网络化联合仿真的时间同步

定　　价：88 元

• 作者：王鹏
• 出版时间：2024/7/1
• ISBN：9787121484834
• 出 版 社：电子工业出版社

• 中图法分类：TP303 
• 页码：268
• 版次：01
• 开本：16开

内容简介

本书来源于课题组长期的工程实践积累，尤其是吸收了国家科技协同创新重大示范工程"XXXX仿真平台”的相关经验。从装备试验、模拟训练和作战评估等领域的分布互联实际应用需求出发，研究解决实现互联互通互操作的核心关键问题。重点围绕网络化联合仿真的时间同步问题进行论述，属于分布式仿真系统构建的核心问题，同时也是网络化联合仿真工程应用中的实际技术难点问题。首次从工程实践的角度出发，构建了完备的网络化联合仿真的时间同步技术体系，重点围绕逻辑时间协同推进、时钟时间对准、虚实之间协同推进等关键问题，给出了可行的解决方案。针对所有提出的关键技术，本书都给出了具体且可执行的实现方法和应用验证案例，具有较好的可操作性和可借鉴性。

作者介绍

王鹏，男，汉族，1989年7月生，吉林农安人。2018年毕业于国防科技大学，获得工学博士学位，现任国防科技大学系统工程学院系统仿真工程系副教授、青年学术骨干、硕导。担任中国仿真学会专委会委员、中国自动化学会系统仿真专业委员会委员等学术职务。长期从事建模与仿真技术的研究与教学工作，研究方向包括分布式仿真、数字孪生、战场环境仿真等。入选中国科协青年人才托举工程、国防科技大学高层次创新人才（拔尖人才项目）等人才计划多项。作为核心骨干成员，担任国家某科技协同创新重大示范工程主任设计师，主持国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等科研项目十余项。近年来以第一作者身份发表高水平学术论文20余篇，出版学术专著1部，申请发明专利20余项，获会议优秀论文奖多项，主持研发了仿真中间件（JLINK）、战场环境仿真平台等多个软件工具，部分研究成果获军事科学技术进步三等奖1项（排名第1），参与多个建模与仿真相关标准规范的制修订工作。

目 录

目 录
第1 章 仿真与时间同步 ........................................................................................ 001
1.1 NCS 基本概念............................................................................................. 002
1.1.1 分布式仿真 ....................................................................................... 002
1.1.2 LVC 仿真 .......................................................................................... 004
1.1.3 网络化联合仿真（NCS） ............................................................... 006
1.2 NCS 中的时间............................................................................................. 013
1.2.1 三种时间概念辨析 ........................................................................... 013
1.2.2 时间表示方法 ................................................................................... 014
1.3 NCS 时间同步需求 ..................................................................................... 016
1.3.1 因果关系维护 ................................................................................... 016
1.3.2 数据状态维护 ................................................................................... 018
1.3.3 实时运行与显示 ............................................................................... 021
1.3.4 时间一致性 ....................................................................................... 024
1.4 时间同步的问题根源 ................................................................................. 025
1.4.1 多个独立时钟并存 ........................................................................... 025
1.4.2 信息传输延迟 ................................................................................... 026
1.5 NCS 时间同步框架 ..................................................................................... 028
1.5.1 需要解决的问题 ............................................................................... 028
1.5.2 技术要求 ........................................................................................... 029
1.5.3 框架构成要素 ................................................................................... 030
1.6 NCS 资源限制问题 ..................................................................................... 033
1.6.1 基本原理 ........................................................................................... 033
1.6.2 带宽优化 ........................................................................................... 040
1.6.3 兴趣管理 ........................................................................................... 043
1.6.4 动态负载均衡 ................................................................................... 047
第2 章 NCS 网络通信 ........................................................................................... 049
2.1 仿真标准与通信 ......................................................................................... 050
2.1.1 DIS 的通信服务 ............................................................................... 050
2.1.2 HLA 的通信服务 .............................................................................. 051
2.1.3 对比分析 ........................................................................................... 051
2.2 NCS 的通信设计 ......................................................................................... 051
2.2.1 通信设计的必要性 ........................................................................... 051
2.2.2 NCS 网络模型 .................................................................................. 054
2.2.3 通信设计需要考虑的因素 ............................................................... 058
2.2.4 NCS 通信协议 .................................................................................. 059
2.2.5 NCS 通信模式 .................................................................................. 063
2.2.6 NCS 通信指标 .................................................................................. 064
2.2.7 NCS 网络拓扑 .................................................................................. 072
2.3 NCS 的通信能力提升 ................................................................................. 082
2.3.1 高级消息队列协议 ........................................................................... 082
2.3.2 大规模异步并发通信技术 ............................................................... 085
2.3.3 亿级消息堆积备份技术 ................................................................... 090
2.3.4 运行流程设计 ................................................................................... 097
2.3.5 仿真与通信融合 ............................................................................... 099
2.4 仿真通信规模估算 ..................................................................................... 103
2.4.1 带宽需求估算 ................................................................................... 103
2.4.2 节点数量估算 ................................................................................... 105
2.4.3 估算偏差分析 ................................................................................... 107
2.5 网络延迟的补偿 ......................................................................................... 108
2.5.1 经典的补偿方法 ............................................................................... 108
2.5.2 仿真节点客户端插值 ....................................................................... 112
2.5.3 客户端预测 ....................................................................................... 118
2.5.4 服务端回退 ....................................................................................... 122
2.5.5 帧率优化 ........................................................................................... 123
2.5.6 LPF 补偿方法 ................................................................................... 124
2.6 延迟抖动问题 ............................................................................................. 132
2.6.1 措施一：速度或加速度预测 ........................................................... 132
2.6.2 措施二：基于阈值的状态维护 ....................................................... 134
2.6.3 措施三：缓存队列 ........................................................................... 135
第3 章 NCS 内同步方法 ....................................................................................... 137
3.1 方法整体设计 ............................................................................................. 138
3.1.1 基本思想 ........................................................................................... 138
3.1.2 基本原则 ........................................................................................... 138
3.1.3 外部交互关系 ................................................................................... 140
3.2 方法机制设计 ............................................................................................. 140
3.2.1 时间同步规则 ................................................................................... 140
3.2.2 消息处理时序 ................................................................................... 141
3.2.3 时间控制策略 ................................................................................... 144
3.2.4 时间驱动模式 ................................................................................... 145
3.3 方法功能实现 ............................................................................................. 148
3.3.1 内同步过程设计 ............................................................................... 149
3.3.2 逻辑帧 ............................................................................................... 150
3.3.3 前瞻时间 ........................................................................................... 152
3.3.4 LBTS .................................................................................................... 154
3.3.5 多仿真步长协同 ............................................................................... 157
3.4 方法评价与指标 ......................................................................................... 160
3.4.1 性能指标 ........................................................................................... 160
3.4.2 方法评价 ........................................................................................... 161
第4 章 NCS 外同步方法 ....................................................................................... 165
4.1 虚实结合的NCS 运行 ................................................................................ 166
4.2 外同步的需求分析 ..................................................................................... 169
4.2.1 机器时间对齐问题 ........................................................................... 169
4.2.2 系统实时运行问题 ........................................................................... 171
4.2.3 虚实交互因果维护 ........................................................................... 173
4.2.4 外同步性能指标 ............................................................................... 174
4.3 基于递阶混合的机器时钟对齐.................................................................. 176
4.3.1 整体方案 ........................................................................................... 176
4.3.2 设置标准时钟源 ............................................................................... 180
4.3.3 网络延迟测量 ................................................................................... 193
4.3.4 机器时间校正算法 ........................................................................... 196
4.3.5 关于时基的说明 ............................................................................... 200
4.4 NCS 实时运行技术 ..................................................................................... 200
4.4.1 实时性分析 ....................................................................................... 200
4.4.2 内外同步与实时运行 ....................................................................... 205
4.4.3 实兵实装集成 ................................................................................... 213
4.4.4 多节点实时调度 ............................................................................... 215
4.5 虚实交互事件同步 ..................................................................................... 218
4.5.1 事件分类 ........................................................................................... 218
4.5.2 不可预测事件的确定 ....................................................................... 221
4.5.3 虚实之间数据交互 ........................................................................... 224
4.5.4 经典的虚实同步方法 ....................................................................... 226
4.5.5 基于影子模型的虚实同步算法 ....................................................... 230
第5 章 NCS 时间同步的软件实现 ...................................................................... 237
5.1 仿真中间件 ................................................................................................. 238
5.1.1 基本概念 ........................................................................................... 238
5.1.2 基本特征 ........................................................................................... 238
5.1.3 特性要求 ........................................................................................... 239
5.2 体系结构 ..................................................................................................... 240
5.2.1 系统结构 ........................................................................................... 240
5.2.2 功能结构 ........................................................................................... 241
5.2.3 部署模式 ........................................................................................... 242
5.3 运行机制 ..................................................................................................... 243
5.3.1 服务调用时序流程 ........................................................................... 243
5.3.2 中间件仿真服务的调用和运行流程 ............................................... 244
5.3.3 中间件仿真服务运行机理 ............................................................... 245
5.4 时间同步功能实现 ..................................................................................... 246
5.4.1 Tick 机制 .......................................................................................... 246
5.4.2 主要接口实现 ................................................................................... 251
5.4.3 服务器集群 ....................................................................................... 254
5.4.4 数据打包方式 ................................................................................... 256
参考文献 ...................................................................................................................... 257