多領(lǐng)域分布式系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺CosiWorks
航天,航空等工程產(chǎn)品同時具備研發(fā)周期長、費用高等特點,如飛機、導(dǎo)彈、雷達(dá)等。同時,航空航天等工程領(lǐng)域涉及的學(xué)科范圍廣,有多學(xué)科聯(lián)合仿真的需求,開發(fā)多學(xué)科聯(lián)合仿真及虛擬實驗平臺已成為解決工程應(yīng)用問題的重要目標(biāo)。數(shù)字化聯(lián)合仿真及虛擬實驗平臺可以結(jié)合理論建模技術(shù)和仿真分析技術(shù),集成各專業(yè)的技術(shù)方法。分階段實現(xiàn)多專業(yè)聯(lián)合設(shè)計仿真分析。從而有效提升對工程系統(tǒng)的研究能力,為關(guān)鍵技術(shù)突破提供支撐。
隨著技術(shù)的發(fā)展,工程系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)性更強,促使工程系統(tǒng)向綜合化、智能化、小型化方向發(fā)展,這就要求工程系統(tǒng)在設(shè)計思想和驗證手段方面進(jìn)行變革,需要從工程系統(tǒng)總體角度出發(fā),將綜合的思想融入到系統(tǒng)的設(shè)計和試驗中來,進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。同時應(yīng)充分利用數(shù)字仿真試驗(虛擬實驗)技術(shù)與物理模擬環(huán)境相結(jié)合,形成支持工程系統(tǒng)研制各個階段的原理試驗,附件建模試驗及指標(biāo)考核,分系統(tǒng)試驗,系統(tǒng)綜合驗證等驗證條件。
服務(wù)化仿真架構(gòu)
將仿真設(shè)計分析環(huán)境與并行分布式解算環(huán)境分離,實現(xiàn)硬件計算資源共享。工程人員通過圓形化的人機交互界面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計、分析及仿真運行控制,硬件計算資源通過計算中心或高性能計算機(群)實現(xiàn)快速并行分布式協(xié)同解算。
多用戶并發(fā)仿真
仿真設(shè)計分析環(huán)境支持多用戶同時設(shè)計模型,并行發(fā)布式解算,各解算任務(wù)之間相對獨立,互不影響。
多模型并行解算
并行發(fā)布式解算環(huán)境采用流水線并行方法進(jìn)行各子模型的并行解算,并具有相同步機制及數(shù)據(jù)傳輸機制,以確保并行解算數(shù)據(jù)正確。
多仿真軟件協(xié)同
協(xié)同仿真平臺支持Mailab M文件模型,Matlab/simulink模型,AMESim 模型,ADAMS模型、SCADE模型、Rhapsody模型、FMI模型等不同仿真軟件建立的模型進(jìn)行分布式協(xié)同仿真。
多節(jié)點互聯(lián)
協(xié)同仿真平臺基于DDS數(shù)據(jù)傳輸中間件標(biāo)準(zhǔn),支持以太網(wǎng),反射內(nèi)存網(wǎng)等數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)對仿真解算節(jié)點進(jìn)行連接。并同時支持Window 32/64位,Linus等操作系統(tǒng)。
強大和管理與技術(shù)環(huán)境
平臺通過仿真軟總線及仿真強度技術(shù),實現(xiàn)多軟件協(xié)同仿真、多節(jié)點發(fā)布式仿真、多模型并行解算、多用戶并發(fā)設(shè)計分析等功能。
仿真設(shè)計運行管理環(huán)境
仿真設(shè)計運行管理環(huán)境完成提供仿真系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的人機交互界面,支持多個用戶同時在線進(jìn)行操作,每個用戶度可以獨立的建立系統(tǒng)模型及相關(guān)參數(shù)、分配計算任務(wù)、管理仿真計算、分析計算結(jié)果等工作,實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的建立,運行控制和監(jiān)視等功能。
多節(jié)點并行仿真計算環(huán)境
多節(jié)點并行仿真計算環(huán)境等各種計算資源進(jìn)行互聯(lián)(包括個人工作站、計算機群等),搭建發(fā)布式并行仿真軟硬件架構(gòu),通過各種軟件接口實現(xiàn)與Matlab M文件、Matlab/Simulink、C/C++、AMESim、Rhapsody等仿真軟件或語言的交聯(lián),多軟件互聯(lián)的發(fā)布式并行仿真計算及數(shù)據(jù)存儲。
圖形化的人機界面
仿真系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境提供仿真模型編輯功能和仿真系統(tǒng)功能。開發(fā)人員可以在仿真系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境中根據(jù)設(shè)計要求建立需要的各種仿真模;型,如C模型、Matlab 的M模型,Simulink模型,AMESim 模型。仿真系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境為仿真模型提供模型接口,從而完成對仿真模型的封裝。
不同軟件建立的模型通過封裝以后可以進(jìn)行連接,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互及協(xié)同仿真。
基于DDS服務(wù)的并行發(fā)布式仿真解算環(huán)境
多節(jié)點發(fā)布式并行計算環(huán)境主要包括仿真軟總線、仿真調(diào)度引擎、協(xié)同仿真軟件接口及仿真服務(wù)模塊,數(shù)據(jù)通信基于DDS。
DDS(Data Distributive Service)是國際對象管理組織(OMG Object Management Group)制定的實現(xiàn)訂閱/發(fā)布通信模式,滿足實時性要求的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。DDS具有數(shù)據(jù)中心的特征,采用發(fā)布訂閱通信模型傳輸數(shù)據(jù),廣泛應(yīng)用于仿真及實際物理系統(tǒng)中。
將DDS服務(wù)內(nèi)部傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分為三種類型:時鐘流、數(shù)據(jù)流和控制流。定義DDS中不同的Topic傳遞不同類型的數(shù)據(jù),如下圖所示。
時鐘流負(fù)責(zé)時鐘數(shù)據(jù)的傳輸。
主要完成仿真時鐘同步的任務(wù)
數(shù)據(jù)流完成仿真軟件中間通過模型接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的任務(wù)
控制流完成仿真調(diào)度的任務(wù)
數(shù)據(jù)流采用點對點進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,不需要通過中間節(jié)點或服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)資源,盡可能減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。時鐘流和控制流網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量很小,其需要與仿真引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。