（计算机科学与技术专业论文）并行离散事件仿真数据管理技术的研究与实现.pdf

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 摘要 分析仿真的结论往往建立在对多次仿真结果进行综合分析的基础上，一般需 要在大量样本空间上进行搜索式多次仿真推演，通过对输出结果数据进行统计分 析才能得到统计意义上的结论，这使得分析仿真存在大量的输入输出数据，如何 对这些数据进行有效的管理已成为当前迫切需要解决的问题。目前的通用数据管 理平台由于没有考虑分析仿真复杂数据结构、多样本多次运行等特点，难以满足 分析仿真数据管理的要求，用户不得不针对特定的应用开发专用的数据管理系统， 这样不仅浪费了大量的人力物力资源，而且影响了项目的进度。为此，研制一个 满足分析仿真应用需求的通用数据管理平台具有十分重要的现实意义。 鉴于目前缺乏通用的并行离散事件仿真数据管理工具的现状，论文针对分析 仿真的特点，在分析比较现有数据管理技术的基础上，对并行离散事件仿真数据 管理关键技术进行了深入的研究，主要工作和创新包括： l 、由于并行离散仿真的复杂性和多变性，不同的仿真应用输入输出数据的类 型和存储表格也各不相同，事后分析用到的分析方法也会不同，因而对数据管理 工具的通用性提出了很大的挑战。针对该问题，论文提出了基于w e b 的可定制并 行仿真数据管理框架，通过可视化界面为用户提供可定制的数据访问和分析处理 服务，实现了对不同仿真数据的有效管理，提高了数据管理的灵活性和通用性。 2 并行离散事件仿真往往通过数据记录工具以x m l 文件形式保存包括值、 属性、实例、对象类等多个层次结构的数据，如何将这些数据自动快速导入到数 据库中是数据管理需要解决的另一个难点。论文针对该问题，提出了仿真结果x m l 数据与关系数据库之间基于对象树的映射技术。该技术将x m l 数据依照对应的对 象树结构映射到相应的数据表格，从而有效解决了仿真结果x m l 数据难以自动归 档入库的问题，实现了x m l 数据的自动导入。 3 对并行仿真过程中产生的多样本多次运行的数据进行有效的管理，以提高 事后分析的效率是并行离散事件仿真数据管理需要解决的又一问题。为此，论文 提出了两级表格结构的多样本运行结果数据库管理方案，该方案通过建立多样本 参数及统计结果表、和样本多次运行结果表，并建立两个表格之间的统计关联， 从而有效的实现了多样本数据的管理，方便了事后的统计分析。 在上述基础上，设计实现了一个并行离散事件仿真通用数据管理平台，该平 台界面友好，能够很好的管理不同并行仿真的数据资源，并且具有较好的通用性、 可扩展性和可维护性。测试应用表明该系统使用方便、功能齐备、运行稳定可靠。 主题词：并行离散事件仿真，多样本，数据管理，可定制，w e b ，通用 第i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 4b s t r a c t t h ec o n c l u s i o n so fa n a l y t i cs i m u l a t i o na r eo f t e nf o u n d e do nac o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so fm u l t i p l es i m u l a t i o nr e s u l t s g e n e r a l l yt h e yr e q u i r eal a r g en u m b e ro f r e p l i c a t i o n si nt h es e a r c hs p a c e ，a n dg e ts i g n i f i c a n tc o n c l u s i o n st h r o u g hs t a t i s t i c a l a n a l y s i so ft h eo u t p u td a t a t h i sm a k e st h ea n a l y t i cs i m u l a t i o ng e n e r a t eal o to fi n p u t a n do u t p u td a t a a n dh o wt ot a k ee f f e c t i v em a n a g e m e n to ft h e s ed a t ah a sb e c o m ea n u r g e n tp r o b l e m i nt h ea b s e n c eo ft a k i n gi n t oa c c o u n tt h ec o m p l e xd a t as t r u c t u r e s ， m u l t i p l er e p l i c a t i o n sw i t l lm u l t i p l er u n s t h eu n i v e r s a ld a t am a n a g e m e n tp l a t f o r mc a n n o tm e e tt h ea n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no fd a t am a n a g e m e n tr e q u i r e m e n t s u s e r sh a v et o m a k es p e c i f i ca p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t sf o rs p e c i f i cd a t am a n a g e m e n ts y s t e m s ，w h i c h n o to n l yw a s t e sal o to fh u m a na n dm a t e r i a lr e s o u r c e s ，b u ta l s oa f f e c t e dt h ep r o g r e s so f t h ep r o je c t s ot h ed e v e l o p m e n to fa g e n e r a ld a t am a n a g e m e n tp l a t f o r mw h i c hm e e t st h e n e e d so fa n a l y t i cs i m u l a t i o na p p l i c a t i o ni so fg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e c o n s i d e r i n g t h el a c ko fc o m m o np a r a l l e ld i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o nd a t a m a n a g e m e n tt o o l s ，a f t e rt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fe x i s t i n gd a t am a n a g e m e n t t e c h n i q u e s ，p a p e rm a k e sad e p t hr e s e a r c ho np a r a l l e ld i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o nd a t a m a n a g e m e n tk e yt e c h n o l o g i e s ，t h em a i nw o r ka n di n n o v a t i o ni n c l u d e ： 1 a st h ec o m p l e x i t ya n dv a r i a b i l i t yo fp a r a l l e ld i s c r e t es i m u l a t i o n ，t h ed i f f e r e n t s i m u l a t i o na p p l i c a t i o n sh a v ed i f f e r e n ti n p u ta n do u t p u td a t a , t h et y p ea n ds t o r a g ef o r m s a r ea l s od i f f e r e n t ，t h ea n a l y t i c a lm e t h o d su s e da l s ov a r y ，a n dt h u si tm a k e sag r e a t c h a l l e n g et o au n i v e r s a ld a t am a n a g e m e n tt o o l s a d d r e s st h ep r o b l e m ，t h ep a p e r p r e s e n t saw e b b a s e dc u s t o m i z e dp a r a l l e ls i m u l a t i o nd a t am a n a g e m e n tf r a m e w o r k t h r o u g ht h e v i s u a li n t e r f a c e f o rd i f f e r e n tu s e r s ，i tc a nc u s t o m i z et h em e t a - d a t a m a n a g e m e n t ，d a t aa c c e s sa n da n a l y s i sa n dp r o c e s s i n gs e r v i c e s ，i m p l e m e n t a t i o no f e f f e c t i v e m a n a g e m e n t o fd i f f e r e n t p a r a l l e l s i m u l a t i o nd a t a , a n d i m p r o v e sd a t a m a n a g e m e n tf l e x i b i l i t ya n dv e r s a t i l i t y 2 p a r a l l e ld i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o nd a t aa r es a v e di nm u l t i - l a y e r e ds t r u c t u r e 、斩t h f o r m so fx m lf i l e si n c l u d i n gt h ev a l u e s ，a t t r i b u t e s ，i n s t a n c e s ，o b j e c tc l a s sa n do t h e r t y p e s h o wt om a k et h e s ed a t aa u t o m a t i c a l l ya n dq u i c k l yi m p o r t e di n t ot h ed a t a b a s ei s a n o t h e rd i f f i c u l t yf o rd a t am a n a g e m e n t c o m m o np r a c t i c ei nt h ep a s ti sd i r e c t l ys a v i n g f i l e si n t ot h ed a t a b a s e b u tt h i st a k e sg r e a td i f f i c u l t i e sf o rt h eq u e r yt ot h ed a t a a d d r e s s t h ep r o b l e m ，p a p e rp r e s e n t so b j e c t - b a s e dt r e em a p p i n gt e c h n o l o g yb e t w e e nx m l r e s u l t sd a t aa n dr e l a t i o n a ld a t a b a s e s t h et e c h n o l o g ym a k e st h ex m ld a t em a p p i n gi n t o d a t a b a s et a b l e sa c c o r d a n c ew i t l lt h ec o r r e s p o n d i n go b j e c tt r e es t r u c t u r e i tm a k e sa n e f f e c t i v es o l u t i o nt ot h es i m u l a t i o nr e s u l tx m ld a t aw h i c hi sd i f f i c u l tt op i g e o n h o l ea n d r e a l i z e st h ea u t o m a t i c a l l yi m p o r t i n go ft h ex m ld a t a 3 p a r a l l e ld i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o no f t e nr e q u i r e sav a r i e t yo ft h em u l t i p l er u n s ， 第i i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 a n dt a k i n gm o r ee f f e c t i v em a n a g e m e n to ft h e s ed a t ai no r d e rt o i m p r o v i n g t h e e f j f i c i e n c yo fp o s t m o r t e ma n a l y s i si s a n o t h e rp r o b l e mf o r p a r a l l e ld i s c r e t ee v e n t s i m u l a t i o nd a t am a n a g e m e n t s ot h i sp a p e rp r o p o s e sap r o p o s a lf o rm u l t i r e p l i c a t i o n r e s u l t sd a t a b a s em a n a g e m e n tw i t hat w ot a b l es t r u c t u r e t h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to f m u l t i - r e p l i c a t i o np a r a m e t e ra n dt h es t a t i s t i c a lr e s u l t st a b l e a n d t h em u l t i r u n n i n g r e s u l t st a b l e ，a n dt h ee s t a b l i s h m e n to ft h es t a t i s t i c a lc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h et w ot a b l e s ， t h i sp r o p o s a lw i l le f f e c t i v e l ys o l v et h ed i v e r s er e s u l t so ft h em u l t i p l er u n so fd a t a m a n a g e m e n ta n dr e l a t e di s s u e s a n dm a k ei te a s yf o rs t a t i s t i c a la n a l y s i s b a s e do nt h ea b o v e ，i d e s i g n e da n di m p l e m e n t e dag e n e r a l - p u r p o s ep a r a l l e l d i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o nd a t am a n a g e m e n tp l a t f o r m t h ep l a t f o r mi s u s e r f r i e n d l y i n t u i t i v e ，c a nb ew e l lm a n a g e di np a r a l l e ls i m u l a t i o no fd i f f e r e n td a t as o u r c e s a n dh a s g o o dv e r s a t i l i t y ，s c a l a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y t e s ta p p l i c a t i o n ss h o wt h a tt h es y s t e m i se a s yt ou s e ，f u l l f e a t u r e d ，s t a b l ea n dr e l i a b l e ，g o o dp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：p a r a l l e id i s c r e t ee v e n ts i m u l a t i o n ，m u l t i r e p l i c a t i o n 。d a t a m a n a g e m e n t ，c u s t o m i z e d 。w e b ，g e n e r a i 第i i i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表目录 o b j e c t l n s t a n c e 2 8 p a r a m e t e r 2 8 p a r a m e t e r 2 9 o b j e c t l n s t a n c e 2 9 各种变量及取值5 6 归档时间及速度：6 2 测试表格数据条数6 2 响应时间6 2 第1 i i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 图 图 图 图 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 1 6 图目录 并行仿真系统结构图2 y h s u p e 体系结构图11 多次运行控制体系结构一1 3 代理机制示意图。1 4 各个节点使用本地数据库1 8 共享中央服务器19 各节点分布共享数据库1 9 基于w e b 的层次式数据管理框架2 1 仿真元数据x m l 表示示例2 3 x m l 到关系数据库的映射过程2 4 想定l 示例：2 5 想定文件对象树。2 6 x m l t r e e n o d e 类图2 6 x m l 对象树的生成流程2 7 x m l 片段2 8 数据库表的x m l 描述格式2 9 系统功能结构图。3 4 h i b e r n a t e 数据库访问接口设计类图3 7 系统数据库e r 模型图4 0 仿真结果数据库e r 模型图4 1 系统编程结构图4 2 系统管理功能结构图4 2 部门管理类结构图4 3 部门管理操作序列图4 3 部门管理人机界面4 4 任务管理实现类图4 4 任务管理人机界面4 5 用户角色管理实现类图4 5 用户事物流程4 6 用户角色管理人机界面4 6 文档数据管理图示4 7 文档数据管理核心类图4 7 第页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 图4 1 7 图4 1 8 图4 1 9 图4 2 0 图4 2 1 图4 2 2 图4 2 3 图4 2 4 图4 2 5 图4 2 6 图4 2 7 图4 2 8 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 文档管理人机界面4 9 数据归档一般操作流程5 0 数据归档类图5 1 适配器类图51 适配器管理类图5 2 适配器导入导出管理类图5 2 自动归档管理类图5 2 数据归档人机交互界面5 3 元数据管理示意图5 3 元数据管理类图5 4 元数据管理人机界面5 4 数据处理模块实现类图5 5 实验样本参数表5 7 实验结果记录记录x m l 文件5 7 系统测试界面：5 8 归档操作界面5 9 样本参数关系数据库表。5 9 仿真结果关系数据库表6 0 输入查询条件6 0 查询结果61 第v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：羞盘蛊邀室佳笾裹数塑篁堡遗盔鲍亟究生塞理 学位论文作者签名：型l 丝 日期： - = c 。j 年尼月7 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：羞盈蛊邀室往笾真数量篁垄遮盔垃盈究生塞理 学位论文作者签名：途筮 作者指导教师签名： 日期： 日期： 町，7 月 月 厶 年 年 a 1 ，秒 叩吖 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第一章绪论弟一早三百y 匕 分析仿真( a n a l y t i cs i m u l a t i o n ) 正成为继理论研究和实验研究之后第三种认识 世界的方法论i l 】，它是以复杂问题分析为目的的一类仿真活动，通过对研究对象的 不确定性因素进行探索仿真，获取大量的仿真结果数据，在此基础上采用恰当的 统计分析方法对仿真结果进行综合分析，以理解和发现复杂现象背后数据变量之 间的重要关系，找出它们之间所遵循的规律，从而获得问题的满意解。 目前并行离散事件仿真多样多次运行过程中会产生大量的离散化的数据，而 现有的数据管理平台由于没有考虑分析仿真复杂数据结构、多样本多次运行等特 点，难以满足分析仿真数据管理的要求，这使得用户不得不针对不同的应用开发 不同数据管理系统，造成了很大的人力财力资源浪费。因此研制适合并行离散事 件仿真分析需要的通用的数据管理平台具有重要的意义。 1 1 1课题来源 1 1 课题背景 本课题来源于国家十一五“8 6 3 ”计划“面向分布式大规模虚拟仿真应用的并 行支撑技术研究”( n o 2 0 0 6 a a 0 1 2 3 3 0 ) 和国家自然科学基金“基于a g e n t 的并 行仿真支撑技术研究 ( n o 6 0 7 7 3 0 19 ) 。 目前，计算机仿真得到了广泛的应用，已经渗透到工业、生物、环境、社会 经济等多个领域。近年来，以高层体系结构h l a ( h i g hl e v e la r c h i t e c t u r e ) 为代 表的分布式交互仿真技术在国内得到了飞速的发展，在仿真训练、军事演练等领 域得到了广泛应用【3 j ，但它在分析仿真领域有着难以克服的性能瓶颈。分析评估论 证类仿真应用，往往或者需要统计概率分布，或者需要对多个方案进行比较分析， 或者需要对参数空间的不确定性因素进行探索，找出最优的参数组合。这就可能 要求一个应用运行几十、几百、甚至上千次，如果采用传统的分布式仿真方法， 其单次运行时间往往较长( 有些需要数小时甚至数十小时) ，因此一次仿真运行 的总时间就会很长( 可能多达数月) 。这种单调冗长的运行不但极大地浪费了宝 贵的人力、物力资源，而且不能满足大规模仿真应用对时效性的要求，阻碍了应 用的发展。为此，迫切需要一种高性能仿真技术。 并行离散事件仿真以提高仿真运行效率为目标，采用事件调度的方式推进仿 真时钟，只关注影响系统状态的重要事件，事件调度时直接给出被作用的仿真对 象，具有很高的运行效率。近年来p d e s 受到越来越多的关注，逐渐成为分析仿 真应用的发展趋势。基于此，在国家十一五“8 6 3 ”计划和国家自然科学基金的支 第1 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 持下，国防科学技术大学计算机学院开展了“面向分布式大规模虚拟仿真应用的 并行支撑技术研究”和“基于a g e n t 的并行仿真支撑技术研究”。 一般的仿真过程分为试验设计、试验运行、试验分析三个阶段，而数据正是 连接这几个阶段的主线，在整个仿真运行过程中，仿真输入数据是仿真运行的前 提，仿真中间结果和仿真结果数据是分析评估的基础，而分析仿真是的主要目的 是通过对定量数据的抽取、分析或评估，得出结果，供决策使用。因此分析仿真 更加重视数据，而目前并行离散事件仿真系统中这些数据并没有得到有效的管理， 常用的数据管理系统对多样本多次运行的数据并不能提供很好的支持，复杂类型 的仿真结果数据的入库保存仍需要大量人工操作，由于仿真实验的并行性和多样 本性，结果数据库的管理也非常的混乱，这对事后分析评估的顺利进行都造成了 极大的困难，因此针对并行离散事件仿真数据的特点，需要提供有效的数据管理 措施。并行离散事件仿真数据管理在整个并行离散事件仿真运行支撑环境中起着 重要的作用，它的作用示意图如图1 1 所示： 1 1 2 国内外研究现状 图1 1 并行仿真系统结构图 第2 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 分析仿真往往需要对复杂的问题进行建模仿真，对大量的仿真结果进行探索 性的分析，以发现其中的规律，这要求的计算量非常大，随着仿真规模的不断增 大，以h l a 为代表的分布式仿真技术，已经越来越难以满足分析仿真对性能的需 求。因此美国从2 0 世纪9 0 年代初期即开始了基于高性能计算平台的并行离散事 件仿真技术研究，先后开发出一系列并行仿真运行平台，具有代表性的包括了 s p e e d e s 、g t w 、m a i s i e 、p a r s e c 、p o s e 、c h a n n + + 等，目前己广泛应用到多 个分析仿真项目中，例如美军导弹防御局( m d a ：m i s s i l ed e f e n s ea g e n c y ) 弹道导弹 防御系统仿真项目b m d ss i m ( b a l l i s t i cm i s s i l ed e f e n s es y s t e m ) ( 前身为w a r g 锄e 2 0 0 0 ，后又称m d w a r ) 且i 是基于s p e e d e s 在c r a y 高性能计算机上实现的1 2 j 。 可以说基于高性能计算平台的并行离散事件仿真技术是分析仿真发展趋势。 但是，目前离散事件仿真平台的研究各有侧重，往往是针对特定的应用领域， 对于仿真系统中的数据，各个仿真平台往往采用弱化的仿真数据管理，仅仅关注 如何产生数据，而对于数据的组织、管理和利用，没有形成统一标准，每个应用 开发相应的专用的数据管理工具。目前很多研究单位大都采用分布式仿真技术支 持分析仿真的运行，分布式仿真技术发展的比较成熟，各种机制比较完善，针对 分布式系统中的数据资源管理，美国国防部已经建成了“建模与仿真资源库m s r r 系统，m s r r 概念强调的是位于分布式系统中资源服务器上资源的集合，这些资 源包括模型资源，如b o m 、s o m 等，数据资源，如仿真结果、环境数据等，应 用资源，如想定、脚本等等。m s r r 属于基于w e b 的分布式信息管理共享系统， 用户通过该系统可以获取和发布数据资源信息。而并行离散事件仿真适用于分析 仿真，分布式仿真适用于训练仿真，两者在数据的描述、管理和应用上存在着很 大的差异。 对于仿真数据管理，我们可以借鉴产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ， p d m ) 的成功经验，将p d m 的概念和方法应用与并行离散事件仿真的数据管理， 对并行离散事件仿真过程中所设计的人员、数据及流程进行管理，提高仿真开发 的效率，保证仿真分析的有效进行。 p d m 最早出现在工业设计领域，是以产品数据为中心，用于管理所有与产品 相关的信息和过程【4 】。早期的p d m 技术主要针对图纸文档管理，能够对静态的产 品支持数据( 如工业标准，标准件数据等) 和产品设计数据( 如产品图、b o m 表、 工艺文件等) 以及一部分动态的产品过程数据( 如设计的变更、审批等信息) 作一 定程度的管理，p d m 的核心思想是设计数据的有序，设计过程的优化和资源共享。 经过近年来的发展，p d m 技术已经取得了长足的进步，在机械、电子、航空航天 等领域取得了普遍的应用。从现有的产品看来，p d m 技术和相关产品的发展可以 分为三代： 第3 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 ( 1 ) 第一代p d m 产品大多是由各c a d 企业推出的配合各自c a d 产品的系统， 主要功能局限在工程图纸管理等，集成的工具主要是专用的c a d 系统，第一代 p d m 产品在一定程度上缓解了”信息孤岛”【2 0 】的问题，但没有真正实现企业的数据 和过程集成，同时第一代p d m 产品普遍存在功能较弱、开放程度不高、集成能力 不强的缺陷。 ( 2 ) 第二代p d m 产品功能更加强大，少数产品真正可以实现企业级的信息集 成和过程集成，同时软件的开放性、集成能力大大提高。这一代的p d m 已经应用 到企业产品制造的各个方面，使p d m 的概念深得人心，目前市场上的p d m 产品 绝大部分属于这种类型。 ( 3 ) 第三代p d m 产品主要是建立在i n t e r n e t 平台和基于w e b 的开发技术之上， 随着w e b 技术的不断发展和对象关系数据库的日益成熟，p d m 的发展从最初的采 用简单的c s 结构和结构化编程技术，正在向基于j a v a 、采用b s 结构的w e b 机 制方向发展。基于w e b 的p d m 系统具有较强的访问能力和应用能力、可以有效 地连接供应链并且改善供应链协同、支持项目团队的异地合作、并且使虚拟联盟 以及敏捷制造成为可能。p t c 公司的w i n d c m l l 和u g s 的基于j a v a 平台的 t e a m c e n t e r 是第三代p d m 产品的典型代表。 仿真数据管理也属于产品数据管理的范畴，但是p d m 产品数据管理技术主要 用于工业设计领域，仿真数据管理除了具有p d m 数据管理的通用性以外还有其专 业性和特殊性，仿真数据比较复杂，常见的数据有：想定、几何模型、网格模型、 载荷工况、边界条件、脚本、计算结果、统计结果等。仿真强烈的流程特征决定 了仿真行为之间严密的逻辑关系，也决定了仿真数据之间的逻辑特征。并行离散 事件仿真过程中，每个计算节点对自己的仿真任务( 一个样本) 进行多次运行， 产生的结果数据记录文件也分散在各个节点，而这些数据文件之间又存在着紧密 的联系。 并行系统的仿真数据可分为输入数据、中间数据和结果数据，由于并行离散 事件仿真数据的多样本多次运行以及分布式的特性，仿真数据管理系统需要解决 这些分布在不同计算节点的数据的交互问题；另外大规模仿真过程中往往会记录 产生t b 数量级的数据，这些数据都需要进行后处理，在一个单独的系统中处理如 此庞大而且不断变大的数据库变得越来越困难，数据的分析能力也无法跟上数据 的获取和存储能力【2 1 1 ，因此需要在传统的p d m 数据管理的基础上寻找新的思路来 解决这些问题【2 2 】，而针对仿真数据管理国内外也对此进行了不少的研究，国外 m s c 的s i m m a n a g e r 可以实现对仿真流程和数据的管理，但是它主要用于制造过 程，碰撞和安全等方面的仿真应用；国内也有一些软件厂商，如神州普惠的 a p p t d m ，优比的公司的n e w t e r at d m 等都是针对试验数据管理提供解决方案， 第4 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 但是这些软件并没有真正解决并行仿真数据管理的问题；而对于仿真数据，由于 其专用性，很多仿真数据管理工具仅仅适用于特定的仿真应用，以h l a 为代表的 分布式仿真数据管理更加侧重于联邦对象相关数据的管理，并不能适用于并行仿 真多样本多次运行的数据管理需要。 综上所述，为了实现对并行仿真多样本多次运行数据进行管理，当前的数据 管理方法都无法满足要求，因此，本文需针对并行仿真数据的需要，充分借鉴现 有数据管理技术的优点，探索适合并行仿真特点的数据管理解决方案。 1 1 3 课题研究面临的主要技术问题 并行离散事件仿真数据管理系统，其主要任务是多样本运行数据进行有效的 管理，为仿真事后分析评估提供支持。鉴于并行离散事件仿真数据存在数据记录 结构复杂，多样本多次运行等特点，课题需要解决这些仿真数据的有效管理问题， 为仿真分析提供通用的数据接口，概括来说，本课题需要解决的技术问题如下： ( 1 ) 设计通用数据管理框架以实现并行仿真数据的管理 由于并行离散仿真的复杂性和多变性，不同仿真应用结果数据的类型以及存 储格式不同，仿真目的不同，事后分析用到的分析方法也会不同，这就要求数据 管理平台能够满足不同仿真应用需求的变化，实现可定制性和通用性。目前的仿 真数据管理平台一般提供的功能比较固定，缺少灵活性，无法满足并行仿真数据 管理的需要。因此，如何根据实际情况，设计出一个兼容性强、可定制、可扩展 的、面向并行离散事件仿真的数据管理结构是仿真设计的关键。 ( 2 ) 如何实现复杂仿真结果数据与关系数据库之间的映射 并行离散事件仿真往往通过数据记录工具以x m l 文件形式保存包括值、属 性、实例、对象类等多个层次结构的数据，以往普遍的做法是直接将文件存入数 据库中，但这样给数据的查询使用带来了很大的困难，因此研究如何将这些数据 自动快速导入到数据库中是数据管理需要解决的另一个难点。 ( 3 ) 如何建立仿真结果数据库，对多样本多次运行仿真结果进行管理 并行离散事件仿真重视对方案的反复仿真运行，尤其是对不同想定背景下的 多组方案下的多组变量进行多次仿真，以便得出统计性的结果，对这种多乘多的 数据进行有效的管理以提高事后分析的效率是论文需要解决的一个重要问题，需 要设计一种合适的仿真结果数据库，对样本参量、仿真结果、统计结果以及它们 之间的关系进行合理有效的管理。 1 2 课题研究意义及目标 分析仿真是以复杂问题分析为目的的一类仿真活动。它通过对研究对象的不 第5 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 确定性因素进行探索仿真，获取大量的仿真结果数据，在此基础上采用恰当的统 计分析方法对仿真结果进行综合分析，以理解和发现复杂现象背后数据变量之间 的重要关系，找出它们之间所遵循的规律，从而获得问题的满意解。目前，分析 仿真在复杂系统研究方面发挥了越来越重要的作用，特别在国家高技术研究领域 和国家安全方面，如生物工程、国家与国防战略研究、危机预测预警与处置决策、 新概念武器的先期技术演示与作战应用分析等领域。而并行离散事件仿真由于具 有更高的运行效率，已在分析仿真领域得到了广泛的关注。 目前并行离散事件仿真系统更多的关注于仿真运行效率的研究，但对数据资 源管理和有效利用并没有做太多的工作，没有一种适合于并行离散事件仿真数据 特点的数据管理平台，大量复杂的记录数据入库存放存在很大的问题，多样本多 次运行的结果数据管理还比较混乱，这对事后分析评估的顺利进行都造成了极大 的困难。为此，研究适合并行离散时间仿真特点的数据管理解决方案，对并行仿 真数据进行有效管理，为事后分析提供数据支持具有重要的意义。 本课题的研究目标是：针对并行离散事件仿真数据管理面临的技术问题，通 过深入分析并行仿真数据的特点，提出一种适合并行离散事件仿真的可定制的据 管理框架，实现并行仿真复杂数据和关系数据库的相互转换，设计多样本多次运 行仿真结果数据库。 1 3 本文的主要工作及创新 鉴于目前缺乏通用的并行离散事件仿真数据管理工具的现状，论文在分析并 行离散事件仿真数据特点的基础上，对并行离散事件仿真数据管理关键技术进行 了深入研究，主要工作和创新包括： 1 并行离散事件仿真过程中会产生大量离散化的数据，对并行离散事件仿真 进行分析( 例如仿真模型的校准，仿真实验的评估等) 需要以这些数据为基础， 而分析是进行仿真的最终目的，因此对这些数据进行有效的管理具有重要的意义。 不同的仿真应用结果数据类型以及存储格式不同，事后分析用到的分析方法也会 不同，对不同的应用需要开发不同的数据管理工具，造成了大量的人力物力资源 浪费，因而对数据管理工具的通用性提出了很大的挑战。针对该问题，论文提出 了基于w e b 可定制的并行仿真数据管理框架，通过可视化界面为不同的用户提供 可定制的元数据管理、数据访问和分析处理服务，实现了对不同并行仿真数据的 有效管理，提高了数据管理的灵活性和通用性 2 并行离散事件仿真的输出数据主要是通过数据记录工具产生的，这些数据 以x m l 形式保存，包括值、属性、实例、对象类等多个层次结构的数据，实验结 束后需要将这些数据存入到关系数据库中进行持久保存，因此如何将这些复杂格 第6 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 式的数据自动快速的导入到数据库中是数据管理需要解决的又一难点，以往的做 法是将文件直接存入数据库中，但这样给数据的查询带来了很大的困难。论文针 对该问题，提出了仿真结果x m l 数据与关系数据库之间基于对象树的映射技术。 该技术将x m l 数据按照对应的对象树结构映射到数据库的表格中，从而有效的解 决了仿真结果x m l 数据难以自动归档入库的问题，实现了x m l 数据的自动导入。 3 并行离散事件仿真的一个重要特点是多样本多次运行，仿真结束后会产生 大量多乘多的数据，如何对这些数据进行有效的管理以提高仿真事后分析的效率， 是并行仿真数据管理面临的又一重要问题。为此，论提出了两级表格结构的多样 本运行结果数据库管理方案，该方案通过建立多样本参数及统计结果表、和样本 多次运行结果表，并建立两个表格之间的统计关联，从而有效的解决了多样本多 次运行结果数据的管理和关联问题，方便了事后的统计分析。 1 4 论文结构 论文的组织结构如下： 第一章绪论 首先介绍了课题来源、国内外研究现状和课题面临的技术问题，然后阐述了 课题研究的意义和目标，最后介绍了本文的主