面向千万亿次超级计算机的HLA扩展技术研究

研究基于千万亿次超级计算机的HLA扩展技术能够实现分布式仿真和并行仿真在HLA框架内的无缝集成和联合演练，极大地推进HLA仿真技术在高性能计算机领域的发展。高层体系结构HLA在分布式仿真领域得到了广泛应用，但由于自身的不足，国外很少将其应用于大规模并行仿真；以SPEEDES为代表的并行仿真支撑环境对并行仿真给予了很好支持，但却缺乏HLA的系统间互操作能力，很难应用于分布式仿真。针对HLA标准在并行仿真领域中存在的问题，以及并行仿真支撑技术在分布式仿真领域的不足，本项目将探索如何把并行仿真支撑技术中的先进思想成功地融合到HLA中，对HLA标准进行扩展，在建模方式、事件调度、时间同步算法、程序状态的回滚与恢复、样本分发与调度、与传统仿真应用的兼容性等方面展开研究，实现HLA标准对分布式仿真和大规模并行仿真的统一支持。在此基础上，实现一个支持千万亿次超级计算机的HLA并行仿真支撑环境原型系统。

随着计算机技术和网络技术的发展，“分布”与“并行”的差别越来越小，然而就并行离散事件仿真而言，仿真界采用了两种截然不同的运行支撑技术来分别支持基于PC机的“分布式仿真”与以千万亿次超级计算机为代表的大规模“并行仿真”。在分布式仿真领域，建立了高层体系结构HLA（high level architecture）国际标准。HLA的优点在于为仿真系统提供了良好的互操作性和可重用性，缺点是其建模思想不适合大规模并行仿真。在并行仿真领域，国外开发了以SPEEDES、USIK、ROSS为代表的许多并行仿真软件，它们在建模方式、事件调度和时间同步等方面都与HLA有所不同，其优点在于能够有效地利用超级计算机的成千上万个CPU核，但也存在一些缺点：其一，缺少统一的标准，使用难度大；其二，一个仿真系统通常只包含单个应用程序，采用SPMD（single program multiple data）模式，并行仿真软件不适合由多个系统构成的分布式仿真。. 针对HLA标准在并行仿真领域中存在的问题，以及并行仿真软件在分布式仿真领域的不足，本项目以面向高性能计算机的HLA扩展技术作为研究方向，通过结合HLA和并行仿真技术的优点，把并行仿真软件中的先进思想成功地融合到HLA中。本项目系统地研究了RTI(runtime infrastructure)在超级计算机中的自适应通信机制，面向仿真对象的HLA建模机制，大规模的事件调度技术，混合时间同步算法，程序状态的回滚与恢复技术，采用新技术实现的盟员与传统RTI实现的盟员之间的程序兼容性问题，简化的RTI通信连接机制，以及满足成千上万个样本的自动分发与调度方法等。在此基础上，研究实现了一个面向千万亿次超级计算机的HLA/RTI原型系统，该原型系统除了能在超级计算机上运行外，还能支持与PC机的互联互通，并在国内的一些超级计算机上得到了实际应用。