Nahtlose Integration von FACE-konformen Komponenten mit Simulationsumgebungen

Vor einigen Jahren führte das FACE™ Integration Workshop Standing Committee das Basic Avionics Lightweight Source Archetype (BALSA) ein, eine Referenzimplementierung, die Units of Conformance (UoCs) zeigt, die mit dem FACE Technical Standard aligniert sind. BALSA dient als praktische Demonstration für potenzielle FACE-Software-Lieferanten und Integratoren und fungiert als edukatives Tool, das veranschaulicht, wie Units of Portability (UoPs), UoCs und FACE APIs auf einer Zielplattform implementiert werden können.

Während BALSA ein grundlegendes Transport Services Interface (TSS) enthält, das zufriedenstellend performt, fehlt diagnostisches Tooling – ein essenzielles Feature für Troubleshooting. Wir untersuchten den Ersatz von BALSAs TSS durch eine DDS-basierte Implementierung, speziell RTI Connext DDS (https://www.rti.com/industries/face).

Der Ersatz war überraschend unkompliziert – nur wenige Stunden, um BALSAs TSS gegen RTI Connexts auszutauschen. Dieser Erfolg bestätigte FACE's Portabilitätsziel: Das neue TSS ermöglichte volles DDS-Tooling und nahtlose Konnektivität zu anderen DDS-basierten Komponenten.

Während des FACE Members' Meeting im Juni 2017 (BITS Event) schlossen sich fünf Branchenführer – RTI, Honeywell, TES-SAVi, Wind River und Mercury Systems – zusammen, um FACE-alignierte Komponenten cross-zu-integrieren und die schnellen Integrationsvorteile zu validieren, die der FACE Technical Standard 2.1 verspricht. Ihre Ergebnisse sind im FACE NAVAIR TIM Paper dokumentiert: „FACE Cross-Integration Successes – Honeywell, RTI, TES-SAVi, Wind River and Mercury Systems“ (https://www.opengroup.us/face/documents.php?action=show&dcat=70&gdid=18823).

Wir integrierten auch das RTI TSS mit Harris FliteScene, einer hochperformanten, combat-proven digitalen Moving-Map-Lösung, die fortschrittliche Situational Awareness für zivile und militärische Crews liefert. FliteScene bietet Geländewahrnehmung, Hindernisvermeidung und 3-D-Synthetic-Vision und ist bereits mit taktischen Systemen wie Link-16 und ANW2 vernetzt, um ein Echtzeit-Common-Operating-Picture zu bieten.

Die Integration diente als Proof-of-Concept für das Portieren einer FACE-konformen Komponente auf RTI TSS. Mit den von Harris gelieferten Object-Files und Datenmodell folgten wir diesen Schritten:

• Generieren eines IDL aus den DataModel Header-Files.
• Nutzung von RTI Tools zur Erzeugung DDS-spezifischen und TSS-spezifischen Codes.
• Erstellen der RTI TSS Konfigurationsdatei.
• Linken der FliteScene Object-Files mit dem generierten RTI TSS und typspezifischem Code.

Die Integration erwies sich als mühelos; innerhalb weniger Tage hatten wir einen funktionsfähigen Prototyp. FliteScene akzeptiert zahlreiche Steuerungsnachrichten – Zoom, Underlay, Overlay Settings – und positioniert die Karte basierend auf Echtzeit-Standortupdates. Mehrere Datenquellen können Positionsinformationen liefern, was flexible Kartensteuerung ermöglicht.

Für intuitive Steuerung bauten wir ein LabVIEW UI, angetrieben vom RTI DDS LabVIEW Toolkit (https://www.rti.com/products/dds/labview). Das vereinheitlichte DDS-Framework erlaubte UI, FliteScene und RTI TSS, nahtlos zu interoperieren.

Um FliteScenes Input zu bereichern, erkundeten wir die Kopplung mit einer Simulationsumgebung. VT MAK, eine globale Autorität in Modeling und Simulation, bietet VR-Exchange – einen universellen Translator, der Protokolltransformation und Bridging durchführt. Seine offene Architektur unterstützt Custom Broker für diverse Datenstandards, einschließlich DDS.

FACE's Transport Services Interface ist darauf ausgelegt, multiple Industrie-Transportstandards zu unterstützen, namentlich DDS.

Da sowohl FliteScene als auch die Zielsimulation DDS nutzen, testeten wir eine Direktverbindung: Verknüpfung eines F-18 HLA Federate mit der FACE-konformen FliteScene-Komponente. Die Integration war unkompliziert und schnell erreicht.

Die Nutzung von DDS als TSS-Transport erleichtert nicht nur Portabilität unter FACE-konformen Komponenten, sondern auch Konnektivität zu jeder DDS-fähigen Applikation. Für FliteScene nutzten wir das RTI Connext-basierte RTI TSS (https://www.rti.com/industries/face). Auf der HLA-Seite übersetzte der VR-Exchange DDS Broker HLA-Daten in DDS-Topics. Da das FACE-Komponenten-Datenmodell von dem des F-18 Federate abwich, mussten wir zwischen den beiden Modellen mappen. Zwei primäre Strategien existieren:

• Modifizieren des VR-Exchange DDS Brokers, um Topics zu publizieren, die den Erwartungen der FACE-Komponente entsprechen.
• Konfigurieren des VR-Exchange, um DIS PDU-basierte Topics zu publizieren und Routing Services zu nutzen, um zwischen den Topics zu bridgen.

Für unseren Proof-of-Concept adoptierten wir die zweite Strategie. Der Routing Service bridged das simpleBaseEntity Topic vom HLA Broker zum Location Topic, das von FliteScene gefordert wird. Zusätzlich unterschieden sich Koordinatensysteme: HLA lieferte geozentrische Koordinaten, während FliteScene Latitude/Longitude benötigte. Wir setzten eine Custom-Transformationsbibliothek innerhalb des Routing Service ein, um zwischen diesen Formaten zu konvertieren, was in der unten gezeigten Architektur resultierte:

Zum Vertiefen des Verständnisses von HLA-zu-DDS-Bridging kollaboriert RTI mit dem National Center for Simulation (NCS), um ein Seminar „DDS for Simulation: How the Connectivity Framework is Meeting Interoperability Challenges“ am 10. April zu hosten. Registrieren Sie sich für dieses kostenlose Event unter https://www.simulationinformation.com/news/ncs-real-time-innovations-event-industry-10-apr-2018.