Referat
Inhaltsverzeichnis
- 1.Ziel und Aufgaben der Arbeit
- 2.Die verteilte parallele Simulationsumgebung (VPSU)
- 3.Struktur der MIMD-Simulationssoftware fur dynamische Systeme mit verteilten Parametern
- 4.Etappen der Entwicklung und Benutzung von parallelen Simulatoren
- Literaturverzeichnis
Die Simulationstechnik steht fur eine neue Art von Wissenschaft und hat zunehmende Bedeutung fur die Industrie: die modellgestutzte Projektentwicklung und simulationsbasierte fruhzeitige Erkennung moglicher Projektfehlern sind die Entscheidungsfaktoren der Qualitatssicherung von Industrieprojekten und der Lebenszyklusdauer von Industrieprodukten [1].
Die modellgestutzte Entwicklung von komplexen technischen und nichttechnischen dynamischen Systemen in allen Bereichen ist ein entscheidender Faktor zur Konkurrenzfahigkeit bei laufenden und zukunftigen technischen und technologischen Projekten.
1. Ziel und Aufgaben der Arbeit
Ziel der Arbeit ist Entwicklung MIMD-Simulator des dynamischen Netzobjektes mit verteilten Parametern.
Arbeitsaufgaben erhalten solche Punkten:
- Uberprufung der Arbeiten auf dem Gebiet von verteilte parallele Simulationsumgebung (VPSU) und Simulator des dynamischen Netzobjektes.
- Definitionen von Modell und Simulator des dynamischen Netzobjektes
- Apriori-Analyse von virtuellen parallelen Simulationsmodellen allen Paralelitatsebenen nach Kriterien: gleichmafige Lastverteilung zwischen virtuellen Prozessen; Verhaltnisse. zwischen den Berechnungs- und Kommunikationsoperationen; die virtuellen Beschleunigung, Skalierbarkeit und Effizienz; Zuordnungsmoglichkeiten Prozess - Prozessor.
- Entwicklung MIMD-Simulator.
- Effizienzanalyse der Virtualisierungs- und Devirtualisierungsvorgange.
2. Die verteilte parallele Simulationsumgebung (VPSU)
Die verteilte parallele Simulationsumgebung (VPSU) (Abb.2.1) ist eine benutzerfreundliche simulationstechnische Systemorganisation der parallelen Hardware, der architekturrelevanten Systemsoftware, der speziell zielgerichtet entwickelten Simulationssoftware sowie der modellierungs-, simulations- und systemtechnisch bedingten Subsysteme, mit denen alle Etappen der parallelen Modellierung und Simulation von komplexen dynamischen Systemen mit konzentrierten (DSKP) und verteilten (DSVP) Parametern mit der moglichst vollen Berucksichtigung der aktuellen Anforderungen unterstutzt werden [2,3].
Abbildung 2.1 - Systemorganisation der VPSU
Das Problem der Entwicklung der VPSU-Simulationssoftware wird mit Hilfe der Verteilung der gesamten Funktionalitat zwischen den Subsystemen gelost. Subsystemen sind auf Abbildung 2.2
Ein VPSU-Subsystem ist eine Teilkomponente der Hardware, Systemsoftware und Simulationssoftware, die benutzerfreundlich eine gewisse Gruppe von inhaltlich nahen Funktionen auf entsprechenden DSKP/DSVP-Modellierungs- und Simulationsetappen erfullt [4].
Subsysten der Gleichungsgenerierung (SuGG) – Kommunikation mit dem TASuS; Darstellung der ursprunglichen Gleichungen (Modelle) in Vektormatrixform; formale Vektor-Matrix-Operationen der Umwandlung „DSKP-Modell-Simulationsmodell“; Darstellung der approximierten DSVP-Gleichungen (1D-, 2D-, 3D-ortsdiskretisierten Modelle) in der Multivektor-Matrix-Form; die formale Umwandlung „DSVP-Modell-Simulationsmodell“; die Generierung von diskreten DSKP-, DSVP-Simulationsmodelle fur gegebenes numerisches Losungsverfahren; die Visualisierung der Modelle und Simulationsmodelle.
Abbildung 2.2 - VPSU-Subsysteme
Subsystem der virtuellen parallelen Simulationsmodelle (VPSMSu) – interaktive Darstellung der Hierarchie von virtuellen parallelen Simulationsmodelle abhangig von moglichen Parallelisierungsansatze; TASuS-gestutzte Erstellung der Topologie entsprechend den VPSM-Ebenen; SuGG-unterstutzte Formierung der VPSM-Ebene Gleichungssysteme; Apriori-Analyse der diskreten VPSM aller Ebenen; interaktive Bereitstellung von implementierungsfahigen diskreten VPSM.
Subsystem von parallelen Gleichungsloser (SuPaGLo) – Kommunikation mit TASuS und VPSMSu, die Eingabe der implementierungsfahigen diskreten VPSM; die Losung von algebraischen, gewohnlichen und partiellen Differentialgleichungssysteme mit Hilfe der in den DSKP-, DSVP-Bibliotheken zusammengefassten parallelen numerischen Verfahren; die Analyse der Konvergenz, Stabilitat und Genauigkeit der Losungen, Optimierung der veranderlichen Parametern; Abschatzung und Optimierung der Effizienzmerkmalen von parallelen Losungen in Vergleich mit den sequentiellen Verfahren; Formierung der Losungsergebnisse fur die anschauliche Prasentation.
3. Struktur der MIMD-Simulationssoftware fur dynamische Systeme mit verteilten Parametern
Struktur der MIMD-Simulationssoftware fur dynamische Systeme mit verteilten Parametern ist auf Abbildung 3.1 [4].
Man muss solche Definitionen unterstreichen [4,5]:
- Das Modell des komplexen dynamischen Systems ist eine formale KDS-Beschreibung, die notwendige Topologiedarstellung und entsprechende Gleichungssysteme der physikalischen Prozesse beinhaltet und durch die gemeinsamen Vektor-Matrix-Ausdrucke und -Operationen diese Mittel vereinigt.
- Das Simulationsmodell des komplexen dynamischen Systems mit konzentrierten Parametrn ist das umgewandelte DSKP-Modell zur Form, die Anwendung von numerischen Losungsverfahren erlaubt.
- Paralleler DSVP-Simulator ist vorgegebenes Ziel der parallelen Modellierung und wird als eine Hardware/Software-Systemorganisation definiert, die den Modellierungsvorgang und diskretes virtuelles paralleles Simulationsmodell auf dem Zielrechnersystem sofwaretechnisch effizient realisiert und den Modellentwicklern sowie den Modellanwendern benutzerfreundliche Kommunikation mit den Modellierungs- und Simulationsressourcen erlaubt.
Abbildung 3.1 - Struktur der MIMD-Simulationssoftware fur DSVP
3. Etappen der Entwicklung und Benutzung von parallelen Simulatoren
Etappen der Entwicklung und Benutzung von parallelen Simulatoren sind [6]:
- Die Parallelisierungsansatze zu den VTF-, SAS- und DNO-Simulationsmodelle, eine Ermittlung der minimalen Kornigkeit von MIMD-Prozessen, Definition von moglichen Parallelitatsebenen der virtuellen parallelen Simulationsmodelle.
- Auswahl der numerischen Losungsverfahren.
- Entwicklung der virtuellen parallelen Losungsalgorithmen, die Paral-lelisierung der numerischen Verfahren.
- Auswahl des parallelen Zielrechnersystems (ZRS), eine Analyse der Charakteristiken von vorhandenen parallelen Ressourcen (Architektur, Menge von Rechenknoten, Programmier-Modelle, VerbindungsNetzWerk, System- und Simulationssoftware, parallele Programmier- und Simulationssprachen, Bibliotheken etc.)
- Apriori-Analyse von virtuellen parallelen Simulationsmodellen.
- VDPSM-Modifizierung mit der Berucksichtigung: Ergebnissen der Apriori-Analyse; moglichen Parallelisierungsansatze und Prozes-sorenzuordnung im ZRS; Varianten der Datenaustauschorganisa-tion im ZRS-VNW; Besonderheiten von VTF-, SAS-, DNO-KP/VP.
- Parallele Programmierung der implementierungsfahigen VDPSM.
- Vorbereitung der SimulationsTestAufgaben (STA) und eine Planung der Visualisierung von Simulationsergebnissen.
- Debugging der parallelen Gleichungsloser und Simulatoren.
- Anwendung der Simulatoren in paralleler Simulationsumgebung.Untersuchung der DSKP, DSVP durch parallele Simulationsexperimente.
-Effizienzanalyse der Virtualisierungs- und Devirtualisierungs-Vorgange.
Die Arbeit des Magisters wird im Dezember 2013 beenden. Die endgultige Arbeit konnen Sie beim Betreuer oder dem Autor im Januar 2013 bekommen.
Literaturverzeichnis
- Святний В.А., Молдованова О.В., Чут А.М.: Стан та перспективи розробок паралельних моделюючих середовищ для складних динамічних систем з розподіленими та зосередженими параметрами.
- Svjatnyj V.A., Nadeev D.V., Solonin O.M., Rothermel K., Zeitz M.: Subsysteme einer verteilten parallelen Simulationsumgebung fur dynamische Systeme. 16. Symposium ASIM 2002, Tagungsband, 2002
- Forschungsgebiet: parallele Simulationstechnik [Електронний ресурс] / L. P. Feldmann, V.A. Svjatnyj, M. Resch, M. Zeitz — Електрон. дані — Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Npdntu/Pm/2008/08flpfps.pdf, вільний.
- Svjatnyj V., Moldovanova O., Smagin A., Resch M., Keller R., Rabenseifner R.: Virtuelle Simulationsmodelle und ein Devirtualisierungsvorgang fur die Entwicklung der parallelen Simulatoren von komplexen dynamischen Systemen. In: DonNTU, FRTI-Werke, Reihe “Probleme der Modellierung und rechnergestutzten Projektierung von dynamischen Systemen”, Band 5(116). – Donezk, 2006.
- Гусєва Г.Б. MIMD-паралельний вирішувач рівнянь для мережного динамічного об’єкту з розподіленими параметрами / Г.Б.Гусєва, О.В.Молдованова. / Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем: Сб. научн. тр. ДонНТУ, вып.6, Донецк, 2007.
- Молдованова О.В. Магістерська дисертація, ДонДТУ, Донецьк, 2000.