分布仿真的廣義時(shí)空一致性框架、演化機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf_第1頁(yè)
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1、建模與仿真技術(shù)一直以來(lái)在裝備研制、部隊(duì)訓(xùn)練、作戰(zhàn)指揮等諸多國(guó)防科研和軍事活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用,而面向服務(wù)的分布仿真(Service-oriented Distributed Simulation Applications,簡(jiǎn)稱SODSA)已成為分布式建模與仿真領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題,呈現(xiàn)出大規(guī)模化、面向服務(wù)、動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜化、地理分散性、普適性等新特征。時(shí)空一致是開(kāi)展上述各種分布仿真應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提,先前研究或側(cè)重于考慮狹義的時(shí)間和空間

2、概念,或只單獨(dú)考慮某個(gè)部分的不一致因素,或缺乏對(duì)系統(tǒng)全生命周期中各種不一致現(xiàn)象及其演化規(guī)律的動(dòng)態(tài)分析等。需指出,僅僅實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步、時(shí)間推進(jìn)一致性維持、空間配準(zhǔn)等狹義的時(shí)空一致,只是確保仿真過(guò)程與結(jié)果一致性或正確性的必要條件;仿真模型、仿真服務(wù)、用戶認(rèn)知等層面的廣義概念上的時(shí)空一致性問(wèn)題對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程的一致性程度也起著至關(guān)重要的作用。SODSA新特點(diǎn)及其時(shí)空一致性新內(nèi)涵迫切需要用于提高仿真系統(tǒng)全局時(shí)空一致性程度的新框架、新理論與新方法。<

3、br>  為解決上述問(wèn)題,本文首先提出了一個(gè)SODSA系統(tǒng)全局廣義時(shí)空一致性問(wèn)題求解框架,闡述了系統(tǒng)廣義時(shí)空一致性需求、內(nèi)涵及各仿真時(shí)空域關(guān)聯(lián)關(guān)系,進(jìn)而重點(diǎn)建立了各仿真時(shí)空域內(nèi)時(shí)空一致性動(dòng)態(tài)演化機(jī)理模型,并量化分析了各種導(dǎo)致系統(tǒng)不一致的影響因素;在此基礎(chǔ)上,深入研究了針對(duì)資源域時(shí)空一致性控制的參量差分時(shí)鐘同步算法及其性能,提出了系統(tǒng)全局廣義時(shí)空一致性控制的多層級(jí)量化評(píng)估模型;最后,以無(wú)人機(jī)突防仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用為背景,結(jié)合本文提出的理論與

4、方法,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的廣義時(shí)空一致性實(shí)施控制,系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證了本文理論與方法的有效性和正確性。論文主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究:
  一、提出了SODSA廣義時(shí)空域?qū)蛹?jí)一致性框架及概念模型。首先定義了仿真的狹義和廣義時(shí)空的概念,在此基礎(chǔ)上,通過(guò)系統(tǒng)性分析SODSA的廣義TSC需求及其不一致的影響因素,闡述了系統(tǒng)從底層資源、仿真模型、仿真服務(wù)到用戶認(rèn)知的全局TSC軸概念;提出了廣義時(shí)空層級(jí)一致性框架、四域一致性模型、一致性時(shí)空成熟度,

5、全面系統(tǒng)地闡述了SODSA中廣義時(shí)空層級(jí)一致性的內(nèi)涵、特點(diǎn)和關(guān)聯(lián)關(guān)系,為后續(xù)動(dòng)態(tài)演化機(jī)理建模、分析及其應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。
  二、重點(diǎn)建立了SODSA廣義時(shí)空一致性三層動(dòng)態(tài)演化機(jī)理模型,并量化分析了各時(shí)空域的不一致因素(也稱約束元)的影響力。三層動(dòng)態(tài)演化機(jī)理模型主要包括基于有限自動(dòng)機(jī)的資源域時(shí)鐘一致性演化、基于有向超圖的模型域時(shí)空一致性演化和基于擴(kuò)展分層有限自動(dòng)機(jī)的服務(wù)域時(shí)空一致性演化。在各仿真時(shí)空域下時(shí)空一致性演化機(jī)理研究中,

6、首先深入分析各域的一致性演化機(jī)理及主要的不一致約束元;其次根據(jù)各仿真時(shí)空域內(nèi)時(shí)空一致性動(dòng)態(tài)演化特點(diǎn),運(yùn)用有限自動(dòng)機(jī)理論、擴(kuò)展圖論、擴(kuò)展有限自動(dòng)機(jī)理論分別建立上述各域的時(shí)空一致性動(dòng)態(tài)演化模型;然后提出各域的時(shí)空不一致約束元?jiǎng)討B(tài)影響的量化分析算法;最后借助仿真分析方法,運(yùn)行上述各演化算法,對(duì)各域的不一致約束元進(jìn)行量化分析,驗(yàn)證了所建立的演化模型及其量化分析算法的有效性,為后續(xù)相關(guān)應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。
  三、提出并深入研究了資源域時(shí)鐘一

7、致性控制的參量差分時(shí)鐘同步算法。在資源域時(shí)鐘演化機(jī)理量化分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)新的時(shí)鐘同步算法并重點(diǎn)對(duì)該算法的性能進(jìn)行了較深入的測(cè)試。首先闡述了算法的應(yīng)用背景和相關(guān)基本概念;其次介紹了基于參量差分思想的邏輯時(shí)鐘模型的原理和特征;然后在該時(shí)鐘模型的基礎(chǔ)上,闡述了算法在單跳網(wǎng)和多跳網(wǎng)下的兩種部署方案,并分析了算法的局限性;最后,在仿真實(shí)驗(yàn)條件下,重點(diǎn)對(duì)該算法的收斂性、同步時(shí)間、同步精度和穩(wěn)定性進(jìn)行深入測(cè)試與分析,驗(yàn)證了該算法的可行性和有效性

8、。
  四、建立了SODSA廣義時(shí)空一致性控制的多層級(jí)量化評(píng)估模型。該模型包括三個(gè)模塊:權(quán)重賦值模型、一致性評(píng)估多層次指標(biāo)體系和一致性量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。首先引入了相關(guān)基本概念和假設(shè);其次給出了一致性量化評(píng)估的形式化定義和標(biāo)準(zhǔn):包括一致性狀態(tài)定義、一致性指標(biāo)定義和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等;然后結(jié)合前文提出的層級(jí)一致性框架,設(shè)計(jì)了一個(gè)多層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;最后建立了多層級(jí)量化評(píng)估模型,給出了簡(jiǎn)單應(yīng)用案例。
  五、以無(wú)人機(jī)突防仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為例,針

9、對(duì)各仿真時(shí)空域內(nèi)的廣義TSC控制問(wèn)題,結(jié)合本文提出的框架構(gòu)想、理論方法及應(yīng)用研究,提出了一系列有針對(duì)性的技術(shù)方法、管理策略和規(guī)范指導(dǎo)等。系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證了本文提出的理論與方法的正確性和有效性。
  本文研究的上述內(nèi)容,系統(tǒng)論述了SODSA的廣義時(shí)空域?qū)蛹?jí)一致性需求框架,詳細(xì)分析了其不一致影響因素的動(dòng)態(tài)演化機(jī)理,初步開(kāi)展了部分仿真時(shí)空域內(nèi)的解決廣義時(shí)空不一致問(wèn)題的應(yīng)用研究,對(duì)于維護(hù)SODSA的時(shí)空基準(zhǔn)邏輯順序關(guān)系正確性、仿真過(guò)程時(shí)空

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