基于網絡計算的大規(guī)模分布式動態(tài)虛擬環(huán)境仿真研究.pdf

1、大規(guī)模虛擬環(huán)境及地形可視化仿真在流域水文氣象分析、洪水演進模擬、防災減災、城市景觀規(guī)劃、虛擬旅游、在線角色游戲等領域越來越得到重視.衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展,使得獲取高分辨率的地理空間數據成為可能.而計算機有限的處理能力與大規(guī)模虛擬環(huán)境仿真,尤其是海量地形數據實時顯示與交互的矛盾是影響大規(guī)模虛擬環(huán)境仿真與地形可視化應用的一個主要障礙.另外,隨著網絡技術的進步與普及,實現遠程在線協同仿真,將是大規(guī)模虛擬環(huán)境與地形可視化仿真的發(fā)展與應用方向.網格

2、計算技術被認為是下一代的互聯網,利用網格計算技術,可以將互聯網上的各種資源(超級計算機、大規(guī)模存儲設施、個人計算機、各種傳感器、軟件系統和各種外部設備等),整合成一個類似電力網的巨大“計算池”,將各種計算資源虛擬為一臺“虛擬超級計算機”,解決大規(guī)模虛擬環(huán)境與地形可視化仿真中對計算能力的巨大需求,并可以實現遠程多單位多主機協同在線仿真.
　　 基于以上需求,本文提出了基于網格計算的大規(guī)模虛擬環(huán)境仿真系統層次化體系結構.在整個體系結

3、構中,處于系統最底層的是節(jié)點層,向上依次是通訊層、數據層、計算層、管理層和應用層,最上層是網格門戶層.在此體系結構基礎上,提出了以下關鍵算法和模型:
　　 (1)網格環(huán)境下大規(guī)模分布式動態(tài)虛擬環(huán)境仿真系統的安全與容錯任務調度算法SAFTS(Security Aware and Fault-Tolerant Scheduling).SAFTS 算法對用戶仿真任務的安全需求和可用資源的信任等級進行匹配,在系統安全等級較低并且網絡和主

4、機可能失效的網格環(huán)境中進行容錯任務調度.根據網格系統的安全等級,自適應調整任務備份數,并對失敗的任務重新調度.本研究使用模糊推理來確定任務的備份數.仿真結果表明,該算法可以有效提高不安全網格環(huán)境下的任務調度成功率,具有很好的容錯性和可擴展性.
　　 (2)一種改進的基于視點相關的大規(guī)模地形層次細節(jié)(LOD)顯示算法VMLOD(View-dependent based modified Level of Details).VMLO

5、D算法根據視點位置,建立連續(xù)的層次細節(jié)模型,并根據視截體的投影來對三角形進行裁減,避免了大規(guī)模地形繪制時裂縫的出現,并加快了地形繪制效率.
　　 (3)網格環(huán)境下大規(guī)模虛擬環(huán)境與地形仿真的海量數據管理模型.本文提出的海量數據管理三層體系結構,支持海量數據統一存儲和管理、拓撲關系管理、元數據管理和數據并發(fā)處理,提高了大規(guī)模地形數據的訪問效率、數據一致性和安全性.
　　 基于上述研究成果,本研究建立了一個用于大規(guī)模虛擬環(huán)境與

6、地形仿真的硬件平臺和軟件平臺,主要包括:八節(jié)點的局域網網格平臺、網絡通信系統、計算系統、數據庫系統、仿真可視化終端、主控系統及網格操作系統,并編程實現了一個軟件原型系統GLTVS(Grid-based Large-scale Terrain Visualization Simulation).
　　 在GLTVS中,處于系統最底層的是各種架構的網格計算節(jié)點,是整個仿真系統的計算能力提供者,它包括各種同構、異構以及能力不同的計算資

7、源.高性能通信系統將各個網格節(jié)點進行互聯,保證整個虛擬環(huán)境與地形仿真系統各個子節(jié)點、子任務間信息的透明傳輸.在高性能通信系統基礎上,是高可靠性和高可用性的數據系統和網格存儲系統,該系統不僅可以存儲上述信息,還可以在不同節(jié)點間進行可靠的文件及數據傳輸,包括數據備份和恢復.
　　 在通信系統之上,是基于網格平臺的虛擬環(huán)境與地形仿真系統的通用功能模塊,包括用戶認證系統、任務管理與調度系統和負荷平衡系統.
　　 在通用功能模塊之