基于多核平台的乐观并行离散事件仿真

计算机处理器的发展已进入多核时代,为并行离散事件仿真的推广提供了良好的契机。分析了离散事件仿真多核并行化的并行编程模型及时间同步问题,采用乐观同步协议设计实现了一个基于多核平台的并行离散事件仿真引擎。在具有8个执行核的惠普多核服务器上,使用Phold模型系统地测试了并行仿真引擎的各项开销以及事件粒度、进程数目、前瞻量、事件的本地性对仿真性能的影响。实验结果表明,对于事件粒度较大的仿真应用,基于多核平台的乐观并行离散事件仿真能获得良好的加速比。

组件化仿真模型交互模式的并行化改造

微处理器的多核化及众核化发展趋势为推广并行仿真提供了机遇。依照仿真模型可移植性标准开发的组件化仿真模型之间通过接口、事件和数据流三种模式进行交互,但其立即响应的特点无法满足并行仿真的需求。研究了三种交互模式的并行化改造方法,在组件交互的对外表现层作适当调整,但基本保持原有风格;在组件交互的实现层,三种交互模式都被转化为并行离散事件仿真的经典事件交互范式,通过时间同步协议保证仿真逻辑的正确性及并行仿真的运行效率。组件化并行仿真模型的三种交互模式各有适用场合,丰富了并行仿真的模型交互方法。

基于SMP2的卫星区域可见性仿真分析

全球或区域可见性分析是导航系统定位、测速和授时性能仿真分析与评估的组成部分。采用基于仿真模型可移植性标准(SMP2)的模型开发与集成方法,开发导航系统仿真模型,分析伽利略卫星导航系统在中国格网的区域可见性。附带介绍了自主研发的PIM设计工具、代码生成器、SMP2运行时环境等支持SMP2标准的软件工具。基于SMP2的仿真模型开发与集成方法具有模型可重用性好、可移植性强、手工开发代码数量少、代码质量高的优点,可在卫星导航系统定位、测速、授时体制验证与精度分析工作中得到推广应用。

SMP2仿真引擎的多核并行化

仿真模型可移植性规范2(SMP2)是由欧洲航天局制定并得到广泛应用的仿真模型开发与集成规范。SMP2仿真引擎目前只支持串行仿真,并行化可提高其在多核平台上的运行速度。研究了并行SMP2仿真引擎的体系结构、运行过程及运行状态,采用C++和OpenMP设计并实现了基于乐观时间同步协议的并行SMP2仿真引擎。最后开发了卫星导航系统全球格网精度因子分析的实例,在双路四核计算机上获得了5.8倍-6.3倍的加速比。

基于Eclipse平台的导航仿真系统集成

针对卫星导航仿真系统的软件集成需求,提出了基于Eclipse集成该系统各实验任务的解决方案。通过开发Eclipse新建实验向导插件、实验配置插件、实验分析插件,有效集成了导航仿真系统的各个实验任务模块,为实验分析人员提供一个具有统一界面和操作风格的系统软件。借助Eclipse平台自身的优势,该集成方法具有开发时间短、开发成本低的优点。此集成方法还具有开放性的特点,未来开发的实验任务模块也可集成到现有的系统中。

插件式多核并行仿真引擎

并行离散事件仿真经过多年的研究,在时间同步、模型划分、状态保存等方面涌现了大量的协议和算法。在开发运行于多核计算机上的并行离散事件仿真引擎时,为了有效支持各种协议和算法,提出了插件式仿真引擎体系结构。介绍了插件的开发、组合、使用方法及仿真引擎的运行时结构,开发了命名为P-SMP2的多核并行仿真引擎,并对其性能进行了分析。插件机制具有灵活性高、耦合性低、开发效率高、可维护性好的优势。

导航系统性能的并行仿真分析

针对用于卫星导航系统定位、测速和授时性能分析与评估的仿真系统运行时间过长的缺陷,以全球格网精度因子分析为例,提出了利用局域网机群、采用并行仿真技术来提高仿真运行速度的解决方案。为了实现负载均衡,先后采用了格网数目平均分配、根据CPU主频分配格网实体、按照基准测试时间分配格网实体三种实体划分方法;为了减少进程间通信,设计了一种由逻辑进程的第一个格网实体接收来自星座实体的带有各卫星坐标的事件,并在格网实体之间依次转发此事件的事件发送机制。实验结果表明,采用根据CPU主频分配格网实体的并行仿真方法,可获得理想的加速比。

模型驱动架构在建模仿真中的应用

模型驱动架构在软件工程领域获得了广泛关注,势必产生深远影响。计算机仿真与软件工程密切相关,研究如何在建模仿真中应用MDA具有重要意义。文章分析了在建模仿真中应用MDA需要解决的问题,剖析、比较了在建模仿真领域成功应用MDA的两个产品:仿真模型可移植性标准和SIMplicity平台。研究发现,基于MDA开发仿真系统具有诸多优点,但目前对MDA的应用,大都只借鉴了MDA的开发过程,而没有遵循相关MDA技术标准。

多核乐观并行仿真的负载均衡研究

对于运行于多核计算机、基于多线程实现的乐观并行仿真,虽然操作系统可对线程进行调度以平衡各个核的负载,但它无法控制各逻辑进程本地虚拟时钟的平衡推进。提出了多核乐观并行仿真的四层负载分配模型及一种静态划分与动态负载均衡相结合的负载均衡方案。静态划分使用Metis图划分包对模型实例进行划分;动态负载均衡优先调度本地虚拟时钟较小的逻辑进程以实现各逻辑进程的平衡推进,无须进行模型迁移,易于实现。通过一序列实验检验了所提出的负载均衡方案的有效性。

卫星导航系统服务可用性分析仿真系统的设计与实现

服务可用性分析是导航工程总体仿真验证与测试评估系统的核心模块之一,用于分析卫星导航系统提供的导航服务满足用户需求的时间百分比,能够直观地反映卫星导航系统服务能力。文章介绍了卫星导航系统服务可用性的相关概念,探讨了计算服务可用性的确定性算法和随机性算法,在此基础上提出了面向卫星导航系统的服务可用性仿真模型框架,并设计和实现了一个支持服务可用性分析的仿真系统。针对中国区域格网进行了服务可用性的仿真试验分析,验证了仿真模型框架和仿真系统的有效性。

新型仿真模型规范SMP2及其关键应用技术

从四个方面总结了大型复杂仿真应用系统构建的仿真模型规范需求,对比分析了传统的五类仿真模型规范在支持四大需求上存在的不足,论证了SMP2模型规范在表示复杂仿真系统模型上的适用性,对SMP2规范较之目前流行的HLA和BOM模型规范的优越性进行了详细分析.结合四年来的研究和两年多来的应用实践,讨论了成功应用SMP2规范的九大关键技术,其中有些已经在实际项目中应用,有些则给出了设计方案,作为下一步工作的指导思路.