High Level Architecture process overlay to the DSEEP | 高层体系结构HLA流程覆盖到分布式仿真工程与执行过程DSEEP

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42727032/article/details/143492110

图文均参考网上公开资料，仅供个人学习整理使用

IEEE 1730 标准描述了分布式仿真工程与执行流程（DSEEP）的推荐实践。目的在于描述构建和执行分布式仿真环境的一般化过程。它并是强制的，也不在于取代现有的管理和系统设计/开发方法论，而是提供一个高层次的框架，便于将各个应用领域的低层次系统工程实践轻松集成。

DSEEP: 顶层流程图

DSEEP顶层流程图
分布式仿真几乎都要遵循如上图所示的步骤：

定义仿真环境目标：利益相关方定义并达成共识，实现这些目标所需完成的任务。
进行概念分析：开发/集成团队进行场景开发和概念建模，并根据问题域的特征制定仿真环境需求。
设计仿真环境：识别适合重用的现有成员应用程序，进行成员应用程序修改和/或新成员应用程序的设计活动。所需功能分配给成员应用程序代表，并制定仿真环境开发和实施计划。
开发仿真环境：开发仿真数据交换模型（SDEM），建立仿真环境协议，并实施新的成员应用程序和/或现有成员应用程序的修改。
集成和测试仿真环境；进行集成活动，进行测试以验证是否满足互操作性要求。
执行仿真：执行仿真并对执行结果数据进行预处理。
分析数据并评估结果：分析和评估执行结果的数据，并将结果反馈给用户/赞助方。

其中步骤1和2相对容易理解，其余步骤会在后续展开描述。

其中需要注意的是DSEEP的每个主要步骤都应包括评估是否应继续进行或终止过程。任何提前终止的原因都应清楚地记录下来，如成本、时间、缺乏可行的修订目标，或适当的成员应用程序不可用。

在该流程中普遍存在的角色及其定位的定义：

用户/赞助方：决定分布式仿真的需求和范围，并确定资金和其他所需资源的人、机构或组织。用户/赞助方还决定参与者、目标、需求和规格。同时指定仿真环境经理和验证、验证和认证/接受（VV&A）代理。
仿真环境经理：负责创建仿真环境，在仿真环境中执行事件（和事件后的活动）。确保仿真环境的顺利运行协调与VV&A代理的合作，整理并报告事件结果给用户/赞助方。
开发/集成团队：负责开发仿真环境，将成员应用程序和系统集成到仿真环境中，规划过程的各个方面，并确保仿真符合仿真环境协议。
验证和确认（V&V）代理：负责验证和确认成员应用程序或仿真环境的人、机构或组织。
认证/接受代理：负责认证成员应用程序或仿真环境用于特定目的或类别目的的使用和重用的人、机构或组织；负责证明仿真环境已通过验证和验证；并授权仿真环境的预定用途。

文档强调了仿真环境开发中的重用潜力，指出在已有成熟仿真环境的情况下，可以通过重用现有的组件和资源，显著节省时间和成本。

DSEEP具体流程不在本次讨论范围内，后续看情况学习更新。
具体流程图，如下图所示。参考IEEE 1730 Figure 2 Distributed Simulation Engineering and Execution Process (DSEEP), detailed product flow view。

DSEEP具体项目流图

HLA与DSEEP概念对应

HLA稍微详细一点的介绍参考上一篇文章:HLA（High Level Architecture）介绍与简要案例

HLA简要介绍

HLA是为提升仿真系统和资源的互操作性与重用性而开发的通用技术架构。
它的开发是为了响应对建模和仿真在支持各种应用程序方面的价值的明确认识，以及将建模和仿真（M&S）资产作为经济高效的工具进行管理的需求。它旨在作为通用体系结构，因为提供了非常广泛的标准化服务和功能，共同满足了广泛潜在用户的需求。

HLA 的完整标准存在两种来源:

DoD最早制定的 HLA 1.3 规范
IEEE 推动下形成的 IEEE 1516 系列标准

两个版本均广泛应用于行业内，并且有相应的工具来辅助 HLA 应用的开发。

术语映射和全局映射

仿真环境 simulation environment : 联邦 federation
用户应用 member application : 联邦成员 federate
仿真交换模型 Simulation data exchange model（SDEM） : 联邦对象模型 federation object model (FOM) or 仿真对象模型 simulation object model (SOM)

用于开发和执行HLA（高级联邦架构）联邦的具体过程本质上与DSEEP相同。HLA开发过程与DSEEP有相同的步骤数量（七个），而每个步骤也可以分解成相同的基本活动集。除了术语的显著差异外，主要的不同之处在于如何在HLA上下文中实现DSEEP中描述的通用活动和低级任务。

详细映射（特定架构/方法论与DSEEP的关系）

步骤1：定义联邦目标

1.1―识别用户/赞助商需求

该步骤与DSEEP中描述的步骤完全相同。

1.2―制定联邦目标

该流程本质上与DSEEP中的活动相同。

在HLA的上下文中，联邦目标声明中可能需要包括一些与HLA架构或方法论相关的内容。例如，可能需要说明为什么选择HLA作为首选的仿真架构和方法论。
还可能需要包括一些来自项目赞助方的建议或要求，比如选择某些RTI工具的推荐，或者对RTI选择的某些技术约束。

步骤2：进行概念分析

2.1―开发联邦场景

由于场景描述与仿真协议无关，与DSEEP中的流程相同。

2.2―开发联邦概念模型

概念模型也与仿真协议无关，与DSEEP中的流程相同。

2.3―制定联邦需求

该流程与其他架构和方法中的需求开发任务大致相同。 HLA 可能会涉及一些独特的需求，特别是与运行时服务（如时间管理和数据分发管理）相关的需求，这些需求是 HLA 架构的重要特点，甚至可能是选择 HLA 作为架构的主要理由。

步骤3：设计联邦

3.1―选择联邦成员

在DSEEP中，选择联邦成员（参与仿真的实体）通常基于一个通用的建模与仿真资源库。这些资源库提供了潜在的仿真参与者（例如，模型、工具等）。在HLA（高层架构）开发过程中，选择联邦体的方式稍有不同，主要依赖现有的HLA对象模型库。

FOM（联邦对象模型）：定义了仿真中所有参与者必须遵守的数据格式和交互规范。
SOM（仿真对象模型）：定义了单个联邦体（仿真参与者）支持哪些对象和交互。

HLA方法论还引入了一些特定的因素来影响选择。例如，若仿真需要时间管理服务，那么需要选择能够支持HLA时间管理服务的联邦成员。换句话说，选择哪些联邦体加入仿真，不仅要看它们能否提供所需的模型和交互，还要看它们是否支持仿真运行时所需的技术服务（如时间同步、数据分发等）。

3.2―准备联邦设计

在设计联邦时，HLA 规则要求所有 FOM 数据的交换都必须通过 RTI进行，且所有的对象实例表示必须存在于联邦对象中，而不是 RTI 中。
联邦设计准备阶段应描述如何使用HLA 服务（如时间管理、数据分发等）如何在联邦成员之间协同工作。对于安全性、建模方法和工具选择的考虑。

3.3―准备计划

仿真环境开发创建详细的计划，基本流程与 DSEEP 中的一致。但计划的内容需要特别考虑 HLA 的要求，如 RTI 选择、对象模型开发工具（OMDT）选择等。

步骤4：开发联邦

4.1―开发SDEM

在DSEEP中，正式定义SDEM（仿真数据交换模型）是一般性的描述，目的是支持仿真社区中许多类似类型的产品。

在HLA中，SDEM对应FOM同义。FOM描述了“定义在运行时交换的信息，以实现一组联邦目标”。按照HLA对象模型模板（OMT），规定了所有对象模型的格式和语法，尽管运行时数据交换的实际内容是应用依赖的。因此，为了完成HLA应用的这项活动，必须根据OMT中定义的表格来定义运行时数据交换。

可以重用现有的 FOM 或 SOM，重用基础对象模型（BOM）或者使用开源的参考 FOM可以帮助加速开发过程，并减少重复工作。

在开发过程中，OMDT（对象模型开发工具）也会生成必要的初始化文件，以帮助 RTI（运行时基础设施）顺利运行。

4.2―建立联邦协议

建立联邦协议的步骤主要是确保所有联邦体之间在模拟中协同工作。与其他架构和方法一样，联邦协议涉及多个方面的协议，例如算法、数据库、初始化过程等。但在 HLA 环境下，协议的内容可能有所不同。例如，关于同步点、保存/恢复过程和所有权转移等方面的协议，都会依据 HLA 接口规范的服务选择进行设定。此外，关于 FOM 数据的发布/订阅角色和责任的协议也是必要的。