[发明专利]一种实时高效的分布式半实物仿真系统构建方法

摘要

一种实时高效的分布式半实物仿真系统的构建方法，它有七大步骤：一、将仿真系统和半实物仿真接口分别部署在不同主机上，与实物系统共同构成分布式半实物仿真系统；二、半实物仿真接口设置为时间控制成员；三、半实物仿真接口主机串口连接GPS接收器，串口初始化；四、半实物仿真接口程序主线程与GPS时钟同步；五、半实物仿真接口程序主线程定期向仿真系统和实物系统发送同步信息包；六、完成半实物仿真系统各成员时钟同步；七、半实物仿真接口程序从线程完成通信数据处理。本发明节省了计算资源和系统开销，采用分层式混合时钟同步方法，使仿真时间与天文时间满足规定的约束关系；实现通信数据交互和处理，保证大型复杂半实物仿真系统的实时性。

主权项

一种实时高效的分布式半实物仿真系统的构建方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一、将仿真系统和半实物仿真接口分别部署在不同主机上，与实物系统共同构成分布式半实物仿真系统；整个系统由局域网连接起来的仿真系统、半实物仿真接口系统和实物系统组成，其中仿真系统包括多个仿真子系统，将这些仿真子系统和半实物仿真接口系统分别部署在不同主机上运行；仿真系统与实物系统之间的相互作用和彼此联系通过半实物仿真接口系统的数据交互处理实现即包括虚拟数据向真实数据转换和真实数据向虚拟数据转换；步骤二、半实物仿真接口设置为时间控制成员；仿真系统、半实物仿真接口系统和实物系统都具有自治性，具有控制和管理本节点运行的内部时间机制；半实物仿真接口系统设置为整个半实物仿真系统的时间控制成员，其程序采用C++编程语言，在Windows XP操作系统Microsoft Visual C++环境下开发，实现对整个系统的时钟同步管理；步骤三、半实物仿真接口主机串口连接GPS接收器，串口初始化；选择GPS OEM硬件接收器，半实物仿真接口系统主机通过串口连接GPS接收器，半实物仿真接口系统程序主线程直接使用Win32API函数打开串口，对其进行初始化参数配置，设置串口通信模式为异步通信方式，波特率为9600比特/秒，GPS接收器接通电源，使其处于工作状态；步骤四、半实物仿真接口程序主线程与GPS时钟同步；处于工作状态的GPS接收器不断地把接收的NMEA0183通信标准格式的$GPRMC信息通过串口传送到半实物仿真接口主机中，半实物仿真接口主机把从串口接收的数据放置于缓存，在没有作处理之前，缓存中的原始数据是一长串字节流，如：“$GPRMC,020310,V,0000.0000,N,00000.0000,W,000.0,000.0,311005,007.2,W*62”；半实物仿真接口主机程序主线程使用Win32API函数打开串口，从串口接收信息，读取由GPS传送的$GPRMC信息，通过使用串口类Com提取UTC时间即世界统一时间作为半实物仿真接口系统的逻辑时间，使其逻辑时钟无条件地随物理时钟的推进而推进；步骤五、半实物仿真接口程序主线程定期向仿真系统和实物系统发送同步信息包；半实物仿真接口程序主线程采用“报时”机制，每隔30ms将提取出的UTC时间作为标准时间通过局域网接口即以太网接口100BaseT广播给各仿真子系统和实物系统；步骤六、完成半实物仿真系统各成员时钟同步；仿真系统和实物系统通过局域网接口被动接收半实物仿真接口发送的时间同步信息包，并通过PCS即Probabilistic Synchronization Algorithm概率性同步方法来对半实物仿真接口主机的逻辑时钟进行估计；即：在每个同步周期30ms中，半实物仿真接口主机向网络广播带有自己时间戳的消息包，仿真系统和实物系统主机被动接收这些消息；假定这些网络同步消息包的网络延迟是统计独立的，且该随机变量的均值和方差是事先测定的；设某一目标节点收到n个半实物仿真接口主机的消息包，则仿真系统主机或实物系统主机到半实物仿真接口主机的时钟差为： T err = d + ( 1 / n Σ i = 1 n T i - 1 / n Σ i = 1 n R i ) - - - ( 1 ) 式(1)中，d为主节点到目标节点的网络延迟的均值；Ti为主节点在第i个消息包中所打的时间戳；Ri为目标节点在接收到第i个消息包时的本地时间；PCS方法按下式所给出的概率达到给定的同步精度γ： P [ | ϵ | < γ ] ≥ Φ ( n ( γ - | E d | ) / 2 σ d ) - - - ( 2 ) 式(2)中，n为同步过程所需要传送的消息的数目；ε为算法的同步误差；Ed为网络传输的均值；σd为网络传输延迟的方差，Φ(·)为余误差函数，根据式(1)和(2)计算同步误差和失效概率，据此调整仿真系统和实物系统的本地逻辑时钟；步骤七、半实物仿真接口程序从线程完成通信数据处理；半实物仿真接口程序采用单进程多线程设计模式，主线程完成系统内时间同步管理，从线程采用线程池设计模式，完成仿真系统与实物系统之间的数据接收、解析、响应和发送；半实物仿真接口程序将所有系统I/O即输入输出资源的访问封装成统一接口，同时不再让所有从线程同时侦听I/O事件即数据输入输出；在任意时刻t让一个线程去侦听I/O句柄的事件，其他线程处于等待状态，称侦听的线程为L线程，等待的线程为F线程；L线程在侦听到I/O事件后，从I/O句柄接收消息，然后一边通知等待的线程来接管I/O句柄，一边继续处理该消息，此时，原来的L线程交出了控制权，在处理完消息后成为F线程；L线程在等待I/O事件时其他F线程全部处于等待状态，当L线程获得I/O事件的处理权后，L线程立刻发起promote_new_leader过程，以产生新的L线程继续侦听新的I/O事件；此时，L线程只是给出一个信号，只会占用很少的时间，该线程对数据的处理基本和新的L线程同步进行；L线程在处理完I/O事件后重新加入线程池，此时，该线程的句柄排序是最后的，从而消除排序开销。