探索分布仿真应用中广义时空域层级一致性
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３ １ ８
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ软件 学报 Ｖ ｏ １ ． ２ ４ ， Ｎｏ ． ２ ， Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ３
当前， 面 向服 务 仿 真 和 组 合 仿 真 已成 为 复 杂 系 统 仿 真 与分 布 仿 真 领 域 的研 究 热 点Ｅ ｌ １ ． 分 布 仿 真 应 用 （ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， 简称 ＤＳ Ａ ） 的大规 模趋势『 ２ ］ 、融合服务 的分布架 构环境ｐ 】 、模 型和服 务的动态
组 装与重用 ［ ４ ， ５ １ 等使 得仿真系统 的不确 定性 、不一致 问题更 为突 出． Ｔ Ｓ Ｃ问题是 ＤＳ Ａ 系统 中一个 经典 的、 目前 仍 具挑战性 的技术难 题『 ６ １ ． 系统力 求时空一 致， 其根 本 目的在于获得 逼真（ 可 信） 的虚拟 现实环境 及正确 的仿真结 果， 这不仅 需要 系统 内保 持一致 的时 间顺 序关系【 ， 更 需要确保模 型与服 务组件 的一致性状 态 （ 包 括组件 的实
一
致性 构想， 包括 一致性相 关定 义、 一致性 四域模 型、 一致性 时空成 熟度和 一致性层 级框 架， 全面而 系统地 阐
述了 Ｓ ＯＤＳ Ａ 中广义时空层 级一致性 的 内涵， 为 ＤＳ Ａ 时空一致性 量化评价 奠定 了基础．
பைடு நூலகம்
１ 广义 时 空一 致 性 需求 分析
面 向服 务架 构（ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ． ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ， 简称 Ｓ Ｏ Ａ） 为 ＤＳ Ａ 提供 了全 新的模 式， 当前 不乏关 于面 向服 务 的分布建 模仿真 框架（ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ． ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ Ｍ＆Ｓ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗｏ ｒ ｋ ， 简称 Ｓ Ｏ ＤＭＳ Ｆ ） 与平 台的研究【 ｌ ， ｊ ０ ０ ． Ｔ Ｓ Ｃ问 题 也是 Ｓ Ｏ ＤＭＳ Ｆ需重 点关注与解 决的基本 问题． 从上述研 究可 以看 出， Ｓ ＯＤＳ Ａ 体系 结构大致分 为支撑平 台层 、 资源层 、模 型层 、仿真服务 层、仿真 应用层和 用户层 等， 而任 何 ＤＳ Ａ都 是在 特定 的时 间和 空问 内进行 ， 可 以预 知， 分 布式仿真 系统 的设计 、开发 、运行等 各个阶段 都始 终贯穿 时空主线， 有狭义 时空 一致性要 求， 也有广义 时 空一 致 性 约束 ， 时空 不 一 致 问题 或 仿真 不 一 致 问题 遍 布 于 整个 ＤＳ Ａ 层次 结 构 ． 我们 用 一 条 时 空轴 来 描 绘 Ｓ Ｏ ＤＳ Ａ架构 下最底层 的支撑平 台ｆ 时钟） 、仿 真模型 、服务组件 到最 上层的用户 认知层 的全局广 义时空一 致性 需求， 如图 １ 所示 ． 本文所述 时空应包含 狭义和广 义两个层面 ．
现 策略 、同步交互 与防止欺 骗） 定义 了 ３个 Ｔ Ｓ Ｃ模型， 这表 明节点 的行 为亦影 响仿真时 空属性． 文献［ １ ７ ， １ ８ ］ 除了 考 虑时钟 同步 、信息传 输延迟 、推算 定位算法 精度 、实体迁 移等 因素以外， 还将人 的认知 因素考虑进 Ｄ ＶＥ ｓ时
空一致性研 究 中． 文献［ １ ９ ］ 指 出， Ｔ Ｓ Ｃ 问题 不仅包括 因果顺序 一致 、时间空 间一 致， 而 且包括虚 拟场景一 致． 从广 义 上来说， 分布 仿真系统 里的 Ｔ Ｓ Ｃ 问题还应包 括影 响系统状态 一致性和 仿真结 果正确性 的服务行 为和质量一 致 性 、模 型一致性 ［ ８ ， ２ １ 】 、数据一 致性 、认 知一致性 ［ １ ４ ， ２ ３ １ 等 内容． 上述 研究试 图从更广泛 的一致 性视角来研 究 Ｔ Ｓ Ｃ ， 但 没有将各种 因素综合考虑 ， 也只 是部分地解 决了某些 时空不一致 问题 ． 本文 通过分 析 Ｓ ＯＤ Ｓ Ａ 的广义 时空一致性 需求及其 不一致 的影响 因素， 阐述 了系统从 底层资源 、 仿真 模型 、 仿 真服 务到用户 认知 的全局 时空一致性 轴概念 ． 在此 基础上， 结合 先前学者 们 的研 究成果， 提 出了广义 时空层级
现 、接 口及描述 等） ， 甚 至人 的认 知一致【 ｍ 】 ． 但 目前的研究一般 只考虑狭义 的时 间和 空间概念 ． 学者们 在狭义 时空一致 研究方面 取得 了大 量的成 果． 典型 的时 间同步协议 与算法有 ＮＴ Ｐ协议 、 ＧＰ Ｓ同步 、 ＷＳ Ｎ、Ｆ Ｔ Ｓ Ｐ等【 “ 】 ． Ｔ Ｓ Ｃ控制技术 有本地滞 后技术 、推算定 位技术 、时间扭 曲技术 、实体迁移 技术等［ １ ０ ， １ ２ １ ． 但上 述研 究主要侧 重于具体 时钟 同步技术 和 Ｔ Ｓ Ｃ维护 技术ｌ ６ ’ ” ， ＂ ］ ， 较 少论及广义 时空一致性 问题． 大规模 分布 仿真的发展 趋势使得 单一 的 Ｔ Ｓ Ｃ 同步与控 制技术应 用受 限Ｉ １ 。 １ ， 且整个系 统的不一 致状态不 是 仅 通过 时钟 同步就 能解决 的． 状态一 致性 、感知一 致性等其 他因素 也是需要考 虑 的范 畴． 文献 ［ １ ４ 】 从 仿真对象 的 因果顺序 一致和状 态一致性 的角度研 究分布 虚拟环境（ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ， 简称 Ｄ ＶＥ ） 的一致 性 问题， 将 Ｔ Ｓ Ｃ概念模 型分成两 个层次 ： 感 知一致性和 仿真正确 性． 文 献［ １ ５ ］ 指 出， 计算 系统 的 日益复 杂化 趋势， 要求其 具 有 更高 的可信性 ， 从某 种意义上 来讲， 也是 系统一 致性 问题 的反 映． 文献 【 １ ６ 】 从 仿真节点 的行为属 性 出发 （ 包括发
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ软件 学报 Ｖ ｏ １ ． ２ ４ ， Ｎｏ ． ２ ， Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ３
当前， 面 向服 务 仿 真 和 组 合 仿 真 已成 为 复 杂 系 统 仿 真 与分 布 仿 真 领 域 的研 究 热 点Ｅ ｌ １ ． 分 布 仿 真 应 用 （ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， 简称 ＤＳ Ａ ） 的大规 模趋势『 ２ ］ 、融合服务 的分布架 构环境ｐ 】 、模 型和服 务的动态
组 装与重用 ［ ４ ， ５ １ 等使 得仿真系统 的不确 定性 、不一致 问题更 为突 出． Ｔ Ｓ Ｃ问题是 ＤＳ Ａ 系统 中一个 经典 的、 目前 仍 具挑战性 的技术难 题『 ６ １ ． 系统力 求时空一 致， 其根 本 目的在于获得 逼真（ 可 信） 的虚拟 现实环境 及正确 的仿真结 果， 这不仅 需要 系统 内保 持一致 的时 间顺 序关系【 ， 更 需要确保模 型与服 务组件 的一致性状 态 （ 包 括组件 的实
一
致性 构想， 包括 一致性相 关定 义、 一致性 四域模 型、 一致性 时空成 熟度和 一致性层 级框 架， 全面而 系统地 阐
述了 Ｓ ＯＤＳ Ａ 中广义时空层 级一致性 的 内涵， 为 ＤＳ Ａ 时空一致性 量化评价 奠定 了基础．
பைடு நூலகம்
１ 广义 时 空一 致 性 需求 分析
面 向服 务架 构（ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ． ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ， 简称 Ｓ Ｏ Ａ） 为 ＤＳ Ａ 提供 了全 新的模 式， 当前 不乏关 于面 向服 务 的分布建 模仿真 框架（ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ． ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ Ｍ＆Ｓ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗｏ ｒ ｋ ， 简称 Ｓ Ｏ ＤＭＳ Ｆ ） 与平 台的研究【 ｌ ， ｊ ０ ０ ． Ｔ Ｓ Ｃ问 题 也是 Ｓ Ｏ ＤＭＳ Ｆ需重 点关注与解 决的基本 问题． 从上述研 究可 以看 出， Ｓ ＯＤＳ Ａ 体系 结构大致分 为支撑平 台层 、 资源层 、模 型层 、仿真服务 层、仿真 应用层和 用户层 等， 而任 何 ＤＳ Ａ都 是在 特定 的时 间和 空问 内进行 ， 可 以预 知， 分 布式仿真 系统 的设计 、开发 、运行等 各个阶段 都始 终贯穿 时空主线， 有狭义 时空 一致性要 求， 也有广义 时 空一 致 性 约束 ， 时空 不 一 致 问题 或 仿真 不 一 致 问题 遍 布 于 整个 ＤＳ Ａ 层次 结 构 ． 我们 用 一 条 时 空轴 来 描 绘 Ｓ Ｏ ＤＳ Ａ架构 下最底层 的支撑平 台ｆ 时钟） 、仿 真模型 、服务组件 到最 上层的用户 认知层 的全局广 义时空一 致性 需求， 如图 １ 所示 ． 本文所述 时空应包含 狭义和广 义两个层面 ．
现 策略 、同步交互 与防止欺 骗） 定义 了 ３个 Ｔ Ｓ Ｃ模型， 这表 明节点 的行 为亦影 响仿真时 空属性． 文献［ １ ７ ， １ ８ ］ 除了 考 虑时钟 同步 、信息传 输延迟 、推算 定位算法 精度 、实体迁 移等 因素以外， 还将人 的认知 因素考虑进 Ｄ ＶＥ ｓ时
空一致性研 究 中． 文献［ １ ９ ］ 指 出， Ｔ Ｓ Ｃ 问题 不仅包括 因果顺序 一致 、时间空 间一 致， 而 且包括虚 拟场景一 致． 从广 义 上来说， 分布 仿真系统 里的 Ｔ Ｓ Ｃ 问题还应包 括影 响系统状态 一致性和 仿真结 果正确性 的服务行 为和质量一 致 性 、模 型一致性 ［ ８ ， ２ １ 】 、数据一 致性 、认 知一致性 ［ １ ４ ， ２ ３ １ 等 内容． 上述 研究试 图从更广泛 的一致 性视角来研 究 Ｔ Ｓ Ｃ ， 但 没有将各种 因素综合考虑 ， 也只 是部分地解 决了某些 时空不一致 问题 ． 本文 通过分 析 Ｓ ＯＤ Ｓ Ａ 的广义 时空一致性 需求及其 不一致 的影响 因素， 阐述 了系统从 底层资源 、 仿真 模型 、 仿 真服 务到用户 认知 的全局 时空一致性 轴概念 ． 在此 基础上， 结合 先前学者 们 的研 究成果， 提 出了广义 时空层级
现 、接 口及描述 等） ， 甚 至人 的认 知一致【 ｍ 】 ． 但 目前的研究一般 只考虑狭义 的时 间和 空间概念 ． 学者们 在狭义 时空一致 研究方面 取得 了大 量的成 果． 典型 的时 间同步协议 与算法有 ＮＴ Ｐ协议 、 ＧＰ Ｓ同步 、 ＷＳ Ｎ、Ｆ Ｔ Ｓ Ｐ等【 “ 】 ． Ｔ Ｓ Ｃ控制技术 有本地滞 后技术 、推算定 位技术 、时间扭 曲技术 、实体迁移 技术等［ １ ０ ， １ ２ １ ． 但上 述研 究主要侧 重于具体 时钟 同步技术 和 Ｔ Ｓ Ｃ维护 技术ｌ ６ ’ ” ， ＂ ］ ， 较 少论及广义 时空一致性 问题． 大规模 分布 仿真的发展 趋势使得 单一 的 Ｔ Ｓ Ｃ 同步与控 制技术应 用受 限Ｉ １ 。 １ ， 且整个系 统的不一 致状态不 是 仅 通过 时钟 同步就 能解决 的． 状态一 致性 、感知一 致性等其 他因素 也是需要考 虑 的范 畴． 文献 ［ １ ４ 】 从 仿真对象 的 因果顺序 一致和状 态一致性 的角度研 究分布 虚拟环境（ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ， 简称 Ｄ ＶＥ ） 的一致 性 问题， 将 Ｔ Ｓ Ｃ概念模 型分成两 个层次 ： 感 知一致性和 仿真正确 性． 文 献［ １ ５ ］ 指 出， 计算 系统 的 日益复 杂化 趋势， 要求其 具 有 更高 的可信性 ， 从某 种意义上 来讲， 也是 系统一 致性 问题 的反 映． 文献 【 １ ６ 】 从 仿真节点 的行为属 性 出发 （ 包括发