[发明专利]基于modelica建模语言的分布式实时交互仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于计算机运用领域，具体涉及一种基于modelica建模语言的分布式实时交互仿真系统，该系统特别适合于搭建多学科虚拟实验教学平台。

背景技术

分布式交互仿真是指采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过局域网或者广域网，将分散在各地的仿真设备互联，形成可参与的综合仿真环境。分布式交互仿真技术从产生到DIS2.X、IEEE1278.X系列协议的制定，进而发展到今天的HLA(高级仿真体系架构)，都企图解决建模与仿真领域存在的问题：绝大多数仿真器的应用实现较为独立，仿真器的重用性差；开发、维护和使用费时而且成本高；可验证性、有效性和置信度较差。

Modelica的语言采用类似MatLab语法，模型是通过各专业领域熟悉的数学方程表达出来，从而可以方便的描述方程，而不需要特殊手动计算中间变量，使模式的开发者从繁重的语言学习开发中解脱出来。Modelica用类似面向对象的编程方式来描述对象，并在运算和表达式中支持条件判断语句，支持离散事件的仿真与计算。在Modelica的语言设计中特别强调事务的同步与衍发，在连续事件中能够启动离散事件。Modelica提供了丰富的语法功能，例如可以声明不同类型的变量，不同的事件触发过程，以满足各类复杂系统仿真的要求。目前，随着Modelica语言的发展，其支持多领域仿真建模的特征也越来越突出。然而，支持Modelica建模语言的众多求解器都没能很好的实现实时交互式仿真。

随着计算机多媒体技术和网络通信技术的迅速发展，信息时代的学习、生活方式都发生了重大变革。作为培养和提高学生动手实践能力、观察能力、分析问题和解决问题能力等方面有着先天优势的实验教学是高校教育改革的关键问题之一。目前，我国传统实验教学环节不足、实验资源不均衡，学生创新能力不足，虚拟实验教学环境研究与建设有利于解决当前实验教学中存在的问题。然后虚拟实验教学环境存在学科多样性的特点，现有仿真系统均难以满足所有实验教学的需要。因而迫切需要构建一种支持多领域仿真建模，易于扩展和维护的虚拟实验教学平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于modelica建模语言的分布式实时交互仿真系统，该系统在仿真计算规模较小的情况下，可支持多人实时交互仿真，因而特别适合于搭建多学科虚拟实验教学平台。

为了实现上述目的，本发明提供了下述技术方案：一种基于modelica建模语言的分布式实时交互仿真系统，其特征在于，该系统包括中心服务器，每个中心服务器上连接有多个客户端和多个子计算服务器，每个子计算服务器通过仿真器调度接口连接有多个仿真器；

客户端接收用户提交的仿真任务请求，向中心服务器请求全局唯一的标示仿真任务的任务号；客户端通过与中心服务器建立的TCP连接发送用于交互的任务请求命令和接收回复命令，客户端处理回复命令并通知用户；

中心服务器监听来自客户端的TCP连接请求，解析来自不同客户端的任务请求命令后根据任务号和负载均衡策略分配对应于子计算服务器的IP地址给仿真任务；中心服务器与任务对应的子计算服务器建立TCP连接，转发包含仿真任务的任务请求命令，并接收来自子计算服务器的回复命令，将其转发给相应的客户端；

子计算服务器监听来自中心服务器的TCP连接请求，负责解析来自中心服务器的任务请求命令，并在本地根据任务的类型，创建不同的仿真器调度接口进程；子计算服务器还负责维护仿真器调度接口的工作目录和通信端口；子计算服务器主动与仿真器调度接口进程建立TCP连接，并处理任务请求命令后将计算请求命令转发给仿真器调度接口进程；子计算服务器接收来自仿真器调度接口的结果命令，并继续将其转发给中心服务器；

中心服务器和子计算服务器配合完成集群的分布式任务调度；

仿真器调度接口获得子计算服务器分配的启动参数并监听来自子计算服务器的TCP连接请求，为子计算服务器提供统一的调用接口；仿真器调度接口与仿真器配合，通过TCP对外提供计算服务，仿真器调度接口解析计算请求命令并调用仿真器进行计算，并将计算结果整合后以结果命令的形式通过TCP返还给子计算服务器。