第24卷第9期 计算机仿真 2007年9月
文章编号:1006—9348(2007)09—0108—04
使用QualNet实现联合仿真
史磊 ,刘立岗 ,宋俊德 ,宋美娜
(1.北京邮电大学电子工程学院,北京100876;2.华仪盛科科技有限公司,北京100083)
摘要:对通信仿真工具QualNet做为HLA架构中的联邦成员同其它仿真软件实现联合仿真进行了研究。介绍了HLA体系
结构中联邦的建立过程;各联邦成员仿真场景的建立过程;联邦成员使用RTI进行事件发布,消息定购,对象属性更新;描述
了联合仿真的执行过程并给出了实体间通信结果的统计数据。通过对仿真过程的描述和对仿真统计结果的分析,验证了
QualNet实现基于m 架构联合仿真的可行性和实用性。
关键词:仿真工具;高层体系结构;运行支撑系统;联合仿真
中图分类号:TP391.9 文献标识码:A
Implementation of Combined Simulation Using QualNet
SHI Lei ,LIU Li—gang ,SONG Jun—de ,SONG Mei—na
(1.Electronic Engineering School,Bering University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China;
2.Super Instruments Corporation,Beijing 100083,China)
ABSTRACT:In this paper,the implementation of combined simulation is studied,which combines
simulator QualNet with other simulator tools based on HL .This paper introduces the process of creating a Federation
in HLA and 8cenarios for each federate,the method of publishing the event,subscribing the information and updating
the object attribute byRTI,the processofimplementing combined simulationandthe statisticalresultsofcomnlllnica-
tion between entity.From the simulation result analysis and the simulation description,the feasib汽车凹陷修复 ility and availability
of combined simulation based on HLA implemented by Qu ̄lNet is validated.
KEYWORDS:QualNet;HLA;RTI;Combined simulation
1 引言
目前使用的战场仿真系统主要有兵力生成,战场环境模
拟,红蓝对抗等,但这些系统都没有把通信这个重要因素考
虑进去。信息化已经成为现代战争的重要特征,信息化的战
争对战场仿真提出了更高的要求,单一的战场仿真已经不能
满足现代战场仿真需求,大规模联合仿真是战场仿真的发展
方向,只有将通信,地形,天气等要素添加到现有的战场仿真
系统,才能最真实的模拟战况… 。QualNet作为一款较新
的通信仿真工具,具有标准的HLA接口,能够作为HLA的联
邦成员同其它仿真工具实现联合仿真。以通信仿真软件
QualNet和红蓝对抗软件VR—Force的联合仿真为例子,实
现基于HLA架构的联合仿真,将通信融合在战场仿真系统
中。
2仿真平台介绍
2.1 QualNet网络仿真软件
收稿日期:2007一O1—22修回日期:2007—03—06
—108一
Qualnet是一款网络建模软件,基于Parsec(Parallel Simu—
lafion Environment for Complex systems)算法,主要针对大型异
构网络,能够支持1000个以上的节点。Qualnet是搭建虚拟
网络实验室的重要组成部分,它可以为有线、无线以及混合
网络的设计、评估提供一个良好的操作平台;也可通过它对
网络的仿真来预测网络的性能。成功实现这些应用的关键
是Qualnet所具有的出众的仿真速度,优良的可扩展性,建模
的精确性和灵活的可移植性。
2.2 VR—Force战场仿真软件
VR—Force是一套强大有什么名人名言 而灵活的c++仿真开发工具
包,主要用来开发、生成和执行战场想定。它为战术训练模
拟器、威胁生成系统、行为模型测试系统和计算机兵力生成
系统提供所有必需的仿真手段。可用于多方参与的战略和
战术仿真训练系统,任务演练,战术教学研究、开发和测试,
各种载体的样机特性研究,基于数据采集的仿真,嵌入式训
练器,模拟器互联等。
2.3 QulaNet与VR—Force联合仿真
VR—Force作为战场仿真工具,在联合仿真中主要用于
生成和控制战场实体;通信仿真工具在联合仿真中模拟战场
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的通信网络环境以及实体间的通信。二者联合,可以真实的
模拟出战场战况及战场通信情况。
3联合仿真解决方案
3.1仿真场景配置
3.1.1 VR—Force场景配置
首先,配置一个简单的VR—Force场景:由两辆坦克和
两架无人机组成,如图1所示,两个蓝色矩形图标表示两辆
M1A2坦克,它们分别沿着设定的路线(蓝色箭头)行进;两
个半椭圆形图标表示两架全球鹰无人机,它们也是按照设定
好的路线(蓝色箭头)行进。由于两辆坦克之间的距离比较
远,无法直接进行无线通信,需要利用无人机作为通信的中
继设备。为了检查设备被毁后查看网络通信的情况,在仿真
中,假定其中一架无人机在飞行过程中在山上撞毁。特殊事
件在场景中用向下的锥形箭头图标表示,其中两个坦克行进
路线上的特殊事件代表行进停止;无人机行进路线上的特殊
事件表示飞机撞毁。
圈1 VR—Force场景配置
3.1.2 QualNet场景配置
进一步,在QualNet中配置与VR—Force相同的仿真场
景(如图2所示)。
●场景背景使用与VR—Force相同的地形图,坐标系统
使用经度一纬度模式;
●以QualNet默认设置建立新的设备模型,包括坦克模
型和无人机模型;
●根据VR—Force场景内设备位置的经纬度在QualNet
中放置对应的坦克和无人机节点;
●配置坦克和无人机进行通信使用的协议:物理层一
IEEE 802.1lb;Mac层一IEEE 802.11;网络层一IPv4;传输层
一TCP;路由协议一AODV(Ad hoc On—Demand Distance Vec—
torRouting);
●两辆坦克之间的通信通过CBR(Constant Bit Rate)业
务流量表示,每秒钟发送一个大小为512KB的数据包
3.1.3 HLA配置
图2 QualNet场景配置
HLA是一种分布式仿真软件框架。在HLA中,将用于
达到某一特定仿真目的分布式仿真系统称为联邦(Federa—
tion),它由若干个相互作用的联邦成员(Federate)构成。
HLA中不同仿真应用的互操作是通过RTI实现的。联邦成
员声明它希望发送和接收的信息,RTI负责将信息按声明的
要求传输到相应的成员,并完成相关的网络操作 。
运行时支撑系统(Run—time Infrastructure,RTI)按照
HLA的接口规范标准进行开发,提供了一系列用于仿真互连
的服务,是HLA仿真系统进行分层管理控制、实现分布仿真
可扩充性的支撑基础,也是进行HLA其它关键技术研究的
立足点 4J。作为HLA进行分布仿真的支撑系统,RTI是实现
HLA的核心,对运行过程中动态信息的管理和集成提供有效
的支持。在HIA框架下,成员通过RTI构成一个开放性的
分布式仿真系统,整个系统具有可扩充性。其中,成员可以
是真实实体仿真系统、构造或虚拟仿真系统以及一些辅助性
的仿真应用(如联邦运行管理控制器、数据收集器等)。在联
邦的运行阶段,这些成员之间的数据交换必须通过RTI J。
在联合仿真环境中,QmdNet,VR—Force和MAK RTI组
成一个联邦,其中MAK RTI是运行支撑系统,QualNet和VR
—Force是联邦成员,他们之间的通信通过各自的RTI接口
实现。
需要为两个场景之间配置HIA文件定购HLA消息。这
里主要配置以下文件:filename.hla—entities、f'dename.hla—
radios、filename.hla—networks,f'dename.router—modelso
●router—models文件中描述Qulanet场景中使用的其
它联邦定义的网络设备类型;通过文件中的HLA—RADIO—
SYSTEM—TYPE字段的定义,将两个仿真软件中的实体建立
关联。
●hla—entities中描述的实体,每一列的属性与RPR—
FOM 1.0中的PhysicalEntity的属性一致。
●hla—radios描述的实体,每一列与RPR—FOM 粉色眼影 1.0中
的RadioTransmitter的属性一致。
●hla—networks描述实体的网络配置,包括子网标示,
一109—
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子网掩码。
3.2场景执行及仿真实现
首先运行MAK RTI,然后运行QualNet的场景,最后运行
VR—Force的场景。在执行QualNet场景的时候,会有命令
行提示:已经成功加入VR一“Ilk联邦。
FED:Trying to create federation VR一“Ilk…
FED:Trying to join federate QualNet to federation VR一
“Ilk…
FED:Successfullyjoined federation.
FED:Press Ctrl—C to end program.
Waiting for first HLA discoverObjecdnstance callback…
l'eCeived.
FED:Mappedto object(1.3001.1)M1A11
FED:Mapped to object(1.3001.3)M1A12
FED:Mapped to object(1.3001.4)UAV1
FED:Mapped to object(1.3001.5)UAV2
FED:Requesting object—attribute updates#1
系统运行后,在VR—Force中,坦克和无人机按照指定
路线行进(如图3所示);在QualNet中,可以看到坦克节点
和无人机节点和VR—Force中的节点同步运动,并且,两辆
坦克以无人机作为中继节点进行正常的通信(如图4所示)。
图中圆圈模拟无线电波的发射波形,带有箭头的直线表示
CBR业务流量的传输,从图中可以清晰的看出CBR业务的
路由选择,无人机被当作中继节点使用,负责数据包的转发
工作。
VR—Force与QualNet之问的同步由RTI来完成。
图3 VR—Force开始执行
在仿真运行过程中,按照预先的事件安排,在指定的时
间作为中继的无人机在山上撞毁,图5表示这个无人机的图
标变成了叉状,其它设备继续行进。同时,无人机撞毁的信
息通过MAK RTI同步到QualNet,QualNet上对应的无人机节
点停止工作(如图6所示)。可以看到QualNet中的坦克源
节点在发送报文但是接收端无法收到报文。这是因为两个
一l】0一
图4 Qua]Net中节点开始通信
图5 VR—Force中无人机撞毁
图6 QualNet显示。通信中断
节点的距离过远,而802.1lb的有效传输距离只有100米,
所以节点无法直接进行通信,需要借助于中继节点转发报
文。当中继节点无法正常工作的时候,就会影响到其它节点
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的通信。这个时候,坦克源节点就会根据AODV协议试图寻
找其它可以使用的路由,但是由于第二架无人机的位置距离
坦克比较远,通信无法继续进行,两辆坦克之间的通信中断。
VR—Force中,两辆坦克继续按指定路线行进;QualNet
中,对应的坦克节点也按照路线移动,当坦克节点移动到无
人机节点能够覆盖的范围后,CBR业务找到新的路由,两辆
坦克利用这架无人机作为通信的中继节点,通信恢复(如图
7所示)。从图中可以清晰的看到,AODV协议把另外一架无
人机当作通信中继节点,源节点发出的报文经过无人机节点
的转发发送到目的节点。
3.3仿真结果分析
QualNet可以提供协议栈各层协议的统计数据,本文只
分析与仿真目的相关的CBR业务流量统计数据。
表1 CBR业务流量统计数据
节点ID 协议层 协议类型 统计数据
1 Application CBB Client Server Address=192.0.0.2
1 Application cBR Client (。) ・
1 Application CBR Client 砒(。) 9・
1 Application CBR Client Session Status=Not closed怎么做表格
1 Application CBR Client Total Bytes Sent=45568
1 A玩的词语 pplication CBR Client Total Packets Sent=59
1 Application CBR Client Throughput(bits/s)=4096
2 Application CBR Server Client address=192.0.0.1
2 Application CBR Server ; 砒(。)
2 Application CBR er 砒( )=
2 Application CBR Server Session Status=Not closed
2 Application CBRServer Total Bytes Received=11264
2 Application CBR Server Total Packets Received=22
2 Application CBR Server Throughput(bits/s)=1013
2 Applic 。玎cBR Server A
(sv 。oE
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5-64E“ D Iay
2 Appb on CBR Server n0oAve rage
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分析表1,可以直观的观察到:在仿真的过程中,CBR客
户端一共发了59个大小为哑铃怎么练 512KB的数据包,而CBR服务器
端一共收到了22个数据包,丢包率超达到了62.7%(1—22/
59=62.7%),通过在仿真过程中跟踪数据包,可以看出来这
些数据包都是在通信中继无人机撞毁之后,新的通信中继无
人机还没有连接上的时候被丢弃的。也就是说在无人机停
止工作后,两辆坦克之间的通信中断了,直到找到新的路由。
如果在真实的战争中,短暂的通信中断可能引起不可预知的
后果。由此可以看出战场局势的变化对于通信系统的影响,
也能反映出通信在现代战争中的重要地位。
图7 QualNet显示。找到新的中继节点.通信恢复
4结束语
本文介绍了基于HLA\RTI高层架构,实现了通信仿真
软件QualNet和战场模拟软件VR—Force的联合仿真。通过
对仿真过程的描述和对仿真统计结果的分析,验证了Qua1一
Net实现联合仿真的可行性。本文也为QuaiNet软件作为联
邦成员在大规模联合仿真发挥作用提供借鉴。
参考文献:
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[2] 胡晓峰.战争复杂性与信息化战争模拟[J].系统仿真学报,
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出版社,2004—1.
[5] 杨爱文.基于HLA的三维虚拟环境研究与开发[D].北京工
商大学,2004.
[作者简介】
史磊(1980一),男(汉族),黑龙江省哈尔滨市
人,硕士研究生,主要研究方向:近距离无线通信,无
线通信仿真;
刘立岗(1978一),男(汉族),湖北省天门市人,高
级技术工程师,主要研究方向:网络仿真;
宋俊德(1938一),男(汉族),河北省沧州市人,教授,主要研究方
向:无线通信;
宋美娜(1975一),女(汉族),山东省威海市人,副教授,主要研究方
向:无线通信。
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