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廖虎雄,衡祥安,谭东风
(国防科技大学信息系统与管理学院,湖南长沙410073)
摘要:为了解决HLA与其它中间件产品脱节、应用范围局限以及可重用的问题,将MDA方法引入HLA仿真设计中,尝试用MDA的模型思想提升HLA在整个软件生命周期内的可重用和互操作问题。通过将联邦成员的行为逻辑和集成代码分开,并用邦员的PIM映射行为逻辑,用SOM映射集成代码,建立PIM和SOM之间的对应关系并映射成接口代码,纵向条理化了联邦成员的开发,降低了联邦成员代码开发的复杂性和集成的难度。在对模型进行描述和映射时,分析了HLA对象模型和面向对象模型的区别和联系,建立了用MDA思想描述联邦成员的平台无关和平台相关模型的开发过程框架。
关键词:高层体系结构;模型驱动体系架构;联邦对象模型;仿真对象模型;平台无关模型;平台相关模型
中图分类号:TP391. 9 文献标识码:A
MDA -Based Simulation Development of HLA
LIAO Hu-xiong, HENG Xiang-an, TAN Dong-feng (College of Information System& Management Science, National Univ Of Defense Technology, Changsha Hunan 410073,China)
ABSTRACT: Currently, as the middleware in the distributed simulation, HLA has interoperability problems related to other similar middleware environments. To solve these reusability and interoperability problems, this paper introduces the MDA approach to the design of simulation, attempts to improve the reusability and interoperability of HLA in the whole software lifecycle by using modeling idea of MDA. Using the approach, a federate can be separated into Behavior Logic and Integration Code, and using different models to describe and
map them. This approach reduces the complexity and the difficulty of integration. When we describe and map models by analyzing the differences and relations between object models of HLA and OOAD, we establish the PIM and PSM of the federate using modeling idea of MDA.
KEYWORDS:HLA; MDA;FOM; SOM; PIM; PSM
1 引言
中间件产品的出现大大减轻了异构系统的集成负担,而各种中间件产品不断发展,难以形成统一的中间件标准,从而使得新旧系统之间的集成或演化面临不同的实现技术[1] [4]。
HLA作为仿真领域的一种中间件技术,通过提供通用的、相对独立的支撑服务系统、将应用层同底层支撑环境分离,即:将具体的仿真功能实现、仿真运行管理、底层通信三者分开,目的是从通信互联的角度出发提高仿真组件的可重用性和互操作性。从HLA规范的提出到现在,HLA与其他领域一些类似的中间件技术(如CORBA,EJB等)一直没有建立广泛的联系,造成HLA的应用主要集中在特定的军事领域。因此,现有仿真组件的可重用性仅仅局限于HLA的范围内。而且,HLA是从横向的角度在联邦成员的基础上进行仿真集成,并不考虑仿真成员是如何设计与实现的。因此,其他分布式仿真技术要过渡到HLA,尽管系统的实际仿真行为并
未有多大的改变,但为了要将仿真移植到RTI支撑环境上,联邦成员要重新开发,仿真组件代码需要重新编写。这些都严重阻碍了HLA的进一步发展[2],建模仿真领域迫切需要一种先进的软件工程技术来解决这些问题。
模型驱动体系架构(MDA)是OMG提出的一种软件开发方法学,其所追求的目标是从软件生命周期的纵向角度和模型重用的角度出发提高软件开发的生产效率、可移植性和互操作性。它分离业务设计与实现技术之间紧耦合的关系,从而使技术变化对系统的影响达到最小化。从宏观看,MDA使得应用模型和软件模型在整个软件生命周期中得到了复用[1]。因此MDA中模型的思想可以对HLA横向通信互联思想进一步纵向化,对提高HLA在整个软件生命周期中的可重用性有一定的指导作用。
2 MDA概述
模型驱动体系架构(MDA)是由OMG提出的,其核心是建模和模型映射技术,即元对象设施(MOF),统一建模语言(UML)和公共仓库元数据(CWM)。MOF是一种面向对象的元-元模型,它为各种元模型提供一种通用的语言基础。UML是一种元模型,用来描述各种模型。CWM是一组元模型,目的是建立一种元数据交换机制。一个MDA系统包含两大部分,平台无关模型(PIM)和平台相关模型(PSM)[6]。利用MDA在整个软件生命周期进行开发时,首先建立系统的PIM,PIM只需建立一次。然后选择相应的软件平台,通过制定特定的映射规则,进行模型变换,将PIM转换成PSM,最后PSM又会被进一步转换为程序代码。MDA将建模推到了极致。图1说明了PIM和PSM的关系以及一些关键的技术标准。
3 应用MDA思想的HLA开发
HLA由HLA规则,HLA对象模型和HLA接口规范三部分组成。它借鉴了面向对象的方法来设计、开发和实现仿真系统的对象模型。HLA的对象模型作为HLA的重要组成部分,以模型规范的形式定义了仿真过程中通信所需要的信息。HLA定义了两类对象模型,一类是描述仿真联邦的对象模型(FOM),一类是描述联邦成员的对象模型(SOM)。HLA的对象模型仅仅从交互的角度描述了联邦在运行过程中需要交换的各种数据及相关信息,它与面向对象的概念存在区别。
HLA作为一种提高互操作性和可重用性的体系结构思想,主要考虑在联邦成员的基础上如何进行联邦集成,即如何设计联邦成员间的交互以达到仿真的目的,而每一联邦成员的内部逻辑代码需要仿真人员自己实现。对于联邦成员来说, SOM对象模型是仿真联邦成员的“内部结构和功能”映射成它跟其它仿真联邦成员进行互操作的“外部公共接口”,而FOM建立了一个实现所有联邦成员间互操作所必须的“信息模型协议”。因此,在对联邦成员进行建模的过程中,可将联邦成员划分为行为逻辑和仿真集成两部分,并由两个不同的模型进行描述。如图2,集成代码管理行为逻辑和RTI的交互,向行为逻辑提供独立与RTI的应用程序接口(X,Y,Z),并向RTI服务提供独立于仿真的应用程序接口(A,B,C)。这种在RTI和实际行为逻辑层次上的抽象不但简化了开发,而且允许在不影响行为逻辑的基础上,集成代码针对不同的中间件再生。
在对联邦成员的行为逻辑和集成代码进行模型描述时,可以借鉴MDA的思想。对行为逻辑先建立PIM,再映射到PSM,然后生成行为逻辑的代码框架;而联邦成员的SOM可看成集成代码的PSM,根据SOM可生成仿真集成的代码框架。因此,仿真的FOM是与联邦成员松耦合的,而SOM是与联邦成员紧耦合的。由于HLA的对象模型与面向对象的概念存在区别,在建模以及代码实现过程中, SOM中定义的对象类、交互类等对象模型与面向对象建模和程序设计中的对象类不存在对应关系,因此还必须规定SOM中的对象与行为逻辑中PSM中对象的对应关系,即独立与RTI的邦员的行为逻辑和集成代码的接口,并据此生成接口代码框架,如图3所示。
整个HLA对象模型的确定是建立在对仿真进行概念分析基础上的。可先用面向对象的方法(如UML)在对象的层次上对整个仿真进行静态和动态建模,然后对所建模型进行邦员划分。划分成的每个邦员的模型可作为邦员行为逻辑的PIM,根据不同的平台映射成PSM;抽取邦员与其他邦员交互的信息,根据HLA的对象模型规范形成邦员的SOM,合并邦员的SOM形成仿真中的FOM;用此方法还可得到SOM与行为逻辑中对象的对应关系。以上三者结合就形成HLA平台的PSM,可向下生成邦员代码框架。具体开发框架如图4所示。
4 总结
MDA作为一种新的软件工程思想,已经获得了技术上和商业上的支持。本文介绍了MDA的思想,描述了怎样用MDA的思想改进基于HLA的仿真开发。通过将邦员行为逻辑和集成代码分开,可降低代码的复杂度和提高可重用性。本文还论述了用MDA思想开发基于HLA的仿真系统的过程,通过MDA模型思想的引入以及模型之间的映射,提高了HLA在整个软件生命周期中的可重用性。
参考文献:
[1] 张小华,韩永生,余军合.模型驱动体系综述[J].计算机工程, 2004 -1.
[2] 韩超,黄健.利用模型驱动架构开发分布仿真系统[J].计算机仿真, 2004 -7.
[3] Shawn Parr, RussellKeith-Magee. TheNextStep?ApplyingtheModelDriven Architecture toHLA[C]. Proceedings of the 2003 Spring. Workshop, Paper ID: 03S-SIW -123. Apri,l2003.
[4] AndreasTolk. Avoiding anotherGreenElephant—A Proposal for the Next Generation HLA based on the Model Driven Architecture[C]. Proceedings of the 2002 Fall Simulation Interoperability Workshop, Paper ID: 02F - SIW - 004, November2002.
[5] Shawn Parr, Dr Russell Keith -Magee. Making the Case for MDA[C]. Proceedings of the 2003 Spring Workshop, Paper
ID: 03F-SIW -026, Apri.l 2003.
[6] WeiTze , Ng Seng Joo, Thio Cheng Hong, Teo. A MDA -Based Translation Approach to Component - Level Reuse. Proceedings of the 2004 SpringWorkshop[R]. Paper ID: 04S-
SIW -065.Apri,l 2004.
