1 先进分布仿真标准

先进分布仿真标准化工作起源于20世纪80年代初美国的仿真器联网（SIMNET，Simulator Networking）计划，为了将大量分散在各地的仿真器联网，构造一个人可以交互的虚拟战场，提供一个群体协同训练的环境，制定了仿真器的联网标准和协议，即"SIMNET网络和协议"。

SIMNET主要适用于同构类型的仿真器，随着仿真规模的扩大和仿真应用类型的增加，发展了更为普遍适用的分布式交互仿真（DIS，Distributed Interactive Simulation）。分布式交互仿真采用一致的结构、标准和算法，通过网络将分散在各地不同类型的仿真系统互联，建立一种人可以参与交互作用、时空一致的综合环境。DIS标准化的结果为IEEE1278.X系列标准。

DIS是定位于平台级的实时仿真，适用于战术级仿真，对于战役、战略级仿真，美军定义了聚合级仿真协议（ALSP，Aggregated Level Simulation ）。

为了在更高层次上通过保证建模与仿真的可重用性和互操作性，最大限度地共享建模和仿真技术及其成果，满足国防领域对建模与仿真的需求，1995年美国国防部公布了建模与仿真主计划，提出了6大目标，其核心是为建模与仿真提供一个通用的技术框架，它由任务空间概念模型（CMMS，Conceptual Model of Mission Space）、高层体系结构（HLA，High Level Architecture）和数据标准（DS，Data Standard）组成。其中HLA的标准为IEEE1516.X系列。

2 建模与仿真标准体系的组成及开发流程

美国国防部公布了建模与仿真主计划后，美国三军以及北约也提出了类似的建模与仿真主计划，为建模与仿真标准化提供了基本的发展方向，这些方向涉及仿真开发、数据、模型、算法、环境表述、信息获取、可信度增强等各个方面。在主计划中提出的6大目标经美国陆军的发展，形成了19个建模与仿真标准的种类。

建模与仿真标准化的开发流程主要包括组队、需求定义、开发标准、达成共识、发布标准和教育等7个步骤。

3 DIS标准的基础框架

DIS的核心在于连接各个独立的计算节点，建立一种与人的感觉和行为相容、时空一致的综合环境。这种连接必须遵循共同的网络通信服务、数据交换协议、算法和数据库。

DIS标准开发的四个主要领域：互联、综合环境组件、支撑环境和演练组织与管理。与数据交换的互联标准同样重要的是对组织分布式仿真系统、运行仿真演练和建立支撑环境的过程进行标准化。如图2所示，演练组织与管理、支撑环境这两个领域也包括在运行结构中，为了取得互操作性，它们必须与核心标准同步开发，以保证标准的一致性和高效性。

4 DIS标准介绍

4.1 DIS应用协议

DIS应用协议定义了仿真应用和仿真管理之间交换的数据信息，即PDU，定义的主要内容包括：数据项标记、数据项的公共表示、数据项的PDU装配、PDU发送的时机和场合、对PDU的接收处理和必须实现的关键算法（如DR算法）等。

IEEE1278.1－1995版本定义的27个PDU分为6大类，即实体信息与交互类PDU、作战类PDU、后勤类PDU、仿真管理类PDU、电磁发射与激光导引PDU和无线电通信类PDU。由于DIS应用协议提供了各种基本的数据结构，可以方便地根据用户需求扩充和定义新PDU，其后续版本陆续增加了聚合级类PDU、环境类PDU、水声类PDU、实验类PDU等。

与此标准相配套的另一个标准为EBV－DOC（Enumeration and Bit Encoded Values），它给出了应用协议标准中所有枚举类型和编码的定义。

4.2 DIS通信协议

PDU定义了仿真应用之间计划的信息，而通信协议确保所用的介质、服务种类和协议满足性能要求。DIS通信服务定义于IEEE1278.2－1995标准之中，它充分利用了现有的网络协议，并同时提出DIS的特殊要求：

● 通信要求

包括PDU的服务要求和多点通信要求：PDU的服务要求包括最佳效果的多点通信和可靠的单点通信，多点通信要求包括广播式通信、多点通信和其他一些推荐的通信服务。

● 性能要求

包括网络带宽要求和通信服务质量（QoS）要求。

● 错误检测要求

4.3 DIS演练管理和反馈协议

大型、多地演练的规划、运行和监控是一个十分复杂的过程，远远难于网络通信自身的管理。在演练之前，需要采用电视会议和其他手段进行大量的人与人之间的通信，以确保所有参与者理解并同意演练目标，而且确保所要求的仿真应用、人员、通信带宽等资源可以及时到位。另一个费力的问题是配置管理，特别是包含异构仿真的情形。每个仿真应用都有各自的可调参数，如果要求重复演练，则必须记录下每一个参数。IEEE1278.3－1996标准为DIS演练的规则、设置、执行、管理与评估提供了指南。

4.4 DIS校验、验证和确认协议(VVA)

形成、采用并实现DIS适用的VVA方法和流程是定义支撑环境成分的焦点，同时建立逼真度特征和描述的标准分类也是VVA过程的有机组成部分。开发过程要确定模型、仿真应用和仿真器是否兼容的原则，也要根据DIS目的和目标来考察模型、仿真应用和仿真器的功能表示。IEEE1278.4－1998标准定义了DIS演练各个阶段的VVA过程。

4.5 DIS逼真度描述协议

IEEE1278.5标准为DIS潜在用户定义了一种方法来描述建模和仿真组件的逼真度。使用这种方法，建模和仿真组件能够连入实时仿真应用并达到应用目标所要求的逼真度。它采用面向对象分析和结构化分析/设计技术，将逼真度划分为DIS资源、逼真度领域、能力、实现、特征和描述六个层次。

4.6 DIS环境标准

仿真环境标准是在空军2851项目（仿真器数据库设施）下开发出来的，它提供了描述地形、纹理和动态模型的数据库格式军用标准SIF。

SIF标准包括三种数据格式：SIF/HDI、SIF/DP和GTDB（Generic Transformed Data Base）。SIF/HDI是用于在仿真器数据库设施（SDBF， Simulator Data Base Facility）和外部数据库生成系统或变换系统之间进行仿真器数据库交换的一套综合格式；SIF/DP 是用于采用SDBF内部二进制格式进行数据库交换的场合；GTDB是一个从SDBF输出产品的格式。

SIF标准实际上由美国军标1820和1821两个标准组成，它实际上定义了不用数据库系统之间格式变换的一种中间标准，它在使用过程中还要用到另一个美国军标2500，即国家图像传输格式标准（NITF， National Imagery Transmission Format Standard）。

4.7任务空间的概念模型CMMS

任务空间的概念模型（CMMS）是对真实世界权威性的第一次抽象，它对特定任务领域实体间的活动和交互给出了层次化的描述，同时它提供了知识获取的通用框架。CMMS用于解决各种真实世界中系统在建模与仿真中的表示问题，它是实体和交互描述的标准。任务空间概念模型为作战人员、条令开发人员、教练员、C4I开发人员、分析人员和仿真开发人员提供了通用的视点，是他们之间进行通信的媒介。

美国国防部1997年2月发布的"任务空间概念模型技术框架"详细定义了任务空间概念模型的组成部分、技术框架、知识存储和相关的开发支持及应用工具。

5 HLA标准

HLA的核心由3个互相关联的部分组成：HLA框架与规则、运行时间支撑系统RTI(Run Time Infrastructure)接口规范和对象模型样板OMT(Object Model Template)。2000年9月生效的IEEE1516系列标准分别对这三部分进行了标准化。

5.1 HLA框架和规则

HLA框架和规则定义于IEEE1516标准中，它给出了HLA采用的术语、系统的组成和一套规则。HLA规则分为五条联邦（Federation）规则和五条联邦成员(federate)规则。

5.2 HLA接口规范

IEEE1516.1标准定义了联邦成员和RTI之间的功能接口。RTI类似于分布式操作系统，它通过130个调用接口把联邦成员有机地连接起来。这些调用功能可以划分为六类：联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理，另外，还包括支持这六类管理的其他服务。联邦管理用于对联邦执行的整个生命周期的活动进行协调。声明管理用来建立联邦成员要公布和订购的对象属性和交互。对象管理支持对对象的属性以及对象产生的交互进行建立、修改和删除。所有权管理允许联邦成员动态地转移对象属性的所有权。时间管理用于控制联邦时间和联邦成员时间的推进，它支持具有不同时间推进机制的联邦成员，它与对象管理服务一起保证联邦内信息按因果关系提交给各联邦成员。数据分发管理允许联邦成员规定它发送或接收数据的分发条件，以便更有效地分发数据。

5.3 对象模型样板

IEEE1516.2标准定义了仿真中的对象、对象属性和对象间信息交互的格式和内容。HLA中的联邦对象模型FOM和仿真对象模型SOM就是通过OMT来描述的，FOM对HLA联邦中联邦成员之间的共享信息及其交换条件进行了描述，它包括被共享的对象、属性和交互作用。SOM是单个联邦成员中的对象模型，它描述了联邦成员中所有对象的属性和关系，从而提供了判断联邦成员是否适合联邦的方便而标准的方法。FOM/SOM是一种建模的标准化技术和方法，它便于模型的建立、修改、生成与管理，便于仿真资源的重用。

6 数据标准

模型与仿真的有效性和适用性是建立在标准的、经认证的数据基础之上的，数据的标准化有助于提高和促进国防部门之间的信息交换。数据标准用于建模、仿真和C4I领域共享数据的标准化，它要给出权威的数据源、建立标准的数据交换格式（DIFs，Data Interchange Formats）、提供VVA过程和工具并建立数据安全政策。

数据标准种类的定义包括建立数据元、数据库结构、访问程序、系统通信、数据维护与控制等标准。该标准种类包括：开发与维护命名标准、数据元表述标准、数据VVA过程标准、数据建模标准、标准查询语言和其他相关的数据库及数据可视化工具的软件标准，以及数据转化方法的标准等。

美国国防部在1997年2月发布的"建模与仿真数据工程技术框架"用于指导建模与仿真领域中的数据工程实践。

7 自然环境标准SEDRIS

仿真与建模主计划中第二个目标是为自然环境提供及时和权威的表示。它包括地形、海洋、大气和天空的三维表示。SEDRIS为综合环境数据库之间进行确定而损失最小的数据交换提供了统一和有效的机制。SEDRIS由数据模型、API接口和相应的软件工具组成。

数据模型提供了一种手段来定义建立综合环境所必需的数据元素及其关系，它采用了面向对象的方法来表示真实环境。SEDRIS数据模型可划分为几何、特征、图像、拓扑和数据表五个基类，目前包括332个数据类；API接口提供了对数据模型的访问，它将数据库产生系统与数据交换介质的数据结构分开；软件工具通过SEDRIS API接口来检查、校核和浏览SEDRIS传输。

SEDRIS标准包括数据表示模型和数据编码标准。数据表示模型给出了数据模型的描述，数据编码标准给出了数据的编码和枚举类型，为HLA对象模型数据字典的扩展提供了坚实的基础。