分布仿真的廣義時空一致性框架、演化機理及應用研究.pdf

1、建模與仿真技術一直以來在裝備研制、部隊訓練、作戰(zhàn)指揮等諸多國防科研和軍事活動中發(fā)揮著重要作用，而面向服務的分布仿真(Service-oriented Distributed Simulation Applications，簡稱SODSA)已成為分布式建模與仿真領域的研究熱點和前沿問題，呈現(xiàn)出大規(guī)?；?、面向服務、動態(tài)性、復雜化、地理分散性、普適性等新特征。時空一致是開展上述各種分布仿真應用的基礎和前提，先前研究或側重于考慮狹義的時間和空間

2、概念，或只單獨考慮某個部分的不一致因素，或缺乏對系統(tǒng)全生命周期中各種不一致現(xiàn)象及其演化規(guī)律的動態(tài)分析等。需指出，僅僅實現(xiàn)時鐘同步、時間推進一致性維持、空間配準等狹義的時空一致，只是確保仿真過程與結果一致性或正確性的必要條件；仿真模型、仿真服務、用戶認知等層面的廣義概念上的時空一致性問題對整個仿真過程的一致性程度也起著至關重要的作用。SODSA新特點及其時空一致性新內涵迫切需要用于提高仿真系統(tǒng)全局時空一致性程度的新框架、新理論與新方法。<

3、br>　　為解決上述問題，本文首先提出了一個SODSA系統(tǒng)全局廣義時空一致性問題求解框架，闡述了系統(tǒng)廣義時空一致性需求、內涵及各仿真時空域關聯(lián)關系，進而重點建立了各仿真時空域內時空一致性動態(tài)演化機理模型，并量化分析了各種導致系統(tǒng)不一致的影響因素；在此基礎上，深入研究了針對資源域時空一致性控制的參量差分時鐘同步算法及其性能，提出了系統(tǒng)全局廣義時空一致性控制的多層級量化評估模型；最后，以無人機突防仿真系統(tǒng)開發(fā)應用為背景，結合本文提出的理論與

4、方法，對整個系統(tǒng)的廣義時空一致性實施控制，系統(tǒng)運行結果驗證了本文理論與方法的有效性和正確性。論文主要開展了以下幾個方面的研究：
　　一、提出了SODSA廣義時空域層級一致性框架及概念模型。首先定義了仿真的狹義和廣義時空的概念，在此基礎上，通過系統(tǒng)性分析SODSA的廣義TSC需求及其不一致的影響因素，闡述了系統(tǒng)從底層資源、仿真模型、仿真服務到用戶認知的全局TSC軸概念；提出了廣義時空層級一致性框架、四域一致性模型、一致性時空成熟度，

5、全面系統(tǒng)地闡述了SODSA中廣義時空層級一致性的內涵、特點和關聯(lián)關系，為后續(xù)動態(tài)演化機理建模、分析及其應用研究奠定了基礎。
　　二、重點建立了SODSA廣義時空一致性三層動態(tài)演化機理模型，并量化分析了各時空域的不一致因素(也稱約束元)的影響力。三層動態(tài)演化機理模型主要包括基于有限自動機的資源域時鐘一致性演化、基于有向超圖的模型域時空一致性演化和基于擴展分層有限自動機的服務域時空一致性演化。在各仿真時空域下時空一致性演化機理研究中，

6、首先深入分析各域的一致性演化機理及主要的不一致約束元；其次根據各仿真時空域內時空一致性動態(tài)演化特點，運用有限自動機理論、擴展圖論、擴展有限自動機理論分別建立上述各域的時空一致性動態(tài)演化模型；然后提出各域的時空不一致約束元動態(tài)影響的量化分析算法；最后借助仿真分析方法，運行上述各演化算法，對各域的不一致約束元進行量化分析，驗證了所建立的演化模型及其量化分析算法的有效性，為后續(xù)相關應用研究奠定基礎。
　　三、提出并深入研究了資源域時鐘一

7、致性控制的參量差分時鐘同步算法。在資源域時鐘演化機理量化分析結果的基礎上，設計新的時鐘同步算法并重點對該算法的性能進行了較深入的測試。首先闡述了算法的應用背景和相關基本概念；其次介紹了基于參量差分思想的邏輯時鐘模型的原理和特征；然后在該時鐘模型的基礎上，闡述了算法在單跳網和多跳網下的兩種部署方案，并分析了算法的局限性；最后，在仿真實驗條件下，重點對該算法的收斂性、同步時間、同步精度和穩(wěn)定性進行深入測試與分析，驗證了該算法的可行性和有效性

8、。
　　四、建立了SODSA廣義時空一致性控制的多層級量化評估模型。該模型包括三個模塊：權重賦值模型、一致性評估多層次指標體系和一致性量化評價標準。首先引入了相關基本概念和假設；其次給出了一致性量化評估的形式化定義和標準：包括一致性狀態(tài)定義、一致性指標定義和評價標準等；然后結合前文提出的層級一致性框架，設計了一個多層次的評價指標體系；最后建立了多層級量化評估模型，給出了簡單應用案例。
　　五、以無人機突防仿真系統(tǒng)開發(fā)為例，針

9、對各仿真時空域內的廣義TSC控制問題，結合本文提出的框架構想、理論方法及應用研究，提出了一系列有針對性的技術方法、管理策略和規(guī)范指導等。系統(tǒng)集成實現(xiàn)驗證了本文提出的理論與方法的正確性和有效性。
　　本文研究的上述內容，系統(tǒng)論述了SODSA的廣義時空域層級一致性需求框架，詳細分析了其不一致影響因素的動態(tài)演化機理，初步開展了部分仿真時空域內的解決廣義時空不一致問題的應用研究，對于維護SODSA的時空基準邏輯順序關系正確性、仿真過程時空