跨平台的仿真模型开发方法

摘要

本发明公开了跨平台的仿真模型开发方法，包括以下步骤：S1，基于模拟对象生成至少一个以上的行为模块；S2，基于行为模块生成至少一个以上的动作模块，动作模块是基于XML语言的形式进行表达，动作模块定义为仿真模型实际执行的操作，并实现该操作；S3，基于行为模块和动作模块生成仿真模型；本发明基于预定的统一策略在系统上开发仿真模型，各平台之间的仿真系统能够相互兼容，而且仿真模型之间可以相互联系，有效提高仿真模型的复用率，适用于跨平台的仿真模型的开发。

说明书

技术领域

本发明涉及仿真模型开发技术领域，更具体地说，它涉及跨平台的仿真模型开发方法。

背景技术

所谓军事模拟和仿真，就是在军事方面进行建模，然后利用仿真的技术进行模拟战局、战略、战术的方法。这种方法应用系统论的观点，并且利用数学建模等多种建模方法。在实践中，军事模拟对于军事作战的指挥有着很大的指导作用。

仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一种综合性技术。它综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。军事仿真包括武器技术仿真、武器系统仿真以及作战仿真等，已经在军队训练、武器装备研制、作战指挥和规划计划等方面发挥重要作用，成为国防领域的一项关键技术。现有技术中对于作战仿真模拟系统的主要问题在于多平台多策略开发的仿真模型之间存在不兼容的问题，仿真模型的复用率较低。

发明内容

本发明提供一种跨平台的仿真模型开发方法，解决相关技术中的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了包括以下步骤：

S1，基于模拟对象生成至少一个以上的行为模块；

S2，基于行为模块生成至少一个以上的动作模块，动作模块是基于XML语言的形式进行表达，动作模块定义为仿真模型实际执行的操作，并实现该操作；

S3，基于行为模块和动作模块生成仿真模型，包括以下策略：

一、一个行为模块与一个动作模块联系形成仿真模型；

二、一个行为模块与两个以上的动作模块联系形成仿真模型；

三、两个以上的行为模块与一个行为模块联系形成仿真模型；

四、基于策略一、策略二、策略三生成的仿真模型组合成为新的仿真模型；

基于策略四组合的仿真模型内的仿真模型之间相互联系，并且基于策略四组合的仿真模型内的至少一个仿真模型与外部的仿真模型进行联系，也即基于策略四组合的仿真模型内的至少一个仿真模型存在与外部的仿真模型联系的输入接口，基于策略四组合的仿真模型内的至少一个仿真模型存在与外部的仿真模型联系的输出接口。

进一步地，所述模拟对象包括数值解释、微分方程式。

进一步地，所述行为模块为DEVS基本模型；

一个DEVS基本模型应包括如下信息：

输入端口的集合，通过它们接受外部事件；

输出端口的集合，通过它们发出事件；

状态变量与参数的集合；

时间推进函数，用于控制内部转移的时间；

内部转移函数，定义在时间推进函数给定的时间流过后，系统将转移到的状态；

外部转移函数，定义接收到输入后，系统如何改变其状态；

输出函数，在内部转移发生前产生一个外部输出。

进一步地，所述DEVS基本模型为一个七元组结构体：AtomicDEVS＝

X是外部输入事件集，S是系统状态集，Y是输出集，模型的时间基T连续且T＝R；

ta是时间推进函数，

定义系统的总状态集合为Q＝{(s,e)|s∈S，0≤e≤ta(s)}，其中e表示系统在状态s停留的时间，(s，e)表示总状态；

δ

δ

λ是输出函数，λ：S→Y∪{φ}；输出事件在系统内部状态转移时产生，且状态转移前的状态s用于产生输出λ(s)，其它非内部状态转移时的输出为φ。

进一步地，所述仿真模型从其他仿真模型接收信息之后执行获得运行结果；

仿真模型在接收输入信息、执行动作时，通过调用动作模块所具有的预定的算法，由动作模块基于预定的算法控制行为模块的动作。

进一步地，所述策略四组合的仿真模型应包含如下信息：

输入端口集；

输出端口集；

基本模型成员集；

每一个成员影响的成员集；

耦合关系，包括外部输入耦合，外部输出耦合和内部耦合等；

选择函数，其中包含从下一事件发生时间最早的成员中选择当前成员的规则，用于选择耦合模型的下一事件。

进一步地，所述DEVS耦合模型为如下结构体：

coupledDEVS＝

self表示耦合模型本身，X

D是耦合模型组成成员的名字集(self∈D)，{M

{M

Z

且Z

select是选择函数，当耦合模型中几个成员同时发生状态转移时，需使用select函数来选择其中一个成员的状态转移作为耦合模型的状态转移；select：2

一种仿真模型开发系统，包括：

支撑层，支撑装备体系建模、仿真运行与分析评估的基础软硬件支撑环境；

模型层，针对装备体系仿真建模粒度需求，采用组件化模型进行设计和开发，构建攻防双方模型库，为不同想定下的仿真应用提供模型共享和重用；

校验模块，对模型层中的所有模型进行校核、验证和确认，然后存储至模型库；

应用层，针对装备体系开发构建仿真应用系统，在仿真引擎驱动下，实现典型应用背景的体系作战仿真。

进一步地，所述模型层包括：想定编辑模块、实验设计模块、规划部署模块、管理控制模块、综合态势显示模块、模型设计模块、仿真引擎、体系效能评估模块和模型库；

实验设计模块依据仿真应用需求，按照作战要求和试验计划，在二维态势图上采用拖拉方式创建和配置对象实例，设置想定或试验过程片段和任务参数，指定试验数据采集计划和要求，描述兵力部署、装备参数、任务过程、环境设置，保存形成XML格式标准的试验任务描述文件；

规划部署模块针对试验任务和仿真想定，根据可用的分布仿真节点资源，指定和设置仿真模型的部署运行位置和方式，保存形成XML格式的部署文件，根据用户的部署指令和运行参数，将仿真运行所需的资源下载到对应的节点，解析想定和部署文件，构建和初始化各仿真节点，准备运行；

管理控制模块用于启动、终止、暂停、继续仿真运行，监控或干预仿真的运行状态，基于分布互连中间件、对象和交互模型，通过驻留在各个节点的监控服务软件和仿真引擎，接收和响应执行仿真运行管理控制、干预等命令，监视节点的资源状态、仿真引擎状态、模型内部状态，动态报告执行结果和状态信息；

综合态势显示模块用于表现仿真过程中的态势变化，支持离线式的事后回放以及人在回路的实时态势显示

模型设计模块提供模型程序框架的辅助生成功能，支持不同需求下的各种模型的定义；

体系效能评估模块通过筛选和回放采集数据及精细的回放过程控制，方便进行场景再现、现象分析、问题追溯，并根据评估指标体系、分析评估算法、仿真采集数据，用于在线或离线的试验训练结果分析评估。

进一步地，所述模型层的各个平台之间基于“消息中间件+JSON消息”或WebService方式进行通信。

本发明的有益效果在于：

本发明基于预定的统一策略在系统上开发仿真模型，各平台之间的仿真系统能够相互兼容，而且仿真模型之间可以相互联系，有效提高仿真模型的复用率。

附图说明

图1是本发明实施例的跨平台的仿真模型开发方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的基于策略二生成一个仿真模型的示意图；

图3是本发明实施例的基于策略三生成一个仿真模型的示意图；

图4是本发明实施例的基于策略三生成的两个仿真模型组合构成一个新的仿真模型的示意图。

图中：仿真模型10，行为模块20，动作模块30。

具体实施方式

现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。

在本实施例中提供了跨平台的仿真模型开发方法，该跨平台的仿真模型10开发方法是基于一个具有支撑层、模型层和应用层的仿真系统，其中，

支撑层：支撑装备体系建模、仿真运行与分析评估的基础软硬件支撑环境；

模型层：针对装备体系仿真建模粒度需求，采用组件化模型进行设计和开发，构建攻防双方模型库，为不同想定下的仿真应用提供模型共享和重用；

校验模块：对模型层中的所有模型进行校核、验证和确认，然后存储至模型库；

应用层：针对装备体系开发构建仿真应用系统，在仿真引擎驱动下，实现典型应用背景的体系作战仿真。

模型层包括：想定编辑模块、实验设计模块、规划部署模块、管理控制模块、综合态势显示模块、模型设计模块、仿真引擎、体系效能评估模块和模型库。

想定编辑模块在仿真模型10和战场环境的支持下，利用标准的军标图库，根据作战计划进行武器系统的配置、确定不同作战环境下作战任务的时间、参数以及战术动作等信息；

实验设计模块依据仿真应用需求，按照作战要求和试验计划，在二维态势图上采用拖拉方式创建和配置对象实例，设置想定或试验过程片段和任务参数，指定试验数据采集计划和要求，描述兵力部署、装备参数、任务过程、环境设置，保存形成XML格式标准的试验任务描述文件；

规划部署模块针对试验任务和仿真想定，根据可用的分布仿真节点资源，指定和设置仿真模型10的部署运行位置和方式，保存形成XML格式的部署文件，根据用户的部署指令和运行参数，将仿真运行所需的资源下载到对应的节点，解析想定和部署文件，构建和初始化各仿真节点，准备运行。

管理控制模块用于启动、终止、暂停、继续仿真运行，监控或干预仿真的运行状态，基于分布互连中间件、对象和交互模型，通过驻留在各个节点的监控服务软件和仿真引擎，接收和响应执行仿真运行管理控制、干预等命令，监视节点的资源状态、仿真引擎状态、模型内部状态，动态报告执行结果和状态信息。

综合态势显示模块用于表现仿真过程中的态势变化，支持离线式的事后回放以及人在回路的实时态势显示

模型设计模块提供模型程序框架的辅助生成功能，支持不同需求下的各种模型的定义。

体系效能评估模块通过筛选和回放采集数据及精细的回放过程控制，方便进行场景再现、现象分析、问题追溯，并根据评估指标体系、分析评估算法、仿真采集数据，用于在线或离线的试验训练结果分析评估。

模型层的各个平台之间基于“消息中间件+JSON消息”或WebService方式进行通信，支持多种软件平台和网络类型。

在互联网软件前端与后台进行消息交互的过程中，需要有一种标准的数据交换格式供前后端采用。在众多的数据交换格式中，JSON(JavaScript Object Notation，JS对象标记)是应用得比较广泛的，它采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。JSON的层次结构简洁、清晰，易于阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，这有效地提升了网络传输效率

JSON的语法规则可以用下面的四句话来概括：

第一，对象表示为键值对。

第二，数据由逗号分隔。

第三，花括号保存对象。

第四，方括号保存数组。

具体而言，每条JSON消息都是包裹在大括号之内的，键值对组合中的键名写在前面并用双引号包裹，键和值使用冒号分隔，冒号后面紧接着值，如：”name”:“zhou”；数组是用方括号包裹起来的，如：[“zhou”,“zhang”]。

WebService采用Http协议来在客户端和服务端之间传输数据。WebService使用XML来封装数据，XML主要的优点在于它是跨平台的。

WebService通过HTTP协议发送请求和接收结果时，发送的请求内容和结果内容都采用XML格式封装，并增加了一些特定的HTTP消息头，以说明HTTP消息的内容格式，这些特定的HTTP消息头和XML内容格式就是SOAP协议规定的。

WebService服务器端首先要通过一个WSDL文件来说明自己有什么服务可以对外调用。简单的说，WSDL就像是一个说明书，用于描述WebService及其方法、参数和返回值。WSDL文件保存在Web服务器上，通过一个url地址就可以访问到它。客户端要调用一个WebService服务之前，要知道该服务的WSDL文件的地址。WebService服务提供商可以通过两种方式来暴露它的WSDL文件地址：1.注册到UDDI服务器，以便被人查找；2.直接告诉给客户端调用者。

模型库用于存储经过校核、验证和确认的模型。

装备体系对抗仿真工作具体实施过程，可大致划分为模型设计开发、仿真系统集成测试、仿真试验运行三个阶段。

对于模型设计开发阶段，主要在仿真总体框架设计及模型体系梳理基础上，有针对性地开展相关的仿真实体/模型组件的数学建模，依托建模支撑工具，完成对应组件化模型软件/功能模块设计，在此基础上，实现仿真实体结构化及参数化装配，进而开展仿真实体/模型组件单元级测试校核入库，完成红蓝双方武器装备仿真模型10构建。

如图1所示，具体的，模型设计开发包括以下步骤：

S1，基于模拟对象生成至少一个以上的行为模块20；

模拟对象包括数值解释、微分方程式等各领域通过模拟确认结果的对象。

模拟对象可以并非是复合的体系；

S2，基于行为模块20生成至少一个以上的动作模块30，动作模块30是基于XML语言的形式进行表达，动作模块30定义为仿真模型10实际执行的操作，并实现该操作；

S3，基于行为模块20和动作模块30生成仿真模型10，包括以下策略：

一、一个行为模块20与一个动作模块30联系形成仿真模型10；

二、一个行为模块20与两个以上的动作模块30联系形成仿真模型10；

三、两个以上的行为模块20与一个行为模块20联系形成仿真模型10；

四、基于策略一、策略二、策略三生成的仿真模型10组合成为新的仿真模型10；

基于策略四组合的仿真模型10内的仿真模型10之间相互联系，并且基于策略四组合的仿真模型10内的至少一个仿真模型10与外部的仿真模型10进行联系，也即基于策略四组合的仿真模型10内的至少一个仿真模型10存在与外部的仿真模型10联系的输入接口，基于策略四组合的仿真模型10内的至少一个仿真模型10存在与外部的仿真模型10联系的输出接口。

如图2所示，基于策略二生成一个仿真模型10，仿真模型10包括一个行为模块20与三个动作模块30；

如图3所示，基于策略三生成一个仿真模型10，仿真模型10包括一个动作模型与三个行为模块20；

如图4所示，作为一个具体的示例，基于策略三生成的两个仿真模型10组合构成一个新的仿真模型10，该新的仿真模型10内的两个仿真模型10之间通过输入和输出接口联系，并且一个仿真模型10保留与外部的仿真模型10联系的输入接口，另一个仿真模型10保留与外部的仿真模型10联系的输出接口。

具体的，动作模块30实现一个仿真模型10与另一个仿真模型10联动的时间与数据同步，动作模块30体现了该模拟模型在特定的时间内发生什么样的活动，并决定所要传达的其他仿真模型10。

作为一种具体的示例，基于离散事件系统规范DEVS，以DEVS基本模型作为行为模块20；

一个DEVS基本模型应包括如下信息：

输入端口的集合，通过它们接受外部事件；

输出端口的集合，通过它们发出事件；

状态变量与参数的集合；

时间推进函数，用于控制内部转移的时间；

内部转移函数，定义在时间推进函数给定的时间流过后，系统将转移到的状态；

外部转移函数，定义接收到输入后，系统如何改变其状态；

输出函数，在内部转移发生前产生一个外部输出。

因此，定义DEVS基本模型为一个七元组结构体：AtomicDEVS＝

X是外部输入事件集，S是系统状态集，Y是输出集，模型的时间基T连续且T＝R。

ta是时间推进函数，

定义系统的总状态集合为Q＝{(s,e)|s∈S，0≤e≤ta(s)}，其中e表示系统在状态s停留的时间，(s，e)表示总状态。

δ

δ

λ是输出函数，λ：S→Y∪{φ}。输出事件在系统内部状态转移时产生，且状态转移前的状态s用于产生输出λ(s)，其它非内部状态转移时的输出为φ。

仿真模型10从其他仿真模型10接收信息之后执行获得运行结果；

仿真模型10在接收输入信息、执行动作时，通过调用动作模块30所具有的预定的算法，由动作模块30基于预定的算法控制行为模块20的动作。

基于策略四组合的仿真模型10应包含如下信息：

输入端口集；

输出端口集；

基本模型成员集；

每一个成员影响的成员集；

耦合关系，包括外部输入耦合，外部输出耦合和内部耦合等；

选择函数，其中包含从下一事件发生时间最早的成员中选择当前成员的规则，用于选择耦合模型的下一事件。

因此，定义DEVS耦合模型为如下结构体：

coupledDEVS＝

self表示耦合模型本身，X

D是耦合模型组成成员的名字集(self∈D)，{M

{M

Z

且Z

select是选择函数，当耦合模型中几个成员同时发生状态转移时，需使用select函数来选择其中一个成员的状态转移作为耦合模型的状态转移。select：2

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实施例各个实施例的方法。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

上面结合附图对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，在不脱离本实施例宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。