分层分布式ＲＴＩ研究-科技论文

随着计算机仿真技术的发展，飞行模拟器已经成为目前飞行训练中不可或缺的技术设备，它使得飞行员能够快速熟悉新机种的驾驶技术，提高操作水平。并且降低了训练风险和训练费用。随着训练任务要求的提高越来越迫切需要对地域分布的单台模拟器进行互联以完成更加复杂的训练任务。如编队飞行、空中对抗、对地攻击以及协同完成战术战役仿真演练等。这对于新机种和飞行员尽快形成战斗力具有重要意义。客观上提出了分布交互飞行仿真的需求。
高层体系结构（HLA）作为目前分布交互仿真的发展方向，能够很好的支持大规模仿真，能够很好的满足较大规模分布式交互飞行仿真的需求。同时，HLA的基本思想是在拥有联邦成员的基础上进行联邦集成，考虑如何设计联邦成员之间的交互以达到仿真的目的。恰好符合了在拥有单台飞行模拟器的基础上构建多机互联的分布式交互飞行仿真的特点。因此采用高层体系结构进行分布式交互飞行仿真成为大规模飞行仿真的首选。
鉴于以上情况，针对基于高层体系结构构建分布式交互飞行仿真的特点，开发了针对大规模飞行训练仿真的联邦运行支撑环境（FXFZRTI）。
二、FXFZRTI的体系结构
目前的RTI体系结构可分为集中式、分布式和层次式。其中集中式体系结构将所有功能都放在中心服务器中实现，系统性能取决于中心服务器的性能，当规模较大时中心服务器容易成为系统的瓶颈；分布式体系结构各应用节点之间是对等关系，各局部RTI通过协调通信完成功能，该结构解决了由于中心服务器而可能引起发瓶颈问题，但缺乏必要的全局操作管理，对维护数据的一致性带来困难；层次式综合了集中式和分布式的特点，将系统的功能分配到多个服务器上完成，中心RTI服务器负责完成全局性处理功能，其它功能由局部RTI服务器组件完成，能够较好的支持大规模分布式仿真[5]。但它增加了数据传输的环节，延长了传输时间，降低了系统效率。
本系统采用分层分布式体系结构。针对公布、订购等控制流数据和需要维护一致性的全局数据（所有权控制、时间同步等）采用层次式结构。针对更新与反射、发送与接受等数据流数据采用基于代理的分布式结构，局域网内部各个联邦成员之间直接通信，位于不同局域网的联邦成员之间通过代理机制实现通信，首先将数据发送给异地联邦成员的代理（异地联邦所属的局部RTI服务器），再转发给联邦成员。减少了先将数据发送给局部RTI服务器再转发的环节。从单个局部RTI服务器来看，其体系结构类似于功能分布式。
三、FXFZRTI的软件构成
从软件构成上讲，整个RTI平台可分为三个部分：LRC、局部RTI服务器和中心RTI服务器，局部RTI服务器和中心RTI服务器共享同一份程序代码（RTIServer），根据配置的不同充当本地RTI服务器或中心RTI服务器。其中LRC是一个动态链接库，分布在每个运行仿真程序的计算机上，负责维护本主机上的数据；RTIServer为独立程序，可运行在独立的计算机上，也可运行在运行仿真程序的计算机上，负责维护本局域网内部联邦执行或整个联邦执行的数据。按照功能的不同RTIServer可分为两个部分，一个部分是全局执行进程（RtiExec），管理联邦执行的创建、结束以及管理多个不同的联邦执行，另一部分是联邦执行进程（FedExec），管理联邦成员的加入和退出，为联邦成员之间进行数据通信和协调运行提供支持。
四、分层分布式RTI的数据流程
（一）联邦管理的数据流程
联邦管理主要负责联邦执行的创建与销毁，联邦成员的加入与退出。创建联邦执行时，联邦成员首先将请求发送到局部RTI服务器，局部RTI服务器查看本地是否已经存在指定名称的联邦执行，若联邦执行已经存在，则直接将已存在异常反馈给联邦成员，若联邦执行不存在，则向中心RTI服务器发送创建联邦执行请求，若中心RTI服务器中也未创建该名称的联邦执行，则创建该联邦执行并将创建成功信息反馈给局部RTI服务器，否则反馈联邦执行存在异常，局部RTI服务器创建本地联邦执行并向联邦成员反馈创建成功信息。当申请加入联邦执行时，局部RTI服务器查看自身是否已经作为一个联邦成员加入了中心RTI服务器，若已经加入，则直接将联邦成员加入本地联邦执行，若尚未加入，则向中心RTI服务器提出加入联邦执行请求，并在收到中心RTI服务器的反馈信息之后将联邦成员加入本地联邦执行。同样，当本地联邦执行中所有联邦成员退出之后，局部RTI服务器向中心RTI服务器发出退出联邦执行请求。中心服务器中的联邦执行在所有局部RTI服务器退出之后方可销毁联邦执行。
（二）声明管理的数据流程
声明管理主要负责对象类/交互类的声明与订购。当联邦成员申请公布对象类/交互类时，局部RTI服务器首先查看该公布是否影响本地RTI服务器作为一个整体的公布情况，若不改变整体公布情况，则直接修改本地公布数据列表，进行公布订购匹配操作，并将匹配结果反馈给联邦成员；若该公布使得局部RTI服务器的整体公布情况发生改变，则局部RTI服务器向中心RTI服务器发送增量公布请求，中心RTI服务器修改中心数据列表，匹配各个局部RTI服务器的公布订购信息，并将匹配结果反馈给各个局部RTI服务器，局部RTI服务器根据反馈结果重新进行匹配，并将匹配结果反馈给各联邦成员。订购数据流程与公布流程类似。
（三）对象管理的数据流程
对象管理负责对象实例的注册和发现、删除和移除，对象属性的更新和反映，交互的发送和接收等功能。对象管理分为两种情况，针对涉及到全局的注册与删除等操作，联邦成员首先向局部RTI服务器提出请求，在局部RTI服务器中保存该对象实例的属性所有权等信息，以便于对全局性的对象实例属性所有权进行管理。对于更新、发送等操作，联邦成员根据分配的组播通道，直接将更新数据或交互数据发送给本局域网内部的联邦成员或其他局域网的局部RTI服务器，完成数据交互。