计算机仿真系统介绍.docx

计算机仿真系统介绍计算机仿真系统介绍1引言计算机仿真系统是仿真的依托，形象地说成是仿真的大舞台也很贴切，最准确的说法应当是，计算机仿真系统是基于仿真的系统研究不可或缺的实验工具。每个仿真应用领域，有了各自适用的计算机仿真系统，才能给出具有所需置信度的仿真结果。大量实例表明，仿真技术的有效应用，必须依托于先进的计算机仿真系统;只有服务于应用的计算机仿真系统的发展，才能带动仿真技术的发展。但是，迄今为止，国内外依然存在着建立仿真应用的时间太长、费用太高问题。原因就在于缺乏正确的技术理论指导，或盲目追求大而全，或低水平地重复。显然，在需求牵引、技术推动、经济支撑下，紧跟时代前进步伐，要用信息化理念和方法建立计算机仿真系统。正如王恒霖等人(2003)在《仿真系统的设计与应用》一书中所说，高新技术与先进管理相结合才可能有高质量仿真系统的诞生。2现有计算机仿真系统现有许多计算机仿真系统、仿真试验室、仿真中心可供参考。诸如美国亚那巴马州红石兵工厂的高级仿真中心(ASC)、以法尔肯空军基地国家试验中心为核心的美国国家试验台、德国航空航天试验院的空间运行中心、中国航天部门遍布全国各地的仿真中心、国防科大三院的分布实时仿真系统(KD－DRTSS)和基于SOA的仿真服务系统(SOA－basedsimulationservicesystem)、基于SystemC的片上系统(Systemonchip，SoC)等。国内外计算机仿真系统，真是琳琅满目。它们按空间分布不同可分为集中式、分布式和嵌入式三大类型。国内外集中式计算机仿真系统经过模拟仿真系统、混合仿真系统和数字仿真系统三大里程碑式地发展，从20世纪80年代开始，数字仿真在计算机仿真中独占鳌头，从此以后，集中式计算机仿真系统中的计算机系统都是数字式的，而且大都采用便于独立集中管理的主机－终端的体系结构，并能进行数学仿真和半实物仿真，而且随着科学技术发展，正在虚拟化、智能化。虚拟化使得计算机仿真系统用虚拟样机取代物理样机，从而能够广泛用于复杂产品设计、军事演习、复杂操作训练、过程排演等领域。智能化使得计算机仿真系统有机地融合人工智能技术，以适应信息化的需要。同时，还应该采用“结构规模优化”方法，构造多级结构、多层结构、多段结构，进行结构分析与综合，设计高性能价格比的优化结构，从主机—终端模式，向客户机—服务器模式、集中—分布模式发展。20世纪80年代开始出现了分布交互式仿真(DIS)系统，而且发展迅速，很快由基于高层体系结构(HLA)的DIS成为其主流。多年实践表明，HLA尚有许多需要改进的地方。现在，美国国防部已经认识到HLA是必要的，但仅有HLA却是不够的。目前经济有效的方案无非是通过网络化、集成化、协同化把地理分布较广的现有仿真设施组成一个新的计算机仿真系统。现在看来，性能价格比最高者当是多微机DIS系统，它不仅具有HLA的优点，而且弥补HLA不足，使邦员内部也有重用性和互操作性，而且具有结构仿真、实况仿真和虚拟仿真等功能。当前，欲将传统DIS许多成果用到HLA中，就得考虑HLA和DIS两系统之间的互联方式。一般来说有两种方式，即网关方式和中间件方式。两者的主要区别在于:网关方式以运行一个独立的应用程序来实现相关的转换，在该方式中将外部HLA邦员和DIS实体作为输入值，然后实现两者之间的互操作，而中间件方式则将转换的实现做为应用程序的一系列类嵌入在程序中，并通过执行应用程序将DIS和HLA中的相关信息输出。基于这两种基本方式，目前有四种相关的实现技术:①打包技术将软件直接嵌入到DIS底层接口，在数据传送前将DIS数据转换成HLA数据模式，并在接收数据后将HLA数据模式转换成DIS数据格式，显然无需特殊的硬件支持。②本地化技术产生一个本地的HLA仿真，这意味着所有网络接口都要包括一个仿真软件。这样可以很好地实现所有HLA的特性，但初始化传输时大量的程序修改以及相关协议的改变。③转换器技术提供单独的应用程序，一般来说，要使用单独的计算机来完成转换功能，虽然无需对仿真程序作任何修改，但仿真延时相应有所增加。④协议接口单元(PIU)技术通过定义API函数来实现不同协议之间的转换，这是DIS/HLA转换方式中较好的选择方案。嵌入式计算机仿真系统(Embeddedcomputersimulationsystem)广泛应用于工业控制和国防系统领域。其基本特征是小型化、可随身携带，一般通过软件和硬件来实现其功能，但硬件成本较高，而软件具有灵活和成本较低等优点。软硬件划分的结果直接决定嵌入式系统设计的优劣。郑州大学信息工程学院郭金金等人(2010)提出一种新的嵌入式系统软硬件划分算法，先采用嵌入式系统转化成有向无环图，可将嵌入式系统软硬件划分问题转换成一个多条件约束问题，用蚂蚁放置于有向无环图顶点上，对系统软硬件划