基于高層體系結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)分布式仿真平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)仿真作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用,實(shí)際上經(jīng)歷了一個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單機(jī)到分布式、由同構(gòu)到異構(gòu)的一個(gè)發(fā)展過(guò)程。從以往的單獨(dú)對(duì)某一局部的仿真到今天的對(duì)某一應(yīng)用的全局分布式仿真,就是一個(gè)由單機(jī)到分布式的發(fā)展過(guò)程。
　　基于高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architeture, HLA)的分布式仿真平臺(tái)中,因包含了具有硬實(shí)時(shí)特性的半實(shí)物仿真,而對(duì) HLA提出了硬實(shí)時(shí)性的要求,雖然 HLA在設(shè)計(jì)之初就預(yù)留了實(shí)時(shí)接口,但是 HLA

2、本身卻不是一個(gè)具有實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)。因此需要對(duì)目前基于 HLA實(shí)現(xiàn)的分布式仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)性的改進(jìn),同時(shí)在一些關(guān)鍵領(lǐng)域,由于運(yùn)行環(huán)境難以再現(xiàn),所以需要進(jìn)行仿真。為了提高仿真的效率,引入了分布式仿真技術(shù),這些應(yīng)用領(lǐng)域不僅要求仿真任務(wù)的運(yùn)行滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的可靠性也要求很高,在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的前提下,需要盡可能的提高系統(tǒng)的可靠性,針對(duì)這些問(wèn)題和需求,本文主要做了以下研究:
　　1)研究了基于 HLA的分布式仿真平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)實(shí)時(shí)性改

3、進(jìn)方法。首先分析了影響 HLA仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的主要因素和常用改進(jìn)方法,然后針對(duì)調(diào)整 RTI底層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性改進(jìn)方法存在的技術(shù)復(fù)雜、研發(fā)周期長(zhǎng)等問(wèn)題,本文提出采用 HLA橋接技術(shù)的 HLA實(shí)時(shí)性改進(jìn)策略,在利用 HLA橋?qū)崿F(xiàn)多聯(lián)邦互聯(lián)的基礎(chǔ)上,以并行計(jì)算的形式運(yùn)行 HLA仿真系統(tǒng)中的各個(gè)聯(lián)邦,有效地提高了HLA仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和運(yùn)行支撐框架(Run Time Infrastructure, RTI)的性能,并且使用方便,應(yīng)用靈活。

4、r>　　2)研究了單機(jī)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的反饋容錯(cuò)調(diào)度算法。在單機(jī)單 CPU硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,由于任務(wù)超時(shí)完成會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)災(zāi)難性后果,而現(xiàn)有軟件容錯(cuò)調(diào)度算法在處理機(jī)利用率較高時(shí),成功執(zhí)行主任務(wù)所占時(shí)間比率下降,為解決這一問(wèn)題,本文提出一種自適應(yīng)反饋容錯(cuò)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法,在經(jīng)典的基于空閑時(shí)間檢測(cè)消除空閑時(shí)間的容錯(cuò)調(diào)度算法(Basic CAT EIT, BCE)的基礎(chǔ)上,引入反饋調(diào)度機(jī)制,形成基于反饋控制的BCE(Feedback BCE, FC-BC

5、E)調(diào)度算法。該算法在運(yùn)行過(guò)程中定期監(jiān)測(cè)處理機(jī)利用率,將實(shí)際處理機(jī)利用率與預(yù)期值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整對(duì)任務(wù)集的調(diào)度,有效減少了浪費(fèi)的 CPU時(shí)間片數(shù)量,提高了成功執(zhí)行主任務(wù)所占時(shí)間比率,降低了因處理機(jī)超載而引起的主任務(wù)丟失率。
　　3)研究了分布式系統(tǒng)的多性能指標(biāo)的多目標(biāo)進(jìn)化調(diào)度算法。在分布式系統(tǒng)中進(jìn)行任務(wù)調(diào)度顯然會(huì)影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,而不同的任務(wù)調(diào)度方案又會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可靠性造成不同的影響,這是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。為解決這一問(wèn)

6、題,本文在異構(gòu)分布式最早完成時(shí)間任務(wù)優(yōu)先調(diào)度算法(Heterogeneous Earlist Finished Time Algorithm, HEFT)基礎(chǔ)上,引入非支配排序多目標(biāo)遺傳算法(Non Dominated Sort Genetic Algorithm, NSGA),提出了基于多目標(biāo)優(yōu)化的異構(gòu)分布式系統(tǒng)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法(Heterogeneous Earlist Finished Time based on Non Domi

7、nated Sort Genetic Algorithm, HEFT-NSGA),在尋求具有最好實(shí)時(shí)性調(diào)度方案的同時(shí),兼顧提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
　　4)研究了任務(wù)間具有依賴(lài)關(guān)系的分布式主副版本容錯(cuò)調(diào)度方法。目前的主副版本容錯(cuò)調(diào)度算法大多沒(méi)有考慮任務(wù)間的前后依賴(lài)關(guān)系,而實(shí)際中很多任務(wù)是具有前后依賴(lài)關(guān)系的。針對(duì)這一問(wèn)題,本文提出了一種基于主副版本動(dòng)態(tài)可變調(diào)度距離的任務(wù)容錯(cuò)調(diào)度算法,即基于多目標(biāo)遺傳算法的分布式容錯(cuò)調(diào)度算法(Faul

8、t-tolerance scheduling based Non Dominated Sort Genetic Algorithm, FTS-NSGA),該算法通過(guò)比較任務(wù)間的最晚開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間與最早開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間的差值,安排任務(wù)副版本的調(diào)度,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了可用于具有前后依賴(lài)關(guān)系任務(wù)調(diào)度可重疊技術(shù),并優(yōu)先調(diào)度關(guān)鍵路徑任務(wù),在提高系統(tǒng)運(yùn)行效率,滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求的基礎(chǔ)上降低了系統(tǒng)容錯(cuò)開(kāi)銷(xiāo)。
　　綜上所述,本文對(duì) RTI的體系結(jié)構(gòu),單機(jī)