[好文章,你推荐]是你让我跨过这段长时间的科研瓶颈期!

上海交通大学信息与通信工程葛云飞推荐的文章:

文章标题:Developing An HLA-Based Naval Maneuvering Simulation

DOI10.1111/j.1559-3584.2005.tb00319.x

URLhttp://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1559-3584.2005.tb00319.x/abstract

出版于Naval Engineers Journal. Volume 117, Issue 1, pages 23–40, January 2005

所属期刊:Naval Engineers Journal

http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1111/%28ISSN%291559-3584

一、背景介绍

我是信息与通信工程专业的研究生,主要的研究领域和方向是(无线)战术环境网络(Tactical Network)与NDN网络(Named Data Network,命名数据网络)的组网、路由协议、转发策略,以及其网络仿真。

目前,在实验室中,接手的项目有:窄带(战术环境)Android通信平台、基于NS3、OPNET和QualNet网络仿真软件的无线战术网络仿真实现、基于HLA(High Level Architecture,高层体系结构)的半实物仿真等等。同时,毕业设计论文的课题也已确定为“战术环境的NDN网络优化及HLA仿真”。

因此,在平时学习和研究的过程中会阅读诸多文献,也对Wiley online Library数据库比较熟悉,虽然说Wiley online Library数据库最权威最优秀的部分主要为化学化工、生命科学、医学和药学等,并不以计算机、通信、电子和网络等方面见长,但在之前一年多的科研过程中,通过文献检索,我在其中阅读了多篇很有参考价值的文献,给我以启发,受益匪浅。

这次,由于毕业设计的一个重点是HLA的研究和具体实现,但由于HLA的适用场景多数在军事通信领域,因此在这方面的资料比较匮乏,文献比较少,我经历了一长段时间的瓶颈,直至我在Wiley Online Library中看到了下面我要推荐的文献,我获得了极大的启发和帮助。这篇我要推荐的文章是由Okan Topçu和Halit Oǧuztüzün撰写的文献Developing An HLA-Based Naval Maneuvering Simulation。

二、文章概要

(1)相关简介

HLA(High Level Architecture)称为高层体系结构,是从1985年到1995年这10年间网络计算及分布交互仿真方法与技术的最有影响的一个成果,HLA的研制与公布最终提供了一个复杂大系统分布交互建模与仿真的技术支撑环境框架、规范与标准。基于HLA的分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation,DIS)是系统仿真用来构建大型复杂仿真系统的仿真技术方法,是通过将多个小型仿真系统联合起来构成一个大型复杂仿真系统,利于已有仿真系统的扩展、交互和仿真资源的重用以实现新的、更复杂的系统仿真技术。

(2)提出的系统与模型

文章提出了一种海面战术移动仿真系统(NSTMSS),它是基于高层体系结构(HLA)的分布式仿真系统,它由3D船只管理仿真器、海面管理区域战术级别仿真模型、虚拟环境管理器和仿真管理处理进程组成。NSTMSS这一系统模型是使用了HLA的概念开发的,提供了仿真系统互操作和重用性的结构基础。

NSTMSS系统的主要目标是将各个仿真平台(比如船只仿真器)和战术级别仿真模型(比如海面任务组行动仿真)连接在一起,从而建立一个实现高度相互交互的海面操作仿真,同时提供互操作性和重用性的现实的虚拟世界。

NSTMSS仿真系统主要的软件组件可以分为四个组别:

  • 运行时间支撑环境(Run Time Infrastructure,RTI),它通过HLA接口处理各联邦成员(仿真系统中的其他组件)的交互
  • 仿真实体组件
  • 环境生成组件
  • 联邦管理组件

整体系统架构如图1所示。

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图1 系统架构视图

(3)模型设计

在基于HLA仿真系统的联邦设计中,建立联邦成员和特定的联邦对象之间的关系是非常重要的。HLA采用了发布/订购(P/S)机制用于组件集成,最重要的联邦设计工作就是定义发布/订购(P/S)机制。

P/S模式建立了基于HLA的成员对象和交互的通信模型基础,在运行中,软件组件可以指定HLA运行支撑环境(RTI),RTI扮演了对象请求中介的角色,它可以提供一系列数据类型,以及根据联邦执行数据文件(FED)准备接收的数据类型。

根据联邦成员产生的或者感兴趣的对象和交互信息,NSTMSS系统联邦的P/S图表描述了所有的现存联邦成员的能力,如图2所示。

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图2 系统P/S图表

(4)具体实现

通用模型语言(UML)图表用来具体设计NSTMSS系统执行环境,它捕获了诸如节点信息(比如位置、IP地址、操作系统等)和网络信息(比如网络类型、带宽等)等执行细节,如图3所示。

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图3 NSTMSS系统执行部署环境UML图表

(5)系统开发生命周期设计

开发生命周期包含了一系列分布式交互仿真HLA联邦设计所必需的开发活动,主要包括两个部分,其一是针对联邦成员之间交互进行联邦的分析和设计,其二是联邦成员的设计和开发。联邦开发和执行过程(FEDEP)被用作这一开发生命周期模型,如图4所示。

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图4联邦开发和执行过程(FEDEP)开发生命周期

总而言之,文献提出了一个特定的基于HLA的分布式仿真应用NSTMSS,并详细地描述了分析、设计与实现这一基于HLA的分布式仿真系统的细节。NSTMSS仿真系统是研究多样化工具和架构如何结合组成分布式交互仿真系统的例子。

三、推荐理由

(1)关于期刊

Naval Engineers Journal(NEJ)期刊是美国海事工程师社区(ASNE)的同行评审期刊。ASNE是面向负责设计、开发、测试、组建大型复杂海事船只、潜水艇、飞行器及其关联系统与子系统的工程师和科学家的领先的专业工程社区。

虽然NEJ期刊的影响因子并不算大,但考虑到在造船工程、海域通信等军事专业化领域的专注度和专业性,它的影响力是不小的,内容丰富,其中不仅有优秀的系统模型的提出,也有实际的仿真结果可以参照,还有实际应用方面的研究,期刊中的文献普遍理论和实际应用结合得很好,是一份我个人非常喜欢阅读的期刊,阅读上面收录的文献常常可以获得有针对性的参考内容,使我受益匪浅,以解决科研上的问题。

(2)关于文献

文献提出了一个特定的基于HLA的分布式仿真应用NSTMSS,并详细地描述了如何分析从而设计出这一基于HLA的分布式仿真系统的细节,同时还给出了具体的实现方式,甚至是具体编程方面的C++的API信息。文献在如何设计出基于HLA的分布式交互仿真系统方面给出了NSTMSS这一实例,全方面详细地探讨了实现细节方案,其中还不乏使用UML等创新性的思路和想法,给以需要学习如何基于HLA建立分布式仿真系统的科研人员非常宝贵的理论与实践结合的资料。

文献无论是在理论性、实践性还是创新性上都是表现得非常突出,对于需要完成类似的HLA分布式仿真系统的科研人员来说是极具价值的。

(3)关于自身科研

在阅读完这篇文献之后,我发现之前困扰我很长一段时间的问题可以迎刃而解,就像突然获得了一把金钥匙,帮助我打开了思路,找到了解决问题的办法。

首先,文献通过提出一个特定的基于HLA的分布式仿真应用NSTMSS,给出了非常详尽的分析、设计以及开发HLA仿真的方法,在最近很长的一段时间里,我埋头于毕业设计论文的课题,在研究如如何组建一个基于HLA的战术环境网络仿真系统,尽管我阅读了大量的HLA相关书籍和资料,但始终理不出头绪,找不到解决问题的切入点和着手点,最关键的各个联邦成员仿真组件之间的交互方式一致没有了解清楚。而在阅读了这篇文献后,真是如获至宝,提供了一个详细的完美的例子,我可以完全参考它的设计实现方式来完成我的工作。因此,我根据这篇论文进行尝试,已初步解决了之前没有解决的问题,是它让我跨过了这段长时间的科研瓶颈期!

其次,文献也提出了不少创新之处,比如将UML运用到HLA仿真设计中来,这就给了我更多的思考,是否可以利用其它的工具更加简化目前比较繁琐的HLA联邦系统开发过程?针对不是特别大型的HLA仿真系统,是否每一个标准化的模块都有必要逐一开发?这些都成为了我接下来希望继续研究的内容,文献给了更开阔的视野。

再次,我从文献中学到了不少科研成果展示和证明的内容。文献有个令我印象极为深刻的特点是,文献使用了大量的结构化图表,清晰的流程化作图辅以适当的解释性文字使得阅读文献变得更为容易理解,使得文献增添不少亮色。

最后,文献的行文、结构、思路、架构和语言等方面都十分值得学习,确实在各方面都是一篇很优秀值得学习和借鉴的文章。最重要的是,它实实在在地帮助我解决了科研中的难题。

所以,我想向所有信息和通信、计算机、战术网络、系统仿真和分布式仿真等方向的同仁推荐这篇来自Wiley Online Library数据库的文献,无论从行文、思路还是创新点等方面表现突出,值得借鉴和学习。最后,感谢Wiley给广大科研工作者提供了这么优秀的数据库和这样一个互动交流的活动平台,希望能通过这次活动,向其他同仁学到更多,也能获得更多交流的机会!