Введение к работе
Актуальность теыы. Имитационное моделирование является в настоящее время наиболее эффективным, а зачастую и единственным инструментом, применяемым при анализе и синтезе сложных систем. Обладая рядом несомненных преимуществ по сравнению с другими методами моделирования, имитационное моделирование, как правило, связано с гораздо большими затратами машинного времени на проведение эксперимента. Причиной этого, наряду с большими объемами программ и данных, составляющих модельное представление исследуемой системы, является и тот факт, что для имитации параллельно протекающих в реальной системе процессов на последовательной ЭВМ необходима организация псевдопараллельной обработки, на что расходуется значительная часть процессорного времени.
Тенденции развития современной науки и техники характеризуются опережающим ростом сложности объектов, подлежащих исследованию методом имитационного моделирования, по сравнению с возможностями последовательных ЭВМ, традиционно используемых для проведения модельных экспериментов. Поэтому распараллеливание процесса имитационного моделирования и организация его выполнения на многопроцессорных вычислительных системах на сегодняшний день является единственным способом эффективной реализации моделей сложных систем.
Из всего многообразия параллельных вычислительных систем наиболее предпочтительным представляется использование в качестве технического средства моделирования распределенных микропроцессорных систем, имеющих наилучшее среди высокопроизводительных систем соотношение производительность/стоимость и допускающих принципиально неограниченное наращивание числа процессоров. Это должно способствовать расширению сферы приложения имитационного моделирования на те области, которые традиционно считались недоступными для исследования в силу ограничений по производительности вычислительных средств или высокой стоимости имитационных экспериментов.
- г -
Транспьютер фирмы inraos не без основания считается одним из наиболее перспективных элементов для использования в качестве "строительного блока" при создании распределенных вычислительных систем. Бурное развитие транспьютерных технологий обосновывает актуальность исследования принципов реализации имитационных моделей на транспьютерных сетях. Настощая диссертационная работа охватывает комплекс вопросов, связанных с данной проблематикой.
Цель работы заключается в адаптации существующих подходов к формализации исследуемых систем и управлению модельным временем к специфике транспьютерной реализации распределенных моделей дискретных систем; разработке на этой основе соответствующего алгоритмического и программного обеспечения и исследовании зависимости эффективности разработанных алгоритмов от параметров моделируемых систем.
Научная новизна. В диссертационной работе предложены принципы реализации синхронных консервативных алгоритмов распределенного моделирования на транспьютерных сетях, которые позволяют значительно сократить количество операций по синхронизации параллельных процессов и уменьшенышть их временную и коммуникационную сложность по сравнению с описанными ранее аналогичными алгоритмами.
В данной работе впервые произведен сравнительный анализ эффективности четырех алгоритмов распределенного моделирования и выявлены основные факторы, определяющие различный характер зависимости производительности исследуемых алгоритмов от параметров моделируемых систем, что дало возможность обобщить полученные экспериментальные результаты.
Практическая ценность. Описанные в работе алгоритмы могут быть использованы при моделировании на транспьютерных сетях широкого спектра дискретных систем, таких как системы массового обслуживания, транспортные системы, клеточные автоматы и т.п. Разработанные методология и программное обеспечение экспериментальных исследований производительности алгоритмов распределенного моделирования позволяют при минимальных затратах времени осуществлять выбор эффективного механизма синхронизации параллельных процессов в соответствии с характеристиками моделируемой системы и требованиями, предъявляемыми к модели.
Внедрение результатов работы. Результаты диссерационной работы были использованы при реализации распределенной сетевой модели транспортных потоков, выполненной в Проблемной лаборатории организации и безопасности дорожного движения Московского автомобильно-дорожного института. Алгоритмическое и программное обеспечение, разработанное автором в процессе подготовки диссертации, включено в библиотеку средств для имитационного моделирования дискретных систем на транспьютерных сетях, создаваемую в отделе вычислительной механики Научно-исследовательского института системных исследований РАН.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинаре отдела базового программного обеспечения Института проблем кибернетики РАН (1989-93гг.), на семинаре отдела вычислительной механики Научно-исследовательского института системных исследований РАН (1992г.), 1-ой конференции "Транспьютерные системы и их применение" (г. Звенигород, 1991г.). Тезисы докладов по результатам работы приняты для публикации в материалах международных конференций PACTA*92 (Испания) и ТАРА-92 (Австралия).
Публикации. Представляемые на защиту результаты опубликованы в работах [1-3].
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений. Ее общий объем 125 страниц, в том числе, 53 рисунка, 2 таблицы, список литературы из 74 наименований и 2 справки о внедрении.