CN110276153B - 并行离散时间仿真的非一致时间余度非严格时间管理方法 - Google Patents

Abstract

一种并行离散时间仿真的非一致时间余度非严格时间管理方法，在时间协调服务器和多个事件管理器之间设置多个时间协调服务器代理，在每个时间协调服务器代理上具有各自设定的时间余度Δ，每执行一次请求后记录当前时刻T，当有新的事件提交执行请求时，比较事件的时间戳T1与T时刻间隔是否在指定时间余度Δ内：若两者的时间差小于时间余度Δ则直接执行当前事件。因此，本发明通过在时间协调服务器代理各自设定相应的时间余度Δ，对仿真计算允许一定的时间误差，减少时间协调服务器代理通过网络向时间协调服务器请求时间推进的次数，从而达到减少时间同步和交互所占用的网络带宽资源，提高仿真效率。

Description

并行离散时间仿真的非一致时间余度非严格时间管理方法

技术领域

本发明涉及仿真领域，具体的，涉及在仿真计算中，对于多个并行计算，利用非一致时间余度进行非严格时间管理的方法。

背景技术

为保证事件的因果关系，离散事件仿真中必须按照时间对事件进行排序和按顺序执行。分布式交互仿真是指多台计算机通过物理网络互连，协同完成一次仿真任务，本质上属于离散事件仿真通过网络互联的联合仿真，因此需要在单个离散事件仿真的时间管理的基础上，对多个离散事件仿真进行时间的管理和同步。

分布交互式仿真的典型方案包括DIS和HLA两种标准。DIS仅支持1：1的实时仿真，采用了一种基于全局时钟信息的同步方法，即构成DIS仿真的各节点均按照统一的周期同步收发信息，从而实现一种隐含的自发时间同步。HLA支持各种时间推进比例的仿真，因此采用的是逻辑时间同步的方法。首先将时间以一种可量化的数值进行表示，例如采用单精度浮点型的数据类型，并且可任意指定时间单位，例如秒、分钟等；同时定义了时间的起点和最大值，一般为0和正无穷，仿真中的任何一个时刻的时间都大于时间起点且小于时间最大值，因此还定义了时间比较的方法；其次定义了一套基于请求和批准的时间推进方法，在有中心的HLA仿真系统结构中，组成系统的各节点在需要推进时间时向中心发出请求并等待批准，中心掌握各节点的时间状态和请求，并通过批准某节点请求的方式允许其推进时间从而实现整体仿真时间的推进，由中心保证整体的事件因果关系。

DIS和HLA的频繁时间同步和交互占用了大量的网络带宽资源，而网络带宽资源是分布式仿真系统的瓶颈。

因此，如何能够减少与时间协调服务器的交互，从而达到减少时间同步和交互所占用的网络带宽资源，提高仿真效率，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种带非一致时间余度的时间管理方法，设置多个时间协调服务器代理，例如，在不同的计算节点上，通过时间余度来减少时间协调服务器代理通过网络向时间协调服务器请求时间推进的次数。

一种并行离散时间仿真的带非一致时间余度非严格时间管理方法，其特征在于：

在时间协调服务器和多个事件管理器之间设置多个时间协调服务器代理，其中每个时间协调服务器代理下辖多个事件管理器，每个事件管理器通过对应的时间协调服务器代理向时间协调服务器提交事件执行请求，在每个时间协调服务器代理上具有各自设定的时间余度Δ，

每执行一次请求后记录当前时刻T，当有新的事件提交执行请求时，比较事件的时间戳T1与T时刻间隔是否在指定时间余度Δ内：若两者的时间差小于时间余度Δ则直接执行当前事件；若大于时间余度Δ，则向时间协调服务器提交事件执行请求。

可选的，仿真开始后，事件管理器向时间协调服务器代理提交事件执行请求，如果执行条件具备，并且事件的时间戳小于所述时间余度Δ，则时间管理器代理发出允许执行信号给请求的事件管理器，事件管理器立刻执行该事件对应的函数，完成模型的处理逻辑；如果执行条件具备，但事件的时间戳大于所述时间余度Δ，则时间管理器代理则向时间协调服务器发送请求时间同步的数据包，并阻塞事件管理器，等待时间管理器回复。

可选的，所述执行条件包括时间、优先级。

可选的，当时间协调服务器收到时间同步的数据包后，会判断当前的时间点和其它各个时间协调服务器代理的同步状态，如果当前时间点小于请求同步的最小时间点，并且其它各个时间协调服务器代理都处于同步状态，则将时间推进到请求同步的最小时间点，并以此时间点批准所有时间协调服务器代理的时间同步请求。

可选的，所述事件是仿真模型中的处理函数，这些函数由事件队列来调用，但函数的原型以及调用的时机和参数由模型自身确定。

可选的，所述时间推进请求是指，事件队列调用时间管理所提供的请求推进时间函数，并提供需要推进到的仿真时间，时间管理服务通过该函数接收并记录该请求。

可选的，还具有时间管理器，所述时间管理器记录正在执行的事件的时间，更新为当前全局时间，任何事件的执行都需要时间管理器来裁决；

所述时间管理器综合以下因素来进行裁决：当前仿真时间、所有请求执行的事件(请求由事件管理器发出)的时间、事件的优先级。

可选的，所述时间管理器的裁决原则为：

a.时间与当前仿真时间相等且优先级相等的，立刻执行；

b.时间相等，优先级低的，等待；

c.时间大于当前仿真时间的，等待。当前事件执行完毕后，时间管理器更新当前仿真时间，然后遍历所有请求事件，再次进行裁决判断。

可选的，对于某一时间协调服务器代理下对应的实体，当其时间推进时序要求严格时，可将时间余度值设置的较小，而对于时间推进时序要求不那么严格的，可相应的将时间余度值设置大一些。

本发明提供了一种非严格时间管理方法，在分布式仿真应用中，引入了时间余度的概念。通过为所有时间协调服务代理设定相同的时间余度，在一定时间余度内允许事件管理器的事件执行而不需要请求并等待时间协调服务的确认，来减少事件管理器向时间协调服务提交事件执行请求的次数，以及等待时间协调服务回应的时间，在误差允许的范围内牺牲一定的精度，从而达到提高分布式互联效率的目的。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的非严格时间管理的工作原理图；

图2是根据本发明具体实施例的时间协调服务器代理与事件管理器的交互原理图；

图3是根据本发明具体实施例的事件管理器与实体及时间管理器之间的交互原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明中对于仿真计算中的相关概念定义如下：

1.实体

实体是计算机对现实对象的映射，如：飞机、车辆等。在仿真实现上，通过实体来刻画现实对象的特征、行为。

2.事件

事件用来刻画仿真装备或者仿真实体的动作或行为，对应在软件代码中，就是仿真过程中要执行的函数。函数的定义和实现都在具体的模型内部。

示例性的，在软件设计上，用一个类来描述“事件”，其结构主要包含以下几部分：

(1)事件对应的程序函数(即事件对应的程序代码片段)；

(2)执行时刻：事件真正执行的时间，仿真开始的时刻为0，最小时间单位为1微秒，也就是说事件应该在什么时刻被执行；

(3)优先级：当多个事件执行的时刻都是一致时，优先级决定了这些事件的执行顺序，优先级的取值范围是0-255，0是最先执行，默认设置为127；

(4)执行者：用来标识执行事件的模型实例；

(5)状态标志：代表该事件是否已取消。在特定的条件下，需要将已提交的事件取消执行。如：当一个实体被击毁后，就需要取消事件队列中该实体提交的所有事件。

即“事件”至少包含：执行时刻，优先级，执行者和状态标志。

3.事件管理器

在一个示范性的实施例中，事件管理器是通过编程技术实现的一个对象，该对象的功能为维护一个或多个实体提交的所有事件的事件队列，向实体提供事件提交接口，当接收到实体提交的事件时，事件管理器综合考虑事件的执行时间、优先级等因素，对事件队列中的所有事件进行重新排序。

4.时间协调服务器

在一个示范性的实施例中，时间协调服务器是通过编程技术实现的一个对象，该对象作为时间协调服务器本地化的一个代理对象，对本地程序与时间管理服务器交互的内部逻辑进行封装。

本发明在于，在时间协调服务器和事件管理器之间设置时间协调服务器代理，在事件管理器通过时间协调服务器代理向时间协调服务器提交事件执行请求，通过针对分布式应用下不同客户端实体事件提交频率的差异，设置不同的时间余度值，基于原有的设置相同时间余度值情况下减少一定时间余度内的事件提交执行申请的次数，以及等待时间协调服务回应的时间的基础，进一步优化事件提交和执行效率。从而达到减少时间同步和交互所占用的网络带宽资源，提高仿真效率的目的。

参见图1，示出了并行离散时间仿真的带非一致时间余度非严格时间管理方法的工作原理图，

具体包括：在时间协调服务器和多个事件管理器之间设置多个时间协调服务器代理，其中每个时间协调服务器代理下辖多个事件管理器，每个事件管理器通过对应的时间协调服务器代理向时间协调服务器提交事件执行请求，在每个时间协调服务器代理上具有各自设定的时间余度Δ，时间余度Δ可以为0.5个步长，1个步长等，根据需要选择而定。

每执行一次请求后记录当前时刻T，当有新的事件提交执行请求时，比较事件的时间戳T1与T时刻间隔是否在指定时间余度Δ内：若两者的时间差小于时间余度Δ则直接执行当前事件；若大于时间余度Δ，则向时间协调服务器提交事件执行请求。

具体的，在设置非一致的时间余度Δ时，对于某一时间协调服务器代理下对应的实体，当其时间推进时序要求严格时，可将时间余度值Δ设置的较小，而对于时间推进时序要求不那么严格的，可相应的将时间余度值Δ设置大一些。

因此，本发明通过在时间协调服务器代理上设置时间余度Δ，对仿真计算允许一定的时间误差，减少时间协调服务器代理通过网络向时间协调服务器请求时间推进的次数，从而达到减少时间同步和交互所占用的网络带宽资源，提高仿真效率。

进一步的，当通过针对分布式应用下不同客户端实体事件提交频率的差异，设置不同的时间余度值，基于原有的设置相同时间余度值情况下减少一定时间余度内的事件提交执行申请的次数，以及等待时间协调服务回应的时间的基础，进一步优化事件提交和执行效率。

具体而言，参见图2，示出了时间协调服务器代理与事件管理器的交互原理图。

仿真开始后，事件管理器向时间协调服务器代理提交事件执行请求，如果执行条件具备，并且事件的时间戳小于所述时间余度Δ，则时间管理器代理发出允许执行信号给请求的事件管理器，事件管理器立刻执行该事件对应的函数，完成模型的处理逻辑；如果执行条件具备，但事件的时间戳大于所述时间余度Δ，则时间管理器代理则向时间协调服务器发送请求时间同步的数据包，并阻塞事件管理器，等待时间管理器回复。

其中，所述执行条件包括时间、优先级。

进一步的，参见图3，事件管理器与实体及时间管理器之间的交互原理图。

当时间协调服务器收到时间同步的数据包后，会判断当前的时间点和其它各个时间协调服务器代理的同步状态，如果当前时间点小于请求同步的最小时间点，并且其它各个时间协调服务器代理都处于同步状态，则将时间推进到请求同步的最小时间点，并以此时间点批准所有时间协调服务器代理的时间同步请求。

其中，所述事件是仿真模型中的处理函数，这些函数由事件队列来调用，但函数的原型以及调用的时机和参数由模型自身确定。

所述时间推进请求是指，事件队列调用时间管理所提供的请求推进时间函数，并提供需要推进到的仿真时间，时间管理服务通过该函数接收并记录该请求。

在仿真系统中，在离散仿真系统里，时间是离散的、不连续的。这些不连续的时间片段(时刻)由仿真事件的执行来推动，例如：随着仿真事件的执行，仿真时间表现为：0秒，3秒，4.05秒，50秒…。一般情况下，时间管理器记录正在执行的事件的时间，更新为当前全局时间，任何事件的执行都需要时间管理器来裁决。

时间管理器综合以下因素来进行裁决：当前仿真时间、所有请求执行的事件(请求由事件管理器发出)的时间、事件的优先级。裁决的原则为：1、时间与当前仿真时间相等且优先级相等的，立刻执行；2、时间相等，优先级低的，等待；3、时间大于当前仿真时间的，等待。当前事件执行完毕后，时间管理器更新当前仿真时间，然后遍历所有请求事件，再次进行裁决判断。

通过上述过程的反复迭代，不断的执行事件队列的事件，通过事件的执行，推动着仿真时间的前进，直到仿真结束。在分布式仿真应用情况下，为保证时序的严格正确，在很小的时间间隔内发生的事件，即使这个间隔相对于仿真步长而言很小，并不影响全局实体状态的更新(全局实体状态每个仿真步长更新一次)，也需要提交事件执行申请，得到允许后再执行。

综上所述，在分布式仿真应用中，引入了非一致时间余度的概念。通过为所有时间协调服务代理有针对性的设定不同的时间余度值，在一定时间余度内允许事件管理器的事件执行而不需要请求并等待时间协调服务的确认，来减少事件管理器向时间协调服务提交事件执行请求的次数，以及等待时间协调服务回应的时间，从而达到提高分布式互联效率的目的。

本发明提供了一种带非一致时间余度的非严格时间管理算法，通过针对分布式应用下不同客户端实体事件提交频率的差异，设置不同的时间余度值，基于原有的设置相同时间余度值情况下减少一定时间余度内的事件提交执行申请的次数，以及等待时间协调服务回应的时间的基础，进一步优化事件提交和执行效率，在误差允许的范围内牺牲一定的精度，从而换取分布式互联效率的提升。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (7)

1.一种并行离散时间仿真的非一致时间余度非严格时间管理方法，其特征在于：

在时间协调服务器和多个事件管理器之间设置多个时间协调服务器代理，其中每个时间协调服务器代理下辖多个事件管理器，每个事件管理器通过对应的时间协调服务器代理向时间协调服务器提交事件执行请求，在每个时间协调服务器代理上具有各自设定的时间余度Δ，

每执行一次请求后记录当前时刻T，当有新的事件提交执行请求时，比较事件的时间戳T1与T时刻间隔是否在指定时间余度Δ内：若两者的时间差小于时间余度Δ则直接执行当前事件；若大于时间余度Δ，则向时间协调服务器提交事件执行请求；

仿真开始后，事件管理器向时间协调服务器代理提交事件执行请求，如果执行条件具备，并且事件的时间戳与T时刻间隔小于所述时间余度Δ，则时间协调服务器代理发出允许执行信号给请求的事件管理器，事件管理器立刻执行该事件对应的函数，完成模型的处理逻辑；如果执行条件具备，但事件的时间戳与T时刻间隔大于所述时间余度Δ，则时间协调服务器代理则向时间协调服务器发送请求时间同步的数据包，并阻塞事件管理器，等待时间协调服务器回复。

2.根据权利要求1所述的非严格时间管理方法，其特征在于：

所述执行条件包括时间、优先级。

3.根据权利要求1所述的非严格时间管理方法，其特征在于：

当时间协调服务器收到时间同步的数据包后，会判断当前的时间点和其它各个时间协调服务器代理的同步状态，如果当前时间点小于请求同步的最小时间点，并且其它各个时间协调服务器代理都处于同步状态，则将时间推进到请求同步的最小时间点，并以此时间点批准所有时间协调服务器代理的时间同步请求。

4.根据权利要求1所述的非严格时间管理方法，其特征在于：

所述事件是仿真模型中的处理函数，这些函数由事件队列来调用，但函数的原型以及调用的时机和参数由模型自身确定。

5.根据权利要求3所述的非严格时间管理方法，其特征在于：

所述时间推进是指，事件队列调用时间管理器所提供的请求推进时间函数，并提供需要推进到的仿真时间，时间管理器通过该函数接收并记录该请求。

6.根据权利要求5所述的非严格时间管理方法，其特征在于：

还具有时间管理器，所述时间管理器记录正在执行的事件的时间，更新为当前全局时间，任何事件的执行都需要时间管理器来裁决；

所述时间管理器综合以下因素来进行裁决：当前仿真时间、所有请求执行的事件的时间、事件的优先级。

7.根据权利要求6所述的非严格时间管理方法，其特征在于：

所述时间管理器的裁决原则为：

a.时间与当前仿真时间相等且优先级相等的，立刻执行；

b.时间相等，优先级低的，等待；

c.时间大于当前仿真时间的，等待；当前事件执行完毕后，时间管理器更新当前仿真时间，然后遍历所有请求事件，再次进行裁决判断。

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