[發明專利]基于多任務的離散事件并行仿真及時間同步方法

有效

• 申請號: 201510266223.7
• 申請日: 2015-05-22
• 公開（公告）號: CN104866374B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 張柯;閆飛;王山平;涂智;王瑋;陳敏杰;孫俊華
• 申請（專利權）人: 北京華如科技股份有限公司
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F9/48
• 代理公司: 北京市天璽沐澤專利代理事務所(普通合伙) 11532
• 代理人: 鮑曉

一種基于多任務的離散事件并行仿真及時間同步方法，設立多個事件管理器，每個組對應著一個事件管理器，采用唯一的時間管理器對多個事件管理器中的多個實體進行同步，每個事件管理器都向時間管理器發出時間同步的請求，時間管理器遍歷事件管理器找出執行時刻最小，優先級最高的作為全局推進標準，并主動將當前仿真時間推進至該時刻，并通知相應事件管理器準備執行事件，執行完畢后，該事件管理器再次向時間管理器發出事件同步的請求。本申請具有多個并行線程運行，避免了單線程仿真無法充分利用硬件資源，提高仿真運行效率，且使得時間管理與同步的開銷為函數調用級開銷，避免了跨進程通信的開銷，提高了仿真時間管理效率。

技術領域

本申請涉及計算仿真領域，具體涉及基于多任務的離散事件并行仿真及時間同步方法。

背景技術

為保證事件的因果關系，離散事件仿真中必須按照時間對事件進行排序和按順序執行。在單線索的離散事件仿真中，只需要維護一個事件隊列，并提供事件的執行時間戳，即可實現按時間排序的事件隊列，仿真引擎只需要按照順序調取并執行事件即可實現仿真推進。

分布式交互仿真是指多臺計算機通過物理網絡互連，協同完成一次仿真任務。本質上屬于離散事件仿真通過網絡互聯的聯合仿真，因此需要在單個離散事件仿真的時間管理的基礎上，對多個離散事件仿真進行時間的管理和同步。

分布交互式仿真的典型方案包括DIS和HLA兩種標準。DIS僅支持1：1的實時仿真，采用了一種基于全局時鐘信息的同步方法，即構成DIS仿真的各節點均按照統一的周期同步收發信息，從而實現一種隱含的自發時間同步。HLA支持各種時間推進比例的仿真，因此采用的是邏輯時間同步的方法。首先將時間以一種可量化的數值進行表示，例如采用單精度浮點型的數據類型，并且可任意指定時間單位，例如秒、分鐘等；同時定義了時間的起點和最大值，一般為0和正無窮，仿真中的任何一個時刻的時間都大于時間起點且小于時間最大值，因此還定義了時間比較的方法；其次定義了一套基于請求和批準的時間推進方法，在有中心的HLA仿真系統結構中，組成系統的各節點在需要推進時間時向中心發出請求并等待批準，中心掌握各節點的時間狀態和請求，并通過批準某節點請求的方式允許其推進時間從而實現整體仿真時間的推進，由中心保證整體的事件因果關系。為加快系統整體推進的速度，HLA定義了時間前瞻量的概念，使得中心在判斷和批準某節點時間推進請求時獲得更大的時間裕度。

上述的兩種標準是傳統的分布式仿真技術，其問題有兩點：

其一：DIS和HLA都屬于單仿真事件隊列管理，無論仿真規模多大，為了維護事件的時序只啟用一個事件管理器來處理所有的仿真事件。映射到軟件實現上，一個事件管理器對應一個運行線程。而目前的計算機CPU早已進入多CPU多核時代，單線程只能有效利用多CPU多核的一個內核，導致多CPU多核計算機的處理能力不能被充分挖掘利用，一方面造成了硬件資源浪費，另一方面也大大增加了仿真運行時間的開銷，隨著仿真規模變大，問題也愈發明顯。

第二：DIS和HLA的頻繁時間同步和交互占用了大量的網絡帶寬資源，而網絡帶寬資源又是分布式仿真系統的瓶頸。

現代計算機采用的SMP或NUMA體系結構、多核CPU技術的蓬勃發展、支持多線程多進程的操作系統極大提高了單機（單操作系統下）的并行處理能力。但是在原有的仿真計算模式下，僅僅只有一個事件管理器，意味著所有仿真對象提交的事件只能在一個隊列中，只能串行處理。當參與仿真的對象越多、仿真持續時間越長，那么仿真對象向唯一的事件管理器提交的事件就越多，這就好比有1000位旅客排隊檢票，候車室有10個檢票口資源，但是只開一個檢票口一樣，資源無法得到充分利用。

應用于分析論證的仿真系統多采用集中式離散事件仿真而不是分布式仿真，且往往采用多樣本蒙特卡洛仿真方法，要求盡可能快地運行仿真、產生數據，以便在盡可能短的時間內完成大樣本量的仿真計算，因此必須盡可能提高仿真系統的運行效率。