CN100367272C - 一种网络仿真服务的构架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络仿真服务的构架，其特征在于，它包括：第一层：客户层，包括客户端，第二层：专家知识层，包括应用服务器和数据库服务器，专家知识层用于定制适合用户产品设计的专业的设计流程，并在流程中融入专家的设计经验及实现多种后台仿真工具的耦合；第三层：计算调度层，包括调度服务器；第四层：计算层，包括多台计算服务器，其中的每台计算服务器随时侦听调度服务器的计算队列中是否有任务，完成计算任务；本发明提供了一种的新颖的仿真系统的构架，可以向用户提供一种新颖的网络设计服务模式。

Description

一种网络仿真服务的构架

技术领域

本发明涉及一种仿真技术的实现构架，尤其涉及一种网络仿真服务的构架。

背景技术

目前市场上销售的仿真软件，采用的软件构架往往是将某些特定的功能组合在一起，然后通过销售软件使用许可证的形式将整个软件包提供给用户，由用户在自有的单个计算机上进行仿真运算。这种传统的仿真软件构架模式可以向用户提供某种特定的仿真功能，但是也存在着某些局限性，这些局限性体现在：1、目前需要使用仿真技术来进行的开发工作越来越复杂，涉及到的领域越来越广，往往通过单一的仿真软件已经无法满足用户设计研发的需要，用户往往需要购买各种不同领域的仿真软件组合起来满足某种需要，但是由于每种单一的软件价格都比较昂贵，除了极个别大企业外，一般的企业没有能力购买所有需要的仿真软件，从而使得一般企业无法运用现成的优秀仿真技术来实现高精度的产品设计。2、现在的社会环境，企业分工越来越细，某一个企业往往在一个系统的某些方面非常专业，但是在其他领域可能并不专业，如何将这些分系统组合起来，也是企业目前所需解决的问题。3、即便用户购买不同的仿真软件，但在组合使用时，不同的仿真软件往往有自己的数据文件存储格式，当用户需要将一种仿真软件的结果作为另一种仿真软件的输入进行使用时，往往会碰到很多问题，要不就无法实现，要不就需要通过购买昂贵的接口软件来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种的网络仿真服务的构架，通过这个构架的使用，服务提供方可向用户提供一种基于Internet或Intranet网络的，具有知识嵌入的，集成第三方设计软件的，可提供专用的设计流程的网络仿真服务。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种网络仿真服务的构架，其特征在于，它包括：

第一层：客户层，包括客户端，客户层用于提供给用户的一个交互界面，用户在客户层输入参数，提出请求；

第二层：专家知识层，包括应用服务器和数据库服务器，专家知识层用于定制适合用户产品设计的专业的设计流程，并在流程中融入专家的设计经验及实现多种后台仿真工具的耦合；专家知识层的应用服务器接受客户层递交的请求，根据用户定制的专业设计流程的要求自动形成计算请求任务，保存在数据库服务器的计算请求队列中；

第三层：计算调度层，包括调度服务器，调度服务器根据专家知识层计算请求队列的要求，根据专家知识层专业设计流程配置文档中的设定，自动分解计算任务，提交到计算层中相应的计算服务器进行计算；

第四层：计算层，包括多台计算服务器，其中的每台计算服务器随时侦听调度服务器的计算队列中是否有任务，完成计算任务；

计算服务器返回计算结果至计算调度层，计算调度层的调度服务器将返回的计算结果最终合成后，保存在专家知识层数据库服务器中，专家知识层根据客户请求返回结果至客户。

所述的网络仿真服务的构架它的应用形式是通过Web浏览器，用户根据服务提供商提供的专业设计流程的输入页面定义需要仿真的问题和参数，采用分布式的计算方法，对用户的问题进行仿真计算，并以Web页面的方式向用户返回仿真结果。

所述的网络仿真服务的构架的四个层次之间的服务接口采用CORBA技术。

所述的网络仿真服务的构架的四个层次之间的沟通和通讯是通过采用Microsoft的COM/DCOM组件模型来实现的。

用户通过提交计算请求所获得的计算任务ID，用户在客户端可以监控整个任务的执行情况。

在客户层数据传输之前，根据用户临时随机输入的加密密钥，系统自动根据加密算法将用户的设计信息进行加密处理，在传输过程中采用SSL加密机制进行二次加密，确保已经过加密处理的设计信息数据在传输过程中的安全传输。

所述的计算层根据早到早抢、负载平衡的原则，完成计算任务。

所述的计算层并行式完成计算任务。

所述的计算层分布式完成计算任务。

本发明的有益效果：

1.提供了一种的新颖的仿真系统的构架，可以向用户提供一种新颖的网络设计服务模式；

2.通过专家知识层，可将专家的知识嵌入到仿真设计服务中，并将不同领域的仿真软件耦合，向用户提供一种专用的设计流程的同时，也解决了多种仿真软件之间的接口问题；

3.计算层可向用户提供并行的或分布式的仿真计算服务，使得仿真速度获得大大提高。

4.在数据传输前和在传输过程中的两次加密，提高了数据的安全性。

附图说明

图1是本发明网络仿真服务构架的结构示意图；

图2是图1所示的网络仿真服务构架的一种优化实施方案的系统构架图；

图3是网络仿真服务构架在Intemet/Intranet传输层面的加密验证机制示意图；

图4是网络仿真服务构架中计算请求分解示意图；

图5是网络仿真服务构架中计算结果汇总示意图；

图6是网络仿真服务构架中计算过程控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步阐述；

实施例1：为了方便对本发明的原理的理解，现在参考在附图中所展示的实施方案仅是该发明构架的一种实施特例，本发明的保护范围并没有由此而受到任何限制；对所描述或展示的实施方案在本发明构架内的任何变更和进一步的修改，以及任何对此所阐述的本发明原理的进一步应用都将被视为一个对本发明所涉及领域谙熟的技术人员在正常情况下是会想到的。

总体来讲，如图1所示的构架中，整个系统构架分成四层。

第一层：客户层I，包括客户端101，客户层用于提供给用户的一个交互界面，用户在客户端101输入设计参数，提出请求；在该层中软件采用B/S结构，用户仅需要在普通的网页浏览器上执行仿真软件就可以了，不必要安装任何客户端的软件，有利于将来软件的更新和升级。

第二层：专家知识层II，包括一台应用服务器102和一台数据库服务器103，专家知识层II用于定制适合用户产品设计的专业的设计流程，并在流程中融入专家的设计经验及实现多种后台仿真工具的耦合；专家知识层的应用服务器102接受客户层递交的请求，根据专家配置文档的要求自动形成计算请求任务，保存在数据库服务器103的计算请求队列中；

由于客户层采用的是B/S结构，用户的页面就必须由这一层次来控制显示，在本实施方案中，这一层面由两台服务器来协同完成。一台应用服务器102主要用来响应客户层的请求，并根据客户层的请求返回相应的页面。在应用服务器中还包括一个XML解释器102a，以便根据数据库服务器103中的专家知识配置文档来控制用户的响应页面。数据库服务器103主要存储用户的资料信息，专家的设计流程配置信息，用户加密后的设计信息，以及用户提交的计算任务，计算返回汇总后的计算结果，计算过程中的状态信息等。有了这一层，在设计专家设计流程时，就可以将多种的仿真设计软件通过这一层耦合起来，从而实现多物理场的仿真耦合，实现真正意义上的系统仿真。

第三层：计算调度层III，包括一台调度服务器104，调度服务器104根据专家知识层II计算请求队列的要求，根据专家设计流程配置文档中的设定，自动分解计算任务，提交到计算层中相应的计算服务器105，106，107来进行计算；

在该层次主要完成的功能是根据数据库服务器103中提交的计算任务，系统自动根据计算任务的可分解性，分解成最低单位的可并行计算或分布计算的计算单位，然后形成单位计算任务队列，等待由如图2所示的计算层的计算服务器105，106，107的计算请求信号，提交到相应的计算服务器来进行计算，并将计算服务器105，106，107返回的计算结果合成，保存在数据库服务器103中。该层主要是针对并行仿真或分布式仿真提出来的，如果计算任务无法细分，那么这一层和第四层计算层也可以合并在一起作为一层计算层。同时，在多物理场耦合仿真的情况下，实际的计算任务的串链由该层来实现，当然如何串链由第二层专家知识层II中的专家设计流程配置来决定。

第四层：计算层IV，包括3台计算服务器105，106，107，其中的每台计算服务器随时侦听调度服务器的计算队列中是否有任务，根据早到早抢、负载平衡的原则，并行或分布式完成计算任务后，返回的计算结果至计算调度层III，调度服务器104将返回的计算结果合成，保存在专家知识层II数据库服务器103中，专家知识层II根据客户请求返回结果。

由于在构架上可以实现多物理场的耦合仿真，因此，在不同的计算服务器上也可以实现不同的专项仿真，通过计算调度层的调度来实现耦合仿真。

应该来说，本发明主要提出的是上述的四层的仿真计算构架，对于基于该构架的合理简化应用也将被认为是该发明具体应用的一种形式。就本优选的实施方案来讲，下面我们将详细说明各个层面所采用的具体的技术手段及特点。

如图3所示，在本实施方案中，第一层客户层I和第二层专家知识层II之间采用HTTP协议，考虑到仿真设计的设计参数往往涉及到安全及保密的需要，即使是对于服务提供商也是这样，因此我们在数据传输层面上设计了两道加密措施，首先在数据传输之前，根据用户临时随机输入的加密密钥301，在数据传输之前，系统自动根据加密算法将用户的设计信息302进行DES加密处理303。同时，采用SSL加密机制，在Web浏览器和服务器之间建立安全通信通道，以确保已经过加密处理的设计信息数据306在传输过程中的安全传输。通过两道加密认证体系，将大大提高用户信息的安全性。同时，在数据库服务器的数据库305上存储的用户设计信息也是根据用户临时随机输入的加密密钥301进行过加密处理的信息，在不知道用户密钥的基础上，即使是系统管理者也无法还原用户原始设计信息(用户密钥不保存在数据库服务器上，仅当需要时提示用户在客户端浏览器上临时输入307，经DES解密308后，还原设计信息302)。通过上述手段，以确保用户设计信息的安全性。这种安全机制最大的好处是服务提供商并不知道用户的具体设计参数，使得用户可以放心的使用所提供的仿真服务，而不用担心本单位的设计资料被服务提供商所利用或泄密。相应的，服务提供商也免除了保证客户信息安全的责任，不用担心自己由于管理不善会导致客户设计信息的泄密。

为了向不同的用户提供不同的设计方案及不同仿真软件的组合。在数据库服务器中配置、设计了各种不同类型的、专用的专家设计流程。该设计流程在本方案中采用XML文档的格式保存在数据库服务器103中，用户在使用本仿真系统时，可以根据各自设计系统的不同特点，选择不同的专家设计流程。放置在应用服务器102上的XML解释工具会根据XML格式专家配置文档中的流程自动向用户返回不同的用户设计页面。通过这种构架，很容易针对不同设计要求添加不同的专家设计方案，以向用户提供专家级的、专有的设计服务。同时这种构架的扩展性非常好，采用统一的可扩展性的XML文档结构，对于要扩展的功能，只要修改XML解释工具的功能即可。由于采用XML文档格式作为交换格式，在将来可能的接口中，可以很方便的采用SOAP的技术，从而轻松实现不同组件模型、开发工具、程序语言和应用系统之间的沟通和协作。

如图4所示，在客户端101地开始401，根据专家系统完成取得设计参数402工作后，用户提交计算请求。应用服务器102会自动根据专家配置文档的要求形成一条计算请求任务，保存在数据库的计算请求队列中。在本发明构架第三层的计算调度服务器会自动查询数据库服务器中的计算请求队列。根据计算请求队列的要求，调度服务器会根据专家设计流程配置文档403中的设定，自动分解计算任务404。在该自动计算任务404分解过程中，系统会尽可能的细分计算任务404a，形成并行或分布式的计算任务队列404b，404c，每一个客户端的每一个计算请求，系统都会自动的形成一个并行或分布式的计算队列，从而，当有多个任务404a提交计算请求时，系统会形成并行的若干个分解计算队列404b，404c。

考虑到如图2所示的计算层中的计算服务器105，106，107有可能采用不同的系统平台来实现，但是计算调度层III所形成的计算队列由于集成的需要肯定要采用统一的接口规范，因此在本方案中，计算队列的接口采用CORBA组件模型。之所以采用这种组件模型，一方面是考虑到在计算层面，要求计算请求的响应速度，另一方面，CORBA组件模型可以适应各种程序语言和应用系统，从而满足计算服务器的多样性需求。此外，作为CORBA服务器本身具有支持负载平衡的一些功能，当系统容量需要扩展时，可以采用多台CORBA计算调度服务器，通过CORBA服务平台本身具有的负载平衡功能，合理分配CORBA计算调度服务器的调度任务负载，达到最佳的任务处理效果。

如图5所示，计算调度服务器104形成计算队列后，会自动响应各计算服务器105，106，107的计算请求，分配计算任务，同时侦听各计算服务器105，106，107的计算进程，发现问题，可自动终止该计算进程，重新发布该计算子任务。各计算服务器105，106，107完成每个计算子任务后，将计算结果返回计算调度服务器104，并请求领取新的计算子任务。计算调度服务器104取得子任务的计算结果后，根据计算任务ID，自动组合计算子任务的计算结果。同时，当整个计算队列完成全部的计算子任务后，汇总得出最终的计算结果，并根据计算任务ID，将计算结果保存在数据库服务器103中，等待客户提出查看计算结果请求。

如图6所示，开始701，用户输入设计参数702，通过用户提交计算请求703所获得的计算任务ID，用户在浏览器端可以监控整个任务的执行情况，如计算任务已分解704、每个子任务是否正在执行705，在哪一台计算服务器上执行，已执行了多少时间，是否某个子计算任务已执行完毕，是否整个计算任务已执行705完毕706，是否可以得到计算结果707，结束708。这些信息的获得，是通过计算调度服务器104分配、调度计算过程中，将各种状态信息写入数据库服务器103，用户在客户端101发送查询请求710，通过WEB形式查询获得。

具体运用：

用户需要通过网络仿真服务来完成一个单相感应电机的分析，用户在客户端Intemet浏览器的一个给定的输入界面中输入该电机的参数，包括外形尺寸参数、电气参数，主要有：功率为2.3kW、额定电压230V、极数为2极、频率60Hz、额定转速3500转/分、起动和运行方式：电容起动、电容运行；输入完参数后，用户可确定要进行哪些分析，如计算转速-效率曲线、计算转速-功率因数曲线、对电机额定负载起动的起动过程分析，包括电流、电压、转矩等的变化，然后用户将该问题提交给服务器作计算。

专家知识层根据用户的问题，来确定计算这些问题需要用到Rmxprt(磁路法分析)和Maxwell 2D(有限元模型计算)的耦合计算，首先通过Rmxprt软件来分析该电机的绕组的排列方式、绕组材料的特性、各种工况下电机的运行参数：如输出功率等，以及电机模型。Rmxprt计算完毕后专家知识层自动根据计算结果生成用于Maxwell 2D计算的相关参数，如绕组线圈的等效电阻、漏感，端环的等效电阻、漏感，转动惯量等，然后利用这些参数，以及电机的模型作为Maxwell 2D软件的输入参数，通过有限元计算来得到用户的结果。

因为这样的计算任务，需要反复多次修改计算条件，然后调用Maxwell 2D的同一个计算功能来实现。例如，这里会每次指定不同的转速，在Maxwell 2D中针对某个转速来计算出该转速下电机的效率η和功率因数cosΦ。因此，在计算调度层会将每个不同速度下的参数计算任务，都分离成一个独立的计算任务。而计算层的每个计算服务器来分别计算这些独立任务，每个计算服务器最终会算出一个速度下电机的运行参数(如效率η和功率因数cosΦ)，在计算调度层取得所有独立子任务的计算结果后，将这些结果综合，就可以得到此电机对应的转速-效率曲线以及转速-功率因数曲线。

本发明所述的网络仿真服务的构架，它的实现形式不限于实施例中1的所述的形式，它也可通过Web浏览器，用户根据服务提供商提供的专业设计流程的输入页面定义需要仿真的问题和参数，采用分布式的计算方法，对用户的问题进行仿真计算，并以Web页面的方式向用户返回仿真结果。

所述的网络仿真服务的构架，也可采用CORBA技术作为四个层次之间的服务接口。

所述的网络仿真服务的构架，也可采用Microsoft的COM/DCOM组件模型来实现四个层次之间的沟通和通讯。

Claims (9)

1.一种网络仿真服务的构架，其特征在于，它包括：

第一层：客户层，包括客户端，客户层用于提供给用户的一个交互界面，用户在客户层输入参数，提出请求；

第二层：专家知识层，包括应用服务器和数据库服务器，专家知识层用于定制适合用户产品设计的专业的设计流程，并在流程中融入专家的设计经验及实现多种后台仿真工具的耦合；专家知识层的应用服务器接受客户层递交的请求，根据用户定制的专业设计流程的要求自动形成计算请求任务，保存在数据库服务器的计算请求队列中；

第三层：计算调度层，包括调度服务器，调度服务器根据专家知识层计算请求队列的要求，根据专家知识层专业设计流程配置文档中的设定，自动分解计算任务，提交到计算层中相应的计算服务器进行计算；

第四层：计算层，包括多台计算服务器，其中的每台计算服务器随时侦听调度服务器的计算队列中是否有任务，完成计算任务；

计算服务器返回计算结果至计算调度层，计算调度层的调度服务器将返回的计算结果最终合成后，保存在专家知识层数据库服务器中，专家知识层根据客户请求返回结果至客户。

2.根据权利要求1所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，它的应用形式是通过Web浏览器，用户根据服务提供商提供的专业设计流程的输入页面定义需要仿真的问题和参数，采用分布式的计算方法，对用户的问题进行仿真计算，并以Web页面的方式向用户返回仿真结果。

3.根据权利要求1所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，它的四个层次之间的服务接口采用CORBA技术。

4.根据权利要求1所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，它的四个层次之间的沟通和通讯是通过采用Microsoft的COM/DCOM组件模型来实现的。

5.根据权利要求1所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，用户通过提交计算请求所获得的计算任务ID，用户在客户端可以监控整个任务的执行情况。

6.根据权利要求1所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，在客户层数据传输之前，根据用户临时随机输入的加密密钥，系统自动根据加密算法将用户的设计信息进行加密处理，在传输过程中采用SSL加密机制进行二次加密，确保已经过加密处理的设计信息数据在传输过程中的安全传输。

7.根据权利要求1所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，所述的计算层根据早到早抢、负载平衡的原则，完成计算任务。

8.根据权利要求7所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，所述的计算层并行式完成计算任务。

9.根据权利要求7所述的网络仿真服务的构架，其特征在于，所述的计算层分布式完成计算任务。

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