CN109284518A - 一种乐观时间管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乐观时间管理方法及装置，涉及分布式仿真技术通领域。用以解决现有的乐观算法因不能及时发现因果错误的事件，存在导致长距离回退或多级回退的问题。该方法通过在分布式仿真系统中设置全局检测点，它通过监控仿真系统的所有运行状态，实时获得仿真过程中的每一个原子事件，对到来的事件按照复合事件的处理方式进行检测，根据匹配集检测每一个到来的事件。在一定的时间范围内，如果检测到出现因果倒置或时间序列错误的异常事件，全局检测点发送指令使得逻辑进程中的事件回退到距离最近的正确状态。

Description

一种乐观时间管理方法及装置

技术领域

本发明涉及分布式仿真技术领域，更具体的涉及一种乐观时间管理方法及装置。

背景技术

分布式仿真中各个节点一般分布在不同的物理位置，仿真中的数据交互通过网络传输，但网络中数据传输存在着传输延迟并且各个仿真节点的处理能力也不尽相同。在分布式仿真中，网络时延的不确定性和仿真节点事件处理能力的差异性会导致通信消息时序颠倒、因果错误的情况，严重的情况下会影响整个仿真的正常推进。分布式仿真中采用时间同步管理对各节点的消息进行管理和约束，保证仿真正确执行。

其中乐观时间管理是一种常用的仿真同步策略，它允许事件自由执行，如果在仿真过程中出现因果倒置错误或者时序错误的情况，通过回退操作取消已经执行的错误事件，重新执行仿真任务。其中时间弯曲算法(英文为Time Warp，简称TW)是目前最常用的乐观时间算法，其引入了回退、反消息、全局虚拟时间(英文为Global Virtual Time，简称GVT)等概念，器通过反消息撤销容易出现时序错误或因果倒置的事件。传统的乐观算法通过反消息进行回退，根据GVT对回退进行识别和控制，但通过反消息实现回退的过程中，反消息带有过去的时戳有可能再引起回退，以此类推，系统会出现大规模的回退，这种爆发式增长的反消息引起的回退称为多级回退。尤其是当系统中逻辑进程的执行速度差异过大，出现大规模回退时，系统的执行效率就非常低。

由于TW机制存在长距离回退以及多级回退的风险，并且回退过程中会引起冗余的数据交互，消耗额外的仿真时间，占用系统资源，所以学者们对其进行了很多改进。Fujimoto设计了一种移动时间窗算法，该算法通过定义一个全局虚拟时间来推进仿真时间窗，不允许逻辑进程(英文为Logical Process，简称LP)超过设置的时间窗；Madisetti提出的算法在发现因果错误时，立即停止一切计算，所有错误纠正之后仿真重新开始执行；时戳截流坝(英文为Time Dam，简称TD)乐观时间管理算法通过TD按批次放行事件，将回退限制在某个局部时间段内。上述多种算法改进的本质都是限制仿真的乐观性，控制回退的时间范围，以此来避免多级回退以及长距离回退的发生。但是通过对现有乐观时间管理改进方法进行归纳不难发现，上述多种算法局限与在一个时间段内对仿真的乐观性进行控制，不能及时的发现因果错误的事件，很有可能引发长距离回退以及多级回退。

综上所述，现有的乐观算法因不能及时发现因果错误的事件，存在导致长距离回退或多级回退的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种乐观时间管理方法及装置，用以解决现有的乐观算法因不能及时发现因果错误的事件，存在导致长距离回退或多级回退的问题。

本发明实施例提供一种乐观时间管理方法，包括：

获取运行系统内按照时间表在逻辑进程上执行的原子事件，将所述原子事件与匹配集进行匹配，所述匹配集内存储有所述逻辑进程上包括的每个所述原子事件的逻辑关系和时间序列；

当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系或者时间序列不匹配时，确认所述原子事件为第一原子事件，并向所述系统发送回退命令，所述回退命令用于将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到所述第一原子事件的上一个原子事件。

优选地，还包括：

当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系和时间序列均匹配时，确认接收到所述原子事件的第一时间，并将所述时间点信息与所述时间表内与所述原子事件对应的第二时间进行比较，当确认所述第一时间早于所述第二时间时，将所述时间表内的所述第二时间更新为所述第一时间。

优选地，所述系统内包括有多个逻辑进程。

本发明实施例还提供一种乐观时间管理装置，包括：

匹配单元，用于获取运行系统内按照时间表在逻辑进程上执行的原子事件，将所述原子事件与匹配集进行匹配，所述匹配集内存储有所述逻辑进程上包括的每个所述原子事件的逻辑关系和时间序列；

执行单元，用于按照复合事件处理的方式，当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系或者时间序列不匹配时，确认所述原子事件为第一原子事件，并向所述系统发送回退命令，所述回退命令用于将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到所述第一原子事件的上一个原子事件。

优选地，所述执行单元还用于：

当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系和时间序列均匹配时，确认接收到所述原子事件的第一时间，并将所述时间点信息与所述时间表内与所述原子事件对应的第二时间进行比较，当确认所述第一时间早于所述第二时间时，将所述时间表内的所述第二时间更新为所述第一时间。

优选地，所述系统内包括有多个逻辑进程。

本发明实施例提供了一种乐观时间管理方法及装置，该方法包括：获取运行系统内按照时间表在逻辑进程上执行的原子事件，将所述原子事件与匹配集进行匹配，所述匹配集内存储有所述逻辑进程上包括的每个所述原子事件的逻辑关系和时间序列；当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系或者时间序列不匹配时，确认所述原子事件为第一原子事件，并向所述系统发送回退命令，所述回退命令用于将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到所述第一原子事件的上一个原子事件。该方法通过在仿真系统中设置全局检测点，按照复合事件处理的方式对到来的事件通过匹配集进行检测，如果出现因果关系错误的异常事件或者时间顺序异常则立即进行回退，从而避免了出现回退距离过长的情况，减少回退过程中无效的数据交互次数和计算存储开销。尤其是系统中仿真数据规模越大，节点交互越频繁，仿真对象之间的约束越多，基于复合事件处理的乐观时间管理的优化会越明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种乐观时间管理方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的复合事件处理过程中NFA实例构建图；

图3为本发明实施例提供的回退事件示意图；

图4为本发明实施例一提供的传统乐观时间算法回退示意图；

图5为本发明实施例一提供的乐观时间算法回退示意图；

图6为本发明实施例提供的一种乐观时间管理装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

该申请文件中涉及到的术语：

原子事件：满足原子特性，不可以再分割为其它的事件，可以表述为如下形式：

E_p＝(eventId，properties，timestamp)

其中eventId表示事件唯一的标识，properties表示事件的各个属性，属性可以包括多种数据类型，timestamp表示事件发生的时间。

复合事件：通过原子事件复合生成的新事件E_new。对任意的e_new∈E_new，存在e₁,e₂,...e_k∈E₁,E₂...E_n。复合事件描述的是原子事件之间的逻辑和时序关系，具有复合性。

匹配集：匹配集是仿真中所有事件因果关系的集合，用U表示，对任意的E_new1,E_new2...E_newn∈U。在分布式仿真系统中，数据类型和事件执行顺序是确定的。复合事件处理方法：复合事件处理通过从不同数据源接收消息，根据匹配集中的约束和时间戳将原子事件构造成复合事件序列，提取出需要的有效信息或者发生的有意义的事件，这些事件可以是原子事件也可以是复合事件。

本发明采用的复合事件处理方法是基于非确定有限自动机(NFA)扩展模型来进行复合事件处理，其本质为自动机实例的一系列状态更新，实例可能被忽略、变迁到下一个节点或者保持原来的状态不变，如果自动机的最终状态上存在实例，即满足了状态转移过程中的所有约束条件，那么仿真继续执行。如果自动机没有到达最终状态，则表示复合事件处理过程中事件不满足匹配集约束，系统立即进行回退。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种乐观时间管理方法流程示意图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤101，首先对所有逻辑进程中的事件严格按照保守时间推进的方式进行推演，确定逻辑进程中事件之间的逻辑关系和时间序列，提取出各节点应用之间的因果关系约束，然后存储在匹配集U中。获取运行系统内按照时间表在逻辑进程上执行的原子事件，将所述原子事件按照复合事件处理的方式与匹配集进行匹配；

步骤102，当确认所述原子事件与所述匹配集U内的复合事件E的逻辑关系或者时间序列不一致时，确认所述原子事件为第一原子事件，立即所述系统发送回退命令，所述回退命令用于将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到所述第一原子事件的上一个原子事件。

本发明实施例提供的乐观时间管理算法，其假设分布式仿真系统中有m个进程，分布在若干个互联网的工作站中(PC₁,PC₂,...,PC_n)，通过在分布式仿真系统中设置一个全局检测节点(master)，该全局检测节点通过监控仿真系统的所有运行状态，实时获得仿真过程中的每一个原子事件，从而可以确定系统是否发生因果错误时间。

具体地，在步骤101中，全局检测点获取到运行系统内按照时间表在逻辑进程中执行的原子事件。需要说明的是，在一个运行系统内可以包括有多个逻辑进程，相应地，每个逻辑进程内可以包括有执行的多个原子事件。

进一步地，全局检测点对获取到的每个原子事件均需要与匹配集按照复合事件处理的方式进行匹配。图2为本发明实施例提供的复合事件处理过程中NFA实例构建图，如图2所示，复合事件处理过程可以用图1表示，其中匹配集为：(a.attr1<b.attr1)∩(b.attr1<c.attr1)。attr1表示属性，take表示执行操作，ignore表示忽略操作。在实际应用中，在分布式仿真系统中，数据类型和执行顺序都是之前确定的，具体地，在执行仿真之前，预先按照保守时间管理方法对放置过程进行推演，从而可以确定仿真过程中各个原子事件之间的逻辑关系和时间序列，根据确定出的各个原子事件之间的逻辑关系和时间序列，提取出各个原子事件之间的因果关系，时间序列以及各个原子事件之间的约束关系，并将上述提取出的多个关系存储在匹配集内。

在步骤102中，全局检测点将获取到的原子事件与匹配规则进行匹配之后，当确认原子事件与匹配集内存储的逻辑关系不匹配或者时间序列不匹配时，则确认当前系统出现因果错误，需要进行回退。图3为本发明实施例提供的回退事件示意图，如图3所示，其中表示到来的未执行事件，表示已经执行的事件，表示回退事件，表示迟到事件。图3中(a)图表示传统乐观算法中当事件执行到e₂时收到了其它进程发送的一个迟到消息e₁，即已执行事件的逻辑顺序出现错误，系统需要回退到距离最近的正确执行事件，回退的长度为灰色标识的圆圈。图3中(b)图表示基于复合事件处理的乐观时间管理算法，由于事件e₃的执行依赖于事件e₁，仿真过程中master节点检测到e₃，对其进行复合事件处理，逻辑进程中e₁并没有到来，执行e₃会出现因果倒序或时序错误，所以系统立刻开回退到距离最近的正确执行的状态。

进一步地，全局检测点会向系统发送一个回退命令，系统接收到该回退命令之后，将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到距离最近的正确执行的状态。从而可以避免现有技术中出现长距离回退以及多级回退的出现。

进一步地，当全局检测点确认原子事件与匹配集内存储的逻辑关系或者时间序列均匹配之后，确认接收到所述原子事件的第一时间，并将所述时间点信息与所述时间表内与所述原子事件对应的第二时间进行比较，当确认所述第一时间早于所述第二时间时，将所述时间表内的所述第二时间更新为所述第一时间。

需要说明的是，在本发明实施例中，当确认匹配成功之后，需要先确认获取到该原子事件的第一时间点，再确认逻辑进程上时间表上该原子事件对应的第二时间点，将上述两个时间点进行比较，当确认第一时间点大于第二时间点时，则需要将逻辑进程上时间表上的第二时间点更新为第一时间点，在发送一个时间戳为第一时间点加一个大于零的参数。

比如，当确认匹配成功之后，则按照正常的仿真继续执行，将接收到的原子事件的时戳和接收逻辑进程的本地虚拟时间进行比较，当原子事件的时戳大于本地虚拟时间时，将本地虚拟时间更新为当前原子事件的时戳，并提取事件内容更新当前的状态，再发送一个大于当前事件时戳的新消息。

为了能够更清楚的介绍本发明实施例提供的一种乐观时间管理方法，以下结合图4和图5，详细介绍乐观时间管理方法。

图4为本发明实施例一提供的传统乐观时间算法回退示意图；图5为本发明实施例一提供的乐观时间算法回退示意图。

如图4所示，假设仿真中的三个节点分别表示主控节点、鱼雷以及船只，具体逻辑过程为主控检测到船只航行到某一个位置时，发消息给鱼雷，鱼雷击中船只。仿真执行过程中，首先确定匹配集，按照保守时间推进的方式进行仿真，确定事件之间的逻辑关系和时序关系，示例中的集合约束关系为：e₅<e₇<e₂<e₃。由于三个逻辑进程相互独立，实际仿真中可能出现下面的情况，如图4所示。

图4描述了传统乐观算法的具体实例，其中表示到来的未执行事件，表示已经执行的事件，表示回退事件，表示迟到事件。具体地，e₁表示鱼雷节点上已经执行的事件；e₂表示发射鱼雷；e₃表示船只被击中；e₄和e₆分别表示鱼雷节点上其它事件；e₅表示主控检测到船只；e₇表示主控发送给鱼雷开始发射的消息。

在具体的仿真实例中，上述多个原子节点的执行过程如下，仿真开始时仿真开始时，如图4中(a)和(b)所示，由于e₁表示鱼雷节点上已经执行的事件，e₂表示发射鱼雷，则当e₁和e₂被执行后，则表示鱼雷已经发射；相应地，鱼雷发射后，则会产生e₃，即船只被鱼雷击中；船只被击中后，鱼雷节点上的其它事件e₄和e₆一直在执行；如图4中(c)所示，当执行到e₅时，由于e₅表示主控检测到船只，而e₅的执行需要产生e₇，即主控给鱼雷发送鱼雷开始发射的消息。

如图4中(d)所示，由于e₇表示主控发送给鱼雷开始发射的消息，而e₂表示发射鱼雷，即e₇的时戳小于当前的本地虚拟时间，所以系统需要回退，由于e₇和e₂之间包括有3个节点，即鱼雷节点上需要回退的长度为3，同时引起船只上的事件也要回退。图5表示基于复合事件处理的乐观时间管理的具体实例，仿真进程中master节点能够监测到系统中运行的所有进程，并对到来的每个事件进行检测。

具体地，仿真开始时，如图5中(a)和(b)所示，由于e₁表示鱼雷节点上已经执行的事件，则e₁先执行；相应地，由于e₂表示发射鱼雷，而当执行e₂时，master节点通过复合事件检测知道执行e₂需要的依赖事件e₇还没有到来，所以e₂回退，如图5中(c)和(d)所示，此时系统只回退了一步。e₇事件到来，鱼雷节点继续执行，仿真继续。

由图5可知基于复合事件处理的乐观时间管理不会出现鱼雷发射击中船只，但是还没有收到主控节点发送的鱼雷开始发射的消息。在执行鱼雷发射的事件时，先进行复合事件检测，如果主控发送给鱼雷发射的消息存在，仿真继续，反之，则进行回退。

综上所述，本发明实施例提供的一种乐观时间管理方法，该方法通过在仿真系统中设置全局检测点，对到来的事件通过匹配集进行检测，如果出现因果关系错误的异常事件或者时间顺序异常则立即进行回退，从而避免了出现回退距离过长的情况，减少回退过程中无效的数据交互次数和计算存储开销。尤其是系统中仿真数据规模越大，节点交互越频繁，仿真对象之间的约束越多，基于复合事件处理的乐观时间管理的优化会越明显。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种乐观时间管理装置，由于该装置解决技术问题的原理与一种乐观时间管理方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图6为本发明实施例提供的一种乐观时间管理装置结构示意图，如图6所示，该装置主要包括有匹配单元501和执行单元502。

匹配单元501，用于获取运行系统内按照时间表在逻辑进程上执行的原子事件，将所述原子事件与匹配集进行匹配，所述匹配集内存储有所述逻辑进程上包括的每个所述原子事件的逻辑关系和时间序列；

执行单元502，用于按照复合事件处理的方式，当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系或者时间序列不匹配时，确认所述原子事件为第一原子事件，并向所述系统发送回退命令，所述回退命令用于将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到所述第一原子事件的上一个原子事件。

优选地，所述执行单元502还用于：

当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系和时间序列均匹配时，确认接收到所述原子事件的第一时间，并将所述时间点信息与所述时间表内与所述原子事件对应的第二时间进行比较，当确认所述第一时间早于所述第二时间时，将所述时间表内的所述第二时间更新为所述第一时间。

优选地，所述系统内包括有多个逻辑进程。

应当理解，以上一种乐观时间管理装置包括的单元仅为根据该设备装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的一种乐观时间管理装置所实现的功能与上述实施例提供的一种乐观时间管理方法一一对应，对于该装置所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种乐观时间管理方法，其特征在于，包括：

获取运行系统内按照时间表在逻辑进程上执行的原子事件，按照复合事件处理方式将所述原子事件与匹配集进行匹配，所述匹配集内存储有所述逻辑进程上包括的每个所述原子事件的逻辑关系和时间序列；

当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系或者时间序列不匹配时，确认所述原子事件为第一原子事件，并向所述系统发送回退命令，所述回退命令用于将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到所述第一原子事件的上一个原子事件。

2.如权利要求1所述的管理方法，其特征在于，还包括：

当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系和时间序列均匹配时，确认接收到所述原子事件的第一时间，并将所述时间点信息与所述时间表内与所述原子事件对应的第二时间进行比较，当确认所述第一时间早于所述第二时间时，将所述时间表内的所述第二时间更新为所述第一时间。

3.如权利要求1所述的管理方法，其特征在于，所述系统内包括有多个逻辑进程。

4.一种乐观时间管理装置，其特征在于，包括：

匹配单元，用于获取运行系统内按照时间表在逻辑进程上执行的原子事件，将所述原子事件与匹配集进行匹配，所述匹配集内存储有所述逻辑进程上包括的每个所述原子事件的逻辑关系和时间序列；

执行单元，用于按照复合事件处理的方式，当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系或者时间序列不匹配时，确认所述原子事件为第一原子事件，并向所述系统发送回退命令，所述回退命令用于将所述逻辑进程上执行的多个原子事件回退到所述第一原子事件的上一个原子事件。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述执行单元还用于：

当确认所述原子事件与所述匹配集内的逻辑关系和时间序列均匹配时，确认接收到所述原子事件的第一时间，并将所述时间点信息与所述时间表内与所述原子事件对应的第二时间进行比较，当确认所述第一时间早于所述第二时间时，将所述时间表内的所述第二时间更新为所述第一时间。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述系统内包括有多个逻辑进程。