分布仿真的廣義時空一致性框架、演化機理及應(yīng)用研究.pdf

1、建模與仿真技術(shù)一直以來在裝備研制、部隊訓(xùn)練、作戰(zhàn)指揮等諸多國防科研和軍事活動中發(fā)揮著重要作用，而面向服務(wù)的分布仿真(Service-oriented Distributed Simulation Applications，簡稱SODSA)已成為分布式建模與仿真領(lǐng)域的研究熱點和前沿問題，呈現(xiàn)出大規(guī)?；⒚嫦蚍?wù)、動態(tài)性、復(fù)雜化、地理分散性、普適性等新特征。時空一致是開展上述各種分布仿真應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提，先前研究或側(cè)重于考慮狹義的時間和空間

2、概念，或只單獨考慮某個部分的不一致因素，或缺乏對系統(tǒng)全生命周期中各種不一致現(xiàn)象及其演化規(guī)律的動態(tài)分析等。需指出，僅僅實現(xiàn)時鐘同步、時間推進(jìn)一致性維持、空間配準(zhǔn)等狹義的時空一致，只是確保仿真過程與結(jié)果一致性或正確性的必要條件；仿真模型、仿真服務(wù)、用戶認(rèn)知等層面的廣義概念上的時空一致性問題對整個仿真過程的一致性程度也起著至關(guān)重要的作用。SODSA新特點及其時空一致性新內(nèi)涵迫切需要用于提高仿真系統(tǒng)全局時空一致性程度的新框架、新理論與新方法。<

3、br>　　為解決上述問題，本文首先提出了一個SODSA系統(tǒng)全局廣義時空一致性問題求解框架，闡述了系統(tǒng)廣義時空一致性需求、內(nèi)涵及各仿真時空域關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而重點建立了各仿真時空域內(nèi)時空一致性動態(tài)演化機理模型，并量化分析了各種導(dǎo)致系統(tǒng)不一致的影響因素；在此基礎(chǔ)上，深入研究了針對資源域時空一致性控制的參量差分時鐘同步算法及其性能，提出了系統(tǒng)全局廣義時空一致性控制的多層級量化評估模型；最后，以無人機突防仿真系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用為背景，結(jié)合本文提出的理論與

4、方法，對整個系統(tǒng)的廣義時空一致性實施控制，系統(tǒng)運行結(jié)果驗證了本文理論與方法的有效性和正確性。論文主要開展了以下幾個方面的研究：
　　一、提出了SODSA廣義時空域?qū)蛹壱恢滦钥蚣芗案拍钅Ｐ?。首先定義了仿真的狹義和廣義時空的概念，在此基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)性分析SODSA的廣義TSC需求及其不一致的影響因素，闡述了系統(tǒng)從底層資源、仿真模型、仿真服務(wù)到用戶認(rèn)知的全局TSC軸概念；提出了廣義時空層級一致性框架、四域一致性模型、一致性時空成熟度，

5、全面系統(tǒng)地闡述了SODSA中廣義時空層級一致性的內(nèi)涵、特點和關(guān)聯(lián)關(guān)系，為后續(xù)動態(tài)演化機理建模、分析及其應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。
　　二、重點建立了SODSA廣義時空一致性三層動態(tài)演化機理模型，并量化分析了各時空域的不一致因素(也稱約束元)的影響力。三層動態(tài)演化機理模型主要包括基于有限自動機的資源域時鐘一致性演化、基于有向超圖的模型域時空一致性演化和基于擴展分層有限自動機的服務(wù)域時空一致性演化。在各仿真時空域下時空一致性演化機理研究中，

6、首先深入分析各域的一致性演化機理及主要的不一致約束元；其次根據(jù)各仿真時空域內(nèi)時空一致性動態(tài)演化特點，運用有限自動機理論、擴展圖論、擴展有限自動機理論分別建立上述各域的時空一致性動態(tài)演化模型；然后提出各域的時空不一致約束元動態(tài)影響的量化分析算法；最后借助仿真分析方法，運行上述各演化算法，對各域的不一致約束元進(jìn)行量化分析，驗證了所建立的演化模型及其量化分析算法的有效性，為后續(xù)相關(guān)應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。
　　三、提出并深入研究了資源域時鐘一

7、致性控制的參量差分時鐘同步算法。在資源域時鐘演化機理量化分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)計新的時鐘同步算法并重點對該算法的性能進(jìn)行了較深入的測試。首先闡述了算法的應(yīng)用背景和相關(guān)基本概念；其次介紹了基于參量差分思想的邏輯時鐘模型的原理和特征；然后在該時鐘模型的基礎(chǔ)上，闡述了算法在單跳網(wǎng)和多跳網(wǎng)下的兩種部署方案，并分析了算法的局限性；最后，在仿真實驗條件下，重點對該算法的收斂性、同步時間、同步精度和穩(wěn)定性進(jìn)行深入測試與分析，驗證了該算法的可行性和有效性

8、。
　　四、建立了SODSA廣義時空一致性控制的多層級量化評估模型。該模型包括三個模塊：權(quán)重賦值模型、一致性評估多層次指標(biāo)體系和一致性量化評價標(biāo)準(zhǔn)。首先引入了相關(guān)基本概念和假設(shè)；其次給出了一致性量化評估的形式化定義和標(biāo)準(zhǔn)：包括一致性狀態(tài)定義、一致性指標(biāo)定義和評價標(biāo)準(zhǔn)等；然后結(jié)合前文提出的層級一致性框架，設(shè)計了一個多層次的評價指標(biāo)體系；最后建立了多層級量化評估模型，給出了簡單應(yīng)用案例。
　　五、以無人機突防仿真系統(tǒng)開發(fā)為例，針

9、對各仿真時空域內(nèi)的廣義TSC控制問題，結(jié)合本文提出的框架構(gòu)想、理論方法及應(yīng)用研究，提出了一系列有針對性的技術(shù)方法、管理策略和規(guī)范指導(dǎo)等。系統(tǒng)集成實現(xiàn)驗證了本文提出的理論與方法的正確性和有效性。
　　本文研究的上述內(nèi)容，系統(tǒng)論述了SODSA的廣義時空域?qū)蛹壱恢滦孕枨罂蚣?，詳?xì)分析了其不一致影響因素的動態(tài)演化機理，初步開展了部分仿真時空域內(nèi)的解決廣義時空不一致問題的應(yīng)用研究，對于維護(hù)SODSA的時空基準(zhǔn)邏輯順序關(guān)系正確性、仿真過程時空