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文檔簡介

1、分布式支撐層VC+.NET本文論述了分布式虛擬環(huán)境分布式支撐層的開發(fā)背景,選題目的和意義以及當(dāng)前的國內(nèi)外研究情況,介紹了分布式虛擬環(huán)境分布式支撐層系統(tǒng)的分析、設(shè)計、實現(xiàn)過程,并且簡單的介紹了分布式仿真協(xié)議,本文所研究的分布式虛擬環(huán)境分布式支撐層系統(tǒng)是為分布式虛擬環(huán)境提供一個網(wǎng)絡(luò)互連的支撐平臺,解決DVE系統(tǒng)的時空一致性和實體管理等方面的問題,詳細(xì)的介紹了DVE分布式支撐層系統(tǒng)的實現(xiàn)以及一些關(guān)鍵技術(shù),把整個系統(tǒng)劃分為兩個大模塊,分別為時空一致性模塊和實體管理模塊,并且分別利用點名模式算法,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,DR算法完成時間一致性的功能,空間一致性的功能,實體管理的功能等。本設(shè)計分布式支撐層系統(tǒng),可以在此

2、系統(tǒng)的基礎(chǔ)上便捷的構(gòu)架分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng),為分布式虛擬環(huán)境的建立提供方便,該系統(tǒng)操作方便且具有平臺無關(guān)性,為程序員操作提供方便。 1.3 DVE的國內(nèi)外研究情況及發(fā)展 DVE的研究工作最早可追溯到80年代初,美國國防部是最早支持研究及開發(fā)DVE的單位,資助的一個典型的項目為SIMNET。該項目的目標(biāo)是開發(fā)一個供軍事訓(xùn)練用的、價格低的、聯(lián)網(wǎng)的分布式軍用虛擬環(huán)境,該系統(tǒng)的研制成功為后來的DVE開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。DIS(Distributed Interactive Simulation)協(xié)議正是在SIMNET基礎(chǔ)上提出的,DIS與VR技術(shù)的結(jié)合使仿真精確度提高,費用降低,在這種技術(shù)下產(chǎn)生了DVE技術(shù)

3、。在1984年,Gray Tarolli開發(fā)了SGI工作站上的網(wǎng)絡(luò)飛行模擬演示程序Flight,此后出現(xiàn)了另一個成功的網(wǎng)絡(luò)VR游戲DOOM。其他的分布式網(wǎng)絡(luò)游戲還有運行在Macintosh機器上的Marathon以及運行在Appletalk上的坦克游戲Bolo等等。DVS 是第一個運行在分布式環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)商用產(chǎn)品,由英國Division 公司開發(fā)。1999年,在 CAD 領(lǐng)域以 Pro Engineer 著稱的 PTC 公司并購了Division 公司,并推出了 CAD/VR綜合性工程可視化產(chǎn)品 Division2000i。這個軟件能支持 CAVE 和 Immersive Deskto

4、p 這樣的虛擬現(xiàn)實平臺,并包含一個在互聯(lián)網(wǎng)上進行分布式虛擬建模的模塊。90年代開始隨著VR設(shè)備的發(fā)展,DVE得到進一步的發(fā)展,開始出現(xiàn)了越來越多的工具和應(yīng)用。 國內(nèi)VR的研究工作也在90年代初開始,在單機上的實時圖形的生成和繪制算法、碰撞檢測及行為建模系統(tǒng)及應(yīng)用方面均取得了多項有意義的研究成果。北京航空航天大學(xué)開發(fā)了DVE基礎(chǔ)信息平臺DVENET。它主要包含了一個專用計算機網(wǎng)絡(luò)以及支持DVE研究與應(yīng)用開發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)和工具。 + 2.2 方案選擇 2.2.1 DVE的分布式協(xié)議的選擇 DIS 是第一個作為國際標(biāo)準(zhǔn)的 DVE 體系結(jié)構(gòu),雖然它有諸多的缺陷和不足,但是由于歷史的原因,目前有大量的仿真

5、應(yīng)用仍采用 DIS 結(jié)構(gòu)6,而且 DVE 中對 DIS 的不斷改進和擴展,使得 DIS 具有了更強的適應(yīng)性。 DIS 標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的核心是建立一個通用的數(shù)據(jù)交換環(huán)境,通過協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Protocol Data Unit,PDU)的使用,支持異地分布的真實、虛擬和構(gòu)造的平臺級仿真之間的互操作。DIS 技術(shù)推出后很快應(yīng)用于美軍各兵種的多個分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)的研究和開發(fā)。在分布式虛擬環(huán)境中,數(shù)據(jù)傳輸面臨的三大挑戰(zhàn)是兼容性(Compatibility)、有限的帶寬(Limited bandwidth)和延遲(Latency Lag),DIS 對此都提出了相應(yīng)的解決方法。 HLA 是在 DIS 基礎(chǔ)上提

6、出的一種開放的、支持面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)。它最顯著的特點就是通過提供通用的、相對獨立的支撐服務(wù)程序,將應(yīng)用層同底層支撐環(huán)境分離,即將具體的仿真功能實現(xiàn)、仿真運行管理和底層通信三者分開,隱蔽各自的實現(xiàn)細(xì)節(jié),從而使各部分能夠相對獨立的進行開發(fā),最大程度地利用各自領(lǐng)域的最新技術(shù)來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的功能和服務(wù),適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展,同時,HLA 可實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用,易于新的仿真系統(tǒng)的集成和管理,保證了聯(lián)邦范圍內(nèi)的互操作和重用。HLA 的聯(lián)邦成員能夠高效的傳遞信息,減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。 相對于 DIS 標(biāo)準(zhǔn),HLA 解決了靈活性、可擴充性、減少網(wǎng)絡(luò)冗余數(shù)據(jù)等問題,并且可以應(yīng)用到實時仿真系統(tǒng)和聚合級仿真系統(tǒng),因此具有一

7、定的先進性和更好的發(fā)展前景,特別是對于規(guī)模更大、仿真更強的仿真應(yīng)用,更能體現(xiàn)出 HLA 的先進性。但是 DIS相對于HLA 具有結(jié)構(gòu)簡單、容錯性好及再現(xiàn)性好等優(yōu)點,DVE 中對 DIS 的不斷改進和擴展,使得 DIS 具有了更強的適應(yīng)性。所以在DVE分布式支撐層系統(tǒng)的開發(fā)中,我采用DIS體系標(biāo)準(zhǔn)。 2.C+ Wrapper Faade 可以直接在ACE OS適配層之上編寫高度可移植的C+應(yīng)用。但是,大多數(shù)ACE開發(fā)者使用的是上圖中所示的C+包裝外觀層。ACE包裝外觀簡化了應(yīng)用的開發(fā)。應(yīng)用可以通過有選擇地繼承、聚合和/或?qū)嵗旅娴慕M件來組合和使用這些包裝: 并發(fā)和同步組件:ACE對像互斥體和信

8、號量這樣的本地OS多線程和多進程機制進行抽象,以創(chuàng)建高級的OO并發(fā)抽象,像主動對象(Active Object)和多態(tài)期貨(Polymorphic Future)。 IPC和文件系統(tǒng)組件:ACE C+包裝對本地和/或遠(yuǎn)地IPC機制進行封裝,比如socket、TLI、UNIX FIFO和STREAM管道,以及Win32命名管道。此外,ACE C+包裝還封裝了OS文件系統(tǒng)API。 內(nèi)存管理組件:ACE內(nèi)存管理組件為管理進程間共享內(nèi)存和進程內(nèi)堆內(nèi)存的動態(tài)分配和釋放提供了靈活和可擴展的抽象。 3.構(gòu)架 ACE含有一個高級的網(wǎng)絡(luò)編程構(gòu)架,集成并增強了較低層次的C+包裝外觀。該構(gòu)架支持將并發(fā)分布式服務(wù)動態(tài)

9、配置進應(yīng)用,ACE的構(gòu)架部分包含以下組件: 事件多路分離組件:ACE Reactor(反應(yīng)堆)和Proactor(前攝器)是可擴展的面向?qū)ο蠖嗦贩蛛x器,它們分派應(yīng)用特有的處理器,以響應(yīng)多種類型的基于I/O、定時器、信號和同步的事件。 服務(wù)初始化組件:ACE Acceptor(接受器)和Connector(連接器)組件分別使主動和被動的初始化任務(wù)與初始化一旦完成后通信服務(wù)所執(zhí)行的應(yīng)用特有的任務(wù)去耦合。 服務(wù)配置組件:ACE Service Configurator(服務(wù)配置器)支持應(yīng)用的配置,這些應(yīng)用的服務(wù)可在安裝時和/或運行時動態(tài)裝配。 分層的流組件:ACE Stream組件簡化了像用戶級協(xié)議

10、棧這樣的由分層服務(wù)組成的通信軟件應(yīng)用的開發(fā)。 ORB適配器組件:通過ORB適配器,ACE可以與單線程和多線程CORBA實現(xiàn)進行無縫集成。 ACE的目標(biāo)用戶是高性能和實時通信服務(wù)和應(yīng)用的開發(fā)者。它簡化了使用進程間通信、事件多路分離、顯式動態(tài)鏈接和并發(fā)的OO網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)的開發(fā)。此外,通過服務(wù)在運行時與應(yīng)用的動態(tài)鏈接,ACE還使系統(tǒng)的配置和重配置得以自動化。使用ACE的好處有: 1.增強可移植性:在ACE組件的幫助下,很容易在一種OS平臺上編寫并發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,然后快速地將它們移植到各種其他的OS平臺上。而且,因為ACE是開放源碼的自由軟件,你無需擔(dān)心被鎖定在特定的操作系統(tǒng)平臺或編譯器上。 2.更好的

11、軟件質(zhì)量:ACE的設(shè)計使用了許多可提高軟件質(zhì)量的關(guān)鍵模式,這些質(zhì)量因素包括通信軟件靈活性、可擴展性、可復(fù)用性和模塊性。 3.更高的效率和可預(yù)測性:ACE經(jīng)仔細(xì)設(shè)計,支持廣泛的應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量需求,包括延遲敏感應(yīng)用的低響應(yīng)等待時間、高帶寬應(yīng)用的高性能,以及實時應(yīng)用的可預(yù)測性。 4.更容易轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)的高級中間件:TAO使用了ACE提供的可復(fù)用組件和模式。它是CORBA的開發(fā)源碼、遵循標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn),并為高性能和實時系統(tǒng)作了優(yōu)化。為此,ACE和TAO被設(shè)計為能良好地協(xié)同工作,以提供全面的中間件解決方案。 2.2.4 分布式組件層 高級分布式計算中間件駐留在客戶端和服務(wù)器之間,可自動完成分布式應(yīng)用開發(fā)的許多麻

12、煩而易錯的方面,包括:認(rèn)證、授權(quán)和數(shù)據(jù)安全、服務(wù)定位和綁定、服務(wù)注冊和啟用、事件多路分離和分派、在像TCP這樣的面向字節(jié)流的通信協(xié)議之上實現(xiàn)消息幀、涉及網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序和參數(shù)整編(marshaling)的表示轉(zhuǎn)換問題。為給通信軟件的開發(fā)者提供這些特性,在ACE中綁定了高級中間件應(yīng)用: THE ACE ORB(TAO):TAO是使用ACE提供的構(gòu)架組件和模式構(gòu)建的CORBA實時實現(xiàn),包含有網(wǎng)絡(luò)接口、OS、通信協(xié)議和CORBA中間件組件等特性。TAO基于標(biāo)準(zhǔn)的OMG CORBA參考模型,并進行了增強的設(shè)計,以克服傳統(tǒng)的用于高性能和實時應(yīng)用的ORB的缺點。TAO像ACE一樣,也是可自由使用的開放源碼軟件。 CORBA是OMG Object Management Group提出的一個分布式對象技術(shù)的一個規(guī)范,它是針對多種對象系統(tǒng)在分布式計算環(huán)境中如何以對象方式集成而提出的,它為對象管理定義了一個對象模型OMG參考模型及其框架結(jié)構(gòu),該模型及其框架結(jié)構(gòu)將面向?qū)ο蠹夹g(shù)與客戶/服務(wù)器計算模式結(jié)合起來,有限的解決了對象封裝和分布式計算環(huán)境中資源共享、代碼可重用,可移植及應(yīng)用間的互操作性等問題。 CORBA允許在不同對象間盡可能透明的傳遞請求,應(yīng)用可以跨越不同的應(yīng)用領(lǐng)域,支持服務(wù)位于CORBA之外,CORBA具有平臺無關(guān)性,

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