工程優(yōu)化設(shè)計(jì)網(wǎng)格的關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用.pdf

1、網(wǎng)格能夠?qū)⒒ヂ?lián)網(wǎng)上分散在不同地理位置的資源組織起來(lái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源等的全面共享，從而提供安全、可靠、廉價(jià)、高效的計(jì)算能力，協(xié)同解決復(fù)雜的大規(guī)模科學(xué)和工程計(jì)算問(wèn)題。網(wǎng)格目前已經(jīng)成為高性能計(jì)算領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)和重要的發(fā)展方向。 現(xiàn)代工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的規(guī)模和復(fù)雜程度的大大提高，使得對(duì)高性能計(jì)算設(shè)備和環(huán)境的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。網(wǎng)格能夠整合網(wǎng)絡(luò)上大量的閑置資源，提供超強(qiáng)的服務(wù)能力，這為進(jìn)行大規(guī)模工程優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可能。

2、但是由于受到網(wǎng)格資源的分布性、異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性和自治性的限制，目前網(wǎng)格技術(shù)在工程優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域還沒(méi)有得到充分地應(yīng)用。主要體現(xiàn)在：(1)缺少針對(duì)網(wǎng)格環(huán)境的優(yōu)化算法和編程模型，難以通過(guò)網(wǎng)格技術(shù)高效地利用網(wǎng)絡(luò)中的資源協(xié)同完成復(fù)雜的優(yōu)化設(shè)計(jì)；(2)缺少對(duì)可協(xié)同優(yōu)化作業(yè)的調(diào)度模型，限制了對(duì)基于網(wǎng)格的優(yōu)化設(shè)計(jì)作業(yè)高效地調(diào)度；(3)缺少基于網(wǎng)格的優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)及典型應(yīng)用的研究，沒(méi)有注重把大量閑置于網(wǎng)絡(luò)的資源以“黑箱”服務(wù)的形式提供給實(shí)際的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)。

3、 針對(duì)以上存在的問(wèn)題，本文深入研究了基于網(wǎng)格的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)算法模型和針對(duì)優(yōu)化作業(yè)的調(diào)度模型，搭建了工程優(yōu)化設(shè)計(jì)網(wǎng)格平臺(tái)EODG，并基于該平臺(tái)開(kāi)展了汽輪機(jī)基礎(chǔ)優(yōu)化和注塑成型優(yōu)化等典型應(yīng)用的研究。主要研究?jī)?nèi)容有： 1.發(fā)展了兩種基于網(wǎng)格的黑箱優(yōu)化算法模型，包括一種替代函數(shù)網(wǎng)格算法和一種演化設(shè)計(jì)網(wǎng)格算法。這兩種算法以合理的分解優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)和減少節(jié)點(diǎn)問(wèn)數(shù)據(jù)傳遞量為基礎(chǔ)，用計(jì)算池技術(shù)平衡網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，既提高了算法精度又有效地加速

4、了算法的收斂。替代函數(shù)網(wǎng)格算法給出一種與Kriging近似技術(shù)配套的序列優(yōu)化迭代格式，可由少量抽樣數(shù)據(jù)產(chǎn)生的不精確模型開(kāi)始優(yōu)化，并以較快的速度逼近最優(yōu)解；演化設(shè)計(jì)網(wǎng)格算法采用多種群競(jìng)爭(zhēng)和群體雜交策略，在傳統(tǒng)遺傳進(jìn)化模型的基礎(chǔ)上，利用定義最優(yōu)解在各種群中出現(xiàn)的概率，引入信息熵目標(biāo)，從而建立了熵基多種群演化設(shè)計(jì)模型，有效地加速了進(jìn)化過(guò)程。 2.針對(duì)在廣義網(wǎng)格環(huán)境中難以對(duì)高耦合任務(wù)所獲得的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的問(wèn)題，建立了Multi-Qo

5、s評(píng)價(jià)模型。該模型在綜合考慮了用戶的多維Qos偏好和網(wǎng)格資源固有特征基礎(chǔ)上，引入層次分析法，對(duì)網(wǎng)格任務(wù)所能獲得服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行多維的評(píng)價(jià)。 3.提出了基于資源監(jiān)控和負(fù)載調(diào)整的優(yōu)化作業(yè)網(wǎng)格調(diào)度算法(RML,ABSA)。該算法通過(guò)監(jiān)測(cè)信息對(duì)資源性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，利用多維Q0s評(píng)價(jià)模型選取能夠提供高服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)格資源參與作業(yè)的協(xié)同執(zhí)行；在此基礎(chǔ)上，利用整數(shù)規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)任務(wù)分配，并通過(guò)監(jiān)控任務(wù)的執(zhí)行獲取資源服務(wù)能力的實(shí)測(cè)值，以此調(diào)整資源負(fù)載。該

6、算法能夠很好地平衡負(fù)載，具有較高的自適應(yīng)性，適合對(duì)優(yōu)化作業(yè)進(jìn)行調(diào)度。 4.面向工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的共性需求，提出了四層的優(yōu)化網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，搭建了工程優(yōu)化設(shè)計(jì)網(wǎng)格計(jì)算平臺(tái)(EODG)。層次化、構(gòu)件化的設(shè)計(jì)使該系統(tǒng)具有透明性好、可靠性高、可伸縮性大和易維護(hù)性強(qiáng)等特點(diǎn)?；谠撈脚_(tái)，研究了基于“黑箱”的優(yōu)化程序和軟件的網(wǎng)格化封裝問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽輪機(jī)動(dòng)力分析程序QJDU、注塑成型模擬程序Z-mo]d等軟件的網(wǎng)格資源化封裝，并把所提出的網(wǎng)格優(yōu)化