1.3.4 基于互操作协议的组合仿真方法

互操作协议方法（Interoperability Protocol Approach，IPA）利用某种标准互操作协议如DIS，HLA等，将不同的仿真组分连接起来，通过运行时的仿真数据及服务交换实现仿真组分的集成。与面向对象和基于组件的组合方法不同，IPA方法中的仿真组分往往是能够独立运行的仿真应用如HLA联邦成员，而不是仅限定于仿真模型的组合。IPA方法通常形成分布式架构的组合仿真系统，即通过网络连接在一起的分布式系统。与此对应，基于组件的组合方法形成的仿真应用通常为单架构仿真系统。如果利用HLA作为组合仿真的互操作协议，则仿真组分称为邦员，最终的分布式仿真应用称为联邦。邦员作为组件是一个可独立运行的应用，邦员组合的过程就是根据互操作协议发送或接收数据的过程。IPA方法能够保证基于同一互操作协议开发的仿真组件能够实现交互，但通常并不能保证运行时交换的数据是否有效，即不能保证组合结果的有效性。很多仿真系统采用IPA方法，包括联合兵力战术训练器（Combined Arms Tactical Trainer，CATT）、ModSAF、OneSAF等。虽然这种实体分割方法在同一实体的不同表示之间可能带来冲突，但消除了模型组合时所引入的互操作问题，允许灵活的改变联邦中成员的类型及数量，使不同联邦成员即仿真组分可以方便地进行组合及再组合，从而具备了对需求变化的适应性。

当前，基于Web服务标准，面向服务的体系结构（Service Oriented Architecture，SOA）从更一般的服务概念出发，强调不同专业领域的服务细分，支持复杂服务的分布、组合和重组，使得整个系统的资源服务能够随需求发展不断进化，提高了已有服务的重用能力，可以保护已有的资源投资，具有组织服务敏捷性的特点。SOA的目标是减少异构性、互操作性和需求持续变化所引发的问题。SOA中的服务一般为粗粒度的、可发现的软件实体，这些服务通过松散的基于消息的通信模型进行交互。一个SOA体系结构一般具有松散组合、服务位置透明和协议独立三个特点。基于SOA的思想，可以建立不同组织、不同领域提供的仿真资源服务、仿真运行服务、三维模型服务、地理信息服务、仿真实验服务、甚至实时的指挥控制信息服务等。这些服务不仅包括信息资源服务，还可以扩展到仿真应用、仿真算法、仿真数据以及不同的标准和协议数据，从而可以相互组合和重组满足不同用户的仿真分析、仿真实验、仿真训练和仿真论证需求。

美国海军研究生院、乔治—梅森大学以及SAIC公司等组织机构的研究人员于2002年提出并启动了可扩展建模与仿真框架XMSF（Extensible Modeling &Simulation Framework）。XMSF尽量采用大量成熟的商业化标准和框架如Web Service、XML、X3D、UML等进行仿真应用系统之间的松散集成，支持建模仿真系统与C4I系统之间的互操作，保证仿真的可组合性及可伸缩性，使之能够满足训练、分析、采办及作战人员的广泛需求。XMSF包括基于Web的一系列标准、Profile及实践指南。XMSF为仿真系统、异构系统之间的互连提供可持续的互操作、可重用和可组合能力奠定了研究基础并提出可行的应用需求。XMSF中成熟和标准化的技术与框架使得仿真系统定义、大规模仿真联邦执行、基于网络的教育和训练、以及大规模可伸缩的2D/3D虚拟环境的实现成为可能。

2005年，美军联合战区层仿真系统（Joint Theatre Level Simulation，JTLS）率先在大型联合仿真系统中采用了基于Web的仿真技术。JTLS是一个支持陆、海、空、天多边联合作战的、交互式的离散事件仿真系统，主要用于作战方案分析评估、模拟训练和辅助演习。它是美军认可程度和使用频率最高的仿真推演系统之一，仅1985年到1998年间美军举行的演习中，就有30 个大型军演项目使用了该系统，中国台湾“汉光”系列军事演习也大量使用了JTLS系统。JTLS由数据库开发系统、想定准备和支持工具、指挥命令预处理系统、推演干预系统、作战事件调度系统以及HLA接口等分系统组成。作战事件调度系统是JTLS的核心，当前它可以支持模拟多达10 个参战国家的联合作战。它包括不同装备和部队的作战模型，表示在不同作战想定中陆、海、空、天作战单元的行动和交互过程；根据模拟过程中的不同战场态势按照指挥控制关系向推演命令干预系统发送战情报告；通过网络从推演命令干预系统实时获取指挥控制命令，作战单元模型将根据接收的指挥控制命令执行作战任务。

为能方便地支持远程指挥人员进入仿真回路参与训练，2005 年，JTLS在最新的3.0版本中不再支持HLA接口，而是采用了Apache服务器，建立了作战事件调度系统与Web服务系统的接口。用户不需要安装JTLS仿真软件和相关支持工具，可以直接通过互联网浏览器进入JTLS战场空间，观察战场态势，输入指挥命令，跟踪仿真运行，并可以通过Web服务将实际指挥控制系统与JTLS系统互连，大大提高了JTLS仿真系统的部署和应用能力，大大减少了仿真服务资源的消耗，标志着大规模分布条件下用户参与仿真训练能力的大幅提高，可以支持中国台湾、菲律宾、马来西亚、韩国、日本和美国本土的大规模分布条件下的联合军事演习，因而2005年JTLS的Web部署被美军联合作战训练部门评为一个具有里程碑意义的事件。由于JTLS系统开发时间较早，即使在其最新版本中，核心的作战事件调度系统依然采用CACI公司20世纪80年代研制的进程交互仿真语言SIMSCRIPTII.5 开发。这从另一个方面说明了基于Web仿真可以大大提高已有仿真系统的重用能力。基于IPA的仿真组合是一种粗粒度的基于实体和空间的仿真组合方法，更适于分布式训练、作战推演和半实物仿真等领域的仿真组合。