陳 欣
（北京系統(tǒng)工程研究所，北京 100101）
摘 要：針對(duì)虛擬仿真環(huán)境中RTI 的性能需求設(shè)計(jì)測(cè)試指標(biāo)，測(cè)試指標(biāo)包括對(duì)RTI 能夠支持多大規(guī)模的分布式虛擬仿真進(jìn)行的規(guī)模支持能力測(cè)試；屬性更新延遲和交互的延遲更新；反映系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)能夠處理的最大容量的數(shù)據(jù)包的吞吐量測(cè)試；在聯(lián)邦成員連續(xù)請(qǐng)求時(shí)間推進(jìn)的情況下，RTI 對(duì)其請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間的時(shí)間推進(jìn)請(qǐng)求響應(yīng)測(cè)試；聯(lián)邦成員在占用一定的計(jì)算時(shí)間時(shí)，對(duì)系統(tǒng)其它性能指標(biāo)的影響的基于盟員負(fù)載的真實(shí)仿真測(cè)試。對(duì)于上述測(cè)試指標(biāo)，提出了相應(yīng)的測(cè)試方案，通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析比較不同RTI 和盟員開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)方案如：RTI 的體系結(jié)構(gòu)、本地線程方式、數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇虬绞綄?duì)RIT 性能指標(biāo)影響的定量分析，進(jìn)一步提出得到滿足分布式虛擬仿真環(huán)境要求的實(shí)時(shí)性RTI 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。
關(guān)鍵詞：虛擬仿真環(huán)境；實(shí)時(shí)仿真；RTI；性能測(cè)試
中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-731X (2006) 03-0597-05
RTI Benchmark Test for Virtual Simulation Environment
CHEN Xin
(Beijing Institute of System Engineering, Beijing 100101, China)
Abstract: The Benchmark Test Index was designed based on the requirement of the performances of RTI in the virtual simulation environment based on HLA. The Test Index included the scale index of federation of the RTI support, the latency
index of an update or interaction between two federates, the update throughput index between two or more federates, the time index needed to advance time a specified number of units and the index above the federate in the real load run time. The test method was designed based on the designed index system. By analyzing the Benchmark Test result data that adopted the different RTI and federate development method, such as RTI architecture, threading model and pack style of data to the performances of RTI, how the different technique impacted the performances of RTIwas got and the techniques of real-time RTI were got that met to the distributed virtual simulation environment.
Key words: virtual simulation environment; real-time Simulation; RTI; Benchmark Test
引 言1
基于HLA 的分布式虛擬仿真,是利用RTI 將不同的局部虛擬仿真環(huán)境通過(guò)空間關(guān)聯(lián)以構(gòu)造大范圍的虛擬仿真環(huán)境，支持在不同地域的用戶同時(shí)進(jìn)入虛擬仿真環(huán)境，并與之交互。RTI 作為HLA 的核心，是HLA 仿真應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，其功能類似于分布式操作系統(tǒng)。它提供一系列用于仿真互連的服務(wù)，是HLA 仿真系統(tǒng)進(jìn)行分層管理控制、實(shí)現(xiàn)分布仿真可擴(kuò)充性的支撐基礎(chǔ)，也是進(jìn)行HLA 其它關(guān)鍵技術(shù)研究的立足點(diǎn)。
基于HLA 的分布式虛擬仿真環(huán)境對(duì)RTI 性能提出許多特殊的要求，現(xiàn)有的RTI 產(chǎn)品是否滿足需求，需要對(duì)RTI 的性能進(jìn)行測(cè)試。本文分析了分布式虛擬仿真環(huán)境對(duì)RTI 性能的需求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)試方案，通過(guò)測(cè)試得到一系列提高RTI 性能的建議和方案。通過(guò)性能測(cè)試，研究不同實(shí)現(xiàn)對(duì)RTI 性能的影響，如不同通信機(jī)制對(duì)消息延時(shí)的影響，從而研究實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性RTI 的體系框架和技術(shù)方法。
1 研究現(xiàn)狀
RTI 的功能和性能直接關(guān)系到HLA 仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的成敗,而測(cè)試是保證軟件質(zhì)量的重要手段。對(duì)RTI 的測(cè)試包括兩個(gè)方面：1）兼容性測(cè)試或認(rèn)證測(cè)試。2）性能測(cè)試。
對(duì)兼容性測(cè)試包括對(duì)聯(lián)邦成員和RTI 的測(cè)試。兼容性測(cè)試確保聯(lián)邦成員和RTI 符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，認(rèn)證測(cè)試的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)DMSO 所提供的Federation Verification Tool(FVT)工具完成。國(guó)內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)仿真中心[1]和國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院[2]分別對(duì)聯(lián)邦接口規(guī)范和聯(lián)邦成員一致性測(cè)試進(jìn)行了研究。本文對(duì)兼容性測(cè)試不作進(jìn)一步的討論。
DMSO 和IEEE1516 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)RTI 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)沒(méi)有具體的規(guī)定，因此RTI 的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，不同的實(shí)現(xiàn)方案對(duì)RTI 的性能產(chǎn)生不同的影響。DMSO 也提供了對(duì)RTI性能的測(cè)試工具[3]。美國(guó)佐治亞大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,對(duì)RTI 的實(shí)時(shí)性和性能進(jìn)行了測(cè)試[4]。上述研究主要測(cè)試屬性更新延時(shí)、盟員吞吐量、時(shí)間推進(jìn)速度三方面的性能。國(guó)內(nèi)海軍航空工程學(xué)院電子工程系對(duì)RTI 的實(shí)時(shí)性與信息吞吐量進(jìn)行了研究與測(cè)試[5]。
現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外研究主要的問(wèn)題在于沒(méi)有考慮盟員實(shí)際負(fù)載對(duì)RTI 的影響，現(xiàn)有的測(cè)試結(jié)果僅是理論上的峰值數(shù)據(jù)。測(cè)試不能顯示盟員本身行為對(duì)RTI 的影響；同時(shí)測(cè)試考慮的因素比較單一不能反映出RTI 不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案對(duì)性能的影響。在前面研究的基礎(chǔ)上，本文所設(shè)計(jì)的測(cè)試方案考慮盟員本身運(yùn)行延時(shí)對(duì)RTI 性能的整體影響，同時(shí)考慮RTI 的體系結(jié)構(gòu)、本地同步異步實(shí)現(xiàn)方式、數(shù)據(jù)包傳輸策略等因素對(duì)RTI 性能的影響。從而為提高RTI 性能和整個(gè)仿真系統(tǒng)性能提供建議和參考。
1.1 虛擬仿真環(huán)境對(duì)RTI 性能的需求
基于HLA 的分布式虛擬仿真系統(tǒng)中存在大量的交互數(shù)據(jù)和事件消息使得其對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延時(shí)和吞吐量的要求很嚴(yán)格。由仿真系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)必須迅速地傳輸和處理以減少信息丟失的風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)仿真的真實(shí)性和可靠性。因此，對(duì)RTI 進(jìn)行延時(shí)和吞吐量的測(cè)試是確定仿真系統(tǒng)能否達(dá)到一定性能要求的保證。
另外，RTI 所能支持的聯(lián)邦成員數(shù)對(duì)于分布式虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是非常重要的，所以，確定在一定條件下的RTI 的規(guī)模支持能力對(duì)于聯(lián)邦成員的合理劃分和設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
分布式虛擬仿真系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高，聯(lián)邦成員的時(shí)間推進(jìn)請(qǐng)求響應(yīng)是保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。因此，測(cè)試聯(lián)邦成員在一定條件下的時(shí)間推進(jìn)請(qǐng)求響應(yīng)是確定仿真系統(tǒng)能否達(dá)到實(shí)時(shí)性要求的保證。
在RTI 中，數(shù)據(jù)的傳輸模式有Reliable 和BestEffort 兩種模式，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于控制信息，必須使用Reliable 傳輸模式，而對(duì)于數(shù)據(jù)信息，可以使用Reliable 模式也可以使用BestEffort 模式。當(dāng)使用BestEffort 模式傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，較大的數(shù)據(jù)丟失率可能對(duì)于仿真系統(tǒng)的運(yùn)行造成無(wú)法預(yù)料的結(jié)果。因此，確定BestEffort 模式下的數(shù)據(jù)丟失率對(duì)于保證分布式虛擬仿真系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有重要意義。
最后，當(dāng)聯(lián)邦成員占用一定的計(jì)算延遲時(shí)，對(duì)于分布式虛擬仿真系統(tǒng)其它的性能指標(biāo)會(huì)產(chǎn)生重要影響。而分布式虛擬仿真系統(tǒng)的各個(gè)聯(lián)邦成員總是會(huì)占用一定的計(jì)算時(shí)間。因此，在聯(lián)邦成員占用不同的計(jì)算時(shí)間情況下測(cè)試其它的性能指標(biāo)對(duì)于分布式虛擬仿真系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行具有參考價(jià)值。
2 測(cè)試指標(biāo)
測(cè)試項(xiàng)目主要研究RTI 在虛擬仿真環(huán)境中的應(yīng)用，明確RTI 支持盟員的最大數(shù)目、RTI 對(duì)大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹纬潭?、在不同條件下RTI 的仿真相響應(yīng)延遲以及使用BestEffort 傳輸模式時(shí)的數(shù)據(jù)丟失率等等。具體來(lái)說(shuō)，主要的研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面：
(1) 規(guī)模支持能力
規(guī)模支持能力測(cè)試指對(duì)RTI 能夠支持多大規(guī)模的分布式虛擬仿真進(jìn)行測(cè)試。由于聯(lián)邦中的對(duì)象數(shù)、公布訂購(gòu)信息量、數(shù)據(jù)更新頻率、交互量、時(shí)間管理機(jī)制、聯(lián)邦成員推進(jìn)速度、系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬、RTI 及聯(lián)邦成員所使用的機(jī)器性能等因素不同，都會(huì)影響到仿真的規(guī)模及效率，因此規(guī)模支持能力應(yīng)該來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較含糊及不確定的說(shuō)法。規(guī)模支持能力至少可以從一個(gè)側(cè)面反映出RTI 的部分性能。
(2) 延遲測(cè)試
