基于HLA的网络管理模拟训练系统研究＊

瞿连政 邹祥福

（国防信息学院 武汉 430010）

1 引言

随着信息技术的发展，我军武器装备信息化水平不断提高，新型武器装备的配发使用，对组织运用及操作使用人员提出了较高的要求，由于这些新型的武器装备造价昂贵，有必要开发模拟训练系统，使受训人员在模拟训练系统中进行训练，以达到预期效果。这种训练方式不仅能节省训练费用、缩短训练时间，而且还能够不损坏实际装备、不受场地和环境限制，以提高训练的效率，确保训练的安全。

机动通信系统是用于在机动条件下支持陆军作战的战术通信网，是以TCP／IP协议为基础、基于路由选择的自动化通信网络，在机动部队、战斗勤务支援与指挥控制平台之间提供无缝隙的态势感知和指挥控制数据的交换，它是互联的各种战术通信网络、计算机硬件和软件的集合。它不同于民用电信网络，机动性强，需根据作战需要随时改变网络拓扑结构，而网络管理是实现系统顺利搭建、系统可靠安全运行、系统按需调整和重组的重要保证。研制网络管理模拟训练系统替代实装，使网络管理与操作人员等尽快熟悉网络管理模式及系统操作，尽快掌握网络的开设、监控、重组和异常事件处理流程，尽快形成战斗力具有重要的现实意义［1］。

2 功能需求分析

根据机动通信系统模拟训练系统的总体要求和总体设计方案，网络管理训练分系统应具有以下主要功能［2～3］：具有一级、二级、节点等多级网络管理模拟训练功能，各级网管间能够进行信息交互；具有网络规划、网络配置、网络监控和通信指挥等模拟训练功能，各功能模块技术体制统一，能够互联互通；具有网络管理操作提示、在线评判和在线帮助等辅助训练功能；具有与其他分系统协同运行并支持综合演练的功能；能在联网组训模式基础上派生出网络管理单机独立训练软件。在训练实施过程中，网络管理训练分系统能够以联邦成员的身份加入到训练联邦中，并与导调监控、组网模拟等分系统一起协调地完成有关课目的训练。

3 系统总体设计

3.1 系统总体结构

网络管理模拟训练系统是整个机动通信系统模拟训练系统的重要组成部分，系统采用基于HLA（High Level Architecture）技术，实现网络管理分布式仿真，由导调子系统、数据准备子系统、网络规划子系统、参数分发子系统、网络监控子系统、组网模拟子系统、辅助训练子系统、处理评判子系统和交互式控制主程序以及RTI平台等子系统或功能模块组成，各子系统在训练中以成员的身份加入训练系统，如图1所示，实线表示各成员与RTI的信息交互，虚线表示各成员直接基于TCP／IP进行数据交互［2～7］。

导调子系统负责训练内容和训练过程的组织管理、情况监视与情况设置，并对受训者的情况进行讲评；数据准备子系统为训练提供作战编成、装备编制、装备类型、装备信息等基础数据；网络规划子系统主要用于为受训者提供频率资源规划、网络资源规划、网络拓扑结构规划以及信息传输策略规划等方面的规划训练；参数分发子系统主要为受训者提供参数分发手段训练及参数加注训练等功能；网络监控子系统主要用于为受训者提供网络状态监视、网络拓扑管理、网络故障检测以及网络性能统计分析等方面的训练；组网模拟子系统为模拟训练提供网络环境；辅助训练子系统为训练提供训练提示、状况监视、勤务对话和行动设置等功能；处理评判子系统提供训练情况截获处理、操作评判和操作规则等功能；交互式控制主程序为训练成员基于RTI通信提供接口，主要实现RTI成员的注册和注销、信息交互实现、信息交互管理与控制等功能。

图1 网络管理模拟训练系统总体结构

3.2 系统部署设计

系统部署设计主要包括席位划分、席位配置与训练模式设计三个方面［2］。

图2 网络管理模拟训练系统典型配置

1）席位划分：系统划分为导调辅训席、数据管理席、组网模拟席与网络管理训练席，如图2所示。导调辅训席负责模拟训练环境的建立、模拟训练数据准备、模拟训练的组织、训练数据的采集与训练讲评功能；数据管理席负责实验所有数据的存储、记录与管理；组网模拟席为训练提供模拟网络环境。

2）席位配置：导调辅训席包括导调、辅助训练、处理评判和RTI服务（运行交互式控制主程序）；网络管理模拟训练席，在上述各席位的支持下，采取一机一席的配置方式，为受训者提供一级网管、二级网管和节点管理等训练。

3）训练模式设计：系统按需提供单人训练和多人同时训练两种模式，单人训练时，由导调协调数据准备、组网模拟和数据管理分系统模拟多个配合网管成员，进行单人网络规划、参数分发和网络监控训练；多人训练时，由多人分别担任一级网管、二级网管和节点管理身份，附加若干模拟网管成员，同时进行网管训练。

3.3 系统流程设计

RTI服务器开机后，由交互式控制主程序进行相应的初始化，用户登录网络管理训练分系统后，注册为RTI成员，加入联邦，声明公布订购关系，并进行训练初始化工作，待系统全部初始化完毕且系统报告正常时，导控启动训练，对整个仿真过程进行管理和控制，仿真管理联邦成员（各级网管）发送交互信息，模拟网络管理的整个过程［4，6～7］，如图3所示。

图3 网络管理模拟训练流程图

若有网管操作，则对操作信息截获后进行评判与评判结果显示，并对网管操作信息做必要处理后发往其他分系统；若有辅助界面的操作，则将辅助信息发送到相应席位（包括组网模拟器）。收到作业结束指令后，则退出联邦，结束网管操作训练。

4 关键问题考虑

4.1 RTI体系结构模型设计

RTI（Run－time Infrastructure）也称运行时间 基 础 结构，是HLA 接口规范的具体实现，有集中式、分布式和层次式三种体系结构模型［10～11］。考虑网管信息交互信息需求明确，且并不复杂，而且根据训练需求可以按需扩展和缩小规模，论文选用集中式体系结构模式，这种模式的特点是具有一个全功能的中心节点，在该中心节点上实现所有的服务，联邦成员之间无直接的通信关系，所有的成员之间都通过中心节点的“RTI信息交互程序”提供的服务，来实现网管消息的转发与交换。

集中式体系结构模式除了实现简单之外，还有两个好处：一是能够直接通过RTI的时间管理机制确保时间的协调推进；二是能够直接通过开发环境提供的定时器作为基准确保时间的高精度，不需要专门的硬件支撑，降低了系统开发的成本。由于系统采用VC＋＋6.0开发，我们利用其提供的QueryPerformanceFrequency API函数和QueryPer－formanceCounter API函数配合使用，基于计算机硬件（主板时钟和CPU 频率）环境，来实现高精度的定时器，其定时进度可以达到毫秒级，完全可以满足网管信息交互的同步。

4.2 RTI信息交互设计

系统采用基于RTI的信息交互模型设计，同席位应用程序间通过非FOM 类消息进行信息交换，不同席位间的应用程序通过FOM 类消息实现［6，9～11］，如图4所示：

图4 RTI信息交互模型

应用程序间均通过Windows消息通信机制（PostMessage和SendMessage）进行信息交互。信息交互模式为基于RTI交互控制程序的集中转发方式，即如果本机的A、B两个程序之间需发送信息，则A首先将信息以Windows消息方式发送给RTI交互控制程序，RTI交互控制程序再以Windows消息方式转发给B，不转发给其它联邦成员；如果A需要向其它机器上的联邦成员发送数据，则A也是先通过Windows消息发送给RTI交互控制程序，再由RTI交互控制程序转发给其它联邦成员。

RTI交互程序设计的重点是FOM／SOM 以及FED 文件的设计。FOM／SOM 主要包括网络规划、网络监控、参数分发以及导调控制等分系统之间的对象类和信息交互类，开发FOM／SOM的过程，也是对模拟训练系统中的交互数据进行建模和抽象的过程。开发FOM／SOM的思路如下：首先确定联邦成员及其仿真的实体类型；其次确定FOM中的对象类和交互类；然后确定对象类属性和交互类参数的特性，并生成SOM 表；最后综合SOM，生成FOM。FED文件用于记录联邦执行期间所有参加联邦交互的对象类／交互类及其属性／参数、传输类型、传输顺序以及路径空间信息。在模拟训练期间，RTI根据FED 文件提供的数据细节创建相应的联邦执行，并在整个联邦执行生命周期内以FED 文件为蓝本，协调联邦成员的交互。FED 文件修改后，需要发布到所有的网管模拟训练分系统，以确保上述交互类和对象类的同步和统一。

4.3 基于XML的格式化信息交互设计

RTI信息交互只定义了信息交互的类型和形式，并没有规定信息交互的内容及其格式。系统中，网管间交互数据、导调事件数据等结构化强，如果采用传统的文本模式或数据库模式，解析比较麻烦，且格式和内容更改时，需要重新调整代码并编译和发布程序，比较麻烦。鉴于XML 具有内容与结构完全分离、互操作性强、规范统一、支持多种编码以及可扩展性的特点，系统选用统一的XML 标签和既定结构生成XML文档，作为信息输入输出的标准格式。进行格式化信息交互时，把交互内容封装为统一的XML文件，作为RTI进行数据交互的一个数据项，文件的生成和解析由专门的接口负责，统一发布、统一更新，这样通过提高代码的重用性，既保证了应用之间信息交互的统一性，又确保了交换数据的拓展性和兼容性，在一定程度上减轻了系统的实现复杂程度。

图5 基于XML的格式化信息交互模型

以网管规划数据分发为例，如图5所示。我们的开发思路是：发送方A利用网络规划主程序从数据库中提取有关规划信息，并将这些信息记录转换为XML 文件，并调用相关接口函数进行全文档加密、压缩，并通过RTI交互控制程序把数据发送给接收方；接收方（网络监控等）导入交换数据时，调用交换接口函数首先对XML 文件进行解压，然后对文档进行解密还原，并根据文档描述模块的定义对XML文档进行解析和抽取，最后通过系统提供数据控制接口将有关信息写入至数据库中，完成数据的交互功能。

5 结语

论文从机动通信系统网络管理模拟训练系统的军事需求出发，采用基于HLA 高层体系结构，设计了分布式的模拟训练系统。论文给出了系统的总体设计框架、系统模拟训练部署模式及基于HLA的系统实现流程，并给出了关键问题的解决方案，为构建机动通信系统网络管理模拟训练系统打下了坚实的设计基础，同时也为设计和开发同类型的模拟训练系统提供了借鉴。该方案在如下的平台上设计并得到了初步的验证：服务器和终端均为普通的PC 机器，操作系统为WindowsXP，开发语言为VC＋＋6.0，数据库工具为Oracle9.0，HLA／RTI软件为RTI－1.3NGv6。

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