本書來源于課題組長期的工程實踐積累，尤其是吸收了國家科技協同創新重大示范工程"XXXX仿真平臺”的相關經驗。從裝備試驗、模擬訓練和作戰評估等領域的分布互聯實際應用需求出發，研究解決實現互聯互通互操作的核心關鍵問題。重點圍繞網絡化聯合仿真的時間同步問題進行論述，屬于分布式仿真系統構建的核心問題，同時也是網絡化聯合仿真工程應用中的實際技術難點問題。首次從工程實踐的角度出發，構建了完備的網絡化聯合仿真的時間同步技術體系，重點圍繞邏輯時間協同推進、時鐘時間對準、虛實之間協同推進等關鍵問題，給出了可行的解決方案。針對所有提出的關鍵技術，本書都給出了具體且可執行的實現方法和應用驗證案例，具有較好的可操作性和可借鑒性。
王鵬，男，漢族，1989年7月生，吉林農安人。2018年畢業于國防科技大學，獲得工學博士學位，現任國防科技大學系統工程學院系統仿真工程系副教授、青年學術骨干、碩導。擔任中國仿真學會專委會委員、中國自動化學會系統仿真專業委員會委員等學術職務。長期從事建模與仿真技術的研究與教學工作，研究方向包括分布式仿真、數字孿生、戰場環境仿真等。入選中國科協青年人才托舉工程、國防科技大學高層次創新人才（拔尖人才項目）等人才計劃多項。作為核心骨干成員，擔任國家某科技協同創新重大示范工程主任設計師，主持國家自然科學基金、湖南省自然科學基金等科研項目十余項。近年來以第一作者身份發表高水平學術論文20余篇，出版學術專著1部，申請發明專利20余項，獲會議優秀論文獎多項，主持研發了仿真中間件（JLINK）、戰場環境仿真平臺等多個軟件工具，部分研究成果獲軍事科學技術進步三等獎1項（排名第1），參與多個建模與仿真相關標準規范的制修訂工作。
目 錄
第1 章 仿真與時間同步 ........................................................................................ 001
1.1 NCS 基本概念............................................................................................. 002
1.1.1 分布式仿真 ....................................................................................... 002
1.1.2 LVC 仿真 .......................................................................................... 004
1.1.3 網絡化聯合仿真（NCS） ............................................................... 006
1.2 NCS 中的時間............................................................................................. 013
1.2.1 三種時間概念辨析 ........................................................................... 013
1.2.2 時間表示方法 ................................................................................... 014
1.3 NCS 時間同步需求 ..................................................................................... 016
1.3.1 因果關系維護 ................................................................................... 016
1.3.2 數據狀態維護 ................................................................................... 018
1.3.3 實時運行與顯示 ............................................................................... 021
1.3.4 時間一致性 ....................................................................................... 024
1.4 時間同步的問題根源 ................................................................................. 025
1.4.1 多個獨立時鐘并存 ........................................................................... 025
1.4.2 信息傳輸延遲 ................................................................................... 026
1.5 NCS 時間同步框架 ..................................................................................... 028
1.5.1 需要解決的問題 ............................................................................... 028
1.5.2 技術要求 ........................................................................................... 029
1.5.3 框架構成要素 ................................................................................... 030
1.6 NCS 資源限制問題 ..................................................................................... 033
1.6.1 基本原理 ........................................................................................... 033
1.6.2 帶寬優化 ........................................................................................... 040
1.6.3 興趣管理 ........................................................................................... 043
1.6.4 動態負載均衡 ................................................................................... 047
第2 章 NCS 網絡通信 ........................................................................................... 049
2.1 仿真標準與通信 ......................................................................................... 050
2.1.1 DIS 的通信服務 ............................................................................... 050
2.1.2 HLA 的通信服務 .............................................................................. 051
2.1.3 對比分析 ........................................................................................... 051
2.2 NCS 的通信設計 ......................................................................................... 051
2.2.1 通信設計的必要性 ........................................................................... 051
2.2.2 NCS 網絡模型 .................................................................................. 054
2.2.3 通信設計需要考慮的因素 ............................................................... 058
2.2.4 NCS 通信協議 .................................................................................. 059
2.2.5 NCS 通信模式 .................................................................................. 063
2.2.6 NCS 通信指標 .................................................................................. 064
2.2.7 NCS 網絡拓撲 .................................................................................. 072
2.3 NCS 的通信能力提升 ................................................................................. 082
2.3.1 高級消息隊列協議 ........................................................................... 082
2.3.2 大規模異步并發通信技術 ............................................................... 085
2.3.3 億級消息堆積備份技術 ................................................................... 090
2.3.4 運行流程設計 ................................................................................... 097
2.3.5 仿真與通信融合 ............................................................................... 099
2.4 仿真通信規模估算 ..................................................................................... 103
2.4.1 帶寬需求估算 ................................................................................... 103
2.4.2 節點數量估算 ................................................................................... 105
2.4.3 估算偏差分析 ................................................................................... 107
2.5 網絡延遲的補償 ......................................................................................... 108
2.5.1 經典的補償方法 ............................................................................... 108
2.5.2 仿真節點客戶端插值 ....................................................................... 112
2.5.3 客戶端預測 ....................................................................................... 118
2.5.4 服務端回退 ....................................................................................... 122
2.5.5 幀率優化 ........................................................................................... 123
2.5.6 LPF 補償方法 ................................................................................... 124
2.6 延遲抖動問題 ............................................................................................. 132
2.6.1 措施一：速度或加速度預測 ........................................................... 132
2.6.2 措施二：基于閾值的狀態維護 ....................................................... 134
2.6.3 措施三：緩存隊列 ........................................................................... 135
第3 章 NCS 內同步方法 ....................................................................................... 137
3.1 方法整體設計 ............................................................................................. 138
3.1.1 基本思想 ........................................................................................... 138
3.1.2 基本原則 ........................................................................................... 138
3.1.3 外部交互關系 ................................................................................... 140
3.2 方法機制設計 ............................................................................................. 140
3.2.1 時間同步規則 ................................................................................... 140
3.2.2 消息處理時序 ................................................................................... 141
3.2.3 時間控制策略 ................................................................................... 144
3.2.4 時間驅動模式 ................................................................................... 145
3.3 方法功能實現 ............................................................................................. 148
3.3.1 內同步過程設計 ............................................................................... 149
3.3.2 邏輯幀 ............................................................................................... 150
3.3.3 前瞻時間 ........................................................................................... 152
3.3.4 LBTS .................................................................................................... 154
3.3.5 多仿真步長協同 ............................................................................... 157
3.4 方法評價與指標 ......................................................................................... 160
3.4.1 性能指標 ........................................................................................... 160
3.4.2 方法評價 ........................................................................................... 161
第4 章 NCS 外同步方法 ....................................................................................... 165
4.1 虛實結合的NCS 運行 ................................................................................ 166
4.2 外同步的需求分析 ..................................................................................... 169
4.2.1 機器時間對齊問題 ........................................................................... 169
4.2.2 系統實時運行問題 ........................................................................... 171
4.2.3 虛實交互因果維護 ........................................................................... 173
4.2.4 外同步性能指標 ............................................................................... 174
4.3 基于遞階混合的機器時鐘對齊.................................................................. 176
4.3.1 整體方案 ........................................................................................... 176
4.3.2 設置標準時鐘源 ............................................................................... 180
4.3.3 網絡延遲測量 ................................................................................... 193
4.3.4 機器時間校正算法 ........................................................................... 196
4.3.5 關于時基的說明 ............................................................................... 200
4.4 NCS 實時運行技術 ..................................................................................... 200
4.4.1 實時性分析 ....................................................................................... 200
4.4.2 內外同步與實時運行 ....................................................................... 205
4.4.3 實兵實裝集成 ................................................................................... 213
4.4.4 多節點實時調度 ............................................................................... 215
4.5 虛實交互事件同步 ..................................................................................... 218
4.5.1 事件分類 ........................................................................................... 218
4.5.2 不可預測事件的確定 ....................................................................... 221
4.5.3 虛實之間數據交互 ........................................................................... 224
4.5.4 經典的虛實同步方法 ....................................................................... 226
4.5.5 基于影子模型的虛實同步算法 ....................................................... 230
第5 章 NCS 時間同步的軟件實現 ...................................................................... 237
5.1 仿真中間件 ................................................................................................. 238
5.1.1 基本概念 ........................................................................................... 238
5.1.2 基本特征 ........................................................................................... 238
5.1.3 特性要求 ........................................................................................... 239
5.2 體系結構 ..................................................................................................... 240
5.2.1 系統結構 ........................................................................................... 240
5.2.2 功能結構 ........................................................................................... 241
5.2.3 部署模式 ........................................................................................... 242
5.3 運行機制 ..................................................................................................... 243
5.3.1 服務調用時序流程 ........................................................................... 243
5.3.2 中間件仿真服務的調用和運行流程 ............................................... 244
5.3.3 中間件仿真服務運行機理 ............................................................... 245
5.4 時間同步功能實現 ..................................................................................... 246
5.4.1 Tick 機制 .......................................................................................... 246
5.4.2 主要接口實現 ................................................................................... 251
5.4.3 服務器集群 ....................................................................................... 254
5.4.4 數據打包方式 ................................................................................... 256
參考文獻 ...................................................................................................................... 257
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