HLA体系结构综述

吴晓婷

摘要：本文对现代分布式仿真最为常用的一种HLA 的产生与发展、HLA的概念、HLA的标准规范组成、HLA的技术特点加以总结介绍。

随着模拟仿真技术的不断发展，被仿真的系统复杂度越来越高，范围越来越广，分布式的特性越来越明显。新的技术需求要求建立一个功能更加完备，操作更加简便的庞大的分布式交互虚拟仿真空间环境。HLA 就是在这样的背景下，由美国国防部负责军事领域仿真的建模与仿真办公室（DMSO）在综合了DIS和ALSP的经验和基础上提出的一个通用的分布式建模仿真的技术框架结构。其目的是提升各类仿真应用促进各种类型的仿真系统之间的互操作性和仿真系统及其部件的可重用性，从而实现将构造仿真、虚拟仿真以及真实仿真集成到一个综合空间环境中，以满足不同类型仿真的需要。

一、HLA简介

较早期的DIS、ALSP等仿真协议都是同类功能仿真应用互联，只有有限的互操作性，不能满足越来越复杂的分布式作战仿真需求。1995年美国国防部在发布的建模与仿真主计划中，决定在国防领域范围内制定一个通用的仿真技术框架来保证各种仿真应用系统之间的互操作性。该通用技术框架包括三个部分：

（1） 高层体系结构（High LeveL Architecture，HLA）

（2）任务空间概念模型（Conceptual Model of the Mission Space，CMMS）

（3） 数据标准（Data Standards，DS）

HLA是建模与仿真通用技术框架的核心，定义了一种仿真软件体系结构。

二、HLA的标准规范组成

DMSO在经历过四个原型系统的开发与试验后，于1996年8月正式公布了HLA规范，主要包括规则、对象模型模板OMT和运行支撑系统RTI接口规范说明三部分组成。

（1）HLA的规则

HLA的规则包括10条，用以描述联邦仿真和成员的职责。前5条为一个联邦必须满足的要求，后5条为一个联邦成员必须满足的要求。

规则1 联邦必须有一个HLA联邦对象模型，且FOM必须符合HLA对象模型模板。

规则2 在一个联邦中，所有与仿真应用有关的对象实例必须在联邦成员中描述，不能再RTI中描述。

规则3 在一个联邦执行中，联邦成员之间的所有 FOM 数据交换都必须经过RTI。

规则4在一个联邦执行中，联邦成员与 RTI 之间的交互必须遵循 HLA 的接口规范。

规则5在一个联邦执行中，对象实例的任何一个属性在任意时刻至多被一个联邦成员所拥有。

规则6每个联邦成员都必须有一个符合 HLA OMT 的成员对象模型SOM。

规则7 联邦成员必须能够修改和（或）反射 SOM对象的属性，发送（接收）SOM 对象的交互信息。

规则8 联邦成员必须能够在联邦执行过程当中，按照SOM的规定动态转移/接受属性的所有权。

规则9 联邦成员必须能够按照SOM的规定改变的条件，从而实现对象属性的更新。

规则10 联邦成员必须能够管理本地时间，从而能够协调与其他联邦成员的数据交换。

（2） RTI接口规范

RTI接口规范提供了一系列服务来处理联邦运行时成员间的互操作和管理联邦的运行，是分布交互仿真系统构成的基础软件。HLA 规则要求所有的成员按照 HLA 的接口规范说明所要求的方式同 RTI 进行数据交换，实现成员间的交互作用。

RTI 作为联邦执行的核心，其功能类似于某种特殊目的的分布操作系统，为成员提供运行时所需的服务。 RTI 提供六大类服务，包括联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理。 这些接口可区分为两种类型： 一类是 RTI 提供的服务，由成员调用的接口：另一类是由成员响应，RTI调用的接口。

（3）对象模型模板

HLA的目的是促进仿真应用间的互操作， 提高仿真应用及其部件的重用能力。了达到这一目的， HLA 要求采用对象模型来描述联邦及其中每个成员在联邦运行过程中需要交换的各种数据及相关信息。 通常来讲，对象模型可以用各种形式来描述，但 HLA 规定必须用一种统一的表格——对象模型模板OMT来规范，OMT 提供了建立 HLA 对象模型的通用框架。

OMT 用于定义聯邦对象模型 FOM 、成员对象模型 SOM 和管理对象模型MOM。 按 HLA 规则要求，每一个联邦都有其联邦对象模型 FOM ，其中包括一些联邦中成员可共享的信息。FOM 还要考虑一些成员内部的问题。按HLA 规则要求每一个成员也都有其成员对象模型 SOM ，用于描述了成员的重要特征，提供了该成员能供外部使用的对象和交互。管理对象模型 MOM 是全局定义的，它提供了管理一个联邦所需的对象和交互。HLA 将数据和构架独立开来。

三、HLA软件体系结构特点

HLA 体系结构共有多种风格的结构特点，即层次化特点、数据抽象特点和基于事件、隐含激活的特点。

（1） HLA体系结构的层次化特点

一个层次化的系统是采用分层的方式来组织的，其中每一层都为它的上一层提供服务，并接受下一层的服务。从联邦成员的角度来看，RTI 是一个位于其下层的、完整封装了RTI功能的层次。将 RTI的功能和联邦成员分离开来实现了两方面的重要功能。第一，将仿真互操作的通用功能从联邦成员中去除，联邦成员的代码不需要重复那些用于实现互操作的服务。第二，将联邦成员从体现在 RTI中的技术变化分离开来，如果必须修改 RTI 以适应新型网络，那么，联邦成员将不受影响。

（2）HLA 体系结构的数据抽象特点

HLA 体系结构是基于数据抽象和面向对象获得的，数据表示和它们相关的原始操作被封装在一个抽象的数据类型或对象中。这种类型的组件是对象，也可以是抽象数据类型的实例。HLA 中层次化原理实际上是采用了双向的工作方式， 从联邦成员看 RTI和从 RTI看联邦成员。这样构成了数据抽象。RTI为位于其后的、所有状态都被隐藏的联邦成员提供接口，同样，每个联邦成员也为位于其后面的、所有状态都被隐藏的 RTI提供接口。

（3）HLA 体系结构的基于事件特点

基于事件也称为隐含调用、反应集成或选择广播。隐含调用的思想在设计 RTI 服务时被广泛采用。 HLA 的规则规定： 联邦成员之间不能直接进行交互，必须通过 RTI，于是联邦成员之间并不知道对方的存在。一个联邦成员调用 RTI 服务，将导致 RTI 去调用其他联邦成员的服务，至于决定调用哪一个联邦成员是由 RTI 来决定的。

参考文献：

[1]邱小港、陈彬.基于HLA的分布仿真环境设计[M].北京：国防工业出版社.2016.

[2]钟蔚、龚建兴、等.HLA Evolved规范研究分析[J].系统仿真学报，2021，23（4）：691-696.