并行离散事件仿真系统时钟管理及推进机制研究
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（ 明理工大学机 电工 程学 院 ， 昆 昆明 ６ ０ ９ ） ５０ ３
摘
要 ：并行 离散 事件 仿真技 术 为 复 杂 大 系统 的设 计 与研 究提 供 了便 利 ，该技 术要 求仿 真程 序
在事 件 的 因果 约束 条件 下 ，正确 、 合理 地 推 进 仿 真 。仿 真 时钟 管理 及 推 进 是影 响并 行仿 真 系统 仿真 效 率的 重要 因素之 一 。通过 对 保 守和 乐观 两种 基 本 同步机 制 的 对 比性 分 析 ，研 究和 总 结 了 仿真 时钟 的 管理及推 进 的 关键 要 素 ，研 究 结 论 对 并行 离散 事件 仿 真 系统 具体 的 同步 机制 算 法的 实现 具有 一定 的参考 意 义 。 关键词：并行离散事件仿真；仿真时钟 ；保守策略 ；乐观策略
每次跳 跃性地 推进 到事 件列表 中相对 当前 时刻最 早
发生事件的发生时刻。在该时钟推进机制下 ， 仿真
时钟 的推进 呈现 跳跃性 和 随机 性 。文 中所 做 的研 究
Байду номын сангаас
来。文中主要针对这两类策略进行研究。
３ １ 保 守策 略时钟 管理及 推 进 。
是建立在该种时钟推进机制下的。
步末端时刻发生 ， 使得一些 时间间隔较小的事件表
现 为 同步 同时 发生 ， 导致仿 真精 度变小 。 １２ 下次事件 推进 机制 ． 由于离散 事件 的产 生具 有 随机 性 ， 系统 两 个 且 相 邻事 件之 间系统 状 态不 会 发 生 变 化 ， 在该 推 进 机 制下 ， 仿真 时钟 可 以跨 过 这 些 “ 活动 ” 不 的时 间段 ，
Ｗ ＡＮＧ ａ Ｘｉｎ，Ｗ Ｕ ａ ｇ ｙ ｎ ，ＮＩ Ｘｉｏ，Ｌ Ｕ ａ ｇ Ｚｈ ｎ — ｏ ｇ Ｕ ａ Ｉ Ｃｈ ｎ （ ａｕｔ ｆ ｃ ａ ｉａ ａ ｄＥｅｔｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｎ ｎ ｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎｅａ ｄ Ｆ ｃ ｌ ｏ ｈ ｎｃｌ ｎ ｌ ｒ ａ ｇ ｅｉ Ｋｕ ｍｉｇＵ ｉｅｓ ｙｏ ｉ ｃ ｎ ｙ Ｍｅ ｃ ｃ Ｅ ｎ ｎ ｔ Ｓｅ
２ 并行 离散 事件仿真 时钟管理推进机 制研 究根 源
一
个 典 型 的仿 真模 型 可 看 成 是 一 组 逻 辑 进 程
保守策略严 格禁止 Ｌ Ｐ发生 本地 因果关 系错 误， 保证事件按时间发生的先后顺序被执行 ， 即如果 时戳 为 Ｔ的未 处理 事 件 ， Ｅ为 一进 程 中时 戳最 小事
一
略限定 ， 各个 Ｌ Ｐ之间传递消息 的拓扑结构是一个
静态 链 接 ， 消息 被 发 送 到 相 应 的 链 接 队 列 并 按 照 ＦＦ ＩＯ顺序 存储 和处理 。在该 算法 中每 个 Ｌ Ｐ都有 一 个本 地仿 真时钟 （ Ｖ ） 当每个 ＦＦ ＬＴ ， ＩＯ队列 中都包 含 至少 一个未 处理 事 件消 息 时 ， 相 应处 理 器 处 理所 则
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｎ ｎ ５０ ３ Ｃ ｉａ ｅｈ ｏ ｙ Ｋｕ ｍｉｇ６０ ９ ， ｈｎ ） ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｐ ｒ ｌ ｌｄ ｓ ｒ ｔ ｖ ｎ ｉ ｌｔ ｎ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｋ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｃ ｍｐ ｅ ｙ ｔｍ ｓｒ ｃ ： ａ ａｌ ｉ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔ ｓ ｅ ｃ ｍｕ ａｉ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ｍａ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｏ ｌｘ ｓ ｓｅ ｏ ｅ ｓ ． Ｈｏ ｖ ｒ ｈ ｖ ｎ ｓ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｔ ｎ ｕ ｅ ｃ ｕ ａ ｏ ｉ ｎ ａ ｃ ｒｅ ｔ ａ ｄ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｒ ｅ ａｙ ｗｅ ｅ ，ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｍｕ ｔ ｂ ｒ ｃ ｓｅ ｏ ｅ ｓ ｒ ａ ｓ ｌｌ ｇｃ ｉ ｏ ｒ ｃ ｎ ｅ ｓ ｎ ｂｅ ｏ ｄ ｒ
有 队列 中时戳最 小 的事件 ，Ｖ Ｌ Ｔ推进 到该最 小时 戳 。 但是 当某 个链 接 队列 消 息 为空 时 ， 由于 无法 确 定 该
模拟 一个 物理 子 系统 ，并且在 一个 单 一 的仿真 处理 器 上执行 。一 个 Ｓ Ｅ Ｄ Ｓ由一 个 或 多个 逻 辑 进 程 Ｌ Ｐ 组 成 ， 某一 串行 算法 的控 制下 以正 确 的 时 间标记 在 顺 序调 度 该 Ｓ Ｅ Ｄ Ｓ上 的局 部 事 件 Ｊ 。模 型 如 图 １
因果 关 系时 ， 按 照 时戳 处 理 是 可行 的。保 守 同步 不 策 略与乐 观策 略在利 用 时戳处理 事件 上具 有不 同 的 态 度与策 略 。尽 管 现 在有 很 多 的 同 步策 略 ， 本 溯 追 源 大多 都是 基 于保 守 策 略 和 乐 观 策 略发 展 演 变 而
每个 Ｌ Ｐ以正确 的时戳顺 序 处 理事 件 以确保 事 件 的
仿真时钟按照一定的步长时间单位推进 ， 仿真
时钟 每推进 一 步后 ， 就对 事 件 列 表进 行 一次 扫 描并
判断 有无 事件在 该步 长 内发 生 ， 有事 件发 生 ， 若 则将 事件 移至 区间终 点 处理 事 件 并 改变 系 统 相 应状 态 ，
长变 大后 ， 由于 每步 内所 有 发生 的事 件均 视 为在 该
此， 在相应同步机制下对仿真时钟管理及推进机制
进 行 研究是 非 常必要 的 。
３ 同步机制下 的仿 真时间管理及推进
经过证明， 在并行离散仿真 中若每个逻辑进程 能通 过 时戳 顺序 处理 事件 ， 向前推进 仿真 时钟 ， 并 那 么仿真系统可 以避免因果错误 ， 但这是一个充分而 非 必要判 定 。当 Ｌ Ｐ中的两 个 事件 相 互 独立 不 存 在
基金项 目：云南省教育厅科学研究基金 （９ ｏ ｏ ） ０ ｃ １ｏ 作者简介 ：王娴 （９ ５一） 女， 士， １７ ， 硕 工程师 ， 主要研究方 向为虚拟 制造 仿 真 。
１ １ 时 间推 进机 制 ．
颠 倒 的事 件 处理 次序 导致 的 因果 错 误 ， 因此 Ｐ Ｅ ＤＳ 中各个 Ｓ Ｅ 模 型 之 间需 要通 过交 换 具有 时 间标 记 ＤＳ 的事 件消息 进行 沟通 。同步机制 通过 消息传 递保 证
ｍｅ ｈ ｎ ｓ ，ｔ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ａ ｄ ｓ ｍｍａ ｉ ｓ ｈ ｅ ｋ ｙ ｅｅ ｎｓ ｏ ｉ ｌ ｔ ｎ ｃｏ ｋ ｃ ａ ｉｍ ｈ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｎ ｕ ｒｚ ｔ ｅ ｌ ｍｅ ｔ ｆ ｓｍｕ ａ ｉ ｌｃ ｍａ ａ ｅ ｎ ｎ ｅ ｏ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ａ ｄ
类 研究 。
１ 离散 事件 仿 真 时钟 基 本推 进 机 制
仿 真时钟表示 了仿真 系统 中仿 真时 间的变化 ， 是 控制 仿真进程 的时 间机 构 ， 着仿 真 时钟 的推进 ， 随 仿 真模 型按照模 型规定 的逻 辑关 系 安排 和处理 相应 事 件 ， 至仿 真结束 。仿真时 钟的推进是仿 真策 略的重 直 要组成 部分 。对并 行离 散事 件仿 真 系统 各种 同步 机 制下仿 真时钟具体 的管理 及推进机制研究 ， 务必先 研 究离散事 件的两类 基本仿 真时钟推进机制 Ｊ 。
ｗｈ ｎ ｓｍｕ ａｉｎ ｐｒｇ ａ ｉ ｕ 。 ｉ ｌｔｏ ｌ ｃ ｎ ｇ ｍｅ ｔａ ｄ ａ ｖ ｃ ｓ ｔ ｅ ｏ ｅ ｏ ｅ ｉ ｏ ｔ ｎ ｅ ｉ ｌｔｏ ｏ ｒ ｍ ｓ ｒ ｎ Ｓ ｍｕａ ｉｎ ｃｏ ｋ ｍａ ａ ｅ ｎ ｎ ｄ ａ ｅ ｉ ｈ ｎ ｆ ｔ ｍｐ ｒａ ｔ ｎ ｈ ｆ ｃｏ ｓｔ ａ ｆｅ ｔ ｉ ｌ ｔ ｎ ｅｆ ｉｎｃ ａ ｔｒ ｈ ｔａｆ ｃｓ ｓｍｕ ａｉ ｆ ｃ ｅ ｙ．Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒａ ａｙ ｅ ｏ ｓ ｒ ａｉｅ ａ ｄ ｏ ｔｍｉｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔｏ ｏ ｉ ｉ ａ ｅ ｎ ｌ ｓ ｓ ｃ ｎ ｅ ｖ ｔｖ ｎ ｐ ｉ ｓｉ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉｎ ｃ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｋ ａ ａ ｅ ｅ ｔａ ｄ ａ ａ ｃ ｎ ｓ ａ ｃ ｎ ｓｍ ｌ ｔｏ ｌ ｃ ｍ ｎ ｇ ｍ ｎ ｎ ｄｖ ｎ ｅ ｉ
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０ 引 言
计算 机仿 真技 术是 设计 和研究 系统 的一种有 力 工具 ， 在许 多学 科 及工 程 应 用 领 域 得到 了广 泛 的应 用 ， 是在 对复 杂 大系统 进行 离散 仿真研 究 时 ， 统 但 传 串行 离散 事件 仿真技 术 越来越 难 以解决 仿 真对象 本 身 较 强 的内在并 行特 性 、 仿真 时间 、 计算 资 源等瓶 颈 问题 。随着 计算 机 技术 的 飞速 发 展 ， 行 离 散 事 件 并
件 ， 且该进 程 不可 能 产 生 和 再 接 收 到 时戳 小 于 Ｔ 并 的事 件 ， 么事件 Ｅ是 安 全 的可 以执 行 的 ｌ 。该策 那 Ｌ ３ Ｊ
Ｌ ｓ的集合 ， 个逻辑 进程 Ｌ Ｐ 一 Ｐ模 拟系统 内某一 子过
程。一个并行离散事件仿真模型 Ｐ Ｅ 可看成是由 ＤＳ 组 串行离散事件仿真模型 Ｓ Ｅ Ｄ Ｓ组成 ， 每个 Ｓ Ｅ ＤＳ
２ １ 年第６ Ｉ ０２ － ￣
文 章 编 号 ：０９～２５ （０ ２ ０ ０ １ 一ｏ １０ ５ ２ ２ １ ）６— ０ １ ４ 中图 分 类 号 ： Ｐ９ ． Ｔ ３ １９ 文 献标 识码 ： Ａ
并 行 离 散 事 件仿 真 系统 时钟 管 理及 推 进 机 制研 究
王 娴 ， 张 永 ，牛 骁 ， 吴 刘 畅
因果 约束 ， 但是 当逻辑 进程 分布 于不 同处理 器上 时 ， 若 不 同处理 器上 的仿 真 时钟 不 同 步 ， 就难 以确 保 每 个 处 理器 按 照 正 确 的 消息 时 戳顺 序 处 理 事 件 。因
否则继续推进仿真时钟。在该时钟推进机制下 ， 仿 真时钟在每步推进过程 中无论是否有事件发生 ， 都 必须对事件表进行扫描并进行仿真计算和判断。在 该机制中， 仿真步长越小仿真效率越低 ， 但是仿真步
收 稿 日期 ：２ １ ０ ｌ一１ ２一ｌ ４
仿真技术可将串行离散事件仿真计算分解 到多个处 理 器上 执行 ， 以解 决 串行 离散 仿 真 技 术 在 对 复 杂大
系 统进 行仿 真 时难 以解 决 的 问题 ， 得 更 好 的仿 真 获 特性 。 因此 ， 并行 离 散 事 件仿 真 技 术 的研 究 逐渐 成 为 国 内外 的研 究 热点 。文 中结合 并行 离散 事件 仿真 同步 机 制对其 仿 真时钟 的管理及 推进 机制 进行 了分
ａ ｖ ｎｃ ．Ｔｈｅ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ａｅ ｗｏ ｔ ｙ ｏ ｉ ｇ ｕ ｅ ｏ ｅ ｅｅ ｃ ｎ ｃ ｎｃ ｅｅ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｐ ｉ ａ ｏ ｄａ ｅ ｓ ｅ ｕ ｔ ｒ ｒｈ ｆｂｅｎ ｓ ｄ ｆｒ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｏ ｒ ｔ ｌｏｉ ｈ ａ ｐｌ ｔ ｎ． ｃｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ｐａ ａｌｌ ｄ ｓ ｒ ｔ ｅ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ； ｓｍｕｌｔｏ ｃｏ ｋ； ｃ ｎ ｅ ｖ ｔ ｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉｎ ｒ ｌｅ ｉｃ ｅ ｅ ｖ ｎｔ ｉ ｌ ｔ ｏ ｉ ａ ｎ ｌｃ ｉ ｏ ｓｒａ ｖ ｙ ｃ ｒｎｚｔ ｉ ｏ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ；ｏ ｔ ｓ ｃ ｓ ｎ ｈ ｏ ｚ ｔ ｎ ｍｅ ｈａ ｓ ｃ ａ ｉｍ ｐｉ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎｉａ ｉ ｃ ｎｉｍ ｍｉｉ ｏ
摘
要 ：并行 离散 事件 仿真技 术 为 复 杂 大 系统 的设 计 与研 究提 供 了便 利 ，该技 术要 求仿 真程 序
在事 件 的 因果 约束 条件 下 ，正确 、 合理 地 推 进 仿 真 。仿 真 时钟 管理 及 推 进 是影 响并 行仿 真 系统 仿真 效 率的 重要 因素之 一 。通过 对 保 守和 乐观 两种 基 本 同步机 制 的 对 比性 分 析 ，研 究和 总 结 了 仿真 时钟 的 管理及推 进 的 关键 要 素 ，研 究 结 论 对 并行 离散 事件 仿 真 系统 具体 的 同步 机制 算 法的 实现 具有 一定 的参考 意 义 。 关键词：并行离散事件仿真；仿真时钟 ；保守策略 ；乐观策略
每次跳 跃性地 推进 到事 件列表 中相对 当前 时刻最 早
发生事件的发生时刻。在该时钟推进机制下 ， 仿真
时钟 的推进 呈现 跳跃性 和 随机 性 。文 中所 做 的研 究
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３ １ 保 守策 略时钟 管理及 推 进 。
是建立在该种时钟推进机制下的。
步末端时刻发生 ， 使得一些 时间间隔较小的事件表
现 为 同步 同时 发生 ， 导致仿 真精 度变小 。 １２ 下次事件 推进 机制 ． 由于离散 事件 的产 生具 有 随机 性 ， 系统 两 个 且 相 邻事 件之 间系统 状 态不 会 发 生 变 化 ， 在该 推 进 机 制下 ， 仿真 时钟 可 以跨 过 这 些 “ 活动 ” 不 的时 间段 ，
Ｗ ＡＮＧ ａ Ｘｉｎ，Ｗ Ｕ ａ ｇ ｙ ｎ ，ＮＩ Ｘｉｏ，Ｌ Ｕ ａ ｇ Ｚｈ ｎ — ｏ ｇ Ｕ ａ Ｉ Ｃｈ ｎ （ ａｕｔ ｆ ｃ ａ ｉａ ａ ｄＥｅｔｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｎ ｎ ｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎｅａ ｄ Ｆ ｃ ｌ ｏ ｈ ｎｃｌ ｎ ｌ ｒ ａ ｇ ｅｉ Ｋｕ ｍｉｇＵ ｉｅｓ ｙｏ ｉ ｃ ｎ ｙ Ｍｅ ｃ ｃ Ｅ ｎ ｎ ｔ Ｓｅ
２ 并行 离散 事件仿真 时钟管理推进机 制研 究根 源
一
个 典 型 的仿 真模 型 可 看 成 是 一 组 逻 辑 进 程
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略限定 ， 各个 Ｌ Ｐ之间传递消息 的拓扑结构是一个
静态 链 接 ， 消息 被 发 送 到 相 应 的 链 接 队 列 并 按 照 ＦＦ ＩＯ顺序 存储 和处理 。在该 算法 中每 个 Ｌ Ｐ都有 一 个本 地仿 真时钟 （ Ｖ ） 当每个 ＦＦ ＬＴ ， ＩＯ队列 中都包 含 至少 一个未 处理 事 件消 息 时 ， 相 应处 理 器 处 理所 则
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有 队列 中时戳最 小 的事件 ，Ｖ Ｌ Ｔ推进 到该最 小时 戳 。 但是 当某 个链 接 队列 消 息 为空 时 ， 由于 无法 确 定 该
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因果 关 系时 ， 按 照 时戳 处 理 是 可行 的。保 守 同步 不 策 略与乐 观策 略在利 用 时戳处理 事件 上具 有不 同 的 态 度与策 略 。尽 管 现 在有 很 多 的 同 步策 略 ， 本 溯 追 源 大多 都是 基 于保 守 策 略 和 乐 观 策 略发 展 演 变 而
每个 Ｌ Ｐ以正确 的时戳顺 序 处 理事 件 以确保 事 件 的
仿真时钟按照一定的步长时间单位推进 ， 仿真
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此， 在相应同步机制下对仿真时钟管理及推进机制
进 行 研究是 非 常必要 的 。
３ 同步机制下 的仿 真时间管理及推进
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基金项 目：云南省教育厅科学研究基金 （９ ｏ ｏ ） ０ ｃ １ｏ 作者简介 ：王娴 （９ ５一） 女， 士， １７ ， 硕 工程师 ， 主要研究方 向为虚拟 制造 仿 真 。
１ １ 时 间推 进机 制 ．
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类 研究 。
１ 离散 事件 仿 真 时钟 基 本推 进 机 制
仿 真时钟表示 了仿真 系统 中仿 真时 间的变化 ， 是 控制 仿真进程 的时 间机 构 ， 着仿 真 时钟 的推进 ， 随 仿 真模 型按照模 型规定 的逻 辑关 系 安排 和处理 相应 事 件 ， 至仿 真结束 。仿真时 钟的推进是仿 真策 略的重 直 要组成 部分 。对并 行离 散事 件仿 真 系统 各种 同步 机 制下仿 真时钟具体 的管理 及推进机制研究 ， 务必先 研 究离散事 件的两类 基本仿 真时钟推进机制 Ｊ 。
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计算 机仿 真技 术是 设计 和研究 系统 的一种有 力 工具 ， 在许 多学 科 及工 程 应 用 领 域 得到 了广 泛 的应 用 ， 是在 对复 杂 大系统 进行 离散 仿真研 究 时 ， 统 但 传 串行 离散 事件 仿真技 术 越来越 难 以解决 仿 真对象 本 身 较 强 的内在并 行特 性 、 仿真 时间 、 计算 资 源等瓶 颈 问题 。随着 计算 机 技术 的 飞速 发 展 ， 行 离 散 事 件 并
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文 章 编 号 ：０９～２５ （０ ２ ０ ０ １ 一ｏ １０ ５ ２ ２ １ ）６— ０ １ ４ 中图 分 类 号 ： Ｐ９ ． Ｔ ３ １９ 文 献标 识码 ： Ａ
并 行 离 散 事 件仿 真 系统 时钟 管 理及 推 进 机 制研 究
王 娴 ， 张 永 ，牛 骁 ， 吴 刘 畅
因果 约束 ， 但是 当逻辑 进程 分布 于不 同处理 器上 时 ， 若 不 同处理 器上 的仿 真 时钟 不 同 步 ， 就难 以确 保 每 个 处 理器 按 照 正 确 的 消息 时 戳顺 序 处 理 事 件 。因
否则继续推进仿真时钟。在该时钟推进机制下 ， 仿 真时钟在每步推进过程 中无论是否有事件发生 ， 都 必须对事件表进行扫描并进行仿真计算和判断。在 该机制中， 仿真步长越小仿真效率越低 ， 但是仿真步
收 稿 日期 ：２ １ ０ ｌ一１ ２一ｌ ４
仿真技术可将串行离散事件仿真计算分解 到多个处 理 器上 执行 ， 以解 决 串行 离散 仿 真 技 术 在 对 复 杂大
系 统进 行仿 真 时难 以解 决 的 问题 ， 得 更 好 的仿 真 获 特性 。 因此 ， 并行 离 散 事 件仿 真 技 术 的研 究 逐渐 成 为 国 内外 的研 究 热点 。文 中结合 并行 离散 事件 仿真 同步 机 制对其 仿 真时钟 的管理及 推进 机制 进行 了分
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