技术领域
[0001] 本
发明属于计算机仿真技术领域，具体涉及一种基于行为树的分布式仿真平台。
背景技术
[0002] 随着计算机技术的快速发展，分布式仿真技术得到广泛应用。传统的分布式仿真平台主要解决模型之间的交互问题，没有关注模型本身的行为。模型编写完成后，其功能的实现函数都是固定的，对于函数的调用顺序也是固定的。在仿真系统运行时，仿真平台按照事先定好的逻辑顺序对模型函数进行调用，导致仿真系统构建完成后很难对模型行为进行变化，模型的运行流程是固定的。若仿真对象发生变化，则需要
修改该模型的源代码，效率很低。另外，这种方法难以适应不同动态场景下的仿真，不同场景下仿真时仅能对模型输入参数进行更改，不能对模型工作流程和行为进行更改，导致每次运行结果都一样，难以对指控系统等复杂人在回路的场景进行仿真。
发明内容
[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于行为树的分布式仿真平台，可快速动态改变模型行为。
[0004] 一种基于行为树的分布式仿真平台，包括模型行为设计工具、模型行为开发工具、想定生成工具、系统运行控制工具以及分布式计算机适配器；
[0005] 所述模型行为设计工具用于根据每类模型包括的行为以及行为之间的逻辑关系，建立模型的行为树，并生成用于描述模型行为树的文件sat-model-behavior.xml；其中，行为树中
节点分为根节点、组合节点以及叶节点；所述根节点用于表示该类模型的起始行为；所述组合节点描述各种行为之间的逻辑关系；所述叶节点分为用于描述模型状态的状态节点以及描述具体行为的动作节点；
[0006] 所述模型行为开发工具用于解析所述模型行为设计工具生成的文件sat-model-behavior.xml，并识别出其中的根节点、组合节点和叶节点：对于根节点，转换为模型初始化函数；对于每一个叶节点：若叶节点为状态节点，则转换为模型的全局状态参数；若叶节点为动作节点，则转换为模型行为函数；对于所有组合节点，转换成一个可描述所有组合节点各自逻辑关系的模型逻辑函数，逻辑函数根据各组合节点在行为树文件中的具体
位置关系生成对行为函数的调用顺序；最终编译生成模型文件sat-model.dll，即动态链接库；
[0007] 所述想定生成工具用于：
[0008] 生成用于显示和交互的界面，并在该界面中构建仿真场景；
[0009] 提供模型行为开发工具生成的所有模型文件X-model.dll的列表，以列表的形式显示在所述界面上供用户选择，并供用户将模型拖动至仿真场景中生成该模型的实例；
[0010] 在所述仿真场景中显示用户选中的模型实例；向用户提供配置每个选中模型的初始参数的窗口，用户在该窗口对模型实例的初始参数进行配置、修改后存为模型实例初始化文件，并将得到的模型实例在所述界面中进行显示；
[0011] 提供用户对模型实例的运行位置IP进行设置的窗口；
[0012] 最终生成想定文件scen.xml；
[0013] 所述系统运行控制工具用于读取想定文件scen.xml，解析想定文件中包含的所有模型及模型运行位置IP，按照模型与地址的
配对关系将模型动态链接库、模型实例初始化文件以及想定文件scen.xml分别发送到各运行机器；
[0014] 各运行机器上配置的分布式计算机适配器接收到模型动态链接库、模型初始化文件和想定文件scen.xml后，保存到本地；然后解析想定文件，从中选择出要在本机运行的模型实例和相关资源，对本机资源进行检查，若所有资源齐备，则向系统运行控制工具发送准备运行成功消息；
[0015] 所述系统运行控制工具在接收到网络内所有分布式计算机适配器的准备运行成功消息后，启动本次模型仿真运行，为所有模型实例发送仿真时间同步
信号，直到仿真运行结束。
[0016] 较佳的，在建立所述模型行为树时，采用不同的图形符号表示不同的节点类型。
[0017] 较佳的，所述模型行为设计工具基于模型的工作流程描述图建立所述模型行为树，具体为：
[0018] 将模型开始节点转换为模型行为树的根节点；
[0019] 菱形判断节点转换为组合节点中的选择节点；
[0020] 对于工作流程描述图的每一个动作节点，转换为一个由组合节点中的顺序节点、状态节点、行为节点三个节点组成的子树，顺序节点在最上面，状态节点和动作节点分别为顺序节点的左侧分支和右侧分支；即将菱形判断节点的判断逻辑用状态节点来表示。
[0021] 较佳的，所述仿真场景采用GIS二维数字地图实现，并允许用户根据模型实际位置，将对应的行为树拖拽到二维数字地图上相应的位置。
[0022] 进一步的，所述想定生成工具生成的界面还设置有运行控制按钮，为用户提供运行模式的选择，并将运行模式编译到想定文件scen.xml中；所述系统运行控制工具按照想定文件scen.xml中设置的运行模式控
制模型仿真运行；所述运行模式包括实时运行、尽速运行以及可调倍速运行。
[0023] 本发明具有如下有益效果：
[0024] (1)本发明通过行为树的方法对模型行为进行设计，直观方便，模型行为可在仿真系统运行前通过
可视化行为树方式动态调整，仿真平台按照调整后的逻辑顺序调用模型行为，可快速动态改变模型行为；
[0025] (2)本发明的仿真平台包含模型行为设计工具、模型行为开发工具、想定生成工具、系统运行控制工具、分布式计算机适配器，五大工具组成一个完整的整体，用户可通过五大工具控制整个仿真系统的全周期使用，大大提高了系统使用效率；
[0026] (3)本发明的仿真平台使用的模型为动态链接库形态，可有效保护模型源代码；
[0027] (4)本发明的仿真平台使用的想定文件格式、模型行为描述文件格式、模型初始化文件格式均为XML文件格式，具有很强的通用性。
附图说明
[0028] 图1为本发明的组成结构
框图，其中M代表计算节点总数，N代表每个计算节点上最大运行模型实例数；
[0029] 图2为某模型的真实工作流程描述图(以某红外预警卫星模型工作流程为例)；
[0030] 图3为本发明的模型行为设计工具实现图(以某红外预警卫星模型行为设计为例)；
[0031] 图4为本发明的模型行为开发工具实现图；
[0032] 图5为本发明的想定生成工具实现图；
[0033] 图6为本发明的系统运行控制工具实现图；
[0034] 图7为本发明的分布式计算机适配器实现图。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图并举
实施例，对本发明进行详细描述。
[0036] 如图1所示，本发明需要建立的仿真工具包括模型行为设计工具、模型行为开发工具、想定生成工具、系统运行控制工具、分布式计算机适配器。整个系统以DDS
中间件作为底层
支撑技术，完成整个系统的运行过程交互功能。系统运行控制工具和分布式计算机适配器两个工具共同完成仿真系统的运行功能。系统运行控制工具负责整个仿真运行资源的分配、控制命令的发送、运行过程的时间同步等功能。分布式计算机适配器可以分布到网络中的不同机器上运行，每台需要运行模型实例的计算机上必须启动一个分布式计算机适配器，等待系统运行控制工具发出的运行控制命令。系统运行控制工具收到仿真运行控制命令后，自动启动该机器上的模型实例。模型行为设计工具、模型行为开发工具、想定生成工具三个工具是离线工具，不参与仿真系统的在线运行，只需要在系统运行前用该工具生成模型行为、模型动态链接库、想定文件即可。
[0037] 图2为某模型在一个仿真周期内的真实工作流程描述图(以某红外预警卫星模型工作流程为例)。某红外预警卫星开始工作后，首先判断是否有已经发现的目标，若没有，则执行扫描目标动作。若存在已经发现的目标，则判断目标真假，若为假目标，则执行丢弃目标动作。若为真目标，则执行凝视目标动作。
[0038] 对应图2的某红外预警卫星模型，本发明中的模型行为设计工具实现方式如图3所示。模型行为设计工具通过图形化的建模方法为每类模型设计行为，形成模型行为树，输出模型行为描述文件sat-model-behavior.xml。模型行为设计工具中的节点分为根节点(用三
角形图形表示)、组合节点(用正方形图形表示)、叶节点(用椭圆形图形和长方形图形表示)三类。其中，根节点是行为的开始，组合节点描述各种行为之间的逻辑关系，叶节点描述模型的状态和具体行为。每类模型只有一个根节点。组合节点包括两类：顺序节点(用→图形表示)，选择节点(用？图形表示)。顺序节点用于顺序执行它的各
子节点，只要它的一个子节点返回失败，则整个分支返回失败。选择节点用于顺序执行它的各子节点，只要它的一个子节点返回成功，则整个分支返回成功。叶节点分为两类：状态节点(用椭圆形表示)，动作节点(用长方形表示)。状态节点表示当前模型的某种状态，比如是否发现目标，动作节点表示模型的某种行为动作，如扫描目标这类动作。
[0039] 从模型在一个仿真周期内的真实工作流程描述图转换为模型行为树的规则包括：
[0040] 1)工作流程描述图的开始节点转换为模型行为树的根节点；
[0041] 2)菱形判断节点转换为组合节点中的选择节点，因为菱形判断节点的输出是并行执行的；
[0042] 3)对于工作流程描述图的每一个动作节点，转换为一个由组合节点中的顺序节点、状态节点、行为节点三个节点组成的子树，顺序节点在最上面，状态节点和动作节点分别为顺序节点的左侧分支和右侧分支；即将菱形判断节点的判断逻辑用状态节点来表示。
[0043] 以图2为例，图2的红外预警卫星开始工作节点(图2位置1)按照规则1)转换为图3的红外预警卫星模型行为节点(图3位置1)。图2是否发现目标节点按照规则2)转换为图3的选择节点(图3位置2)。图2的扫描目标工作节点按照规则3)转换为图3的顺序节点、状态节点、行为节点(图3位置3、位置4、位置5)。图2判断目标真假节点按照规则2)转换为图3的选择节点(图3位置6)。图2的凝视目标工作节点按照规则3)转换为图3的顺序节点、状态节点、行为节点(图3位置7、位置8、位置9)。图2的丢弃目标工作节点按照规则3)转换为图3的顺序节点、状态节点、行为节点(图3位置10、位置11、位置12)。
[0044] 模型行为树的运行过程以图3为例，红外预警卫星模型开始运行后，首先执行位置2，发现为选择结点，则首先运行位置3，根据位置3运行结果判断是否运行位置6。位置3为并行结点，则顺序执行位置4、位置5，若位置4判断没有目标成功，则继续执行位置5，根据位置
5扫描目标来确定返回结果，若位置5扫描目标成功，则返回给位置3成功。位置2判断位置3成功后，不再执行位置6代码，整个周期运行结束。若位置4判断没有目标失败，则返回给位置3失败结果，位置2判断后继续从位置6开始执行。位置7、位置8执行过程类似。
[0045] 本发明中的模型行为开发工具实现方式如图4所示。模型行为开发工具使用的模型编辑环境为visual studio 2015，源代码为C++语言形式。模型行为开发工具首先解析模型行为设计工具产生的模型行为描述文件sat-model-behavior.xml，将其所有节点分为根节点、组合节点、叶节点三类。对于根节点，转换为模型源代码里的初始化函数(initialize function)，用户可在此初始化函数中增加模型初始化相关功能，比如读取模型初始化文件内容、对模型的初始参数进行赋初值等，一个模型的初始化函数只有一个。对于组合节点，转换为模型的逻辑函数(logic function)，逻辑函数主要描述模型的动作逻辑，用户在逻辑函数中编写模型逻辑处理相关功能，一个模型的逻辑函数只有一个。对于叶节点，若叶节点为状态节点，则转换为模型的全局状态参数。若叶节点为动作节点，则转换为模型的行为函数(action function)，用户在每个模型的行为函数中增加模型行为处理相关功能。所有函数完成后，利用visual studio 2015编辑环境编译生成模型sat-model.dll，即为动态链接库。
[0046] 本发明中的想定生成工具实现方式如图5所示。想定生成工具界面分为三部分。最左侧为树形模型库列表，从文件目录中读取模型行为开发工具生成的所有模型文件，并以模型树的形式展现。中间为基于GIS二维数字地图的想定编辑和显示部分，用户可从模型树中拖拽模型到二维数字地图上生成模型实例，模型实例的位置(经度、纬度、高度)对应二维数字地图位置。双击模型实例图标，可显示该模型实例初始参数，并可修改。最右侧为生成的想定模型树，当前已经拖拽到二维数字地图的所有模型实例以模型实例树的形式显示在这里。模型实例树生成完成后，在模型实例树上右键每个模型设置模型的运行位置IP，运行位置IP以可选的下拉菜单形式给出。点击运行设置按钮，选择运行模式(实时运行，尽速运行，可调倍速运行)，设置完成后保存为想定文件scen.xml。
[0047] 本发明中的系统运行控制工具实现方式如图6所示。系统运行控制工具读取想定文件scen.xml，解析本想定中包含的所有模型及模型运行地址，按照模型与地址的配对关系将模型动态链接库、模型初始化文件、想定文件分别发送到各运行机器，然后等待各运行机器的握手信号。各运行机器上的分布式计算机适配器接收到模型动态链接库、模型初始化文件、想定文件三类文件后，保存到本地，解析想定文件，从中选择出要在本机运行的模型实例和相关资源，对本机资源进行检查，若所有资源齐备，则向系统运行控制工具发送准备运行成功消息。系统运行控制工具在接收到网络内所有分布式计算机适配器的准备运行成功消息后，按照想定设置的运行模式启动本次运行，为所有模型实例发送仿真时间
同步信号，直到仿真运行结束。
[0048] 本发明中的分布式计算机适配器实现方式如图7所示。分布式计算机适配器接收到系统运行控制工具发送的模型动态链接库、模型初始化文件、想定文件三类文件后，保存到本地，解析想定文件，从中选择出要在本机运行的模型实例和相关资源，对本机资源进行检查，若所有资源齐备，则向系统运行控制工具发送准备运行成功消息。若资源不齐备，则向系统运行控制工具发送准备运行失败消息。当接收到系统运行控制工具发送的仿真开始运行命令后，在系统运行控制工具的统一时钟调度下调用在本机运行的所有模型实例，直至所有模型实例运行结束。
[0049] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
