。離線工具主要用于完成分布式聯合仿真支撐平臺運行前的準備工作和運行后的仿真數據分析與評估工作。在線工具集主要用于分布式聯合仿真支撐平臺運行中的應用服務統一管理和運行監控等工作。

3Josim運行管理工具設計

3.1功能組成

模塊化是指解決一個復雜問題時，自頂向下逐層把系統劃分成若干模塊的過程。本文基于模塊化設計思想，兼顧運行管理工具功能特點，將其分為網絡命名服務管理、執行管理器管理控制、運行管理和工作日志信息管理四個功能模塊，功能模塊組成如圖2所示。

圖2　功能模塊組成圖

3.2總體交互關系

Josim運行管理工具通過與執行管理器和操作系統進行信息交互，來實現啟動/結束網絡命名服務、啟動/結束執行管理器、保存及恢復執行狀態和Josim運行管理等功能，并實現各類消息及SDO信息的收發。總體交互關系如圖3所示。

圖3　運行管理工具總體交互關系圖

3.3軟件工作流程圖

圖4　運行管理工具工作流程圖

4Josim運行管理工具應用驗證

為充分驗證Josim平臺的支撐作用以及各應用軟件的功能及穩定性，在某跨異地網絡仿真訓練系統中進行了Josim典型應用驗證系統的集成與實驗。

通過制定作戰想定，模擬在某島附近海域進行的電磁對抗過程，以達到裝備操作員遠程模擬訓練的目的。想定模擬敵對雙方電磁干擾與反干擾過程，并通過Josim中間件實現信息的遠程實時交互。同時，利用Josim運行管理工具實現仿真訓練過程的運行管理。

4.1網絡命名服務啟動功能

首先，啟動運行管理工具，選擇網絡命名服務軟件啟動方式，并配置相應主機IP及端口號，啟動網絡命名服務軟件。網絡命名服務進程可以使應用程序定位一個在網絡上運行的執行程序，用于仿真開始時應用加入執行。網絡命名服務軟件啟動界面如圖5所示。

圖5　網絡命名服務軟件啟動界面

4.2執行管理器管理控制功能

執行管理器管理控制界面如圖6所示，軟件通過讀取配置文件自動加載配置參數，并可手動修改。如圖所示，設置控制臺密碼，用于Josim監控工具使用時的登陸密碼。執行管理器配置參數設置完成后，即可啟動EM，并初始化中間件，只有當執行管理器啟動后，參加仿真的應用方可加入執行。

圖6　執行管理器管理控制界面

4.3運行管理功能

運行管理功能界面如圖7所示，用于在整個生命周期對Josim執行進行維護和管理。首先，讀取仿真規劃文件，將想定中的應用狀態信息以列表的形式進行顯示。如果仿真開始時沒有規劃文件，可以用本次仿真的應用狀態信息生成仿真規劃文件。仿真開始前，各應用首先要加入執行，在工作狀態欄顯示各應用的加入狀態。等到想定規劃內的所有應用均加入執行后，對各應用進行物理授時，即通過遠程異地各節點配置的GPS授時服務器進行物理對時。待所有應用都已授時成功后，下達仿真開始指令，開始本次仿真。

在仿真過程中，可以對某一節點的執行狀態進行保存，即給各應用節點下達執行狀態保存指令，使各節點對某一時刻的數據進行相應存儲記錄。如果需要恢復該時刻的執行狀態，可以下達執行狀態恢復指令，使各節點恢復該時刻的數據，進行該時刻后續的仿真。執行狀態保存與恢復功能能夠實現各交戰過程的復盤，可以讓職手對某一過程進行多次訓練，大大提高了想定利用率和仿真訓練效率。

圖7　運行管理功能界面

4.4工作日志信息管理功能

工作日志信息管理界面如圖8所示，主要是將執行運行中所有接收和發送的信息以列表的形式進行顯示，并實現工作日志信息的保存。

圖8　工作日志信息管理模塊軟件界面

5結語

在Josim中間件關鍵技術試驗驗證的基礎上，為了對分布式聯合仿真試驗訓練系統的運行管理，本文基于模塊化設計思想，設計并實現了Josim運行管理工具的開發。該軟件具有較好的可視化和可擴展性能，并通過獨立創建執行，實現應用與執行創建的分離，使應用更專注于自身的功能設置。目前，Josim運行管理工具已經在某仿真訓練系統中得到應用，軟件功能完善、運行穩定，為Josim平臺的進一步完善和充分應用提供了有力保障。

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收稿日期:2016年1月10日,修回日期:2016年2月24日

作者簡介:張宇,男,碩士研究生,助理工程師,研究方向：系統建模與仿真、分布式交互仿真。張高峰,男,高級工程師,研究方向：系統建模與仿真、分布式交互仿真。

中圖分類號TM73

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.07.044

Operation Management Tool Based on Josim

ZHANG YuZHANG Gaofeng

(No. 91336 Troops of PLA, Qinhuangdao066326)

AbstractTo solve the problems of weapons range for the domestic joint pilot training simulation system to perform configuration not flexible, management difficulties during the operation and other issues, a management tools based on the Josim is designed. Learning from the development thought of American TENA, based on the completion of distributed joint simulation platform middleware experimental verification of key technologies, through the tool features hierarchical analysis and drawing on modular design concept, the design and development of operation management software is completed. And it is successfully applied to typical applications experimental validation process, to improve the electronic range in test or training system operation and management ability to provide strong support.

Key WordsJosim, LVC interoperability, middleware, operation management technology