建模框架及仿真应用系统

复杂指挥单元
GCP
CCP: GCP: OCP: SCP: Compound Command Post General Command Post Orientation Command Post Services Command Post
OCP0
OCP1
OCP2
OCPn
SaS
SCP0
SCP1
SCPm
• 群组是指一组作战单元（对应于仿真世界中的仿真单元） ，群组的指挥节点在某一单体成员单元。群组指挥与其所 在成员的指挥职能区分。群组的指挥节点可以从一个单体 成员转移到另一单体成员。
– 角色 – 决策 – * 无躯壳、装载、设备装备
仿真单元
仿真单元 （基类）
Human(人) 仿真单元 Simulation Unit 仿真单元
... Sk
SaS
S1 S2
Main Thread
... ...
GCP S1 OCP0 S2 SCP0 ... OCP1 ... SCP1 ...
„
JCP
OCPn ... SCPm ...
...
基于双环的系统拓朴结构
Normal LAN
UI Thread UI Thread UI Thread UI Thread
CAresimApparatus
1
CAresimApparatusManager
派生类 单体
CAresimCarriage * * 1
CAresimCarraigeManager
仿真单元
• CAresimBaseUnit
– – – – – protected: CAresimBaseRole * CAresimShareSaS* CAresimMissionScheme* CAresimUnitAgent*
解决方案概述(2/2)
全局协调 线程 全局协调 线程
仿真调度 全局仲裁者 仿真单元
仲裁线程
仿真单元
„„
创建调度代理列表： 仲裁者、仿真单元
Coordinator ASEE Thread (Local Only)
创建全局 仲裁者代理
创建 仿真单元代理
创建 仿真单元代理
计算当前推进度
Arbitrator Thread (Only) SimUnit Thread (1) SimUnit Thread (2) „ „ SimUnit Thread (N)
• 面向任务决策模型 • 面向资源决策模型 • 面向目标决策模型
并行仿真驱动机制
(Drive Mechanism of Paralleled Simulation)
• 优先与挑战 • 解决方案
– 协调者 – 仲裁者
• 面临的问题
并行仿真的优势与挑战
• 优势
– 更快的执行速度； – 更大的规模和存储空间； – 更自然的面向对象方法； – 与其他分布式仿真的互操作性等
场景数据: 矢量地图、地理高程 大气环境、海洋环境等
写
读
输出消息队列
帧终点 PostFrame
End
模型公共接口调用序列分析
模型实例1 状态A 模型实例1 状态A 模型实例1 状态A 模型实例1 状态A
„„
„„
„„
„„
模型实例1 状态B S：公共接口调用序列
模型实例1 状态B S1：参数注入调用序列
帧起点 PreFrame
Start
读
时间推进 TimeAdvance 读
读
读入消息和事件 Input Messages&Events 读
输入消息队列
系统状态& 战场态势
处理消息和事件 Process Messages&Events 写 读 决策与行动 DecisionMaking&Acting 状态切换? 写 触发消息或事件 Trigger Messages&Event
建模框架及仿真应用系统
研究设计实现
Research and Design and Implementation of Military Modeling Framework and Simulation Application System
主要内容(1/2)
• PMMF模型体系与组合式建模框架
• • • •
军事语义协议示例 数据链（Data Link） 雷达设备状态迁移过程仿真 态势共享误差与延时
军事语义协议
Value AEnM_ComEngTar AEnM_ComAbrTar AEnM_InsTrkTar AEnM_InsTrkChg Semantic Description Command the subordinates attempt to engage the target Command the subordiantes abort to engage the target Instruct the subordiantes the Track of target Instruct the subordiantes the change of the track of target 语义 命令与目标作战 命令放弃与目标作战 指示目标轨迹 指示更改目标轨迹
– 其它
装备(设备)模型
（Apparatus of Equipments and Devices）
• • • • •
武器系统 通信设备 干扰器 传感器 数据处理器
角色与关系
（Roles and Relation）
– 作战单元形成相对固定的隶属关系和指挥关系。如航 母编队与单舰，飞机编队与单机。每个作战单元在指 挥关系网络中，具有相对固定的上下级。角色模型主 要作战单元在描述指挥关系网络中的作用与功能，包 括上下级关系通指关系。
CCP
复 杂 指 挥 单 元 描 述 机 制
指挥部逻辑表示
δint
SaS
Xb Output Input Trigger Yb
δext
S1 S2 Sk
λ0
Xb
δ1 δ2 δk
S1
λ1 λ2 λk Ta
R
Yb
Xb
S2
Yb
Xb
Sk
Yb
线程及数据对象关系
图例
CreateThread CopyOnWrite
模型实例1 状态B S2：参数提取调用序列
模型实例1 状态B S3：无参数调用序列
输入集窥视与顶替
模型实例 Object Instance
(1)正常状态 (S0,S1)=(0,1)
(0X)
×
窥视者/顶替者 Prier/Imposter
External Environment 外部环境
模型实例 Object Instance
• 以人员训练为主 • Training， Exercise
–分析仿真
• 以武器装备体系效能评估、战争问题研究、作战方 案分析评估等为主
研究与应用背景
我国军事仿真面临的主要问题
• 仿真平台及仿真技术的滞后，我国军事仿 真面临如下问题：
– 系统规模上不去 – 模型精度难以提高 – 难以在可接受的时间内获得可信的结果 – 甚至导致一些大计算量的仿真无法实现 – …… – 严重阻碍了仿真应用的发展
• 挑战
– 事件间因果关系的约束关系难于保持
– 需要特殊的机制来在不同的处理器间保持同步 – 操作灵活、透明.
解决方案概述(1/2)
• ASEE进程内部有至少一个协调者线程（主线 程），一个仲裁者线程，多个单元自推线程。 其中，仲裁者线程与单元自推线程具有相对独 立的仿真时钟，而协调者线程负责进程的全局 时间。 • ASEE内部的协调机制：仲裁线程和单元自推 线程相对独立的进行时间推进，推进之后进入 等待。调度线程根据各线程代理的参数计算当 前推进度，实施推进准许，对“挂起”的线程 实施调度。
模型实例 Object Instance
(2)窥视状态 (S0,S1)=(1,0)
(10)
窥视者/顶替者 Prier/Imposter
(11)
(3)顶替状态 (S0,S1)=(1,1)
External Environment 外部环境
External Environment 外部环境
×
规则限制与扩展
• 指挥角色 • 执行单元 • 双重角色单元
认知与决策
(Brain: Cognition and Decision-Making)
• 决策与认知过程遵循OODA流程，从装备模型所获得的初始态势信息 ，通过情报分析与编辑、目标及威胁判断、目标分配与行动规划之后 ，将生成相应的目标分配方案和规划控制方案，这些过程中数据结构 的约定已然影响着相关模型的功能设计与实现。 • 任务功能
– 基本模型 – 组合规范
• 并行仿真驱动机制
– 仿真调度 – 全局仲裁 – 单元自推
• 可校核仿真模型
– 仿真模型监视 – 仿真过Biblioteka Baidu复现
主要内容(2/2）
• 复杂指挥单元（结构）建模 • 基于真实感知态势的仿真 • 任务与行动
研究与应用背景
• 目前国内外军事仿真从应用领域上大致可 分为两类：
–训练仿真
• 伪随机规则 • has-a规则
• 全局变量全局函数规则
复杂指挥单元
• • • • 基本特点 流程分析 逻辑描述 仿真方法
– 数据结构 – 线程关系 – 人在回路
复杂指挥单元
• 复杂指挥单元即联合指挥部（JCP/CCP， Joint/Compound Command Post）由总指挥（GCP ，General Command Post）、方向指挥所（OCP， Orientation Command Post）、军兵种指挥所（SCP ，Services arm Command Post ）构成。 • GCP主要通过GCPOCPSCP向外实施指挥，也 可以GCP SCP直接实施指挥，或直接对下属次级 指挥部和执行单位实施指挥。
CAresimGroupUnit
Brain 认知及决策 Role 角色及关系 Body 躯壳及运动 Apparatus 装备与设备 Carriage 装载及搭载
CAresimBrain 1 CAresimBaseUnit 1 CAresimRole *
派生类 群组
CAresimBody
* *
1
AresimSingleUnit
// “躯体”(唯一) // 设备管理器 // 装载管理器
protected:
CAresimBaseBody * m_pBody; CAresimApparatusManager m_mngrApparatus; CAresimCarriageManager m_mngrCarriage;
• CAresimGroupUnit
• • • • •
FSM模型 模型外部接口 模型调用序列 模型接口窥视与顶替 局限与扩展
FSM模型实例
B A
C1
C2 C1：巡航飞行 C2：发射导弹 C3：跟踪目标 C4：锁定目标
C1
C
F
A：甲板待命 B：起飞中 C：空中状态 D：降落中 F：甲板撤收 F：机库待命
C3
D E
模 型 外 部 接 口
模型体系与建模框架
• • • • • 仿真单元 装备（设备）模型 运动（动力学）模型 角色（关系）模型 认知（决策）模型
仿真单元
• 单体仿真单元是指具有独立行动、决策能力的军事单元。 它可以作为群组仿真单元的组成部分。它一般由如下模型 组成：
– – – – – 躯壳 角色 决策 装备、设备 装载、搭载
SingleUnit或派生类 AresimExpand .dll
m_pRole; m_pSaS; m_pMission; m_pAgent; //“角色”(唯一) //“态势”与“状态”(唯一) // 作战计划（任务） // 线程代理 .mcf文件
• CAresimSingleUnit
–
– – –
仿真单元 元对象
AEnM_InsTrkVec
Instruct the subordiantes the track of vectors of traget
指示目标位置
AEnM_RepWilCan
Report to commander unit that will（can） comply the command
Federate Federate（JCP ） ... ... ... Federate （JCP ） Federate （JCP ） (Executive ...
Unit
)
HLA/RTI High Speed LAN
基于真实感知态势的仿真
（ C3I要素建模，Modeling C3I Elements）
仿真解算: 全局仲裁
仿真解算： 单元推进
仿真解算： 单元推进
推进准许： 恢复请求者执行
请求推进,休眠 等待推进准许
请求推进,休眠 等待推进准许
请求推进,休眠 等待推进准许
仲裁线程
调度者销毁
调度者销毁
调度者销毁
调度者销毁
面临的问题
• 仿真线程负载平衡机制 • 仿真单元（负载）迁移
可校核仿真模型
(模型与仿真可信度)