專利名稱：網(wǎng)格仿真平臺及網(wǎng)格仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機科學技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用互聯(lián)網(wǎng)上的計算機的CPU的閑置處理能力來解決大型計算問題的網(wǎng)格仿真平臺，以及相應的網(wǎng)格仿真方法。
背景技術(shù)：
近年來，遺傳算法在函數(shù)優(yōu)化中所具有的良好特性使得它在連續(xù)/離散設計變量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域顯示出極好的應用前景。另一方面，隨著網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展，人們能夠?qū)⒎稚⒌挠嬎阗Y源通過網(wǎng)絡聚合，形成超級網(wǎng)絡分布計算能力，集中解決大規(guī)模計算問題，透明地為用戶提供服務。P2P (Peer-to-Peer)模式，即對等模式，是一種已經(jīng)被廣泛采用的網(wǎng)絡計算形式，人們可以利用所有聯(lián)網(wǎng)計算機的空閑處理器周期，聚合計算能力，完成計算密集型的任務。網(wǎng)格仿真設計在計算網(wǎng)格技術(shù)的基礎(chǔ)上融入對等計算思想，將局域網(wǎng)甚至Internet上分散的計算資源整合成虛擬高性能計算環(huán)境，建立面向多目標拓撲優(yōu)化的遺傳算法計算模型，提供統(tǒng)一的計算資源服務和可視化用戶使用環(huán)境。目標是利用網(wǎng)格計算技術(shù)提供一個廉價和有效的解決方案用來在并行和分布式系統(tǒng)上運行優(yōu)化任務，以幫助縮短設計階段的優(yōu)化時間，提高計算資源的利用率，減少大量的人力、物力消耗，降低制造成本。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，目前還沒有成熟的網(wǎng)格仿真平臺設計。有鑒于此，設計一種可實現(xiàn)網(wǎng)格仿真計算并真正可用的平臺及方法，已成為一種現(xiàn)實的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)格仿真平臺及網(wǎng)格仿真方法，能夠合理地將種群適應度值的計算并行化，實現(xiàn)分布的桌面系統(tǒng)及集群系統(tǒng)的資源共享，緩解由于單個企業(yè)資源不足而影響產(chǎn)品研制和生產(chǎn)的問題，并且有效的提高資源利用率，為企業(yè)節(jié)省資金。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供一種網(wǎng)格仿真平臺，其組成包括一個或多個終端用戶，分別與網(wǎng)格服務器中的Web服務器連接，用于向網(wǎng)格服務器提交優(yōu)化作業(yè)執(zhí)行參數(shù)，并向網(wǎng)格服務器查詢優(yōu)化結(jié)果；一個網(wǎng)格服務器，包括一個數(shù)據(jù)庫，以及分別與所述數(shù)據(jù)庫連接的一個Web服務器和一個調(diào)度服務器；所述數(shù)據(jù)庫，用于保存優(yōu)化作業(yè)的各種數(shù)據(jù)信息；所述Web服務器，與終端用戶以及數(shù)據(jù)庫相連接，用于接收終端用戶提交的優(yōu)化作業(yè)執(zhí)行參數(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的注冊優(yōu)化信息，生成表單記錄在數(shù)據(jù)庫中，并將優(yōu)化加入作業(yè)隊列；所述調(diào)度服務器，與計算結(jié)點以及數(shù)據(jù)庫相連接，用于提取數(shù)據(jù)庫中的信息，選擇隊頭作業(yè)，根據(jù)表單中記錄的內(nèi)容產(chǎn)生初始種群，進行循環(huán)迭代；以及將個體目標函數(shù)計算封裝，分配給各個計算結(jié)點，并整理各個計算結(jié)點返回的評價結(jié)果，生成下一代種群；以及將優(yōu)化結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫中；多個計算結(jié)點，包括參與計算的所有PC機和集群系統(tǒng)，分別與網(wǎng)格服務器中的調(diào)度服務器連接，用于完成被封裝成多個獨立的任務單元的種群個體目標函數(shù)計算任務。本發(fā)明還提供一種網(wǎng)格仿真方法，包括以下步驟步驟1:用戶通過瀏覽器向Web服務器提交初始化函數(shù)；步驟2 =Web服務器調(diào)用數(shù)據(jù)庫接口注冊優(yōu)化信息，由Web服務器生成表單記錄在數(shù)據(jù)庫中，并將此次優(yōu)化加入作業(yè)隊列；步驟3 :調(diào)度服務器提取數(shù)據(jù)庫信息，選擇隊頭作業(yè)，根據(jù)表單中記錄的內(nèi)容產(chǎn)生初始種群，進入循環(huán)迭代；步驟4 :調(diào)度服務器將種群個體的目標函數(shù)計算封裝成多個獨立的任務單元，分配給計算結(jié)點，由網(wǎng)格中所有計算結(jié)點并行完成計算；步驟5 :調(diào)度服務器在收集到全部的計算結(jié)點返回的評價結(jié)果后進行整理，生成下一代種群并對其進行評價；步驟6 :迭代過程直至找到最優(yōu)解或達到終止條件才結(jié)束，調(diào)度服務器將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)庫中；步驟7，用戶向Web服務器查詢優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是一、通過本發(fā)明，可提高或拓展型企業(yè)內(nèi)所有計算資源的效率和利用率，滿足最終用戶的需求，同時能夠解決以前由于計算、數(shù)據(jù)或存儲資源的短缺而無法解決的問題。二、通過本發(fā)明，可建立虛擬組織，通過共享應用和數(shù)據(jù)來對公共問題進行合作。三、通過本發(fā)明，可整合計算能力、存儲和其他資源，能使得需要大量計算資源的巨大問題求解成為可能。四、通過本發(fā)明，可對資源進行共享、有效優(yōu)化和整體管理，能夠降低計算的總成本。


圖1是本發(fā)明網(wǎng)格仿真平臺的體系結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明網(wǎng)格仿真平臺的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步說明。如圖1所示，網(wǎng)格仿真平臺采用三層體系結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)格應用層、網(wǎng)格服務層和網(wǎng)格資源層。網(wǎng)格應用層利用網(wǎng)格門戶(Grid Portal)向用戶提供訪問網(wǎng)格資源的Web界面，終端用戶通過瀏覽器可以使用作業(yè)提交、信息查詢等網(wǎng)格服務；網(wǎng)格服務層主要由Web服務器和調(diào)度服務器組成，通過數(shù)據(jù)服務接口和應用程序?qū)崿F(xiàn)信息服務和作業(yè)服務；網(wǎng)格資源層包括網(wǎng)格環(huán)境中的所有計算資源，層次間基于http協(xié)議進行通信和數(shù)據(jù)傳輸。圖2示出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)部署圖。如圖2所示，本發(fā)明的硬件組成主要分為三部分終端用戶、網(wǎng)格服務器以及計算結(jié)點。終端用戶可為一個，也可為多個，各終端用戶分別與網(wǎng)格服務器中的Web服務器連接。終端用戶通過瀏覽器登錄到網(wǎng)格門戶后，即可向Web服務器提交優(yōu)化作業(yè)、并向Web服務器查詢優(yōu)化結(jié)果信息。網(wǎng)格服務器包括Web服務器、調(diào)度服務器及數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫保存優(yōu)化作業(yè)的各種數(shù)據(jù)信息。Web服務器和調(diào)度服務器通過數(shù)據(jù)服務接口和應用程序?qū)崿F(xiàn)信息服務和作業(yè)服務。其中，Web服務器與終端用戶以及數(shù)據(jù)庫相連接，其接收終端用戶提交的優(yōu)化作業(yè)執(zhí)行參數(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的注冊優(yōu)化信息，生成表單記錄在數(shù)據(jù)庫中，并將優(yōu)化加入作業(yè)隊列。調(diào)度服務器與計算結(jié)點以及數(shù)據(jù)庫相連接，其提取數(shù)據(jù)庫中的信息，選擇隊頭作業(yè)，根據(jù)表單中記錄的內(nèi)容產(chǎn)生初始種群，進行循環(huán)迭代；以及將個體目標函數(shù)計算封裝，分配給各個計算結(jié)點，并整理各個計算結(jié)點返回的評價結(jié)果，生成下一代種群；以及將優(yōu)化結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫中。計算結(jié)點具有多個，包括網(wǎng)格環(huán)境中參與計算的所有PC機和集群系統(tǒng)。各計算結(jié)點分別與調(diào)度服務器連接，完成被封裝成多個獨立的任務單元的種群個體目標函數(shù)計算任務。下面結(jié)合圖2，闡述本發(fā)明的網(wǎng)格仿真平臺作業(yè)服務的工作流程方法。如圖2中的箭頭所示，首先在步驟I中，用戶通過瀏覽器登錄網(wǎng)格門戶向Web服務器提交初始化函數(shù)，包括種群大小等各種作業(yè)執(zhí)行參數(shù)。然后在步驟2中，Web服務器調(diào)用數(shù)據(jù)庫接口注冊優(yōu)化信息，由Web服務器生成特定格式的表單記錄在數(shù)據(jù)庫中，并將此次優(yōu)化加入作業(yè)隊列。接下來在步驟3中，調(diào)度服務器提取數(shù)據(jù)庫信息，選擇隊頭作業(yè)，根據(jù)表單中記錄的內(nèi)容產(chǎn)生初始種群，開始第一次迭代。在步驟4中，調(diào)度服務器將種群個體的目標函數(shù)計算封裝成多個獨立的任務單元，分配給計算結(jié)點，由網(wǎng)格中所有計算結(jié)點并行完成計算。在步驟5中，調(diào)度服務器在收集到全部的計算結(jié)點返回的評價結(jié)果后進行整理，生成下一代種群并對其進行評價。在步驟6中，迭代過程直至找到最優(yōu)解或達到終止條件才結(jié)束，調(diào)度服務器將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)庫中；最后在步驟7中，用戶通過網(wǎng)格門戶向Web服務器查詢最終的優(yōu)化結(jié)果。綜上所述，本發(fā)明的網(wǎng)格仿真平臺可以實現(xiàn)如下主要功能一、用戶管理注冊、登錄、身份認證。二、作業(yè)提交用戶上傳初始化文件，進行參數(shù)設置，確認后該作業(yè)自動加入排隊系統(tǒng)等待調(diào)度。三、作業(yè)狀態(tài)可以查看用戶作業(yè)的執(zhí)行進度以及每個任務單元的詳細信息(發(fā)送時間、返回時間、計算主機、狀態(tài)等)。四、結(jié)果查詢用戶可以查看作業(yè)輸出文件包括優(yōu)化的中間結(jié)果文件，優(yōu)化結(jié)果自動生成曲線圖。五、性能監(jiān)測可以顯示整個網(wǎng)格資源靜態(tài)和動態(tài)信息，包括資源配置、機器負載、網(wǎng)絡性能等。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例?？梢岳斫猓绢I(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導出或聯(lián)想到的其他改進和變化，均應認為包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)格仿真平臺，其特征在于包括一個或多個終端用戶，分別與網(wǎng)格服務器中的Web服務器連接，用于向網(wǎng)格服務器提交優(yōu)化作業(yè)執(zhí)行參數(shù)，并向網(wǎng)格服務器查詢優(yōu)化結(jié)果；一個網(wǎng)格服務器，包括一個數(shù)據(jù)庫，以及分別與所述數(shù)據(jù)庫連接的一個Web服務器和一個調(diào)度服務器；所述數(shù)據(jù)庫，用于保存優(yōu)化作業(yè)的各種數(shù)據(jù)信息；所述Web服務器，與終端用戶以及數(shù)據(jù)庫相連接，用于接收終端用戶提交的優(yōu)化作業(yè)執(zhí)行參數(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的注冊優(yōu)化信息，生成表單記錄在數(shù)據(jù)庫中，并將優(yōu)化加入作業(yè)隊列；所述調(diào)度服務器，與計算結(jié)點以及數(shù)據(jù)庫相連接，用于提取數(shù)據(jù)庫中的信息，選擇隊頭作業(yè)，根據(jù)表單中記錄的內(nèi)容產(chǎn)生初始種群，進行循環(huán)迭代；以及將個體目標函數(shù)計算封裝，分配給各個計算結(jié)點，并整理各個計算結(jié)點返回的評價結(jié)果，生成下一代種群；以及將優(yōu)化結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫中；多個計算結(jié)點，包括參與計算的所有PC機和集群系統(tǒng)，分別與網(wǎng)格服務器中的調(diào)度服務器連接，用于完成被封裝成多個獨立的任務單元的種群個體目標函數(shù)計算任務。
2.基于權(quán)利要求1所述網(wǎng)格仿真平臺的網(wǎng)格仿真方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1:用戶通過瀏覽器向Web服務器提交初始化函數(shù)；步驟2 =Web服務器調(diào)用數(shù)據(jù)庫接口注冊優(yōu)化信息，由Web服務器生成表單記錄在數(shù)據(jù)庫中，并將此次優(yōu)化加入作業(yè)隊列；步驟3 :調(diào)度服務器提取數(shù)據(jù)庫信息，選擇隊頭作業(yè)，根據(jù)表單中記錄的內(nèi)容產(chǎn)生初始種群，進入循環(huán)迭代；步驟4 :調(diào)度服務器將種群個體的目標函數(shù)計算封裝成多個獨立的任務單元，分配給計算結(jié)點，由網(wǎng)格中所有計算結(jié)點并行完成計算；步驟5 :調(diào)度服務器在收集到全部的計算結(jié)點返回的評價結(jié)果后進行整理，生成下一代種群并對其進行評價；步驟6 :迭代過程直至找到最優(yōu)解或達到終止條件才結(jié)束，調(diào)度服務器將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)庫中；步驟7，用戶向Web服務器查詢優(yōu)化結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開一種網(wǎng)格仿真平臺，包括終端用戶、網(wǎng)格服務器以及計算結(jié)點。終端用戶通過瀏覽器登錄到網(wǎng)格門戶后，即可使用作業(yè)提交、信息查詢等網(wǎng)格服務。網(wǎng)格服務器包括Web服務器、調(diào)度服務器及數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)格計算結(jié)點包括參與計算的所有PC機和集群系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了相應的網(wǎng)格仿真方法。本發(fā)明合理地將種群適應度值的計算并行化，實現(xiàn)了分布的桌面系統(tǒng)及集群系統(tǒng)的資源共享，緩解了由于目前單個企業(yè)資源不足而影響產(chǎn)品研制和生產(chǎn)的問題，并且有效的提高資源利用率，為企業(yè)節(jié)省大量資金。
文檔編號H04L29/08GK103020197SQ20121051230
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王欣 申請人:無錫職業(yè)技術(shù)學院