分布式交互仿真技术

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分布式交互仿真技术范文第1篇

关键词：运行支撑框架组件；虚拟维修训练；云仿真； 云计算

0 引言

虚拟维修训练仿真以其经济、安全和不受天气场地限制[1]等优点，已成为提高装备维修训练水平和保障能力的重要手段。高层体系结构（High Level Architecture，HLA）是美国国防部于1996年提出的新一代分布式仿真框架，它针对现有仿真技术的不足，通过运行时间支撑框架（Run Time Infrastructure，RTI）软件管理各仿真应用，提供较好的重用性和互操作性，以保证不同类型的仿真应用能够协调工作，完成复杂的仿真。目前，现有基于HLA/RTI的大型复杂装备分布式虚拟维修训练仿真系统受自身局限性制约，仿真任务和仿真设备耦合紧密，系统仿真效率低下，维护困难；另外，仿真资源仅限于小范围的共享，利用率不高。如何突破系统开放性、灵活性、使用性等制约，丰富虚拟维修训练仿真技术内涵与应用模式，促进大范围仿真资源共享和协同互操作，拓展分布式仿真的范围和层次，满足多样化的仿真训练需求，是亟须解决的问题。

当前兴起的云计算[2]技术使用相对集中的计算资源为各种应用提供服务，它充分利用网络和计算机技术实现大范围的资源共享和服务，能够极大提高资源利用效率，扩展仿真应用范围，是解决装备分布式虚拟维修训练仿真所面临问题的有效途径之一。

将云计算应用于仿真领域，2009年李伯虎院士[3]提出了“云仿真”的概念并介绍了需要解决的关键技术，为云计算与虚拟现实仿真的结合指出了可行路径。杜瑾[4]在分析现阶段我军训练模拟仿真系统不足之处基础上，将云计算理念融入到训练模拟仿真系统之中，提出了一种新的训练模拟云仿真平台的体系结构，对构建军事训练云仿真平台的必要性和可行性进行了有益的探索。张雅彬等[5-6]研究了基于虚拟化技术的云仿真运行环境动态构建技术和云仿真资源迁移技术，并论证了各项技术的可行性和有效性。华翔等[7]和杨晨等[8]分别在可视化仿真和云制造领域引入云仿真思想，提出了可视化仿真的私有云框架和面向云制造的云仿真支撑框架，并对相关技术进行了研究。高武奇等[9]针对现有 HLA 仿真资源难以与 Internet 共享使用的问题，提出了一种基于 HLA Evolved 的云仿真体系结构和框架实现方案，并通过云仿真测试实验，证明了基于 HLA Evolved 的云仿真设计方法可行、有效。以上研究思路和内容为开展面向装备虚拟维修训练领域的云仿真研究打下了良好的基础。本文在云仿真思想的指导下，结合虚拟维修训练仿真特点，研究了装备分布式维修训练领域云仿真平台构建关键技术，包括交互模式、平台框架、基于云端的分布式交互仿真支撑、可视化仿真、多任务负载平衡策略和分布式存储等。

1 装备维修训练云仿真内涵

虚拟维修训练云仿真平台以装备虚拟维修训练应用需求为背景，以云计算及云仿真理念和技术为指导，综合应用虚拟现实和虚拟维修领域的建模仿真等相关技术，实现系统中各类资源安全地按需共享与重用、多用户按需协同互操作以及系统动态优化调度运行，进而支持虚拟维修训练系统的分布式开发与装备分布式协同维修和操作训练，是装备虚拟维修训练领域的仿真资源云计算模式共享平台。具体包括以下功能：1）支持各种软硬件资源，如CPU、内存、带宽、存储、操作系统、仿真软件等的共享与重用；2）提供类似于MFC的训练仿真系统基础框架，同时封装仿真功能模块以服务方式提供，用户可定制基础框架并使用仿真功能模块服务进行仿真系统的个性化构建，从而提高虚拟维修训练仿真系统的开发效率；3）构建基于Web的RTI服务，实现广域网条件下的仿真互操作，支持装备大范围分布式维修训练仿真。

虚拟维修训练云仿真平台的基本思想是将分散的武器装备训练资源、仿真资源等集中到一个或多个中心，对各种资源进行服务化封装，向网络终端提供服务并监控、调度其运行状态。受当前互联网传输速度和信息安全等制约，虚拟维修训练云仿真平台初步采用基于广域网的私有云仿真网络架构。根据仿真资源功能的不同，仿真中心的服务大体可分为训练服务和开发服务两类，前者提供武器装备的维修训练仿真，后者则提供开发环境用于虚拟维修训练系统的在线开发和测试。仿真平台的应用模式如图1所示。

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图1 虚拟维修训练云仿真应用模式

云仿真的终端用户可以是单个节点，也可以是局域网集群节点，通过广域网络与云仿真中心进行交互，同时，客户端可以是瘦客户端，配备显卡等基本显示部件和交互设备，不需要高性能的处理和存储能力，就可以基于云仿真平台实现复杂装备的虚拟维修训练与开发。

2 虚拟维修训练云仿真体系结构

虚拟维修训练云仿真是一种面向服务的装备维修训练仿真平台，具有层次化的体系结构，如图2所示。

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图2 虚拟维修训练云仿真框架

该体系结构包括五层：基础资源层、资源管理层、分布式交互支撑层、仿真平台层和应用管理层，同时构建完备的信息安全保障体系，确保军事信息及数据的安全传输和使用。

基础资源层

包括计算机、存储器、网络设备等，采用虚拟化技术，对若干物理资源进行抽象，根据用户的需求进行动态分配，实现内部流程自动化和资源管理优化，从而向外部提供动态、灵活的基础设施层服务。虚拟化技术分为服务器虚拟化技术和桌面虚拟化技术。基于Xen 的虚拟机（Virtual Machine，VM）可通过LibVirt 进行管理[10]，LibVirt 支持对包括Xen、KVM、QEMU在内的多种VM的管理。VMware 提供 VIX API（Vix）对 VMware Workstation 上运行的 VM进行管理[11]，Vix 简单易用，可以在脚本或应用程序中调用。为满足不同用户对虚拟化效果的不同要求，本文以 Xen+LibVirt 为基础实现服务器虚拟化，同时以VMware Workstation+Vix为用户提供较高质量的桌面虚拟化环境。

资源管理层

负责对对虚拟化的基础资源进行动态监控，对云仿真平台的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，确保资源的合理分配，使资源能够高效、安全地为仿真应用提供服务。

分布式交互支撑层

为广域网条件下的装备协同仿真提供功能支撑，是云仿真平台构建分布式虚拟环境并在其中进行自然交互的基础。通过设计分布式的体系结构，能够更好地满足仿真过程中多个用户之间的协同互操作。而传统HLA/RTI的分布式架构不具备跨平台功能，难以全面支持面向网络的分布式交互，无法满足云仿真模式对分布交互的需求。基于HLA最新标准HLA Evolved建立面向Web服务的分布式仿真环境以支持协同交互和仿真互操作，该仿真支撑框架与原有 HLA1.3 和 HLA1516 联邦仿真兼容，保证基于pRTI、MAKRTI的联邦仿真可以通过局域网实现仿真，同时通过Web组件与云仿真中心端进行交互，能够满足“云中心—训练终端”和“训练终端—云中心—训练终端”的交互模式。

仿真平台层 仿真平台层提供虚拟维修系统开发和训练功能支撑，其主要具有以下功能：1）提供并维护虚拟维修训练所需的模型和软件等仿真资源，包括可定制的仿真基础框架、分布式虚拟场景模块和通用维修工具等仿真资源服务，这些仿真资源用以快速构建虚拟维修训练仿真环境，同时还支持自主建模，模型资源上传开发等应用；2）在计算资源弹性可伸缩的基础上，提供场景绘制、碰撞检测等分布式算法服务模块，在资源虚拟化基础上通过分布式仿真算法提高仿真解算效率，从而为基于云仿真平台开发和运行的虚拟维修训练系统提供更高的实时性和更逼真的仿真效果。

应用管理层 为用户提供交互界面和服务选项，以直观的形式提供仿真服务，包括虚拟维修系统开发服务、训练服务，协同训练和开发服务等。使用网页浏览器进入门户，获得登录使用仿真任务开发和训练权限，用户就可以按其所需，通过相应仿真应用软件和平台工具获取需要的建模仿真服务。

信息安全保障体系采用各种有效措施，保证平台运行全过程的装备资源和用户数据等信息安全。

3 分布式虚拟维修训练云仿真关键技术

3.1 RTI平台服务化

3.1.1 分布式交互支撑RTI层次化框架

云仿真平台要求HLA/RTI要以服务的形式部署在云端，提供给用户使用。当前的解决方案是使用 Web 服务技术对 RTI 进行不完全扩展，使其满足云仿真平台分布式交互支撑的需求。文献[12]中讨论使用 Web 服务 API 对 HLA 进行扩展，并提出Web 服务RTI组件（Web Service Provider RTI Component，WSPRC）的概念。

面向Web服务的云仿真平台分布式交互支撑RTI层次化框架如图3所示。中心服务器管理和服务的对象是RTI，仿真过程中，它接受各个RTI的相关协调服务请求，并向单独的或所有的RTI发送服务请求的处理结果，具体功能如下：协同动态负载均衡调度；管理需要全局协调管理的服务；与各个RTI之间进行通信，将全局数据和服务的处理结果分发给各个RTI。负载均衡系统负责在RTI服务申请用户负载过大时将客户端的任务请求分发到不同的服务器，以达到资源的优化利用和快速反馈，从而增强云仿真平台分布式交互支撑的稳定性与伸缩性。CRC是中心 RTI 组件，进行集中式协调操作。Web服务API联邦成员通过Internet连接到WSPRC，创建联邦或加入已有可用联邦。 LRC是本地 RTI 组件，支持C++、Java等联邦成员。

3.1.2 仿真交互过程及邦员设计

WSPRC 位于云服务器端，提供了一个或多个端口，端口指向联邦成员，众多基于Web Services 开发的联邦成员可以连接到同一个WSPRC，就像多个网页浏览器可能会连接到相同的Web服务器。WSPRC采用会话（sesion）来维护成员的状态， 当一个 Web 服务成员通过一个指向 WSPRC 的 URL加邦时，WSPRC则为其创建并维护一个HTTP会话，以后 Web 联邦成员的访问都在此会话中进行，当 Web 联邦成员退出联邦执行时，会话被服务器销毁。当网络或者某一成员出现故障导致连接断开时，WSPRC会把该成员的会话保持一段时间，如果在允许的时间范围内恢复连接，则仿真应用继续运行；同时，WSPRC 会周期性地检查所有会话，并自动终止超时的会话，释放其占用的内存。

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图3 分布式交互支撑RTI层次化结构

在一个联邦中，为降低单个WSPRC的负载，可以使用多个WSPRC。受传入和传出更新率的限制，每个 WSPRC 最多只能连接5到10个联邦成员[9]。运行过程中，Web联邦成员利用中心节点提供的 RTI 服务实现客户端的服务请求，完成仿真过程中的交互。如图4所示。

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图4 基于WSPRC的仿真交互过程

同一个联邦中联邦成员可以使用不同开发语言API，某个特定的联邦成员使用哪个API对联邦和联邦成员是透明的。HLA Web 服务 API 是用 Web 服务描述语言描述的。它是对服务的精确描述而不是一个实际的编程 API，也称为WSDL API。支持直接将函数声明转化为WSDL的工具软件有很多，有IBM、Microsoft、Sun这样的公司提供的商业版工具，以及Apache Axis等开源社区提供的免费版工具。

3.2 分布式交互仿真训练过程监控

在云仿真过程中，需要对训练和开发的过程进行实时监控，监视仿真中各成员的状态信息，控制仿真的进度，确保仿真的正确运行。云仿真平台提供仿真联邦监控工具实现以上需求。仿真监控工具以仿真联邦成员的角色加入一个仿真联邦，成为监控联邦成员。监控联邦成员承担维修训练仿真教练机的角色，对联邦仿真过程进行监控，监控联邦成员也可以由某个联邦成员担任，赋予其联邦监控职能。监控联邦成员采集仿真联邦成员实时状态信息，上传并存储于云端数据库，各个联邦成员可以订购对其他成员感兴趣的信息，随时查看其他成员的实时状态。

监控联邦成员采集的监控数据包括管理对象模型（Management Object Model，MOM）信息，以及仿真过程中联邦成员通过服务化的RTI发生的交互数据信息。MOM信息包括联邦成员名称、句柄、类型等静态信息，成员更新/反射数据量、发送/接收交互次数等动态信息以及时间管理状态、前瞻量、逻辑时间等与仿真有关的时间信息，仿真成员间的交互数据信息包括成员/订购的信息，与仿真模型以及自身状态等有关的各类信息。

在管理对象模型中提供了详细的联邦和联邦成员的信息，可以通过订购管理对象模型对象类各个子类的属性来实现对联邦和联邦成员情况的监视。对对象类属性的订购遵循 HLA 的订购机制， RTI 对管理对象模型对象类属性值更新后，总控联邦成员反射其更新值并完成相应的操作。下面以订购联邦成员的 ID 号为例说明订购和反射的实现：

3.3 联邦成员动态迁移

云仿真中的联邦成员动态迁移，是指在基于云端RTI进行分布交互的仿真系统运行期间，远程WSDL联邦成员对应的实例由一个WSPRC迁移到另一个WSPRC，或者由一个会话迁移到另一个会话保持的过程。

联邦成员终端基于WSPRC组件与中心RTI 进行分布交互，远程联邦成员只负责与RTI 进行数据交互，本身无任何仿真逻辑，其状态信息主要是与HLA 相关的状态，如仿真时间、公布/订购内容、对象类实例情况等。远程联邦成员实例的迁移，关键是实现状态信息的中断、保存和迁移。

当某远程联邦成员需要迁移时，首先通知对应终端，终端收到通知后，在指定的WSPRC上创建与远程WSDL邦员的新连接。此时云端存在两个WSPRC分别维护同一个远程邦员的两个通信连接，相当于远程WSDL邦员在云端存在两个邦员。新的WSPRC完成与原WSPRC同样的公布/订购，获取仿真状态信息和维护的对象类实例所有权，并恢复到当前的状态。WSDL远程邦员在放弃原WSPRC维护的对象类实例所有权后，断开与原WSPRC的通信连接。完成上述操作后，新的WSPRC通知终端，校准与WSDL远程邦员的时间关系，最终完成迁移。迁移过程如图5所示。

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图5 联邦成员动态迁移过程

3.4 云仿真模式下的负载平衡

虚拟维修训练云仿真平台支持大量用户的仿真运行，众多的仿真实体分布在不同的节点，随着仿真的进行，各个节点上的负载会发生改变，出现个别节点的负载比其他一些节点的负载要多很多的情况，即节点负载不平衡。负载的失衡会使整个系统的运行效率下降和容错性能下降，并有可能对仿真运行结果产生不良影响。设计负载均衡器对平台节点性能进行动态调整和维护，对仿真任务进行动态平衡，体系结构如图6所示。

函数 F（L1，L2，E，λ）表明了在超载、轻载和负载适中三种情况下E与L1，L2之间的关系。函数中 λ（λ

在实际应用中，各个仿真节点具有基本相同的处理性能，可假设P值相同。采用最小连接的动态调度算法实现对静态负载进行节点的监控、邦员调度等，具体描述如下。

1）调度器记录各个服务器已建立连接的活跃节点数目，预估服务器的负载情况；

2）当一个请求被调度到某台服务器，其连接数加1；

3）当连接中止或超时，其连接数减1；

4）根据调度器记录得出此时连接数最小的服务器，将新的连接请求分配到当前连接数最小的服务器。

通过上述方式，把负载变化大的请求分布平滑到各个仿真节点上，从而提高节点利用率和保持仿真运行中负载的有效平衡。负载动态平衡前后的虚拟服务器利用情况如图7所示。未使用负载均衡时，1号和2号虚拟服务器节点利用率分别为95%和92%，处于超载状态，而3号虚拟服务器利用率仅有10%，利用率不足，属于轻载状态，负载严重不均衡。当仿真任务经由负载均衡器采用动态调度算法进行合适分发后，3台虚拟服务器节点的使用率分别约为70%，67%和60%，起到了平衡负载的效果。如图7所示。

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图7 动态负载平衡

3.5 仿真平台层可视化仿真

可视化仿真技术是实现仿真结果实时可视化的核心技术，为使用者提供2D/3D的仿真可视化服务。可视化仿真主要完成三维实体模型的渲染、驱动。这些模型可以划分为静态实体模型和动态实体模型。静态实体模型指地面上一些文化特征，如建筑物、树木等；动态实体模型是指各种仿真实体模型，如车辆、机械系统等。

云仿真可视化门户采用B/S多层体系结构，分为功能驱动层、应用支撑中间件层、资源服务中间件层和可视化资源层。其中功能驱动层提供地形导入、动态场景更新、导弹动力学可视化等视景仿真功能模块；应用支撑中间件层提供视景仿真程序开发包，支持仿真可视化应用的快速开发；资源服务中间件层提供可视化资源查找、动态调度、可视化服务的封装和调用等基本功能操作；可视化资源层主要包括虚拟场景地形、虚拟样机几何模型等可视化模型资源。

即使在云仿真平台下，图形生成的真实性和实时性事实上也是突出的矛盾，图形越真实，则描述它所需数据量越大，计算处理的时间就会相应增长，从而影响图形生成的实时性。在保证虚拟环境的真实感的基础上，现有图像简化等技术（动态或静态层次细节、消隐技术、虚拟全景空间技术等） 仍可以运用于云仿真平台，以提高场景绘制速度和虚拟仿真实时性。

3.6 仿真数据分布式存储

数据的存储和操作也以服务的形式提供，分布式存储要求存储资源能够被抽象表示和统一管理，并且能够保证数据读写操作的安全性、可靠性、使用性。Cassandra是一套高度可扩展、最终一致、分布式的结构化键值存储系统，它结合了Dynamo的分布技术和Google的Bigtable数据模型，能够满足海量数据存储的要求，解决了应用与关系数据库模型之间存在的非依赖关系。

Cassandra的存储机制[13]如图8所示。三个列族的Key值先记录在Commitlog中，Commitlog则保存在独立的磁盘上。和Bigtable一样，Cassandra的日志内容也同样需要按照键值进行序列化，然后将数据分别写入到三个CF所对应的Memtable中。Memtable满足一定条件后批量刷新到磁盘，存储在SSTable的块上并设置保存块位置信息的索引（Index），Index保存的是每个Key在数据文件中的偏移位置。当查找时，将Index加载到内存中，定位Key所属的块，从而实现快速查找。

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图8 Cassandra的存储机制

4 应用实例

综合运用云计算、虚拟化、虚拟现实仿真等技术初步构建网络化仿真平台，进行某型装备虚拟维修系统的开发和训练。该平台包括网上开发和训练集群、Web服务器和存储服务器等，这些共同构成了仿真平台的基础设施。网上开发集群提供底层硬件资源、平台和软件的虚拟现实开发支撑服务；网上训练集群为基于中心展开的装备模拟训练提供各种虚拟维修训练支撑服务，包括虚拟维修训练、RTI Web 服务和HLA 联邦管理服务等。项目开发人员可利用其中的 M&S 软件进行系统的开发；组织者可以统一管理开发资源，控制开发进程。网络化服务的资源使用方式避免了为每个项目单独配发硬件和软件工具环境，提高了资源的利用率，同时训练人员可以通过虚拟维修训练服务进行装备的协同仿真训练。某型装备的网上虚拟维修训练仿真过程如图9所示。

分布式交互仿真技术范文第2篇

电子商务作为一个新兴领域，各个院校在电子商务专业建设中，培养目标和课程体系不是完全统一，因此侧重点是不同的。普遍存在的问题是重理论而轻实践的现象非常严重，不利于电子商务人才地培养。原因很简单，就是实践的电子商务平台很难搭建，应用仿真技术可以解决这一问题。利用计算机技术、网络技术等现代信息技术从事商务活动，突出学生的动手能力，培养融IT与商务于一身的高素质复合型人才。

随着互联网的全面普及，基于互联网的电子商务也应运而生，并在近年来获得了巨大的发展，成为一种全新的商务模式，被许多经济专家认为是新的经济增长点。这种电子商务模式对管理水平、信息传递技术都提出了更高的要求，其中安全体系的构建又显得尤为重要。如何建立一个安全、便捷的电于商务应用环境，对信息提供足够的保护，是商家和用户都十分关注的话题。

一、概述

计算机仿真技术可以为学生提供虚拟的仿真情境， 为学生创设一种开放的、主动的、发现式的探索式的学习环境， 发展学生的高级思维能力和问题解决能力， 从而通过对该情境的操纵、观察和思考得出合理的结论。计算机仿真可以在很大程度上激发学生的高水平思维活动， 让学生通过反省性的、高水平的思维活动来建构深层的、灵活的、真正的知识，近几年， 计算机模拟教学在国内外的电子商务课程中屡见不鲜， 但仿真教学在计算机教学中的应用、尤其是在计算机网络课程中的应用还处于探索研究的阶段， 将计算机模拟应用于教学活动中， 往往能够收到事半功倍的效果。

电子商务引起人们的普遍关注，细说起来也不过是最近几年的事情。电子商务网络仿真实验室可以提供一个真实的环境，在这个环境中，学生可以模拟电子商务的各种活动。因此，电子商务网络仿真实验室具有可操作性、仿真性及适应性强的特点。可操作性，是指电子商务网络仿真实验室中的计算机所需软件;仿真性，是指学生在电子商网络实验室的计算机上安装了相关软件后，能够模拟IT 环境，进行各种电子商务活动等;适应性强，是指电子商务网络仿真实验室能够成为与电子商务相关的多门课程的实习实训基地。在电子商务网络仿真实验室，学生可以学习基本的电子商务网站的建设流程。 　二、计算机仿真技术

计算机仿真技术(computer?simulation?technology)是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。计算机仿真，是在研究系统过程中，根据形式性原理，利用计算机来逼真模仿研究对象。研究对象可以是真实的系统，也可以是设想中的系统。传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的，这种方法的优点是直接、形象、易信，但模型受限、容易破坏、难以重用。而计算机仿真是将研究对象进行数学描述，建模编程，且在计算机上运行实现。它不怕破坏、容易修改、可重用。因此在现代化生产建设中得到了广泛的采用。并取得了丰硕的成果，带来了可观的经济效益。

计算机仿真技术的核心是按系统工程原理建立真实系统的计算机仿真模型，然后利用模型代替真实系统在计算机上进行实验和研究。由于近年来信息技术的发展特别是高性能海量并行处理技术，可视化技术，分布处理技术，多媒体技术，虚拟现实技术的发展，使得建立人——机——环境一体化的分布的多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，从而使仿真方法有了一些新的发展，形成了一些新的研究仿真方法热点，如：定性仿真方法；面向对象的仿真方法；分布式交互仿真方法；人——机和谐仿真环境建立方法学。

三、电子商务网络仿真实验室

利用仿真技术可以构建电子商务仿真实验室，通用的通信网络硬件实验平台《计算机网络》或《计算机网络与通信》是计算机专业的必修专业课程。它的实验主要是从以下几个方面进行设计的:网络技术做实验:它包括网络布线与制作，计算机操作系统的安装与配置，局域网的设计与实现，广域网的设计与实现。其目的主要是让学生了解常用网络的设备的连接、安装与配置。通过设计、连线和配置，完成网络数据通信实验。计算机网络原理的模拟与仿真:计算机网络模型，有许多协议支持实现，每种协议实现都有些算法。原理的模拟与仿真就是解决其中的一些算法实验，这种实验通常用软件加以实现，但同时也需一些硬件配合完成。其目的主要是使学生通过实验对算法应用理解更深刻。如:数据链路层的连续ARQ，网络安全中的加密算法等。网页虚拟实现交互指导实验:有些网络设备费用很高，也没有必要全部实做，设计一些虚拟网页，通过网络的操作达到实验的目的。如:网络的测试仪的使用，高端网络设备的使用和配置等。

在教学应用中，通过仿真技术不但可以节约教学成本，而且能取得良好的教学效果。

四、结束语

分布式交互仿真技术范文第3篇

【关键词】多接入点 分布式 光伏发电系统 配电网交互

鉴于光伏发电系统应用到了逆变器等电力装置，同时也产生了大量的谐波，对电力系统造成了较大干扰，当前，单点光伏发电系统并网对电网谐波影响方面的研究主要集中在不同接入位置与容量对配电网谐波电压与电流的影响上。鉴于配电网内部谐波源非常多，有着分布参数特性，且放大特征更加的复杂，难以通过单点光伏发电系统谐波性将整体的多接入分布式光伏发电系统的谐波特性得到。由此，此次研究应用仿真技术从系统角度对多接入点分布式光伏配电网谐波传输、谐波叠加、分布等方面热萁行研究，从而分析这些内容对网点谐波特性与电压波动产生的影响。

1 分布式光伏配电网谐波机理分析

在配电网中介入分布式光伏发电系统后，对配电网的谐波产生影响的是接入位置、方法等，需要将分布式光伏发电系统配电网等效电路建立出来，从而更好的分析谐波传输与谐波分布特性及机理。

当多个分布式光伏接入到配电网后，不同光伏控制独立存在，将产生不同的谐波，谐波电流叠加与常规电流有着相似的原理，各个谐波源电流的矢量和就是叠加后谐波电流。另外，如果应用相同型号的光伏逆变器，且逆变器控制同步时，多接入点分布式光伏并网对电网谐波有更大的影响。

2 分布式光伏的配电网电压波动

分布式光伏引起的电网电压波动机理是多样的且复杂的，需要综合对光伏功率波动大小与并网点短路容量综合考虑，同时需要考虑阻抗比R/X与光伏功率因数。网点电压波动与光伏功率波动量存在密切相关性，网点电压波动越大，光伏功率波动量就会随之增大。通常，光伏输出功率因数为1，且并网点到电源间的距离较短，容易使电压波动纵轴分量减少，电压波动大小将与等效阻抗存在反比关系，而与电压波大小、等效阻抗呈现出正比关系。基于以上分析可以了解，当等效阻抗减少时，并网电压波也会随之变小。

3 仿真分析

3.1 构建仿真模型

为了更好开展配电网特性仿真研究，构建仿真算例，其结构见下图2所示。图中分布众多的任意主干支路节点，且不同节点之间有着相等的距离，采用的线路为架空线路，不同负荷支路采用的是铜导线，且均按照负荷容量选用不同型号材料。

3.2 谐波仿真

理想电网条件下的谐波仿真负荷节点处的容量为85KW，占总负荷的2/3左右，此次研究应用到DIgSILENT/PowerFactory仿真软件开展电磁暂态仿真。在分布式光伏L3点接入，对接入后的各母线节点谐波电流仿真模拟并分析，同时按照仿真结果对谐波电流幅值进行统计。N4节点后线路等效阻抗开始增大，由此，从N5开始谐波电流为0，此时负荷阻抗依然是最大的，由此，谐波电流流入共同电网大部分是通过配电网主干线实现的。分布式光伏在L1～L5点接入时，不同接入点谐波电压与电流存在差异，当接入至L5节点时，谐波电流幅值增大，公共连接点的等效阻抗最小的是L1，由此，光伏接入产生的谐波电压也偏小，仿真结果显示了，接入点谐波电流如果有较小的变化，说明配电网谐波电压分布曲线中光伏并网点有所提升，说明此处的谐波电压水平较其他节点高。

非理想电网条件下谐波仿真。通过仿真分析，建立仿真平台，在平台中对控制模块自定义，模拟电网背景谐波通过交流电压源中加入指定次数与含量实现；仿真中电网与电压含有不同谐波电压，含量占5%。电网含有低次谐波时，分布式光伏系统同样会将低次谐波流量输出，且谐波次数与光伏输出增大的谐波次数存在相关性。通过仿真结果可以了解到，如果中心为零序谐波，则与负序谐波之间相互影响，以上的仿真结果是解耦控制策略，在这一控制策略中，会使含有谐波电网电压随机方式进入到控制系统内，从而增大了输出谐波电流。由此，这种电网条件对光伏逆变器控制提出了更高的控制要求。

3.3 电压波动仿真

利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件对分布式光伏发电功率波动时对配电网电压影响进行仿真分析，仿真结果显示了，各个母线的节点电压波动有着一定规律，电压波动较大的是母线L2，电压波动值为d=0.652%。鉴于L2节点光伏中的功率变化较大，非常容易造成电压波动频繁。另一个电压波动较大的是L5，电压波动为d=0.682%，鉴于L5节点与平衡节点电气距离较大，但是容量则偏小，由此，虽然功率小，但是此处的电压波动依然非常大。电压波动最小的是N0，电压波动为d=0.056%，鉴于N0母线与平衡节点处有着较小的电气距离，由此，此处有着较大的短路容量，电压波动也是最小的。通过以上分析可以发现，光伏并网点中有着严重的电压波动，且与功率波动越靠近，电压波动的将越大。

4 结束语

本文主要对多接入点分布式光伏发电系统接入配电网交互影响进行了分析，可以发现，将分布式光伏电系统接入配电网后，传统的单光电源辐射状网络变为了遍布电源与用户的多源性的互联网络，随之变得复杂的是电能质量特性。针对以上仿真分析存在的问题，本次研究通过理论描述与仿真研究结合的方式探究了多接入点分布式光伏与配电网电能质量交互影响。仿真结果显示，分布式光伏谐波电流会经由主干之路流入到公共电网中，除了光伏并网，其他负荷节点几乎没有谐波电流通过，且越与配电线路末端靠近，越会增强电网谐波畸形水平，电压波动与光伏功率大小也存在相关性。

参考文献

[1]缪立恒.分布式光伏接入对配电网稳态运行影响的研究[D].华北电力大学，2015.

[2]王亚维.高渗透率光伏发电系统中网源互动技术的研究[D].上海电力学院，2015.

作者简介

陈浩龙（1988-），男，甘肃工业职业技术学院助理讲师。电气工程及其自动化专业。

分布式交互仿真技术范文第4篇

仿真技术的发展经过了三个阶段：仿真网络（SIMNET），分布交互仿真（DIS）和聚合级仿真协议（ALSP）高级体系结构（HLA）。[1]基于HLA的分布仿真是今后仿真发展的主要方向，故文章选用高级体系结构对空地对抗仿真的联邦成员进行了研究。

1 高级体系结构

HLA中将实现某种特定仿真目的的仿真系统称为联邦。联邦由若干交互的仿真应用和其它一些相关的应用（统称联邦成员Federate）、运行支持系统（RTI）和联邦对象模型（OM）构成。[2]联邦成员由若干对象构成， 成员间通过RTI提供的服务来实现交互。

1.1 RTI简介

RTI是一个按照HLA接口规范开发的软件系统，能为仿真应用提供通用的、相对独立的支撑服务，其功能类似于分布式操作系统。[3]

1.2 对象模型模版

对象模型模板（OM

2 模拟仿真

实例：A方出动一架战斗机空袭B方阵地，攻击目标为阵地司令部，B方探查到空情指示，奉命拦截该架战斗机。

2.1 联邦成员设计

在作战中，设计了两个成员来仿真该空袭过程。一个为A方空袭飞机成员，一个B方阵地。双方公布/定购关系如下：A方飞机成员（B方阵地订购）： 对象类-飞机，交互类-飞机投掷炸弹、飞机被击毁；B方阵地成员公布（A方飞机成员订购）：对象类-B方阵地营司令部，交互类-高炮对飞机开火。

其FOM/SOM定义的对象类（表1）和交互类（表2）如下：

表1 对象类表

表2 交互类表

2.2 RTI实现

将表1和表2输入OMDT生成Fed文件，当RTI创建联邦时予以加载。

下面以A方飞机为例，详细介绍仿真如何实现：

（1）创建联邦

调用rtiAmb.createFederationExecution（“空地对抗仿真”，“airraid.fed”）；其中“空地对抗仿真”是将要创建的联邦的名字，“airraid.fed”是由FOM/SOM生成的Fed文件名。

（2）加入联邦

调用FedHandle=rtiAmb.joinFederationExecution（“A方空袭飞机”，“空地对抗仿真”，&fedAmb）；其中“A方空袭飞机”为联邦成员名，FedHandle为函数返回的成员句柄值。

（3）获取Fed文件定义的对象类及其属性、交互类及其参数的句柄值

获取B方司令部对象类及其属性的句柄值：

HeadquartersId=rtiAmb.getObjectClassHandle（ “Headquarters”）；

positionId= rtiAmb.getAttributeHandle（“position”， HeadquartersId）；

获取飞机交互类及其属性的句柄值：

PlaneDamageId=rtiAmb.getInteractionClassHandle（“PlaneDama ge”）；

PCrashId=Id=rtiAmb.getParameterHandle（“num”，PlaneDamageId）；

（4）声明公布/定购关系

公布A方飞机对象类：

AttributeHandleSet *Attributes= RTI：：AttributeHandleSetFactory：：create（3）；

Attributes->add（ PnumId ）； //加入飞机编号属性

Attributes->add（ PpositionId ）； //加入飞机位置属性

Attributes->add（ PvelocityId ）； //加入飞机速度属性

rtiAmb.publishObjectClass（ PlaneId， *Attributes）；//公布飞机对象类

Attributes->empty（）；

定购B方司令部对象类：

Attributes->add（HpositionId ）； //加入司令部位置属性

Attributes->add（HstateId ）； //加入司令部状态属性

rtiAmb.subscribeObjectClass（HId， *Attributes）；//订购司令部对象类

delete Attributes；

公布飞机投弹和飞机坠毁交互类：

rtiAmb.publishInteractionClass（DropBombId ）；//公布飞机投弹类

rtiAmb.publishInteractionClass（PlaneDamageId ）；//公布飞机坠毁类

定购高炮开火交互类：

rtiAmb.subscribeInteractionClass（FireId）；

（5）声明时间推进策略

飞机成员的时间推进既Regulating又为Constrained。

rtiAmb.enableTimeConstrained（）； //声明时间推进为Constrained

rtiAmb.enableTimeRegulation（Federate_time，Lookahead_time）；//声明时间推进为Regulating.其中Federate_time为当前的联邦仿真时间，Lookahead_time为成员的前瞻时间。

（6）注册飞机对象类

PlaneInstanceId = rtiAmb.registerObjectInstance （PlaneId）；

（7）发送飞机投掷炸弹交互

ParameterHandleValuePairSet*pParams=RTI：：ParameterSetFactory：：create（3）；

pParams->add（Dbomb_typeId，（char*）&bombType，sizeof（bombType））；

pParams->add（Dbomb _noId，（char*）&bombNum ， sizeof（bombNo））；

pParams->add（Bpoint_fallId，（char*）&point_fall ， sizeof（Vector））；

rtiAmb.sendInteraction（DBombId， *pParams， time_stamp，NULL）；

（8）请求时间推进

rtiAmb.timeAdvanceRequest（requestTime）；//请求时间推进

FederateAmbassador：：timeAdvanceGrant；//通知成员当前的联邦仿真时间grantTime

然后跳转第7步，直至仿真结束。

3 结束语

文章以模拟的空地对抗仿真为研究内容，基于HLA/RTI设计和实现了仿真联邦成员。在设计和实现过程中采用通用的技术框架、模型和数据标准，具有较好的通用性。

参考文献

[1]周彦，戴剑伟.HLA仿真程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002：3-20.

[2]齐欢，代建民，吴义明. HLA仿真与UML建模[M]. 北京：科学出版社， 2004：6-40.

[3]郝江波.基于HLA的分布交互仿真应用系统开发研究[J].系统仿真学报，2000， 12（05）： 253-255.

分布式交互仿真技术范文第5篇

1.主站平台一体化设计

在总结国内配电自动化系统建设实施多年经验与教训的基础上，[3，4]为了配电主站系统更加实用化，根据系统方案设计思路，将配电自动化主站系统分为配电图资维护模块、配电SCADA两大系统模块。将配电图资维护、配电SCADA从根本上进行一体化设计，以便形成一个具有空间概念（地理环境信息）和基础信息（电网资料及用户资料）的分层管理基础数据库。既能为电力系统配电运行管理提供具有地理信息的网络模型，又能实时监控配电网的运行，支撑系统应用软件的开发和其他功能的实现。

2.配电主站物理结构设计

配电网自动化实验室主站物理结构设计，在充分考虑主站系统数据处理与存储主干网系统信息的前提下，承担着系统数据处理、功能实现、数据交换等重要功能，对数据处理、计算、交换速度有着非常高的要求，为此，采用了支持多操作系统平台的运行开放机制，以及Client/Server（客户机/服务器）分布式体系结构。硬件平台建立在工作站和服务器等设备环境上，在建设资金充裕的情况下，配电网主站可按标准物理结构设计，如图2所示。另外，在满足实际数据处理功能要求的情况下，亦可采用把四台服务器整合为一台、打印机不设置或低标设置等某些经济手段。

实验室配网结构构建方案探析

实际运行中的配电网络不仅有架空线，同样也存在大量的电缆，且具有条数众多、网络结构复杂多样等特点。但总体上来说，在配电网络体系中，网络接线以双母、辐射状网、树状网及环网为主要形式存在。对于一个具体的配电网结构而言，网架结构可以是多种网络形式的组合，并且线路稠密。其网络形式主要由用户性质、数量及供电可靠性的要求决定。欲在一个空间有限的实验室中同时全方位的体现现实模型几乎是不可能的，也没必要。因此，在配电网自动化实验室建设中，拟建设10条配电线路及其配套通信设施，实现手拉手环网。实验室配网结构构建方案如图3所示。从拟建方案易知，通过改变开关的状态，可灵活多变的组合出各种电缆线路、架空线路、网络接线的接线方式，基本上可涵盖现阶段我国常见的联络方式。

配网实验室仿真系统建设方案探析

利用仿真及多媒体进行实践教学，不仅可把课本上大量枯燥的文字叙述转变为生动直观的图形、数据说明，[5，6]而且可为学生在配电实践教学方面提供一个安全、真实、再现的实训环境。使学生了解配电设备、运行、检修操作规程，从而达到提升教学效果的目的。

1.仿真系统硬件结构实验室仿真系统在充分利用主站物理器件的基础上，其网络结构、硬件及其软件配置都需遵循开放性的原则，以达到可维护性、可扩充性的目的。系统硬件结构如图4所示，教员机、服务器分别由图2的两个工作站、服务器兼任。教员机既可完成所有学员的操作，也可完成教案编制、系统维护管理、故障设置和学员监管等功能。各学员台既可独立运行，亦可分组协调运行。主要用于配网自动化通信系统、远动控制、变电站自动化、馈线自动化、模拟倒闸操作、监盘及事故处理等的仿真。

2.仿真系统软件设计思想在配电自动化主站平台一体化软件设计的基础上，利用其数据，结合分布式仿真软件支撑平台RTI（RunTimeInfrastructure）[7，8]、教员系统软件、仿真应用软件和多媒体培训系统软件组成一套交互式、分布式仿真培训系统。其中，仿真应用软件整体结构如图5所示。分别由变电站仿真软件、电网仿真软件、变电站监控仿真软件及设备巡视仿真软件构成。各个仿真应用软件仅与其所对应的计算机中RTI驻留软件进行接口，但相对整个仿真系统而言，整个仿真系统内的相互交互任务全部由RTI来完成。由于仿真系统引入实时数据的全工况仿真及主站平台一体化软件设计的思想，若再辅以先进的电力系统仿真技术、人机界面技术和虚拟建模技术，则可实现变电站仿真和电网仿真一体化。仿真系统具有平台化、通用性很强的特点，同时具备了强大的组态功能，适用于任意结构的变电站和配电网络的培训，有利于培养学生的现场操作能力、专业知识和技能。

结束语