CN101741906A - 支持hla分布交互仿真的网格资源管理系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统及其实现方法，所述系统包括网格服务器、网格客户端、网格门户、仿真主控程序。网格服务器负责网格作业的生成、网格作业的调度；网格客户端负责网格作业的获取、计算以及网格作业结果的上传；网格门户负责网格静态资源的管理；仿真主控程序负责HLA仿真系统的控制、网格作业的提交。通过本发明，可以将HLA仿真中的联邦成员转换为网格作业，在网格计算平台上运行，提高基于HLA的分布仿真系统运行效率。

Description

支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统及其实现方法，属于计算机仿真技术领域。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，计算机仿真技术的应用领域越来越广泛。建立逼真的仿真系统，需要复杂的数学模型，这些模型占用的计算机资源越来越大，基于单台计算机的仿真已经远远不能满足需要。美国为分布交互仿真提出的高层体系结构(High Level Architecture，简称HLA)标准已经被接受为国际仿真标准。国内外对基于HLA标准建立的分布交互仿真平台有很多研究。但是，HLA分布仿真标准只能解决分布仿真模型的动态数据交互问题，无法解决仿真模型的负载均衡问题。仿真模型的运行速度与计算资源无法建立联系，耗费计算资源大的仿真模型可能被分配到运算速度慢的计算机上运行，这样将导致仿真系统的运行效率低下。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统及其实现方法，该系统及方法解决了仿真过程中仿真模型的负载均衡问题，提高仿真系统的运行效率。

本发明的技术解决方案：支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，包括网格服务器、仿真主控模块、网格门户和网格客户端；

网格门户，负责静态资源的管理，将与仿真有关的资源文件上传给网格服务器；

仿真主控模块，与网格服务器通讯，将仿真想定文件及输入文件提交给网格服务器；并对已经分配的联邦成员进行运行控制；所述的仿真主控模块工作过程如下：

(1)将本次参加的仿真模型、每个仿真模型携带的仿真资源存入仿真想定文件；

(2)将仿真想定文件及仿真模型对应的输入文件上传至网格服务器；

(3)创建仿真联邦，等待所有网格客户端模型程序加入仿真，当所有网格客户端模型加入完成后，控制参与本次仿真的所有网格客户端模型程序启动仿真计算；

(4)判断参与本次计算的所有网格客户端模型计算完成后，结束实验，销毁联邦，并通知所有网格客户端模型程序退出运行；

网格服务器，对所述的仿真想定文件分解成网格作业，根据网格客户端汇报的计算资源信息将网格作业及输入文件一起分配到相应的网格客户端；并将网格客户端的计算结果存储；

网格客户端，监控本机的计算资源，并将该计算资源信息发送给网格服务器；根据网格服务器分配的网格作业及输入文件进行计算，并将计算结果上传至网格服务器。

所述的仿真主控模块可以通过Web Service接口与网格服务器通讯，上传必要的仿真资源，要求网格服务器进行网格计算。

所述的网格服务器的工作过程为：

(1)接收网格客户端汇报的计算资源信息；

(2)接收到仿真主控模块提交的仿真想定文件及输入文件后，解析所述的仿真想定文件，根据解析后的文件确定每个仿真模型的相应资源文件；

(3)根据接收的计算资源信息对仿真模型进行负载均衡，生成网格作业；

(4)将网格作业及输入文件一起分配到相应的网格客户端进行计算；

(5)对网格客户端上传得网格结果进行统一管理和存储。

所述的网格客户端工作过程为：

(1)定期与网格服务器通讯，汇报本机的计算资源情况，并获取分配的网格作业及输入文件；

(2)获取到分配的网格作业后，对网格作业的输入文件进行解压，并将解压后的输入文件拷贝到网格应用程序的存储目录中，以建立网格作业的计算环境；

(3)网格客户端自动启动网格客户端伺服程序，网格客户端伺服程序根据网格作业输入文件启动相应的仿真模型，仿真模型在HLA仿真标准的约束下完成仿真计算，计算完成后仿真客户端伺服程序自动结束退出；

(4)网格客户端实时监控仿真客户端伺服程序的运行过程，如果仿真客户端伺服程序退出，网格客户端即认为本次网格作业运行结束，将仿真模型的计算结果上传至网格服务器，完成整个网格作业的运行。

所述的网格服务器在获取到网格客户端的网格作业结果后，可以动态更新网格门户的内容，用户可以通过浏览器进行网格作业结果的下载。

支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统实现方法，步骤如下：

(1)根据仿真任务确定参与本次仿真的模型及每个模型相关的资源文件、输入文件；

(2)确定所述的仿真模型和资源文件间的匹配关系，根据当前网格系统的计算资源对所述的仿真模型进行负载均衡，生成网格作业；

(3)将网格作业及输入文件一起分配到相应的网格客户端，客户端建立仿真计算环境，各个客户端之间在HLA仿真标准的约束下，进行仿真计算；

(4)将仿真计算结果进行统一管理并存储。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)本发明将网格计算技术和基于HLA的分布交互仿真技术结合起来，通过网格计算技术弥补H LA仿真的不足，解决了仿真模型的负载均衡问题，提高仿真系统的运行效率，并且网格计算技术的使用不影响原有HLA仿真系统功能。

(2)本发明网格门户实现了对网格资源的管理。用户通过浏览器即可实现对所有网格资源的管理，包括模型、想定、FOM、初始化文件等。

(3)本发明仿真主控模块通过Web Service接口形式调用网格服务器，可以采用程序进行控制，提高了仿真的灵活性。

(4)本发明网格服务器实现了对所有网格作业运行结果的管理，用户通过网格门户可以对仿真历史运行结果进行下载，方便查询及后续应用。

附图说明

图1为本发明的组成结构框图；

图2为本发明的网格服务器实现图；

图3为本发明的网格客户端实现图；

图4为本发明的网格门户实现图；

图5为本发明的仿真主控程序实现图。

具体实施方式

如图1所示，本发明需要建立网格服务器、网格客户端、网格门户、仿真主控程序。网格服务器负责网格作业的生成、网格作业的调度；网格客户端负责网格作业的获取、计算以及网格作业结果的上传；网格门户负责网格静态资源的管理；仿真主控程序负责HLA仿真系统的控制、网格作业的提交。

本发明中的网格服务器实现方式如图2所示。网格服务器对网格客户端进行实时监控，并将网格客户端汇报的计算资源信息存储到网格数据库中，作为负载均衡的依据。仿真主控程序指定仿真任务的想定，并生成仿真模型输入文件，一起提交给网格服务器。网格服务器对该仿真想定文件进行解析，提取本次仿真需要的静态资源信息，包括模型、FOM、模型初始化文件、想定文件、实验文件等，想定文件以xml文件格式保存。网格客户端与网格服务器之间以XML文件格式实现通讯。一种典型的想定文件格式如下：

<？xml version＝″1.0″encoding＝″gb2312″？>

<Scenario name＝″sim″fedfile_name＝″sim.fed″>

<ObjectClasses>

<ObjectClass name＝″trace″lib_name＝″trace.dll″/>

</ObjectClasses>

<InterClasses>

<InterClass name＝″Fx″lib_name＝″Inter_Fx.dll″event_enum_value＝″1″/>

</InterClasses>

<Models>

<Model instance_name＝″D01X00″model_name＝″D01X0.dll″

init_file＝″D01X00.txt″client_IP＝″10.17.43.17″>

<Input_Parameter number＝″0″>

</Input_Parameter>

<Output_Parameter number＝″1″>

<Parameter name＝″角度″objectclass_name＝″DClass″attribute_name＝″azi″/>

</Output_Parameter>

<Input_Event number＝″1″>

<Event name＝″运动事件″interclass_name＝″Move″/>

</Input_Event>

<Output_Event number＝″0″>

</Output_Event>

</Model>

</Models>

</Scenario>

对于网格任务中需要使用的仿真静态资源，网格服务器需要进行资源匹配。如果仿真静态资源不存在，则仿真任务无法运行。如果所有仿真静态资源都存在，就以当前网络中所有可用计算机的计算资源为分配单位，网格服务器对网格资源(即可用的计算资源)进行分解，针对每个仿真模型生成单独的网格资源文件。网格服务器提取网格数据库中的实时计算资源信息，确定当前可用的网格计算资源，对所有仿真模型进行负载均衡，确定每个仿真模型的运行节点。网格作业生成后，网格服务器对网格作业进行调度，网格客户端获取网格作业并在作业计算完成后上传网格作业结果至网格服务器。网格服务器获取到网格作业结果后进行网格作业结果的管理和存储。

本发明中的网格客户端实现方式如图3所示。网格客户端需要完成两个工作，一是对本机计算资源的监控，二是网格作业的计算。网格客户端监控的计算资源主要包括CPU、内存、硬盘信息。网格客户端定期与网格服务器通讯，汇报本机的计算资源情况，并获取需要计算的网格作业。网格客户端在获取到分配给它的网格作业后，下载该网格作业对应的作业描述文件，通过对该文件的解析，明确应用名称、输入文件、输出文件。一种典型的网格作业描述文件格式如下：

<job_desc>

    <task>

        <application>GridApp1.exe</application>

        <stdin_filename>in</stdin_filename>

        <stdout_filename>out</stdout_filename>

    </task>

</job_desc>

网格客户端获取该作业对应的网格作业输入文件，对网格作业的输入文件进行解压，并将输入文件拷贝到网格应用程序的存储目录中，以建立网格作业的计算环境。计算环境创建成功后网格客户端自动启动仿真客户端伺服程序，仿真客户端伺服程序根据网格作业输入文件启动相应的仿真模型，仿真模型在仿真主控程序的控制下完成仿真计算，计算完成后仿真客户端伺服程序自动结束退出。计算过程中网格客户端实时监控仿真客户端伺服程序的运行过程，如果仿真客户端伺服程序退出，网格客户端即认为本次网格作业运行结束，对仿真模型的计算结果进行压缩，形成该网格作业的压缩结果文件并上传至网格服务器，完成整个网格作业的运行。

本发明中的网格门户实现方式如图4所示。网格门户主要完成网格资源管理系统静态资源的管理。静态资源主要包括模型、FOM、模型初始化文件、想定文件、实验文件。静态资源以网格工程的形式存储和管理。用户按照注册的用户名称和密码登录网格门户后，首先对网格工程进行管理，包括工程的增加、删除、修改等。每个静态资源都必须属于某个工程。用户通过网格门户选择压缩的网格资源文件上传，网格门户对上传的网格资源进行验证，包括网格资源的格式、类型等。如果资源符合网格门户预定的格式，网格门户就对网格资源进行分类，并按照类型将网格资源存储到网格门户的工程文件存储系统中，并在网格门户数据库中建立该资源的索引。已经存储的网格资源可以由用户进行下载。

本发明中的仿真主控程序实现方式如图5所示。主控程序首先进行实验设计，形成仿真实验方案。其中需要确定本次参加的仿真模型、每个仿真模型携带的仿真资源，并将这些信息存入仿真想定文件。实验设计完成后，主控程序通过Web Service服务接口进行仿真静态资源的上传和服务器端仿真想定的创建。

上传静态资源的Web Service服务接口定义如下：

uploadFile(BSTR fileName，BSTR filelnBASE64，BSTR^＊uploadFileReturn)

其中，fileName参数为上传文件名称，filelnBASE64参数为上传文件指针，uploadFileReturn参数为上传后服务器的返回值。

服务器端仿真想定创建的Web Service服务接口定义如下：

createScn(BSTR username，BSTR password，BSTR scnFile，BSTR^＊createScnReturn)

其中，username参数为上传用户名称，password参数为该用户对应的密码，scnFileSn参数为上传的仿真想定文件指针，createScnReturn参数为创建后服务器的返回值。

静态资源上传和服务器端仿真想定创建后，主控程序上传仿真模型输入文件，然后创建仿真联邦，等待所有网格客户端模型程序加入仿真。如果所有客户端模型已经加入，则主控程序控制参与本次仿真的所有客户端模型程序启动仿真计算。参与本次计算的所有网格客户端模型计算完成后，仿真主控程序结束实验，销毁联邦，并通知所有客户端模型程序退出运行。

支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统实现方法，步骤如下：

(1)根据仿真任务确定参与本次仿真的模型及每个模型相关的资源文件、输入文件；

(2)确定所述的仿真模型和资源文件间的匹配关系。仿真模型与输入文件之间的关系一般通过文件名称来匹配，如模型A01X00对应的输入文件名称为A01X00.txt。仿真模型与FOM文件之间的关系根据FOM信息的产生者来确定，即如果该FOM信息的发出者为模型A01X00，则该FOM文件属于模型A01X00的资源。

(3)根据当前网格系统的计算资源(主要包括CPU、内存、硬盘信息)对所述的仿真模型进行负载均衡，生成网格作业。负载均衡之前需要确定CPU、内存、硬盘三种资源的权重(该权重根据本次仿真应用中使用的仿真模型情况，由用户确定)和每个仿真模型的复杂度。负载均衡算法自动将高复杂度的仿真模型分配到CPU、内存、硬盘资源相对充足的计算机上运行。负载均衡算法可以采用公知的模糊控制算法实现，具体可以参见《计算机仿真》，2008.11，“基于请求负载的网格任务模糊控制调度策略”一文。

(4)将网格作业及输入文件一起分配到相应的网格客户端，网格客户端建立仿真计算环境，各个客户端之间在HLA仿真标准的约束下，进行仿真计算；具体实现步骤：

(4.1)首先对网格作业的输入文件进行解压，并将解压后的输入文件拷贝到网格应用程序的存储目录中；

(4.2)网格客户端自动启动网格客户端伺服程序，该伺服程序根据网格作业的输入文件启动相应的仿真模型，仿真模型在HLA仿真标准的约束下，进行仿真计算。

(5)客户端计算完成后，分头将仿真计算结果上传到网格服务器，由服务器进行统一管理和存储。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，其特征在于：包括网格服务器、仿真主控模块、网格门户和网格客户端；

网格门户，负责静态资源的管理，将与仿真有关的资源文件上传给网格服务器；

仿真主控模块，与网格服务器通讯，将仿真想定文件及输入文件提交给网格服务器；并对已经分配的联邦成员进行运行控制；所述的仿真主控模块工作过程如下：

(1)将本次参加的仿真模型、每个仿真模型携带的仿真资源存入仿真想定文件；

(2)将仿真想定文件及仿真模型对应的输入文件上传至网格服务器；

(3)创建仿真联邦，等待所有网格客户端模型程序加入仿真，当所有网格客户端模型加入完成后，控制参与本次仿真的所有网格客户端模型程序启动仿真计算；

(4)判断参与本次计算的所有网格客户端模型计算完成后，结束实验，销毁联邦，并通知所有网格客户端模型程序退出运行；

网格服务器，对所述的仿真想定文件分解成网格作业，根据网格客户端汇报的计算资源信息将网格作业及输入文件一起分配到相应的网格客户端；并将网格客户端的计算结果存储；

网格客户端，监控本机的计算资源，并将该计算资源信息发送给网格服务器；根据网格服务器分配的网格作业及输入文件进行计算，并将计算结果上传至网格服务器。

2.根据权利要求1所述的支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，其特征在于：所述的仿真主控模块可以通过Web Service接口与网格服务器通讯，上传必要的仿真资源，要求网格服务器进行网格计算。

3.根据权利要求1所述的支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，其特征在于：所述的网格服务器的工作过程为：

(1)接收网格客户端汇报的计算资源信息；

(2)接收到仿真主控模块提交的仿真想定文件及输入文件后，解析所述的仿真想定文件，根据解析后的文件确定每个仿真模型的相应资源文件；

(3)根据接收的计算资源信息对仿真模型进行负载均衡，生成网格作业；

(4)将网格作业及输入文件一起分配到相应的网格客户端进行计算；

(5)对网格客户端上传得网格结果进行统一管理和存储。

4.根据权利要求1所述的支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，其特征在于：所述的网格客户端工作过程为：

(1)定期与网格服务器通讯，汇报本机的计算资源情况，并获取分配的网格作业及输入文件；

(2)获取到分配的网格作业后，对网格作业的输入文件进行解压，并将解压后的输入文件拷贝到网格应用程序的存储目录中，以建立网格作业的计算环境；

(3)网格客户端自动启动网格客户端伺服程序，网格客户端伺服程序根据网格作业输入文件启动相应的仿真模型，仿真模型在HLA仿真标准的约束下完成仿真计算，计算完成后仿真客户端伺服程序自动结束退出；

(4)网格客户端实时监控仿真客户端伺服程序的运行过程，如果仿真客户端伺服程序退出，网格客户端即认为本次网格作业运行结束，将仿真模型的计算结果上传至网格服务器，完成整个网格作业的运行。

5.根据权利要求4所述的支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，其特征在于：所述的计算资源主要包括CPU、内存、硬盘信息。

6.根据权利要求1所述的支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，其特征在于：所述的静态资源主要包括模型、FOM、模型初始化文件、想定文件、实验文件。

7.根据权利要求1所述的支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统，其特征在于：所述的网格客户端与网格服务器之间以XML文件格式实现通讯。

8.根据权利要求1所述的支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统实现方法，其特征在于：所述的网格服务器在获取到网格客户端的网格作业结果后，可以动态更新网格门户的内容，用户可以通过浏览器进行网格作业结果的下载。

9.支持HLA分布交互仿真的网格资源管理系统实现方法，其特征在于步骤如下：

(1)根据仿真任务确定参与本次仿真的模型及每个模型相关的资源文件、输入文件；

(2)确定所述的仿真模型和资源文件间的匹配关系，根据当前网格系统的计算资源对所述的仿真模型进行负载均衡，生成网格作业；

(3)将网格作业及输入文件一起分配到相应的网格客户端，客户端建立仿真计算环境，各个客户端之间在HLA仿真标准的约束下，进行仿真计算；

(4)将仿真计算结果进行统一管理并存储。

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