反射內(nèi)存網(wǎng)在分布式飛行仿真中的應(yīng)用.pdf

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1、[摘要】分定的時(shí)間內(nèi)交換節(jié)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技[關(guān)鍵詞]反1．引言分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(DistributedVirtualReality)是不斷發(fā)展的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的各項(xiàng)特點(diǎn)。目前，它已經(jīng)成功地應(yīng)用于軍事、航天、醫(yī)療和娛樂(lè)等領(lǐng)域，并在教育、工程設(shè)計(jì)與制造、電子商務(wù)等方面顯示了良好的應(yīng)用前景【”。分布式飛行仿真系統(tǒng)，就是一個(gè)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它為新機(jī)型的預(yù)研、實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化和評(píng)估等提供了一個(gè)可視化的驗(yàn)證平臺(tái)。分布式飛行仿真系統(tǒng)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，在節(jié)點(diǎn)之間會(huì)有大量的數(shù)據(jù)傳輸。分布式飛行仿真屬于軍事

2、仿真應(yīng)用，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。在分布式飛行仿真系統(tǒng)中，延遲主要由以下幾個(gè)因素造成的：1)計(jì)算延遲。由于模型中含有大量的迭代計(jì)算等，造成計(jì)算機(jī)計(jì)算延遲；2)網(wǎng)絡(luò)延遲。數(shù)據(jù)在仿真節(jié)點(diǎn)之間傳輸需要一定的時(shí)間，造成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)延遲。針對(duì)上述延遲因素中的計(jì)算延遲需要優(yōu)化模型、提高計(jì)算機(jī)性能等以減少延遲時(shí)間。針對(duì)這種情況，本文采用反射內(nèi)存網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)分布式飛行仿真系統(tǒng)的通信協(xié)議，以滿足分布式飛行仿真系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。2．分布式飛行仿真2．1分布式飛行仿真概述系統(tǒng)仿真技術(shù)，是以控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和相似原理為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)

3、模型對(duì)真實(shí)的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門(mén)綜合性的技術(shù)[21。飛行仿真是以飛行器的運(yùn)動(dòng)情況為研究對(duì)象，面向復(fù)雜系統(tǒng)的仿真。飛行仿真根據(jù)仿真模型類(lèi)型及其實(shí)現(xiàn)方式的不同可以分為以下三大類(lèi)f3】：數(shù)字仿真、含實(shí)物仿真和人在【旦l路仿真。本文涉及的仿真技術(shù)屬于人在回路仿真。人在回路中仿真是一種操作人員、飛行員、宇航員在系統(tǒng)回路中進(jìn)行操縱的仿真實(shí)驗(yàn)。這種仿真實(shí)驗(yàn)要求有相應(yīng)的形成人感覺(jué)環(huán)境的各種物理效應(yīng)設(shè)備。而飛行器飛行動(dòng)力學(xué)等被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性仍通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。人在回路的仿真必須實(shí)時(shí)進(jìn)行，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、實(shí)時(shí)性提出了很高的要求11114

4、]。由于飛行仿真系統(tǒng)中往往含有大量的模型計(jì)算，對(duì)于單個(gè)計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任高強(qiáng)度計(jì)算和顯示。以前多采用工作站的方式進(jìn)行仿真計(jì)算。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，使得在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行飛行仿真變成了現(xiàn)實(shí)。為了充分利用資源，一個(gè)飛行仿真系統(tǒng)往往采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行計(jì)算，每個(gè)計(jì)算機(jī)完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各個(gè)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，這樣就構(gòu)成了分布式飛行仿真系統(tǒng)。2．2分布式飛行仿真系統(tǒng)組成根據(jù)分布式飛行仿真系統(tǒng)的實(shí)際需求，將系統(tǒng)的各個(gè)任務(wù)分配到各臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1分布式飛行仿真結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)主要由控制臺(tái)、模型計(jì)算、發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷

5、、可視化顯示和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)五個(gè)主要部分組成?？刂婆_(tái)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)，用于規(guī)劃控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行：模型計(jì)算分配給三臺(tái)計(jì)算機(jī)，分別負(fù)責(zé)計(jì)算飛機(jī)模型、推進(jìn)系統(tǒng)模型和優(yōu)化模型；發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷由單獨(dú)的一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)完成：可視化顯示部分則由三臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)完成，分別負(fù)責(zé)地形大氣飛機(jī)顯作者簡(jiǎn)介：郭翠珍．女，安徽阜陽(yáng)人，碩士，講師，研究方向：信息處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。一67—示、矢量噴管顯示和駕駛艙儀表顯示。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)用來(lái)存儲(chǔ)仿真過(guò)程中的數(shù)據(jù)，各臺(tái)計(jì)算機(jī)之間以光纖相連，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。圈2分布式飛行仿真連接示意圍系統(tǒng)物理連接原理如圖2所示。系統(tǒng)的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)用多模光纖

6、通過(guò)光纖HUB相連接，構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。需要顯示的內(nèi)容則通過(guò)視頻切換器和兩個(gè)大屏幕顯示器相連接。在控制臺(tái)上給視頻切換器發(fā)送不同的命令，就會(huì)在大屏幕顯示器上顯示不同計(jì)算機(jī)屏幕的內(nèi)容，達(dá)到動(dòng)態(tài)切換，按需顯示的目的。3．反射內(nèi)存網(wǎng)的應(yīng)用分布式飛行仿真系統(tǒng)是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的虛擬環(huán)境系統(tǒng)，系統(tǒng)在運(yùn)行階段會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)傳輸。這些數(shù)據(jù)包括控制臺(tái)的控制指令發(fā)放、仿真節(jié)點(diǎn)模型計(jì)算數(shù)據(jù)、三維顯示坐標(biāo)、姿態(tài)指令等。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如基于TCP／IP協(xié)議的以太網(wǎng)、FDDl等在實(shí)時(shí)網(wǎng)應(yīng)用中普遍存在以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸率低；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲明顯

7、加劇，且延遲具有不可預(yù)測(cè)性；網(wǎng)絡(luò)通信需要借助多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成，軟件開(kāi)銷(xiāo)大，降低了通信的效率嘲。針對(duì)上述缺陷，本文提出了一種基于反射內(nèi)存網(wǎng)的分布式飛行仿真網(wǎng)絡(luò)通信解決方案，可以較好地減輕網(wǎng)絡(luò)延遲的影響。3．1反射內(nèi)存網(wǎng)的工作原理反射內(nèi)存網(wǎng)(ReflectiveMemoryNetwork)是一種基于高速網(wǎng)絡(luò)的共享存儲(chǔ)器技術(shù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，它與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，除了具有嚴(yán)格的傳輸確定性和可預(yù)測(cè)性外，還具有速度高、通信協(xié)議簡(jiǎn)單、宿主機(jī)負(fù)載輕、軟硬件平臺(tái)適應(yīng)性強(qiáng)、支持中斷信號(hào)的傳輸?shù)忍攸c(diǎn)[61。目前市場(chǎng)上有多種反射內(nèi)存網(wǎng)產(chǎn)品，如VMIC公司的反射內(nèi)存，SBS

8、公司的廣播內(nèi)存，Systran公司的共享內(nèi)存。它們主要?dú)w為兩類(lèi)，一類(lèi)是星形拓?fù)涞膹V播內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)，另一類(lèi)是環(huán)形拓?fù)涞姆瓷鋬?nèi)存網(wǎng)絡(luò)。由于VMI