基于仿真即服务的作战试验仿真系统设计

随着改革强军的稳步推进，我军现已更加深入的开展武器装备作战试验标准内容和方法研究等体系建设工作。鉴于实装作战试验存在组织实施难、试验周期长、预算开支大等问题，结合仿真试验安全性高、经济性强、重复试验及评估方便等优势，在具有可信度的试验条件下，将实装试验与仿真试验相结合的试验方法可以降低试验难度，减少试验成本，得出可信度较高的试验结果，是作战试验的发展方向[1]。

目前我军的作战试验仿真系统虽然可以一定程度满足作战试验仿真的需求，但基本还是采用对单一任务、单一装备进行仿真试验的模式，存在系统耦合性较高，试验流程及任务想定不便于做出实时的调整和修改，仿真系统复用性较低等问题。基于仿真即服务架构的作战试验仿真系统可更好的实现仿真资源的高效整合，根据任务需求及时调整系统功能和仿真环境，提高系统的复用性，减少对仿真资源的浪费，缩短作战试验仿真周期，为我军作战试验仿真系统建设提供新的思路和实现途径。

1 SaaS概述

仿真即服务(SaaS，Simulation as a Service)是一种新概念的软件架构方法，它将面向服务架构和云计算的优点引入仿真领域，使仿真系统便于互联互操作，仿真功能易于组合、提高了系统可重用性并降低了成本[2]。以此建立的仿真系统具有可快速部署、可互操作、可信度高的特点，以使用人员为中心，提供交互更为灵活，领域更为广泛的透明系统环境，为基于仿真服务的系统提供了组织基础和技术支撑。

在该模式的仿真试验系统下，系统可根据试验人员需求和不同任务需要，动态的加载仿真环境，在物理计算机平台或虚拟机平台进行试验。开发人员将不同种类实现不同功能的专业仿真软件、模型资源、数据库、通用工具等仿真资源封装为仿真服务部署到系统支撑平台中，系统根据任务需求对仿真服务进行组合调用[3]。每项仿真功能均作为独立的仿真服务，可同时支持多项试验任务，系统高效灵活便于组合，协同互操作性强。

由于SaaS有上述特性，所以在作战试验仿真系统设计和构建时运用该技术，可充分发挥现有资源优势，减少浪费，增加系统重用性，提高系统的适用性和反应速度，便于试验各项功能集成和系统后续维护管理。

2 仿真系统的体系结构和组成

2.1 基于SaaS的仿真系统体系结构

从作战试验实际需求和仿真试验的特点出发，结合仿真即服务的技术和结构优势，探索构建作战试验仿真系统体系结构，为实现科学高效、真实可信的作战试验仿真奠定基础。作战试验仿真系统体系结构由仿真应用层、仿真支撑层、资源层3个层次构成，如图1所示。

仿真应用层。仿真应用层面向试验人员，试验人员在系统应用层通过操作界面、WEB浏览器、可视化环境配置等操作方式[4]，根据试验任务和试验流程选取所需要的试验仿真服务，组建该试验的仿真系统，完成不同类型的仿真试验任务。试验所需的仿真应用作为应用服务为系统提供功能支撑，包括试验设计、战场环境架构、效能评估等，可以满足试验中所需要的仿真条件和要素，保障实现仿真系统中所应具备功能。可以随时按需加载和移除试验应用服务，各项仿真服务功能便于组合，并按照试验的需求进行及时的调整，支持多个试验同时运行。

仿真支撑层。通过分布式交互中间件将应用层和支撑层以及各项服务功能组合连接成系统；具有对系统的管理控制功能，时间管理通过提高传输速度和减少处理流程来保证仿真试验的实时性，其余部分可对仿真服务进行管理监控，根据应用层试验人员的任务需求对仿真服务和数据资源进行组合交互；将虚拟战场环境、计算机生成兵力等专业仿真软件服务化，并在系统上进行服务注册，构成仿真服务主体；由试验数据、试验工作标准规范、战场环境等数据资源和各类武器装备的仿真模型资源等各类资源构成数据服务；还包含仿真通用工具如VV&A工具、模型测试器等。上述服务采用统一的接口规范和分系统描述机制，便于软件、硬件接口适配器进行数据的查询和服务的交互，也便于仿真功能进行服务注册，是仿真系统组建的基础和核心，支撑整个作战试验仿真系统的功能和运行。

资源层。该层存储作战试验仿真所产生并按需采集记录的试验数据，便于后续结合评估指标体系对试验数据进行评估；并且由进行作战试验仿真的基础保障硬件和软件系统，如机房、通信网络设备、存储设备、操作管理系统、安全保密系统、还原备份系统等组成。

仿真试验系统构建和各项作战试验仿真服务的开发相分离，可以使开发人员更加注重自身系统业务的构建和实现，节约了资源提升了效率。通过不同仿真服务的灵活配置和组合，缩短了不同类型作战试验仿真的开发、试验周期，增强了系统的重复利用率，提高了试验效率。

2.2 仿真系统组成

作战试验仿真系统通常由以下几个分系统组成，如图2。为实现试验所需功能的柔性分布集成，各分系统通过支撑平台封装为仿真服务并部署到服务平台上，每一个分系统即为一个仿真服务，试验时试验人员可根据试验需求选取所需服务。

仿真试验支撑平台是各个仿真模型和仿真任务能够正常运行的有效保障；指标体系生成分系统根据试验任务描述生成图形化的试验指标体系；试验设计系统用于设置具体试验内容、项目等试验设计；管控分系统能对试验系统进行运行控制，可动态干预试验进程；试验分析评估分系统提供多种通用评估方法，可根据评估指标体系和评估对象选用不同的评估方法对采集得到的试验数据进行分析评估；模型分系统主要包括仿真试验所需的各类武器装备的仿真模型，严格遵守实装的各项参数和作战运用行为准则并收集试验数据；综合显示系统能够显示二维态势和三维场景并可进行查询和回放。

3 关键技术

1)分系统的服务化

将分布的仿真试验资源服务化，需基于统一的标准和描述，消除各试验资源之间的冲突，便于服务聚合和访问调度，形成松耦合的柔性集成化的服务。

为实现目的，设计如图3所示的服务化过程，通过容器化思想完成试验资源服务化。首先创建服务模版容器，而后对各分布仿真试验资源关键信息提取形成实例，而后按照相应的映射方式和规则完成资源到服务的转换，将服务按规范格式和统一结构存储在云服务资源池，供试验人员查询调用[5]。

2)服务的注册和组合

为实现仿真服务的发现组合和调用互联互操作，通过Docker平台来构建，发布和运行基于容器化思想的分布式应用程序，它通过基本的属性和类描述服务。由Docker Hub实现对服务的注册管理，包括搜索注册表、浏览注册表、获得服务描述、信息下载等。Docker Compose为仿真试验人员提供了一种定义多容器模拟环境组成的方法，它定义了构成仿真环境的服务，指定用于每个服务的服务端口和数据量，定义了服务之间的约束和相互关系。

3)服务的网络通信

跨主机的服务间通信通过Weave工具实现。因为服务在覆盖网络范围内都具有唯一的IP地址，所以不同主机的通信需要将主机端口映射到服务端口上。Weave是一种创建多主机网络的即用方法，在网络的基础上构建由软件定义的网络层，可以实现不同的Docker主机服务相互发现和通信。使用Weave网络的Docker主机可位于相同或不同的数据中心，也可分布在数据中心和其他仿真环境之间网络中[6]。系统集成框图如图4。

4 结论

设计了基于SaaS的作战试验仿真系统，对某装备进行了作战试验仿真。所设计的仿真系统具有更高试验效率和可信性，从设计到完成的周期大幅缩短，完成相同任务想定相比单一任务仿真系统效率显著提高，系统具有较高重用性。下一步将继续优化仿真系统，对仿真服务相关技术进一步研究。

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