模型模型工具

文章编号:1001-2486(2006)06-0120-04利用XMi实现基于BOM的仿真模型组件的交换!
龚建兴,张新宇,黄健,李革,黄柯棣(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073)摘要:BOM(BaseObjectModel)是快速构建仿真系统或联邦的可重用信息交互包,基于BOM的仿真模型组件是BOM信息描述的实现体,作为构建仿真系统或联邦的可重用模块.
通过应用模型驱动体系结构(MDA,Model-DrivenArchitecture)提出的实现模型交换标准XMI(XML-basedMetadataInterchange),HLA(HighLevelArchitecture)仿真模型组件的建模和实现在两个不同层次上实现跨平台、跨语言和跨领域间的交换,而且HLA的重用性和互操作性思想能够在除分布式仿真领域外的其他应用领域中得到推广.
关键词:基本对象模型;仿真模型组件;模型驱动系统结构;XML元数据交换;高层体系结构中图分类号:TP391.
9文献标识码:AUsingXMitorealizetheinterchangeofsimulationModelComponentsBasedonBOMGONGjian-xing,ZHANGXin-yu,HUANGjian,LIGe,HUANGKe-di(CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,NationalUniv.
ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:TheBOM-basedsimulationmodelcomponentistheimplementationofthedescriptionofBOM,Whichisregardedasthereusableinterplayinformationpackageforrapidlybuildingsimulationsorfederation.
WiththeintroductionofXMIstandardprovidedbyMDAtointerchangemodels,itispossiblefortheinterchangeofHLAsimulationmodelcomponentstobeappliedtodifferentplatforms,differentprogramminglanguagesandvariousdomainsonthetWolevelsofsimulationcomponentsmodelingandimplementation.
SothereusabilityandinteroperabilityofHLAcanbeexpandedintootherdomainsbesidesthedistributedsimulationdomain.
Keywords:BOM(baseobjectmodel);simulationmodelcomponent;MDA(model-drivenarchitecture);XMI-basedmetadatainterchange;HLA(highlevelarchitecture)HLA是一个开放的、支持面向对象的体系结构,通过定义对象模型(FOM,FedrationObjectModel)、仿真系统之间的编程接口(RTI-API)来实现组件的装配,目的是将各类异构的仿真系统集成为一个分布交互的综合仿真系统,其核心思想是互操作和重用.
为了促进在世界范围内政府部门和非政府部门的仿真互操作能力,仿真互操作标准化组织(SISO,SimulationInteroperabilityStandardsOrganization)引进BOM支持和提高仿真组件的重用性,希望能够为各种仿真系统FOM的设计提供一套基础的标准,以促进FOM的重用性,把BOM作为一种促进互操作性、重用性和可组合性的实现机制,鼓励灵活、快速、有效地开发和管理模型.
1MDA与HLA的结合MDA的概念通过OMG构建模型的标准对系统的交互性提供了一种开放的、供应商中立的方法(如图1所示):统一建模语言(UML)、元对象设施(MetaObjectFacility,MOF)、XML元数据交换(XML-basedMetadataInterchange,XMI)和公共仓库元模型(CommonWarehouseMeta-model,CWM),分别解决了MDA的模型建立、模型扩展、模型交换、模型变换这几个方面的问题.
MDA核心技术思想!
收稿日期:2006-06-06基金项目:国家自然科学基金资助项目(60374065)作者简介:龚建兴(1977—),男,博士生.
国防科技大学学报第28卷第6期jOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.
28No.
62006就是元建模(meta-modeling)技术,即通过对OMG中不同的标准采用一个统一的元模型来将它们融合到一个统一的视角,采用了一个公共的稳定模型,它独立于语言、提供商和中间件.
以这样一个模型为中心,用户可以利用MDA来派生针对不同平台的代码,即使底层的支撑环境发生了改变,这一元模型也是保持不变的,并能够移植到不同的中间件和平台环境下.
MDA是一种组织和管理自动化工具支持的企业系统结构以及用于定义模型和推动不同模型类型之间转化的方法.
图1模型驱动体系结构Fig.
1Modeldrivenarchitecture图2BOM模板结构Fig.
2BOMcomposition从技术的角度而言,MDA与HLA技术都致力于系统互操作的实现,但前者重点解决模型的重用问题,而后者则从通讯互联的角度出发.
因此,本文通过MDA提出的XMI标准实现基于BOM的仿真模型组件跨平台、跨语言和跨领域间的交换,使HLA的重用性和互操作性思想不仅在分布式仿真领域内得到实现,而且能够在更广泛领域中得到推广.
2基本对象模型BOM和XMIBOM可以视为一组可重用的信息包,用来表示仿真内部交互活动的各种模式(见图2),其概念是基于这样的假设:仿真系统和联邦的各组成部分能够被抽取出来,并作为建模的基本模块或者组件来进行使用.
仿真模型组件的相互作用可以用可重用的模式来进行描述,这些模式以仿真元素间的事件序列方式出现,并采用BOM内提供的HLA对象模型结构来进行实现.
BOM的内容本身就是采用XML和XMLschema的方法来定义和校验所描述的内容,有利于增强数据的交换和理解能力.
在MDA中,MOF是OMG的元数据接口标准,定义和管理一系列可互操作的元模型及其实例(模型),通过定义简单但具有充分语义的元—元数据描述了不同领域的对象分析和设计初始阶段的元模型,作为定义CWM和UML元模型的更通用的模型.
XMI将MOF映射到WC的XML语言上,基于MOF的元模型被转换为DTDs或者XMLschema,模型根据其对应的DTD或者XMLschema被转换为XML文档.
因此,任何实现基于MOF的模型工具都能通过XMI实现模型的相互交换.
图简单的雇佣UML模型Fig.
Example:employmentmodel图4UML模型交换Fig.
4InterchangeofUMLmodels图描述了非常简单的企业雇佣的UML模型,存在Person和Business两个简单类,它们之间的关121龚建兴,等:利用XMI实现基于BOM的仿真模型组件的交换联关系是雇佣与被雇佣关系.
以上UML模型,我们可以通过任何UML建模工具进行描述,但是在MDA之前,每个UML建模工具对UML模型都是基于不同开发商提出的格式,因此,即使是简单的UML模型,都无法在不同的UML建模工具间进行交换.
MDA提出的XMI规范标准有一个很重要的目标就是使UML模型描述采用统一的格式,实现UML模型之间的无缝交换.
图4表示不同的建模工具通过统一标准XMI实现UML模型相互间的交换,基于XMI表示的UML模型可以被支持MDA规范的各种建模工具读取,实现UML模型表示与开发商相独立,XMI又使UML模型的跨平台和跨语言的交换成为可能.
3通过XMI实现仿真模型组件的交换3.
1仿真模型组件在建模层次上的交换在分布式仿真的HLA体系结构应用中,开发一个仿真系统通常遵循FEDEP(FederationDevelopmentandExecutionProcess,IEEEStdl5l6.
3:联邦开发和运行过程)规范,首先就是需求分析,定义联邦开发目标,接着就是开发描述系统的概念模型,通常借助面向对象的UML建模工具(如IBM的Rose建模工具、Borland的Together建模工具、Microsoft的Visio绘图工具等),然后把这些模型表示为HLA所需的对象模型(如联邦对象模型FOM).
但是,目前在UML模型与HLA对象模型之间存在断层,即两者之间不能直接转换,因此UML模型只能存在图纸层次上,无法在HLA仿真系统开发中应用.
其中,有一个解决方案就是开发建模工具的插件,利用建模工具IDE强大的建模能力,通过映射转换为HLA兼容的对象模型.
但是不同的建模工具定义的文件格式根据不同的开发商有所不同,造成不同的工具需要开发不同的插件,工作量大而且不通用.
目前HLA对象模型只能描述概念模型的静态关系(如采用类的静态关系),无法描述概念模型间的动态关系(如仿真对象之间的消息传递、仿真系统内部的状态变化等),而SISO提出的BOM基本对象模型丰富了HLA的对象模型信息,正如第2节所论述.
同时BOM采用XML文件格式目的是便于仿真模型组件交换和共享,但是出发点主要还是关注整个分布仿真领域内实现仿真模型的交换和共享,要推广到其他领域还需要一定的努力.
如何精确描述BOM提出的对象模型的动态关系,是开发HLA建模工具的一个重要难点.
图5仿真模型组件在建模和实现层次上的交换Fig.
5InterchangeofSMcatthelevelofmodelingandimplementation为解决以上HLA建模方面遇到的几个问题,本文利用MDA思想提出采用如图5的方案.
仿真模型组件从抽象层次上,可以分为PIM和PSM两个不同的视点.
在PIM层次上,仿真模型组件的描述信息BOM采用XMI标准格式,这样BOM可以被任何兼容MOF的模型工具如Rose建模工具和Together建模工具所导入,得到众多的商业化和开源建模工具的支持,充分利用这些成熟的建模技术开22l国防科技大学学报2006年第6期发更加精确和更加丰富的HLA对象模型,使仿真模型组件不但可以在分布式仿真领域内而且在更广泛的其他领域(如制造业、教育等)共享和交换.
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"仿真模型组件在实现层次上的交换以上从仿真模型组件的建模层次上论述了采用XMI标准格式描述,使仿真模型组件为各种支持XMI的UML建模工具所交换和共享,更重要的是便于在不同领域中交换和共享.
如图5,同样如第2节所论述,在仿真模型组件的实现层次上(即PSM层次)采用XMI标准格式描述的仿真模型组件信息可以很容易地获取不同平台的特定实现.
XSLT(EXtensibleStylesheetLanguageTransformations,可扩展样式语言转换)是一种功能强大的说明性计算机语言,提供一套规则,用于将一组元素描述的XML数据转换为另一组描述文档,或者甚至是将该数据转换为一种自定义的文本格式.
XSLT把模板文件作为XSLT变换处理器的变换语法规则的集合,通过这些规则把源文件变换为所需的目的文件.
如图5,我们利用XSLT这种变换机制,根据不同平台和不同实现语言的特点编写相应的仿真模型组件的变换模板文件,把建模层次上获取到仿真模型组件描述信息(即BOM)作为XSLT变换的源文件,同时根据这些模板提供的语法规则,XSLT变换处理器自动生成特定平台(如WindoWs和LinuX等)和特点编程语言(如C++、Java和Ada等)所需的仿真模型组件实现代码.
这种变换机制使仿真模型组件的模型描述信息与具体的实现平台和编程语言相隔离,同时在需求可能不断变化情况下,只需要修改相应的模板,通过XSLT可以很方便转换新的仿真模型组件实现代码文件,在实现层上使仿真模型组件描述文件在不同平台和不同编程语言上进行交换和共享.
#结论为了促进在世界范围内政府部门和非政府部门的仿真互操作能力,仿真互操作标准组织引进BOM支持和提高仿真组件的重用性.
BOM作为一种促进互操作性、重用性和可组合性的实现机制,鼓励灵活、快速、有效地开发和管理模型.
在FEDEP中,BOM为快速构建和修改仿真系统和联邦提供了可重用的HLA仿真组件.
MDA的XMI标准使基于BOM仿真模型组件实现跨平台、跨语言和跨领域间的交换成为可能,而且MDA的优势使HLA的重用性和互操作性思想不仅在分布式仿真领域内得到实现,而且能够在更广泛领域中得到推广,这也是分布式仿真技术未来发展的方向和目标.
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