基于HLA的仿真网格应用模式与人工智能技术融合研究成果

目前，由于基于HLA的分布式仿真在建模与仿真领域已取得了巨大成功，仿真网格应用模式的研究大多是将HLA与网格结合，以期望进一步增强I-ILA仿真系统的资游、管理功能。网格的本质是服务，在网格中所有的资源都以服务的形式存在。HLA与网格的结合就是分布式仿真系统中各种资源的服务化以及通信过程的服务化。作为欧洲CrossGrid计划的一部分，KatarzynaZajac等将分布式仿真从HLA向网格的过渡从粒度上分为3个层次，分别称为RTI层迁移、联盟层迁移和盟员层迁移，如图2-4所示。

图2-4　基于HLA的仿真的服务化

图2-4中，RTI层迁移的粒度最粗，其初衷是更方便地发现HL的RTI控制进RTIExec。RTI层迁移运用网格的RegistryService来解决RTI控制进程的发现，能够带来一定的灵活性和方便性。联盟层迁移则是在RTIExec信息通过网格服务发布后利用网格核心服务传输盟员数据，并扩展Globus的GridFTP和Globus1/0接口以与RTT进行通信。盟员层迁移的资源服务化程度最高，它采用网格技术实现HLA通信，RTI阵也被封装在RTIExec服务中。

Katarzyna等3个层次迁移的设想给HLA与网格的结合提供了思路。然而，仅进行RTI层的迁移实际意义并不大。目前，大量的相关工作可以分为2类：①利用网格技术对分布式仿真进行辅助支持；②借鉴HLA的某些思想，将包括盟员间通信过程的仿真资源网格服务化，来实现基于网格的分布式仿真。

（一）网格支持的分布式仿真

随着仿真规模和复杂性的增加，计算机仿真往往需要询问分布在各地的大量计算资源和数据资源。20世纪90年代中期出现的基于Web的仿真，致力于提供统一的协作建模环境、提高模型的分发效率和共享程度，缺乏动态资源管理能力，并且由于开发出的模型没有组件化和标准化，互操作和重用性也存在不同程度的问题。基于HLA的分布式仿真在技术层面上解决了互操作和重用性问题，而网格作为下一代基础设施，能对广域分布的计算资源、数据资源、存储资源甚至仪器设备进行统一的管理。因此，许多学者尝试将二者进行结合，利用网格技术对分布式仿真进行辅助支持。

1.SF Express 项目

在DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）资助下，加利福尼亚学院进行了SF Express战争模拟，利用网格来改进其提出的ModSAF仿真。在该项目中，ModSAF的每个进程可在不同的处理器上运行，Globus通过资源管理和信息服务自动进行仿真初始化配置，加强了系统的灵活性，仿真规模也达到了5万个以上战斗实体。然而，SF Express仅是利用网格进行仿真前的计算资源的自动配置，在仿真过程中并不能共享资源。同时，SF Express是基于DIS协议的，使用的是超级计算机，最大仅13台并行计算机。而现代基于HLA的分布式仿真一般是数十乃至数百台PC主机，动态管理的复杂度大为增加，通信的效率和可靠性、稳定性无法和超级计算机的共享内存方式相比，但分布式仿真可扩展性强，而且更切合军事仿真的发展需求。结合Globus的SF Express并没有得到持续发展和推广。

2.负载管理系统LMS

新加坡南洋科技大学的Wentong Cai 教授等提出基于网格建立负载管理系统（Load Management System， LMS），为基于HLA 的仿真提供负载均衡服务，如图2-5 所示。

图2-5　负载管理系统LMS

图2-5中，LMS利用网格进行仿真应用的负载管理，由Globus进行连接认证、资源发现和任务分配，RTI仍然提供盟员之间的数据传输，其传输效率不受影响。然而，在普通的HLA分布式仿真应用中，系统消耗的主要瓶颈在于消息数量大，而单个消息处理计算量小。因此，负载管理对仿真应用的作用需要在特定的仿真应用中才能体现出优势，需要在进一步的应用实践中进行研究。

3.面向HLA仿真的网格管理系统

KatarzynaZajc等提出了面向HLA仿真的网格管理系统，为广域网上的HLA仿真提供辅助功能，如图2-6所示。

图2-6中，面向HLA仿真的网格管理系统主要是为盟员迁移而设计的，也包括仿真服务的发现、信息服务以及组建仿真联盟的工作流服务等。盟员和RTI通过标准的HLA接口进行通信，为此需要开放预先定义的端口。

（二）网格服务化的分布式仿真(www.xing528.com)

如上所述，一些学者利用网格来增强HLA标准的功能。也有一些学者致力于将HLA改造为模型驱动（Model-driven）、可组装的，甚至计划将整个仿真联盟完全网格服务化以取代HLA，作为下一代建模与仿真的标准。

图2-6　面向HLA 仿真的网格管理系统

1.HLAGrid

为了将HLA 的互操作性和重用性规则应用于网格环境构建仿真联盟，Yong Xie等提出了HLA Grid 框架，如图2-7 所示。

图2-7中，系统采用“盟员—代理—RTI”的体系结构，RTIExec和FedExec在远程资源上运行，本地运行的盟员通过支持网格的HLA接口将标准的HLA接口数据转换为网格调用，然后以网格调用的形式与远程的代理通信。HLAGrid以网格服务数据单元的形式提供RTI服务的内部数据，其他网格服务能够以pull或push的方式对此进行访问，具有平台无关性。此外，该框架还包括RTI的创建、联盟发现等服务。然而，HLAGrid的网格服务调用通信比现有的HLA通信具有更大的开销，只能用于粗粒度的仿真应用。

图2-7　HLA Grid 体系结构

2.Web-EnabledRTI

KatherineL.Morse等提出了Web-EnabledRTI体系结构。基于Web的盟员能通过基于Web的通信协议SOAP（Simple Object Access Protocol）和BEEP（BlocksExtensibleExchangeP rotocol）与DMSO/SAICRTI进行通信。

Web-EnabledRTI的短期目标是HLA盟员能通过WebServices与RTI进行通信，长期目标是盟员能在广域网上以WebServices的形式存在，并允许用户通过浏览器组建一个仿真联盟。基于Web-EnabledRTI已实现了联盟管理、对象管理、声明管理和所有极管理的所有RTI大使服务。

3.IDSim

J.B.Fitzgibbons等基于OGSI提出了IDSim分布交互仿真框架，如图2-8所示。

图2-8中，IDSim使用Globus的网格服务数据单元表示仿真状态，由IDSirn服务器负责数据分发，盟员作为客户端以pull或push的方式访问IDSim服务器获取或更新状态变化。IDSim还通过支持继承、提供定制工具的方式减少仿真任务集成和部署的复杂性。由于IDSim服务器负责管理整个联盟的状态信息、提供所有仿真相关的服务，并且各个盟员之间也通过IDSim服务器进行交互，当仿真规模较大时，IDSim服务器很可能成为系统瓶颈。

图2-8　lDSim 软件体系结构

4.可扩展的建模与仿真架构

美国国防部对可扩展的建模与仿真架构（Extensible Modeling and Simulation Framework.XMSF）给予了大力支持。XMSF的目标是建立一个基于Web技术和Webservices的新一代广域网建模与仿真标准。XMSF提倡应用对象管理组织（Object Management Group.OMG）的模型驱动架构（Model Driven Architecture，MDA）技术，来促进所开发的分布式组件的互操作性。MDA 方法保证了使用共同的方法描述组件并以一致的方法将不同组件进行组合。