基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的大規(guī)模分布式動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境仿真研究.pdf

1、大規(guī)模虛擬環(huán)境及地形可視化仿真在流域水文氣象分析、洪水演進(jìn)模擬、防災(zāi)減災(zāi)、城市景觀規(guī)劃、虛擬旅游、在線角色游戲等領(lǐng)域越來越得到重視.衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展,使得獲取高分辨率的地理空間數(shù)據(jù)成為可能.而計(jì)算機(jī)有限的處理能力與大規(guī)模虛擬環(huán)境仿真,尤其是海量地形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示與交互的矛盾是影響大規(guī)模虛擬環(huán)境仿真與地形可視化應(yīng)用的一個(gè)主要障礙.另外,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步與普及,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線協(xié)同仿真,將是大規(guī)模虛擬環(huán)境與地形可視化仿真的發(fā)展與應(yīng)用方向.網(wǎng)格

2、計(jì)算技術(shù)被認(rèn)為是下一代的互聯(lián)網(wǎng),利用網(wǎng)格計(jì)算技術(shù),可以將互聯(lián)網(wǎng)上的各種資源(超級(jí)計(jì)算機(jī)、大規(guī)模存儲(chǔ)設(shè)施、個(gè)人計(jì)算機(jī)、各種傳感器、軟件系統(tǒng)和各種外部設(shè)備等),整合成一個(gè)類似電力網(wǎng)的巨大“計(jì)算池”,將各種計(jì)算資源虛擬為一臺(tái)“虛擬超級(jí)計(jì)算機(jī)”,解決大規(guī)模虛擬環(huán)境與地形可視化仿真中對(duì)計(jì)算能力的巨大需求,并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多單位多主機(jī)協(xié)同在線仿真.
　　 基于以上需求,本文提出了基于網(wǎng)格計(jì)算的大規(guī)模虛擬環(huán)境仿真系統(tǒng)層次化體系結(jié)構(gòu).在整個(gè)體系結(jié)

3、構(gòu)中,處于系統(tǒng)最底層的是節(jié)點(diǎn)層,向上依次是通訊層、數(shù)據(jù)層、計(jì)算層、管理層和應(yīng)用層,最上層是網(wǎng)格門戶層.在此體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,提出了以下關(guān)鍵算法和模型:
　　 (1)網(wǎng)格環(huán)境下大規(guī)模分布式動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境仿真系統(tǒng)的安全與容錯(cuò)任務(wù)調(diào)度算法SAFTS(Security Aware and Fault-Tolerant Scheduling).SAFTS 算法對(duì)用戶仿真任務(wù)的安全需求和可用資源的信任等級(jí)進(jìn)行匹配,在系統(tǒng)安全等級(jí)較低并且網(wǎng)絡(luò)和主

4、機(jī)可能失效的網(wǎng)格環(huán)境中進(jìn)行容錯(cuò)任務(wù)調(diào)度.根據(jù)網(wǎng)格系統(tǒng)的安全等級(jí),自適應(yīng)調(diào)整任務(wù)備份數(shù),并對(duì)失敗的任務(wù)重新調(diào)度.本研究使用模糊推理來確定任務(wù)的備份數(shù).仿真結(jié)果表明,該算法可以有效提高不安全網(wǎng)格環(huán)境下的任務(wù)調(diào)度成功率,具有很好的容錯(cuò)性和可擴(kuò)展性.
　　 (2)一種改進(jìn)的基于視點(diǎn)相關(guān)的大規(guī)模地形層次細(xì)節(jié)(LOD)顯示算法VMLOD(View-dependent based modified Level of Details).VMLO

5、D算法根據(jù)視點(diǎn)位置,建立連續(xù)的層次細(xì)節(jié)模型,并根據(jù)視截體的投影來對(duì)三角形進(jìn)行裁減,避免了大規(guī)模地形繪制時(shí)裂縫的出現(xiàn),并加快了地形繪制效率.
　　 (3)網(wǎng)格環(huán)境下大規(guī)模虛擬環(huán)境與地形仿真的海量數(shù)據(jù)管理模型.本文提出的海量數(shù)據(jù)管理三層體系結(jié)構(gòu),支持海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理、拓?fù)潢P(guān)系管理、元數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)并發(fā)處理,提高了大規(guī)模地形數(shù)據(jù)的訪問效率、數(shù)據(jù)一致性和安全性.
　　 基于上述研究成果,本研究建立了一個(gè)用于大規(guī)模虛擬環(huán)境與

6、地形仿真的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái),主要包括:八節(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)網(wǎng)格平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、仿真可視化終端、主控系統(tǒng)及網(wǎng)格操作系統(tǒng),并編程實(shí)現(xiàn)了一個(gè)軟件原型系統(tǒng)GLTVS(Grid-based Large-scale Terrain Visualization Simulation).
　　 在GLTVS中,處于系統(tǒng)最底層的是各種架構(gòu)的網(wǎng)格計(jì)算節(jié)點(diǎn),是整個(gè)仿真系統(tǒng)的計(jì)算能力提供者,它包括各種同構(gòu)、異構(gòu)以及能力不同的計(jì)算資

7、源.高性能通信系統(tǒng)將各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行互聯(lián),保證整個(gè)虛擬環(huán)境與地形仿真系統(tǒng)各個(gè)子節(jié)點(diǎn)、子任務(wù)間信息的透明傳輸.在高性能通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上,是高可靠性和高可用性的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和網(wǎng)格存儲(chǔ)系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以存儲(chǔ)上述信息,還可以在不同節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行可靠的文件及數(shù)據(jù)傳輸,包括數(shù)據(jù)備份和恢復(fù).
　　 在通信系統(tǒng)之上,是基于網(wǎng)格平臺(tái)的虛擬環(huán)境與地形仿真系統(tǒng)的通用功能模塊,包括用戶認(rèn)證系統(tǒng)、任務(wù)管理與調(diào)度系統(tǒng)和負(fù)荷平衡系統(tǒng).
　　 在通用功能模塊之