【摘要】：仿真技術(shù)已成為研究復(fù)雜系統(tǒng)的重要手段,而隨著復(fù)雜性科學(xué)研究的快速發(fā)展,復(fù)雜系統(tǒng)仿真規(guī)模越來越大,個(gè)體模型復(fù)雜度越來越高,使得大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)仿真對(duì)計(jì)算資源的需求不斷增加,如何縮短大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)仿真的運(yùn)行時(shí)間,滿足復(fù)雜系統(tǒng)研究對(duì)時(shí)效性的需求,是一個(gè)亟待研究的問題。近年來,將時(shí)間離散的復(fù)雜系統(tǒng)模型映射到并行離散事件仿真中的邏輯進(jìn)程范型上,利用并行離散事件仿真技術(shù)提高復(fù)雜系統(tǒng)仿真的運(yùn)行效率已成為解決上述問題的一個(gè)重要研究方向。然而,由于復(fù)雜系統(tǒng)仿真應(yīng)用具有交互結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)性、個(gè)體多樣性等特點(diǎn),使得目前的并行離散事件仿真技術(shù)難以充分挖掘復(fù)雜系統(tǒng)仿真應(yīng)用的并行性,從而導(dǎo)致其運(yùn)行性能不理想。因此,開展面向復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用的并行離散事件仿真性能優(yōu)化技術(shù)研究,對(duì)于提高復(fù)雜系統(tǒng)仿真運(yùn)行效率,提升復(fù)雜系統(tǒng)研究能力,適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)不斷發(fā)展的應(yīng)用需求具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 論文針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)仿真應(yīng)用的相關(guān)特性,以進(jìn)一步提高復(fù)雜系統(tǒng)仿真應(yīng)用運(yùn)行效率為根本目標(biāo),圍繞負(fù)載劃分、仿真時(shí)間同步、興趣管理等影響并行離散事件仿真性能的關(guān)鍵問題展開研究,論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下: (1)提出了一種面向具有無標(biāo)度特性交互結(jié)構(gòu)的非均勻靜態(tài)負(fù)載劃分算法。由于背景負(fù)載等因素的影響,靜態(tài)負(fù)載劃分往往需要根據(jù)實(shí)際可用計(jì)算資源非均勻分配仿真任務(wù),而現(xiàn)有主流的面向無標(biāo)度交互結(jié)構(gòu)的基于賦權(quán)圖多層k劃分的靜態(tài)負(fù)載劃分算法主要基于遞歸二分的劃分思想,難以適應(yīng)計(jì)算負(fù)載非均勻劃分的需求。針對(duì)上述問題,論文提出了一個(gè)基于集散節(jié)點(diǎn)聚合的負(fù)載劃分算法HAPart,該算法將靜態(tài)負(fù)載劃分優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為一個(gè)二部圖最小代價(jià)賦值問題,從而能夠根據(jù)實(shí)際可用計(jì)算資源情況對(duì)仿真任務(wù)進(jìn)行非均勻劃分;理論證明該算法在解決賦權(quán)圖非均勻k劃分這一NP難問題時(shí),獲得了小于3的近似率,且時(shí)間復(fù)雜度不超過O((k!+1)?kn)(n為頂點(diǎn)個(gè)數(shù),k為劃分?jǐn)?shù)),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明HAPart算法相比現(xiàn)有算法平均提高約19%的仿真運(yùn)行性能。 (2)提出了一種樂觀時(shí)間同步機(jī)制下負(fù)載劃分動(dòng)態(tài)優(yōu)化算法�，F(xiàn)有樂觀時(shí)間同步機(jī)制下負(fù)載劃分動(dòng)態(tài)優(yōu)化研究往往分別考慮計(jì)算負(fù)載平衡和通信優(yōu)化,難以取得理想的整體優(yōu)化效果。針對(duì)上述問題,論文基于賦權(quán)圖k劃分的動(dòng)態(tài)負(fù)載劃分模型,提出了一種基于啟發(fā)式局部搜索策略的增量式遷移算法ALSPart,該算法首先根據(jù)計(jì)算負(fù)載和可用計(jì)算資源的變化情況對(duì)當(dāng)前的負(fù)載劃分進(jìn)行調(diào)整,在此基礎(chǔ)上通過頂點(diǎn)集合交換的圖劃分算法對(duì)通信負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化,從而在綜合考慮計(jì)算負(fù)載平衡和通信開銷優(yōu)化的前提下,盡量減少遷移開銷;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該動(dòng)態(tài)負(fù)載劃分算法相比現(xiàn)有相關(guān)算法平均減少約38%的回滾開銷,從而可有效提高仿真系統(tǒng)總體性能。 (3)提出了一種基于社區(qū)發(fā)現(xiàn)的混合時(shí)間同步算法。復(fù)雜系統(tǒng)仿真中個(gè)體的多樣性導(dǎo)致單純使用樂觀或是保守時(shí)間同步機(jī)制都難以得到較好的運(yùn)行性能。針對(duì)該問題,論文結(jié)合混合時(shí)間同步協(xié)議框架,提出了一種基于社區(qū)發(fā)現(xiàn)的混合時(shí)間同步算法HCDSyn,該算法首先通過隨機(jī)游走過程發(fā)掘邏輯進(jìn)程交互網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)結(jié)構(gòu),然后根據(jù)邏輯進(jìn)程在社區(qū)中的位置為其自動(dòng)選擇恰當(dāng)?shù)耐綑C(jī)制,從而能在充分發(fā)掘系統(tǒng)并行性的同時(shí)有效減少系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)回滾的發(fā)生;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該混合時(shí)間同步算法相對(duì)單純的保守或樂觀時(shí)間同步算法平均提升約10%的整體性能。 (4)提出了一種多維空間中基于歷史信息的動(dòng)態(tài)區(qū)域匹配算法。在個(gè)體興趣域動(dòng)態(tài)改變的情況下,直接匹配算法和基于分類的匹配算法匹配速度較慢,而基于網(wǎng)格劃分的匹配算法無法兼顧匹配速度和匹配精度。針對(duì)該問題,論文提出了一種多維空間中基于歷史信息的動(dòng)態(tài)區(qū)域匹配算法HIMat,利用位向量表快速確定各維度上相對(duì)位置變化的范圍以減少需要進(jìn)行匹配的候選區(qū)域,進(jìn)而通過與存儲(chǔ)相交歷史信息的二進(jìn)制位矩陣進(jìn)行位操作得到變化后各區(qū)域的匹配關(guān)系,從而提高匹配效率;該算法匹配計(jì)算量小于等于O ( d*k)(d為空間維度,k為變化區(qū)域所經(jīng)過的平均區(qū)域界點(diǎn)個(gè)數(shù)),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在通常只有部分興趣區(qū)域發(fā)生變化的條件下,HIMat算法明顯優(yōu)于直接區(qū)域匹配算法和基于分類的區(qū)域匹配算法,而與采用稀疏網(wǎng)格的網(wǎng)格法性能接近,但采用稀疏網(wǎng)格的網(wǎng)格法過濾效果差,存在虛假連接,HIMat算法則實(shí)現(xiàn)了精確匹配。 在上述研究成果的基礎(chǔ)上,論文結(jié)合課題組研制的YH-SUPE并行離散事件仿真引擎設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用的開放式并行離散事件仿真框架;并通過突發(fā)公共事件條件下的民意趨勢(shì)模型對(duì)其進(jìn)行了綜合測(cè)試,結(jié)果表明論文所提出的優(yōu)化技術(shù)可使得整體仿真系統(tǒng)平均獲得約35%的性能提高。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：N945.13

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本文編號(hào)：2749464