und Komponenten-Technologien in der Modellierung ... - CES - KIT

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62 4 Komponenten-Technologien in der Modellierung und Simulation Im Gegensatz zu anderen Technologien und Konzepten aus der verteilten Simulation, die vor allem eine bestmögliche Parallelisierung auf Modellebene als Zielsetzung haben (siehe dazu auch Abschnitt 2.2.2.3), besteht das Hauptanliegen der HLA nicht in der Steigerung der Ausführungsgeschwindigkeit. Es liegt vielmehr darin, den auch im Simulationsbereich immer lauter werdenden Forderungen nach Wiederverwendbarkeit und Interoperabilität gerecht zu werden. Dazu werden von der HLA eine Reihe neuer Ansätze und Mechanismen bereitgestellt, die es erlauben, Computermodelle aus modularen Teilmodellen aufzubauen. Diese Teilmodelle können auf beliebigen heterogenen Simulationssystemen implementiert sein, sofern diese eine HLA-Anbindung besitzen. Die Teilnehmer eines gemeinsamen Simulationslaufs werden in der HLA-Terminologie als Föderierte (Federates) bezeichnet. Der Zusammenschluss mehrerer Föderierter zu einer Gesamtsimulation stellt eine so genannte Föderation (Federation) dar. Ein großer Vorteil der HLA besteht in der Offenheit für verschiedene Arten von Föderierten. Dabei muss es sich nicht unbedingt um Simulationen handeln, sondern Föderierte können auch andere Softwarebausteine (Datenbanken, etc.) oder Systeme der realen Außenwelt (Hardware aller Art) darstellen. 4.1.1 Entwicklungsgeschichte der HLA Die HLA wurde wie bereits erwähnt vom US-Verteidigungsministerium entwickelt, das seit jeher den weltweit bedeutendsten Auftraggeber für Computersimulationen darstellt. Für den Militärbereich sind Simulationen deshalb so attraktiv, weil sich damit Waffensysteme und Strategiekonzepte ohne deren konkrete Realisierung in ihrer Wirkungsweise erproben lassen. Anfang der 90er Jahre ist die Zahl vorhandener Simulationen schließlich derart angewachsen, dass der Überblick über diese in der Regel sehr teueren Systeme verloren zu gehen drohte. Außerdem stellte man fest, dass die existierenden Simulationen zum größten Teil auf genau eine Anwendungsproblematik zugeschnitten waren und sich aufgrund ihres monolithischen Aufbaus nur schwer auf andere Problemstellungen übertragen ließen. Das Ende des kalten Krieges und die damit verbundenen drastischen Einsparungen im Militärhaushalt zwangen schließlich zu einem radikalen Umdenken hinsichtlich kostengünstiger, wiederverwendbarer und interoperabler Simulationssoftware. Das Ergebnis dieses Umdenkens stellt die HLA dar, die nach längerer Entwicklungszeit vom US Department of Defense (DoD) im September 1996 zum verbindlichen Standard für alle künftigen Neuentwicklungen von Simulationssoftware im militärischen Bereich erklärt wurde. Gleichzeitig wurde die HLA zur freien Nutzung für den zivilen Bereich offen gelegt. Die HLA wurde vom DoD aufbauend auf den Erfahrungen mit der DIS-Technologie (Distributed Interactive Simulation) und dem ALSP-Protokoll (Aggregate Level Simulation Protocol) entwickelt. DIS stellt ein Synchronisationsprotokoll dar, das Echtzeitsimulationen ohne Kausalitätserhaltung miteinander verknüpft. Es wird hauptsächlich zur Vernetzung militärischer Trainingssimulatoren eingesetzt, die gemeinsame Übungen ermöglichen sollen. Die Kommunikation erfolgt nach einem Broadcast-Ansatz, wobei zur Minimierung der Netzlast Dead Reckoning Mechanismen zum Einsatz kommen, welche eine Extrapolation z.B. von Objektbewegungen ermöglichen. Durch die Einbettung der Nachrichtenstruktur in die Architektur ist DIS jedoch relativ unflexibel und ineffektiv. Das Aggregate Level Simulation Protocol (ALSP) stellt eine Weiterentwicklung von DIS dar, um auch die umfangreiche Klasse der ereignisgesteuerten Simulatoren zu erschließen. ALSP
4 Komponenten-Technologien in der Modellierung und Simulation 63 ist ein militärischer Standard, der Nachrichtenstrings austauscht und bereits strukturelle Ähnlichkeiten zur HLA aufweist. ALSP setzt im Gegensatz zu DIS ein zuverlässiges Kommunikationsmedium und strenge Kausalität voraus. Hierzu wird das Chandy/Misra/Bryant (CMB) Null-Message-Protokoll eingesetzt. Anwendung findet ALSP bei der Vernetzung militärischer konstruktiver Simulationen zum Führungskräftetraining, bei denen simulierte Kräfte in einem simulierten System agieren. ALSP soll ebenso wie DIS in naher Zukunft von der HLA abgelöst werden. 4.1.2 Architekturüberblick Abb. 4.1.2.1 gibt einen Überblick über die wesentlichen Bestandteile der HLA, deren Grundidee in der strikten Trennung von Simulationsfunktionalität und Infrastruktur für die Interoperabilität besteht. Unterstützungs- Unterstützungswerkzeuge werkzeuge Schnittstelle zur RTI Simulationen Simulationen Runtime Infrastructure (RTI) Schnittstellen Schnittstellen zu zur "Live Players" l Federation Management Declaration Management Object Management Ownership Management Time Management Data Distribution Management Teilnehmer in der realen Außenwelt Abb. 4.1.2.1: Aufbau der High Level Architecture C++, Ada 95, CORBA IDL, Java Die Simulationsfunktionalität wird durch mehrere Föderierte realisiert, die im Rahmen einer Föderation unter Echtzeitbedingungen zusammenwirken. Eine Föderation kann als ein Vertrag zur Durchführung eines Simulationslaufs (Federation Execution) zwischen den an der Simulation beteiligten Föderierten angesehen werden. In diesem Vertrag sind die Objektmodelle der Föderierten (Simulation Object Model (SOM)) und der Gesamtföderation (Federation Object Model (FOM)) in einer definierten dem Object Model Template (OMT) entsprechenden Form festgelegt. Darüber hinaus legt die HLA zwingende Verhaltensregeln für Föderierte und Föderationen fest. Dieser HLA-Regelsatz, der aus insgesamt 10 Regeln besteht, beschreibt die Art und Weise, wie die HLA zu verwenden ist. Beispielsweise darf, um Interoperabilität und Platt-
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