专利名称：网格仿真平台及网格仿真方法
技术领域：
本发明涉及计算机科学技术领域，具体涉及一种利用互联网上的计算机的CPU的闲置处理能力来解决大型计算问题的网格仿真平台，以及相应的网格仿真方法。
背景技术：
近年来，遗传算法在函数优化中所具有的良好特性使得它在连续/离散设计变量的结构优化领域显示出极好的应用前景。另一方面，随着网格技术的发展，人们能够将分散的计算资源通过网络聚合，形成超级网络分布计算能力，集中解决大规模计算问题，透明地为用户提供服务。P2P (Peer-to-Peer)模式，即对等模式，是一种已经被广泛采用的网络计算形式，人们可以利用所有联网计算机的空闲处理器周期，聚合计算能力，完成计算密集型的任务。网格仿真设计在计算网格技术的基础上融入对等计算思想，将局域网甚至Internet上分散的计算资源整合成虚拟高性能计算环境，建立面向多目标拓扑优化的遗传算法计算模型，提供统一的计算资源服务和可视化用户使用环境。目标是利用网格计算技术提供一个廉价和有效的解决方案用来在并行和分布式系统上运行优化任务，以帮助缩短设计阶段的优化时间，提高计算资源的利用率，减少大量的人力、物力消耗，降低制造成本。经研究发现，目前还没有成熟的网格仿真平台设计。有鉴于此，设计一种可实现网格仿真计算并真正可用的平台及方法，已成为一种现实的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网格仿真平台及网格仿真方法，能够合理地将种群适应度值的计算并行化，实现分布的桌面系统及集群系统的资源共享，缓解由于单个企业资源不足而影响产品研制和生产的问题，并且有效的提高资源利用率，为企业节省资金。本发明的技术方案如下本发明提供一种网格仿真平台，其组成包括一个或多个终端用户，分别与网格服务器中的Web服务器连接，用于向网格服务器提交优化作业执行参数，并向网格服务器查询优化结果；一个网格服务器，包括一个数据库，以及分别与所述数据库连接的一个Web服务器和一个调度服务器；所述数据库，用于保存优化作业的各种数据信息；所述Web服务器，与终端用户以及数据库相连接，用于接收终端用户提交的优化作业执行参数，调用数据库中的注册优化信息，生成表单记录在数据库中，并将优化加入作业队列；所述调度服务器，与计算结点以及数据库相连接，用于提取数据库中的信息，选择队头作业，根据表单中记录的内容产生初始种群，进行循环迭代；以及将个体目标函数计算封装，分配给各个计算结点，并整理各个计算结点返回的评价结果，生成下一代种群；以及将优化结果记录到数据库中；多个计算结点，包括参与计算的所有PC机和集群系统，分别与网格服务器中的调度服务器连接，用于完成被封装成多个独立的任务单元的种群个体目标函数计算任务。本发明还提供一种网格仿真方法，包括以下步骤步骤1:用户通过浏览器向Web服务器提交初始化函数；步骤2 =Web服务器调用数据库接口注册优化信息，由Web服务器生成表单记录在数据库中，并将此次优化加入作业队列；步骤3 :调度服务器提取数据库信息，选择队头作业，根据表单中记录的内容产生初始种群，进入循环迭代；步骤4 :调度服务器将种群个体的目标函数计算封装成多个独立的任务单元，分配给计算结点，由网格中所有计算结点并行完成计算；步骤5 :调度服务器在收集到全部的计算结点返回的评价结果后进行整理，生成下一代种群并对其进行评价；步骤6 :迭代过程直至找到最优解或达到终止条件才结束，调度服务器将结果记录在数据库中；步骤7，用户向Web服务器查询优化结果。本发明的有益技术效果是一、通过本发明，可提高或拓展型企业内所有计算资源的效率和利用率，满足最终用户的需求，同时能够解决以前由于计算、数据或存储资源的短缺而无法解决的问题。二、通过本发明，可建立虚拟组织，通过共享应用和数据来对公共问题进行合作。三、通过本发明，可整合计算能力、存储和其他资源，能使得需要大量计算资源的巨大问题求解成为可能。四、通过本发明，可对资源进行共享、有效优化和整体管理，能够降低计算的总成本。
图1是本发明网格仿真平台的体系结构图。图2是本发明网格仿真平台的硬件结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步说明。如图1所示，网格仿真平台采用三层体系结构包括网格应用层、网格服务层和网格资源层。网格应用层利用网格门户(Grid Portal)向用户提供访问网格资源的Web界面，终端用户通过浏览器可以使用作业提交、信息查询等网格服务；网格服务层主要由Web服务器和调度服务器组成，通过数据服务接口和应用程序实现信息服务和作业服务；网格资源层包括网格环境中的所有计算资源，层次间基于http协议进行通信和数据传输。图2示出了本发明的结构部署图。如图2所示，本发明的硬件组成主要分为三部分终端用户、网格服务器以及计算结点。终端用户可为一个，也可为多个，各终端用户分别与网格服务器中的Web服务器连接。终端用户通过浏览器登录到网格门户后，即可向Web服务器提交优化作业、并向Web服务器查询优化结果信息。网格服务器包括Web服务器、调度服务器及数据库。数据库保存优化作业的各种数据信息。Web服务器和调度服务器通过数据服务接口和应用程序实现信息服务和作业服务。其中，Web服务器与终端用户以及数据库相连接，其接收终端用户提交的优化作业执行参数，调用数据库中的注册优化信息，生成表单记录在数据库中，并将优化加入作业队列。调度服务器与计算结点以及数据库相连接，其提取数据库中的信息，选择队头作业，根据表单中记录的内容产生初始种群，进行循环迭代；以及将个体目标函数计算封装，分配给各个计算结点，并整理各个计算结点返回的评价结果，生成下一代种群；以及将优化结果记录到数据库中。计算结点具有多个，包括网格环境中参与计算的所有PC机和集群系统。各计算结点分别与调度服务器连接，完成被封装成多个独立的任务单元的种群个体目标函数计算任务。下面结合图2，阐述本发明的网格仿真平台作业服务的工作流程方法。如图2中的箭头所示，首先在步骤I中，用户通过浏览器登录网格门户向Web服务器提交初始化函数，包括种群大小等各种作业执行参数。然后在步骤2中，Web服务器调用数据库接口注册优化信息，由Web服务器生成特定格式的表单记录在数据库中，并将此次优化加入作业队列。接下来在步骤3中，调度服务器提取数据库信息，选择队头作业，根据表单中记录的内容产生初始种群，开始第一次迭代。在步骤4中，调度服务器将种群个体的目标函数计算封装成多个独立的任务单元，分配给计算结点，由网格中所有计算结点并行完成计算。在步骤5中，调度服务器在收集到全部的计算结点返回的评价结果后进行整理，生成下一代种群并对其进行评价。在步骤6中，迭代过程直至找到最优解或达到终止条件才结束，调度服务器将结果记录在数据库中；最后在步骤7中，用户通过网格门户向Web服务器查询最终的优化结果。综上所述，本发明的网格仿真平台可以实现如下主要功能一、用户管理注册、登录、身份认证。二、作业提交用户上传初始化文件，进行参数设置，确认后该作业自动加入排队系统等待调度。三、作业状态可以查看用户作业的执行进度以及每个任务单元的详细信息(发送时间、返回时间、计算主机、状态等)。四、结果查询用户可以查看作业输出文件包括优化的中间结果文件，优化结果自动生成曲线图。五、性能监测可以显示整个网格资源静态和动态信息，包括资源配置、机器负载、网络性能等。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种网格仿真平台，其特征在于包括一个或多个终端用户，分别与网格服务器中的Web服务器连接，用于向网格服务器提交优化作业执行参数，并向网格服务器查询优化结果；一个网格服务器，包括一个数据库，以及分别与所述数据库连接的一个Web服务器和一个调度服务器；所述数据库，用于保存优化作业的各种数据信息；所述Web服务器，与终端用户以及数据库相连接，用于接收终端用户提交的优化作业执行参数，调用数据库中的注册优化信息，生成表单记录在数据库中，并将优化加入作业队列；所述调度服务器，与计算结点以及数据库相连接，用于提取数据库中的信息，选择队头作业，根据表单中记录的内容产生初始种群，进行循环迭代；以及将个体目标函数计算封装，分配给各个计算结点，并整理各个计算结点返回的评价结果，生成下一代种群；以及将优化结果记录到数据库中；多个计算结点，包括参与计算的所有PC机和集群系统，分别与网格服务器中的调度服务器连接，用于完成被封装成多个独立的任务单元的种群个体目标函数计算任务。
2.基于权利要求1所述网格仿真平台的网格仿真方法，其特征在于包括以下步骤 步骤1:用户通过浏览器向Web服务器提交初始化函数；步骤2 =Web服务器调用数据库接口注册优化信息，由Web服务器生成表单记录在数据库中，并将此次优化加入作业队列；步骤3 :调度服务器提取数据库信息，选择队头作业，根据表单中记录的内容产生初始种群，进入循环迭代；步骤4 :调度服务器将种群个体的目标函数计算封装成多个独立的任务单元，分配给计算结点，由网格中所有计算结点并行完成计算；步骤5 :调度服务器在收集到全部的计算结点返回的评价结果后进行整理，生成下一代种群并对其进行评价；步骤6 :迭代过程直至找到最优解或达到终止条件才结束，调度服务器将结果记录在数据库中；步骤7，用户向Web服务器查询优化结果。
全文摘要
本发明公开一种网格仿真平台，包括终端用户、网格服务器以及计算结点。终端用户通过浏览器登录到网格门户后，即可使用作业提交、信息查询等网格服务。网格服务器包括Web服务器、调度服务器及数据库。网格计算结点包括参与计算的所有PC机和集群系统。本发明还提供了相应的网格仿真方法。本发明合理地将种群适应度值的计算并行化，实现了分布的桌面系统及集群系统的资源共享，缓解了由于目前单个企业资源不足而影响产品研制和生产的问题，并且有效的提高资源利用率，为企业节省大量资金。
文档编号H04L29/08GK103020197SQ20121051230
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者王欣 申请人:无锡职业技术学院