仿真訓練系統中的信息分發與適配技術研究

劉少強

(解放軍91336部隊，河北 秦皇島 066326)

0 引 言

隨著裝備職手仿真訓練從專業技能向系統對抗逐步深化，原有按專業劃分的仿真訓練系統體系架構已難以滿足新的訓練需求。現有仿真訓練各信息系統采用煙筒式構建，各系統從硬件支撐、信息交互、數據處理、數據庫到頂層應用均各自單獨構建，用以滿足自身系統需求，各系統間主要通過統一的接口描述進行互聯，完成信息共享[1]。靶場信息系統應用數量逐漸增多，若仍采用傳統模式，不僅會形成大量的重復建設，還會對全系統的信息一致性和各系統的協同運用造成障礙。

目前，艦艇作戰系統仿真訓練以貼近實戰構設態勢為主，在海戰場與訓練場的等效映射、實兵訓練態勢的實戰化構設與驗證等方面缺乏有益的支撐。因此需要將現有自成體系、相對獨立的指揮控制、雷達、電子戰等仿真訓練終端進行互聯互通與邏輯重組，以滿足不同類型裝備職手在同一戰場態勢下的協同及互對抗訓練，不斷提升實戰化訓練水平。

1 仿真訓練系統體系結構

仿真訓練是仿真技術在訓練領域的一種應用[2]，仿真訓練系統體系結構分為導控評估層、訓練支撐層和訓練終端層3個層次,總體布局如圖1所示。仿真訓練支撐層是仿真訓練的信息中心，主要為仿真訓練提供信息匯集與整編、信息訂閱與分發、協議適配、時統授時等信息交互服務，提供仿真模型集中解算環境，提供仿真模型、數據等信息資源的開發、存儲和管理功能，為仿真訓練提供不可或缺的綜合支撐。

圖1 仿真訓練信息系統總體布局圖

2 仿真訓練系統中的信息服務

艦艇作戰系統仿真訓練系統通過向各訓練應用節點提供“信息訂閱發布”和“信息協議適配”兩項服務來實現異構系統間的互操作，分別依托仿真訓練信息訂閱發布軟件和仿真訓練信息協議適配軟件實現。

仿真訓練系統分層結構主要包括服務層、軟件層、插件層、支撐層以及應用層5個層次，其結構如圖2所示。

圖2 仿真訓練信息系統分層結構圖

仿真訓練信息支撐層是仿真訓練系統信息服務的中心，為底層信息通信和插件開發提供支撐，包括運行支撐環境(RTI)、數據分發系統(DDS)和協議建模工具[3]；同時為仿真訓練各應用系統間提供信息交互服務，是實現仿真訓練頂層架構統一、信息資源整合的關鍵環節，以多源、多類別、多體制、跨系統的仿真訓練信息為對象提供信息訂閱與分發、協議適配、時統授時等服務[4]，以與上層應用業務無關的信息流轉服務接口為核心，解決各仿真訓練應用系統互聯互通的問題。

3 信息訂閱發布軟件設計

仿真訓練信息訂閱分發軟件用以發布訂閱機制，實現各仿真訓練應用系統間的實時數據傳輸。具體功能包括：

(1) 能夠支持本地局域網和遠程廣域網訓練條件下分布式仿真訓練系統各仿真節點間的信息傳輸。

(2) 能夠以發布訂閱機制實現各仿真節點間交互信息的按需訂閱和分發。

(3) 能夠支持采用多種通信中間件進行分布式信息傳輸，包括符合RTI和DDS 2種通信中間件[5]，并支持2種通信中間件的切換使用。

3.1 軟件邏輯結構

仿真訓練信息訂閱發布主要包括訂閱分發關系編輯模塊、通信中間件模塊和通信中間件調度模塊，主要基于通信中間件進行分布式信息傳輸，以發布訂閱機制實現各仿真節點之間交互信息的按需訂閱和分發[6]，支持本地局域網和遠程廣域網訓練條件下分布式仿真訓練系統各仿真節點間的信息傳輸。

仿真訓練信息訂閱發布軟件邏輯結構如圖3所示。在處理各仿真訓練成員的接收數據時，通信中間件調度模塊將RTI、DDS等通信中間件接口協議歸一化處理為統一仿真接口協議；在處理仿真訓練成員的發送數據時，把統一仿真接口協議實例化為RTI、DDS等通信中間件接口協議[7]。

圖3 信息訂閱發布軟件邏輯結構

3.2 軟件工作流程

仿真訓練信息訂閱分發軟件工作流程分為仿真開發階段和仿真運行階段。其工作流程如圖4所示。

圖4 信息訂閱發布軟件工作流程

仿真開發階段：訂閱分發關系編輯模塊編輯輸出仿真系統交互信息定義文件(SIDF)[8]給訓練調理軟件(通過數據庫中轉)，用于創建仿真域；訂閱分發關系編輯模塊編輯輸出仿真成員交互信息定義文件(MIDF)給仿真訓練信息協議適配軟件，用于初始化訂閱分發關系。

仿真運行階段：以仿真成員進行信息接收和信息發送為例進行相關模塊工作流程介紹。信息接收過程，由通信中間件根據仿真成員的發布訂閱關系從RTI/DDS總線接收信息，并觸發通信中間件調度模塊的回調函數[9]，通信中間件調度模塊將通信中間件接口協議API歸一化處理為統一仿真接口協議API，然后觸發仿真成員的回調函數，完成仿真成員信息接收。信息發送過程，由仿真成員調用通信中間件調度模塊的統一仿真接口協議API發送信息，通信中間件調度模塊將統一仿真接口協議API實例化為通信中間件接口協議API，然后通過調用通信中間件接口協議API將數據發送到RTI/DDS總線，完成仿真成員信息發送[10]。

4 信息協議適配軟件設計

針對各仿真訓練應用系統的通信方式不同，分析各應用訓練系統的通信特點，通過標準接口實現異構系統的互聯，解決不同系統環境異構問題，提出信息協議針對方案，制定適合仿真訓練信息系統的通信協議，提高了系統的通信效率。

4.1 軟件邏輯結構

仿真訓練信息協議適配軟件用于為異構系統交互提供協議適配和信息適配服務[11]，實現各仿真訓練應用系統間的互通和互操作，軟件的邏輯結構如圖5所示。

圖5 信息協議適配軟件邏輯結構

仿真訓練信息協議適配軟件存在正向適配和反向適配2種方式。正向適配時，通過調用仿真訓練應用系統接口協議插件，接收仿真訓練應用系統交互信息，完成協議轉換后，調用信息適配插件將仿真訓練應用系統交互信息轉換為統一應用層交互信息，最后發送給仿真訓練信息訂閱分發模塊的通信中間件和仿真訓練導控評估系統；反向適配時，協議適配模塊接收通信中間件和仿真訓練導控評估系統仿真控制指令，完成協議轉換后，由信息適配插件轉換為仿真訓練應用系統交互信息后，由應用系統接口協議插件發送給仿真訓練應用系統。

4.2 軟件工作流程

仿真訓練信息協議適配軟件工作流程分為仿真開發階段和仿真運行階段。仿真開發階段：協議建模工具通過開發信息適配插件、配置應用系統接口協議插件，生成協議適配方案等資源，供協議適配調度管理模塊仿真運行過程中調用。仿真運行階段：首先協議適配調度管理模塊進行初始化，包括加載協議適配方案，根據方案內容加載應用系統接口協議插件和信息適配插件、初始化交互信息定義文件(MIDF)[12]等；正向信息適配時，由仿真應用系統接口協議插件接收仿真應用系統交互信息，再由協議適配調度管理模塊完成協議適配，然后調用信息適配插件，把仿真訓練應用系統交互信息適配為統一應用層的交互信息，最后協議適配調度管理模塊調用統一仿真接口協議API把信息發送出去；反向信息適配時，由協議適配調度管理模塊接收統一仿真接口協議API回調接收信息，然后調用信息適配插件，實現協議反向適配，把統一應用層的交互信息適配為仿真訓練應用系統交互信息，最后再調用應用系統接口協議插件將信息發送給仿真訓練應用系統。

5 結束語

本文對仿真訓練信息系統中的信息分發和適配技術進行了設計，主要針對異構系統運行過程中的信息訂閱與發布、信息協議的適配過程進行詳細研究，能夠對異構系統的仿真訓練終端進行綜合集成，構建復雜電磁環境下艦艇平臺模擬訓練環境，開展整體訓練，滿足不同類型裝備職手在同一戰場態勢下的協同及互對抗訓練需求，提高靶場各類訓練資源的綜合使用效益，為滿足全軍軍事訓練信息系統公共平臺綜合集成需求奠定了基礎。