陳 欣
（北京系統工程研究所，北京 100101）
摘 要：針對虛擬仿真環(huán)境中RTI 的性能需求設計測試指標，測試指標包括對RTI 能夠支持多大規模的分布式虛擬仿真進(jìn)行的規模支持能力測試；屬性更新延遲和交互的延遲更新；反映系統在單位時(shí)間內能夠處理的最大容量的數據包的吞吐量測試；在聯(lián)邦成員連續請求時(shí)間推進(jìn)的情況下，RTI 對其請求的響應時(shí)間的時(shí)間推進(jìn)請求響應測試；聯(lián)邦成員在占用一定的計算時(shí)間時(shí)，對系統其它性能指標的影響的基于盟員負載的真實(shí)仿真測試。對于上述測試指標，提出了相應的測試方案，通過(guò)對測試數據的分析比較不同RTI 和盟員開(kāi)發(fā)的實(shí)現方案如：RTI 的體系結構、本地線(xiàn)程方式、數據傳輸的打包方式對RIT 性能指標影響的定量分析，進(jìn)一步提出得到滿(mǎn)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(lèi)號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：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)以構造大范圍的虛擬仿真環(huán)境，支持在不同地域的用戶(hù)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 仿真應用程序設計和運行的基礎，其功能類(lèi)似于分布式操作系統。它提供一系列用于仿真互連的服務(wù)，是HLA 仿真系統進(jìn)行分層管理控制、實(shí)現分布仿真可擴充性的支撐基礎，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，現有的RTI 產(chǎn)品是否滿(mǎn)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，設計了相應的測試方案，通過(guò)測試得到一系列提高RTI 性能的建議和方案。通過(guò)性能測試，研究不同實(shí)現對RTI 性能的影響，如不同通信機制對消息延時(shí)的影響，從而研究實(shí)現實(shí)時(shí)性RTI 的體系框架和技術(shù)方法。
1 研究現狀
RTI 的功能和性能直接關(guān)系到HLA 仿真系統開(kāi)發(fā)與應用的成敗,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 符合標準規范的要求，認證測試的實(shí)現可以通過(guò)DMSO 所提供的Federation Verification Tool(FVT)工具完成。國內哈爾濱工業(yè)大學(xué)仿真中心[1]和國防科技大學(xué)機電工程與自動(dòng)化學(xué)院[2]分別對聯(lián)邦接口規范和聯(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)標準對RTI 的技術(shù)實(shí)現沒(méi)有具體的規定，因此RTI 的實(shí)現方式多種多樣，不同的實(shí)現方案對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)計算機學(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]。
現有的國內外研究主要的問(wèn)題在于沒(méi)有考慮盟員實(shí)際負載對RTI 的影響，現有的測試結果僅是理論上的峰值數據。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)現方案對性能的影響。在前面研究的基礎上，本文所設計的測試方案考慮盟員本身運行延時(shí)對RTI 性能的整體影響，同時(shí)考慮RTI 的體系結構、本地同步異步實(shí)現方式、數據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中存在大量的交互數據和事件消息使得其對網(wǎng)絡(luò )系統的延時(shí)和吞吐量的要求很?chē)栏?。由仿真系統提供的數據必須迅速地傳輸和處理以減少信息丟失的風(fēng)險，提高系統仿真的真實(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能否達到一定性能要求的保證。
另外，RTI 所能支持的聯(lián)邦成員數對于分布式虛擬仿真系統設計來(lái)說(shuō)是非常重要的，所以，確定在一定條件下的RTI 的規模支持能力對于聯(lián)邦成員的合理劃分和設計具有指導意義。
分布式虛擬仿真系統對于實(shí)時(shí)性要求較高，聯(lián)邦成員的時(shí)間推進(jìn)請求響應是保證系統實(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)請求響應是確定仿真系統能否達到實(shí)時(shí)性要求的保證。
在RTI 中，數據的傳輸模式有Reliable 和BestEffort 兩種模式，一般來(lái)說(shuō)，對于控制信息，必須使用Reliable 傳輸模式，而對于數據信息，可以使用Reliable 模式也可以使用BestEffort 模式。當使用BestEffort 模式傳輸數據信息時(shí)，較大的數據丟失率可能對于仿真系統的運行造成無(wú)法預料的結果。因此，確定BestEffort 模式下的數據丟失率對于保證分布式虛擬仿真系統的可靠運行具有重要意義。
最后，當聯(lián)邦成員占用一定的計算延遲時(shí)，對于分布式虛擬仿真系統其它的性能指標會(huì )產(chǎn)生重要影響。而分布式虛擬仿真系統的各個(gè)聯(lián)邦成員總是會(huì )占用一定的計算時(shí)間。因此，在聯(lián)邦成員占用不同的計算時(shí)間情況下測試其它的性能指標對于分布式虛擬仿真系統的真實(shí)運行具有參考價(jià)值。
2 測試指標
測試項目主要研究RTI 在虛擬仿真環(huán)境中的應用，明確RTI 支持盟員的最大數目、RTI 對大容量數據傳輸的支撐程度、在不同條件下RTI 的仿真相響應延遲以及使用BestEffort 傳輸模式時(shí)的數據丟失率等等。具體來(lái)說(shuō)，主要的研究?jì)热莅ㄒ韵聨追矫妫?/div>
(1) 規模支持能力
規模支持能力測試指對RTI 能夠支持多大規模的分布式虛擬仿真進(jìn)行測試。由于聯(lián)邦中的對象數、公布訂購信息量、數據更新頻率、交互量、時(shí)間管理機制、聯(lián)邦成員推進(jìn)速度、系統所使用的網(wǎng)絡(luò )帶寬、RTI 及聯(lián)邦成員所使用的機器性能等因素不同，都會(huì )影響到仿真的規模及效率，因此規模支持能力應該來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較含糊及不確定的說(shuō)法。規模支持能力至少可以從一個(gè)側面反映出RTI 的部分性能。
(2) 延遲測試
