骨干通信網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)并行仿真平臺(tái)研制.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)仿真已經(jīng)成為解決開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究重要途徑之一，大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)的仿真常常需要面對兩個(gè)難題：其一是執(zhí)行一次仿真所消耗的CPU周期會(huì)隨著流量的增大而增加，其二是仿真軟件在仿真過程中消耗的內(nèi)存容量會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)和鏈路等網(wǎng)絡(luò)元素?cái)?shù)量的上升而以線性甚至更高的增長率增加。將仿真的計(jì)算量和內(nèi)存消耗分布到多個(gè)處理器上是解決大規(guī)模仿真的問題一個(gè)有效的解決辦法，一種實(shí)現(xiàn)分布式仿真系統(tǒng)的“傳統(tǒng)”方法是“從零開始”創(chuàng)建一個(gè)全

2、新的仿真軟件。另一種方法是“聯(lián)合”現(xiàn)有的仿真軟件，重用他們的仿真功能，并將他們通過某種方式將他們有機(jī)的結(jié)合在一起，以此來構(gòu)建能夠分布運(yùn)行的并行仿真系統(tǒng)。就理論和初步的研究結(jié)果而言，使用“聯(lián)合”的方法確實(shí)能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)高效、大規(guī)模的并行網(wǎng)絡(luò)仿真提供一種可行的方法。 本文參考“聯(lián)合”的開發(fā)方法，以MPI程序庫作為并行計(jì)算和進(jìn)程間通信的支持，利用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS現(xiàn)有提供的網(wǎng)絡(luò)仿真功能，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種并行仿真系統(tǒng)，完成了以下工作：

3、 (1)在仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們將網(wǎng)絡(luò)模型按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)劃分為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)子模型，并將這些網(wǎng)絡(luò)子模型分別分配給并行仿真系統(tǒng)的各個(gè)仿真進(jìn)程；制定了各個(gè)仿真進(jìn)程之間相互通信與協(xié)作的機(jī)制；為并行仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種分層結(jié)構(gòu)，將并行仿真系統(tǒng)的各項(xiàng)功能與模塊分別劃分到不同的相互獨(dú)立的層次，在層內(nèi)部保持高內(nèi)聚性、在層之間保持低耦合性，降低并行仿真系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)難度。 (2)在仿真系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)中，采用一系列方法技術(shù)，解決了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一些關(guān)鍵技術(shù)問

4、題，如設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以ProcessTable模塊為中心的一系列模塊，負(fù)責(zé)初始化仿真數(shù)據(jù)和并行參數(shù)、控制每個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行流程和計(jì)算任務(wù)：確定了仿真進(jìn)程之間的同步機(jī)制，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了UniformScheduler類在仿真進(jìn)程之間同步仿真時(shí)間和保持仿真時(shí)間的一致性，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)事件亂序的現(xiàn)象；在進(jìn)程之間傳遞數(shù)據(jù)的流程中插入了序列化模塊，使NS各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的包數(shù)據(jù)能夠在進(jìn)程之間順利的傳遞。 (3)為增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，我們向并行仿真系統(tǒng)加

5、入了啟動(dòng)算法進(jìn)程的功能、定義了算法進(jìn)程的編程接口、并設(shè)計(jì)了算法的管理模塊。并行仿真系統(tǒng)能夠在網(wǎng)絡(luò)仿真的過程中實(shí)時(shí)的執(zhí)行鏈路流量分析等多種算法。用戶可以通過編程接口向并行仿真系統(tǒng)添加自定義的算法代碼。 (4)使用從Internet2網(wǎng)絡(luò)的流量數(shù)據(jù)對并行仿真系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：本文研制的并行仿真系統(tǒng)能夠啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程以并行的方式完成網(wǎng)絡(luò)仿真，并減輕每個(gè)進(jìn)程對運(yùn)行時(shí)間的需求和對內(nèi)存的消耗等負(fù)擔(dān)；算法進(jìn)程能夠?qū)崟r(shí)、正確