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基于HPC的并行仿真支撑环境原型系统研究与实现

刘奥

  随着仿真系统的规模、复杂度不断向纵深发展,一方面,实体模型越来越复杂,解算量越来越大,逐渐超出单个处理器的能力;另一方面,处于不同层次实体间的协同量不断增加,各处理器的推进速度不一致,仿真时间的同步造成慢速结点严重制约着快速结点的向前推进,从而影响到整个仿真的运行效率。为了提高仿真的加速比,除了提高计算平台的处理能力外,还必须挖掘仿真任务自身的并行性,采用并行处理技术,尽可能地快速推进各结点的仿真时间,减少实体间交互所带来的负面影响(处理器空转)。为此,基于高性能计算环境(HPC)的并行仿真支撑技术正成为当前计算机仿真领域研究的热点问题。论文针对我军大规模作战分析、体系对抗和战争问题研究、作战方案及武器系统效能评估等闭环推演仿真应用的需求,在吸收分布式交互仿真技术优点的基础上,对基于HPC的并行离散事件仿真(PDES)支撑环境的体系结构、建模框架、乐观时间管理以及回滚框架等关键技术进行了探索。主要研究工作和创新如下:1.在对仿真支撑平台体系结构的发展历史以及目前正在走向标准化的仿真体系结构(SSA)进行较深入研究的基础上,根据高性能并行仿真的特点,提出了基于HPC的并行仿真支撑环境的层次式体系结构。该体系结构是一种自下而上的软件开发方式,从而使得较高层的功能能够基于较低层的功能抽象进行开发。2.在对以往PDES任务描述、分解、分配以及调度方法进行研究的基础上,针对HPC多处理器的特点,提出了适合HPC的并行仿真建模框架设计方案,该框架遵循面向对象的设计思想,为用户提供仿真对象、事件等基本积木组件,用户利用这些组件可快速搭建应用。3.针对呼吸时间桶算法保守性的体现在于事件调度消息的推迟发送,而消息的发送又取决于本地事件等高线的确定,为此,提出了采用双向链接式优先队列数据结构组织结点的仿真对象集合、仿真对象的等待事件集合以及结点的未释放消息集合,从而提高了结点事件及消息的查找效率,加速了本地事件等高线的确定。4.回滚服务面临着大量不同类型的状态数据保存和恢复问题,考虑到回滚服务的基本单元是更新仿真对象状态数据的事件,提出了基于事件的回滚框架设计方案,将状态数据的变化以堆栈的形式保存在事件对象中,从而为乐观时间管理提供了高效的底层支撑。在上述基础上,设计并实现了基于HPC的并行仿真支撑环境原型系统,经测试表明:该原型系统能够支持基本的并行仿真应用的开发、部署和运行,可为并行仿真技术的进一步研究和可行性论证提供实验平台。……   
[关键词]:支撑环境;并行仿真;HPC;建模框架;回滚框架
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:国防科学技术大学2005年