网络中心化仿真运行支撑平台结构与实现

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C4ISR系统是由情报侦察与监视、指挥控制、通信保障等系统综合集成而形成的一体化信息系统,是信息化战争时代武器装备体系的黏合剂和力量倍增器,国内又称为指挥信息系统。随着网络中心战概念的发展,C4ISR系统正逐渐地由“烟囱式的层次化结构联网模式”向“以网络为中心的扁平化结构组网模式”转变,相应的技术架构、能力特征、构建方法和使用模式等也随之发生变化。仿真是评估军事技术变革和武器装备有效性的重要手段和工具,具有可控、经济廉价和无破坏等特点。目前主流的仿真技术存在着一些不相适应的问题,不完全适用于网络为中心的C4ISR系统仿真的应用需求。  本文研究以网络为中心的C4ISR系统仿真技术,简称为网络中心化仿真(NCS)。在分析NCS系统组成的基础上,重点开展了网络中心化仿真运行支撑平台(NCS-RSP)结构设计与描述、NCS-RSP部分实现技术的研究,主要成果如下:  1.NCS-RSP的结构设计与描述  本文研究和设计了NCS-RSP软件结构。该结构由仿真核心服务、仿真服务管治、和仿真资源规范体系三部分组成,仿真核心服务包括仿真任务共同体管理服务、仿真资源管理服务、仿真时间管理服务、仿真资源接入服务、仿真数据分发管理服务和仿真信息交互服务等六类服务。NCS-RSP结构支持仿真资源的发现和仿真任务共同体的动态构建,通过网络中心化仿真资源描述规范及服务管理的约束,具有构建一个功能完备的仿真任务共同体的能力。在分析NCS-RSP运行原理的基础上,本文选用了XYZ/ADL语言对设计的NCS-RSP结构进行描述。XYZ/ADL语言精确地刻划了核心服务模块的作用和各服务模块之间的交互关系,可有效地支持结构的静态描述和动态描述。  2.仿真资源管理服务的服务选择算法  NCS-RSP的仿真资源管理服务包括仿真资源描述、发布、选择、定位、组合等,本文对其中的服务选择技术进行了研究。通过仿真资源的QoS参数评价,将网络中心化仿真任务共同体构建中的资源选择问题转换为带约束条件的基于QoS服务选择问题,提出了仿真任务共同体服务选择的粒子群算法(STCSSA)。STCSSA算法改进了惯性权重参数和变异操作的方法,有效地避免了服务选择过程中粒子群算法过早陷入局部收敛及早熟的问题。通过对STCSSA收敛性的分析得出了算法参数设置方法,模拟仿真实验和实测数据实验表明STCSSA具有良好的收敛速度及较高的搜索精度。  3.仿真时间管理服务的时间推进算法  针对网络中心化仿真时间管理的实时性要求,在分析传统时间推进算法存在问题的基础上,本文提出了仿真时间管理服务的最大安全推进时间(GAT)计算算法(TMAA)。TMAA算法采用了可选传输方式的消息计数技术,避免了由于广域网延迟而出现的瞬时消息问题;通过计算延迟偏移时间,确保了所有瞬时消息都能够参与GAT的计算。理论分析了算法满足实时同步推进的条件,并且证明了TMAA算法不会产生死锁现象。实测数据实验表明,TMAA算法适用于大规模仿真,不仅可以有效避免瞬时消息,而且能够实现仿真时间的实时推进。  4.NCS-RSP软件系统的实现  采用C++语言,本文将STCSSA算法和TMAA算法嵌入到NCS-RSP,开发了NCS-RSP软件系统。为了测试软件系统性能,本文构建了由剧情产生器、雷达模拟器、指控系统模拟器、武器平台模拟器等组成的C4ISR系统模拟仿真环境,开展了大规模仿真能力、消息传输能力和成员实时接入能力的性能测试。仿真实验表明,NCS-RSP可有效地支持大规模仿真、满足大规模消息的传输以及实现仿真成员的实时接入。
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