模型驱动架构在HLA仿真系统中的应用研究

摘要

本文着重于研究如何将模型驱动架构（MDA）的思想和开发方法应用到基于HLA的仿真系统的设计与开发中。HLA是美国国防部建模与仿真办公室（DefenseModelingandSimulationOffice,DMSO）推出的分布式仿真通用框架的技术规范。HLA的提出是为了解决分布式仿真中的重用和互操作的问题。在HLA联邦的概念框架下，根据某种目的开发的单个仿真或整套仿真系统可以完整地应用到其它目的的仿真系统中。HLA在军事，教育，工程等领域内的仿真系统中得到了广泛的应用。然而，HLA在很多方面并没有达到其预期的设想。这些问题可以部分归于HLA标准本身，因为HLA标准并没有解决所有与分布式仿真环境相关的架构和设计问题。一个典型的问题就是不同RTI实现产品间的互操作问题。除此以外，尽管HLA定义了分布式仿真所需的关键仿真服务，HLA与其它软件技术领域内的新兴技术和应用成熟的架构、概念的融合依然不够，这一方面影响了HLA自身的发展，同时也影响了HLA的推广应用，HLA作为一个先进的仿真架构，它本应该有更大的发展空间。由对象管理组织（OMG）提出的模型驱动架构（MDA）是解决HLA所面临的问题的一个有效解决方案。MDA以标准的模型作为系统定义和互操作的基础。MDA的核心概念是基于OMG的一系列标准：UML，XMI，MOF，CWM。本文首先介绍了模型驱动架构的基本概念，体系架构，核心标准以及模型驱动架构给软件开发生命周期带来的变化。并重点介绍了MDA的两个关键技术——元建模和模型变换，这两个技术对于理解MDA框架的组成有很重要的意义。由于MDA是基于OMG现有的一系列标准的，因此MDA对于有着军事应用背景的HLA标准的推广应用有着重要的意义。本文根据当前HLA分布式仿真系统开发和应用的现状，总结出当前HLA标准存在的一些主要问题。在此基础上，通过对MDA的特性介绍，进一步论述将MDA应用于HLA仿真系统开发中的现实基础和实际意义。MDA是指导软件开发的通用架构，而HLA是分布式仿真系统开发的通用架构。因此如果要想实现两种架构的整合——使用MDA的思想来指导HLA仿真系统的开发，就有必要在MDA框架下对HLA的相关概念进行扩展。为此本文提出了联邦成员组件模型的概念，该模型采用基于组件的开发方法，对HLA的架构进行了扩展，加强了模型在HLA仿真系统开发中的作用。在此基础上，本文进一步提出了针对仿真的UMLprofile，这种UMLprofile为MDA应用于仿真系统开发提供了必要的模型描述。同时还介绍了集成的仿真开发环境SIMplicity，该工具是本文实例开发的主要开发工具。作为应用实例，本文以TankSim仿真系统的开发为例，具体介绍了MDA在基于HLA的仿真系统设计开发中的应用。给出了基于MDA的通用开发流程。详细介绍了TankSim仿真系统的整个仿真框架设计，以及交互类、对象类、联邦成员的模型分析、模型设计、仿真逻辑代码编写的整个开发过程。从这个系统的开发过程中可以充分显示出MDA在基于HLA的仿真系统设计开发中的优势。