分布式交互仿真技術

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分布式交互仿真技術范文第1篇

關鍵詞：運行支撐框架組件；虛擬維修訓練；云仿真； 云計算

0 引言

虛擬維修訓練仿真以其經濟、安全和不受天氣場地限制[1]等優點，已成為提高裝備維修訓練水平和保障能力的重要手段。高層體系結構（High Level Architecture，HLA）是美國國防部于1996年提出的新一代分布式仿真框架，它針對現有仿真技術的不足，通過運行時間支撐框架（Run Time Infrastructure，RTI）軟件管理各仿真應用，提供較好的重用性和互操作性，以保證不同類型的仿真應用能夠協調工作，完成復雜的仿真。目前，現有基于HLA/RTI的大型復雜裝備分布式虛擬維修訓練仿真系統受自身局限性制約，仿真任務和仿真設備耦合緊密，系統仿真效率低下，維護困難；另外，仿真資源僅限于小范圍的共享，利用率不高。如何突破系統開放性、靈活性、使用性等制約，豐富虛擬維修訓練仿真技術內涵與應用模式，促進大范圍仿真資源共享和協同互操作，拓展分布式仿真的范圍和層次，滿足多樣化的仿真訓練需求，是亟須解決的問題。

當前興起的云計算[2]技術使用相對集中的計算資源為各種應用提供服務，它充分利用網絡和計算機技術實現大范圍的資源共享和服務，能夠極大提高資源利用效率，擴展仿真應用范圍，是解決裝備分布式虛擬維修訓練仿真所面臨問題的有效途徑之一。

將云計算應用于仿真領域，2009年李伯虎院士[3]提出了“云仿真”的概念并介紹了需要解決的關鍵技術，為云計算與虛擬現實仿真的結合指出了可行路徑。杜瑾[4]在分析現階段我軍訓練模擬仿真系統不足之處基礎上，將云計算理念融入到訓練模擬仿真系統之中，提出了一種新的訓練模擬云仿真平臺的體系結構，對構建軍事訓練云仿真平臺的必要性和可行性進行了有益的探索。張雅彬等[5-6]研究了基于虛擬化技術的云仿真運行環境動態構建技術和云仿真資源遷移技術，并論證了各項技術的可行性和有效性。華翔等[7]和楊晨等[8]分別在可視化仿真和云制造領域引入云仿真思想，提出了可視化仿真的私有云框架和面向云制造的云仿真支撐框架，并對相關技術進行了研究。高武奇等[9]針對現有 HLA 仿真資源難以與 Internet 共享使用的問題，提出了一種基于 HLA Evolved 的云仿真體系結構和框架實現方案，并通過云仿真測試實驗，證明了基于 HLA Evolved 的云仿真設計方法可行、有效。以上研究思路和內容為開展面向裝備虛擬維修訓練領域的云仿真研究打下了良好的基礎。本文在云仿真思想的指導下，結合虛擬維修訓練仿真特點，研究了裝備分布式維修訓練領域云仿真平臺構建關鍵技術，包括交互模式、平臺框架、基于云端的分布式交互仿真支撐、可視化仿真、多任務負載平衡策略和分布式存儲等。

1 裝備維修訓練云仿真內涵

虛擬維修訓練云仿真平臺以裝備虛擬維修訓練應用需求為背景，以云計算及云仿真理念和技術為指導，綜合應用虛擬現實和虛擬維修領域的建模仿真等相關技術，實現系統中各類資源安全地按需共享與重用、多用戶按需協同互操作以及系統動態優化調度運行，進而支持虛擬維修訓練系統的分布式開發與裝備分布式協同維修和操作訓練，是裝備虛擬維修訓練領域的仿真資源云計算模式共享平臺。具體包括以下功能：1）支持各種軟硬件資源，如CPU、內存、帶寬、存儲、操作系統、仿真軟件等的共享與重用；2）提供類似于MFC的訓練仿真系統基礎框架，同時封裝仿真功能模塊以服務方式提供，用戶可定制基礎框架并使用仿真功能模塊服務進行仿真系統的個性化構建，從而提高虛擬維修訓練仿真系統的開發效率；3）構建基于Web的RTI服務，實現廣域網條件下的仿真互操作，支持裝備大范圍分布式維修訓練仿真。

虛擬維修訓練云仿真平臺的基本思想是將分散的武器裝備訓練資源、仿真資源等集中到一個或多個中心，對各種資源進行服務化封裝，向網絡終端提供服務并監控、調度其運行狀態。受當前互聯網傳輸速度和信息安全等制約，虛擬維修訓練云仿真平臺初步采用基于廣域網的私有云仿真網絡架構。根據仿真資源功能的不同，仿真中心的服務大體可分為訓練服務和開發服務兩類，前者提供武器裝備的維修訓練仿真，后者則提供開發環境用于虛擬維修訓練系統的在線開發和測試。仿真平臺的應用模式如圖1所示。

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圖1 虛擬維修訓練云仿真應用模式

云仿真的終端用戶可以是單個節點，也可以是局域網集群節點，通過廣域網絡與云仿真中心進行交互，同時，客戶端可以是瘦客戶端，配備顯卡等基本顯示部件和交互設備，不需要高性能的處理和存儲能力，就可以基于云仿真平臺實現復雜裝備的虛擬維修訓練與開發。

2 虛擬維修訓練云仿真體系結構

虛擬維修訓練云仿真是一種面向服務的裝備維修訓練仿真平臺，具有層次化的體系結構，如圖2所示。

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圖2 虛擬維修訓練云仿真框架

該體系結構包括五層：基礎資源層、資源管理層、分布式交互支撐層、仿真平臺層和應用管理層，同時構建完備的信息安全保障體系，確保軍事信息及數據的安全傳輸和使用。

基礎資源層

包括計算機、存儲器、網絡設備等，采用虛擬化技術，對若干物理資源進行抽象，根據用戶的需求進行動態分配，實現內部流程自動化和資源管理優化，從而向外部提供動態、靈活的基礎設施層服務。虛擬化技術分為服務器虛擬化技術和桌面虛擬化技術。基于Xen 的虛擬機（Virtual Machine，VM）可通過LibVirt 進行管理[10]，LibVirt 支持對包括Xen、KVM、QEMU在內的多種VM的管理。VMware 提供 VIX API（Vix）對 VMware Workstation 上運行的 VM進行管理[11]，Vix 簡單易用，可以在腳本或應用程序中調用。為滿足不同用戶對虛擬化效果的不同要求，本文以 Xen+LibVirt 為基礎實現服務器虛擬化，同時以VMware Workstation+Vix為用戶提供較高質量的桌面虛擬化環境。

資源管理層

負責對對虛擬化的基礎資源進行動態監控，對云仿真平臺的資源進行管理，并對眾多應用任務進行調度，確保資源的合理分配，使資源能夠高效、安全地為仿真應用提供服務。

分布式交互支撐層

為廣域網條件下的裝備協同仿真提供功能支撐，是云仿真平臺構建分布式虛擬環境并在其中進行自然交互的基礎。通過設計分布式的體系結構，能夠更好地滿足仿真過程中多個用戶之間的協同互操作。而傳統HLA/RTI的分布式架構不具備跨平臺功能，難以全面支持面向網絡的分布式交互，無法滿足云仿真模式對分布交互的需求。基于HLA最新標準HLA Evolved建立面向Web服務的分布式仿真環境以支持協同交互和仿真互操作，該仿真支撐框架與原有 HLA1.3 和 HLA1516 聯邦仿真兼容，保證基于pRTI、MAKRTI的聯邦仿真可以通過局域網實現仿真，同時通過Web組件與云仿真中心端進行交互，能夠滿足“云中心—訓練終端”和“訓練終端—云中心—訓練終端”的交互模式。

仿真平臺層 仿真平臺層提供虛擬維修系統開發和訓練功能支撐，其主要具有以下功能：1）提供并維護虛擬維修訓練所需的模型和軟件等仿真資源，包括可定制的仿真基礎框架、分布式虛擬場景模塊和通用維修工具等仿真資源服務，這些仿真資源用以快速構建虛擬維修訓練仿真環境，同時還支持自主建模，模型資源上傳開發等應用；2）在計算資源彈性可伸縮的基礎上，提供場景繪制、碰撞檢測等分布式算法服務模塊，在資源虛擬化基礎上通過分布式仿真算法提高仿真解算效率，從而為基于云仿真平臺開發和運行的虛擬維修訓練系統提供更高的實時性和更逼真的仿真效果。

應用管理層 為用戶提供交互界面和服務選項，以直觀的形式提供仿真服務，包括虛擬維修系統開發服務、訓練服務，協同訓練和開發服務等。使用網頁瀏覽器進入門戶，獲得登錄使用仿真任務開發和訓練權限，用戶就可以按其所需，通過相應仿真應用軟件和平臺工具獲取需要的建模仿真服務。

信息安全保障體系采用各種有效措施，保證平臺運行全過程的裝備資源和用戶數據等信息安全。

3 分布式虛擬維修訓練云仿真關鍵技術

3.1 RTI平臺服務化

3.1.1 分布式交互支撐RTI層次化框架

云仿真平臺要求HLA/RTI要以服務的形式部署在云端，提供給用戶使用。當前的解決方案是使用 Web 服務技術對 RTI 進行不完全擴展，使其滿足云仿真平臺分布式交互支撐的需求。文獻[12]中討論使用 Web 服務 API 對 HLA 進行擴展，并提出Web 服務RTI組件（Web Service Provider RTI Component，WSPRC）的概念。

面向Web服務的云仿真平臺分布式交互支撐RTI層次化框架如圖3所示。中心服務器管理和服務的對象是RTI，仿真過程中，它接受各個RTI的相關協調服務請求，并向單獨的或所有的RTI發送服務請求的處理結果，具體功能如下：協同動態負載均衡調度；管理需要全局協調管理的服務；與各個RTI之間進行通信，將全局數據和服務的處理結果分發給各個RTI。負載均衡系統負責在RTI服務申請用戶負載過大時將客戶端的任務請求分發到不同的服務器，以達到資源的優化利用和快速反饋，從而增強云仿真平臺分布式交互支撐的穩定性與伸縮性。CRC是中心 RTI 組件，進行集中式協調操作。Web服務API聯邦成員通過Internet連接到WSPRC，創建聯邦或加入已有可用聯邦。 LRC是本地 RTI 組件，支持C++、Java等聯邦成員。

3.1.2 仿真交互過程及邦員設計

WSPRC 位于云服務器端，提供了一個或多個端口，端口指向聯邦成員，眾多基于Web Services 開發的聯邦成員可以連接到同一個WSPRC，就像多個網頁瀏覽器可能會連接到相同的Web服務器。WSPRC采用會話（sesion）來維護成員的狀態， 當一個 Web 服務成員通過一個指向 WSPRC 的 URL加邦時，WSPRC則為其創建并維護一個HTTP會話，以后 Web 聯邦成員的訪問都在此會話中進行，當 Web 聯邦成員退出聯邦執行時，會話被服務器銷毀。當網絡或者某一成員出現故障導致連接斷開時，WSPRC會把該成員的會話保持一段時間，如果在允許的時間范圍內恢復連接，則仿真應用繼續運行；同時，WSPRC 會周期性地檢查所有會話，并自動終止超時的會話，釋放其占用的內存。

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圖3 分布式交互支撐RTI層次化結構

在一個聯邦中，為降低單個WSPRC的負載，可以使用多個WSPRC。受傳入和傳出更新率的限制，每個 WSPRC 最多只能連接5到10個聯邦成員[9]。運行過程中，Web聯邦成員利用中心節點提供的 RTI 服務實現客戶端的服務請求，完成仿真過程中的交互。如圖4所示。

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圖4 基于WSPRC的仿真交互過程

同一個聯邦中聯邦成員可以使用不同開發語言API，某個特定的聯邦成員使用哪個API對聯邦和聯邦成員是透明的。HLA Web 服務 API 是用 Web 服務描述語言描述的。它是對服務的精確描述而不是一個實際的編程 API，也稱為WSDL API。支持直接將函數聲明轉化為WSDL的工具軟件有很多，有IBM、Microsoft、Sun這樣的公司提供的商業版工具，以及Apache Axis等開源社區提供的免費版工具。

3.2 分布式交互仿真訓練過程監控

在云仿真過程中，需要對訓練和開發的過程進行實時監控，監視仿真中各成員的狀態信息，控制仿真的進度，確保仿真的正確運行。云仿真平臺提供仿真聯邦監控工具實現以上需求。仿真監控工具以仿真聯邦成員的角色加入一個仿真聯邦，成為監控聯邦成員。監控聯邦成員承擔維修訓練仿真教練機的角色，對聯邦仿真過程進行監控，監控聯邦成員也可以由某個聯邦成員擔任，賦予其聯邦監控職能。監控聯邦成員采集仿真聯邦成員實時狀態信息，上傳并存儲于云端數據庫，各個聯邦成員可以訂購對其他成員感興趣的信息，隨時查看其他成員的實時狀態。

監控聯邦成員采集的監控數據包括管理對象模型（Management Object Model，MOM）信息，以及仿真過程中聯邦成員通過服務化的RTI發生的交互數據信息。MOM信息包括聯邦成員名稱、句柄、類型等靜態信息，成員更新/反射數據量、發送/接收交互次數等動態信息以及時間管理狀態、前瞻量、邏輯時間等與仿真有關的時間信息，仿真成員間的交互數據信息包括成員/訂購的信息，與仿真模型以及自身狀態等有關的各類信息。

在管理對象模型中提供了詳細的聯邦和聯邦成員的信息，可以通過訂購管理對象模型對象類各個子類的屬性來實現對聯邦和聯邦成員情況的監視。對對象類屬性的訂購遵循 HLA 的訂購機制， RTI 對管理對象模型對象類屬性值更新后，總控聯邦成員反射其更新值并完成相應的操作。下面以訂購聯邦成員的 ID 號為例說明訂購和反射的實現：

3.3 聯邦成員動態遷移

云仿真中的聯邦成員動態遷移，是指在基于云端RTI進行分布交互的仿真系統運行期間，遠程WSDL聯邦成員對應的實例由一個WSPRC遷移到另一個WSPRC，或者由一個會話遷移到另一個會話保持的過程。

聯邦成員終端基于WSPRC組件與中心RTI 進行分布交互，遠程聯邦成員只負責與RTI 進行數據交互，本身無任何仿真邏輯，其狀態信息主要是與HLA 相關的狀態，如仿真時間、公布/訂購內容、對象類實例情況等。遠程聯邦成員實例的遷移，關鍵是實現狀態信息的中斷、保存和遷移。

當某遠程聯邦成員需要遷移時，首先通知對應終端，終端收到通知后，在指定的WSPRC上創建與遠程WSDL邦員的新連接。此時云端存在兩個WSPRC分別維護同一個遠程邦員的兩個通信連接，相當于遠程WSDL邦員在云端存在兩個邦員。新的WSPRC完成與原WSPRC同樣的公布/訂購，獲取仿真狀態信息和維護的對象類實例所有權，并恢復到當前的狀態。WSDL遠程邦員在放棄原WSPRC維護的對象類實例所有權后，斷開與原WSPRC的通信連接。完成上述操作后，新的WSPRC通知終端，校準與WSDL遠程邦員的時間關系，最終完成遷移。遷移過程如圖5所示。

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圖5 聯邦成員動態遷移過程

3.4 云仿真模式下的負載平衡

虛擬維修訓練云仿真平臺支持大量用戶的仿真運行，眾多的仿真實體分布在不同的節點，隨著仿真的進行，各個節點上的負載會發生改變，出現個別節點的負載比其他一些節點的負載要多很多的情況，即節點負載不平衡。負載的失衡會使整個系統的運行效率下降和容錯性能下降，并有可能對仿真運行結果產生不良影響。設計負載均衡器對平臺節點性能進行動態調整和維護，對仿真任務進行動態平衡，體系結構如圖6所示。

函數 F（L1，L2，E，λ）表明了在超載、輕載和負載適中三種情況下E與L1，L2之間的關系。函數中 λ（λ

在實際應用中，各個仿真節點具有基本相同的處理性能，可假設P值相同。采用最小連接的動態調度算法實現對靜態負載進行節點的監控、邦員調度等，具體描述如下。

1）調度器記錄各個服務器已建立連接的活躍節點數目，預估服務器的負載情況；

2）當一個請求被調度到某臺服務器，其連接數加1；

3）當連接中止或超時，其連接數減1；

4）根據調度器記錄得出此時連接數最小的服務器，將新的連接請求分配到當前連接數最小的服務器。

通過上述方式，把負載變化大的請求分布平滑到各個仿真節點上，從而提高節點利用率和保持仿真運行中負載的有效平衡。負載動態平衡前后的虛擬服務器利用情況如圖7所示。未使用負載均衡時，1號和2號虛擬服務器節點利用率分別為95%和92%，處于超載狀態，而3號虛擬服務器利用率僅有10%，利用率不足，屬于輕載狀態，負載嚴重不均衡。當仿真任務經由負載均衡器采用動態調度算法進行合適分發后，3臺虛擬服務器節點的使用率分別約為70%，67%和60%，起到了平衡負載的效果。如圖7所示。

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圖7 動態負載平衡

3.5 仿真平臺層可視化仿真

可視化仿真技術是實現仿真結果實時可視化的核心技術，為使用者提供2D/3D的仿真可視化服務。可視化仿真主要完成三維實體模型的渲染、驅動。這些模型可以劃分為靜態實體模型和動態實體模型。靜態實體模型指地面上一些文化特征，如建筑物、樹木等；動態實體模型是指各種仿真實體模型，如車輛、機械系統等。

云仿真可視化門戶采用B/S多層體系結構，分為功能驅動層、應用支撐中間件層、資源服務中間件層和可視化資源層。其中功能驅動層提供地形導入、動態場景更新、導彈動力學可視化等視景仿真功能模塊；應用支撐中間件層提供視景仿真程序開發包，支持仿真可視化應用的快速開發；資源服務中間件層提供可視化資源查找、動態調度、可視化服務的封裝和調用等基本功能操作；可視化資源層主要包括虛擬場景地形、虛擬樣機幾何模型等可視化模型資源。

即使在云仿真平臺下，圖形生成的真實性和實時性事實上也是突出的矛盾，圖形越真實，則描述它所需數據量越大，計算處理的時間就會相應增長，從而影響圖形生成的實時性。在保證虛擬環境的真實感的基礎上，現有圖像簡化等技術（動態或靜態層次細節、消隱技術、虛擬全景空間技術等） 仍可以運用于云仿真平臺，以提高場景繪制速度和虛擬仿真實時性。

3.6 仿真數據分布式存儲

數據的存儲和操作也以服務的形式提供，分布式存儲要求存儲資源能夠被抽象表示和統一管理，并且能夠保證數據讀寫操作的安全性、可靠性、使用性。Cassandra是一套高度可擴展、最終一致、分布式的結構化鍵值存儲系統，它結合了Dynamo的分布技術和Google的Bigtable數據模型，能夠滿足海量數據存儲的要求，解決了應用與關系數據庫模型之間存在的非依賴關系。

Cassandra的存儲機制[13]如圖8所示。三個列族的Key值先記錄在Commitlog中，Commitlog則保存在獨立的磁盤上。和Bigtable一樣，Cassandra的日志內容也同樣需要按照鍵值進行序列化，然后將數據分別寫入到三個CF所對應的Memtable中。Memtable滿足一定條件后批量刷新到磁盤，存儲在SSTable的塊上并設置保存塊位置信息的索引（Index），Index保存的是每個Key在數據文件中的偏移位置。當查找時，將Index加載到內存中，定位Key所屬的塊，從而實現快速查找。

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圖8 Cassandra的存儲機制

4 應用實例

綜合運用云計算、虛擬化、虛擬現實仿真等技術初步構建網絡化仿真平臺，進行某型裝備虛擬維修系統的開發和訓練。該平臺包括網上開發和訓練集群、Web服務器和存儲服務器等，這些共同構成了仿真平臺的基礎設施。網上開發集群提供底層硬件資源、平臺和軟件的虛擬現實開發支撐服務；網上訓練集群為基于中心展開的裝備模擬訓練提供各種虛擬維修訓練支撐服務，包括虛擬維修訓練、RTI Web 服務和HLA 聯邦管理服務等。項目開發人員可利用其中的 M&S 軟件進行系統的開發；組織者可以統一管理開發資源，控制開發進程。網絡化服務的資源使用方式避免了為每個項目單獨配發硬件和軟件工具環境，提高了資源的利用率，同時訓練人員可以通過虛擬維修訓練服務進行裝備的協同仿真訓練。某型裝備的網上虛擬維修訓練仿真過程如圖9所示。

分布式交互仿真技術范文第2篇

電子商務作為一個新興領域，各個院校在電子商務專業建設中，培養目標和課程體系不是完全統一，因此側重點是不同的。普遍存在的問題是重理論而輕實踐的現象非常嚴重，不利于電子商務人才地培養。原因很簡單，就是實踐的電子商務平臺很難搭建，應用仿真技術可以解決這一問題。利用計算機技術、網絡技術等現代信息技術從事商務活動，突出學生的動手能力，培養融IT與商務于一身的高素質復合型人才。

隨著互聯網的全面普及，基于互聯網的電子商務也應運而生，并在近年來獲得了巨大的發展，成為一種全新的商務模式，被許多經濟專家認為是新的經濟增長點。這種電子商務模式對管理水平、信息傳遞技術都提出了更高的要求，其中安全體系的構建又顯得尤為重要。如何建立一個安全、便捷的電于商務應用環境，對信息提供足夠的保護，是商家和用戶都十分關注的話題。

一、概述

計算機仿真技術可以為學生提供虛擬的仿真情境， 為學生創設一種開放的、主動的、發現式的探索式的學習環境， 發展學生的高級思維能力和問題解決能力， 從而通過對該情境的操縱、觀察和思考得出合理的結論。計算機仿真可以在很大程度上激發學生的高水平思維活動， 讓學生通過反省性的、高水平的思維活動來建構深層的、靈活的、真正的知識，近幾年， 計算機模擬教學在國內外的電子商務課程中屢見不鮮， 但仿真教學在計算機教學中的應用、尤其是在計算機網絡課程中的應用還處于探索研究的階段， 將計算機模擬應用于教學活動中， 往往能夠收到事半功倍的效果。

電子商務引起人們的普遍關注，細說起來也不過是最近幾年的事情。電子商務網絡仿真實驗室可以提供一個真實的環境，在這個環境中，學生可以模擬電子商務的各種活動。因此，電子商務網絡仿真實驗室具有可操作性、仿真性及適應性強的特點。可操作性，是指電子商務網絡仿真實驗室中的計算機所需軟件;仿真性，是指學生在電子商網絡實驗室的計算機上安裝了相關軟件后，能夠模擬IT 環境，進行各種電子商務活動等;適應性強，是指電子商務網絡仿真實驗室能夠成為與電子商務相關的多門課程的實習實訓基地。在電子商務網絡仿真實驗室，學生可以學習基本的電子商務網站的建設流程。 　二、計算機仿真技術

計算機仿真技術(computer?simulation?technology)是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真系統的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。它具有高效、安全、受環境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統（尤其是復雜系統）的重要工具。計算機仿真，是在研究系統過程中，根據形式性原理，利用計算機來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實的系統，也可以是設想中的系統。傳統的仿真方法是一個迭代過程，即針對實際系統某一層次的特性（過程），抽象出一個模型，然后假設態勢（輸入），進行試驗，由試驗者判讀輸出結果和驗證模型，根據判斷的情況來修改模型和有關的參數。在沒有計算機以前，仿真都是利用實物或者它的模型來進行研究的，這種方法的優點是直接、形象、易信，但模型受限、容易破壞、難以重用。而計算機仿真是將研究對象進行數學描述，建模編程，且在計算機上運行實現。它不怕破壞、容易修改、可重用。因此在現代化生產建設中得到了廣泛的采用。并取得了豐碩的成果，帶來了可觀的經濟效益。

計算機仿真技術的核心是按系統工程原理建立真實系統的計算機仿真模型，然后利用模型代替真實系統在計算機上進行實驗和研究。由于近年來信息技術的發展特別是高性能海量并行處理技術，可視化技術，分布處理技術，多媒體技術，虛擬現實技術的發展，使得建立人——機——環境一體化的分布的多維信息交互的仿真模型和仿真環境成為可能，從而使仿真方法有了一些新的發展，形成了一些新的研究仿真方法熱點，如：定性仿真方法；面向對象的仿真方法；分布式交互仿真方法；人——機和諧仿真環境建立方法學。

三、電子商務網絡仿真實驗室

利用仿真技術可以構建電子商務仿真實驗室，通用的通信網絡硬件實驗平臺《計算機網絡》或《計算機網絡與通信》是計算機專業的必修專業課程。它的實驗主要是從以下幾個方面進行設計的:網絡技術做實驗:它包括網絡布線與制作，計算機操作系統的安裝與配置，局域網的設計與實現，廣域網的設計與實現。其目的主要是讓學生了解常用網絡的設備的連接、安裝與配置。通過設計、連線和配置，完成網絡數據通信實驗。計算機網絡原理的模擬與仿真:計算機網絡模型，有許多協議支持實現，每種協議實現都有些算法。原理的模擬與仿真就是解決其中的一些算法實驗，這種實驗通常用軟件加以實現，但同時也需一些硬件配合完成。其目的主要是使學生通過實驗對算法應用理解更深刻。如:數據鏈路層的連續ARQ，網絡安全中的加密算法等。網頁虛擬實現交互指導實驗:有些網絡設備費用很高，也沒有必要全部實做，設計一些虛擬網頁，通過網絡的操作達到實驗的目的。如:網絡的測試儀的使用，高端網絡設備的使用和配置等。

在教學應用中，通過仿真技術不但可以節約教學成本，而且能取得良好的教學效果。

四、結束語

分布式交互仿真技術范文第3篇

【關鍵詞】多接入點 分布式 光伏發電系統 配電網交互

鑒于光伏發電系統應用到了逆變器等電力裝置，同時也產生了大量的諧波，對電力系統造成了較大干擾，當前，單點光伏發電系統并網對電網諧波影響方面的研究主要集中在不同接入位置與容量對配電網諧波電壓與電流的影響上。鑒于配電網內部諧波源非常多，有著分布參數特性，且放大特征更加的復雜，難以通過單點光伏發電系統諧波性將整體的多接入分布式光伏發電系統的諧波特性得到。由此，此次研究應用仿真技術從系統角度對多接入點分布式光伏配電網諧波傳輸、諧波疊加、分布等方面熱萁行研究，從而分析這些內容對網點諧波特性與電壓波動產生的影響。

1 分布式光伏配電網諧波機理分析

在配電網中介入分布式光伏發電系統后，對配電網的諧波產生影響的是接入位置、方法等，需要將分布式光伏發電系統配電網等效電路建立出來，從而更好的分析諧波傳輸與諧波分布特性及機理。

當多個分布式光伏接入到配電網后，不同光伏控制獨立存在，將產生不同的諧波，諧波電流疊加與常規電流有著相似的原理，各個諧波源電流的矢量和就是疊加后諧波電流。另外，如果應用相同型號的光伏逆變器，且逆變器控制同步時，多接入點分布式光伏并網對電網諧波有更大的影響。

2 分布式光伏的配電網電壓波動

分布式光伏引起的電網電壓波動機理是多樣的且復雜的，需要綜合對光伏功率波動大小與并網點短路容量綜合考慮，同時需要考慮阻抗比R/X與光伏功率因數。網點電壓波動與光伏功率波動量存在密切相關性，網點電壓波動越大，光伏功率波動量就會隨之增大。通常，光伏輸出功率因數為1，且并網點到電源間的距離較短，容易使電壓波動縱軸分量減少，電壓波動大小將與等效阻抗存在反比關系，而與電壓波大小、等效阻抗呈現出正比關系。基于以上分析可以了解，當等效阻抗減少時，并網電壓波也會隨之變小。

3 仿真分析

3.1 構建仿真模型

為了更好開展配電網特性仿真研究，構建仿真算例，其結構見下圖2所示。圖中分布眾多的任意主干支路節點，且不同節點之間有著相等的距離，采用的線路為架空線路，不同負荷支路采用的是銅導線，且均按照負荷容量選用不同型號材料。

3.2 諧波仿真

理想電網條件下的諧波仿真負荷節點處的容量為85KW，占總負荷的2/3左右，此次研究應用到DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件開展電磁暫態仿真。在分布式光伏L3點接入，對接入后的各母線節點諧波電流仿真模擬并分析，同時按照仿真結果對諧波電流幅值進行統計。N4節點后線路等效阻抗開始增大，由此，從N5開始諧波電流為0，此時負荷阻抗依然是最大的，由此，諧波電流流入共同電網大部分是通過配電網主干線實現的。分布式光伏在L1～L5點接入時，不同接入點諧波電壓與電流存在差異，當接入至L5節點時，諧波電流幅值增大，公共連接點的等效阻抗最小的是L1，由此，光伏接入產生的諧波電壓也偏小，仿真結果顯示了，接入點諧波電流如果有較小的變化，說明配電網諧波電壓分布曲線中光伏并網點有所提升，說明此處的諧波電壓水平較其他節點高。

非理想電網條件下諧波仿真。通過仿真分析，建立仿真平臺，在平臺中對控制模塊自定義，模擬電網背景諧波通過交流電壓源中加入指定次數與含量實現；仿真中電網與電壓含有不同諧波電壓，含量占5%。電網含有低次諧波時，分布式光伏系統同樣會將低次諧波流量輸出，且諧波次數與光伏輸出增大的諧波次數存在相關性。通過仿真結果可以了解到，如果中心為零序諧波，則與負序諧波之間相互影響，以上的仿真結果是解耦控制策略，在這一控制策略中，會使含有諧波電網電壓隨機方式進入到控制系統內，從而增大了輸出諧波電流。由此，這種電網條件對光伏逆變器控制提出了更高的控制要求。

3.3 電壓波動仿真

利用DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件對分布式光伏發電功率波動時對配電網電壓影響進行仿真分析，仿真結果顯示了，各個母線的節點電壓波動有著一定規律，電壓波動較大的是母線L2，電壓波動值為d=0.652%。鑒于L2節點光伏中的功率變化較大，非常容易造成電壓波動頻繁。另一個電壓波動較大的是L5，電壓波動為d=0.682%，鑒于L5節點與平衡節點電氣距離較大，但是容量則偏小，由此，雖然功率小，但是此處的電壓波動依然非常大。電壓波動最小的是N0，電壓波動為d=0.056%，鑒于N0母線與平衡節點處有著較小的電氣距離，由此，此處有著較大的短路容量，電壓波動也是最小的。通過以上分析可以發現，光伏并網點中有著嚴重的電壓波動，且與功率波動越靠近，電壓波動的將越大。

4 結束語

本文主要對多接入點分布式光伏發電系統接入配電網交互影響進行了分析，可以發現，將分布式光伏電系統接入配電網后，傳統的單光電源輻射狀網絡變為了遍布電源與用戶的多源性的互聯網絡，隨之變得復雜的是電能質量特性。針對以上仿真分析存在的問題，本次研究通過理論描述與仿真研究結合的方式探究了多接入點分布式光伏與配電網電能質量交互影響。仿真結果顯示，分布式光伏諧波電流會經由主干之路流入到公共電網中，除了光伏并網，其他負荷節點幾乎沒有諧波電流通過，且越與配電線路末端靠近，越會增強電網諧波畸形水平，電壓波動與光伏功率大小也存在相關性。

參考文獻

[1]繆立恒.分布式光伏接入對配電網穩態運行影響的研究[D].華北電力大學，2015.

[2]王亞維.高滲透率光伏發電系統中網源互動技術的研究[D].上海電力學院，2015.

作者簡介

陳浩龍（1988-），男，甘肅工業職業技術學院助理講師。電氣工程及其自動化專業。

分布式交互仿真技術范文第4篇

仿真技術的發展經過了三個階段：仿真網絡（SIMNET），分布交互仿真（DIS）和聚合級仿真協議（ALSP）高級體系結構（HLA）。[1]基于HLA的分布仿真是今后仿真發展的主要方向，故文章選用高級體系結構對空地對抗仿真的聯邦成員進行了研究。

1 高級體系結構

HLA中將實現某種特定仿真目的的仿真系統稱為聯邦。聯邦由若干交互的仿真應用和其它一些相關的應用（統稱聯邦成員Federate）、運行支持系統（RTI）和聯邦對象模型（OM）構成。[2]聯邦成員由若干對象構成， 成員間通過RTI提供的服務來實現交互。

1.1 RTI簡介

RTI是一個按照HLA接口規范開發的軟件系統，能為仿真應用提供通用的、相對獨立的支撐服務，其功能類似于分布式操作系統。[3]

1.2 對象模型模版

對象模型模板（OM

2 模擬仿真

實例：A方出動一架戰斗機空襲B方陣地，攻擊目標為陣地司令部，B方探查到空情指示，奉命攔截該架戰斗機。

2.1 聯邦成員設計

在作戰中，設計了兩個成員來仿真該空襲過程。一個為A方空襲飛機成員，一個B方陣地。雙方公布/定購關系如下：A方飛機成員（B方陣地訂購）： 對象類-飛機，交互類-飛機投擲炸彈、飛機被擊毀；B方陣地成員公布（A方飛機成員訂購）：對象類-B方陣地營司令部，交互類-高炮對飛機開火。

其FOM/SOM定義的對象類（表1）和交互類（表2）如下：

表1 對象類表

表2 交互類表

2.2 RTI實現

將表1和表2輸入OMDT生成Fed文件，當RTI創建聯邦時予以加載。

下面以A方飛機為例，詳細介紹仿真如何實現：

（1）創建聯邦

調用rtiAmb.createFederationExecution（“空地對抗仿真”，“airraid.fed”）；其中“空地對抗仿真”是將要創建的聯邦的名字，“airraid.fed”是由FOM/SOM生成的Fed文件名。

（2）加入聯邦

調用FedHandle=rtiAmb.joinFederationExecution（“A方空襲飛機”，“空地對抗仿真”，&fedAmb）；其中“A方空襲飛機”為聯邦成員名，FedHandle為函數返回的成員句柄值。

（3）獲取Fed文件定義的對象類及其屬性、交互類及其參數的句柄值

獲取B方司令部對象類及其屬性的句柄值：

HeadquartersId=rtiAmb.getObjectClassHandle（ “Headquarters”）；

positionId= rtiAmb.getAttributeHandle（“position”， HeadquartersId）；

獲取飛機交互類及其屬性的句柄值：

PlaneDamageId=rtiAmb.getInteractionClassHandle（“PlaneDama ge”）；

PCrashId=Id=rtiAmb.getParameterHandle（“num”，PlaneDamageId）；

（4）聲明公布/定購關系

公布A方飛機對象類：

AttributeHandleSet *Attributes= RTI：：AttributeHandleSetFactory：：create（3）；

Attributes->add（ PnumId ）； //加入飛機編號屬性

Attributes->add（ PpositionId ）； //加入飛機位置屬性

Attributes->add（ PvelocityId ）； //加入飛機速度屬性

rtiAmb.publishObjectClass（ PlaneId， *Attributes）；//公布飛機對象類

Attributes->empty（）；

定購B方司令部對象類：

Attributes->add（HpositionId ）； //加入司令部位置屬性

Attributes->add（HstateId ）； //加入司令部狀態屬性

rtiAmb.subscribeObjectClass（HId， *Attributes）；//訂購司令部對象類

delete Attributes；

公布飛機投彈和飛機墜毀交互類：

rtiAmb.publishInteractionClass（DropBombId ）；//公布飛機投彈類

rtiAmb.publishInteractionClass（PlaneDamageId ）；//公布飛機墜毀類

定購高炮開火交互類：

rtiAmb.subscribeInteractionClass（FireId）；

（5）聲明時間推進策略

飛機成員的時間推進既Regulating又為Constrained。

rtiAmb.enableTimeConstrained（）； //聲明時間推進為Constrained

rtiAmb.enableTimeRegulation（Federate_time，Lookahead_time）；//聲明時間推進為Regulating.其中Federate_time為當前的聯邦仿真時間，Lookahead_time為成員的前瞻時間。

（6）注冊飛機對象類

PlaneInstanceId = rtiAmb.registerObjectInstance （PlaneId）；

（7）發送飛機投擲炸彈交互

ParameterHandleValuePairSet*pParams=RTI：：ParameterSetFactory：：create（3）；

pParams->add（Dbomb_typeId，（char*）&bombType，sizeof（bombType））；

pParams->add（Dbomb _noId，（char*）&bombNum ， sizeof（bombNo））；

pParams->add（Bpoint_fallId，（char*）&point_fall ， sizeof（Vector））；

rtiAmb.sendInteraction（DBombId， *pParams， time_stamp，NULL）；

（8）請求時間推進

rtiAmb.timeAdvanceRequest（requestTime）；//請求時間推進

FederateAmbassador：：timeAdvanceGrant；//通知成員當前的聯邦仿真時間grantTime

然后跳轉第7步，直至仿真結束。

3 結束語

文章以模擬的空地對抗仿真為研究內容，基于HLA/RTI設計和實現了仿真聯邦成員。在設計和實現過程中采用通用的技術框架、模型和數據標準，具有較好的通用性。

參考文獻

[1]周彥，戴劍偉.HLA仿真程序設計[M].北京：電子工業出版社，2002：3-20.

[2]齊歡，代建民，吳義明. HLA仿真與UML建模[M]. 北京：科學出版社， 2004：6-40.

[3]郝江波.基于HLA的分布交互仿真應用系統開發研究[J].系統仿真學報，2000， 12（05）： 253-255.

分布式交互仿真技術范文第5篇

1.主站平臺一體化設計

在總結國內配電自動化系統建設實施多年經驗與教訓的基礎上，[3，4]為了配電主站系統更加實用化，根據系統方案設計思路，將配電自動化主站系統分為配電圖資維護模塊、配電SCADA兩大系統模塊。將配電圖資維護、配電SCADA從根本上進行一體化設計，以便形成一個具有空間概念（地理環境信息）和基礎信息（電網資料及用戶資料）的分層管理基礎數據庫。既能為電力系統配電運行管理提供具有地理信息的網絡模型，又能實時監控配電網的運行，支撐系統應用軟件的開發和其他功能的實現。

2.配電主站物理結構設計

配電網自動化實驗室主站物理結構設計，在充分考慮主站系統數據處理與存儲主干網系統信息的前提下，承擔著系統數據處理、功能實現、數據交換等重要功能，對數據處理、計算、交換速度有著非常高的要求，為此，采用了支持多操作系統平臺的運行開放機制，以及Client/Server（客戶機/服務器）分布式體系結構。硬件平臺建立在工作站和服務器等設備環境上，在建設資金充裕的情況下，配電網主站可按標準物理結構設計，如圖2所示。另外，在滿足實際數據處理功能要求的情況下，亦可采用把四臺服務器整合為一臺、打印機不設置或低標設置等某些經濟手段。

實驗室配網結構構建方案探析

實際運行中的配電網絡不僅有架空線，同樣也存在大量的電纜，且具有條數眾多、網絡結構復雜多樣等特點。但總體上來說，在配電網絡體系中，網絡接線以雙母、輻射狀網、樹狀網及環網為主要形式存在。對于一個具體的配電網結構而言，網架結構可以是多種網絡形式的組合，并且線路稠密。其網絡形式主要由用戶性質、數量及供電可靠性的要求決定。欲在一個空間有限的實驗室中同時全方位的體現現實模型幾乎是不可能的，也沒必要。因此，在配電網自動化實驗室建設中，擬建設10條配電線路及其配套通信設施，實現手拉手環網。實驗室配網結構構建方案如圖3所示。從擬建方案易知，通過改變開關的狀態，可靈活多變的組合出各種電纜線路、架空線路、網絡接線的接線方式，基本上可涵蓋現階段我國常見的聯絡方式。

配網實驗室仿真系統建設方案探析

利用仿真及多媒體進行實踐教學，不僅可把課本上大量枯燥的文字敘述轉變為生動直觀的圖形、數據說明，[5，6]而且可為學生在配電實踐教學方面提供一個安全、真實、再現的實訓環境。使學生了解配電設備、運行、檢修操作規程，從而達到提升教學效果的目的。

1.仿真系統硬件結構實驗室仿真系統在充分利用主站物理器件的基礎上，其網絡結構、硬件及其軟件配置都需遵循開放性的原則，以達到可維護性、可擴充性的目的。系統硬件結構如圖4所示，教員機、服務器分別由圖2的兩個工作站、服務器兼任。教員機既可完成所有學員的操作，也可完成教案編制、系統維護管理、故障設置和學員監管等功能。各學員臺既可獨立運行，亦可分組協調運行。主要用于配網自動化通信系統、遠動控制、變電站自動化、饋線自動化、模擬倒閘操作、監盤及事故處理等的仿真。

2.仿真系統軟件設計思想在配電自動化主站平臺一體化軟件設計的基礎上，利用其數據，結合分布式仿真軟件支撐平臺RTI（RunTimeInfrastructure）[7，8]、教員系統軟件、仿真應用軟件和多媒體培訓系統軟件組成一套交互式、分布式仿真培訓系統。其中，仿真應用軟件整體結構如圖5所示。分別由變電站仿真軟件、電網仿真軟件、變電站監控仿真軟件及設備巡視仿真軟件構成。各個仿真應用軟件僅與其所對應的計算機中RTI駐留軟件進行接口，但相對整個仿真系統而言，整個仿真系統內的相互交互任務全部由RTI來完成。由于仿真系統引入實時數據的全工況仿真及主站平臺一體化軟件設計的思想，若再輔以先進的電力系統仿真技術、人機界面技術和虛擬建模技術，則可實現變電站仿真和電網仿真一體化。仿真系統具有平臺化、通用性很強的特點，同時具備了強大的組態功能，適用于任意結構的變電站和配電網絡的培訓，有利于培養學生的現場操作能力、專業知識和技能。

結束語