Имитационное моделирование в исследовании и разработке информационных систем Лекция 10 Организация взаимодействия разнородных имитационных моделей: стандарт HLA

Взаимодействие компонентов информационных систем Аппаратные компоненты –Каналы –Интерфейсы и протоколы Программные компоненты –Средства межпроцессного взаимодействия, файлы –Промежуточное ПО (middleware) 2

Промежуточное ПО Web-сервисы Component object model (COM), DCOM CORBA Java 2 Enterprize Edition ZeroMQ ( 3

Объединение имитационных моделей Важный потребитель: моделирование военных действий объединение разнородных моделей –Подвижные объекты –Внешняя среда –Пункты управления –Связь, и т.д. Подключение унаследованных (legacy) моделей 4

Distributed Interactive Simulator (DIS) Основная цель – объединение систем моделирования различных типов, распределённых географически Основная идея – стандартизация интерфейсов 5

Distributed Interactive Simulator Интерфейс ??? Возможные типы участников Человек (virtual) [human-in-the-loop] Оборудование (live) [hardware-in-the-loop] Модель (constructive) [as-fast-as-possible] 6

Принципы DIS (IEEE 1278) Независимость узлов –Участник не знает получателей данных –Независимое продвижение времени Узлы передают состояние частной модели –передаются только изменения в состоянии –keep-alive (heart-beat) сообщения Использование алгоритмов приближённого вычисления следующего состояния (счисление, dead reckoning) 7

Dead reckoning Вместо постоянной пересылки состояний, участники предсказывают их изменения. Для этого строится локальная модель dead reckoning model (DRM). Улучшения алгоритма: Компенсация времени [учитывает время передачи данных] Сглаживание [плавное уменьшение ошибки] 8

Пример модели, поддерживающей DIS и HLA Имитатор полёта с открытым исходным кодом 9

Основные понятия HLA Федерат – участник моделирования. Федерация – совокупность федератов. Объект – любой параметр, видимый сразу нескольким федератам в составе федерации. Издатель – федерат владеющий атрибутом объекта. Отражение – вызов федерата инфраструктурой RTI при изменении значения атрибута. Подписчик – федерат, желающий получать отражения. Взаимодействие (interaction) – сообщение 10 Издатель Подписчик Объект Идентификатор Атрибуты Ассоциации

Компоненты HLA Правила [определяет принципы стандарта HLA] Object Model Template (OMT) [определяет формат описания FOM] Run-Time Infrastructure (RTI) [набор служб, доступных участникам] 11

Архитектура HLA 12 Федерат 1Федерат n RTI FOM

Правила HLA [правила для федерации] 1. Федерации должны документировать Federation Object Model (FOM) в соответствии с OMT 2. Все представления объектов должны храниться в федератах [RTI не хранит состояния ИМ] 3. Обмен данными между федератами происходит через RTI [правильность семантики - ответственность федерата] 4. Федераты взаимодействуют с RTI только через стандартные интерфейсы 5. У атрибута может быть только один владелец в конкретный момент времени 13

Правила HLA [правила для федератов] 1. Федераты должны документировать Simulation Object Model (SOM) в соответствии с OMT; 2. Федераты управляют продвижением локального времени; В соответствии с SOM федераты могут: 3. Модифицировать и/или отражать любые атрибуты объектов, и посылать и/или принимать взаимодействия; 4. Передавать и/или принимать права на использование атрибутов динамически; 5. Изменять условия, при которых необходимо обновить значения атрибутов объектов. 14

Объекты Объект – хранилище для атрибутов [не содержит методов] Атрибуты объекта распределены [атрибуты могут храниться не локально] Наследование [одиночное наследование] Флаги [publish/subscribe] 15

Свойства атрибута Класс объекта Имя Тип Мощность (массивы) Единицы измерения Разрешение Точность Условия точности Тип обновления Условие обновления Допускает приём и передачу владения Допускает изменение и отражение 16

Таблицы HLA OMT 1. Таблица идентификации объектной модели [информация о FOM/SOM] 2. Таблица структуры классов объектов [иерархии классов] 3. Таблица структуры классов взаимодействия [иерархии классов] 4. Таблица атрибутов объектов [типы и характеристики] 5. Таблица параметров взаимодействия [типы и характеристики] 6. Таблица пространственной маршрутизации [области распределения данных] 7. Словарь FOM/SOM [определяет термины, используемые в других таблицах] 17

Службы RTI 1. Управление федерацией [запуск, остановка, приостановка, возобновление…] 2. Управление декларациями [объявление и подписка на классы разделяемых объектов] 3. Управление объектами [создание и удаление объектов и взаимодействий] 4. Управление правами доступа (владением) [передача владения атрибутом между федератами] 5. Управление временем [продвижение модельного времени и синхронизация] 6. Управление распределением данных [фильтрация обновлений и взаимодействий по пространству маршрутизации и регионам] 18

Управление декларациями Object Publication Interaction Publication Object Subscription Interaction Subscription 19

Управление объектами 8.1 REGISTERING, DISCOVERING, AND DELETING OBJECT INSTANCES 8.2 UPDATING AND REFLECTING OBJECT ATTRIBUTES 8.5 EXCHANGING INTERACTIONS Можно явно запросить обновление атрибута 20

Управление временем У каждого федерата – свои локальные часы; Сообщению присваивается временная метка отправителя (сообщение == update || interaction) (один из вариантов настройки): сообщения доставляются в порядке возрастания временных меток 21

Управление временем (2) Запроcы: queryFederateTime() timeAdvanceRequest( t ) nextEventRequest( t ) Ответ (callback) timeAdvanceGrant() – либо до t, либо до времени следующего события 22

Реализации RTI Коммерческие (MAK Software, …) С открытым кодом (CERTI) 23

Литература Замятина. Современные теории имитационного моделирования simulation.su wintersim.org 24

25 Спасибо за внимание!