陳 欣

（北京系統(tǒng)工程研究所，北京 100101）

摘 要：針對虛擬仿真環(huán)境中RTI 的性能需求設(shè)計(jì)測試指標(biāo)，測試指標(biāo)包括對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)包的吞吐量測試；在聯(lián)邦成員連續(xù)請求時(shí)間推進(jìn)的情況下，RTI 對其請求的響應(yīng)時(shí)間的時(shí)間推進(jìn)請求響應(yīng)測試；聯(lián)邦成員在占用一定的計(jì)算時(shí)間時(shí)，對系統(tǒng)其它性能指標(biāo)的影響的基于盟員負(fù)載的真實(shí)仿真測試。對于上述測試指標(biāo)，提出了相應(yīng)的測試方案，通過對測試數(shù)據(jù)的分析比較不同RTI 和盟員開發(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IT 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；性能測試

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-731X (2006) 03-0597-05

(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RTI 的性能進(jìn)行測試。本文分析了分布式虛擬仿真環(huán)境對RTI 性能的需求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測試方案，通過測試得到一系列提高RTI 性能的建議和方案。通過性能測試，研究不同實(shí)現(xiàn)對RTI 性能的影響，如不同通信機(jī)制對消息延時(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)開發(fā)與應(yīng)用的成敗,而測試是保證軟件質(zhì)量的重要手段。對RTI 的測試包括兩個(gè)方面：1）兼容性測試或認(rèn)證測試。2）性能測試。

對兼容性測試包括對聯(lián)邦成員和RTI 的測試。兼容性測試確保聯(lián)邦成員和RTI 符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，認(rèn)證測試的實(shí)現(xiàn)可以通過DMSO 所提供的Federation Verification Tool(FVT)工具完成。國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)仿真中心[1]和國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院[2]分別對聯(lián)邦接口規(guī)范和聯(lián)邦成員一致性測試進(jìn)行了研究。本文對兼容性測試不作進(jìn)一步的討論。

DMSO 和IEEE1516 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對RTI 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)沒有具體的規(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RTI 的性能產(chǎn)生不同的影響。DMSO 也提供了對RTI性能的測試工具[3]。美國佐治亞大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,對RTI 的實(shí)時(shí)性和性能進(jìn)行了測試[4]。上述研究主要測試屬性更新延時(shí)、盟員吞吐量、時(shí)間推進(jìn)速度三方面的性能。國內(nèi)海軍航空工程學(xué)院電子工程系對RTI 的實(shí)時(shí)性與信息吞吐量進(jìn)行了研究與測試[5]。

現(xiàn)有的國內(nèi)外研究主要的問題在于沒有考慮盟員實(shí)際負(fù)載對RTI 的影響，現(xiàn)有的測試結(jié)果僅是理論上的峰值數(shù)據(jù)。測試不能顯示盟員本身行為對RTI 的影響；同時(shí)測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)方案對性能的影響。在前面研究的基礎(chǔ)上，本文所設(shè)計(jì)的測試方案考慮盟員本身運(yùn)行延時(shí)對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RTI 進(jìn)行延時(shí)和吞吐量的測試是確定仿真系統(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)對于分布式虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說是非常重要的，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)對于實(shí)時(shí)性要求較高，聯(lián)邦成員的時(shí)間推進(jìn)請求響應(yīng)是保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。因此，測試聯(lián)邦成員在一定條件下的時(shí)間推進(jìn)請求響應(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，一般來說，對于控制信息，必須使用Reliable 傳輸模式，而對于數(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)丟失率可能對于仿真系統(tǒng)的運(yùn)行造成無法預(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)，對于分布式虛擬仿真系統(tǒng)其它的性能指標(biāo)會產(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)間情況下測試其它的性能指標(biāo)對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 測試指標(biāo)

測試項(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 對大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹纬潭取⒃诓煌瑮l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。具體來說，主要的研究內(nèi)容包括以下幾方面：

(1) 規(guī)模支持能力

規(guī)模支持能力測試指對RTI 能夠支持多大規(guī)模的分布式虛擬仿真進(jìn)行測試。由于聯(lián)邦中的對象數(shù)、公布訂購信息量、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)該來說是一個(gè)比較含糊及不確定的說法。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) 延遲測試