基于HLA 的军事物流仿真技术

马新民，贾松茂

(蚌埠汽车士官学校 基础部，安徽 蚌埠233011)

现今战争的形式是信息化战争，参战双方围绕战场信息进行激烈的角逐，谁在交战过程中掌握了制信息权，谁就将成为战争的赢家［1］。因此，在现代战争中，无论是战争形态，还是交战形式，乃至战争准备，都发生了巨大的变化，战争双方通过各种手段获取战场信息，以进行较为准确的战场判读，形成对战争的有效控制［2］。军事物流保障作为战争中的重要一环，历来为仿真人员所重视，因为它涉及到交战双方各个参与主体的方方面面，极大地影响着战争的进行，没有坚实有力的后勤保障作支撑，任何战争将无法继续［3-4］。本文针对信息化战争的特点，以当今强大的信息技术为支撑，依托现今高速发展的“云计算”和“物联网”技术，参考高层体系架构(high level architecture，HLA)仿真模式，探索构建一个基于HLA 仿真模式的军事物流仿真系统，将极大地促进现代军事物流的发展。

1 HLA 简介

HLA 为现代仿真系统构建的一种架构模式，是最新一代的分布式仿真协议框架。它是以面向对象的思想和方法来构建仿真系统、划分仿真成员、构建仿真联邦的技术。HLA 是一个开放的、高度可扩展的体系结构，其主要目的是促进仿真系统间的互操作性，提高仿真系统及其部件的重用能力。其最大的作用是实现仿真成员的有机结合，以一种成员间松耦合和强联通的模式增加仿真系统的灵活性，有效提升仿真系统的运行效率。

1.1 HLA 的发展背景

随着计算机仿真应用领域的拓宽，计算机仿真需要解决的问题也越来越复杂，许多问题靠单个仿真系统已无法解决，必须依靠多个仿真系统进行联合协同仿真。与传统的单一仿真模式相比，分布式仿真的关键问题是多个仿真系统间的互操作问题，基于此，美国国防部组织相关领域进行了大量的研究，提出了建模与仿真的高层体系架构。

HLA 的提出，与传统的建模与仿真方式密不可分。从单一仿真模式，到分布式的仿真模式，再到HLA，是一个实践上的递进过程，也是认识上的深化过程。在这3 种模式中，仿真的规模越来越大，从形式上量的叠加，到内容上质的优化，表明了仿真方式认识上的变化。仿真的目的在于模拟现实中的实体运行方式，以预见未知，检验已知，而仿真方式的选择，目的在于以一种更好的方式实现这种目的。高层体系架构的出现过程，恰恰说明了这一点。

1.2 HLA 的特点

HLA 在部署过程中，通过运行支撑环境(runtime infrastructure，RTI)提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将仿真应用同底层的支撑环境分开，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信传输3 者分离，隐藏了各自的实现细节，从而使各部分可以相对独立的进行开发，并能充分利用各自领域的先进技术。相对于早期的分布交互仿 真(distributed interactive simulation，DIS)模式，HLA 模式具有广泛的灵活性和可扩充性，能减少网络冗余数据，并且可以将真实仿真、虚拟仿真和构造仿真集成到一个综合的仿真环境中，满足复杂大系统的仿真需要。

1.3 HLA 的规则

HLA 规则已成为IEEE M＆S 的正式标准，标准号为IEEE 1516。现行的规则共有10 条，其中前5 条规定了联盟必须满足的要求，后5 条规定了盟员必须满足的要求。

1.3.1 联盟规则

(1)每个联盟必须有一个联盟对象模型，该联盟对象模型的格式应与HLA OMT(object model template)兼容。

(2)联盟中，所有与仿真有关的对象实例应该在联盟盟员中描述，而不是在RTI 中。

(3)在联盟运行过程中，各成员间的交互必须通过RTI 进行。

(4)在联邦运行过程中，所有联盟成员应按照HLA 接口规范与RTI 交互。

(5)联盟运行过程中，在任一时刻，同一时刻，同一实例属性最多只能为一个联盟成员所拥有。

1.3.2 盟员规则

(1)每个联盟成员必须有一个符合HLA OMT规范的成员对象模型。

(2)每个联盟成员必须有能力更新/反射任何SOM(simulation object model)中指定对象类的实例属性，并能发送/接收任何SOM 中指定交互类的交互实例。

(3)在联盟运行过程中，每个联盟成员必须具有动态接收和转移对象属性所有权的能力。

(4)每个联盟成员应能改变其SOM 中规定的更新实例属性值的条件。

(5)联盟成员必须管理好局部时钟，以保证与其他成员进行数据交换。

2 物流仿真系统的基本内涵

物流仿真系统通过触及各个单位的各个物流仿真实体，将其作为特定的仿真成员，如同神经一样将系统内所有资源联系起来，标明特定的用途。当受领特定的仿真任务后，通过其分布广泛的计算机群，将任务分解，进行智能的分析并在全网范围内寻求一种最优解决方案，通过确认性审核之后，在最短的时间内将服务单元下达至相关节点，各个节点依据受领的服务任务，驱动具体的物流资源到达指定的区域。图1 展示了物流仿真系统的基本模型。

图1 物流仿真系统基本模型

在仿真过程中，该系统将物流中的各种因素(包括协调人员)平等的划分为各个仿真单元，并赋予每个单元相应的职责(表现在技术层面上就是每个仿真单元提供特定类别的服务)，每个仿真单元都在中央控制单元(通常是一组具有总控功能的应用程序)注册。当任务到达时，进入系统入口，将会出现2 条路径:一条是通向各个仿真单元的任务处理路径，其处理方式便是常规处理;另一条便是通向中央控制单元的路径，任务到达中央控制单元，控制单元的应用程序依据任务的类型，在各仿真单元提供的服务中寻找与之匹配的服务类型，并将分解后的任务单元传递给该节点，各个节点分别支配相应的物流资源来完成任务。在这个过程中，该系统将协调人员与仿真对象紧密结合，在一定程度上实现了仿真过程按需调配。

3 基于HLA 的军事物流仿真系统基本架构

按照HLA 架构模式，军事物流仿真系统主要由以下3 部分构成。

(1)军事物流仿真运行支撑框架RTI。军事物流仿真运行支撑环境为整个仿真系统架构的中间件，在整个仿真系统中起着承上启下的作用，是HLA 的核心部件。该中间件包括2 部分:物流指挥平台总控机服务器实现部分和物流成员分布机客户端组件部分。军事物流仿真运行支撑框架是整个仿真系统的核心，该部分一端与物流指挥总控相连，即与整个仿真系统的内部结构相连，为用户提供访问物流指挥中枢的唯一通道;另一端与各个仿真成员相连，实现各物流子系统与整个物流仿真体系的挂接。同时，军事物流仿真运行支撑框架的另一个功能，即为各个仿真成员提供一种约束，使仿真成员之间功能与结构上相互独立，互不影响。

(2)军事物流联邦对象模型。军事物流联邦对象模型是仿真联邦中各物流成员进行数据交换的共同对象模型，即为仿真数据的最终流向和仿真结果的输出端。在这个对象模型中，既有物流总控指挥端的指挥数据，也有各仿真子平台的仿真数据，各种数据代表的抽象模型在该对象模型中地位完全相同，即摒弃了指挥层面的上下级隶属关系，在系统层面实现仿真的虚拟调度。

(3)军事物流仿真联邦成员。军事物流仿真联邦成员是物流仿真联邦中的一个成员，在形式上表现为与军事物流仿真运行支撑环境相连接的一个节点，在逻辑结构上表现为具有并列关系的一系列仿真子平台。一个联邦成员可以代表一个大型物流指挥平台，也能代表一个具体的物流资源提供点。

4 基于HLA 的军事物流仿真系统运行过程

(1)加入仿真联邦。当一个物流子系统准备充分，即可按照预先设定的规则加入联邦。加入联邦的方式为子系统接口与军事物流仿真运行支撑环境接口相挂接;同时，进入仿真监视，重置子系统仿真时间，当收到仿真系统挂接成功指令时，开始运行，并向通用运行支撑环境输送仿真数据和接受仿真联邦调配指令。

(2)管理状态和交互信息。物流子系统加入联邦成功，开始进行数据交换，联邦开始进行子系统的状态管理。在此过程中，联邦向各个子系统发送状态设定指令，各子系统根据自身状态，实时进行调整，使自身状态与联邦状态保持一致。

(3)跟踪实体。由于在仿真联邦与各物流子系统成员之间，唯一的连接通道为军事物流仿真运行支撑环境;因此，联邦和成员之间任何信息的流通都必须经过该支撑环境，并接受支撑环境的调配。联邦与成员之间在逻辑上形成一对多的关系，联邦指令下达之后，需要进行实体跟踪，以确定实体的系统位置。

(4)系统数据双向流通。仿真系统在运行过程中，表现为一种循环模式，其目的在于实时跟进系统数据的流通。在系统中，流通的数据主要为各成员的仿真数据和联邦的指令数据，2 种数据流向相反，保证数据流通按照预设模式进行，是物流仿真运行支撑环境的核心的功能。

5 物流仿真系统运行规则

5.1 物流联邦规则

(1)每个联邦必须有一个联邦对象模型，该联邦对象模型应是物流实体信息的高度抽象。

(2)联邦中，所有与仿真有关的对象实例应定义在各物流仿真成员中，以使其保持与军事物流仿真运行支撑环境的独立性。

(3)在仿真系统运行过程中，各成员间的交互必须通过仿真运行支撑环境进行。

(4)在联邦运行过程中，所有联盟成员应按照HLA 接口规范与RTI 交互。

(5)联邦运行过程中，在任一时刻，同一实例属性最多只能为1 个联邦成员所拥有。

5.2 物流成员规则

(1)每个物流成员必须有一个与之相适应的仿真成员对象模型。

(2)每个物流成员必须有能力更新/反射指定的对象类的实例属性。

(3)在仿真系统运行过程中，每个物流成员必须具有动态接收和转移对象属性所有权的能力。

(4)每个物流成员应能改变更新实例属性值的条件。

(5)物流成员必须管理好局部时钟，以保证与其他成员进行数据交换。

6 结 语

本文对基于HLA 的军事物流仿真系统相关技术问题进行了详细的探讨。作为一种可行的，并经过大量实践验证的仿真方法，该仿真模式在部署过程中充分利用了当前较为流行的HLA 仿真模式，有效的避免了传统模式下功能冗余、资源浪费的情况，在实际应用过程中具有较高的运行效率。该仿真模式可作为军事物流仿真系统构建的一个技术参考。

［1］ 伍仁和.信息化战争论［M］. 北京:军事科学出版社，2004:232.

［2］ 张礼军，李蒙. 后勤信息化研究［M］. 北京:海潮出版社，2005:155.

［3］ 王宗喜，徐东. 军事物流学［M］. 北京:清华大学出版社，2007:3.

［4］ 刘筱兰. 基于供应链管理的物流信息集成［J］. 物流技术，2004(3):44.