網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合仿真的時(shí)間同步
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- 作者：王鵬
- 出版時(shí)間：2024/7/1
- ISBN：9787121484834
- 出 版 社：電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP303
- 頁(yè)碼：268
- 紙張：
- 版次：01
- 開本：16開
本書來源于課題組長(zhǎng)期的工程實(shí)踐積累，尤其是吸收了國(guó)家科技協(xié)同創(chuàng)新重大示范工程"XXXX仿真平臺(tái)”的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。從裝備試驗(yàn)、模擬訓(xùn)練和作戰(zhàn)評(píng)估等領(lǐng)域的分布互聯(lián)實(shí)際應(yīng)用需求出發(fā)，研究解決實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通互操作的核心關(guān)鍵問題。重點(diǎn)圍繞網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合仿真的時(shí)間同步問題進(jìn)行論述，屬于分布式仿真系統(tǒng)構(gòu)建的核心問題，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合仿真工程應(yīng)用中的實(shí)際技術(shù)難點(diǎn)問題。首次從工程實(shí)踐的角度出發(fā)，構(gòu)建了完備的網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合仿真的時(shí)間同步技術(shù)體系，重點(diǎn)圍繞邏輯時(shí)間協(xié)同推進(jìn)、時(shí)鐘時(shí)間對(duì)準(zhǔn)、虛實(shí)之間協(xié)同推進(jìn)等關(guān)鍵問題，給出了可行的解決方案。針對(duì)所有提出的關(guān)鍵技術(shù)，本書都給出了具體且可執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用驗(yàn)證案例，具有較好的可操作性和可借鑒性。
王鵬，男，漢族，1989年7月生，吉林農(nóng)安人。2018年畢業(yè)于國(guó)防科技大學(xué)，獲得工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院系統(tǒng)仿真工程系副教授、青年學(xué)術(shù)骨干、碩導(dǎo)。擔(dān)任中國(guó)仿真學(xué)會(huì)專委會(huì)委員、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會(huì)委員等學(xué)術(shù)職務(wù)。長(zhǎng)期從事建模與仿真技術(shù)的研究與教學(xué)工作，研究方向包括分布式仿真、數(shù)字孿生、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真等。入選中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、國(guó)防科技大學(xué)高層次創(chuàng)新人才（拔尖人才項(xiàng)目）等人才計(jì)劃多項(xiàng)。作為核心骨干成員，擔(dān)任國(guó)家某科技協(xié)同創(chuàng)新重大示范工程主任設(shè)計(jì)師，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目十余項(xiàng)。近年來以第一作者身份發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文20余篇，出版學(xué)術(shù)專著1部，申請(qǐng)發(fā)明專利20余項(xiàng)，獲會(huì)議優(yōu)秀論文獎(jiǎng)多項(xiàng)，主持研發(fā)了仿真中間件（JLINK）、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真平臺(tái)等多個(gè)軟件工具，部分研究成果獲軍事科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名第1），參與多個(gè)建模與仿真相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制修訂工作。
目 錄
第1 章 仿真與時(shí)間同步 ........................................................................................ 001
1.1 NCS 基本概念............................................................................................. 002
1.1.1 分布式仿真 ....................................................................................... 002
1.1.2 LVC 仿真 .......................................................................................... 004
1.1.3 網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合仿真（NCS） ............................................................... 006
1.2 NCS 中的時(shí)間............................................................................................. 013
1.2.1 三種時(shí)間概念辨析 ........................................................................... 013
1.2.2 時(shí)間表示方法 ................................................................................... 014
1.3 NCS 時(shí)間同步需求 ..................................................................................... 016
1.3.1 因果關(guān)系維護(hù) ................................................................................... 016
1.3.2 數(shù)據(jù)狀態(tài)維護(hù) ................................................................................... 018
1.3.3 實(shí)時(shí)運(yùn)行與顯示 ............................................................................... 021
1.3.4 時(shí)間一致性 ....................................................................................... 024
1.4 時(shí)間同步的問題根源 ................................................................................. 025
1.4.1 多個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘并存 ........................................................................... 025
1.4.2 信息傳輸延遲 ................................................................................... 026
1.5 NCS 時(shí)間同步框架 ..................................................................................... 028
1.5.1 需要解決的問題 ............................................................................... 028
1.5.2 技術(shù)要求 ........................................................................................... 029
1.5.3 框架構(gòu)成要素 ................................................................................... 030
1.6 NCS 資源限制問題 ..................................................................................... 033
1.6.1 基本原理 ........................................................................................... 033
1.6.2 帶寬優(yōu)化 ........................................................................................... 040
1.6.3 興趣管理 ........................................................................................... 043
1.6.4 動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡 ................................................................................... 047
第2 章 NCS 網(wǎng)絡(luò)通信 ........................................................................................... 049
2.1 仿真標(biāo)準(zhǔn)與通信 ......................................................................................... 050
2.1.1 DIS 的通信服務(wù) ............................................................................... 050
2.1.2 HLA 的通信服務(wù) .............................................................................. 051
2.1.3 對(duì)比分析 ........................................................................................... 051
2.2 NCS 的通信設(shè)計(jì) ......................................................................................... 051
2.2.1 通信設(shè)計(jì)的必要性 ........................................................................... 051
2.2.2 NCS 網(wǎng)絡(luò)模型 .................................................................................. 054
2.2.3 通信設(shè)計(jì)需要考慮的因素 ............................................................... 058
2.2.4 NCS 通信協(xié)議 .................................................................................. 059
2.2.5 NCS 通信模式 .................................................................................. 063
2.2.6 NCS 通信指標(biāo) .................................................................................. 064
2.2.7 NCS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?.................................................................................. 072
2.3 NCS 的通信能力提升 ................................................................................. 082
2.3.1 高級(jí)消息隊(duì)列協(xié)議 ........................................................................... 082
2.3.2 大規(guī)模異步并發(fā)通信技術(shù) ............................................................... 085
2.3.3 億級(jí)消息堆積備份技術(shù) ................................................................... 090
2.3.4 運(yùn)行流程設(shè)計(jì) ................................................................................... 097
2.3.5 仿真與通信融合 ............................................................................... 099
2.4 仿真通信規(guī)模估算 ..................................................................................... 103
2.4.1 帶寬需求估算 ................................................................................... 103
2.4.2 節(jié)點(diǎn)數(shù)量估算 ................................................................................... 105
2.4.3 估算偏差分析 ................................................................................... 107
2.5 網(wǎng)絡(luò)延遲的補(bǔ)償 ......................................................................................... 108
2.5.1 經(jīng)典的補(bǔ)償方法 ............................................................................... 108
2.5.2 仿真節(jié)點(diǎn)客戶端插值 ....................................................................... 112
2.5.3 客戶端預(yù)測(cè) ....................................................................................... 118
2.5.4 服務(wù)端回退 ....................................................................................... 122
2.5.5 幀率優(yōu)化 ........................................................................................... 123
2.5.6 LPF 補(bǔ)償方法 ................................................................................... 124
2.6 延遲抖動(dòng)問題 ............................................................................................. 132
2.6.1 措施一：速度或加速度預(yù)測(cè) ........................................................... 132
2.6.2 措施二：基于閾值的狀態(tài)維護(hù) ....................................................... 134
2.6.3 措施三：緩存隊(duì)列 ........................................................................... 135
第3 章 NCS 內(nèi)同步方法 ....................................................................................... 137
3.1 方法整體設(shè)計(jì) ............................................................................................. 138
3.1.1 基本思想 ........................................................................................... 138
3.1.2 基本原則 ........................................................................................... 138
3.1.3 外部交互關(guān)系 ................................................................................... 140
3.2 方法機(jī)制設(shè)計(jì) ............................................................................................. 140
3.2.1 時(shí)間同步規(guī)則 ................................................................................... 140
3.2.2 消息處理時(shí)序 ................................................................................... 141
3.2.3 時(shí)間控制策略 ................................................................................... 144
3.2.4 時(shí)間驅(qū)動(dòng)模式 ................................................................................... 145
3.3 方法功能實(shí)現(xiàn) ............................................................................................. 148
3.3.1 內(nèi)同步過程設(shè)計(jì) ............................................................................... 149
3.3.2 邏輯幀 ............................................................................................... 150
3.3.3 前瞻時(shí)間 ........................................................................................... 152
3.3.4 LBTS .................................................................................................... 154
3.3.5 多仿真步長(zhǎng)協(xié)同 ............................................................................... 157
3.4 方法評(píng)價(jià)與指標(biāo) ......................................................................................... 160
3.4.1 性能指標(biāo) ........................................................................................... 160
3.4.2 方法評(píng)價(jià) ........................................................................................... 161
第4 章 NCS 外同步方法 ....................................................................................... 165
4.1 虛實(shí)結(jié)合的NCS 運(yùn)行 ................................................................................ 166
4.2 外同步的需求分析 ..................................................................................... 169
4.2.1 機(jī)器時(shí)間對(duì)齊問題 ........................................................................... 169
4.2.2 系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行問題 ........................................................................... 171
4.2.3 虛實(shí)交互因果維護(hù) ........................................................................... 173
4.2.4 外同步性能指標(biāo) ............................................................................... 174
4.3 基于遞階混合的機(jī)器時(shí)鐘對(duì)齊.................................................................. 176
4.3.1 整體方案 ........................................................................................... 176
4.3.2 設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源 ............................................................................... 180
4.3.3 網(wǎng)絡(luò)延遲測(cè)量 ................................................................................... 193
4.3.4 機(jī)器時(shí)間校正算法 ........................................................................... 196
4.3.5 關(guān)于時(shí)基的說明 ............................................................................... 200
4.4 NCS 實(shí)時(shí)運(yùn)行技術(shù) ..................................................................................... 200
4.4.1 實(shí)時(shí)性分析 ....................................................................................... 200
4.4.2 內(nèi)外同步與實(shí)時(shí)運(yùn)行 ....................................................................... 205
4.4.3 實(shí)兵實(shí)裝集成 ................................................................................... 213
4.4.4 多節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)調(diào)度 ............................................................................... 215
4.5 虛實(shí)交互事件同步 ..................................................................................... 218
4.5.1 事件分類 ........................................................................................... 218
4.5.2 不可預(yù)測(cè)事件的確定 ....................................................................... 221
4.5.3 虛實(shí)之間數(shù)據(jù)交互 ........................................................................... 224
4.5.4 經(jīng)典的虛實(shí)同步方法 ....................................................................... 226
4.5.5 基于影子模型的虛實(shí)同步算法 ....................................................... 230
第5 章 NCS 時(shí)間同步的軟件實(shí)現(xiàn) ...................................................................... 237
5.1 仿真中間件 ................................................................................................. 238
5.1.1 基本概念 ........................................................................................... 238
5.1.2 基本特征 ........................................................................................... 238
5.1.3 特性要求 ........................................................................................... 239
5.2 體系結(jié)構(gòu) ..................................................................................................... 240
5.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ........................................................................................... 240
5.2.2 功能結(jié)構(gòu) ........................................................................................... 241
5.2.3 部署模式 ........................................................................................... 242
5.3 運(yùn)行機(jī)制 ..................................................................................................... 243
5.3.1 服務(wù)調(diào)用時(shí)序流程 ........................................................................... 243
5.3.2 中間件仿真服務(wù)的調(diào)用和運(yùn)行流程 ............................................... 244
5.3.3 中間件仿真服務(wù)運(yùn)行機(jī)理 ............................................................... 245
5.4 時(shí)間同步功能實(shí)現(xiàn) ..................................................................................... 246
5.4.1 Tick 機(jī)制 .......................................................................................... 246
5.4.2 主要接口實(shí)現(xiàn) ................................................................................... 251
5.4.3 服務(wù)器集群 ....................................................................................... 254
5.4.4 數(shù)據(jù)打包方式 ................................................................................... 256
參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 257
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