多学科计算任务复杂度分析及并行调度方法研究

1144766066 · 发表于 2022-5-11 07:47:51

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复杂系统具有多学科多领域综合集成、组分之间相互作用呈非线性和模糊性、总体行为呈现不确定性和涌现性等复杂特性。这些特性决定了其不可重现和难于计算，因此建模仿真技术成为研究复杂系统的一种重要手段。复杂系统建模仿真过程往往包括连续、离散、定性、优化等模型的计算，这些计算任务粒度不同且相互之间存在学科耦合关系，利用传统串行计算技术往往使得总的计算时间过长。因此，复杂系统仿真计算过程的多学科特性成为阻碍其效率提高的关键因素，而并行计算及其任务调度技术是一种能提高复杂系统多学科仿真效率的有效手段。本文针对典型复杂系统建模仿真过程，结合多学科设计分析技术和并行计算技术，研究提出一种多学科计算任务的描述机制、计算任务复杂度分析及高效并行调度方法，基于这些理论研究开发了某攻防对抗仿真系统，通过仿真运行时间分析验证了所提出方法的有效性。具体研究内容包括：1) 依据典型复杂系统多学科仿真应用背景，建立一个包含并行应用、任务描述、任务调度和并行平台的多层次并行仿真框架；2) 基于现有并行编程模型，研究多学科计算任务描述机制即对典型多学科建模仿真语言Modelica进行并行扩充，并通过一定机制将其转换为支持并行编程的高级代码C++；3) 在多学科仿真任务建模与归类、任务复杂度分析和粒度估计、任务并行性分析和分层解耦变换的基础上，提出一种基于模糊预测和负载反馈的混合并行调度算法(hybrid parallel scheduling algorithm based on fuzzy prediction and load feedback, FPLF)；4) 针对某攻防对抗系统，在并行平台上开发一套多层次并行仿真优化迭代原型系统，从多样本、多实体和多模型三个层次上进行串并行对比仿真实验。仿真实验结果表明，本文所建立的多层次并行仿真框架及所提出的多学科计算任务描述机制、任务复杂度分析方法和混合任务调度算法能有效减少复杂系统多学科仿真优化迭代时间，提高并行加速比和计算效率。

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