专利名称：一种实时高效的分布式半实物仿真系统构建方法
技术领域：
本发明涉及一种实时高效的分布式半实物仿真系统构建方法，属于半实物仿真技术领域。
背景技术：
计算机系统仿真技术是利用相关技术对实际的或设想的系统进行动态运行试验研究的一门综合性技术。计算机仿真在理论上体现了实验思考的方法论，具有科学的先验性，它为实际系统特别是复杂大系统分析、研究、测试、评估、研制和技能训练提供了一种先进的方法，有力地推动了那些过去以定性分析为主的学科向定量化方向发展，并在相关应用领域取得显著的效益，尤其是在军事领域，对于新武器的设计与研制、武器系统改进、改型和试验以及对武器系统操作者的培训而言，都有不可替代的作用。半实物仿真是一种将实际的设备接入仿真回路中的仿真，采用半实物仿真除了可以提高系统的研制质量以外，还可使无法准确建立模型的实物直接进入仿真回路，进一步校准数学模型，检测系统的各部分功能。实时性是半实物仿真的基本要求。实物系统具有物理实时的特点，而仿真系统是一个典型的聚合级仿真系统，支持不同聚合度、不同粒度的仿真，其运行时间是可调的，可以快于实际物理时间，即超实时仿真；也可以慢于实际物理时间，即欠实时仿真。仿真系统和实物设备的时间延迟都将影响到半实物仿真系统的实时性，进而影响到仿真的准确性和可信性。半实物仿真的实时性问题主要包括以下几个方面:实时仿真算法、仿真系统的时序分析、硬件引起的时间延迟和补偿、半实物仿真系统的数据通信延迟。其中关于实时仿真算法的研究已经比较成熟，其主要采用实时积分算法、快速函数差值算法等；关于仿真系统的时序分析问题，合理分配仿真任务并处理好仿真帧时间的关系，是仿真技术领域需要解决的问题；关于硬件引起的时间延迟和补偿问题，主要由硬件自身性能决定；而半实物仿真系统的数据通信延迟是各个半实物仿真系统成员之间传输数据、信息过程中造成的，如果处理不好各成员之间的实时通信问题，这部分时间延迟将给半实物仿真的实时性带来严重影响。现在的半实物仿真系统多为大型复杂分布式半实物仿真系统，因此，如何保证系统的实时性并且减少数据通信处理延迟成为了半实物仿真系统的关键。因此，亟需寻找一种实时的、高效的半实物仿真系统构建方法，满足大型复杂半实物分布式仿真系统的实时性要求。
发明内容
本发明以保证半实物仿真系统的实时性要求为目标，兼顾半实物仿真接口的并发处理性能和效率，采用基于系统分层思想的分层式混合时钟同步方法，利用单进程多线程模式和线程池设计模式，构建了一种具有实时和高效特点的分布式半实物仿真系统。本发明的技术方案如下:本发明一种实时高效的分布式半实物仿真系统的构建方法，该方法具体步骤如下:步骤一、将仿真系统和半实物仿真接口分别部署在不同主机上，与实物系统共同构成分布式半实物仿真系统。整个系统由局域网连接起来的仿真系统、半实物仿真接口系统和实物系统组成，其中仿真系统可以包括多个仿真子系统，将这些仿真子系统和半实物仿真接口系统分别部署在不同主机上运行。仿真系统与实物系统之间的相互作用和彼此联系通过半实物仿真接口系统的数据交互处理(包括虚拟数据向真实数据转换和真实数据向虚拟数据转换)实现。步骤二、半实物仿真接口设置为时间控制成员。仿真系统、半实物仿真接口系统和实物系统都具有自治性，具有控制和管理本节点运行的内部时间机制 。半实物仿真接口系统设置为整个半实物仿真系统的时间控制成员，其程序采用C++编程语言,在Windows XP操作系统Microsoft Visual C++环境下开发，实现对整个系统的时钟同步管理。步骤三、半实物仿真接口主机串口连接GPS接收器，串口初始化。选择GPS OEM硬件接收器，半实物仿真接口系统主机通过串口连接GPS接收器。半实物仿真接口系统程序主线程直接使用Win32API函数打开串口，对其进行初始化参数配置，设置串口通信模式为异步通信方式，波特率为9600比特/秒。GPS接收器接通电源，使其处于工作状态。步骤四、半实物仿真接口程序主线程与GPS时钟同步。处于工作状态的GPS接收器不断地把接收的NMEA0183通信标准格式的$GPRMC信息通过串口传送到半实物仿真接口主机中。半实物仿真接口主机把从串口接收的数据放置于缓存，在没有作处理之前，缓存中的原始数据是一长串字节流，如:(“$GPRMC，020310, V, O
000.0000，N, 00000.0000，W, 000.0, 000.0, 311005，007.2，W*62” )。半实物仿真接口主机程序主线程使用Win32API函数打开串口，从串口接收信息，读取由GPS传送的$GPRMC信息，通过使用串口类Com提取UTC (世界统一时间)时间作为半实物仿真接口系统的逻辑时间，使其逻辑时钟无条件地随物理时钟的推进而推进。步骤五、半实物仿真接口程序主线程定期向仿真系统和实物系统发送同步信息包。半实物仿真接口程序主线程采用“报时”机制，每隔30ms将提取出的UTC时间作为标准时间通过局域网接口(以太网接口 100BaseT)广播给各仿真子系统和实物系统。 步骤六、完成半实物仿真系统各成员时钟同步。仿真系统和实物系统通过局域网接口被动接收半实物仿真接口发送的时间同步信息包，并通过PCS (Probabilistic Synchronization Algorithm)概率性同步方法来对半实物仿真接口主机的逻辑时钟进行估计。即:在每个同步周期(30ms)中，半实物仿真接口主机向网络广播带有自己时间戳的消息包，仿真系统和实物系统主机被动接收这些消息。假定这些网络同步消息包的网络延迟是统计独立的，且该随机变量的均值和方差是事先测定的。设某一目标节点收到η个半实物仿真接口主机的消息包，则仿真系统主机或实物系统主机到半实物仿真接口主机的时钟差为:
权利要求
1.一种实时高效的分布式半实物仿真系统的构建方法，其特征在于:该方法具体步骤如下: 步骤一、将仿真系统和半实物仿真接口分别部署在不同主机上，与实物系统共同构成分布式半实物仿真系统；整个系统由局域网连接起来的仿真系统、半实物仿真接口系统和实物系统组成，其中仿真系统包括多个仿真子系统，将这些仿真子系统和半实物仿真接口系统分别部署在不同主机上运行；仿真系统与实物系统之间的相互作用和彼此联系通过半实物仿真接口系统的数据交互处理实现即包括虚拟数据向真实数据转换和真实数据向虚拟数据转换； 步骤二、半实物仿真接口设 置为时间控制成员； 仿真系统、半实物仿真接口系统和实物系统都具有自治性，具有控制和管理本节点运行的内部时间机制；半实物仿真接口系统设置为整个半实物仿真系统的时间控制成员，其程序采用C++编程语言,在Windows XP操作系统Microsoft Visual C++环境下开发,实现对整个系统的时钟同步管理； 步骤三、半实物仿真接口主机串口连接GPS接收器，串口初始化； 选择GPS OEM硬件接收器，半实物仿真接口系统主机通过串口连接GPS接收器，半实物仿真接口系统程序主线程直接使用Win32API函数打开串口，对其进行初始化参数配置，设置串口通信模式为异步通信方式，波特率为9600比特/秒，GPS接收器接通电源，使其处于工作状态； 步骤四、半实物仿真接口程序主线程与GPS时钟同步； 处于工作状态的GPS接收器不断地把接收的NMEA0183通信标准格式的$GPRMC信息通过串口传送到半实物仿真接口主机中，半实物仿真接口主机把从串口接收的数据放置于缓存，在没有作处理之前，缓存中的原始数据是一长串字节流，如:“$GPRMC，020310, V, 0000.0000，N, 00000.0000，W, 000.0, 000.0, 311005，007.2，W*62” ； 半实物仿真接口主机程序主线程使用Win32API函数打开串口，从串口接收信息,读取由GPS传送的$GPRMC信息，通过使用串口类Com提取UTC时间即世界统一时间作为半实物仿真接口系统的逻辑时间，使其逻辑时钟无条件地随物理时钟的推进而推进； 步骤五、半实物仿真接口程序主线程定期向仿真系统和实物系统发送同步信息包；半实物仿真接口程序主线程采用“报时”机制，每隔30ms将提取出的UTC时间作为标准时间通过局域网接口即以太网接口 100BaseT广播给各仿真子系统和实物系统； 步骤六、完成半实物仿真系统各成员时钟同步； 仿真系统和实物系统通过局域网接口被动接收半实物仿真接口发送的时间同步信息包，并通过PCS即Probabilistic Synchronization Algorithm概率性同步方法来对半实物仿真接口主机的逻辑时钟进行估计；即:在每个同步周期30ms中，半实物仿真接口主机向网络广播带有自己时间戳的消息包，仿真系统和实物系统主机被动接收这些消息；假定这些网络同步消息包的网络延迟是统计独立的，且该随机变量的均值和方差是事先测定的；设某一目标节点收到η个半实物仿真接口主机的消息包，则仿真系统主机或实物系统主机到半实物仿真接口主机的时钟差为:
全文摘要
一种实时高效的分布式半实物仿真系统的构建方法，它有七大步骤一、将仿真系统和半实物仿真接口分别部署在不同主机上，与实物系统共同构成分布式半实物仿真系统；二、半实物仿真接口设置为时间控制成员；三、半实物仿真接口主机串口连接GPS接收器，串口初始化；四、半实物仿真接口程序主线程与GPS时钟同步；五、半实物仿真接口程序主线程定期向仿真系统和实物系统发送同步信息包；六、完成半实物仿真系统各成员时钟同步；七、半实物仿真接口程序从线程完成通信数据处理。本发明节省了计算资源和系统开销，采用分层式混合时钟同步方法，使仿真时间与天文时间满足规定的约束关系；实现通信数据交互和处理，保证大型复杂半实物仿真系统的实时性。
文档编号G06F17/50GK103093059SQ20131004676
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者武超, 张宇, 刘科科 申请人:中国电子科技集团公司电子科学研究院