[发明专利]一种通用数据交互模型构建、基于该模型编码及解码方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机分布式仿真技术及应用领域，具体涉及一种通用数据交互模型构建、基于该模型编码及解码方法。

背景技术

随着计算机软硬件技术的发展，日趋成熟的仿真技术为航空、航天、军事、交通、能源、经济等领域的大规模复杂系统仿真提供了高效可靠的解决方案。HLA(High Level Architecture)由美国国防部建模与仿真办公室(DMSO)于上世纪九十年代中期提出。它是继DIS分布式仿真协议后的又一先进分布式仿真技术协议框架。HLA的宗旨是解决分布式仿真系统中各仿真成员的重用性和成员间的互操作性问题。从提出至今，HLA不断被发展完善，先后形成了3个版本，分别是DMSO HLA1.3版本、IEEE1516-2000版本和IEEE1516-2010版本(HLA Evolved版本)，其中后两者均被IEEE接收为开放性的国际标准。HLA协议通过规则、接口规范和对象模型模板(OMT)三部分对分布式仿真系统中各仿真成员的交互进行了全面的规范和约束，通过相应的支撑服务将仿真功能实现、仿真运行管理与底层数据通信分离，从而保证互操作性和重用性。

在HLA分布式仿真框架中，一个完成特定仿真任务的仿真系统叫做联邦(Federation)。联邦由分布于不同仿真计算机上的联邦成员(Federate)组成，它们通过运行支撑环境RTI进行仿真交互，实现分布式协同和仿真。联邦成员之间主要通过对象类的属性和交互类的参数两种方式进行数据交互。这些应用层的数据，包括整型数据、浮点型数据、字符串型数据、数组型和结构型数据等，均需要编码为字节流数据，再由RTI传输给各联邦成员。因此，两个进行数据交互的邦员之间必须进行一致的数据编码/解码工作，即数据生产者按照约定的数据类型和格式完成数据的编码，由应用层数据转化为传输字节流数据，数据消费者按照对应的方法完成数据的解码，由传输字节流数据转化为应用层数据，才能准确的实现信息交互。

根据DMSO专门针对HLA仿真系统开发提出的联邦开发与执行过程模型，联邦开发后期的相当一部分工作是完成联邦的集成和测试。通常，集成和测试的大部分工作在于验证联邦成员间是否按照联邦协定正确实现数据交互。大部分错误的数据交互主要是由于错误的数据编码/解码引起的。由于RTI中传输的字节流数据不能包含其实际编码时的控制信息，因此任何不匹配的解码都会引起未定义或错误的操作。错误或不匹配的编解码过程将引起联邦成员或联邦的崩溃。这些错误通常只能在联邦开发后期的集成和测试阶段发现，特别是对于大型仿真系统，由于联邦成员的数目多，难以定位具体错误的位置，大大降低了仿真系统的开发效率，增加了仿真系统的开发成本和风险。

仿真联邦的数据交互通过OMT标准化的联邦对象模型(Federation Object Model,FOM)文件进行规范化的描述。联邦成员负责按照FOM文件中规定的数据格式完成数据的编码/解码工作，但是由于不同开发人员的习惯、经验不同，以及开发时的疏忽，不能保证所有联邦成员均按照FOM文件中的约定，正确的实现编码/解码工作。为了实现正确快速的编码/解码工作，尽可能的减少引起代码中的错误操作的因素，降低联邦开发的成本和风险，HLA协议OMT部分对数据类型作出专门的约束和规范化声明，包括基本数据类型、简单数据、枚举数据、数组数据、结构型数据等；对这些数据类型的编码/解码过程进行说明，包括字节边界、字节对齐和大小端模式。同时，HLA Evolved版本还提供了C++/JAVA/WSDL语言的编码/解码器，使不同的联邦开发人员可以使用相同的、相匹配的数据编码/解码实现方法，保证编码/解码的正确性，最大程度的降低了数据编码/解码对联邦开发带来的影响。

HLA协议对数据类型和数据编码/解码的规范化处理，减少了仿真系统集成的时间和风险。但是，对于不同的仿真系统，特别是复杂大型系统的仿真，往往包含大量复杂的自定义数据类型，无法直接用HLA协议中提供的数据类型进行表示，需要利用HLA提供的简单数据类型构造相应的复杂数据结构，同样需要大量的工作实现新定义的数据的编码/解码工作。自定义的数据类型往往针对特殊的仿真系统，不仅本身的重用性差，而且所开发的仿真模型的重用性和互操作性也较差，从而带来重复的开发工作、不必要开发成本和开发时间。

发明内容