CN105787175A - 基于模型组合的水利模型云计算方法与装置 - Google Patents

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缪纶
宋越
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Abstract

本发明公开了一种基于模型组合的水利模型云计算方法与装置，涉及模型计算技术领域，本发明基于OpenMI标准和工作流，能够提供对模型组合的创建、编辑、查看和验证，并将经过标准处理的模型组件进行面向业务需求和面向不同尺度、不同空间、不同维度的模型组合，同时通过云调度方法提高水利模型组合的并行处理效率，满足更为复杂的应用场景，以较好的适应当前和未来高可用性和高扩展性的复杂计算需求。

Description

基于模型组合的水利模型云计算方法与装置
技术领域
本发明涉及模型计算技术领域，特别涉及一种基于模型组合的水利模型云计算方法与装置。
背景技术
水利专业科学计算经常涉及到多种模型的组合，通过建立多个模型之间的组合关联，才可能将相关模型之间原本存在的物理过程及其所反映的自然现象的联系进行还原。随着科学技术的不断进步和水利工程建设的实践积累，水利模型得到了很大的发展，各种专业模型层出不穷。水利模型的应用由早期的简单仿真计算程序发展到现在的复杂系统，其结构组成和行为逻辑都变得十分复杂，对水利模型的适应性、可扩展性、可重用性及互操作性等性质提出了更高的要求。在水利模型实践中，由于考虑问题的出发点不同，对于同一现实问题有多种模型可用，而且许多大范围、多尺度、多物理过程耦合的复杂现象，仅靠提高单一模型复杂程度来解决已经变得非常困难，甚至不现实。因此，迫切希望能够快速形成满足不同需求的组合模型，像制造业那样通过灵活地组装部件的方式，以更好地适应现实问题和复杂系统的不断演化。
由于水利行业独有的专业特点，每一河流、湖泊、河口、海湾都具有自身独一无二的特征，现实环境和学科领域均存在巨大的差异性，则用以模拟计算的水利模型的可组合性问题尤显得严峻。目前在国内水利行业相关研究者主要集中在针对某个领域进行模型组合的研究工作，针对水利模型通用标准化的研究还比较少，大多使用国外比较权威的欧盟水框架委员会支持的项目HarmonIT建立的开放式模型接口OpenMI(OpenModelInterface)，它是为基于时序的模型在运行期间交换数据而确立的一系列标准化接口，为模型组合提供了一种开放技术标准，多个模型能够通过接口组合到一起，从而互相交换数据并同时运行。通过兼容OpenMI标准的模型可较好地解决上述由模型异构性导致的输入输出格式参差不齐、灵活性差、复用率低和数据共享困难等模型组合问题，这一技术手段在实践中已被国内外广泛水利研究者采用，已从单一的水科学领域拓展到水、环境、经济等多领域组合模型上。
然而，水利模型常用的OpenMI平台提供的运行环境仅支持单一PC环境，无法较好的满足高可用性和高扩展性的需求。
发明内容
为了提高处理效率，满足更为复杂的应用场景，以较好的适应当前和未来高可用性和高扩展性的复杂计算需求，本发明提供了一种基于模型组合的水利模型云计算方法，所述方法包括：
获取至少两个待组合的水利模型实例；
添加所述水利模型实例之间的链接；
根据添加的链接生成模型组合；
针对所述模型组合创建计算任务；
将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算。
可选地，所述链接用于反映水利模型之间的数据交互。
可选地，所述模型组合为一组水利模型及其链接所构成的工作流。
可选地，所述并行化计算包括：
对所述模型组合进行拓扑排序，提取可并行部分；
依次对各可并行部分的每一个水利模型进行并行执行；
在一个可并行部分中的全部水利模型都完全执行结束后，从所述模型组合中移除该水利模型，并行执行下一个可并行部分，直至所有可并行部分均执行完毕后，再串行执行其他部分中的每一个水利模型。
可选地，所述将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算之后，还包括：
收集计算结果，根据收集的计算结果生成结果文件或可视化图表。
本发明还公开了一种基于模型组合的水利模型云计算装置，所述装置包括：
模型获取单元，用于获取至少两个待组合的水利模型实例；
链接添加单元，用于添加所述水利模型实例之间的链接；
组合生成单元，用于根据添加的链接生成模型组合；
任务创建单元，用于针对所述模型组合创建计算任务；
并行计算单元，用于将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算。
可选地，所述链接用于反映水利模型之间的数据交互。
可选地，所述模型组合为一组水利模型及其链接所构成的工作流。
可选地，所述并行计算单元，通过以下步骤进行并行化计算：对所述模型组合进行拓扑排序，提取可并行部分；依次对各可并行部分的每一个水利模型进行并行执行；在一个可并行部分中的全部水利模型都完全执行结束后，从所述模型组合中移除该水利模型，并行执行下一个可并行部分，直至所有可并行部分均执行完毕后，再串行执行其他部分中的每一个水利模型。
可选地，所述装置还包括：
结果收集单元，用于收集计算结果，根据收集的计算结果生成结果文件或可视化图表。
本发明基于OpenMI标准和工作流，能够提供对模型组合的创建、编辑、查看和验证，并将经过标准处理的模型组件进行面向业务需求和面向不同尺度、不同空间、不同维度的模型组合，同时通过云调度方法提高水利模型组合的并行处理效率，满足更为复杂的应用场景，以较好的适应当前和未来高可用性和高扩展性的复杂计算需求。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的基于模型组合的水利模型云计算方法的流程图；
图2为本发明中一个较佳实施例基于模型组合的水利模型云计算方法中计算任务的状态图；
图3为本发明中一个较佳实施例基于模型组合的水利模型云计算方法中并行计算的流程图；
图4是本发明一种实施方式的基于模型组合的水利模型云计算装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的基于模型组合的水利模型云计算方法的流程图；参照图1，所述方法包括：
S101：获取至少两个待组合的水利模型实例；
需要说明的是，水利模型是指基于OpenMI标准封装的模型组件，其可供多个计算任务实例化。
S102：添加所述水利模型实例之间的链接；
可理解的是，所述链接用于反映水利模型实例之间的数据交互，其包括：源模型实例、源输入项、目标模型实例、目标输入项以及数据转换操作。
S103：根据添加的链接生成模型组合；
在具体实现中，所述模型组合，是指由一组水利模型实例及其链接构成的工作流，其描述了模型种类、模型之间的组合关系及数据流向。
S104：针对所述模型组合创建计算任务；
在具体实现中，本步骤是针对步骤S103中所生成的模型组合创建计算任务，所述计算任务的初始状态为Created。
S105：将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算。
可理解的是，参照图2，所述计算任务分配给云计算节点后，所述云计算节点进入Assigned状态，此时云计算节点将准备工作区并拉取数据。当任务满足能够在云计算节点上被运行的条件并开始运行时，进入Running状态。如果任务的相关数据准备失败，或运行过程中出现错误，则进入Aborted状态。如果运行成功，则进入Finishing状态。
在具体实现中，可采用参照图3的方式进行并行化计算，所述并行化计算包括：
对所述模型组合进行拓扑排序，提取可并行部分；
依次对各可并行部分的每一个水利模型进行并行执行；
在一个可并行部分中的全部水利模型都完全执行结束后，从所述模型组合中移除该水利模型，并行执行下一个可并行部分，直至所有可并行部分均执行完毕后，再串行执行其他部分中的每一个水利模型。
本实施方式基于OpenMI标准和工作流，能够提供对模型组合的创建、编辑、查看和验证，并将经过标准处理的模型组件进行面向业务需求和面向不同尺度、不同空间、不同维度的模型组合，同时通过云调度方法提高水利模型组合的并行处理效率，满足更为复杂的应用场景，以较好的适应当前和未来高可用性和高扩展性的复杂计算需求。
为便于对计算结果进行展示，本实施方式中，步骤S105之后，还可包括：
S106：收集计算结果，根据收集的计算结果生成结果文件或可视化图表。
图4是本发明一种实施方式的基于模型组合的水利模型云计算装置的结构框图；参照图4，所述装置包括：
模型获取单元401，用于获取至少两个待组合的水利模型实例；
链接添加单元402，用于添加所述水利模型实例之间的链接；
组合生成单元403，用于根据添加的链接生成模型组合；
任务创建单元404，用于针对所述模型组合创建计算任务；
并行计算单元405，用于将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算。
在本发明的一种优选实施方式中，所述链接用于反映水利模型之间的数据交互。
在本发明的一种优选实施方式中，所述模型组合为一组水利模型实例及其链接所构成的工作流。
在本发明的一种优选实施方式中，所述并行计算单元，通过以下步骤进行并行化计算：对所述模型组合进行拓扑排序，提取可并行部分；依次对各可并行部分的每一个水利模型进行并行执行；在一个可并行部分中的全部水利模型都完全执行结束后，从所述模型组合中移除该水利模型，并行执行下一个可并行部分，直至所有可并行部分均执行完毕后，再串行执行其他部分中的每一个水利模型。
在本发明的一种优选实施方式中，所述装置还包括：
结果收集单元，用于收集计算结果，根据收集的计算结果生成结果文件或可视化图表。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于模型组合的水利模型云计算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取至少两个待组合的水利模型实例；
添加所述水利模型实例之间的链接；
根据添加的链接生成模型组合；
针对所述模型组合创建计算任务；
将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述链接用于反映水利模型实例之间的数据交互。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型组合为一组水利模型实例及其链接所构成的工作流。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述并行化计算包括：
对所述模型组合进行拓扑排序，提取可并行部分；
依次对各可并行部分的每一个水利模型进行并行执行；
在一个可并行部分中的全部水利模型都完全执行结束后，从所述模型组合中移除该水利模型，并行执行下一个可并行部分，直至所有可并行部分均执行完毕后，再串行执行其他部分中的每一个水利模型。
5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算之后，还包括：
收集计算结果，根据收集的计算结果生成结果文件或可视化图表。
6.一种基于模型组合的水利模型云计算装置，其特征在于，所述装置包括：
模型获取单元，用于获取至少两个待组合的水利模型实例；
链接添加单元，用于添加所述水利模型实例之间的链接；
组合生成单元，用于根据添加的链接生成模型组合；
任务创建单元，用于针对所述模型组合创建计算任务；
并行计算单元，用于将所述计算任务分配给云计算节点，以使所述云计算节点读取与所述计算任务相应的模型组合，并对所述模型组合进行并行化计算。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述链接用于反映水利模型之间的数据交互。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型组合为一组水利模型及其链接所构成的工作流。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述并行计算单元，通过以下步骤进行并行化计算：对所述模型组合进行拓扑排序，提取可并行部分；依次对各可并行部分的每一个水利模型进行并行执行；在一个可并行部分中的全部水利模型都完全执行结束后，从所述模型组合中移除该水利模型，并行执行下一个可并行部分，直至所有可并行部分均执行完毕后，再串行执行其他部分中的每一个水利模型。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
结果收集单元，用于收集计算结果，根据收集的计算结果生成结果文件或可视化图表。
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