论文导读：流程模拟系统提供了研究、分析钢铁企业结构、生产过程，开发相关应用的工具和手段。时间是分布式仿真中的核心概念，HLA中的时间管理是使仿真世界中发生的顺序与真实世界中事件发生的顺序一致，保证各成员能以同样的顺序观察到事件的产生，并能协调它们之间相关的活动。联邦运行时可被视为一组通过RTI来互相传递消息的成员的集合，而成员的运行可视为一系列的“计算”，其中一部分“计算”（比如激活“UpdateAttributeValues”服务）称为事件。

　　关键词：HLA，RTI，流程模拟

　　一、流程模拟系统

　　随着计算机、仿真技术的不断发展， 计算机模拟方法已成为进行系统研究时与理论和实验并列的一种主要的方法。在电力、化工等行业，仿真系统已作为必备的基础条件，应用广泛、成熟。在我国，仿真技术在冶金工业方面的应用尚属起步阶段。

　　钢铁生产作为一种典型的混合流程，复杂的物理、化学过程交织，各种突变和不确定性因素繁多，原料、半成品和成品之间温度、化学成分及物理形态在各工序都截然不同；冶金设备庞大、种类复杂；冶金流程可直接利用的信息和知识有限。由于以上原因，用真实的系统研究冶金流程，费时费钱，并且很难做到。用计算机仿真技术则可化繁为简，大大节省人力物力。

　　流程模拟系统提供了研究、分析钢铁企业结构、生产过程，开发相关应用的工具和手段。利用该系统，可验证计划排产的合理性和极限情况，可安全、经济地对现实钢铁厂布局进行设计、分析，可为相关信息系统提供开发调试验证环境，可分析能源、物料的平衡情况等。

　　流程模拟系统存在的问题。由于钢铁生产过程的复杂性，不同的钢厂及不同的钢种，其生产过程都有很大的差异，并且经常由于技术进步等原因发生设备和工艺方面的变化。面对这样复杂多变的背景，对仿真系统的通用性和可维护性都提出了很高的要求，流程模拟系统需要解决以下一些问题：能够模拟不同钢厂不同钢种的生产过程，即在生产设备已知的前提下生产过程可以组态；对于新出现的生产设备，能够很容易的添加到仿真系统中，它要求系统具有良好的可扩充性；单个设备的生产过程或生产工艺发生改变时，仿真系统的相关改动要局限在该设备的仿真系统本身；能够支持不同类型的仿真实验，即仿真系统在本身可以产生的仿真数据范围内，可以向特定的仿真实验提供特定的数据需求；由于仿真系统涉及大量仿真计算，这些计算最好能够在多台计算机中分散进行，以提高系统的计算性能。这些要求，从仿真或软件结构方面看，对应于寻找一种灵活可靠的系统体系结构。

　　二、时间管理的实现

　　时间管理是为了解决分布式仿真系统中时间一致性问题，使得对不同设备的仿真能协调一致的运行。时间是分布式仿真中的核心概念，HLA中的时间管理是使仿真世界中发生的顺序与真实世界中事件发生的顺序一致，保证各成员能以同样的顺序观察到事件的产生，并能协调它们之间相关的活动。

　　联邦运行时可被视为一组通过RTI来互相传递消息的成员的集合，而成员的运行可视为一系列的“计算”，其中一部分“计算”（比如激活“UpdateAttribute Values”服务）称为事件。成员向RTI发送事件，由RTI将事件传给感兴趣的成员。论文参考网。在理想情况下，模型计算和消息传递引起的时延应等于实际系统中相应的时延，但实际上两者通常是不一致的，这将导致仿真世界的运行以不希望的方式偏离真实的世界，例如因果颠倒。另外，由于网络延迟的不确定性，联邦成员接收消息的顺序也经常不确定，这样将产生另外一个问题：相同的初始状态和外部输入，重复实验产生完全不同的仿真结果。

　　时间管理的目标就是要减少上述偏差的产生或降低此类偏差带来的不良影响，它的主要任务是使仿真世界中事件发生的顺序与真实世界中事件发生的顺序一致，保证各成员能以同样的顺序观察到事件的产生，并能协调它们之间的相关活动。HLA的时间管理建立在如下的原则之上：联邦不存在通用和全局的时钟。在联邦执行的任何时刻，不同的联邦成员可具有不同的仿真时间。联邦中可以产生“时戳”是“未来”（即事件时戳大于成员当前的逻辑时间）的事件。联邦成员不能产生“过去”（即事件时戳小于成员当前的逻辑时间）的事件。不要求成员以时戳顺序产生事件。例如：一个联邦成员当前的逻辑时间为5，它可以先产生时戳为10的事件，再产生时戳为8的事件，但事件具体发生的顺序一定是先8后10。HLA的时间管理机制。HLA的时间管理机制包括两方面的内容：消息传递机制和时间推进机制，

　　1.消息传递机制。HLA的消息传递机制包括两方面的内容：一是消息传输方式，二是消息传递顺序。消息传输方式分为“可靠”（Reliable）和“快速”（Best effort）两种，前者保证将消息可靠的传给目的成员，但通常要增加时延；后者以减少时延为目的，通常会降低可靠性。目前HLA支持两种消息传递顺序：接收顺序和“时戳”顺序：第一，接收顺序（Receive Order，RO）。RTI按接收到消息的顺序将消息传递给成员。可以理解为RTI在内部为每个成员建立了一个队列，RTI将要转发给成员的消息按FIFO的方式在队列中排队，每次将队列前面的消息传递给成员。第二，时戳顺序（Time Stamp Order，TSO）。论文参考网。用这种方式，RTI将保证传递到成员的所有消息都是按时戳顺序到达。实现的方式是RTI将接收到的消息存于队列中，直到确信没有时戳更小的消息到达，才将这些消息转发给成员。使用TSO可保证成员不会收到“过去”的消息，以及所有从同一事件集中接收消息的成员能以同样的顺序接收消息。HLA通过为成员定义的时间前瞻量（Lookahead）来判断有无更小时戳的TSO消息到达。HLA中，无论是发送的消息还是接收的消息，其顺序类型只能是时戳顺序或接收顺序中的一种。

　　2.HLA中的时间推进机制。HLA的时间管理核心在于为所有仿真节点选择一个相同的精确时钟，确保在仿真过程中所发生的事件在逻辑上的正确性，以及所发送的消息在逻辑上的有序性。这也正是并行离散事件仿真PDES（Parallel Discrete Event Simulation）研究的核心问题。PDES提出的解决方法有两种：即保守算法和乐观算法。根据PDES的两种算法，HLA的时间推进机制可分为两类：一类为保守的时间推进机制，另一类为乐观的时间推进机制。

　　三、时间管理策略的设定

　　联邦成员的时间策略共有四种状态，即“仅时间控制”、“仅时间受限”、“既时间控制又时间受限”、“既不时间控制又不时间受限”。默认情况下，联邦成员的时间管理策略为“既不时间控制又不时间受限”。

　　若联邦成员想让自己的时间管理策略变为时间控制的，它需调用enableTimeRegulation函数，该函数的主要操作如下：调用Federation对象上的enableTimeRegulation函数，它返回联邦成员的当前时间；如果返回的时间不为0，设定该联邦成员为时间控制的，同时调用FederateAmbassador的回调函数timeRegulationEnabled。

　　Federation对象上的enableTimeRegulation函数根据该联邦成员当前的状态设定重设它的时间，该函数的主要操作如下：如果该联邦成员已是时间受限的，将该联邦成员的时间管理策略设为时间控制的，同时将它的时间设为联邦的时间减去该联邦成员的前瞻量，将该联邦成员的时间返回；如果该联邦成员不是时间受限的，将该联邦成员的时间管理策略设为时间控制的，同时计算该联邦成员的请求时间和其前瞻量之和WantTime；将联邦中时间控制的联邦成员计数器加一。论文参考网。

　　若联邦成员想让自己的时间管理策略设为时间受限的，它需调用enableTimeConstrained函数，该函数的主要操作如下：调用Federation对象上的enableTimeConstrained函数，返回联邦成员时间；若返回的时间不为0，设定该联邦成员为时间受限的，同时调用FederateAmbassador的回调函数timeConstrainedEnabled。

　　在基于事件的时间推进中，联邦成员要将自己的时间向前推进时，需以要推进到的时间为参数调用NextEventRequest函数，如果成员的TSO事件队列中存在时戳值小于要推进到的时间，那么成员的逻辑时间将推进到其中的最小时戳值处，否则将推进到指定的时间，其过程和基于步长的时间推进一致。