数值天气预报网格工作流系统研究与实现

论文摘要

网格环境下数值天气预报系统的运行是一个非常复杂的计算过程。预报流程控制的传统方法是采用脚本进行手动控制,缺乏灵活性,也不直观,对用户知识背景的要求较高。本文研究网格环境下数值天气预报的工作流系统。针对数值天气预报业务系统的需求,从网格环境下的数值天气预报系统的业务流程特点、流程调度执行机制、容错机制等方面,对网格计算环境下的数值天气预报工作流系统关键技术进行了深入研究。本文首先对数值天气预报业务系统在网格环境下的流程特点进行了研究,设计了一种适合数值天气预报的Web服务构件组合模式。阐述了用网格工作流技术构建网格环境下数值天气预报工作流系统的总体架构。在对网格工作流引擎相关技术研究的基础上,提出了面向数值天气预报领域的网格工作流引擎的设计方法。在业务工作流程调度执行阶段,为了让执行工作流的用户屏蔽网格环境下底层执行资源的动态性以及异构性等特点,设计了在流程运行过程中动态绑定服务的方法,给流程带来了更大的灵活性,更适应数值天气预报网格环境动态变化的特性;其次设计了一种两级调度策略,将预报服务内部的服务调度任务从工作流引擎的调度任务中分离出来,简化了工作流引擎的工作。针对数值天气预报数据量大、运行时间长以及考虑到网络的分布性和动态性,流程执行错误的可能性大大增强,在工作流系统中提出了两层容错策略来对执行过程中的异常进行处理,通过分析和实践证明,该策略提高了系统的可靠性。在实现层面,本文实现了网格环境下的工作流原型系统EPGFLow,并在开源工作流引擎ActiveBPEL的基础上设计了原型系统的工作流引擎,研究了将该系统集成到开源门户框架Gridsphere中的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容与工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 数值气象预报网格工作流系统总体设计
• 2.1 数值气象预报系统的现状分析
• 2.2 数值气象预报系统对网格应用的需求
• 2.3 基于网格的数值气象预报流程特点
• 2.4 适合数值天气预报的 Web 服务构件组合模式研究
• 2.4.1 在数值天气预报系统中应用Web 服务的优势
• 2.4.2 基于Web 服务的构件组合模式设计
• 2.4.3 业务流程建模语言的选择
• 2.5 数值气象预报网格工作流系统的总体结构
• 2.6 本章小结
• 第三章 数值天气预报网格工作流引擎的设计
• 3.1 网格工作流引擎相关技术研究
• 3.1.1 网格工作流引擎
• 3.1.2 网格工作流引擎基本结构
• 3.1.3 网格工作流引擎任务
• 3.1.4 实例状态转换
• 3.1.5 引擎调度
• 3.1.6 基于代理服务的服务动态绑定方式
• 3.2 数值天气预报网格工作流引擎
• 3.2.1 数值天气预报在网格环境下的数据分布性
• 3.2.2 数值天气预报网格工作流的动态适应性
• 3.3 基于 ActiveBPEL 的数值天气预报工作流引擎
• 3.3.1 工作流引擎ActiveBPEL
• 3.3.2 ActiveBPEL 工作流引擎工作机制
• 3.3.3 基于Condor-G 的ActiveBPEL 引擎设计
• 3.3.4 数值天气预报工作流的两级调度策略
• 3.3.5 面向数值天气预报的网格工作流服务
• 3.4 本章小结
• 第四章 数值天气预报网格工作流系统容错机制的设计
• 4.1 容错机制概述
• 4.1.1 容错基本概念
• 4.1.2 提高数值天气预报工作流系统容错能力的必要性
• 4.2 容错相关技术分析
• 4.2.1 基于故障重启的容错机制
• 4.2.2 基于检查点恢复的容错机制
• 4.2.3 基于重试的容错机制
• 4.2.4 基于替换的容错机制
• 4.3 数值天气预报工作流系统容错策略设计
• 4.3.1 服务层的基于重试的容错策略设计
• 4.3.2 工作流层的基于替换的容错策略设计
• 4.3.3 面向容错的数值天气预报工作流系统设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 集合预报网格工作流系统 EPGFlow 原型实现
• 5.1 EPGFlow 与网格门户的集成
• 5.2 EPGFlow 关键模块实现
• 5.2.1 EPGFlow 系统模块
• 5.2.2 EPGFlow 工作流引擎模块
• 5.2.3 EPGFlow 工作流引擎模块的工作流程
• 5.3 EPGFlow 流程编写与服务发布
• 5.3.1 构建WSDL 定义文档
• 5.3.2 构建BPEL 流程
• 5.3.3 构建流程配置描述文档
• 5.3.4 部署BPEL 流程作为Web 服务
• 5.3.5 数值天气预报业务Web 服务封装过程
• 5.3.6 在原型系统中实施天气预报工作流
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果