一種基於hla的通用分布式數據記錄裝置和方法
2023-07-15 17:02:46
專利名稱：一種基於hla的通用分布式數據記錄裝置和方法
技術領域：
本發明涉及計算機仿真技術中基於HLA的數據記錄裝置，本發明還涉及應用該 裝置的記錄方法。
背景技術：
仿真技術是以相似理論、控制理論、計算機技術、信息技術及其應用領域的專 業技術為基礎，以計算機和各種物理效應設備為工具，利用系統模型對實際的或設想的 系統進行動態試驗研究的一門綜合性技術。仿真技術具有學科面廣、綜合性強、應用領 域寬、無破壞性、可多次重複、安全、經濟、可控、不受氣候條件和場地空間的限制等 諸多獨特優點，這是其它技術所無法比擬的。隨著複雜大系統仿真應用的不斷擴展以及 仿真器的物理分布性的限制，分布式仿真技術應運而生；同時計算機網絡技術的發展， 也使得構建大規模分布式的仿真應用得以可行。HLA(high level architecture,高層體系結 構)作為新一代分布式仿真標準，目標是要提高不同仿真間的互操作性及仿真、組件的 可重用性。它在許多方面改進了原有的體系結構(如DIS協議，ALSP等)，具有廣泛適 用性、可伸縮性及用戶自定製性等優勢。仿真數據記錄是基於HLA的分布式仿真研究的重點內容，仿真數據記錄是實現 仿真重演、結果分析和評估的基礎。現有的數據記錄工具多採用集中式的方式，即採用 單一數據記錄成員的形式加入仿真聯邦，訂購併記錄所有數據。這同HLA採用的組播 通信機制以及數據過濾機制而獲得的減少通訊數據量的優勢相矛盾，並容易造成網絡擁 塞，產生數據丟失，不能滿足大規模仿真系統的需求。然而隨著基於HLA仿真應用的不 斷深入，仿真系統的規模越來越大，運行周期越來越長，仿真運行產生海量數據，傳統 的集中式數據記錄模式會造成仿真數據丟失、影響仿真系統性能和精度等問題，進而制 約仿真規模的擴展及HLA仿真的應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於HLA的通用分布式數據記錄裝置和方法，以克服 現有的集中式數據記錄工具容易造成網絡擁塞，產生數據丟失，不能滿足大規模仿真系 統需求的缺陷。本發明的裝置包括計算機網絡1、中央控制單元2和多個數據記錄單元 3；所述中央控制單元2包括數據記錄任務初始分配模塊Si、數據記錄任務運行時調度模 塊S2和控制端通信模塊S4，每個數據記錄單元3由數據接收存儲模塊S3和存儲端通信 模塊S6組成；中央控制單元2的控制端通信模塊S4和數據記錄單元3的存儲端通信模塊 S6與計算機網絡1相聯以傳輸數據和控制命令；數據記錄任務初始分配模塊Sl 實現讀取並解析聯邦對象模型文檔數據文件內 容，在仿真開始運行前將仿真對象類記錄任務和交互類記錄任務分配給各個數據記錄單 元3 ；數據記錄任務運行時調度模塊S2 根據各個數據記錄單元3的負載信息在仿真運行時對其數據記錄任務進行動態調整，將負載超過閥值的數據記錄單元3的部分數據 記錄任務轉移給負載較輕的數據記錄單元3 ；數據接收存儲模塊S3 在仿真運行時接收通過RTI傳輸的對象實例數據和交互 實例數據，並壓縮存儲為二進位數據文件；控制端通信模塊S4 用於數據記錄單元3向中央控制單元2匯報自身負載信息 和調度執行情況，以及中央控制單元2向數據記錄單元3發布初始記錄任務分配信息和運 行時記錄任務調度指令信息。本發明還提供基於HLA的通用分布式數據記錄方法，它通過下述步驟實現 一、數據記錄任務初始分配模塊Sl在仿真開始運行前將仿真的對象類記錄任務和交互類 記錄任務分配給各個數據記錄單元3; 二、仿真運行開始；三、各個數據記錄單元3記錄 仿真數據；四、各記錄單元3上報自身負載信息；五、中央控制單元2逐個檢查數據記 錄單元3的負載；六、是否存在重載的數據記錄單元；結果為「是」則執行步驟七、計 算該數據記錄單元3重載程度，確定需遷移的數據量和記錄任務；八、確定輕載的數據 記錄單元3來接收遷移出的記錄任務；九、相關的數據記錄單元3增加、取消相應的記錄 任務；十、返回步驟三，各個數據記錄單元3繼續進行仿真數據的記錄；十一、仿真運 行結束，步驟六的結果為「否」則返回步驟三的開始端。本發明在仿真網絡的計算節點上配置一個中央控制單元和多個數據記錄單元， 建立中央控制單元與其他各個數據記錄單元的通信連接；中央控制單元解析聯邦對象模 型文檔數據文件，在仿真開始運行前按照主機性能將仿真的對象類記錄任務和交互類記 錄任務分配給各個數據記錄單元；在仿真運行開始後，中央控制單元根據各個數據記錄 單元的負載信息動態調度數據記錄任務；本發明與現有技術相比有益效果是(1)實現 對基於HLA的大規模仿真系統運行產生的海量數據的完整記錄；(2)解析符合標準規範 的聯邦對象模型文檔數據文件，適用於基於HLA標準構建的不同仿真系統，具有通用 性；(3)可根據實際系統情況配置數據記錄單元的數量，並且在仿真運行時可動態調度 數據記錄任務，具有靈活性。由於本發明能夠動態平衡各個數據記錄單元的負載，克服了現有的集中式數據 記錄工具容易造成網絡擁塞，產生數據丟失，不能滿足大規模仿真系統需求的缺陷。
圖1是本發明的結構示意圖，
圖2是本發明的工作流程示意圖3為本發明中解析聯邦對象模型文檔數據文件的流程圖； 圖4為本發明中的數據排序示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1具體說明本實施方式。本發明的裝置包括計算 機網絡1、中央控制單元2和多個數據記錄單元3 ；所述中央控制單元2包括數據記錄任 務初始分配模塊Si、數據記錄任務運行時調度模塊S2和控制端通信模塊S4，每個數據記 錄單元3由數據接收存儲模塊S3和存儲端通信模塊S6組成；中央控制單元2的控制端通信模塊S4和數據記錄單元3的存儲端通信模塊S6與計算機網絡1相聯以傳輸數據和控制 命令；數據記錄任務初始分配模塊Sl 實現讀取並解析聯邦對象模型文檔數據文件內 容，在仿真開始運行前將仿真對象類記錄任務和交互類記錄任務分配給各個數據記錄單 元3 ；數據記錄任務運行時調度模塊S2 根據各個數據記錄單元3的負載信息在仿真 運行時對其數據記錄任務進行動態調整，將負載超過閥值的數據記錄單元3的部分數據 記錄任務轉移給負載較輕的數據記錄單元3 ；數據接收存儲模塊S3 在仿真運行時接收通過RTI (Run-Time Infrastaicture，運
行時底層支撐)傳輸的對象實例數據和交互實例數據，並壓縮存儲為二進位數據文件；控制端通信模塊S4:用於數據記錄單元3向中央控制單元2匯報自身負載信息 和調度執行情況，以及中央控制單元2向數據記錄單元3發布初始記錄任務分配信息和運 行時記錄任務調度指令信息。圖1中單線箭頭代表本發明內部數據交互關係，雙線箭頭代表仿真系統內部數 據交互關係。
具體實施方式
二 下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式 一的不同點是中央控制單元2還包括數據整合輸出模塊S5，數據整合輸出模塊S5將多 個數據記錄單元3輸出的多個二進位數據文件進行數據排序和重複數據剔除，並整合輸 出為一個文件。
具體實施方式
三下面結合圖2具體說明本實施方式。本實施方式通過下述步 驟實現一、數據記錄任務初始分配模塊Sl在仿真開始運行前將仿真的對象類記錄任務 和交互類記錄任務分配給各個數據記錄單元3; 二、仿真運行開始；三、各個數據記錄 單元3記錄仿真數據；四、各記錄單元3上報自身負載信息；五、中央控制單元2逐個檢 查數據記錄單元3的負載；六、是否存在重載的數據記錄單元；結果為「是」則執行步 驟七、計算該數據記錄單元3重載程度，確定需遷移的數據量和記錄任務；八、確定輕 載的數據記錄單元3來接收遷移出的記錄任務；九、相關的數據記錄單元3增加、取消相 應的記錄任務；十、返回步驟三，各個數據記錄單元3記錄仿真數據；十一、仿真運行 結束，步驟六的結果為「否」則返回步驟三的開始端。本實施方式包括運行前準備階段、運行時記錄及管理階段和後處理三個階段。 在仿真運行前的準備階段，首先分別在仿真網絡上的計算節點上配置一個中央控制單元 和多個數據記錄單元，然後建立中央控制單元與其他各個數據記錄單元的通信連接，接 下來中央控制單元解析聯邦數據執行文件，並按照主機性能將仿真對象類記錄任務和交 互類記錄任務分配給各個數據記錄單元，最後各個數據記錄單元加入HLA仿真聯邦。在 仿真運行時的記錄及管理階段，各個數據記錄單元通過網絡和RTI接收仿真數據，並壓 縮存儲為二進位文件，同時各個數據記錄單元將自身負載信息匯報給中央控制單元，中 央控制單元根據這些負載信息在必要時調度相關數據記錄單元的記錄任務。在本發明第一步驟前的解析聯邦對象模型文檔數據文件，是實現本實施方式通 用性的關鍵。解析符合IEEE 1516標準的聯邦對象模型文檔數據文件中的對象類及其屬 性信息的流程如圖3所示，而解析交互類及其參數信息的流程與其類似。
解析聯邦對象模型文檔數據文件的過程如下101、開始；102、載入FDD (聯 邦對象模型文檔數據)文件；103、獲取頂級對象類節點的信息；104、讀取當前節點下 一個子節點的信息；105、判斷是否為屬性類信息？結果為「是」，則執行步驟106、 讀取屬性名稱及類型；然後返回步驟104的開始端；步驟105的結果為「否」，則執行 步驟107、判斷是否為對象類信息？結果為「是」，則返回步驟104的開始端；結果為
「否」，則結束。
具體實施方式
四下面結合圖4具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式 三的不同點是它還包括步驟十二、在仿真運行結束後，中央控制單元將多個數據記錄 單元輸出的多個二進位數據文件整合輸出為一個文件。將多個數據記錄單元輸出的二進位數據文件整合輸出時需要進行數據排序，由 於在基於HLA的仿真系統中不存在通用的和全局的時鐘，因而本實施方式中數據排序的 依據是數據記錄單元的仿真時間。對於記錄時刻相同的數據包，同一數據文件中按接收 的先後順序排序，多個數據文件中則按文件讀取的先後順序排序。兩個數據文件進行整 合時的數據排序示意如圖4所示，其中菱形塊代表數據包，塊內數字代表該包在當前文 件中的位置，塊上方數字代表該數據包的記錄時刻。
權利要求
1.一種基於HLA的通用分布式數據記錄裝置，其特徵在於它包括計算機網絡(1)、 中央控制單元(2)和多個數據記錄單元(3)；所述中央控制單元(2)包括數據記錄任務初 始分配模塊(Si)、數據記錄任務運行時調度模塊(S2)和控制端通信模塊(S4)，每個數據 記錄單元(3)由數據接收存儲模塊(S3)和存儲端通信模塊(S6)組成；中央控制單元(2) 的控制端通信模塊(S4)和數據記錄單元(3)的存儲端通信模塊(S6)與計算機網絡(1)相 聯以傳輸數據和控制命令；數據記錄任務初始分配模塊(Si)實現讀取並解析聯邦對象模型文檔數據文件內 容，在仿真開始運行前將仿真對象類記錄任務和交互類記錄任務分配給各個數據記錄單 元⑶；數據記錄任務運行時調度模塊(S2)根據各個數據記錄單元(3)的負載信息在仿真 運行時對其數據記錄任務進行動態調整，將負載超過閥值的數據記錄單元(3)的部分數 據記錄任務轉移給負載較輕的數據記錄單元(3)；數據接收存儲模塊(S3)在仿真運行時接收通過RTI傳輸的對象實例數據和交互實 例數據，並壓縮存儲為二進位數據文件；控制端通信模塊(S4)用於數據記錄單元(3)向中央控制單元(2)匯報自身負載信 息和調度執行情況，以及中央控制單元(2)向數據記錄單元(3)發布初始記錄任務分配信 息和運行時記錄任務調度指令信息。
2.根據權利要求1所述的一種基於HLA的通用分布式數據記錄裝置，其特徵在於中央 控制單元(2)還包括數據整合輸出模塊(S5)，數據整合輸出模塊(S5)將多個數據記錄單元 (3)輸出的多個二進位數據文件進行數據排序和重複數據剔除，並整合輸出為一個文件。
3.利用權利要求1所述的一種基於HLA的通用分布式數據記錄方法，其特徵在於它 通過下述步驟實現一、數據記錄任務初始分配模塊(Si)在仿真開始運行前將仿真的 對象類記錄任務和交互類記錄任務分配給各個數據記錄單元(3) ； 二、仿真運行開始； 三、各個數據記錄單元(3)記錄仿真數據；四、各記錄單元(3)上報自身負載信息； 五、中央控制單元(2)逐個檢查數據記錄單元(3)的負載；六、是否存在重載的數據記錄 單元；結果為「是」則執行步驟七、計算該數據記錄單元(3)重載程度，確定需遷移的 數據量和記錄任務；八、確定輕載的數據記錄單元(3)來接收遷移出的記錄任務；九、 相關的數據記錄單元(3)增加、取消相應的記錄任務；十、返回步驟三，各個數據記錄 單元(3)記錄仿真數據；十一、仿真運行結束，步驟六的結果為「否」則返回步驟三的 開始端。
4.根據權利要求3所述的一種基於HLA的通用分布式數據記錄方法，其特徵在於它 還包括步驟十二、在仿真運行結束後，中央控制單元將多個數據記錄單元輸出的多個二 進位數據文件整合輸出為一個文件。
5.根據權利要求3所述的一種基於HLA的通用分布式數據記錄方法，其特徵在於在 第一步驟前的解析聯邦對象模型文檔數據文件的過程如下101、開始；102、載入FDD 文件；103、獲取頂級對象類節點的信息；104、讀取當前節點下一個子節點的信息； 105、判斷是否為屬性類信息？結果為「是」，則執行步驟106、讀取屬性名稱及類型； 然後返回步驟104的開始端；步驟105的結果為「否」，則執行步驟107、判斷是否為對 象類信息？結果為「是」，則返回步驟104的開始端；結果為「否」，則結束。
全文摘要
一種基於HLA的通用分布式數據記錄裝置和方法，本發明涉及計算機仿真技術中基於HLA的數據記錄裝置和方法。它克服了現有的集中式數據記錄工具容易造成網絡擁塞，產生數據丟失，不能滿足大規模仿真系統需求的缺陷。本發明的裝置包括計算機網絡、中央控制單元和多個數據記錄單元；中央控制單元實現初始分配數據記錄任務、運行時動態調度數據記錄任務以及事後數據整合輸出等功能；數據記錄單元實現記錄仿真數據、接收調度指令並調整數據記錄任務以及上報負載信息等功能。方法包括下述步驟各個數據記錄單元記錄仿真數據；中央控制單元逐個檢查數據記錄單元的負載；確定需遷移的數據量和記錄任務；相關的數據記錄單元增加、取消相應的記錄任務。
文檔編號H04L29/08GK102014137SQ201010584968
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者李偉, 楊明, 焦松, 王松豔, 霍炬, 馬萍 申請人:哈爾濱工業大學