一种支持国产操作系统的网络信息体系仿真平台的制作方法

本发明涉及面向网络信息体系的分布式仿真技术领域，尤其涉及一种支持国产操作系统的网络信息体系仿真平台。

背景技术：

现代战争中，基于网络信息体系的联合作战已成为主要的战争形态、信息主导、联合作战的特征日益明显。在军队信息化建设以及指挥作战中，系统间的集成、交互、演化问题尤为突出。成为我军在信息化建设与构建作战体系道路上必须跨越和解决的难题。目前网络信息体系建设依然在不断演进过程中，如何通过仿真模拟网络信息体系的建设、论证、评估成为必须要解决的问题。

网络信息体系仿真平台主要应用于联合作战试验、方案分析论证、试验评估、电子信息装备模拟训练等仿真系统的开发、集成、运行和管理，可为各领域仿真系统开发及应用提供总体解决方案。

面向网络信息体系仿真的仿真平台需要具备以下特点：1、分布式、跨平台，由于网络信息体系仿真的仿真模型复杂、搭载不同的操作系统(国产麒麟、windows、centos(linux))、仿真规模大等特点，需要将异构操作系统的不同仿真成员集成起来进行联合仿真。2、所有软件模块完全自主可控，出于国家信息安全的需要，近年来我军大力推进自主可控国产平台装备的研制工作，国产化的信息化软件及装备已经成为必然要求。目前还没有有效的仿真平台能够完全解决上述问题。

面向网络信息体系的分布式仿真，具有仿真模型复杂多样、使用不同的操作系统(国产麒麟、windows、centos(linux))、软件的模型接口不一等特点，而目前分布式仿真主要是使用商用的成熟仿真平台软件，并在平台软件基础上进行一些定制修改和二次开发。难以将仿真平台所有组件完全跨平台，并且由于不能从源码级做到完全自主可控，无法完全兼容国产操作系统(麒麟)。

此外，已有的通用分布式仿真平台不能完全契合网络信息体系仿真的需求，已有平台软件规模较大，难以修改和扩展。但是面对网络信息体系仿真技术以及仿真对象的复杂以及不断更新，使用商用产品软件难以针对不同的需求对软件底层进行修改，往往出现不同项目使用不同仿真平台的情况，导致二次开发维护困难。因此开发一套适用网络信息体系的分布式仿真平台，并满足网络信息体系仿真需求是非常必要的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种支持国产操作系统的网络信息体系仿真平台，克服了现有大多数分布式仿真平台不能跨平台以及仿真平台所有部件不能完全兼容国产操作系统的问题。

本发明采用的技术方案是，所述支持国产操作系统的网络信息体系仿真平台，包括：系统运行总线、系统接入框架、系统运行控制模块以及时间统一服务模块，其中，时间统一服务模块包括：时间统一服务器和时间统一客户端；

系统运行总线，用于提供分布式的数据总线服务，以无中心、分布式的方式，基于以太网形成逻辑总线，提供基于发布订阅的数据分发功能；

系统接入框架，用于基于系统运行总线的数据分发功能，提供额外的仿真业务控制接口，并支持仿真模型软件的集成；

系统运行控制模块，用于获取仿真试验基础数据，显示当前运行试验方案的详细信息，用于通过系统接入框架接入到系统运行总线，用于通过时间统一服务模块提供符合系统运行需求的时间服务，用于对仿真模型软件的状态进行监控，用于显示所有仿真模型软件的状态信息；

时间统一服务器，用于基于网络时间协议ntp提供天文时间统一服务，用于显示所有时间统一客户端的天文时间信息；

时间统一客户端，用于向时间统一服务器取得连接，获取时间统一服务器的天文时间，并将时间统一客户端所在pc机的天文时间与时间统一服务器的天文时间进行统一；同时基于统一的天文时间，根据仿真要求，提供仿真时间统一功能，并通过接口向仿真成员软件提供“天文时间”、“仿真时间”、“天文持续时间”、“仿真持续时间”信息。

进一步的，所述系统接入框架通过集成系统运行总线，为仿真模型软件提供系统接入相关功能；仿真模型软件通过集成系统接入框架，获取系统接入相关功能，同时仿真模型软件通过集成时间统一客户端获取仿真时间服务；

所述时间统一客户端集成了系统运行总线，用于接收系统运行控制模块发出的仿真控制命令，同时所述时间统一客户端通过ntp协议和udp协议直接与所述时间统一服务器进行通讯，获取天文时间统一、以及所述时间统一服务端的时间统一监控和显示功能。

进一步的，所述系统运行总线，包括：

总线接入管理模块，用于根据系统运行总线配置信息，将仿真模型软件接入系统运行总线，分配相关资源，进一步获取系统运行总线服务；将接入系统运行总线的软件从总线上断开，释放相关资源，使仿真模型软件不再对系统运行总线产生影响；提供接口以获取当前系统运行总线的状态信息，包括在线仿真模型软件状态信息、系统运行总线发布订阅关系的信息。

发布订阅维护模块，用于支持仿真模型软件对消息进行订阅声明，在各仿真模型软件之间维护消息的发布订阅关系；

数据分发模块，用于按照消息发布订阅关系在数据发送端与数据接收端之间对消息进行传输；对消息的传输方式进行配置，支持tcp点对点、udp单播、udp多播，各成员可单独将不同的消息配置为不同的传输方式。

进一步的，所述系统接入框架，包括：

系统接入管理模块，用于提供系统接入功能，系统接入指：将已经接入到系统运行总线的仿真模型软件接入到仿真平台；为系统运行控制模块提供接口以处理系统接入申请，获取仿真模型软件发起的系统接入申请，由系统运行控制模块增加审批逻辑；为系统运行控制模块提供接口以进行系统接入状态控制，直接对仿真模型软件的系统接入状态进行连接或断开控制；为仿真模型软件提供接口以向系统运行控制模块发起系统接入申请；为仿真模型软件提供接口以获取系统接入状态的变更反馈，当仿真模型软件系统接入状态被系统运行控制模块改变时，主动发起反馈；为系统运行控制模块提供接口以获取各仿真模型软件的详细信息和运行状态；为仿真模型软件提供接口以获取自身当前系统接入的状态信息。

发布订阅管理模块，用于以统一的接口进行发布订阅管理；基于系统接入状态对发布订阅关系进行管控，当仿真模型软件接入仿真平台时发布订阅关系建立，当仿真模型软件断开仿真平台时发布订阅关系全部断开。

时间推进管理模块，用于对整个仿真平台中各仿真模型软件的时间推进进行管理，同步不同运算频率仿真模型，使各仿真模型软件以相同仿真步长进行解算。

运行状态管理模块，用于为系统运行控制模块提供仿真模型软件运行状态控制接口，以向仿真模型软件发起运行状态控制，包括初始化、同步、开始、暂停、继续、调速、停止命令；为仿真模型软件提供接口以响应运行状态控制，由仿真模型软件完成响应逻辑。

进一步的，所述系统运行控制模块，包括：

试验方案处理模块，用于获取试验基础数据；显示当前运行试验方案的详细信息；

系统接入控制模块，用于对各仿真模型软件接入仿真平台的请求进行处理，人为决定是否批准该仿真模型软件接入仿真平台；对已接入或未接入的仿真模型软件进行接入状态控制，使其断开或接入到仿真平台中；在仿真运行过程中对动态上线的仿真模型软件进行系统接入管理，对仿真模型软件进行仿真平台接入操作；

运行状态控制模块，用于对接入仿真平台的各仿真模型软件的运行状态进行控制，通过初始化、同步、开始、暂停、继续、调速、停止命令对仿真平台的运行状态进行控制；对各仿真模型软件的运行状态进行界面显示。

进一步的，所述时间统一服务模块，包括：

天文时间统一模块,用于基于ntp提供天文时间对时服务；用于向时间统一服务器上报时间统一客服端的天文时间信息；

仿真时间统一模块，用于根据统一的天文时间，以及天文时间与仿真时间的对应关系，提供统一的仿真时间服务；

时间信息服务模块，用于为加入仿真平台的仿真模型软件和系统运行控制模块提供当前天文时间、当前天文持续时间、当前仿真时间和当前仿真持续时间信息；

运行状态接入模块，用于将时间统一服务器接入到仿真平台中，响应系统运行控制命令。

时间统一监控和显示模块：用于时间统一服务器监视各时间统一客户端的天文时间信息，用于时间统一服务器控制各时间统一客户端的天文时间，以使整个分布式部署的仿真平台天文时间一致。用于对各时间客户端的天文时间信息进行显示。

进一步的，所述仿真平台的技术架构，包括如下几个方面的具体实现方式：

最底层网络通信方面：采用tcp、udp单播、udp多播技术，在tcp/ip网络中提供基础网络通信能力；

开发支撑软件方面：使用qt软件作为软件开发平台，使得开发的应用程序能够支持在windows、麒麟、linux操作系统间跨平台编码；

使用boost库作为跨平台编程的支撑工具；

此外使用跨平台的lzma压缩算法库作为总线消息数据压缩和解压缩的工具，当总线消息字节较长时，压缩消息以降低对网络资源的占用；

在总线选型方面：系统运行总线基于网络通信，使用zeroc-ice开源软件提供的rpc技术分发数据，通过iceslice技术定义各类交互格式，通过发布订阅技术交换发布订阅信息以形成发布订阅关系，并按照发布订阅关系进行数据分发；

在总线消息数据格式定义方面：使用开源的protocolbuffer软件进行总线传输消息的序列化和反序列化操作，以此支持仿真模型软件实现各种自定义数据格式的传输；

在时间统一方面：基于可适用于不同操作系统的ntp协议来支持对分布式部署的计算机进行时间同步，提供“天文时间”、“天文持续时间”、“仿真时间”和“仿真持续时间”的维护。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述支持国产操作系统的网络信息体系仿真平台，通过对仿真平台软件功能及架构的设计、对系统运行控制模块、系统运行总线、系统接入框架、时间统一服务模块的设计、软件选型和集成，解决了目前通用仿真平台在面向网络信息体系仿真时不能做到源码级自主可控，不能全部功能软件模块支持国产操作系统的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的支持国产操作系统的网络信息体系仿真平台功能组成示意图；

图2为本发明实施例的分布式仿真平台部署结构示意图；

图3为本发明实施例的分布式仿真平台运行模式示意图；

图4为本发明实施例的分布式仿真平台技术架构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

本发明实施例设计了一种完全自主可控的支持国产麒麟操作系统的跨平台(支持windows、linux)分布式仿真平台软件构建方案，该平台支持本地异构操作系统(国产麒麟操作系统、windows、linux)下的分布式仿真应用。该分布式仿真平台的构建方法包含分布式仿真平台的主要功能设计和分布式仿真平台总体架构设计两个部分。本发明实施例中的系统除了明确是指操作系统之外，均指的是仿真平台。本发明实施例中的成员、仿真成员以及系统成员软件均指的是仿真模型软件。

(一)本分布式仿真平台主要功能设计

本发明对分布式仿真平台功能进行设计。提供支撑分布式仿真平台运行的基础功能，主要分为四个功能模块：系统运行总线、系统接入框架、系统运行控制模块和时间统一服务模块，各模块的具体功能如图1所示。

1、系统运行总线：

系统运行总线基于tcp/ip网络为分布式仿真平台提供基于订阅分发的数据传输功能，具备分布式、无中心、跨平台的特点，具体功能如下：

1)总线接入管理：

a)能够根据系统运行总线配置信息，将仿真模型软件接入系统运行总线，分配相关资源，可进一步获取系统运行总线服务；

b)能够将接入系统运行总线的仿真模型软件从系统运行总线上断开，释放相关资源，使仿真模型软件不再对系统运行总线产生影响；

c)提供接口，能够获取当前系统运行总线的状态，包括在线仿真模型软件状态、系统运行总线发布订阅关系等信息。

2)发布订阅维护：

能够支持仿真模型软件对消息进行订阅声明，能够在各仿真模型软件之间维护消息的发布订阅关系。

3)数据分发：

a)能够按照消息发布订阅关系在数据发送端与数据接收端之间对消息进行传输；

b)能够对消息的传输方式进行配置，支持tcp点对点、udp单播、udp多播，各仿真模型软件可单独将不同的消息配置为不同的传输方式。

2、系统接入框架：

系统接入框架基于系统运行总线，提供更丰富的仿真模型软件管控功能和仿真服务，提供系统接入功能，系统接入指的是：将已经接入到系统运行总线的仿真模型软件加入到仿真平台，提供接口对成员运行状态进行管理。具体功能如下：

1)系统接入管理：

a)能够为仿真模型软件提供接口以向系统运行控制模块发起系统接入申请，待系统运行控制模块批准申请后将仿真模型软件接入到仿真平台中；

b)能够为系统运行控制模块提供接口以处理系统接入申请，可获取仿真模型软件发起的系统接入申请，由系统运行控制模块增加审批逻辑；

c)能够为系统运行控制模块提供接口以进行系统接入状态控制，对仿真模型软件的接入状态进行连接或断开控制；

d)能够为仿真模型软件提供接口以获取系统接入状态的变更反馈，当仿真模型软件接入状态被系统运行控制模块改变时，可主动发起反馈；

e)能够为系统运行控制模块提供接口以获取各仿真模型软件的详细信息和运行状态；

f)能够为仿真模型软件提供接口以获取自身当前系统接入的状态信息。

2)发布订阅管理：

a)能够以统一的接口提供系统运行总线类似的发布订阅管理(此处的发布订阅管理区别于系统运行总线的“发布订阅维护”，系统接入框架的“发布订阅管理”能够暂存申请加入“系统运行总线”但未加入仿真平台的成员的数据订阅请求，等到该成员加入仿真平台后，调用系统运行总线的“发布订阅维护”接口进行实际发布订阅关系建立)；

b)能够基于系统接入状态对发布订阅关系进行管控，当仿真成员接入仿真平台时发布订阅关系建立，当仿真成员断开仿真平台时该仿真成员的发布订阅关系全部断开。

3)时间推进管理：

能够对整个系统中各仿真模型软件的时间推进进行管理，同步不同运算频率仿真模型，使各仿真模型模型以相同仿真步长进行解算。

4)运行状态管理：

a)能够为系统运行控制模块提供仿真模型软件运行状态控制接口，用来向仿真模型软件发起运行状态控制，包括初始化、同步、开始、暂停、继续、调速、停止命令；

b)能够为仿真模型软件提供接口以响应运行状态控制，由仿真模型软件完成响应逻辑。

3、系统运行控制模块：

系统运行控制模块可对仿真平台的运行状态和运行过程进行控制，具体功能如下：

1)试验方案处理：

a)能够获取试验基础数据(如想定文件)；

b)能够显示当前仿真平台运行试验方案的详细信息。

2)系统接入控制：

a)能够接入系统运行总线，或在接入状态下进行断开操作；

b)能够对各仿真模型软件接入仿真平台的请求进行处理，人为决定是否批准该成员接入仿真平台；

c)能够对已接入或未接入的仿真模型软件进行系统接入状态控制，使其断开或接入到仿真平台中；

d)能够在仿真运行过程中对动态上线的仿真模型软件进行接入管理，对仿真成员软件进行系统接入操作。

3)运行状态控制：

a)能够对接入仿真平台的各仿真模型软件的运行状态进行控制，可通过初始化、同步、开始、暂停、继续、调速(纯数字仿真下)、停止命令对仿真模型软件的运行状态进行控制；

b)能够对各仿真模型软件的运行状态进行界面显示。

4、时间统一服务模块：

时间统一服务可为整个仿真平台提供天文时间和仿真时间的统一服务，具体功能如下：

1)天文时间统一：

a)能够基于ntp提供天文时间对时服务；

b)能够向时间统一服务器上报时间统一客服端的天文时间信息。

2)仿真时间统一：

能够根据统一的天文时间，以及天文时间与仿真时间的对应关系，提供统一的仿真时间服务。

3)时间信息服务：

能够为加入仿真平台的仿真模型软件和系统运行控制模块提供当前天文时间、当前天文持续时间、当前仿真时间和当前仿真持续时间信息。

4)运行状态接入：

能够将时间统一客户端接入到仿真平台中，响应系统运行控制模块命令，按照系统运行的需要提供相应的时统服务。

5)时间统一监控和显示：

时间统一服务器能够监视各时间统一客户端的天文时间信息，时间统一服务器能够控制各时间统一客户端的天文时间，以使整个分布式部署的仿真平台天文时间一致。能够对各时间统一客户端的天文时间信息进行显示。

(二)分布式仿真平台总体架构设计

1.系统架构

1)系统结构

分布式仿真平台的实际部署结构如图2所示，系统运行控制模块、时间统一服务器、“仿真模型软件实例1”，“仿真模型软件实例n”部署在局域网络连通的四台不同物理机上，实际应用可以根据仿真规模大小部署多个仿真模型实例。

系统运行总线基于本地以太网提供数据分发功能，以逻辑总线的形式为各仿真软件提供系统集成服务。可将不同物理节点上的不同仿真软件进行集成，提供统一的数据订阅分发功能。

系统运行控制模块接入系统运行总线，对分布式部署的仿真软件实施运行状态和运行行为的管控，同时显示所有仿真模型软件的状态信息。

系统接入框架被集成到系统运行控制模块、仿真模型软件实例1和仿真模型软件实例n中，用于将这些软件接入到仿真平台，并提供系统接入相关功能。

时间统一服务模块分为时间统一服务器和时间统一客户端。时间统一服务器通过局域网连接各时间统一客户端，完成对时间统一客户端天文时间的控制，同时监视各时间统一客户端的天文时间信息并进行界面显示。时间统一客户端被集成到系统运行控制模块、仿真模型软件实例1和仿真模型软件实例n中，用于为系统运行控制模块、仿真模型软件实例1和仿真模型软件实例n软件提供时间信息服务功能。

2)运行模式

分布式仿真平台的运行模式如图3所示。在具体运行模式上，将系统运行总线、系统接入框架、系统运行控制模块、时间统一服务器和时间统一客户端以不同的软件形式运行。其中系统运行总线、系统接入框架和时间统一客户端以程序运行库的形式实现并在仿真平台中运行。而系统运行控制模块和时间统一服务器以可执行程序的方式实现并在仿真平台中运行。

2.技术架构

由于本分布式仿真平台具有跨平台，且完全自主可控的需求，因此在开发软件及相关支撑软件选型和集成方面需要进行特殊的考虑，因此设计分布式仿真平台技术架构如图4所示。

1)最底层网络通信方面：采用tcp、udp单播、udp多播技术，在tcp/ip网络中提供基础网络通信能力；

2)开发支撑软件方面：使用qt软件作为软件开发平台，qt是1991年由奇趣科技开发的跨平台c++图形用户界面应用程序开发框架，使得开发的应用程序能够支持在windows、麒麟、linux操作系统间跨平台编码；在开发支撑软件选择方面：由于在windows操作系统、麒麟操作系统和linux操作系统下，使用线程及事件函数、时间处理函数等功能时调用的操作系统api(applicationprogramminginterface)不一致，导致代码跨平台移植变得复杂，因此使用了boost库(boost库是一个可移植、开放源码的c++库，支持跨平台。作为标准库的后备，是c++标准化进程的发动机之一)作为跨平台编程的支撑工具。此外使用了能够跨平台的lzma压缩算法库(lzma开放源码压缩库使用c++语言写成，使用了区间编码支持的lz77改进压缩算法以及特殊的用于二进制的预处理程序)作为总线消息数据压缩和解压缩的工具，当总线消息字节较长时，压缩消息以降低对网络资源的占用；

3)在总线选型方面：系统运行总线基于网络通信，使用zeroc-ice开源软件(zeroc-ice是zeroc公司的ice(internetcommunicationsengine)中间件平台，ice为主流平台设计，包括windows和linux，支持广泛的语言，包括c++，java，python等)提供的rpc技术分发数据，通过iceslice技术定义各类交互格式，通过发布订阅技术交换发布订阅信息以形成发布订阅关系，并按照发布订阅关系进行数据分发；

4)在总线消息数据格式定义方面：使用开源的protocolbuffer软件(protocolbuffer是google的一种数据交换的格式，他独立于语言，独立于平台。google提供了java，c++，python三种实现。用于分布式应用之间的数据通讯或者异构环境下的数据交换)进行总线传输消息的序列化和反序列化操作，以此支持仿真成员实现各种自定义数据格式的传输；

5)在时间统一方面：基于可适用于不同操作系统的ntp协议来支持对分布式部署的计算机进行时间同步，提供“天文时间”、“天文持续时间”、“仿真时间”和“仿真持续时间”的维护；

6)在上述底层支撑软件的基础上，构建仿真相关功能支撑模块。其中，系统接入框架在系统运行总线基础上，使用发布订阅管理技术在整个仿真平台运行过程中根据系统接入状态控制发布订阅关系，使用运行状态管理技术对整个仿真平台的运行状态进行管理，使用接入管理技术对仿真模型软件的接入状态进行维护，使用时间推进管理技术对仿真模型软件的推进周期进行管理。时间统一服务模块分为时间统一客户端和时间统一服务器，以服务器/客户端消息交互的方式维护时统状态。系统应用包含系统运行控制模块、仿真模型软件，可通过系统接入框架取得系统接入、运行控制和数据订阅分发等系统服务，可通过时间统一服务模块取得天文时统、仿真时统等时统服务。

本发明实施例的关键点如下：

1.分布式仿真平台设计方案：本发明提出一套源码级完全自主可控的支持国产操作系统的网络信息体系仿真平台构建方案；

2.分布式仿真平台支撑软件选型及集成方案：通过对基础支撑软件进行选型和集成，实现了源码的完全自主可控和所有软件模块完全支持国产麒麟操作系统的跨平台分布式仿真平台。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。