Jump to content

Протокол моделирования совокупного уровня

Протокол моделирования агрегированного уровня (ALSP) — это протокол и вспомогательное программное обеспечение, которые позволяют моделированиям взаимодействовать друг с другом. Замененная архитектурой высокого уровня (моделирование) (HLA) , она использовалась военными США для связи аналитического и учебного моделирования.

В состав АЛСП входят:

  1. Программное обеспечение инфраструктуры ALSP (AIS), обеспечивающее поддержку и управление распределенным моделированием во время выполнения;
  2. Многоразовый интерфейс ALSP, состоящий из общих протоколов сообщений обмена данными; и
  3. Участвующие симуляции адаптированы для использования с ALSP.

В 1990 году Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов ) наняло MITRE ( DARPA корпорацию для изучения применения принципов распределенного интерактивного моделирования, используемых в SIMNET, для моделирования конструктивного обучения на совокупном уровне. На основе усилий по созданию прототипа в 1991 году на уровне сообщества был проведен эксперимент с целью расширения SIMNET для связи моделирования боя корпуса армии США (CBS) ВВС США и моделирования воздушной войны (AWSIM) . Успех прототипа и признание пользователями ценности этой технологии для обучающего сообщества привели к разработке производственного программного обеспечения. Первая конфедерация ALSP, обеспечивающая взаимодействие «воздух-земля» между CBS и AWSIM, поддержала три крупных учения в 1992 году.

К 1995 году ALSP перешла на мультисервисную программу с моделированием, представляющим армию США (CBS), ВВС США (AWSIM), ВМС США ( RESA ), Корпус морской пехоты США ( MTWS ), средства радиоэлектронной борьбы ( JECEWSI ). , логистика ( CSSTSS ) и разведка ( TACSIM ). Программа также перешла от исследований и разработок DARPA к основному управлению со стороны Исполнительного управления программы моделирования, обучения и приборостроения армии США ( PEO STRI ).

ALSP разработал и продемонстрировал ключевые аспекты распределенного моделирования, многие из которых были применены при разработке HLA.

  • Нет центрального узла, чтобы симуляции могли присоединяться к конфедерации и выходить из нее по своему желанию.
  • Географическое распределение, при котором тренажеры могут быть расположены в разных географических точках, но при этом тренироваться в одной и той же моделируемой среде.
  • Владение объектом, поэтому каждая симуляция контролирует свои собственные ресурсы, стреляет из собственного оружия и определяет соответствующий ущерб своим системам при обстреле.
  • Протокол на основе сообщений для распространения информации от одного моделирования ко всем другим моделированиям.
  • Управление временем таким образом, чтобы время для всех симуляций было одинаковым для пользователей и чтобы сохранялась причинно-следственная связь событий: события должны происходить в одной и той же последовательности во всех симуляциях.
  • Управление данными позволяет всем симуляциям обмениваться информацией в общепонятной форме, даже если каждое из них имеет собственное представление данных. Это включает в себя несколько симуляций, контролирующих атрибуты одного и того же объекта.
  • Архитектура, которая позволяет симуляциям продолжать использовать существующие архитектуры, участвуя в конфедерации ALSP.

Мотивация

[ редактировать ]

В 1989 году в Центре подготовки воинов (WPC) в Айнзидлерхофе, Германия, прошли компьютеризированные военные учения ACE-89. Агентство передовых оборонных исследовательских проектов ( DARPA ) использовало ACE-89 в качестве возможности внедрения технологий, профинансировав развертывание Интернета для оборонного моделирования (DSI). Пакетная видеоконференция впервые позволила генеральным офицерам стран НАТО встретиться лицом к лицу во время военных учений; это было хорошо принято. Но программное обеспечение DSI, распространяющее симуляторы наземной войны (GRWSIM), оказалось менее успешным. Моделирование GRWSIM было ненадежным, а его распределенная база данных была непоследовательной, что снижало эффективность учений.

DARPA финансировало разработку распределенной системы обучения танков под названием SIMNET, в которой отдельные компьютеризированные инструкторы танковых экипажей были связаны через локальные сети и DSI для совместной работы на едином виртуальном поле боя. Успех SIMNET, разочарование ACE-89 и желание объединить существующие боевые симуляции побудили DARPA начать исследования, которые привели к ALSP.

Основные принципы

[ редактировать ]

DARPA спонсировало разработку общего интерфейса между крупными существующими боевыми симуляторами совокупного уровня. В симуляциях боя на совокупном уровне используются ланчестрианские модели боя, а не отдельные модели физического оружия, и они обычно используются для обучения высокого уровня. Несмотря на различия в представлении, несколько принципов SIMNET применимы к моделированию на совокупном уровне:

  • Динамическая настройка. Моделирование может присоединяться к упражнению и выходить из него без ограничений.
  • Географическое распространение. Моделирование может находиться в разных географических местах, но работать на одной и той же логической территории.
  • Автономные субъекты. Каждая симуляция контролирует свои собственные ресурсы, стреляет из собственного оружия и при попадании в один из ее объектов локально проводит оценку ущерба.
  • Общение посредством передачи сообщений. В симуляции используется протокол передачи сообщений, который распределяет информацию по всем остальным симуляциям.

Задача ALSP предъявляла требования, выходящие за рамки требований SIMNET:

  • Управление временем моделирования. Обычно время моделирования не зависит от времени настенных часов. Чтобы результаты распределенного моделирования были «правильными», время должно быть одинаковым для всех симуляций. [1]
  • Управление данными. Схемы представления внутреннего состояния различаются в существующих симуляциях, что требует общей системы представления и сопутствующих механизмов отображения и контроля.
  • Независимость архитектуры. Архитектурные характеристики (язык реализации, пользовательский интерфейс и механизм потока времени) существующих симуляций различались. Архитектура, подразумеваемая ALSP, должна быть ненавязчивой для существующих архитектур.

Концептуальная основа

[ редактировать ]

Концептуальная основа — это организующая структура концепций, которая облегчает разработку имитационной модели. [2] Общие концептуальные основы включают в себя: планирование событий, сканирование активности и взаимодействие процессов.

Концептуальная основа ALSP основана на объектах, где модель состоит из объектов, которые характеризуются атрибутами, которым присваиваются значения. Классы объектов организованы иерархически так же, как и в объектно-ориентированных языках программирования. ALSP поддерживает конфедерацию симуляций, которые координируются с использованием общей модели.

Для разработки механизма, который позволяет существующим симуляциям взаимодействовать, возможны две стратегии: (1) определить инфраструктуру, которая преобразует представления в каждой симуляции, или (2) определить общую схему представления и потребовать, чтобы все симуляции отображались в этой схеме.

Первая стратегия требует небольших изменений в существующих симуляциях; взаимодействие осуществляется полностью через инфраструктуру межсетевых связей. Однако это решение плохо масштабируется. Из-за основного требования к масштабируемости в конструкции ALSP была принята вторая стратегия. ALSP предписывает, чтобы каждая симуляция отображала репрезентативную схему конфедерации и ее собственную репрезентативную схему. Это сопоставление представляет собой один из трех способов изменения симуляции для участия в конфедерации ALSP. Остальные модификации:

  • Признание того, что симуляция не владеет всеми объектами, которые она воспринимает.
  • Изменение внутреннего механизма моделирования во времени, чтобы он работал совместно с другими симуляциями внутри конфедерации.

В автономных симуляциях объекты возникают (и исчезают) с течением времени симуляции, и расположение этих объектов является исключительно компетенцией симуляции. При действиях внутри конфедерации отношения симуляции и объекта усложняются.

Свойство владения объектом моделирования является динамическим, т.е. в течение своего существования объект может принадлежать более чем одному моделированию. Фактически, при любом значении времени моделирования несколько моделей могут иметь разные атрибуты данного объекта. По соглашению, симуляция владеет объектом, если она владеет «идентифицирующим» атрибутом объекта. Владение атрибутом объекта означает, что моделирование отвечает за расчет и сообщение об изменениях значения атрибута. Объекты, не принадлежащие конкретной симуляции, но находящиеся в зоне восприятия симуляции, называются призраками. Призраки — это локальные копии объектов, принадлежащих другим симуляциям.

Когда симуляция создает объект, она сообщает об этом факте конфедерации, чтобы другие симуляции могли создавать призраков. Аналогично, когда симуляция удаляет объект, она сообщает об этом факте, чтобы включить удаление призраков. Всякий раз, когда симуляция совершает действие между одним из своих объектов и призраком, симуляция должна сообщить об этом конфедерации. На языке ALSP это взаимодействие. Эти фундаментальные концепции составляют основу для остальной части презентации. Термин «модель конфедерации» описывает иерархию объектов, атрибуты и взаимодействия, поддерживаемые конфедерацией.

Программное обеспечение инфраструктуры ALSP (AIS)

[ редактировать ]

Объектно-ориентированная концептуальная структура, принятая ALSP, определяет классы информации, которая должна распространяться. Программное обеспечение инфраструктуры ALSP (AIS) обеспечивает распределение данных и координацию процессов. Основными компонентами AIS являются общий модуль ALSP (ACM) и эмулятор вещания ALSP (ABE).

Общий модуль ALSP (ACM)

[ редактировать ]

Общий модуль ALSP (ACM) обеспечивает общий интерфейс для всех моделей моделирования и содержит основные функции для ALSP. Для каждой симуляции в конфедерации существует один экземпляр ACM. Службы ACM требуют управления временем и объектами; они включают в себя:

  • Координируйте симуляции присоединения и выхода из конфедерации.
  • Координируйте местное время моделирования со временем конфедерации.
  • Фильтруйте входящие сообщения, чтобы симуляции получали только интересующие сообщения.
  • Координируйте владение атрибутами объекта и разрешайте миграцию владения.
  • Обеспечьте владение атрибутами, чтобы моделирование сообщало значения только для атрибутов, которыми они владеют.

Тайм-менеджмент

[ редактировать ]

Присоединение к конфедерации и выход из нее является неотъемлемой частью процесса управления временем. Когда симуляция присоединяется к конфедерации, все остальные ACM в конфедерации создают очереди входных сообщений для новой симуляции. И наоборот, когда симуляция покидает конфедерацию, другие ACM удаляют очереди входных сообщений для этой симуляции.

Средства управления временем ALSP поддерживают моделирование дискретных событий с использованием либо асинхронных (следующее событие), либо синхронных (шаговых по времени) механизмов опережения времени. [3] Механизм поддержки моделирования следующих событий:

  1. Моделирование отправляет сообщение с запросом события в свой ACM с параметром времени, соответствующим времени моделирования T (время следующего локального события).
  2. Если у ACM есть сообщения для моделирования с временными метками старше или такими же, как T, ACM отправляет самое старое из них в моделирование. Если все сообщения имеют временные метки новее, чем T, ACM отправляет симуляции авансовый грант, давая ей разрешение на обработку локального события во время T.
  3. Моделирование отправляет любые сообщения, возникающие в результате события, в свой ACM.
  4. Моделирование повторяется с шага (1).

Механизм поддержки поэтапного моделирования:

  1. Моделирование обрабатывает все события за некоторый интервал времени. .
  2. Моделирование отправляет предварительный запрос в свой ACM на время. .
  3. ACM отправляет все сообщения с отметками времени в указанном интервале. к моделированию с последующим грантом-авансом до T+?T.
  4. Моделирование отправляет любые сообщения за интервал в АКМ.
  5. Моделирование повторяется с шага (1).

AIS включает в себя механизм предотвращения взаимоблокировок с использованием нулевых сообщений. Этот механизм требует, чтобы процессы имели пригодные для использования характеристики прогнозирования .

Управление объектами

[ редактировать ]

ACM управляет базой данных атрибутов и информацией о фильтрах. База данных атрибутов хранит объекты, известные моделированию (собственные или фантомные), а также атрибуты тех объектов, которыми в данный момент владеет моделирование. Атрибуты любого класса объектов могут быть членами

  • Создать набор. Атрибуты, минимально необходимые для представления объекта
  • Набор процентов. Полезная, но не обязательная информация
  • Обновление набора. Значения атрибутов объекта, сообщаемые симуляцией в конфедерацию.

Поток информации по сети можно дополнительно ограничить с помощью фильтров. Фильтрация обеспечивает различение по (1) классу объекта, (2) значению или диапазону атрибута и (3) географическому местоположению. Фильтры также определяют взаимодействия, относящиеся к моделированию.

If (an update passes all filter criteria)
|  If (the object is known to the simulation)
|  |  Send new attribute values to simulation
|  Else (object is unknown)
|  |  If (enough information is present to create a ghost)
|  |  |  Send a create message to the simulation
|  |  Else (not enough information is known)
|  |  |  Store information provided
|  |  |  Send a request to the confederation for missing data
Else (the update fails filter criteria)
|  If (the object is known to the simulation)
|  |  Send a delete message to the simulation
|  Else 
|  | Discard the update data

Информация о владении и фильтрации, поддерживаемая ACM, предоставляет информацию, необходимую для координации передачи владения атрибутом между моделями.

Эмулятор вещания ALSP (ABE)

[ редактировать ]

Эмулятор вещания ALSP (ABE) облегчает распространение информации ALSP. Он получает сообщение по одному из своих каналов связи и повторно передает сообщение по всем остальным каналам связи. Это позволяет использовать конфигурации, в которых все компоненты ALSP являются локальными по отношению друг к другу (на одном компьютере или в локальной сети). Это также допускает конфигурации, в которых наборы ACM взаимодействуют со своим собственным локальным ABE с помощью связи между ABE через глобальные сети.

Схема связи

[ редактировать ]

Схема связи ALSP состоит из (1) модели межкомпонентной связи, которая определяет интерфейс транспортного уровня, соединяющий компоненты ALSP, (2) многоуровневого протокола для связи между симуляциями, управления объектами и управления временем, (3) схему фильтрации сообщений для определения информации, представляющей интерес для моделирования, и (4) механизм интеллектуального распределения сообщений.

Модель межкомпонентных коммуникаций

[ редактировать ]

AIS использует модель связи с постоянным соединением. [4] обеспечить межкомпонентную связь. Интерфейс транспортного уровня, используемый для обеспечения межкомпонентной связи, был продиктован требованиями моделирования и интерфейсами транспортного уровня в операционных системах, поддерживающих AIS: локальные платформы VMS использовали общие почтовые ящики; нелокальные платформы VMS использовали либо Transparent DECnet, либо TCP/IP; и UNIX-подобные платформы используют TCP/IP.

Протокол ALSP

[ редактировать ]

Протокол ALSP основан на наборе ортогональных задач, которые составляют проблемное пространство ALSP: связь между симуляциями, управление объектами и управление временем. Эти проблемы решаются с помощью многоуровневого протокола, на вершине которого находится протокол моделирования с базовыми протоколами моделирования/ACM, управления объектами, управления временем и протоколами распределения событий.

Протокол моделирования

[ редактировать ]

Протокол моделирования является основным уровнем протокола ALSP. Он состоит из четырех типов сообщений:

  • Обновлять. Объекты в ALSP определяются уникальным идентификационным номером, классом и набором атрибутов, связанных с классом. Когда моделирование изменяет состояние своих объектов, оно отправляет сообщения обновления в ACM, которые предоставляют начальные или измененные значения атрибутов. Затем ACM распространяет информацию через AIS среди других моделей моделирования, которые проявили интерес.
  • Взаимодействие. Взаимодействия между объектами идентифицируются по виду. Виды взаимодействия описываются параметрами, так же как объекты описываются атрибутами. Когда объект моделирования затрагивает либо объект другого моделирования, либо географическую область, моделирование отправляет сообщение о взаимодействии в ACM для дальнейшего распространения среди других заинтересованных моделирования.
  • Обновить запрос. Моделирование может запросить обновление набора значений атрибутов для любого объекта или класса объектов, отправив сообщение с запросом на обновление в конфедерацию.
  • Удалить. Когда симуляция приводит к прекращению существования одного из своих объектов, симуляция отправляет сообщение об удалении, чтобы сообщить об этом другим симуляциям.

Протокол моделирования является текстовым. Он определяется контекстно-свободной грамматикой LALR (1). Семантика протокола зависит от конфедерации, где набор классов, атрибуты классов, взаимодействия и параметры взаимодействия являются переменными. Следовательно, синтаксическое представление протокола моделирования может быть определено без предварительного знания семантики объектов и взаимодействий какой-либо конкретной конфедерации.

Протокол подключения моделирования/ACM

[ редактировать ]

Протокол соединения симуляции/ACM предоставляет услуги по управлению соединением между симуляцией и ее ACM, а также метод обмена информацией между симуляцией и ее ACM. Распределением сообщений протокола моделирования управляют два сервиса: события и отправки. Сообщения о событиях имеют отметку времени и доставляются во временном порядке. Диспетчерские сообщения доставляются в кратчайшие сроки, независимо от времени моделирования. Дополнительные сообщения протокола предоставляют информацию о состоянии соединения, регистрации фильтра, управлении блокировкой атрибутов, управлении сохранением конфедерации, управлении ресурсами объекта и услугах контроля времени.

Протокол управления объектами

[ редактировать ]

Протокол управления объектами — это протокол однорангового уровня, который находится ниже протокола моделирования и предоставляет услуги управления объектами. ACM используют его исключительно для создания, получения, выпуска и проверки атрибутов объекта (согласованности распределенной базы данных объектов). Эти службы позволяют AIS управлять владением распределенными объектами.

Распределенное владение объектами предполагает, что ни одна симуляция не должна владеть всеми объектами в конфедерации, но многие симуляции требуют знания некоторых объектов. Симуляция использует сообщения обновления протокола симуляции для обнаружения объектов, принадлежащих другим симуляциям. Если эта симуляция заинтересована в объектах, она может создавать их призраки (отслеживать их местоположение и состояние) и моделировать взаимодействия с ними со стороны принадлежащих им объектов.

Блокировки реализуют владение атрибутом. Основная функция протокола управления объектами — гарантировать, что моделирование обновляет только те атрибуты, для которых получена блокировка. Диспетчер объектов в ACM управляет объектами и атрибутами принадлежащих и фантомных объектов, известных ACM. Службы, предоставляемые протоколом моделирования/ACM, используются моделированием для взаимодействия с механизмом блокировки атрибутов ACM. Для координации статуса, запроса, получения и выпуска атрибутов объекта между ACM используется протокол управления объектами. Каждый атрибут каждого объекта, известный данному ACM, имеет статус, который принимает одно из трех значений:

  • Заблокировано. Моделирование управляет атрибутом и может обновлять значение атрибута. Симуляция «владеет» атрибутом, если этот атрибут заблокирован. Моделирование «владеет» объектом, если его атрибут id заблокирован.
  • Разблокировано. В настоящее время ни одна симуляция не контролирует этот атрибут. Любая симуляция, требующая контроля, получает контроль.
  • Ушел. Состояние контроля сохраняется в других частях конфедерации.

С точки зрения ACM, объекты возникают в результате процесса регистрации, выполняемого его симуляцией, или посредством открытия объектов, зарегистрированных другими симуляциями. Блокировки атрибутов начального состояния для зарегистрированных объектов и обнаруженных объектов следующие:

  • Регистрация объекта переводит каждую пару объект-атрибут в заблокированное состояние. При моделировании дополнительно может быть указано, что атрибуты должны находиться в разблокированном состоянии.
  • Обнаружение объектов добавляет объект в базу данных объектов как фантомный объект. Все атрибуты этого объекта имеют статус «Исчезло».

Протокол управления временем

[ редактировать ]

Протокол управления временем также является протоколом однорангового уровня, который находится ниже протокола моделирования. Он предоставляет услуги управления временем для синхронизации времени моделирования между ACM. Протокол предоставляет услуги для распределенной координации входа симуляции в конфедерацию, прогресса во времени и сохранения конфедерации.

Службы присоединения/отключения и механизмы синхронизации времени описаны в разделе ранее. Механизм сохранения обеспечивает отказоустойчивость. Координация необходима для создания согласованного снимка всех ACM, трансляторов и моделирования для определенного значения времени моделирования.

Фильтрация сообщений

[ редактировать ]

ACM использует имитационную фильтрацию сообщений для оценки содержимого сообщения, полученного от конфедерации. ACM доставляет в свою модель сообщения, которые представляют интерес, проходит критерии фильтрации и отбрасывает те, которые не представляют интереса. ACM фильтрует два типа сообщений: сообщения обновления и сообщения взаимодействия.

Обновить сообщения. ACM оценивает сообщения обновления на основе критериев фильтрации сообщений обновления, которые обеспечивает моделирование. Как обсуждалось ранее, когда ACM получает сообщение обновления, существует четыре возможных результата: (1) ACM отбрасывает сообщение, (2) ACM отправляет моделированию сообщение создания, (3) ACM отправляет моделированию сообщение обновления. , или (4) ACM отправляет моделированию сообщение об удалении.

Сообщения о взаимодействии. ACM может отбрасывать сообщения взаимодействия из-за параметра вида. Параметр kind имеет иерархическую структуру, аналогичную структуре класса объекта. Моделирование информирует ACM о типах взаимодействия, которые должны пройти или не пройти фильтр взаимодействия.

Распространение сообщений

[ редактировать ]

Чтобы минимизировать трафик сообщений между компонентами в конфедерации ALSP, AIS использует форму интеллектуальной маршрутизации сообщений, которая использует протокол распределения событий (EDP). [5] EDP ​​позволяет ACM информировать другие компоненты AIS об обновлениях и фильтрах взаимодействия, зарегистрированных их моделированием. В случае сообщений об обновлении распространение этой информации позволяет ACM распространять только данные о классах (и атрибутах классов), которые представляют интерес для конфедерации. ABE также использует эту информацию для отправки только той информации, которая представляет интерес для компонентов, которые он обслуживает. Для сообщений взаимодействия процесс аналогичен, за исключением того, что параметр вида в сообщении взаимодействия определяет, куда отправляется сообщение.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  1. ^ Лэмпорт, Л. (1978). «Время, часы и порядок событий в распределенной системе», Communications of ACM, 21 (7), стр. 558-565, июль.
  2. ^ Балчи О., Нэнс Р.Э., Деррик Э.Дж., Пейдж Э.Х. и Бишоп Дж.Л. (1990). «Проблемы создания моделей в среде поддержки моделирования», В: Материалы Зимней конференции по моделированию 1990 года, стр. 257–263, Новый Орлеан, Луизиана, 9–12 декабря.
  3. ^ Нэнс, RE (1971). «Механизмы потока времени для моделирования дискретных событий», Management Science, 18 (l), стр. 59–93, сентябрь.
  4. ^ Боггс, Д. Р. Шох, Дж. Ф., Тафт, Э. А., и Меткалф, Р. М. (1979). «PUP: Межсетевая архитектура», отчет CSL-79-10, Исследовательский центр XEROX в Пало-Альто, июль.
  5. ^ Уэзерли, Р.М., Уилсон, А.Л. и Гриффин, СП (1993). «ALSP - теория, опыт и будущие направления», В: Материалы Зимней конференции по моделированию 1993 года, стр. 1068–1072, Лос-Анджелес, Калифорния, 12–15 декабря.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f7a60ceee19489041450ce8206e4580c__1722384120
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f7/0c/f7a60ceee19489041450ce8206e4580c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Aggregate Level Simulation Protocol - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)