网络环境下的仿真数据库设计与实现

文章编号:1004-485X (2003)03-0027-03收稿日期:2003-05-10基金项目:国防兵器/950预研项目(G9614-2)作者简介:何 巍,女(1978)),助教,主要从事计算机仿真的研究工作。

网络环境下的仿真数据库设计与实现何 巍 杨华民 徐 晶(长春理工大学计算机科学技术学院,吉林长春130022)摘 要:本文介绍了网络环境下兵器光电仿真数据库的总体设计与实现。

给出了仿真数据库的规划、结构、分类、网络系统配置以及相应的实现过程。

关键字:仿真;分布式数据库中图分类号:T P39 文献标识码:A兵器光电仿真系统由红外目标/场景产生子系统,探测/跟踪模拟子系统,运动模拟平台,仿真分析/评估子系统,仿真控制与形象化显示子系统构成。

这些子系统通过计算机网络连接起来,使用T CP/IP 协议实现异构系统的通讯,通过仿真节点的实时数据交换构成时空一致分布交互的仿真环境。

这是目前称之为分布式交互仿真(DIS)的一种先进的仿真技术应用。

仿真过程需要的大量数据、系统参数、模型、模型结构参数和规则等都离不开数据库的统筹管理,运行时需要有仿真数据库支持。

根据仿真过程需要,其仿真数据库要能够支持对分布式存储数据的实时存取要求以及实现智能仿真技术。

由于该仿真系统的每一个仿真节点分别模拟了分布在不同位置、不同功能结构特征的仿真对象,而且,涉及到多平台、不同形式和种类的数据,因此仿真过程中大量的系统参数、模型、模型结构参数和规则,都必须使用分布式数据库技术来管理、进行高速的数据检索和动态存储修改,来支持仿真环境的动态维护与仿真环境之间的相互作用。

1 数据库内容需要数据库支持的仿真系统分别由视频目标生成、干扰/背景生成、场景编辑平台、转台运动控制计算机、仿真评估和主控及结果显示等子系统组成。

目标生成和干扰/背景生成子系统,包括目标模型程序及数据、图形/图像、环境特征、大气传输衰减数据等,几种数据相结合形成目标,环境提供给其它子系统,环境数据一般是系统固定录入,实时引用,仅部分混合特性是动态可变的。

转台运动控制、探测与跟踪子系统,包含运动时所需的动力学结构性能和探测/跟踪过程参数(如:红外场景及典型目标红外辐射分布模型参数、光电系统图像传递模型参数、信号失真与叠加噪声模型参数、相关跟踪/对比跟踪模型参数等)。

仿真评估子系统,包含数字仿真及对仿真结果评价所需一系列数据,主要由两类数据构成。

一类是光电系统参数与性能数据,目标背景补充数据。

另一类是数字仿真及对仿真结果评价建立的数学模型参数,特别是采用智能建模技术建模所形成的大量模型结构参数。

上述所有的数据由系统固有不变的数据和实时产生的随机动态变量组成,在数据库中存储,被全系统或局部子系统所调用。

2 数据库结构系统的仿真数据可概括地分为各仿真子系统的专用数据和系统公共数据,从网络数据库的规模和系统管理的角度,重要的是减少对数据库的过多访问而带来的通讯过载,以满足必要的实时性要求。

基于这一点,建立分布式数据库系统的专用数据库(即本地数据库)主要存储各节点的专用数据,如各节点的仿真环境信息,设备参数,录取数据等;公用数据库(全局数据库)主要存储一些公用可被全系统访问的系统参数、各类建模资源,如使用场第26卷第3期长春理工大学学报Vol 126N o 132003年9月Journal of Changchun University of Science and T echnologySep.2003景数据、地理信息数据等。

各个子系统分别建立各自的本地硬盘数据库,存放相应的专用数据及各终端程序,并且存于本地硬盘的不同目录以免操作造成丢失或混乱,便于管理;公共数据库放在作为网络服务器的计算机上,用来存储共用的数据和资源,便于资源共享。

图1 兵器光电防真数据库结构如图1所示的兵器光电仿真系统数据库利用客户机/服务器模式,整个兵器光电仿真数据库分布于各个局部数据库中。

一个或多个服务器运行于每一区域,任意多个客户机运行在地理上分布式的本地节点上。

每个局域数据库都包含物理数据和相关的元数据。

区域数据库又提供服务的一组工具支持,包括:数据库管理、安全、目录管理、数据字典管理、版本控制、项目控制、数据建模和维护等等。

用于提供集成用户支持环境,在开放系统结构(OSA)中提供一组公有的集成软件工具。

3 数据库设计及分类在数据库的设计中,涉及到数据设备、表空间、表、完整性约束、表关系、视图、数据库存储过程、数据库触发器和缺省值等的数据库定义,是整个开发过程的核心部分,所谓数据库定义是对数据库中所有对象的定义,一个已定义完好的数据库应能确保数据的一致性及完整性,不同对象的定义,还应有一定的良好的数据维护,以确保定期的数据更新备份。

因而,数据库管理系统的一致性和并行性保证,是衡量仿真数据库的最基本也是最重要的指标之一。

仿真数据要求绝对准确,具有严格的逻辑顺序,子系统进行各自的独立处理和系统综合处理,系统间有各种形式的联系。

为充分保证数据的一致性及完整性,对专用数据库而言,运行过程中只有各仿真节点具有操作许可,也就是说专用数据库之间并不进行直接的数据操作,仿真节点只对公用数据库有一定方式的操作,并通过使用记录和表格锁定函数、命令,以及网络地址路径,实现网络数据访问,防止网络共享冲突,保证数据的安全性。

在具体实现数据库功能时,基于以上原则,还要进行面向对象模型到数据库关系模型的转化,以便用关系型数据库来实现。

对应转化关系如:面向对象模型y 关系模型;属性y 字段;类y 关系元组;继承y 视图;消息y 过程(函数)。

虽然以目前的技术能力很难完全把对象模型按数据和操作封装的模式实现,最终的实现模式是建立在以稳定对象(数据)为中心的基础上,以易于维护修改。

兵器光电仿真数据库分类1)光电系统、器件参数与性能数据库。

目前共整理、筛选、收录了光电系统12大类420个系统数据,光学镜头15大类2070个镜头数据,光学28长春理工大学学报2003年材料覆盖国内外最主要十大厂商的无色光学玻璃1200多种,特殊光学材料300种,光电元器件:CCD7大类90余个,CMOS 图像传感器4种,LED21种,光电二级管40多种,电子战装备典型系统510条。

2)目标和背景数据库。

运用三维动画技术、多媒体技术,针对典型外军导弹,保存三维动画造型、着色及飞行轨迹坐标数据。

3)武器数据库,包含当今国外运动兵器目标静态图片、性能数据300余个。

4 数据库网络系统配置硬件系统和软件工具的选择是系统信息集成的物质基础,其质量和先进性决定了信息管理系统的生存周期和生存空间。

目前,客户/服务器为网络主流模式,服务器操作系统选择为Window s NT,基于网络环境运行的数据库管理系统选择为SQL_Server,网络拓扑结构要求为总线型。

5 系统实现开发过程中,通过系统模型、功能模型、数据模型的建立逐步完善形成系统结构,实现系统功能。

系统模型代表在仿真系统中的职能和作用,是用职能域-控制过程-运行活动这样的层次结构描述的,遵循以下原则:完全性,系统模型包括系统的各个职能,并且反映系统的目标和将来的变化;长远性,系统职能域和控制过程的确定,独立于当前的数据库组织结构,组织可能会变化,但主要的功能、控制过程则一般是保持不变的;合理性,反复进行自上而下的分析设计,自下而上的复查调整,充分了解分析各子系统的数据信息结构传输特点以及功能特性,建立比较合理的系统模型。

在考虑系统的模块结构时,采用了自顶向下,逐步细化的结构化设计方法。

首先按照系统的功能要求和逻辑关系形成系统的总体模块,然后逐步求精、细化。

对每一个功能模块分解至单一独立的功能,形成完整的系统结构。

最后,再从工作、数据流程及系统的完整性、合理性和使用性等方面进行检验、修改、完善。

如此反复,建立了较为实用合理的数据库系统,能够满足仿真任务要求。

0数据源0是ODBC,实现数据库控制的注册数据对象,反映了数据库位置和数据库类型等连接信息。

仿真系统信息的收集、传输、加工、保存、维护和使用离不开数据库,系统通过对数据库的操作,完成对数据信息的控制需求。

通过Delphi 编程实现DIS 仿真系统可以即时保存、提取数据,与数据库系统进行信息交互,从仿真系统的人机界面实施对数据库系统的控制、命令操作;另一方面,根据仿真任务要求和结构特点,同时每一个仿真节点建立了数据库系统界面,按照数据库信息管理系统的规则实施对数据库的控制操作,进行如查询、数据删改、装填、打印等操作,完成数据库最必要的工作,而且在数据库中进行系统固定参数配置、程序算法保存等诸如此类的功能,必须通过数据库界面进行,才能为用户所接受。

通过数据库界面系统完成了仿真系统运行前后的信息查询和数据处理准备工作,增加了系统的灵活性和完善性。

参 考 文 献[1]Standard for Di stributed I nteract ive Simulation [S ].DM ST T IAC,1995[2]姚新宇,黄柯棣.DIS 仿真世界数据库(SW DB)的原型设计与实现,系统仿真学报,1999,11(3)Simulation Database Design and Realization in Network EnvironmentH E Wei,Yang H uamin,X U Jing(T he I nstitute of Comp uter Science and T echnology ,Changchun University of Science and T echnology ,Changchun 130022,China)Abstract:This paper introduces the overall design and implementation of w eaponry photoelectric simulation database.It gives the database planning ,structure,classification,network configuration and corresponding rea-l ization.Key words:Simulation;Distributed database29第3期何 巍等:网络环境下的仿真数据库设计与实现。