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Название Die Subsysteme einer verteilten parallelen Simulationsumgebung für dynamische Systeme
Авторы V.A. Svjatnyj, D.V. Nadeev, A.N. Solonin, M. Zeitz, K. Rothermel
1. Einführung
Im Rahmen einer langjährigen Kooperation von FRTI, IPVR und ISR wird eine verteilte parallele Simulationsumgebung (VPSU) für dynamische Systeme mit konzentrierten (DSKP) und mit verteilten (DSVP) Parametern entwickelt [1,2]. Zur Zeit wird eine MIMD-Komponente der VPSU implementiert und die benötigte Simulationssoftware ist in der Entwicklung und Erprobung. In diesem Beitrag werden zwei wichtige VPSU-Subsysteme sowie erste Implementierungsergebnisse dargestellt.
2. Struktur und Dekomposition der VPSU
Bisher wurde eine Version der Hardwarestruktur für die verteilte parallele Simulationsumgebung realisiert. Diese beinhaltet die parallelen Rechenressourcen des HLRS der Universität Stuttgart (CRAY T3E-900/512, HITACHI SR8000), zwei Cluster und einen Intel-Paragon-Parallelrechner an der FRTI sowie eine Zugriffsumgebung mit IPVR-Server und HLRS-Fileserver für die Modellentwickler und Modellbenutzer in Donezk. Die VPSU-Struktur gehört zu den heterogenen örtlich verteilten Rechensystemen. Für die systemtechnische Organisation der VPSU-Funktionalitäten wird die Dekomposition der Umgebung auf einige Subsysteme vorgeschlagen. Nachfolgend werden zwei Subsysteme zum Datenaustausch bzw. zur Lastbalancierung vorgestellt.
3. Datenaustausch-Subsystem
Dieses Subsystem wird als eine Teilkomponente der Hardware, Systemsoftware und Simulationssoftware definiert, die den benutzerfreundlichen und modellierungsbedingten Datenaustausch zwischen MPSU-Komponenten auf allen Modellierungs- und Simulationsetappen der parallelen Simulation von dynamischen Systemen realisiert. Das Subsystem umfasst die folgenden Kanäle zur Informationsübertragung:
Arbeitsplatzrechner des Modellentwicklers (APRME) mit den vorhandenen parallelen Ressourcen des lokalen Netzes (Cluster-1, Cluster-2, Intel Paragon) und des globalen Netzes (SIMD- und MIMD-Rechner und Cluster in Stuttgart); Verbindungsnetzwerke zum Datenaustausch zwischen den Prozessoren, Prozessorelementen und Cluster-Rechnern der parallelen Ressourcen; Verbindungskanäle zwischen den Parallelrechnern und Clustern als VPSU-Einheiten; Kommunikationskanäle zwischen Modellentwicklern, die ein gemeinsames Simulationsproblem bearbeiten (lokales Netz) oder an Kooperationsprojekten (APRME-IPVR, APRME-ISR, APRME-FRTI) beteiligt sind; Kanäle zur Verbindung zwischen problemorientierten Simulatoren und realen Objekten; Zugriffskanäle für Industriebenutzer auf parallele Modelle eines Simulations- und Service-Zentrums [3].
Es werden die system- und softwaretechnischen Aufgaben für die Entwicklung und Effizienzanalyse des Subsystems formuliert und Lösungs- bzw. Implementierungsergebnisse aufgezeigt.
4. Lastbalancierungs-Subsystem
Die Lasten für die VPSU-Ressource entstehen an jedem APRME in Form von Modellierungs- und Simulationsaufträgen, die die folgende Punkte umfassen:
Zugriffsinformation; Modellspezifikation mit vier möglichen Spezifikationsarten für parallele DSKP- und DSVP-Modelle: anwendungsnahe Modellspezifikation in der gegenwärtig entwickelten parallelen objektorientierten Simulationssprache (OO-Modellspezifikation); die block- (BO) oder gleichungsorientierte (GO) Spezifikation, wie diese in konventionellen Simulationssprachen vorhanden sind und für parallele Modellierungsverfahren angepasst werden; die Modellspezifikation in Form des in der parallelen Programmiersprache geschriebenen Modell-Codes; Auftrag für spezifikationsabhängige Modellierungsarbeiten; die Erfüllung des Auftrages beginnt mit dem Debugging der Modellfragmente und endet mit der komplexen Erprobung des gesamten parallelen DS-Modells; Auftrag für Simulationsuntersuchungen beinhaltet lauffähiges Modell und Plan für die Simulationsexperimente mit den relevanten Daten.
Es werden die Entwicklungskonzepte des hierarchischen VPSU-Lastmodells sowie des Lastbalancierungs-Subsystems diskutiert und die Implementierungsergebnisse analysiert.
5. Zusammenfassung und Ausblick
Die beiden vorgestellten VPSU-Subsysteme zum Datenaustausch und zur Lastbalancierung beinhalten mit der Benutzeroberfläche integrierte Module, die einen aktiven Dialog der Modellentwickler bzw. Modellbenutzer mit den VPSU-Ressourcen erlauben. Die Entwicklung der Subsysteme wird dem Konzept von parallelen Simulationssprachen angeglichen. Erste Ergebisse der Implementierung und die Lösung der Testaufgaben zeigen, dass die vorgestellten Datenaustausch- und Lastbalancierungs-Subsysteme zur Erhöhung der Effizienz und Benutzerfreundlichkeit bei der parallelen Simulation von dynamischen Systemen beitragen.
6. Literatur
1. L. Feldmann, V. Svjatnyj, V. Lapko, E.D. Gilles, A. Reuter, K. Rothermel, M. Zeitz: Parallele Simulationstechnik.- Problems of Simulation and Computer-Aided Design of Dynamic Systems. Collected Volume of scientific papers. Donetsk State Technical University, Donetsk, 1999, 9 – 19.
2. V. Svjatnyj, E.D. Gilles, M. Zeitz, A. Reuter, K. Rothermel: Simulationssoftware für eine parallele Simulationsumgebung für dynamische Systeme. 14. Symposium ASIM 2000, Tagungsband, SCS, 2000, 235 – 240.
3. W. Bär, R. Galasov, V. Lapko, O. Moldovanova, A. Pererva, D. Rasinkov,V. Svjatnyj: Das Simulations- und Service-Zentrum für automatisierte Grubenbewetterungsnetze. 14. Symposium ASIM'2000, Tagungsband, SCS, 2000, 223 – 228.
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