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大规模分布式仿真系统的时空一致性研究

钟海荣  
【摘要】:时空一致是分布式仿真系统的基本要求。随着分布仿真技术的不断扩展,仿真系统的规模越来越大,参与仿真的实体越来越多,地理分布也越来越广,大规模分布式仿真系统中的时空不一致问题更加突出。 本文主要基于高层体系结构(HLA:High Level Architecture),研究了大规模分布式仿真系统的时空一致性问题。 首先,本文界定了分布式仿真系统的时空一致性问题的内涵与外延,分析了产生时空不一致的原因;建立了时空不一致问题的定量分析方法,提出了各类时空一致性要求和三类不同强度的时空一致控制策略;通过研究时间推进机制与时空一致性要求之间的关系,推导出满足时空一致要求的Lookahead设置方法,指出运行支撑环境(RTI:Run-Time Infrastructure)应当充当类似分布式实时调度器的角色,采用分布式实时调度的方法来克服分布式仿真系统中的动态时空不一致;指出了解决各类时空不一致的途径。 接着,本文研究了各类时空一致控制技术: 针对当前计算LBTS(Lower Bound on Time Stamp)时“过于保守”的缺陷,基于大规模分布式仿真中存在的“局部性”原理,分析了邦元间时间推进中的制约关系,进而提出了基于区域预测的时间推进优化策略:通过扩展区域,预测未来某段时间内邦元间的制约关系,让无关邦元不参与LBTS的计算,使得Time-constrained flag为真的邦元能更大胆地推进;同时结合乐观机制来克服小概率的时间失序。性能分析和模拟测试表明,该策略能提高仿真系统性能,增加并发度和加速比,缓解系统的时空不一致程度。 为了克服因坐标系不同而造成的空间不一致,本文研究了HLA/RTI仿真框架中的坐标转换实现机制。重点解决了如何转换、何时转换、由谁转换、如何标示所用坐标系、如何调用坐标转换模块等问题,实现了各种常用坐标系的转换模块,提出了综合转换模式:当邦元声明兴趣时,把区域信息转换成标准坐标系;当邦元更新状态时,由接收方进行坐标转换。综合转换模式能减少坐标转换次数和坐标转换累积误差。 根据广域网的延迟特性,研究了基于实体迁移的概率弱时空一致性控制机制。首先提出了一种综合主机负载和网络负载的实体最优时空一致配置标准,指出了实体迁移对动态时空一致性的意义;分析了HLA/RTI框架对实体迁移的支持与不足,重点研究了满足概率弱时空一致性要求的实体迁移仲裁策略,提出了基于预期收益的实体迁移决策算法。模拟测试表明,实体迁移仲裁策略能有效维护系统的弱时空一致性。 研究了基于变MRMS(More Reward with More Service Time)模型的准时空一致性控制机制。首先分析了HLA分布仿真中变MRMS模型与准时空一致性的关系;然后采用一种启发式的两层动态调度策略,其中高层调度算法用来决定任务的服务时间数量,底层按照EDF(Earliest Deadline First)调度任务的执行顺序。通过折中仿真对象的计算精度要求和


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