第8卷 第1期 2008年1月1671-1819(2008)1-0257-06科 学 技 术 与 工 程Science T echno l ogy and Eng i neeri ng V o.l 8 N o .1 Jan .20082008 Sc.i T ech .Engng.军事仿真概念模型向组件模型的转换方法研究李 燃 余 滨*段采宇 袁志民(国防科技大学信息系统与管理学院,长沙410073)摘 要 作战过程涉及内容繁多,把静态的军事仿真概念模型转化为可重用性较高的仿真模型,对作战过程仿真具有重要意义。
为此,提出了军事仿真概念模型向组件模型的转换方法。
首先,对军事仿真概念模型和组件模型进行阐述并给出了形式化定义;其次,给出了军事仿真概念模型向组件模型的转换框架以及实现流程;最后,通过城市防空这个实例验证了军事仿真概念模型向组件模型转换方法的有效性。
关键词 军事仿真概念模型 组件模型 转换方法中图法分类号 TP399 E9; 文献标志码A2007年9月19日收到第一作者简介:李 燃(1982 ),男,河南商丘人,硕士研究生,研究方向:军事需求工程。
E-m ai:l li ran88@sohu .co m 。
*通信作者简介:余 滨(1957 ),男,江苏南京市人,教授、硕士生导师,研究方向:军事运筹学、C3I 理论和军事需求工程。
针对具体作战过程的仿真具有无破坏性、可重复性以及经济性等优点,这些都是真实作战、军事演习所不具有的。
仿真作战过程,需要对作战过程任务空间进行抽象,建立军事仿真概念模型[1]。
军事仿真概念模型起着从现实世界到仿真模型的桥梁作用,可以促进军事人员和仿真技术人员的沟通与协作,提高仿真的正确性、重用性和互操作性[2]。
但是,军事仿真概念模型仅仅是对作战过程任务空间的第一次抽象,建立军事仿真概念模型是不够的,需要把军事仿真概念模型实现为可执行的仿真模型。
组件模型具有可重用性[3 5],可以作为一种可重用的仿真模型,同时它也是一种可执行模型,把军事仿真概念模型转换为组件模型进行仿真[6]可以简化作战过程仿真的复杂性。
为此,提出了军事仿真概念模型向可重用的组件模型转换方法,通过模型转换得到了可执行的仿真模型。
1 军事仿真概念模型军事仿真概念模型是一种独立于具体仿真实现的表示,是对作战过程中的实体、动作以及交互等要素的抽象描述,主要包括:实体元模型、动作元模型和交互元模型。
1.1 实体元模型在作战过程描述中,实体通常指作战实体,它既可以是作战单位,也可以是武器装备系统。
实体元模型可以表示为如下的五元组:ENM::=<ENS ,EFS,EPS ,E AS ,E IS>。
ENS 名称段,包括实体的名称、类名和编号;EFS 功能段,用来说明实体的用途;EPS 属性段,包括实体主要组成、性能等;EAS 动作段,包括实体执行动作的名称以及类型;E IS 信息段,包括输入信息名称、输出信息名称以及信息说明。
以122mm 火箭炮为例的实体元模型描述如下表1所示。
1.2 动作元模型动作是由实体执行的,描述动作要强调实体执行动作必备的功能需求。
动作元模型可以表示为如下的九元组:ANM::=<ANS ,ATS ,AES ,AFS ,AAS ,ASS ,AOS,ACS,ADS>。
ANS 名称段,包括动作名称和动作编号等;ATS 类型段,说明动作类型的名称;表1 实体元模型描述示例名称段名称:122mm火箭炮类名:射击类武器实体编号:XXX功能段射击大面积暴露目标属性段主要组成:XXX性能:射速:4/18 20s最大射程:3070m动作段动作名称:搜索、瞄准、发射动作类型:XXX信息段输入信息名称:目标的方位信息输出信息名称:炮弹发射信息信息说明:XXXAES 执行实体段,描述执行实体的名称和编号;AFS 功能需求段,描述动作执行要具备的实体功能;AAS 作用对象段,描述动作作用对象的信息;ASS 触发段,定义动作的触发条件,描述执行动作时的输入信息;AOS 结果段,定义动作的输出结果,描述动作执行后的输出信息;ACS 控制段,说明动作的执行规则和时序;ADS 注释段,说明执行动作最低的需求条件,主要包括:信息需求、环境需求以及动作说明等。
以伏击为例的动作元模型描述如表2所示。
表2 动作元模型描述示例名称段名称:伏击;编号:XXX类型段复杂作业实体段XXX营、XXX武器装备等功能需求段压制、打击等功能作用对象段敌方XXX连触发段触发条件:伏击开始命令结果段输出结果:俘获XXX控制段执行伏击动作要在XXX动作结束后进行,伏击结束后开始执行XXX动作注释段信息需求:知道敌方行进的路线和时间环境需求:XXX;兵力需求:XXX1.3 交互元模型交互主要是以动作为中心的信息交互,包括前交互和后交互。
交互元模型可以表示为如下的六元组:I N M=::<I N S,I T S,I CS,I A S,II S,I DS>。
I N S 名称段,包括前、后交互的名称和编号;I T S 类型段,说明前、后交互的类型;I CS 内容段,包括前、后交互信息的名称、类型以及信息的说明等;I A S 动作段,包括前、后交互涉及的动作名称和类型;IIS 接口段,描述与动作直接相关的输入接口与输出接口,负责控制交互信息的流动;I D S 说明段,主要用于对交互进行描述。
以信息处理动作为中心的交互元模型描述如表3所示。
表3 交互元模型描述示例名称段前交互名称:XXX编号:XXX后交互名称:XXX编号:XXX类型段传输内容段前交互信息的名称:敌方情况后交互信息的名称:火力分配方案前交互信息的类型:图片信息后交互信息的类型:文字信息前交互信息的说明:XXX后交互信息的说明:XXX动作段前交互动作的名称:信息获取和信息处理后交互动作的名称:信息处理和导弹发射前交互动作的类型:XXX后交互动作的类型:XXX接口段输入接口:敌方信息的输入端口输出接口:处理信息的输出端口说明段XXX作战指挥系统自动对来袭导弹进行探测、识别、威胁判断、跟踪。
经过信息处理给出火力分配方案,并把火力分配方案传输给作战指挥系统指挥防空导弹的实时发射2 组件模型组件模型的形式化定义如下:组件模型C::=<R,I,F,Re>。
R是组件模型内部的实体对象集(Reality Ob-ject),也可以是一类实体的抽象(实体类对象);258科 学 技 术 与 工 程8卷I是组件模型与组件模型外界交换数据的接口(I nterface),包含输入接口I i和输出接口I o;F是组件模型内部功能实现体(Function Rea l-i zation),主要由功能实现函数来完成;Re表示对组件模型的说明(Re m ar k)。
其中组件模型接口用来描述接口运行的方法和对接口的说明,负责接受外部输入信息,负责发送输出信息,输出组件模型的功能;实体对象负责处理输入的信息,并将处理结果输出,它主要描述实体对象类的公私有属性;功能实现体用来描述组件内部功能实现函数结构;组件说明主要包括组件模型定义功能部分的说明以及约束条件,如实现功能的说明、使用环境等。
3 军事仿真概念模型向组件模型的转换框架及实现流程在给出军事仿真概念模型向组件模型的转换框架之前,首先对军事仿真概念模型和组件模型的结构进行比较,如表4所示。
表4 军事仿真概念模型和组件模型结构比较军事仿真概念模型组件模型备注实体元模型:实体作为载体参与动作,强调本身的属性实体对象:组件调用的基类,类的组成是实体属性参数的集成实体对象的结构体部分和实体元模型中的结构相对应交互元模型:强调输入接口、输出接口和交互的信息接口主要配置输入属性参数和输出属性参数组件接口与交互元模型接口主要是属性参数部分相对应动作元模型:强调执行动作必备的功能属性功能实现体:功能函数的结构体和属性配置的过程执行动作必备的功能与功能实现体相对应模型说明:强调模型约束条件以及属性说明组件说明:组件的注释说明以及模型约束条件模型的约束条件以及说明部分相对应*注:军事仿真概念模型说明也可以认为是军事仿真概念模型约束,严格意义上说并不是军事仿真概念模型的直接结构组成,是军事仿真概念模型的附加说明,引在这里是由于转换到组件说明的需要。
在军事仿真概念模型和组件模型结构比较的基础上,给出军事仿真概念模型向组件模型的转换框架如图1所示。
图1 转换框架图由军事仿真概念模型向组件模型的转换框架可以确定模型之间的对应关系。
在此基础上,给出军事仿真概念模型向组件模型转换的实现流程,如图2所示。
图2 实现流程图军事仿真概念模型向组件模型的实现具体包括以下几个部分:(1)从组件库中调用实体组件模型根据实体元模型中实体的结构、属性参数,对实体对象对应配置,由实体对象来构建所需要的实体组件框架。
可复用组件库向用户声明自己所能提供的组件模型框架,而在仿真过程中可向可复用组件库提供自己所需要组件模型的数据,由匹配机制和匹配方法负责在可复用组件模型库提供数据2591期李 燃,等:军事仿真概念模型向组件模型的转换方法研究和使用组件模型所需数据之间匹配。
(2)实现组件模型的接口结构根据交互元模型和组件模型输入接口和输出接口之间的对应关系配置组件接口的函数结构。
交互元模型的输入接口对应组件模型的输入接口。
对于具体的组件而言,还应包括使用交互元模型输入接口信息对组件接口参数化配置的过程。
交互元模型的输出接口对应组件模型的输出接口。
它的输出接口可能输出一种信息流,或者控制流,也可能仅包含实体状态发生了转移而改变了部分属性,对应到输出接口的信息输出,并且输出接口也包含了组件的定义部分,对于具体组件模型而言,定义了组件模型体现出来的功能。
(3)组件模型功能函数的实现动作元模型强调执行动作必备的功能。
组件模型功能实现体通过内部的功能函数来实现,功能函数的操作和变化的依据来自于动作元模型中的参数设置。
根据动作的参数描述来设置实现体的主函数参数,按照功能实现过程将其分为三类:Start F unc -ti o n 设置功能函数启动的有关参数;Process Functi o n 设置过程函数操作参数;Out F uncti o n 设置功能输出函数参数。
功能函数实现部分一般组成形式是:FunctionRealiz ati on() //实现体主函数{ StartFunction() //调用功能启动函数 { //设置参数}P rocess Functi on()//调用过程操作函数 {//设置参数 }OutFuncti on()//调用功能输出函数 {//设置参数 }}(4)组件模型说明的配置把军事仿真概念模型说明对应到组件说明,形成解释说明组件模型的信息以及模型约束。