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KY-RTI分布仿真技术：附录1 分组聊天（HLA数据分发管理的应用）

2023-05-16

       本章从RTI开发者的角度简单地介绍HLA1.3标准中的数据分发管理（DDM，Data Distributed Management）并给出了一个具体的示例。前面介绍了基于各种程序设计语言开发的聊天程序示例，一个仿真成员的聊天内容会被发送给所有其他仿真成员；但能不能将仿真成员进行分组，组内的成员在聊天时不影响其他组呢？HLA数据分发管理可以完美地实现这一功能，甚至实现更进一步的功能：将仿真成员分组，一个仿真成员可以向任意组内的仿真成员发送消息；当然自己除外，因为HLA标准规定一个仿真成员不会收到自己发送的消息，自己发送的消息没有必要在网络上走一圈再送给自己。

10.1 HLA的数据过滤机制

       HLA是一个数据交换的标准，仿真成员通过RTI软件交换数据。HLA为数据交换提供了两种过滤机制：

       （1）声明管理服务

       声明管理服务主要包含对象类和交互类的公布、订购、取消公布、取消订购等一系列服务。以战场仿真为例，如果一个仿真成员订购了对象类plane，则它会收到任何该对象类实例所更新的属性值；以本文的聊天程序为例，如果一个仿真成员订购了交互类chat，则它会收到任何其他人的聊天内容。

       （2）数据分发管理服务

       数据分发管理服务提供了更精细的数据过滤方法。以战场仿真为例，一个仿真成员在订购对象类plane时可以加一个“限制”，当一个plane对象实例在更新属性时也带一个“限制”，在HLA1.3标准中这个“限制”称之为区域“region”。我们把前一个区域称之为“订购区域”，后一个区域称之为“更新区域”，当两个区域有部分重叠时，则订购者会收到发送者发送的数据；以本文的聊天程序为例，如果一个仿真成员在订购交互类时带一个“订购区域”，发送交互时带一个“发送区域”，则仅当两个区域有部分重叠时，则订购者会收到发送者发送的聊天内容。这就意味着，如果将“订购区域”分为2个组，则发送者可以向任意一个组发送聊天内容。

10.2 数据分发管理中的概念

       如图10.1所示，本节以红蓝双方的战场仿真为例，简单地介绍数据分发管理中的相关概念。

       （1）routing space（路由空间）：路由空间可以理解为整个仿真空间。

       路由空间可以定义自己的维“dimension”。在HLA中，正如“联邦”代表整个系统，是一个“虚”的概念，它到底代表所有的人、所有的机器、所有的程序还是其他什么呢？路由空间也是一个“虚”的概念，不特指某个具体的空间。

       （2）region（区域）：一个区域包含多个分域(extent)。图10.1可以理解为有3支红方部队要去攻占蓝方的2个山头。红方区域包含3个分域，每个分域可以理解为1支部队的部署态势；蓝方区域包含2个分域，每个分域可以理解为1个山头。

       区域没有维的概念。你可以把它理解为一个集合，该集合中含有若干个分域。

       （3）extent（分域）：本文把extent称之为分域，有些文章中称之为“限域”。

       分域有维的概念，是区域中的一个具体的小空间。在数学上，如果每个集合只包含1个元素，那么我们可以离开“集合”这个概念，而直接讨论其中的元素就可以了。类似地，假设规定每个区域只有1个分域，那么HLA中可以去掉区域的概念，而直接讨论分域；由此分域与路由空间这两个概念就更容易理解了，两者都有“维”的概念，前者是由多个“维”构成的具体空间；后者是由多个“维”构成的“虚”空间。

       一个具体空间的大小是有尺寸的，而“虚”空间的尺寸则无限大（不超过32位的最大整数）。这样，就引入了range的概念。

       （4）range（范围）：将一个“维”的上界和下界定义后就是范围。有人可能会说，本次仿真规定，“作战范围为方圆300千米”，这是路由空间的范围吗？其实，在RTI中，你没有办法去设置一个路由空间的范围，你只能设置一个分域中维的范围。前面的一句话意味着每个分域的范围在方圆300千米之内。当你设置维的范围之后，这就意味着由多个维构成的分域是一个方形空间，绝对不会是一个类似三角形、菱形、五角星、六边形之类的奇怪形状。

       （5）dimension（维）：不要简单地将“维”理解为三维空间中的“维”，任何属性都可以定义为一个“维”。譬如面包师傅每天做“咸”和“甜”两种面包，则面包的这种“味道”就是面包的一个属性，可以定义为一个“维”；从公布订购关系来看，面包师傅公布“咸”和“甜”两种面包，顾客按照自己的喜好订购这两类面包，快递员（RTI）按照顾客的需求负责将面包配送给顾客。在后面的聊天程序中，按照仿真成员句柄的奇偶特性分为2组，这也是一个维。

       在HLA1.3标准中，“维”必须定义为大于等于0的整数，不能超过32位整数的最大值。假设最大值为1000，如果你需要的最大值为2000，则可用的一种办法是对各个数进行线性化处理，将所有的值除以2，于是2000/2=1000满足要求。

       （6）overlap（重叠）：图10.1定义了红方区域和蓝方区域，如果任意一个红方分域与任意一个蓝方分域相交，则称两个区域重叠。

                                                                            图10.1 数据分发管理中的概念

10.3项目设计

       当仿真成员加入联邦时，RTI会返回一个句柄。如图10.2所示，本项目根据该句柄的奇偶数将所有仿真成员分为两组：group0为偶数，group1为奇数。两个组内的成员互相通信，组间不能通信。在程序中使用了订购区域和发送区域，稍微修改一下代码，则可以做到向任何一个组发送消息。

                                                                                        图10.2两个分组

       每条聊天信息应包含2个内容：聊天者昵称、聊天的一句话，这样接收者就会知道是谁在发言。将聊天信息封装为一个交互类chat_group，“聊天者昵称”用name表示，“聊天的一句话”用sentence表示，两个都是字符串类型。聊天程序使用的FED文件如表10.1所示，该文件可使用KY-OMT对象模型模板工具自动生成。

                                                 表10.1  C++分组聊天示例：chat_ddm.fed

  1. (FED
  2.   (Federation fed_example)
  3.   (FEDversion v1.3)
  4.   (spaces
  5.     (space group
  6.       (dimension groupid)
  7.     )
  8.   )
  9.   (interactions
  10.     (class InteractionRoot reliable receive
  11.       (class RTIprivate reliable receive)
  12.       (class chat_group reliable receive group
  13.         (parameter name)
  14.         (parameter sentence)
  15.       )
  16.     )
  17.   )
  18. )

       从表10.1可以看到，“spaces”部分定义了一个名为“group”的路由空间，它有1个“groupid”维。

       从字面意义上看，“spaces”是一个英语复数名词，意味着在其中可以定义多个“space”，每个“space”都是一个路由空间。这就是说，一个仿真可以定义多个路由空间。譬如对战场仿真而言，所有的飞机和雷达可以将整个三维战场空间作为它们的路由空间；而“红方部队”、“蓝方部队”则可以将“参战部队”作为它们的路由空间，其取值范围就是“红方部队”和“蓝方部队”这两个枚举值，相当于本例中的group0和group1两个聊天小组。

10.4代码设计

       该程序比较简单，一个Chat.cpp和HwFederateAmbassador.cpp就可以实现。前者通过调用创建联邦执行、加入联邦执行、创建区域、设计区域的分域中的维的上下界、公布交互类、带区域订购交互类、带区域发送交互，仿真完成时退出联邦；后者用来接收RTI的回调消息，当订购区域与发送区域重叠时，会收到发送方的数据。

       本项目对时间没有特别要求，不需要采用HLA时间管理机制。当RTI收到聊天信息时就立即发送给其他人，不需要调用tick服务。

       Chat.cpp代码说明：

11-13行：定义交互类及其参数句柄变量；

31-40行：创建联邦执行；

42-59行：加入联邦执行；

44行：根据返回的仿真成员句柄设置分组号；

63-65行：获取交互类及其参数句柄；

67-68行：获取路由空间和维句柄；

72行：定义发送区域；

73行：定义订购区域；

75-76行：设置发送区域的extent0分域中维的上下界；

77行：通知RTI更新发送区域；

79-80行：设置订购区域的extent0分域中维的上下界；

81行：通知RTI更新订购区域；

85行：公布交互类，只有公布之后才能够向RTI发送交互；

87行：带区域订购交互类，只有订购并且区域匹配之后才能够从RTI收到其他人的聊天内容；

91-114行：循环操作，每次输入一句话，并调用sendInteraction服务发送给RTI；当用户输入“exit”时则退出执行；

104-107行：带区域发送交互；

116-121行：退出联邦执行，不再参加仿真；

123-134行：销毁联邦。如果是最后一个仿真成员执行该操作，则整个仿真结束。

                                                       表10.2  C++分组聊天示例：chat.cpp

  1. #include "HwFederateAmbassador.hh"
  2. #include <RTI.hh>
  3. #include <fedtime.hh>
  4. #include <iostream>
  5. using namespace std;
  6. /*
  7.   本程序有2个分组,一个人的聊天内容只能被同组中的人看到.
  8.   使用HLA的数据分发管理服务(DDM)来实现，分组必须为[0, 4294967295)间的整数.
  9. */
  11. RTI::InteractionClassHandle     hChatClass;
  12. RTI::ParameterHandle        hChatName;
  13. RTI::ParameterHandle        hChatSentence;
  15. int mygroup = 0; //取值0或1,本程序有2个分组
  17. int hw_main(int argc, char *argv[]) {
  18.     const char *federationExecutionName = "chat";
  19.     const char *FEDfile = "chat_ddm.fed"; //本例使用chat_ddm.fed
  21.     char federateName[50];
  22.     cout << "Please input your name: ";
  23.     cin >> federateName;
  25.     try {
  26.         RTI::RTIambassador       rti;
  27.         HwFederateAmbassador     fedAmb;
  29.         RTI::FederateHandle      federateId;
  31.         try {
  32.             rti.createFederationExecution(federationExecutionName, FEDfile);
  33.         }
  34.         catch ( RTI::FederationExecutionAlreadyExists& e ) {
  35.             //According to the HLA standard, only the first federate can call this service succesfully.
  36.             //cerr << "FED_HW: Note: Federation execution already exists." << e << endl;
  37.         } catch ( RTI::Exception& e ) {
  38.             cerr << "FED_HW: ERROR:" << e << endl;
  39.             return -1;
  40.         }
  42.         try {
  43.             federateId = rti.joinFederationExecution(federateName,
                                                     federationExecutionName, &fedAmb);
  44.             mygroup = federateId % 2; //取值0或1,本程序有2个分组
  45.             cout << "***I am in group " << mygroup << "***" << endl;
  46.         } catch (RTI::FederateAlreadyExecutionMember& e) {
  47.             cerr << "FED_HW: ERROR: " << argv[1]
  48.                  << " already exists in the Federation Execution "
  49.                  << federationExecutionName << "." << endl;
  50.             cerr << e << endl;
  51.             return -1;
  52.         } catch (RTI::FederationExecutionDoesNotExist&) {
  53.             cerr << "FED_HW: ERROR: Federation Execution "
  54.                  << "does not exists."<< endl;
  55.             return -1;
  56.         } catch ( RTI::Exception& e ) {
  57.             cerr << "FED_HW: ERROR:" << e << endl;
  58.             return -1;
  59.         }
  61.         ///
  63.         hChatClass = rti.getInteractionClassHandle("chat_group"); //对应chat_ddm.fed中的chat_group
  64.         hChatName = rti.getParameterHandle("name", hChatClass);
  65.         hChatSentence = rti.getParameterHandle("sentence", hChatClass);
  67.         RTI::SpaceHandle  hGroup = rti.getRoutingSpaceHandle("group"); //对应chat_ddm.fed中的group
  68.         RTI::DimensionHandle  hGroupid = rti.getDimensionHandle("groupid", hGroup);
  70.         //-------------------------------------------------
  71.         //本例实际上只需要一个group即可，这里定义两个group，分别用于发送和接收，
            //其实二者可以使用相同的group.
  72.         RTI::Region* send_group = rti.createRegion(hGroup, 1); //只有1个extent，即extent0
  73.         RTI::Region* receive_group = rti.createRegion(hGroup, 1); //只有1个extent，即extent0
  75.         send_group->setRangeLowerBound(0, 0, mygroup);
                                //extent0的第0维为groupid,设置其下界为mygroup
  76.         send_group->setRangeUpperBound(0, 0, mygroup);
                                //extent0的第0维为groupid,设置其上界为mygroup
  77.         rti.notifyAboutRegionModification(*send_group); //通知RTI更改
  79.         receive_group->setRangeLowerBound(0, 0, mygroup);
                                //extent0的第0维为groupid,设置其下界为mygroup
  80.         receive_group->setRangeUpperBound(0, 0, mygroup);
                                //extent0的第0维为groupid,设置其上界为mygroup
  81.         rti.notifyAboutRegionModification(*receive_group); //通知RTI更改
  82.         //-------------------------------------------------
  84.         //如果向外发送，则需要公布
  85.         rti.publishInteractionClass(hChatClass); //没有后缀WithRegion
  86.         //如果需要接收，则必须订购
  87.         rti.subscribeInteractionClassWithRegion(hChatClass, *receive_group); //有后缀WithRegion
  89.         string szSentence;
  90.         cin.ignore();
  91.         while (0 != strcmp(szSentence.c_str(), "exit")) {
  92.             cout << "Please input a sentence: ";
  93.             getline(cin, szSentence);
  95.             RTI::ParameterHandleValuePairSet* pParams = NULL;
  96.             long numParams(2);
  97.             pParams = RTI::ParameterSetFactory::create (numParams);
  99.             pParams->add(hChatName,(char*)federateName, strlen(federateName)+1);
  100.             pParams->add(hChatSentence,(char*)szSentence.c_str(), szSentence.size());
  102.             try {
  103.                 //这里演示如何使用HLA中的tag,tag是一个字符串,设置为"0"或"1"
  104.                 if(mygroup == 0)
  105.                     rti.sendInteractionWithRegion(hChatClass, *pParams, "0", *send_group);  //有后缀WithRegion
  106.                 else
  107.                     rti.sendInteractionWithRegion(hChatClass, *pParams, "1", *send_group);  //有后缀WithRegion
  108.             } catch(...) {
  109.                 cerr << "Error: send interaction" << endl;
  110.             }
  112.             pParams->empty();
  113.             delete pParams;   // Deallocate the memory
  114.         }
  116.         try {
  117.             rti.resignFederationExecution( RTI::DELETE_OBJECTS_AND_RELEASE_ATTRIBUTES );
  118.         } catch ( RTI::Exception& e ) {
  119.             cerr << "FED_HW: ERROR:" << e << endl;
  120.             return -1;
  121.         }
  123.         try {
  124.             rti.destroyFederationExecution( federationExecutionName );
  125.         } catch ( RTI::FederatesCurrentlyJoined& /* e */ ) {
  126.             cerr << "FED_HW: FederatesCurrentlyJoined" << endl;
  127.             return 0;
  128.         } catch ( RTI::FederationExecutionDoesNotExist& /* e */) {
  129.             cerr << "FED_HW: FederationExecutionDoesNotExist" << endl;
  130.             return 0;
  131.         } catch ( RTI::Exception& e ) {
  132.             cerr << "FED_HW: ERROR:" << e << endl;
  133.             return -1;
  134.         }
  135.     } catch (RTI::ConcurrentAccessAttempted& e) {
  136.         cerr << e << endl;
  137.         return -1;
  138.     } catch ( RTI::Exception& e ) {
  139.         cerr << "FED_HW: ERROR:" << e << endl;
  140.         return -1;
  141.     }
  143.     return 0;
  144. }
  146. int
  147. main(int argc, char** argv) {
  148.     return hw_main(argc, argv);
  149. }

       回调消息没有订购区域和发送区域之分。HwFederateAmbassador.cpp代码说明：

10-24行：由于不处理时间参数，因此如果接收到这种类型的receiveInteraction交互，则直接调用不带时间参数的服务来统一处理；

26-65行：处理接收到的聊天信息并输出，tag按原样输出。

                                               表10.3  C++分组聊天示例：HwFederateAmbassador.cpp

  1. #include "fedtime.hh"
  2. #include "HwFederateAmbassador.hh"
  3. #include <iostream>
  4. using namespace std;
  6. extern RTI::InteractionClassHandle     hChatClass;
  7. extern RTI::ParameterHandle            hChatName;
  8. extern RTI::ParameterHandle            hChatSentence;
  10. void HwFederateAmbassador::receiveInteraction (
  11.     RTI::InteractionClassHandle       theInteraction, // supplied C1
  12.     const RTI::ParameterHandleValuePairSet& theParameters,  // supplied C4
  13.     const RTI::FedTime&                  theTime,        // supplied C4
  14.     const char                                    *theTag,         // supplied C4
  15.     RTI::EventRetractionHandle        theHandle)      // supplied C1
  16. throw (
  17.     RTI::InteractionClassNotKnown,
  18.     RTI::InteractionParameterNotKnown,
  19.     RTI::InvalidFederationTime,
  20.     RTI::FederateInternalError)
  21. {
  22.     //call the next service.
  23.     this->receiveInteraction( theInteraction, theParameters, theTag );
  24. }
  26. void HwFederateAmbassador::receiveInteraction (
  27.     RTI::InteractionClassHandle       theInteraction, // supplied C1
  28.     const RTI::ParameterHandleValuePairSet& theParameters,  // supplied C4
  29.     const char                                   *theTag)         // supplied C4
  30. throw (
  31.     RTI::InteractionClassNotKnown,
  32.     RTI::InteractionParameterNotKnown,
  33.     RTI::FederateInternalError)
  34. {
  35.     RTI::ParameterHandle paraHandle;
  36.     RTI::ULong           valueLength;
  38.     //Usage of char[] and string
  39.     char name[256];   //name of sender
  40.     string sentence;  //sentence of sender
  42.     if(theInteraction == hChatClass) {
  43.         for ( int i = 0; i < theParameters.size(); i++ ) {
  44.             paraHandle = theParameters.getHandle( i );
  46.             if(paraHandle == hChatName) {
  47.                 theParameters.getValue(i, (char*)name, valueLength);
  49.                 /*If name is a double number, you can do this way.
  50.                     double name;
  51.                     theParameters.getValue(i, (char*)&name, valueLength);
  52.                 */
  54.             } else if(paraHandle == hChatSentence) {
  55.                 sentence.resize(theParameters.getValueLength(i));
  56.                 theParameters.getValue(i, (char*)sentence.c_str(), valueLength);
  58.             } else {
  59.                 cout << "Receive wrong parameter handle." << endl;
  60.             }
  61.         }
  63.         cout << endl << name << "(group " << theTag << "): " << sentence << endl;
  64.     }
  65. }

KY-RTI的Linux、Windows版本和源码请联系作者:walt_lbq@163.com

KY-RTI分布仿真技术：前 言

KY-RTI分布仿真技术：第一章 简介

KY-RTI分布仿真技术：第二章 系统安装

KY-RTI分布仿真技术：第三章 KY-OMT对象模型模板工具

KY-RTI分布仿真技术：第四章 C++程序设计

KY-RTI分布仿真技术：第五章 Qt程序设计

KY-RTI分布仿真技术：第六章 Java程序设计

KY-RTI分布仿真技术：第七章 Visual C++程序设计

KY-RTI分布仿真技术：第八章 Visual C#程序设计

KY-RTI分布仿真技术：第九章 综合演示

KY-RTI分布仿真技术：附录1 分组聊天（HLA数据分发管理的应用）

KY-RTI分布仿真技术：附录2 大联邦（构建1000个成员的HLA/RTI仿真系统）

KY-RTI分布仿真技术：附录3 国产化（操作系统+CPUs）

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