基于MDA的HLA系统开发流程与框架设计
HLA作为被IEEE接受的仿真标准,它解决了以前ALSP,DIS等不能解决的模型互操作、互移植性等问题,在仿真系统架构上备受推崇和青睐,美国国防部规定2001年后所有国防部门的仿真必须与HLA相容。目前,国内外许多模拟仿真系统都是以高层体系结构HLA体系为支撑技术进行构建的,随着HLA运用的推广,其在模型重用、互操作以及FOM灵活性等方面越来越不能满足系统需要。许多学者、机构利用各种技术加以改善,主要的有基于构件开发HLA、利用成员框架辅助开发HLA等,但效果并不明显,问题没有得到很好解决[1-2]。
1 MDA介绍
模型驱动架构MDA是OMG(ObjectManagementGroup,对象管理组织)提出的一种新的软件开发方法学,它将业务设计与实现技术分开,减弱了技术对系统的影响,从模型重用的角度提高了软件开发效率和互操作性。因此,TOLK[3]于2002年提出了基于MDA的下一代HLA仿真框架的建议,现代仿真已MDA作为解决HLA在仿真标准方面存在问题的最新方法和建立HLA仿真系统的新方向。
MDA的核心是建模与模型转换[4],其要达到的3个主要目标是:互操作性、可重用性、可移植性。它提供一种机制,将系统的行为功能独立于操作平台的实现细节,即设计和实现相分离,使得开发者将重点放在系统的设计上而非实现细节上,从而增强系统的互操作性和可重用性。在MDA开发过程中,首先建立与平台无关的应用领域的特征模型PIM,然后依靠模型转换工具,根据平台制定相应映射规则,生成与平台相关的执行模型PSM,最后生成应用代码,达到对特定领域和系统建模的目的。基于MDA的系统开发过程见图1。
2 基于MDA开发HLA系统
根据MDA的开发过程以及HLA仿真开发[5]的一般步骤,把基于MDA的HLA仿真系统开发流程分为以下4个步骤(见图2)
(1)开发人员进行HLA仿真概念模型的建立,主要建立两种概念模型,即领域概念模型CIM和可计算性概念模
型PIM。其中, PIM是对CIM的二次建模, PIM的创建独立于仿真程序运行的RTI平台。
(2)根据前面创建的PIM,开发人员针对RTI平台对PIM进行提炼,通常进行UML PROFILE的设计。PIM和PSM一起构成了对仿真程序运行所必须的仿真组件和服务的完整描述。
(3)在PSM的基础上,实现PSM自动生成仿真代码(也可以称之为代码模型的生成),完成对在目标平台上运行的联邦成员的配置工作。
(4)编写仿真逻辑代码,将其插入到PSM生成的仿真代码中,实现仿真逻辑。
2. 1 仿真概念模型的建立
由于CIM和PIM同属于仿真概念模型,因此借助概念建模工程CME建模的思想和方法[6],对系统建立结构化描述模型CIM和对象化描述模型PIM,如图3所示。
CIM是对领域的概念建模,最常用的一种方法就是参考任务空间概念建模和概念建模工程CME中的多视图建模理论,运用实体、动作、任务和交互,即EATI方法(Entity,Action,Task, Interaction),分别从静态和动态对系统的结构、功能和控制建模[6-7]。
PIM是对CIM的二次建模,是对系统的形式化描述,在有的书中统称它们为PIM。PIM应该包括任务空间表达,联邦及成员的组成、结构和功能,参与仿真的实体及其交互,实体的状态和行为等,以及对仿真中将要用到的各种服务的描述。
在HLA中,HLA仿真系统是在联邦成员的基础上进行仿真的,因此, PIM分为联邦PIM和成员PIM,联邦PIM由成员PIM集成。在HLA中,建立PIM实质是对CIM中定义的实体、动作、任务和交互等信息进行规范表述,并将之表达成为对象类、交互类及其彼此之间关系的描述和其状态转移的过程。
首先,建立联邦PIM。联邦PIM的建立可以采用面向对象的方法进行,利用建模语言如UML依据CIM的结构化描述,在对象的层次上,对整个仿真系统从静态结构和动态行为两方面对其进行建模。静态建模主要描述CIM中体现的系统实体、实体关系等结构和组成,这部分主要用类图表示;动态建模主要针对CIM中对系统的功能和行为描述的动作和交互两方面进行形式化描述,这一部分主要用行为图表示。其次,建立成员PIM。这一步实质是根据系统仿真目的划分联邦成员,建立联邦成员PIM[5]。
在建模工具上,本文认为可采用我国楚凡公司自行开发的TRUFUN 2008系列工具,和其他CASE工具如RationalRose相比,它在实例上的建模更加简洁、方便,尤其它能以XMI2. 1为模型的存储格式(. tmx),更方便模型基于XSLT的转换。
2. 2 仿真运行模型PSM的实现
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