بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي

بروتوكول محاكاة المستوى التجميعي (ALSP) هو بروتوكول وبرمجيات داعمة تُمكّن عمليات المحاكاة من التفاعل فيما بينها. وقد استُبدل لاحقًا ببنية المستوى العالي (المحاكاة) (HLA) ، وكان يُستخدم من قِبل الجيش الأمريكي لربط عمليات المحاكاة التحليلية والتدريبية.

يتكون برنامج ALSP من:

1. برنامج البنية التحتية ALSP (AIS) الذي يوفر دعمًا وإدارةً لمحاكاة وقت التشغيل الموزعة؛
2. واجهة ALSP قابلة لإعادة الاستخدام تتكون من بروتوكولات عامة لتبادل رسائل البيانات؛ و
3. عمليات المحاكاة المشاركة مُعدّلة للاستخدام مع برنامج ALSP.

في عام 1990، كلّفت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) مؤسسة MITRE بدراسة تطبيق مبادئ المحاكاة التفاعلية الموزعة المستخدمة في برنامج SIMNET على محاكاة التدريب البنّاء على مستوى التجميع. واستنادًا إلى جهود النموذج الأولي، أُجريت تجربة مجتمعية في عام 1991 لتوسيع نطاق SIMNET لربط محاكاة معركة سلاح الجو الأمريكي (CBS) ومحاكاة الحرب الجوية التابعة لسلاح الجو الأمريكي (AWSIM) . وقد أدى نجاح النموذج الأولي وإدراك المستخدمين لقيمة هذه التقنية لمجتمع التدريب إلى تطوير برمجيات إنتاجية. ودعم أول اتحاد ALSP، الذي وفّر تفاعلات جوية-أرضية بين CBS وAWSIM، ثلاث مناورات رئيسية في عام 1992.

بحلول عام 1995، تحوّل برنامج ALSP إلى برنامج متعدد الخدمات، حيث شمل محاكاة تمثل الجيش الأمريكي (CBS)، والقوات الجوية الأمريكية (AWSIM)، والبحرية الأمريكية ( RESA )، ومشاة البحرية الأمريكية ( MTWS )، والحرب الإلكترونية ( JECEWSI )، واللوجستيات ( CSSTSS )، والاستخبارات ( TACSIM ). كما انتقل البرنامج من تركيز وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) على البحث والتطوير إلى الإدارة الرئيسية من قبل المكتب التنفيذي لبرنامج المحاكاة والتدريب والأجهزة ( PEO STRI ) التابع للجيش الأمريكي.

قامت شركة ALSP بتطوير وعرض الجوانب الرئيسية للمحاكاة الموزعة، والتي تم تطبيق العديد منها في تطوير HLA.

• لا توجد عقدة مركزية، بحيث يمكن لعمليات المحاكاة الانضمام إلى الاتحاد والانسحاب منه حسب الرغبة.
• التوزيع الجغرافي حيث يمكن توزيع أجهزة المحاكاة على مواقع جغرافية مختلفة مع إمكانية ممارسة التمارين في نفس البيئة المحاكاة
• تتيح ملكية الكائنات لكل محاكاة التحكم في مواردها الخاصة، وإطلاق أسلحتها الخاصة، وتحديد الضرر المناسب لأنظمتها عند تعرضها لإطلاق النار.
• بروتوكول قائم على الرسائل لتوزيع المعلومات من محاكاة واحدة إلى جميع المحاكاة الأخرى.
• إدارة الوقت بحيث تظهر أوقات جميع عمليات المحاكاة بنفس الشكل للمستخدمين، وبحيث يتم الحفاظ على السببية في الأحداث - يجب أن تحدث الأحداث بنفس التسلسل في جميع عمليات المحاكاة.
• تتيح إدارة البيانات لجميع عمليات المحاكاة تبادل المعلومات بطريقة مفهومة للجميع، حتى وإن كان لكل منها تمثيلها الخاص للبيانات. ويشمل ذلك عمليات محاكاة متعددة تتحكم في خصائص الكائن نفسه.
• بنية تسمح لعمليات المحاكاة بمواصلة استخدام بنيتها الحالية أثناء المشاركة في اتحاد ALSP.

في عام ١٩٨٩، استضاف مركز إعداد المحاربين (WPC) في إينسيدلرهوف بألمانيا التمرين العسكري المحوسب ACE-89. واستغلت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة ( DARPA ) هذا التمرين كفرصة لإدخال التكنولوجيا من خلال تمويل نشر شبكة محاكاة الدفاع عبر الإنترنت (DSI). وقد أتاحت تقنية مؤتمرات الفيديو عبر الإنترنت، التي تعتمد على حزم البيانات، الفرصة لكبار ضباط دول الناتو للتواصل وجهاً لوجه خلال تمرين عسكري لأول مرة، وهو ما لاقى استحساناً كبيراً. إلا أن تطبيق برنامج DSI، وهو برنامج محاكاة الحرب البرية (GRWSIM)، لم يحقق النجاح المأمول. فقد كانت محاكاة GRWSIM غير موثوقة، وقاعدة بياناتها الموزعة غير متناسقة، مما أدى إلى تراجع فعالية التمرين.

كانت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) تموّل تطوير نظام تدريب دبابات موزّع يُدعى SIMNET، حيث يتم ربط أجهزة تدريب فردية محوسبة لأطقم الدبابات عبر شبكات محلية ونظام DSI للتعاون في ساحة معركة افتراضية واحدة. وقد دفع نجاح SIMNET، وخيبة أمل ACE-89، والرغبة في دمج عمليات محاكاة القتال الحالية، وكالة DARPA إلى بدء أبحاث أدت إلى تطوير ALSP.

قامت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) برعاية تصميم واجهة عامة بين عمليات محاكاة القتال الكبيرة والموجودة على مستوى التجميع. تستخدم عمليات محاكاة القتال على مستوى التجميع نماذج لانشستريان للقتال بدلاً من نماذج الأسلحة المادية الفردية، وتُستخدم عادةً للتدريب المتقدم. على الرغم من الاختلافات في التمثيل، فإن العديد من مبادئ SIMNET تنطبق على عمليات المحاكاة على مستوى التجميع.

• إمكانية التكوين الديناميكي. يمكن للمحاكاة الانضمام إلى التمرين ومغادرته دون قيود.
• التوزيع الجغرافي. يمكن أن تتواجد عمليات المحاكاة في مواقع جغرافية مختلفة ولكنها تعمل على نفس التضاريس المنطقية.
• كيانات مستقلة. تتحكم كل محاكاة في مواردها الخاصة، وتطلق أسلحتها الخاصة، وعندما يتم إصابة أحد أهدافها، تقوم بإجراء تقييم للأضرار محليًا.
• التواصل عبر تمرير الرسائل. تستخدم المحاكاة بروتوكول تمرير الرسائل لتوزيع المعلومات على جميع عمليات المحاكاة الأخرى.

كان لتحدي ALSP متطلبات تتجاوز متطلبات SIMNET:

• إدارة وقت المحاكاة. عادةً، يكون وقت المحاكاة مستقلاً عن الوقت الفعلي. ولكي تكون نتائج المحاكاة الموزعة "صحيحة"، يجب أن يكون الوقت متسقًا عبر جميع عمليات المحاكاة. ^{[ 1 ]}
• إدارة البيانات. تختلف مخططات تمثيل الحالة الداخلية بين عمليات المحاكاة الحالية، مما يستلزم وجود نظام تمثيل مشترك وآليات رسم خرائط وتحكم مصاحبة.
• استقلالية البنية. اختلفت الخصائص المعمارية (لغة التنفيذ، وواجهة المستخدم، وآلية تدفق الوقت) للمحاكاة الحالية. يجب أن تكون البنية التي يفرضها برنامج ALSP غير مؤثرة على البنى الحالية.

الإطار المفاهيمي هو هيكل تنظيمي للمفاهيم يسهل تطوير نموذج المحاكاة. ^{[ 2 ]} تشمل الأطر المفاهيمية الشائعة: جدولة الأحداث، ومسح الأنشطة، وتفاعل العمليات.

يعتمد الإطار المفاهيمي لـ ALSP على الكائنات، حيث يتكون النموذج من كائنات تتميز بخصائص تُسند إليها قيم. تُنظم فئات الكائنات بشكل هرمي، على غرار لغات البرمجة كائنية التوجه . يدعم ALSP اتحاد عمليات المحاكاة التي تنسق باستخدام نموذج مشترك.

لتصميم آلية تسمح للمحاكاة الحالية بالتفاعل، هناك استراتيجيتان ممكنتان: (1) تحديد بنية تحتية تترجم بين التمثيلات في كل محاكاة، أو (2) تحديد مخطط تمثيلي مشترك واشتراط أن تتوافق جميع المحاكاة مع هذا المخطط.

تتطلب الاستراتيجية الأولى تعديلات طفيفة على عمليات المحاكاة الحالية؛ حيث يتم تسهيل التفاعل بالكامل من خلال بنية الربط البيني. مع ذلك، لا يتميز هذا الحل بقابلية التوسع. ونظرًا لمتطلبات التوسع الأساسية، اعتمد تصميم ALSP الاستراتيجية الثانية. ينص ALSP على أن كل محاكاة تُطابق بين مخطط التمثيل الخاص بالاتحاد ومخطط التمثيل الخاص بها. يُمثل هذا التطابق إحدى الطرق الثلاث التي يجب من خلالها تعديل المحاكاة للمشاركة في اتحاد ALSP. أما التعديلات المتبقية فهي:

• مع إدراك أن المحاكاة لا تملك جميع الأشياء التي تدركها.
• تعديل آلية التقدم الزمني الداخلية للمحاكاة بحيث تعمل بشكل تعاوني مع عمليات المحاكاة الأخرى داخل الاتحاد.

في عمليات المحاكاة المستقلة، تظهر الكائنات وتختفي مع مرور وقت المحاكاة، ويكون مصير هذه الكائنات من اختصاص المحاكاة وحدها. أما عند العمل ضمن اتحاد، فإن العلاقة بين المحاكاة والكائنات تكون أكثر تعقيدًا.

خاصية ملكية كائنات المحاكاة ديناميكية، أي أنه خلال فترة تشغيل المحاكاة، قد تمتلك أكثر من محاكاة كائنًا واحدًا. في الواقع، لأي قيمة زمنية للمحاكاة، قد تمتلك عدة محاكاة سمات مختلفة لكائن معين. اصطلاحًا، تمتلك المحاكاة كائنًا إذا كانت تمتلك السمة "المُعرِّفة" لهذا الكائن. تعني ملكية سمة الكائن أن المحاكاة مسؤولة عن حساب التغييرات في قيمة هذه السمة والإبلاغ عنها. تُعرف الكائنات التي لا تملكها محاكاة معينة ولكنها تقع ضمن نطاق إدراكها باسم "الأشباح". الأشباح هي نسخ محلية من كائنات تملكها محاكاة أخرى.

عندما تُنشئ محاكاة كائنًا، تُبلغ بذلك الاتحاد لتمكين المحاكاة الأخرى من إنشاء كائنات وهمية. وبالمثل، عندما تحذف محاكاة كائنًا، تُبلغ بذلك لتمكين حذف الكائنات الوهمية. وعندما تُجري محاكاة أي تفاعل بين أحد كائناتها وكائن وهمي، يجب عليها إبلاغ الاتحاد بذلك. في لغة ALSP، يُسمى هذا تفاعلًا. تُشكل هذه المفاهيم الأساسية قاعدة لبقية العرض. ويصف مصطلح "نموذج الاتحاد" التسلسل الهرمي للكائنات وخصائصها وتفاعلاتها التي يدعمها الاتحاد.

يُحدد الإطار المفاهيمي القائم على الكائنات، الذي تتبناه ALSP، فئات المعلومات التي يجب توزيعها. يوفر برنامج البنية التحتية لـ ALSP (AIS) توزيع البيانات وتنسيق العمليات. المكونات الرئيسية لـ AIS هي الوحدة النمطية المشتركة لـ ALSP (ACM) ومحاكي البث لـ ALSP (ABE).

إذا (اجتاز التحديث جميع معايير التصفية) | إذا (كان الكائن معروفًا للمحاكاة) | | إرسال قيم السمات الجديدة إلى المحاكاة | وإلا (الهدف غير معروف) | | إذا (توفرت معلومات كافية لإنشاء شبح) | | | إرسال رسالة إنشاء إلى المحاكاة | | وإلا (لا تتوفر معلومات كافية) | | | معلومات المتجر متوفرة | | | أرسل طلبًا إلى الاتحاد للحصول على البيانات المفقودة وإلا (فشل التحديث في تطبيق معايير التصفية) | إذا (كان الكائن معروفًا للمحاكاة) | | إرسال رسالة حذف إلى المحاكاة |وإلا | | تجاهل بيانات التحديث 

يتكون مخطط الاتصال ALSP من (1) نموذج اتصالات بين المكونات يحدد واجهة طبقة النقل التي تربط مكونات ALSP، (2) بروتوكول متعدد الطبقات للاتصال بين عمليات المحاكاة، وإدارة الكائنات، وإدارة الوقت، (3) مخطط تصفية الرسائل لتحديد المعلومات المهمة للمحاكاة، و(4) آلية لتوزيع الرسائل الذكية.

• أنيتا آدامز، وغوردون ميلر، وديفيد سايدل، نوفمبر 1993، "التقرير السنوي لاتحاد بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي (ALSP) لعام 1993"، مؤرشف في 9 أكتوبر 2007 على موقع Wayback Machine ، مؤسسة MITRE. تاريخ برنامج ALSP في السنة المالية 1993.
• William E. Babineau, Philip S. Barry, C. Zachary Furness, "الاختبار الآلي داخل اتحاد التدريب المشترك (JTC)" مؤرشف في 2007-10-13 في Wayback Machine ، وقائع ورشة عمل قابلية التشغيل البيني للمحاكاة لخريف 1998 ، أورلاندو، فلوريدا، سبتمبر 1998.
• الرائد جون بولينجتون وجوردون ميلر، سبتمبر 1996، "دعم محاكاة الاستخبارات لاتحاد التدريب المشترك: الآثار المترتبة على التطوير المستقبلي" مؤرشف في 2007-10-07 في Wayback Machine ، مكتب مشروع TACSIM ومؤسسة MITRE، نُشر في عدد سبتمبر 1996 من Phalanx، وهو منشور MORS .
• ليديا ب. دوبون، 1993، "الانضمام إلى بيئة محاكاة موزعة عبر ALSP "، وقائع مؤتمر المحاكاة الشتوية لعام 1993 .
• لورا فاينرمان، وغوردون ميلر، وديفيد بروشنو، وريتشارد ويذرلي، وأنيت ويلسون، وأنيتا آدامز زابيك، "التقرير السنوي لمشروع بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي (ALSP) لعام 1994"، مؤرشف في 9 أكتوبر 2007 على موقع Wayback Machine ، بتاريخ مارس 1995، مؤسسة MITRE. تاريخ برنامج ALSP في السنة المالية 1994.
• ماري سي. فيشر، أبريل 1994، "بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي (ALSP) - إدارة تطوير الكونفدرالية" ، قيادة المحاكاة والتدريب والأجهزة التابعة للجيش الأمريكي. ورقة بحثية قُدّمت في مؤتمر إليكسيم للإنترنت لعام 1994 .
• ماري سي. فيشر، أنيتا آدامز، غوردون ميلر، يونيو 1994، "بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي (ALSP) - التدريب للمستقبل". مؤرشف بتاريخ 7 أكتوبر 2007 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine )، قيادة المحاكاة والتدريب والأجهزة التابعة للجيش الأمريكي ومؤسسة MITRE. ورقة بحثية قُدّمت في الاجتماع الثاني والستين لندوة بحوث العمليات العسكرية في أكاديمية القوات الجوية في كولورادو سبرينغز، كولورادو.
• ماري سي. فيشر، ديسمبر 1994، "بروتوكول المحاكاة على مستوى التجميع (ALSP) - إدارة تطوير الكونفدرالية" ، قيادة المحاكاة والتدريب والأجهزة التابعة للجيش الأمريكي. ورقة بحثية قُدّمت في مؤتمر المحاكاة الشتوي لعام 1994 في أورلاندو، فلوريدا.
• ماري سي. فيشر، أبريل 1995، "بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي (ALSP) - التدريب المستقبلي باستخدام المحاكاة التفاعلية الموزعة". مؤرشف بتاريخ 13 أكتوبر 2007 على موقع Wayback Machine ، قيادة المحاكاة والتدريب والأجهزة التابعة للجيش الأمريكي. ورقة بحثية قُدّمت في المؤتمر الدولي لمعدات التدريب لعام 1995، الذي عُقد في الفترة من 25 إلى 27 أبريل 1995 في لاهاي بهولندا.
• ماري سي. فيشر، سبتمبر 1995، "ساحة معركة محاكاة مشتركة"، مؤرشفة بتاريخ 3 مايو 2003 على موقع Wayback Machine ، قيادة المحاكاة والتدريب والأجهزة التابعة للجيش الأمريكي، نُشرت في وقائع الندوة السادسة والثلاثين لمجموعة أبحاث الدفاع (DRG) حول النمذجة والمحاكاة ، 5-8 سبتمبر 1995، واشنطن العاصمة.
• ماري سي. فيشر، أكتوبر 1995، "محاكاة ساحة المعركة المشتركة من خلال بروتوكول المحاكاة على مستوى التجميع" مؤرشف في 2007-10-07 في Wayback Machine ، قيادة المحاكاة والتدريب والأجهزة التابعة للجيش الأمريكي، نُشر في وقائع مؤتمر المحاكاة الجنوبي الشرقي 95 ، أورلاندو، فلوريدا.
• ماري سي. فيشر، مارس 1996، "اتحاد التدريب المشترك" مؤرشف في 2007-10-13 في Wayback Machine ، قيادة المحاكاة والتدريب والأجهزة التابعة للجيش الأمريكي، نُشر في وقائع المؤتمر الدولي الأول لتكنولوجيا المحاكاة والتدريب (SimTecT) ، 25-26 مارس 1996، ملبورن، أستراليا.
• شون ب. غريفين، إرنست هـ. بيج، زاكاري فورنيس، ماري سي. فيشر، "توفير تدريب متواصل لاتحاد التدريب المشترك (JTC) أثناء الانتقال إلى بنية المستوى العالي (HLA)" مؤرشف في 2007-10-13 في Wayback Machine ، وقائع مؤتمر تكنولوجيا المحاكاة والتدريب (SimTecT) لعام 1997 ، كانبرا، أستراليا، 17-20 مارس 1997.
• جورج ج. مكفادين، "نهج لإدارة البيانات المعدودة في الاتحادات" مؤرشف في 2007-10-07 في Wayback Machine ، وقائع ورشة عمل قابلية التشغيل البيني للمحاكاة ربيع 2000 ، أورلاندو، فلوريدا، مارس 2000.
• غوردون ميلر وأنيتا زابيك، مارس 1996، "اتحاد التدريب المشترك وبروتوكول المحاكاة على المستوى الإجمالي" مؤرشف في 2007-10-07 في Wayback Machine ، مؤسسة MITRE، نُشر في عدد يونيو 1996 من Phalanx، وهو منشور MORS .
• إرنست بيج؛ براد كانوفا؛ جون توفارولو (يوليو 1997). "دراسة حالة للتحقق والتدقيق والاعتماد في المحاكاة الموزعة المتقدمة". معاملات ACM في النمذجة ومحاكاة الحاسوب . CiteSeerX 10.1.1.37.1829 . 
• ديفيد ل. بروشنو؛ إرنست هـ. بيج؛ ماري س. فيشر (3-7 مارس 1997). "إدارة مجموعة مواصفات اتحاد التدريب المشترك". وقائع ورشة عمل قابلية التشغيل البيني للمحاكاة، ربيع 1997. أورلاندو، فلوريدا. CiteSeerX 10.1.1.37.935 . 
• ديفيد إل. بروشنو، ماري سي. فيشر، "متطلبات فريدة لتمثيل الخدمات اللوجستية في بيئة محاكاة موزعة للتدريب العسكري" ، وقائع ورشة عمل قابلية التشغيل البيني للمحاكاة ربيع 1997 ، أورلاندو، فلوريدا، 3-7 مارس 1997.
• ديفيد ل. بروشنو؛ إرنست هـ. بيج؛ برايان يومانز (9-13 مارس 1998). "تطوير أداة لإدارة الاتحاد: الآثار المترتبة على HLA". وقائع ورشة عمل قابلية التشغيل البيني للمحاكاة، ربيع 1998. أورلاندو، فلوريدا. CiteSeerX 10.1.1.37.6101 . 
• ديفيد سايدل، مارس 1993، "حالة برنامج بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي (ALSP) وتاريخه"، مؤرشف في 9 أكتوبر 2007 على موقع Wayback Machine ، مؤسسة MITRE. تاريخ برنامج ALSP منذ بدايته في عام 1989 وحتى عام 1992.
• جون توفارولو وإرنست بيج، "تطوير عملية التحقق والتقييم والتحليل لاتحاد التدريب المشترك لبرنامج ALSP" ، وقائع مؤتمر المحاكاة الشتوية لعام 1996 ، الصفحات  952-958، كورونادو، كاليفورنيا، 8-11 ديسمبر 1996.
• ريتشارد ويذرلي، ديفيد سايدل، وجون وايزمان، يوليو 1991، "بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي" ، مؤرشف في 13 أكتوبر 2007 على موقع Wayback Machine ، مؤسسة MITRE. ورقة بحثية قُدّمت في مؤتمر محاكاة الحاسوب الصيفي لعام 1991 في بالتيمور، ميريلاند.
• ريتشارد ويذرلي، وأنيت ويلسون، وشون غريفين، ديسمبر 1993، "ALSP - النظرية والتجربة والتوجهات المستقبلية" ، مؤسسة MITRE. ورقة بحثية قُدّمت في مؤتمر محاكاة الحاسوب الشتوي لعام 1993 في لوس أنجلوس، كاليفورنيا.
• ويذرلي، ريتشارد م.؛ ويلسون، أنيت ل.؛ كانوفا، برادفورد س.؛ بيج، إرنست هـ.؛ زابيك، أنيتا أ.؛ فيشر، ماري س. (1996). "محاكاة موزعة متقدمة من خلال بروتوكول محاكاة المستوى التجميعي" . وقائع مؤتمر هاواي الدولي التاسع والعشرين لعلوم النظم (HICSS-29) . مؤتمر هاواي الدولي لعلوم النظم . ص 407. CiteSeerX 10.1.1.37.4784 . doi : 10.1109/HICSS.1996.495488 . ISBN   0-8186-7324-9. S2CID 16082035 . 
• أنيت ويلسون وريتشارد ويذرلي، أبريل 1994، "أدوات جديدة للحد من حركة المرور وإدارتها لاتحادات مزودي خدمات الإنترنت المساعدين" ، مؤسسة MITRE. ورقة بحثية قُدّمت في مؤتمر إليكسيم للإنترنت لعام 1994 .
• أنيت ويلسون وريتشارد ويذرلي، ديسمبر 1994، "بروتوكول محاكاة المستوى الإجمالي: نظام متطور" ، مؤسسة MITRE. ورقة بحثية قُدّمت في مؤتمر محاكاة الشتاء لعام 1994 في أورلاندو، فلوريدا.