基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，包括：對(duì)選定的仿真模型設(shè)定并行算法；讀取仿真模型預(yù)存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)參數(shù)；根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)，確定耦合仿真系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N；根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各計(jì)算節(jié)點(diǎn)；確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)；確定樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)中各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的信息流通方式和信息交換結(jié)構(gòu)；各計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行計(jì)算并輸出最終計(jì)算結(jié)果。采用本發(fā)明實(shí)施例能提高在高性能計(jì)算機(jī)中進(jìn)行高耦合計(jì)算對(duì)象的并行仿真計(jì)算速度，減少通訊開銷，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的大數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)進(jìn)行并行仿真計(jì)算的任務(wù)。
【專利說明】
基于樹形通巧結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處 理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算過程中，當(dāng)計(jì)算對(duì)象是一個(gè)高禪合的復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，常需 要多計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并行計(jì)算來獲得最終計(jì)算結(jié)果。但是，超級(jí)計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算在計(jì)算效 率上達(dá)到了瓶頸，導(dǎo)致超級(jí)計(jì)算機(jī)的實(shí)用性較低。運(yùn)個(gè)瓶頸是在每一個(gè)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的計(jì) 算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算量負(fù)載均衡情況下，增加計(jì)算節(jié)點(diǎn)可W縮短計(jì)算時(shí)間，但是隨著計(jì)算節(jié)點(diǎn)的 增加也會(huì)導(dǎo)致不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊時(shí)間延長。一般情況下，隨著計(jì)算節(jié)點(diǎn)的增加而耗 費(fèi)的計(jì)算時(shí)間是線性減少，而隨著計(jì)算節(jié)點(diǎn)的增加而導(dǎo)致計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊時(shí)間則是指 數(shù)級(jí)增長。因此，在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增加到一定量之后，必然會(huì)出現(xiàn)整個(gè)計(jì)算機(jī)并行計(jì)算的 時(shí)間降低的情況。運(yùn)不僅是計(jì)算機(jī)并行化計(jì)算過程中遇到的影響計(jì)算效率提高的關(guān)鍵問題 之一，也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)并行化計(jì)算領(lǐng)域難W編寫適用于高禪合計(jì)算系統(tǒng)的通用商業(yè)軟件的 難點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實(shí)施例提出一種基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，提高在高性 能計(jì)算機(jī)中進(jìn)行高禪合計(jì)算對(duì)象的并行仿真計(jì)算速度，減少通訊開銷，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的大數(shù) 據(jù)仿真系統(tǒng)進(jìn)行并行仿真計(jì)算的任務(wù)。
[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，包括：
[0005] 對(duì)選定的仿真模型設(shè)定并行算法；
[0006] 讀取所述仿真模型預(yù)存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)參數(shù)；
[0007] 根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)，確定禪合仿真系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N;
[000引根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)；
[0009] 確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)；其中，所述樹形通訊鏈路連接結(jié) 構(gòu)由M個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)組成樹形連接結(jié)構(gòu)；所述通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)中各層 的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)量依次遞減，且第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與第i+1層中的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā) 生通訊，處于同一層的各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間不發(fā)生通訊；i>2，M>3;
[0010] 確定所述樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)中各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的信息流通方式和信息交換 結(jié)構(gòu)；其中，所述信息交換結(jié)構(gòu)為各層級(jí)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)僅交換經(jīng)過信息種類過濾后的計(jì)算結(jié) 果；
[0011] 各計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行計(jì)算并輸出最終計(jì)算結(jié)果。
[0012] 進(jìn)一步的，所述通信鏈路網(wǎng)絡(luò)是設(shè)置滿足W下條件：
[0013] (1)設(shè)ku是所述通信鏈路網(wǎng)絡(luò)中第i層第j個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，i = l，2,…，r，j = l，2,…， S；
[0014] (2)設(shè)Kia=IxU代表第i層的若干個(gè)ku為元素構(gòu)成的第a個(gè)集合中的一個(gè)元素};
[001引（3)設(shè)Ki是第i層全部的計(jì)算節(jié)點(diǎn)山調(diào)成的非空集；
[0016] 若Ki的一些分開子集Kicc，a G I，則滿足W下務(wù)件，
[0017] ①Kia，a E I兩兩互不相交，即當(dāng)口聲削寸，總韋
[001 引② Kia，aG I的并為 Ki,即 UagKia = Ki;
[0019] 其中，Kia表示第i層的若干個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)ku為元素構(gòu)成的第a個(gè)集合;K康示由子集 合Kia構(gòu)成的無交并子集族，a = l,2,???,]!，m表示第i層的子集合Kiz的個(gè)數(shù)。
[0020] 進(jìn)一步的，所述第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與第i + 1層中的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)生通 訊，具體為：
[0021] 所述第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)ki只與第i+1層中的計(jì)算節(jié)點(diǎn)kwz發(fā)生通訊。
[0022] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)，確定禪合仿真系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N， 具體為：
[0023] 根據(jù)分析對(duì)象的基本信息、拓?fù)溥B接關(guān)系及運(yùn)行過程的控制參數(shù)，確定禪合仿真 系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N。
[0024] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各所述計(jì)算節(jié) 點(diǎn)，具體為：
[0025] 根據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的CPU核的個(gè)數(shù)、每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存容量W 及仿真任務(wù)個(gè)數(shù)，W負(fù)載均衡為前提，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)。
[0026] 實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例提供的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)選定的仿真 模型設(shè)定并行算法，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)并確定禪合仿真屯、巧中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)。然 后根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將子系統(tǒng)分配給各計(jì)算節(jié)點(diǎn)，再確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的樹 形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每一層中的不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊連 接點(diǎn)不斷減少，W及相應(yīng)的通訊鏈路在由下而上遞進(jìn)時(shí)必然大幅度減少的特征，確定各計(jì) 算節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈路，確保每層中任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與上一層的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)生通信， 而處于同一層的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間不發(fā)生通信。再者，確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信息流通方式和 信息交換結(jié)構(gòu)，運(yùn)里的信息交換結(jié)構(gòu)為各層級(jí)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)送通訊時(shí)，僅交換經(jīng)過信息種 類過濾后的計(jì)算結(jié)果。最后各計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行計(jì)算并輸出最終計(jì)算結(jié)果。相比于現(xiàn)有技術(shù)會(huì) 遇到并行計(jì)算效率的瓶頸，本發(fā)明構(gòu)造了一個(gè)全局性的樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)，保證各層 級(jí)上傳的計(jì)算結(jié)果唯一性，避免由于計(jì)算節(jié)點(diǎn)的增加而造成過多的通訊開銷，提高并行計(jì) 算的計(jì)算效率。另外，在每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換時(shí)，各計(jì)算節(jié)點(diǎn)僅交換獨(dú)立計(jì)算的結(jié) 果，通過構(gòu)造分層分組過濾交換信息的程序，減少全局的并行計(jì)算過程中需要通訊的信息 種類。最后，對(duì)每一個(gè)不同層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間通訊的信息逐層規(guī)定傳遞方式，限制通訊信息 不同層上的某些傳遞方式，減少通訊過程中每一種通訊信息的信號(hào)量。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明提供的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法的一種實(shí)施例的 流程示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明提供的樹形通訊結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031] 參見圖1，是本發(fā)明提供的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法的一種實(shí) 施例的流程示意圖，該方法包括步驟101至107,該步驟具體如下：
[0032] 步驟101:對(duì)選定的仿真模型設(shè)定并行算法。
[0033] 步驟102:讀取仿真模型預(yù)存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)參數(shù)。
[0034] 步驟103:根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)，確定禪合仿真系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N。
[0035] 在本實(shí)施例中，步驟103具體為:根據(jù)分析對(duì)象的基本信息、拓?fù)溥B接關(guān)系及運(yùn)行 過程的控制參數(shù)，確定禪合仿真系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N。
[0036] 步驟104:根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各計(jì)算節(jié)點(diǎn)。
[0037] 在本實(shí)施例中，步驟104具體為:根據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的CPU核的個(gè) 數(shù)、每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存容量W及仿真任務(wù)個(gè)數(shù)，W負(fù)載均衡為前提，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給 各所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)。
[0038] 步驟105:確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)；其中，樹形通訊鏈路連 接結(jié)構(gòu)由M個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)組成樹形連接結(jié)構(gòu)；通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)中各層的計(jì) 算節(jié)點(diǎn)的數(shù)量依次遞減，且第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與第i+1層中的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)生通 訊，處于同一層的各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間不發(fā)生通訊；i>2，M>3。
[0039] 步驟106:確定樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)中各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的信息流通方式和信息 交換結(jié)構(gòu)；其中，信息交換結(jié)構(gòu)為各層級(jí)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)僅交換經(jīng)過信息種類過濾后的計(jì)算結(jié) 果。
[0040] 步驟107:各計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行計(jì)算并輸出最終計(jì)算結(jié)果。
[0041 ]在本實(shí)施例中，通信鏈路網(wǎng)絡(luò)是設(shè)置滿足W下條件：
[0042] (1)設(shè)ku是所述通信鏈路網(wǎng)絡(luò)中第i層第j個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，i = l，2,…，r，j = l，2,…， S；
[0043] (2)設(shè)Kia=IxU代表第i層的若干個(gè)ku為元素構(gòu)成的第a個(gè)集合中的一個(gè)元素};
[0044] (3)設(shè)Ki是第i層全部的計(jì)算節(jié)點(diǎn)ku構(gòu)成的非空集；
[0045]若Ki的一些分開子集Kicc，aG I，則滿足W下條件；
[0046] ① Kia，a E I兩兩互不相交，即當(dāng)a聲削寸，總有
[0047] ② Kia，aG I的并為 Ki,即 UaElKia = Ki;
[0048] 其中，Kia表示第i層的若干個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)ku為元素構(gòu)成的第a個(gè)集合;Ki表示由子集 合Kia構(gòu)成的無交并子集族，a = l,2,???,]!，m表示第i層的子集合Kiz的個(gè)數(shù)。
[0049] 在本實(shí)施例中，當(dāng)我們將樹形結(jié)構(gòu)的葉層稱為最底的第一層的時(shí)候，第一層的全 部計(jì)算節(jié)點(diǎn)可劃分為若干子集合Ku,第一層的任意一個(gè)子集合均只的與上一層的一個(gè)計(jì)算 節(jié)點(diǎn)ki + lz發(fā)生通訊關(guān)系，同一層級(jí)的子集不發(fā)生通訊關(guān)系，由此構(gòu)成一個(gè)W唯一計(jì)算節(jié)點(diǎn) ki+iz為頂點(diǎn)的單一交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)。進(jìn)而，第一層其他子集合也按照相同的方式構(gòu)成 不同的單一交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)。同時(shí)，全部的單一交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)構(gòu)成第一層的基 于單一交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)的一層樹形通訊網(wǎng)絡(luò)組合。最后，我們可W構(gòu)造上一層的樹形 通訊網(wǎng)絡(luò)組合。如此類推，我們可W最終構(gòu)成只有唯一的一個(gè)頂層交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)。如 圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的樹形通訊結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050] 在本實(shí)施例中，第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與第i + 1層中的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)生通 訊，具體為:第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)ki只與第i+1層中的計(jì)算節(jié)點(diǎn)kwz發(fā)生通訊。
[0051] 在本實(shí)施例中，本發(fā)明除了構(gòu)造樹形結(jié)構(gòu)通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)外，還對(duì)全局計(jì)算過程中 的不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的信息種類進(jìn)行過濾縮減，使得不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)的差異可W通過一個(gè)標(biāo) 量、一組標(biāo)量或其他較少的計(jì)量單位來表示。運(yùn)樣使得計(jì)算節(jié)點(diǎn)表示的標(biāo)準(zhǔn)化過程，可W實(shí) 現(xiàn)計(jì)算過程中不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信息傳輸量變少。具體來說就是可W通過傳輸較少的信號(hào)， 達(dá)到傳輸大量信息的效果。
[0052] 在本實(shí)施例中，本發(fā)明除了構(gòu)造樹形結(jié)構(gòu)通訊鏈路、進(jìn)行信息種類的過濾外，還構(gòu) 造全局性的通信信號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)。運(yùn)種構(gòu)造可W減少通訊過程的傳輸信號(hào)量，提高并行計(jì)算 的效率。
[0053] 本發(fā)明的技術(shù)方案能實(shí)現(xiàn)W下=個(gè)效果：1、減少通訊鏈路;2、減少通訊信息的種 類;3減少通訊的信號(hào)。為了更好的說明本發(fā)明技術(shù)方案能實(shí)現(xiàn)的效果，分別針對(duì)上述技術(shù) 效果作詳細(xì)說明。
[0化4] 一、減少通訊鏈路
[0055] 在一般情況下，對(duì)全局禪合的仿真對(duì)象可W規(guī)定單層結(jié)構(gòu)通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的 全體計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈路為只有一層的全體計(jì)算節(jié)點(diǎn)兩兩之間的相互通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)， 由此，本發(fā)明可W建立一個(gè)相應(yīng)的全局性的通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)，稱為單層結(jié)構(gòu)的通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)。
[0056] 在W上運(yùn)種類型通訊結(jié)構(gòu)定義的全局性的通訊網(wǎng)絡(luò)中，假定每一對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間 的一個(gè)單向通訊鏈路為1，每一對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)往返雙向通訊鏈路為2,則在單層結(jié) 構(gòu)通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中全部計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間全部的計(jì)算過程所需要全部通訊鏈路的總量Pi 等于：
[0057] pi = ni(ru-l)
[0058] 而本發(fā)明構(gòu)建的樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合的最底的第一層有ni個(gè)子集，因此，每一 個(gè)子集中的全部計(jì)算節(jié)點(diǎn)可W生成至少1個(gè)，最個(gè)與上層計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間存在相互通訊 關(guān)系的單一交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡(luò)組合。顯然，第一層的每一個(gè)子集的全部 計(jì)算節(jié)點(diǎn)與上層計(jì)算節(jié)點(diǎn)的通訊鏈路的總量為化1。如此類推，在樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合中 進(jìn)行一次與每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都相關(guān)的全局性的計(jì)算過程所需要的全部通訊鏈路P2等于：
[0化9]
[0060] 由于^上規(guī)定的第二種通訊結(jié)構(gòu)必定有|^2:沒恥送:1的關(guān)系，因此獲得結(jié)論：
[0061] (1)當(dāng)?shù)趇層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)m大于5時(shí)，任意第i+1層的單交換機(jī)的局域通訊網(wǎng) 之間的通訊鏈路的總量必然是W每一個(gè)確定的倍數(shù)的速度減少的，運(yùn)個(gè)倍數(shù)等于第i層的 計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)除W第i+1層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)的商，同時(shí)，運(yùn)個(gè)商必定是大于或等于2的 一個(gè)實(shí)數(shù)；
[0062] (2)當(dāng)?shù)趇層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)ni大于5時(shí)，樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合進(jìn)行一次與每 一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都相關(guān)的全局性的計(jì)算過程所需要的全部通訊鏈路必定少于第一種類型的 通訊鏈路。
[0063] (3)當(dāng)?shù)趇層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)m大于5,且第i層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)m的數(shù)值越大 的時(shí)候，樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合進(jìn)行一次與每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都相關(guān)的全局性的計(jì)算過程所 需要的全部通訊鏈路必定少于第一種類型的通訊鏈路的差值越大。
[0064] 二、減少了通訊信息的種類
[0065] 通訊信息種類的減少可W大大減少全局禪合并行計(jì)算過程中，不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)之 間傳輸?shù)男畔⒎N類，從而達(dá)到改善樹形通訊結(jié)構(gòu)根部信息通訊擁堵的狀況。具體的說，在樹 形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合的第一層有m個(gè)子集，因此可W生成至少1個(gè)，最多^個(gè)與上層集合存 必 在相互通訊關(guān)系的單一交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡(luò)組合，則第一層子集與上層集 合的通訊種類為化1U。如此類推，在樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合中進(jìn)行一次與每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn) 都相關(guān)的令局性的計(jì)算過括所需要連現(xiàn)的令部通訊種類化等于：
[0066]
[0067] 由于W上規(guī)定的第二種通訊結(jié)構(gòu)必定有
向關(guān)系，因此獲得結(jié)論：
[0068] (1)當(dāng)?shù)趇層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)m大于5時(shí)，任意第i+1層的單交換機(jī)的局域通訊網(wǎng) 的通訊信息的種類的和必然是W每一個(gè)確定的倍數(shù)的速度減少的，運(yùn)個(gè)倍數(shù)等于第i層的 計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)除W第i+1層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)的商，同時(shí)，運(yùn)個(gè)商必定是大于或等于2的 一個(gè)實(shí)數(shù)；
[0069] (2)當(dāng)?shù)趇層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)IU大于5時(shí)，樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合進(jìn)行一次與每 一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都相關(guān)的全局性的計(jì)算過程所需要實(shí)現(xiàn)的全部通訊信息的種類必定少于第 一種類型的通訊信息的種類。
[0070] S、減少了通訊的信號(hào)
[0071] 已知在樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合的第一層有m個(gè)子集，因此可W生成至少1個(gè)，最多 ^個(gè)與上層集合存在相互通訊關(guān)系的單一交換機(jī)的局域通訊網(wǎng)構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡(luò)組合，則第 玄' 一層子集與上層集合的通訊種類為化1U。假定已知在全局樹進(jìn)行一次信息發(fā)布和收集的操 作需要與每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)聯(lián)系，此時(shí)每一層上的每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊的種類進(jìn)行 一次通訊所需要的通訊的信號(hào)量是已知的常量m，那么，在樹形結(jié)構(gòu)通訊網(wǎng)絡(luò)組合中進(jìn)行一 次與每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都相關(guān)的全局性的計(jì)算過程所需要實(shí)現(xiàn)的全部通訊信號(hào)量S等于：
[0072]
[0073] 可見，在全局并行計(jì)算過程中通過過濾的信息種類進(jìn)行傳輸，在運(yùn)種通訊傳輸方 式下，進(jìn)行一次全局性的計(jì)算過程所需要實(shí)現(xiàn)的全部通訊信號(hào)量將可W大幅度減少。
[0074] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，對(duì) 選定的仿真模型設(shè)定并行算法，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)并確定禪合仿真屯、巧中的子系統(tǒng)及系 統(tǒng)個(gè)數(shù)。然后根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將子系統(tǒng)分配給各計(jì)算節(jié)點(diǎn)，再確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn) 之間的樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每一層中的不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間 的通訊連接點(diǎn)不斷減少，W及相應(yīng)的通訊鏈路在由下而上遞進(jìn)時(shí)必然大幅度減少的特征， 確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈路，確保每層中任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與上一層的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā) 生通信，而處于同一層的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間不發(fā)生通信。再者，確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信息流通 方式和信息交換結(jié)構(gòu)，運(yùn)里的信息交換結(jié)構(gòu)為各層級(jí)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)送通訊時(shí)，僅交換經(jīng)過 信息種類過濾后的計(jì)算結(jié)果。最后各計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行計(jì)算并輸出最終計(jì)算結(jié)果。相比于現(xiàn)有 技術(shù)會(huì)遇到并行計(jì)算效率的瓶頸，本發(fā)明構(gòu)造了一個(gè)全局性的樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)，保 證各層級(jí)上傳的計(jì)算結(jié)果唯一性，避免由于計(jì)算節(jié)點(diǎn)的增加而造成過多的通訊開銷，提高 并行計(jì)算的計(jì)算效率。另外，在每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換時(shí)，各計(jì)算節(jié)點(diǎn)僅交換獨(dú)立計(jì)算 的結(jié)果，通過構(gòu)造分層分組過濾交換信息的程序，減少全局的并行計(jì)算過程中需要通訊的 信息種類。最后，對(duì)每一個(gè)不同層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間通訊的信息逐層規(guī)定傳遞方式，限制通訊 信息不同層上的某些傳遞方式，減少通訊過程中每一種通訊信息的信號(hào)量。
[0075] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可W 通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì) 中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁 碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體（Read-Only Memoir ,ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體（Random Access Memory ,RAM)等。
[0076] W上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤飾也視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括： 對(duì)選定的仿真模型設(shè)定并行算法； 讀取所述仿真模型預(yù)存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)參數(shù)； 根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)，確定耦合仿真系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N; 根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)； 確定各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu);其中，所述樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)由Μ 個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)組成樹形連接結(jié)構(gòu);所述通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)中各層的計(jì)算 節(jié)點(diǎn)的數(shù)量依次遞減，且第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與第i+Ι層中的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)生通 訊，處于同一層的各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間不發(fā)生通訊；i多2，M彡3; 確定所述樹形通訊鏈路連接結(jié)構(gòu)中各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的信息流通方式和信息交換結(jié)構(gòu)； 其中，所述信息交換結(jié)構(gòu)為各層級(jí)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)僅交換經(jīng)過信息種類過濾后的計(jì)算結(jié)果； 各計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行計(jì)算并輸出最終計(jì)算結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所 述通信鏈路網(wǎng)絡(luò)是設(shè)置滿足以下條件： (1) 設(shè)kij是所述通信鏈路網(wǎng)絡(luò)中第i層第j個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，i = l，2,…，r，j = l，2，-_，s; (2) 設(shè)Κια={χ|χ代表第i層的若干個(gè)1?為元素構(gòu)成的第α個(gè)集合中的一個(gè)元素}; (3) 設(shè)1是第i層全部的計(jì)算節(jié)點(diǎn)1?構(gòu)成的非空集； 若1的一些分開子集1^，a e I，則滿足以下條件： ① Kia，ael兩兩互不相交，即當(dāng)α辛β時(shí)，總有Ka. HKfi二0 ② Kia，ael的并為Ki，即 UaeIKia = Ki; 其中，Κια表示第i層的若干個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)ku為元素構(gòu)成的第a個(gè)集合而表示由子集合Κια 構(gòu)成的無交并子集族，〇 = 1，2，-_，]1，]^表示第;[層的子集合1(^的個(gè)數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所 述第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)只與第i+Ι層中的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)生通訊，具體為： 所述第i層中的任一計(jì)算節(jié)點(diǎn)ki只與第i+Ι層中的計(jì)算節(jié)點(diǎn)ki+iz發(fā)生通訊。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所 述根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)，確定耦合仿真系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N，具體為： 根據(jù)分析對(duì)象的基本信息、拓?fù)溥B接關(guān)系及運(yùn)行過程的控制參數(shù)，確定耦合仿真系統(tǒng) 中的子系統(tǒng)及系統(tǒng)個(gè)數(shù)N。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于樹形通訊結(jié)構(gòu)的并行仿真數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所 述根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)，具體為： 根據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的CPU核的個(gè)數(shù)、每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存容量以及仿 真任務(wù)個(gè)數(shù)，以負(fù)載均衡為前提，將N個(gè)子系統(tǒng)分配給各所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G06F9/455GK105955710SQ201610255471
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】吳杰
【申請(qǐng)人】廣州市長程軟件有限公司