仿真训练系统中的信息分发与适配技术研究

刘少强

(解放军91336部队，河北 秦皇岛 066326)

0 引 言

随着装备职手仿真训练从专业技能向系统对抗逐步深化，原有按专业划分的仿真训练系统体系架构已难以满足新的训练需求。现有仿真训练各信息系统采用烟筒式构建，各系统从硬件支撑、信息交互、数据处理、数据库到顶层应用均各自单独构建，用以满足自身系统需求，各系统间主要通过统一的接口描述进行互联，完成信息共享[1]。靶场信息系统应用数量逐渐增多，若仍采用传统模式，不仅会形成大量的重复建设，还会对全系统的信息一致性和各系统的协同运用造成障碍。

目前，舰艇作战系统仿真训练以贴近实战构设态势为主，在海战场与训练场的等效映射、实兵训练态势的实战化构设与验证等方面缺乏有益的支撑。因此需要将现有自成体系、相对独立的指挥控制、雷达、电子战等仿真训练终端进行互联互通与逻辑重组，以满足不同类型装备职手在同一战场态势下的协同及互对抗训练，不断提升实战化训练水平。

1 仿真训练系统体系结构

仿真训练是仿真技术在训练领域的一种应用[2]，仿真训练系统体系结构分为导控评估层、训练支撑层和训练终端层3个层次,总体布局如图1所示。仿真训练支撑层是仿真训练的信息中心，主要为仿真训练提供信息汇集与整编、信息订阅与分发、协议适配、时统授时等信息交互服务，提供仿真模型集中解算环境，提供仿真模型、数据等信息资源的开发、存储和管理功能，为仿真训练提供不可或缺的综合支撑。

图1 仿真训练信息系统总体布局图

2 仿真训练系统中的信息服务

舰艇作战系统仿真训练系统通过向各训练应用节点提供“信息订阅发布”和“信息协议适配”两项服务来实现异构系统间的互操作，分别依托仿真训练信息订阅发布软件和仿真训练信息协议适配软件实现。

仿真训练系统分层结构主要包括服务层、软件层、插件层、支撑层以及应用层5个层次，其结构如图2所示。

图2 仿真训练信息系统分层结构图

仿真训练信息支撑层是仿真训练系统信息服务的中心，为底层信息通信和插件开发提供支撑，包括运行支撑环境(RTI)、数据分发系统(DDS)和协议建模工具[3]；同时为仿真训练各应用系统间提供信息交互服务，是实现仿真训练顶层架构统一、信息资源整合的关键环节，以多源、多类别、多体制、跨系统的仿真训练信息为对象提供信息订阅与分发、协议适配、时统授时等服务[4]，以与上层应用业务无关的信息流转服务接口为核心，解决各仿真训练应用系统互联互通的问题。

3 信息订阅发布软件设计

仿真训练信息订阅分发软件用以发布订阅机制，实现各仿真训练应用系统间的实时数据传输。具体功能包括：

(1) 能够支持本地局域网和远程广域网训练条件下分布式仿真训练系统各仿真节点间的信息传输。

(2) 能够以发布订阅机制实现各仿真节点间交互信息的按需订阅和分发。

(3) 能够支持采用多种通信中间件进行分布式信息传输，包括符合RTI和DDS 2种通信中间件[5]，并支持2种通信中间件的切换使用。

3.1 软件逻辑结构

仿真训练信息订阅发布主要包括订阅分发关系编辑模块、通信中间件模块和通信中间件调度模块，主要基于通信中间件进行分布式信息传输，以发布订阅机制实现各仿真节点之间交互信息的按需订阅和分发[6]，支持本地局域网和远程广域网训练条件下分布式仿真训练系统各仿真节点间的信息传输。

仿真训练信息订阅发布软件逻辑结构如图3所示。在处理各仿真训练成员的接收数据时，通信中间件调度模块将RTI、DDS等通信中间件接口协议归一化处理为统一仿真接口协议；在处理仿真训练成员的发送数据时，把统一仿真接口协议实例化为RTI、DDS等通信中间件接口协议[7]。

图3 信息订阅发布软件逻辑结构

3.2 软件工作流程

仿真训练信息订阅分发软件工作流程分为仿真开发阶段和仿真运行阶段。其工作流程如图4所示。

图4 信息订阅发布软件工作流程

仿真开发阶段：订阅分发关系编辑模块编辑输出仿真系统交互信息定义文件(SIDF)[8]给训练调理软件(通过数据库中转)，用于创建仿真域；订阅分发关系编辑模块编辑输出仿真成员交互信息定义文件(MIDF)给仿真训练信息协议适配软件，用于初始化订阅分发关系。

仿真运行阶段：以仿真成员进行信息接收和信息发送为例进行相关模块工作流程介绍。信息接收过程，由通信中间件根据仿真成员的发布订阅关系从RTI/DDS总线接收信息，并触发通信中间件调度模块的回调函数[9]，通信中间件调度模块将通信中间件接口协议API归一化处理为统一仿真接口协议API，然后触发仿真成员的回调函数，完成仿真成员信息接收。信息发送过程，由仿真成员调用通信中间件调度模块的统一仿真接口协议API发送信息，通信中间件调度模块将统一仿真接口协议API实例化为通信中间件接口协议API，然后通过调用通信中间件接口协议API将数据发送到RTI/DDS总线，完成仿真成员信息发送[10]。

4 信息协议适配软件设计

针对各仿真训练应用系统的通信方式不同，分析各应用训练系统的通信特点，通过标准接口实现异构系统的互联，解决不同系统环境异构问题，提出信息协议针对方案，制定适合仿真训练信息系统的通信协议，提高了系统的通信效率。

4.1 软件逻辑结构

仿真训练信息协议适配软件用于为异构系统交互提供协议适配和信息适配服务[11]，实现各仿真训练应用系统间的互通和互操作，软件的逻辑结构如图5所示。

图5 信息协议适配软件逻辑结构

仿真训练信息协议适配软件存在正向适配和反向适配2种方式。正向适配时，通过调用仿真训练应用系统接口协议插件，接收仿真训练应用系统交互信息，完成协议转换后，调用信息适配插件将仿真训练应用系统交互信息转换为统一应用层交互信息，最后发送给仿真训练信息订阅分发模块的通信中间件和仿真训练导控评估系统；反向适配时，协议适配模块接收通信中间件和仿真训练导控评估系统仿真控制指令，完成协议转换后，由信息适配插件转换为仿真训练应用系统交互信息后，由应用系统接口协议插件发送给仿真训练应用系统。

4.2 软件工作流程

仿真训练信息协议适配软件工作流程分为仿真开发阶段和仿真运行阶段。仿真开发阶段：协议建模工具通过开发信息适配插件、配置应用系统接口协议插件，生成协议适配方案等资源，供协议适配调度管理模块仿真运行过程中调用。仿真运行阶段：首先协议适配调度管理模块进行初始化，包括加载协议适配方案，根据方案内容加载应用系统接口协议插件和信息适配插件、初始化交互信息定义文件(MIDF)[12]等；正向信息适配时，由仿真应用系统接口协议插件接收仿真应用系统交互信息，再由协议适配调度管理模块完成协议适配，然后调用信息适配插件，把仿真训练应用系统交互信息适配为统一应用层的交互信息，最后协议适配调度管理模块调用统一仿真接口协议API把信息发送出去；反向信息适配时，由协议适配调度管理模块接收统一仿真接口协议API回调接收信息，然后调用信息适配插件，实现协议反向适配，把统一应用层的交互信息适配为仿真训练应用系统交互信息，最后再调用应用系统接口协议插件将信息发送给仿真训练应用系统。

5 结束语

本文对仿真训练信息系统中的信息分发和适配技术进行了设计，主要针对异构系统运行过程中的信息订阅与发布、信息协议的适配过程进行详细研究，能够对异构系统的仿真训练终端进行综合集成，构建复杂电磁环境下舰艇平台模拟训练环境，开展整体训练，满足不同类型装备职手在同一战场态势下的协同及互对抗训练需求，提高靶场各类训练资源的综合使用效益，为满足全军军事训练信息系统公共平台综合集成需求奠定了基础。