大规模计算环境下网络模拟任务划分研究

论文摘要

在网络模拟研究中,单节点计算环境无法模拟大规模网络。并行网络模拟通过引入更多的计算节点可以解决这个问题。方法是将模拟拓扑划分为几个部分,分别由各个计算节点负责模拟,可以实现模拟大规模网络并能减少模拟时间。现有的网络模拟拓扑划分通常需要计算环境的指导,即把计算环境和模拟拓扑作为划分算法的输入,在划分中考虑到节点的计算性能,并尽量减少各个划分块之间的链路负载,以期望能降低并行模拟的通信开销。现有的划分算法,在计算环境规模较小的情况下,能根据计算节点的性能,合理的把模拟拓扑映射到计算环境中,能收到较好的划分效果。但是,对于大规模的并行计算环境,计算节点数目众多,性能层次不齐,无法确定为一个特定模拟任务分配资源的多少。因此,现有划分算法受到计算环境的限制,不再适用于大规模计算平台的网路模拟任务划分。本文提出了一种基于模拟拓扑特征的并行网络模拟的拓扑划分方法,该划分方案通过分析基准实验,引入了影响并行模拟的几个主要因素,如负载均衡和减少通信开销,最终能实现拓扑划分中,通信开销所占比例较小,并利用大规模并行计算网络中节点性能的多样性,实现了负载均衡,可以提高并行网络模拟平台的吞吐率和模拟效率。较之现有的划分方法,不需要计算环境的指导,完全从分析模拟拓扑本身出发,提高了并行模拟加速比,具有很强的应用价值。最后,本文还整合了现有的划分工具,设计了大规模网络模拟平台的管理调度系统,方便管理和调度计算资源,可以实现了一键式并行网络模拟,较之传统的手工方式,极大的方便了研究人员使用平台,提高了并行网络模拟的易用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 网络模拟模型
• 1.2.2 保守同步协议
• 1.2.3 并行模拟性能影响因素
• 1.2.4 拓扑划分算法
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 现有拓扑划分方案分析
• 2.1 影响并行模拟的主要因素
• 2.1.1 负载均衡
• 2.1.2 通信开销
• 2.1.3 前瞻量
• 2.2 多级划分算法
• 2.2.1 算法描述
• 2.2.2 算法步骤
• 2.3 同构划分和异构划分
• 2.3.1 改进的初始划分算法
• 2.3.2 同构异构划分算法示例
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于模拟拓扑特征的划分方法
• 3.1 问题的提出
• 3.2 基准实验
• 3.2.1 实验拓扑设计
• 3.2.2 实验结果分析
• 3.3 分析脚本文件
• 3.3.1 节点及链路抽象
• 3.3.2 节点及链路权重估计
• 3.3.3 路由计算
• 3.3.4 拓扑描述格式及并行拓扑生成
• 3.4 基于模拟拓扑特征的划分方法
• 3.4.1 概念
• 3.4.2 算法描述
• 3.4.3 与现有划分算法的实验比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 大规模网络模拟调度系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 模拟工具简介
• 4.3 平台各模块设计
• 4.3.1 平台管理模块
• 4.3.2 脚本生成模块
• 4.3.3 脚本划分模块
• 4.3.4 模拟跟踪模块
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢