并行离散事件仿真图形化开发技术研究

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并行离散事件仿真应用系统的开发通常涉及并行程序设计、离散事件建模、CPU及加速部件协同调度等众多专业性强的技术。同时,随着被仿真系统的不断发展及人们认识的不断深入,这类仿真系统往往需要持续不断地开发、集成、升级、测试。传统的基于仿真建模环境手动编码的开发模式需要仿真人员深入学习并行仿真底层理论知识及相关软硬件平台技术,导致仿真应用系统开发门槛高、开发周期长,系统升级和维护成本大,已成为制约并行离散事件仿真普及发展的重要因素。图形化开发技术能够屏蔽底层软硬件平台技术,更贴近问题域,具有直观、高效等特点。因此,开展并行离散事件仿真图形化开发技术研究,对于降低复杂系统仿真应用的开发门槛、提高仿真应用的开发效率、促进并行离散事件仿真应用的发展等具有十分重要的理论意义和实用价值。论文针对当前并行离散事件仿真图形化开发技术存在的相关问题,围绕并行离散事件仿真图形化编程模型、计算模型开发规范、仿真对象图形化开发方法及仿真应用图形化集成方法等关键技术问题展开深入研究,主要工作和创新点如下:(1)提出了基于LP范型的并行离散事件仿真图形化编程模型。并行离散事件仿真应用往往包含众多计算模型,由于缺乏图形化编程模型作为理论指导,导致目前难以实现通过图形化组装计算模型的方式构建仿真应用。为此,提出了一种基于LP范型的并行仿真图形化编程模型,该编程模型规范化定义了仿真应用的层次化组成结构与执行模型,描述了仿真初始化与事件通用处理流程,并抽象给出了图形化配置信息集合及需要自动生成的结构化代码模板。分析和测试表明该编程模型可为并行仿真图形化开发技术的实现提供基础支撑,满足并行仿真应用图形化开发的需求。(2)提出了支持图形化组装的计算模型开发规范。不同仿真对象包含的计算模型往往由不同的领域专家分别开发,由于缺乏统一的支持图形化组装的计算模型开发规范,导致不同单位开发的仿真计算模型外部接口多样、模型间耦合度大、模型与仿真平台绑定紧密等问题,难以实现模型的重用及基于计算模型的图形化组装。为此,提出了一种支持图形化组装仿真对象的计算模型开发规范,该规范通过定义模型七类标准外部接口、模型描述规范及内部约束规则以解耦合计算模型之间、模型与仿真平台之间的依赖关系,实现模型封装和计算模型在不同平台与仿真应用间的重用,支持计算模型的图形化组装与配置。分析与测试表明基于该规范开发的计算模型具有良好的可重用性和易组装性。(3)提出了基于分层事件图的仿真对象开发方法。事件图是描述离散事件系统最直观的建模范式,然而当前的事件图建模方法导致仿真对象之间耦合度高、开发协调及接口联调困难,且开发的仿真对象重用性差。为此,提出了一种基于分层事件图的仿真对象开发方法,该方法上层采用输入/输出端口将事件图封装为仿真对象,并在事件图基础上增加了初始化图元和交互事件类型,以支持对象层次的独立开发、封装和重用的需求;下层采用条件Petri网描述计算模型构建事件的组装过程。理论与实例分析表明分层事件图开发方法能够有效支持基于计算模型的事件图形化组装,基于事件图的仿真对象分布开发和重用。(4)提出了基于类交互图的并行仿真应用集成方法。仿真对象实例与实例之间的交互具有动态特性,传统以对象实例为元素的应用集成方法难以有效支持在不同想定中设置不同的实例以及实例之间的动态交互。为此,提出了一种基于类交互图的仿真应用集成方法,该方法以分层事件图封装的仿真对象类作为应用集成的基本元素,仿真对象类之间采用端口互联,端口连线上配置交互决策模型或属性过滤器。在仿真运行时,仿真应用系统自动解析想定文件动态生成仿真对象实例,同时基于交互决策模型或属性过滤器的计算结果动态决定对象实例之间的交互关系。测试表明类交互图集成方法能够有效支持并行仿真应用的图形化集成。在上述研究成果的基础上,论文结合课题组研制的SUPE并行仿真引擎设计实现了并行离散事件仿真图形化开发环境SUFA;实例应用测试表明SUFA图形化开发环境具有直观、高效等特点,并且基于SUFA构建的并行离散事件仿真应用具有良好的运行效率与可扩展性。
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