Simulazione interattiva distribuita

Distributed Interactive Simulation ( DIS ) si riferisce a uno standard di scambio dati definito in IEEE 1278 per il controllo dei sistemi di simulazione.

preistoria

Negli anni '85, il progetto SIMNET della DARPA ha creato un sistema di simulazione di addestramento in cui le cabine di simulazione ( human-in-the-loop ) potevano interagire in un paesaggio virtuale utilizzando computer e un protocollo di rete. Questo protocollo è stato la base per l'ulteriore sviluppo del DIS secondo uno standard IEEE negli anni '90 da parte dell'Università della Florida centrale, Istituto per la simulazione e la formazione ( IST ), con la partecipazione di aziende/organizzazioni interessate. Il primo standard è stato pubblicato nel 1993 come "IEEE 1278-1993 - Standard for Distributed Interactive Simulation - Application protocols". La Simulation Interoperability Standards Organization ( SISO ) in un Product Development Group ( DIS PDG ) si occupa dell'ulteriore sviluppo . All'interno della NATO, DIS è lo standard per la compatibilità nel campo della modellazione e della simulazione di addestramento dal 1995. Dal 1998 al 2001, DIS è stato sostituito da HLA come unico standard, ma da allora è stato nuovamente utilizzato in parallelo.

In Germania, i primi simulatori di addestramento con SIMNET e successivamente secondo lo standard DIS sono stati messi in funzione all'inizio degli anni '90 ( simulatore di combattimento del dispositivo di addestramento Panzertruppe Kampfpanzer Leopard 2 ( AGPT ))

Nozioni di base

DIS viene utilizzato nelle simulazioni professionali civili e militari per ottimizzare l'addestramento (es. nei centri di controllo del traffico, centri radar). I sistemi di simulazione collegati in rete da DIS possono fornire informazioni sulla situazione simulata in tempo reale, ad es. B. per il controllo sincrono di simulatori radar, e consentire così agli utenti dei sistemi in rete di percepire una rappresentazione identica dell'ambiente nel rispettivo simulatore.

Un oggetto di simulazione DIS viene definito "Entità". Ogni entità deve avere un identificatore univoco (Entity-Id).

Scambio di dati

La comunicazione tramite DIS è orientata ai pacchetti con pacchetti UDP (multicast o broadcast), TCP solo per la cosiddetta famiglia di gestione della simulazione di affidabilità. I dati effettivi sono codificati in binario, lo standard specifica il layout binario sulla rete. L'ordine dei byte è in "ordine di rete".

L'attuale IEEE Std 1278.1 del 2012 definisce 72 diverse PDU, organizzate in 13 famiglie

  • Informazioni sull'entità/famiglia di interazione - Stato dell'entità, Collisione, Elastico di collisione, Aggiornamento dello stato dell'entità, Attributo
  • Famiglia Warfare - Fuoco, Detonazione, Fuoco a energia diretta , Stato di danno alle entità
  • Famiglia logistica - Richiesta di servizio, Offerta di rifornitura, Rifornitura ricevuta, Annullamento di rifornitura, Riparazione completata, Risposta di riparazione
  • Famiglia di gestione della simulazione: avvia/riprendi, ferma/blocca, conferma
  • Famiglia di rigenerazione delle emissioni distribuite - Designatore, Emissione elettromagnetica, IFF / ATC / NAVAIDS, Acustica subacquea, Emissione supplementare / Stato dell'entità (SEES)
  • Famiglia di comunicazioni radio: trasmettitore, segnale, ricevitore, segnale interfono, controllo interfono
  • Famiglia di gestione dell'entità
  • Famiglia campo minato
  • Famiglia ambiente sintetico
  • Gestione della simulazione con la famiglia di affidabilità
  • Famiglia di entità live
  • Famiglia non in tempo reale
  • Famiglia delle operazioni di informazione - Azione delle operazioni di informazione , Rapporto sulle operazioni di informazione

I partecipanti alla simulazione collegati tramite una Wide Area Network (WAN) o Local Area Network (LAN) tipicamente inviano e ricevono almeno i seguenti blocchi di informazioni ( Protocol Data Unit , PDU):

  • Stato entità - trasmette la posizione, l'orientamento, la velocità e l'accelerazione, nonché la firma del sensore di un bersaglio di simulazione (ad es. forza dell'eco radar), nonché le proprietà del tipo del modello di simulazione sottostante,
  • Collisione: consente la valutazione del danno se due oggetti simulati (ad esempio veicoli, navi o aerei) si sono scontrati.
  • Sparo - punto di partenza e impatto per simulare munizioni, missili e missili .
  • Ambiente - dati per simulare lo sfondo ambientale, ad es. B. Posizione del sole, echi di atterraggio, nuvole e pioggia (disordine).

Una PDU contiene sempre i seguenti componenti nell'intestazione:

  • Versione protocollo (es. DISv7)
  • ID esercizio (esercizio n.)
  • Tipo di PDU (es. entità, licenziamento, richiesta di servizio, ecc.)
  • Famiglia di protocolli (es. Entity Interaction, Warfare, Logistics ecc.)
  • Timestamp
  • Lunghezza PDU
  • Stato PDU

vantaggi

  • Configurazione semplice di una simulazione
  • Nessuna funzione di gestione da utilizzare
  • È possibile accedere e uscire dai simulatori individuali durante un esercizio
  • PDU facili con Network Monitor come Wireshark interpretabile
  • La maggior parte delle informazioni necessarie per una simulazione è già stata definita.

svantaggio

  • Quando si implementa una simulazione DIS, è necessario programmare personalmente molto codice di rete (ma esistono librerie commerciali)
  • Possibili difficoltà di instradamento tra sottoreti (a causa delle trasmissioni), che possono essere compensate da un cosiddetto forwarder

Successore di HLA

DIS è stato sviluppato per simulatori distribuiti, quasi in tempo reale (human-in-the loop) e si è dimostrato valido. L' High Level Architecture (HLA) , che è specificata in IEEE 1516, è stata ulteriormente sviluppata in termini di concept, anche per l'integrazione di altri tipi di simulazione (live virtuale, e costruttiva con diversa gestione del tempo, diversa qualità di simulazione, ecc. ) .

Differenza DIS - HLA

La differenza fondamentale tra HLA e DIS è che HLA è stata specificata per gestire anche "grande scala costruttiva", "live virtuali" e simulazioni con diversa qualità di simulazione e gestione del tempo, mentre DIS è stato creato per reti, legate alla piattaforma, quasi reali simulazione del tempo.

DIS

  • Lo standard specifica il layout dei dati sulla rete (PDU, fino al livello di bit)
  • Basato su meccanismi di rete comuni (TCP/UDP, broadcast)
  • Nessuna istanza del server centrale, ogni istanza o entità calcola la propria immagine del mondo virtuale
  • Ogni entità ha almeno un intervallo, ad es. B. 5 secondi per il report con un'entità PDU sulla rete (heartbeat). In caso contrario verrà segnalato dagli altri partecipanti come non più presente (e rimosso dai sistemi di visione, ad esempio).
  • I sistemi di simulazione (Entità) possono entrare o uscire da una rete di simulazione in qualsiasi momento

HLA

  • Utilizza un sistema di gestione centrale, la cosiddetta Run Time Infrastructure (RTI), che riceve i dati da tutte le applicazioni/simulatori partecipanti e li inoltra alle applicazioni precedentemente specificate. Nel contesto di HLA, le applicazioni sono federate e il numero totale di applicazioni è una federazione.
  • Tutti i Federati devono registrarsi e cancellarsi tramite l'RTI
  • Parte della specifica HLA non è la definizione del layout dei dati (come con DIS), ma un insieme di interfacce utente (API) definisce la funzionalità utilizzata dall'applicazione. L'RTI implementa l'API.
  • Le federazioni HLA pubblicano i dati secondo il FOM (Federation Object Model), che definisce il significato dei dati. Ciò consente alle applicazioni di creare nuovi FOM (oggetti e interazioni). In DIS, le PDU vengono create/modificate tramite DIS-PSG in SISO.
  • HLA include alcune nuove funzionalità come B. Gestione della distribuzione della data (DDM). Ciò consente alle applicazioni di comunicare all'RTI che sono interessate solo a determinati tipi di dati.
  • Supporta i servizi di abbonamento, le applicazioni segnalano all'RTI che sono interessate solo a determinati oggetti o interazioni (ad es. tutto ciò che riguarda le navi).

Interoperabilità DIS - HLA

Real-time Platform Reference Federation Object Model ( RPR FOM ) è un'iniziativa di SISO per supportare la retrocompatibilità con i simulatori DIS in ambienti di simulazione in rete. Gli oggetti con attributi conosciuti in tutta la federazione corrispondono il più possibile a quelli delle DIS PDU.

Porta HLA / DIS. Le biblioteche come traduttori convertono i protocolli DIS in chiamate di servizio HLA RTI e viceversa, spesso basate su RPR-FOM

Enumerazione SISO . Sia l'RPR FOM che il DIS utilizzano le enumerazioni gestite da SISO ( SISO-REF-010 )

Standard

DIS è definito come IEEE Standard 1278:

  • IEEE 1278-1993 - Standard per la simulazione interattiva distribuita - Protocolli applicativi
  • IEEE 1278.1-1995 - Standard per la simulazione interattiva distribuita - Protocolli applicativi
  • IEEE 1278.1-1995 - Standard per la simulazione interattiva distribuita - Protocolli applicativi (correzioni)
  • IEEE 1278.1A-1998 - Standard for Distributed Interactive Simulation - Protocolli applicativi Errata (maggio 1998)
  • IEEE 1278.1-2012 - Standard per la simulazione interattiva distribuita - Protocolli applicativi
  • IEEE-1278.2-1995 - Standard per la simulazione interattiva distribuita - Servizi e profili di comunicazione
  • IEEE 1278.3-1996 - Pratica consigliata per la simulazione interattiva distribuita - Gestione degli esercizi e feedback
  • IEEE 1278.4-1997 - Pratica consigliata per Distributed Interactive - Convalida di verifica e accreditamento
  • IEEE P1278.5-XXXX - Requisiti di descrizione della fedeltà (mai pubblicati)

La Simulation Interoperability Standards Organization (SISO) si occupa dell'ulteriore sviluppo dello standard in un gruppo di sviluppo del prodotto ( DIS PDG ).