一种基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法

摘要

本发明公开了一种基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法，基于DEVS规范构建敏捷仿真框架模型；利用XML语言对所述敏捷仿真框架模型进行模板设计；基于所述敏捷仿真框架模型的模板之间的关系和柔性接口构建所述敏捷仿真框架构。能够解决现有仿真应用系统功能的可变性、仿真应用的不确定性、多分辨率仿真模型的可适应性和仿真应用系统的可扩展性、以及不易维护等问题。

说明书

技术领域

本公开属于模型仿真技术领域，特别是涉及到一种基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法。

背景技术

敏捷仿真技术作为21世纪认识和改造世界的重要手段，军事仿真由于其经济、安全、可控、灵活等独特优势，一直被美国等发达国家列为国防关键技术和战略性首选技术。目前，军事仿真在装备研制、军事训练、作战分析等领域发挥着越来越重要的作用。

目前敏捷仿真建模的应用研究主要集中在分布交互仿真系统中。具有代表性的应用有：JSIMS(Joint Simulation System)项目中MMF(Military Modeling Framework，MMF)对敏捷仿真建模的支持、美国RAM实验室研制的敏捷仿真建模的辅助工具MRMAide、法国航空航天研究中心基于敏捷仿真建模技术开发的空地攻防仿真系统，等等。在国内，军事科学院的张最良教授、装甲兵工程学院的郭齐胜教授、国防大学的胡晓峰等均结合各自的应用背景开展了敏捷仿真建模的研究工作。但是，目前敏捷仿真中，存在敏捷仿真框架(敏捷仿真应用系统)功能的可变性、仿真应用的不确定性、多分辨率仿真模型的可适应性和仿真应用系统的可扩展性、以及不易维护等问题。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法，能够解决现有仿真应用系统功能的可变性、仿真应用的不确定性、多分辨率仿真模型的可适应性和仿真应用系统的可扩展性、以及不易维护等问题。

根据本公开的一方面，提出了一种基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法，所述方法包括：

基于DEVS规范构建敏捷仿真框架模型；

利用XML语言对所述敏捷仿真框架模型进行模板设计；

基于所述敏捷仿真框架模型的模板之间的关系和柔性接口构建所述敏捷仿真框架构。

在一种可能的实现方式中，所述基于DEVS规范构建敏捷仿真框架模型，包括：

基于所述基于DEVS规范系统的状态、状态转换函数、拓扑结构和敏捷控制机制构建所述敏捷仿真框架模型M，

M＝{X,Y,S

在一种可能的实现方式中，所述敏捷控制机制Ψ为：

其中，P为敏捷仿真框架模型的敏捷点的集合，P＝{P

P

在一种可能的实现方式中，所述利用XML语言对所述敏捷仿真框架模型进行模板设计，包括：

利用XML语言基于所述敏捷仿真框架模型的输入集合数据类型、敏捷仿真框架模型的结构信息、敏捷控制机制对所述敏捷仿真框架模型进模板设计。

在一种可能的实现方式中，所述敏捷仿真框架模型进模板，包括：部件模板、结构模板、行为模板和规则模板。

在一种可能的实现方式中，所述敏捷点的类型包括：参数敏捷点、结构敏捷点、规则敏捷点和分辨率敏捷点。

在一种可能的实现方式中，所述柔性接口为可扩展接口。

本公开的基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法，基于DEVS规范构建敏捷仿真框架模型；利用XML语言对所述敏捷仿真框架模型进行模板设计；基于所述敏捷仿真框架模型的模板之间的关系和柔性接口构建所述敏捷仿真框架构。能够解决现有仿真应用系统功能的可变性、仿真应用的不确定性、多分辨率仿真模型的可适应性和仿真应用系统的可扩展性、以及不易维护等问题。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出了根据本公开一实施例的基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

仿真框架的敏捷性指的是在仿真框架的支撑下，能够通过构件化的功能单元按需装配、快速组合和体系管理，从而对难以预测以及不断改变的仿真应用需求做出高效、快速的响应。

敏捷仿真框架的敏捷性可以表现为扩展敏捷、重构敏捷、组合敏捷、响应敏捷和管理敏捷等。其中，扩展敏捷可以指敏捷仿真框架在需求改变及外界环境发生改变时，随意扩展成其他形式的敏捷仿真框架模型。重构敏捷可以指对初始敏捷仿真框架功能进行修改、追加新的功能重构为新的敏捷仿真框架模型等；通过不断地调整敏捷仿真框架结构，并进行整理，以使敏捷仿真框架对于需求的改变始终具有较强的适应能力。组合敏捷可以是指敏捷仿真框架内部由多种敏捷仿真框架模块组件组成，根据需求，各种敏捷仿真框架模块组件按照一定的敏捷点，并通过构件化的功能来重新组合成新的敏捷仿真框架模块。响应敏捷可以是当需求或外部环境发生改变时，敏捷仿真框架可以做出快速、有效的响应。管理敏捷可以是敏捷仿真框架内部根据一定的体系进行管理，充分利用“专家知识、外部环境信息”等，体现在管理职责、管理手段和管理目标的某些变化中。

敏捷性需求是敏捷仿真框架的基础，不确定分析树用于捕获用户对敏捷性的需求。用户在提交需求时，同时给出需求可能的变化、变化的方向、变化的可能性。敏捷性需求可以包括知道某个地方是否有可能的变化点，及其变化形式；或在某一个变化、某种敏捷性在设计时，要不要引入需要综合考虑实现的复杂性、变化发生的可能性、实现的成本等。

通过采用“DEVS描述规范+可扩展框架+领域专用语言”的设计方法来实现仿真系统的敏捷性。构建了一种基于DEVS的构件化敏捷仿真框架，使得敏捷仿真系统具有可扩展、互连、重用等灵活可变的特点，同时可以动态吸收专家知识，及时满足决策者对仿真的需求。为进一步探索跨部门、跨领域的大型复杂仿真系统的开发提供方法指导，对开展敏捷仿真工作具有一定的启发意义。

图1示出了根据本公开一实施例的基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法流程图。该方法可以应用于航天器体系效能评估，如图1所示，该方法可以包括：

步骤S1：基于DEVS规范构建敏捷仿真框架模型。

其中，DEVS是一种离散事件系统的形式化描述规范，敏捷仿真框架在基于敏捷DEVS的构件化敏捷仿真模型规范支持下，利用DEVS及其扩展形式提供一种与领域无关的离散时间建模仿真方法，并通过领域专用语言的形式来构建仿真模型。

在一示例中，基于所述基于DEVS规范系统的状态、状态转换函数、拓扑结构和敏捷控制机制构建所述敏捷仿真框架模型M，即在DEVS规范下，敏捷仿真框架模型描述可以为M：M＝{X,Y,S

其中，X为敏捷仿真框架模型的输入集合，Y为敏捷仿真框架模型的输出集合，S

其中，敏捷控制机制Ψ为：

对于每一个敏捷点P

在一示例中，敏捷点的类型可以包括：参数敏捷点、结构敏捷点、规则敏捷点和分辨率敏捷点。

其中，参数敏捷点可以称为基于模板的仿真。可变参数是敏捷仿真框架模型的参数，专家系统可以根据自己的实验和知识来分配这些参数。其他内部参数和敏捷参数之间的关系，由后台组件进行管理。结构敏捷点可以基于构件化DEVS的建模规范来实现。规则敏捷点的规则的形式可以表示专家系统的知识。仿真运行时，从数据库中提取规则参数，从专家系统界面或规则库中提取规则，同时使用规则解释程序生成规则实例。分辨率敏捷点可以是指敏捷仿真框架模型的分辨率要与用户的需求和仿真对象相匹配。不同分辨率的敏捷仿真框架实体模型在模型库中使用Model Family概念进行管理。

因此，在DEVS规范下，基于敏捷点的分类和敏捷仿真框架模型描述即可以构建敏捷仿真框架模型。

步骤S2：利用XML语言对所述敏捷仿真框架模型进行模板设计。

XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)具有可扩展、自定义标记、高度结构化、可移植性和自描述性等特征。允许用户自定义敏捷仿真框架模型类型，有效解决新旧敏捷仿真框架模型、不同应用系统之间或者敏捷仿真框架中不同敏捷仿真框架模型间的数据交互与共享问题。XML文档中的数据是以树状层次结构保存的，具有很强的继承性，可以对各种复合类型的敏捷仿真框架模型进行扩展。

在一示例中，利用XML语言基于所述敏捷仿真框架模型的输入集合数据类型、敏捷仿真框架模型的结构信息、敏捷控制机制对所述敏捷仿真框架模型进模板设计。

基于XML语言将基于DEVS的描述敏捷仿真框架模型进行模板化，即将每种敏捷仿真框架实体的参数以及参数名称，采用XML语言进行编写并以数据库或表的方式进行存储，以形成每种敏捷仿真框架实体的参数模板化，从而提高敏捷仿真框架模型属性、行为和规则的灵活性和可配置性，提高敏捷仿真框架模型的灵活性。

根据敏捷仿真框架，将敏捷仿真框架实体(例如飞机、航天器等)分解成部件模板、结构模板、行为模板和规则模板四部分。

其中，部件模板主要是针对敏捷仿真框架实体的类型和类型属性。如表1所示部件模板设计可知，部件模板可以包括部件名称、部件功能、所属实体、基本属性、初始化属性、输入数据、输出数据、内部结构关系和外部结构关系等字段的设计，各个字段对应的描述内容可以用文本格式或表格格式进行表征。例如，当敏捷仿真框架的实体为飞机时，所述实体应该飞机，其它字段对应的是飞机相应的数据。

表1部件模板设计

结构模板主要是针对实体结构信息，自身组成情况等相关信息。如表2所示的结构模板设计可知，结构模板可以包括结构名称、结构功能、所属实体、基本属性、初始化属性、输入数据、输出数据等字段的设计，各个字段对应的描述内容可以用文本格式或表格格式进行表征。例如，当敏捷仿真框架的实体为飞机时，所述实体应该飞机，其它字段对应的是飞机相应的数据。

表2结构模板设计

行为模板主要是针对实体所有行动的描述，主要确定实体行为中的开始条件、终止条件以及整个行为的规程、采用算法和输入输出等内容。如表3所示的行为模板设计可知，结构模板可以包括行为名称、所属实体、…、上传、下载等字段的设计，各个字段对应的描述内容可以用文本格式、图片、表格进行表征。例如，当敏捷仿真框架的实体为飞机时，所述实体应该飞机，其它字段对应的是飞机相应的数据。

表3行为模板设计

规则模板主要是针对实体在仿真过程中需遵守的规则。如表4所示的规则模板设计可知，可以包括规则名称、规则功能、作用实体和基本属性等字段的设计，各个字段对应的描述内容可以用文本格式、表格进行表征。

表4规则模板设计

在基于敏捷仿真框架构的仿真过程中，敏捷仿真框架构实体的中间数据和结果数据以部件模板、结构模板、行为模板和规则模板形式的进行单独存储。当多次仿真时，只需对经常变化的行为模板或规则模板数据进行重新设置即可，对于已保存在其他XML文件中的部件模板和结构模板数据，直接调用即可，该方式简化了操作步骤以及提高了仿真效率。

步骤S3：基于所述敏捷仿真框架模型的模板之间的关系和柔性接口构建所述敏捷仿真框架构。

其中，柔性接口可以为可扩展接口，即可以根据敏捷仿真框架实体以及敏捷仿真框架模型之间的关系，根据接口交互协议扩展接口，以实现敏捷仿真框架模型之间的数据交互。

敏捷仿真框架模型的模板之间的关系可以为敏捷仿真框架模型A和敏捷仿真框架模型B之间进行组装、连接的关系，可以通过敏捷仿真框架模型A的模板和敏捷仿真框架模型B的模板之间建立相应的映射关系，通过该映射关系和相应的接口组装敏捷仿真框架模型，以得到敏捷仿真框架构。

敏捷仿真框架构方法是一种基于构件化(组件)的面向对象的建模方法，主要研究敏捷仿真框架模型的柔性接口(可拓展的接口)、敏捷仿真框架模型的关系、敏捷仿真框架模型结构、敏捷仿真框架模型的组件库管理和层次化模型。因此，敏捷仿真框架具有敏捷仿真框架模型接口和结构具有可变性，以敏捷仿真框架模型组件库的方式进行管理，具有层次性和扩展性。

本公开的基于DEVS的构件化敏捷仿真框架构建方法，基于DEVS规范构建敏捷仿真框架模型；利用XML语言对所述敏捷仿真框架模型进行模板设计；基于所述敏捷仿真框架模型的模板之间的关系和柔性接口构建所述敏捷仿真框架构。能够解决现有仿真应用系统功能的可变性、仿真应用的不确定性、多分辨率仿真模型的可适应性和仿真应用系统的可扩展性、以及不易维护等问题。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。