Distribueret interaktiv simulering

Distributed Interactive Simulation ( DIS ) refererer til en dataudvekslingsstandard defineret i IEEE 1278 til styring af simuleringssystemer.

forhistorie

I 1985'erne skabte DARPA's SIMNET- projekt et træningssimulatorsystem, hvor simulatorhytter ( human-in-the-loop ) kunne interagere i et virtuelt landskab ved hjælp af computere og en netværksprotokol. Denne protokol var grundlaget for den videre udvikling af DIS til en IEEE -standard i 1990'erne af University of Central Florida, Institute for Simulation and Training ( IST ), med deltagelse af interesserede virksomheder / organisationer. Den første standard blev udgivet i 1993 som "IEEE 1278-1993 - Standard for Distributed Interactive Simulation - Application protocols". Simulation Interoperability Standards Organization ( SISO ) i en produktudviklingsgruppe ( DIS PDG ) tager sig af den videre udvikling . Inden for NATO har DIS siden 1995 været standarden for kompatibilitet inden for modellering og træningssimulering. Fra 1998 til 2001 blev DIS erstattet af HLA som den eneste standard, men er siden blevet brugt parallelt igen.

I Tyskland blev de første træningssimulatorer med SIMNET og senere i henhold til DIS -standarden taget i brug i begyndelsen af ​​1990'erne ( kampsimulator for træningsenheder Panzertruppe Kampfpanzer Leopard 2 ( AGPT ))

Grundlæggende

DIS bruges i professionelle civile og militære simuleringer til at optimere træning (f.eks. I trafikkontrolcentre, radarcentre). Simuleringssystemer forbundet af DIS kan levere simulerede situationoplysninger i realtid, f.eks. B. til synkron styring af radarsimulatorer og dermed sætte brugerne af de netværksbaserede systemer i stand til at opfatte en identisk repræsentation af miljøet i deres respektive simulator.

Et DIS -simuleringsobjekt omtales som en "enhed". Hver enhed skal have en unik identifikator (Entity-Id).

Dataudveksling

Kommunikation via DIS er pakkeorienteret med UDP- pakker (multicast eller broadcast), TCP kun til den såkaldte pålidelighedssimuleringsstyringsfamilie. De faktiske data er binærkodet, standarden angiver det binære layout på netværket. Byteordren er i "netværksordre".

Den i øjeblikket gyldige IEEE Std 1278.1 fra 2012 definerer 72 forskellige PDU'er, organiseret i 13 familier

  • Enhedsoplysninger / interaktionsfamilie - Enhedstilstand, kollision, kollisionselastisk, enhedsstatopdatering, attribut
  • Krigsførelsesfamilie - Brand, Detonation, Directed Energy Fire , Enhedsskadestatus
  • Logistikfamilie - Serviceanmodning, Tilbud om genforsyning, Modtagelse af forsyning, Annullering af forsyning, Reparation fuldført, Reparationssvar
  • Simuleringsstyringsfamilie - start / genoptag, stop / frys, kvitter
  • Distribueret emissionsgenerationsfamilie - Betegnelse, elektromagnetisk emission, IFF / ATC / NAVAIDS, undervandsakustisk, supplerende emission / enhedstilstand (SEES)
  • Radiokommunikationsfamilie - sender, signal, modtager, intercom -signal, intercom -kontrol
  • Entity management familie
  • Minefelt familie
  • Syntetisk miljøfamilie
  • Simuleringsstyring med pålidelighedsfamilie
  • Levende enhedsfamilie
  • Ikke-realtid familie
  • Information Operations familie - Information Operations Action , Information Operations Report

Simuleringsdeltagerne, der er tilsluttet via et Wide Area Network (WAN) eller Local Area Network (LAN), sender og modtager typisk mindst følgende informationsblokke ( Protocol Data Unit , PDU):

  • Enhedstilstand - sender positionen, orienteringen, hastigheden og accelerationen samt sensorsignaturen for et simuleringsmål (f.eks. Radarekkoets styrke) samt typeegenskaber for den underliggende simuleringsmodel,
  • Kollision - muliggør vurdering af skader, hvis to simulerede objekter (f.eks. Køretøjer, skibe eller fly) er kollideret.
  • Skydning - udgangspunkt og slag for at simulere ammunition, missiler og missiler .
  • Miljø - data til simulering af miljøbaggrunden, f.eks. B. Solens position, landingsekko, skyer og regn (rod).

En PDU indeholder altid følgende komponenter i overskriften:

  • Protokolversion (f.eks. DISv7)
  • Trænings -id (øvelsesnr.)
  • PDU -type (f.eks. Enhed, fyring, serviceanmodning osv.)
  • Protokolfamilie (f.eks. Entity Interaction, Warfare, Logistics osv.)
  • Tidsstempel
  • PDU længde
  • PDU -status

fordele

  • Enkel opsætning af en simulering
  • Ingen ledelsesfunktioner, der skal bruges
  • Individuelle simulatorer kan indtastes og forlades under en øvelse
  • PDU'er let med Network Monitor som Wireshark fortolkelig
  • De fleste oplysninger, der kræves til en simulering, er allerede defineret.

ulempe

  • Når du implementerer en DIS -simulering, skal du selv programmere en masse netværkskode (men der er kommercielle biblioteker)
  • Mulige routingsvanskeligheder mellem delnet (på grund af udsendelser), som kan kompenseres af en såkaldt speditør

Efterfølger til HLA

DIS blev udviklet til distribuerede simulatorer i næsten realtid (human-in-the-loop) og har vist sig der. High Level Architecture (HLA) , som er specificeret i IEEE 1516, blev udviklet yderligere med hensyn til koncept, også til integration af andre former for simulering (live virtuel og konstruktiv med forskellig tidsstyring, forskellig simuleringskvalitet osv.) .

Forskel DIS - HLA

Den grundlæggende forskel mellem HLA og DIS er, at HLA blev specificeret til også at håndtere "konstruktiv storskala", "live virtuel" og simuleringer med forskellig simuleringskvalitet og tidsstyring, mens DIS blev oprettet til netværksbaserede, platformbundne, næsten virkelige tidssimulering.

DIS

  • Standarden angiver layoutet af dataene på netværket (PDU'er, ned til bitniveauet)
  • Baseret på fælles netværksmekanismer (TCP / UDP, broadcast)
  • Ingen central serverinstans, hver instans eller enhed beregner sit eget billede af den virtuelle verden
  • Hver enhed har mindst et interval, f.eks. B. 5 sekunder til at rapportere med en Entity PDU på netværket (hjerteslag). Ellers vil det blive bemærket af de andre deltagere, at de ikke længere er til stede (og fjernes fra f.eks. Synssystemerne).
  • Simuleringssystemer (Entity) kan til enhver tid deltage i eller forlade et simuleringsnetværk

HLA

  • Bruger et centralt styringssystem, den såkaldte Run Time Infrastructure (RTI), som modtager data fra alle deltagende applikationer / simulatorer og videresender dem til tidligere angivne applikationer. I forbindelse med HLA er ansøgningerne føderater, og det samlede antal ansøgninger er en sammenslutning.
  • Alle føderater skal logge ind og ud via RTI
  • En del af HLA -specifikationen er ikke definitionen af ​​datalayoutet (som med DIS), men et sæt brugergrænseflader (API) definerer den funktionalitet, som applikationen bruger. RTI implementerer API.
  • HLA Federates offentliggør data i henhold til FOM (Federation Object Model), som definerer betydningen af ​​dataene. Dette giver applikationer mulighed for at oprette nye FOM'er (objekter og interaktioner). Ved DIS oprettes / ændres PDU'er via DIS-PSG på SISO.
  • HLA indeholder nogle nye funktioner som f.eks B. Datodistributionsstyring (DDM). Dette giver applikationer mulighed for at fortælle RTI, at de kun er interesseret i bestemte typer data.
  • Understøtter abonnementstjenester, applikationer rapporterer til RTI, at de kun er interesseret i bestemte objekter eller interaktioner (f.eks. Alt om skibe).

Interoperabilitet DIS - HLA

Real-time Platform Reference Federation Object Model ( RPR FOM ) er et initiativ fra SISO til at understøtte bagudkompatibilitet med DIS-simulatorer i netværkssimuleringsmiljøer. Objekterne med attributter, der kendes i hele føderationen, svarer så tæt som muligt til dem i DIS PDU'erne.

HLA / DIS gateway. Biblioteker som oversættere konverterer DIS-protokoller til HLA RTI-servicekald og omvendt, ofte baseret på RPR-FOM

SISO opregning . Både RPR FOM og DIS bruger de opregninger, der vedligeholdes af SISO ( SISO-REF-010 )

Standarder

DIS er defineret som IEEE Standard 1278:

  • IEEE 1278-1993 - Standard for distribueret interaktiv simulering - Applikationsprotokoller
  • IEEE 1278.1-1995 - Standard for distribueret interaktiv simulering - applikationsprotokoller
  • IEEE 1278.1-1995 - Standard for distribueret interaktiv simulering - Applikationsprotokoller (rettelser)
  • IEEE 1278.1A -1998 - Standard for distribueret interaktiv simulering - Applikationsprotokoller Errata (maj 1998)
  • IEEE 1278.1-2012 - Standard for distribueret interaktiv simulering - Applikationsprotokoller
  • IEEE -1278.2-1995 - Standard for distribueret interaktiv simulering - Kommunikationstjenester og profiler
  • IEEE 1278.3-1996 - Anbefalet praksis for distribueret interaktiv simulering - Øvelsesstyring og feedback
  • IEEE 1278.4-1997 - Anbefalet praksis for distribueret interaktiv - Verifikationsvalidering og akkreditering
  • IEEE P1278.5 -XXXX - Krav til troværdighedsbeskrivelse (aldrig offentliggjort)

Simulation Interoperability Standards Organization (SISO) tager sig af den videre udvikling af standarden i en produktudviklingsgruppe ( DIS PDG ).