美国与北约建模仿真标准体系综述_杨国强.pdf

收稿日期:2021-07-06 修回日期:2021-07-14 第 40 卷 第 4 期计 算 机 仿 真2023 年 4 月 文章编号:1006-9348(2023)04-0001-04美国与北约建模仿真标准体系综述杨国强,张 昱(军事科学院战争研究院,北京 100091)摘要:遵循建模仿真标准规范能够有效提高建模仿真资源的可重用性,增加建模仿真过程和系统的可靠性和可用性。美国和北约非常重视建模仿真标准规范的制定,在多年实践中总结提出了一系列建模仿真相关标准,许多标准得到了广泛的应用,对建模仿真应用和发展起到了积极的作用。按照应用背景,将美国和北约建模仿真标准规范分为四类:技术架构标准、想定与模型标准、仿真互操作标准和数据标准,并详细梳理了每种类型中得到广泛应用的标准规范,对每个标准规范的发展历程、主要内容等进行了介绍。关键词:建模仿真;标准;美国;北约中图分类号:TP391.9 文献标识码:BSummary of Modeling and Simulation Standards of U.S.and NATOYANG Guo-qiang,ZHANG Yu(Academe of War Researching,Military Academy of Sciences,Beijing 100091,China)ABSTRACT:Through using M&S standards,Reusability of Modeling and Simulations(M&S)resources can be im-proved,and reliability and usability of M&S engineering and systems can be increased.M&S standards have receivedrecognition from U.S.and NATO,and the series of M&S standards have been established after years of practices.Four kinds of M&S standards have been reviewed and classified by application background in this paper:architecturestandards,scenario and modeling standards,simulation interoperation standards,and simulation data standards.Some widely used standards of each kind were introduced,and the history and abstract of each standard were summa-rized.KEYWORDS:Modeling and simulation;Standard;U.S.;NATO1 引言建模仿真标准规范,是对建模和仿真相关项目、过程、实践和方法建立的统一工程和技术要求的文档。建模仿真标准规范能够有效提高建模仿真资源的可重用性,减少仿真系统的建设、维护和使用开销,增加建模仿真过程和系统的可靠性和可用性。美国与北约非常重视建模仿真标准规范的制定。美国的建模仿真标准制定组织包括:美国国防部建模与仿真协调办公室(DoD Modeling and Simulation Office,DMSO)、仿真互操作标准化组织(Simulation Interoperability Standards Organi-zation,SISO)。北约的建模仿真标准制定组织包括:北约标准化办公室(NATO Standardization Office,NSO)、北约建模与仿真组织(NATO Modelling and Simulation Group,NMSG)等。此外还有一些国际性的标准化组织也发布了一些建模仿真相关标准,这些组织包括:电气和电子工程师协会(Instituteof Electrical and Electronics Engineers,IEEE)、国际标准化组织(International Standardization Organization,ISO)等。美国与北约在多年实践中总结提出了一系列建模仿真相关标准,按照应用背景,可以分为以下四种类型:1)技术架构标准,用于从高层视图指导建模仿真工程的体系结构设计、建模仿真系统的开发以及建模仿真过程的组织实施等。2)想定与模型标准,用于对建模过程、模型逻辑、想定内容等进行规范化描述,目的是提高想定和模型的可重用性。3)仿真互操作标准,为分布式仿真系统定义其技术架构、交互协议、功能接口等,从而提高分布式仿真系统各子系统间的互操作性。4)数据标准,建模仿真相关数据的生成接口、存储格式和元数据规范等相关标准,目的是提高建模仿真数据资源的可重用性。1下面对每种类型中得到较广泛应用的标准规范进行介绍。2 美国与北约建模仿真标准规范2.1 技术架构标准2.1.1 HLA Federation Development and Execution Process(FEDEP)FEDEP1,2是IEEE1516标 准(即HighLevelArchitecture,HLA)的一部分,该标准从一个高层视图定义如何基于用户需求开发和运行 HLA 联邦,用于指导基于 HLA的分布式仿真过程的实施。其前身是美国国防部建模仿真办公室(DMSO)于 1999 年提出的 High Level ArchitectureFederation Developmentand ExecutionProcess(FEDEP)Model,2003 年由 IEEE 委托 SISO 制定并发布成为 IEEE 1516标准的一部分。2.1.2 Recommended Practice for Distributed Simulation Engi-neering and Execution Process(DSEEP)DSEEP3用于从高层视角指导分布式仿真系统和实验的开发和实施,其将分布式仿真过程分为七个步骤:定义仿真目标、进行概念分析、设计仿真环境、开发仿真环境、集成与测试仿真环境、仿真运行、分析与评估,并对每个步骤的实施过程进行了规范描述。DSEEP 是 FEDEP 的扩展,FEDEP适用于基于 HLA 的分布式仿真,而 DSEEP 则适用于所有分布式仿真应用场景4。2011 年 DSEEP 由 IEEE 委托 SISO 制定,并被作为 IEEE 1730 标准发布。2012 年 SISO 又提出了该标准的扩展标准(Distributed Simulation Engineering and Ex-ecutionProcess(DSEEP)Multi-ArchitectureOverlay,DMAO),用于指导包含异构体系架构的分布式仿真活动。2.1.3 Verification,Validation&Accreditation(VV&A)Rec-ommended Practices Guide(VV&A RPG)VV&A RPG5是美国国防部发布的一个用于仿真模型和系统校验的指南,描述了仿真模型和系统校验的相关概念、基本理论、主要步骤、参与者的主要角色和职责、相关工具和技术等,对于仿真模型和系统校验的计划、开展和总结均具有指导作用,在美军得到了广泛应用。2.1.4 Generic Methodology for Verification and Validation andAcceptance of Models,Simulations and Data(GM-VV)GM-VV6是 SISIO 发布的一个用于仿真模型、系统和数据校验的规范,基于 VV&A RPG 以及 HLA 和 DIS 标准规范中关于校验的部分,共包括三卷,第一卷包括 VV&A 的基本理论和架构,第二卷描述了如何将第一卷中的理论应用于实际的校验过程,第三卷是相关概念的参考手册。2.1.5 Modelling and Simulation as a Service(MSaaS)MSaaS7是北约 NMSG 组织发布的“建模仿真即服务”相关概念和规范,将云计算中的“as-a-Service”概念引入建模仿真领域,按用户需求动态组合构建仿真环境,并在云端动态部署和运行。MSaaS 规范共分四卷:技术参考架构,发现服务与元数据,实施过程,实验报告。2.2 想定与建模标准2.2.1 Base Object Model(BOM)BOM8,9是 SISO 制定的一个用于增加仿真模型和系统的互操作性和可重用性的组件框架,定义了 BOM 模板用来规范化表达概念模型和数据交换模型以及二者之间的关系。与其它通用建模语言(如 UML)相比,BOM 是针对仿真建模领域建立的规范,因此更具体更有针对性。BOM 是对 HLA的对象模型模板(OMT)的扩展,被 SISO 作为标准发布于2006 年。2.2.2 Real-time Platform Reference Federation Object Model(RPRFOM)RPRFOM10,11是 SISO 制定的适用于实时、平台级仿真的对象模型规范,是一个面向实时仿真的 HLA 联邦对象模型(Federation Object Model,FOM),主要用于将基于 DIS 协议的实时仿真系统和平台作为联邦接入 HLA 分布式仿真。RPRFOM1.0 版本基于 DIS 标准 IEEE1278.1,被 SISO 作为标准发布于 1999 年,其 2.0 版本基于 HLA 标准 IEEE1516 发布于 2015 年。2.2.3 NETN Federation Agreement and FOM Reference Docu-ment(FAFD)FAFD12是 NMSG 制 定 的 适 用 于 北 约 教 育 训 练 网(NATO Education and Training Network,NETN)的 HLA 联邦对象模型(FOM),定义了一系列的联邦对象模型、相关描述信息和使用方法,是北约盟国的基于 HLA 的分布式仿真联邦间的信息交换和仿真交互标准,在北约的维京演习中得到了应用。FAFD1.0 版本被 NMSG 作为标准发布于 2013 年9 月。2.2.4 Systems Modelling Language(SysML)SysML13是 OMG 制定的领域相关系统工程建模语言,是 UML 规范的一个扩展,为系统的结构模型、行为模型、需求模型和参数模型定义了完整的语义描述规范。SysML 借鉴 UML 对软件工程的描述和支持,将其应用领域从软件工程扩展到硬件、信息等其它系统工程领域,可以支持系统和体系的设计、分析、验证等,在建模仿真领域可以用于概念模型的建模。其 1.0 版本由 OMG 发布于 2006 年 3 月,目前最新版本是于 2019 年 12 月发布的 1.6 版。2.2.5 Military Scenario Definition Language(MSDL)MSDL14是 SISO 制定的军事想定定义语言,基于 XML语法定义了军事想定的通用格式,从而可以在不同的想定编辑工具、仿真系统、指控系统间共享军事想定数据,另外也能够提高军事想定数据的可重用性。其来源于美国的 OneSAF系统开发时定义的想定格式,2008 年 10 月,SISO 在此基础上提出了 MSDL 标准。MSDL 标准是一个不断演变的标准,最初仅适用于陆战想定,后来逐渐扩展至联合作战层面,当前最新版本发布于 2015 年 5 月。2.2.6 Simulation Reference Markup Language(SRML)2SRML15是 SISO 制定的仿真模型与仿真过程描述语言,基于 XML 语法