專利名稱：計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種網(wǎng)格技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體的說，涉及的是一種計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計算流體力學(xué)是一門用數(shù)值計算方法直接求解流動主控方程以發(fā)現(xiàn)各種流動現(xiàn)象規(guī)律的學(xué)科。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括工業(yè)應(yīng)用中的大規(guī)模設(shè)計和計算問題、飛機設(shè)計中全機啟動性能計算、火箭發(fā)動機中極其復(fù)雜多變的燃燒和跨音速流動模擬。目前由于所需設(shè)計精度不斷提高，現(xiàn)行的計算流體力學(xué)所要處理的問題規(guī)模越來越巨大，例如機理研究方面的湍流直接模擬，一次生成的網(wǎng)格數(shù)就達(dá)到了十億量級。同時，計算流體力學(xué)對高性能計算有著非常迫切的需求。目前國內(nèi)的計算流體力學(xué)網(wǎng)格多數(shù)是以應(yīng)用為驅(qū)動進(jìn)行開發(fā)，這導(dǎo)致各個計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用之間無法進(jìn)行整合、共享資源或協(xié)同工作。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?2136429.X，發(fā)明名稱過程冶金中計算流體力學(xué)的數(shù)據(jù)可視化方法，公開號CN 1395196A，該專利的計算流體力學(xué)系統(tǒng)中，實現(xiàn)了冶金中計算流體力學(xué)的數(shù)據(jù)可視化方法。該計算流體力學(xué)系統(tǒng)(1)針對冶金應(yīng)用的流體計算系統(tǒng)，不能實現(xiàn)其它應(yīng)用的流體計算系統(tǒng)。(2)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化，但不具有可視化監(jiān)控執(zhí)行任務(wù)和其它模塊運行的功能。(3)對于需要大量計算的流體計算系統(tǒng)，由一個計算服務(wù)器執(zhí)行處理，執(zhí)行時間將較長，未能將任務(wù)分發(fā)到各個計算服務(wù)器進(jìn)行并行和分布式處理。(4)該系統(tǒng)不能提供大規(guī)模數(shù)據(jù)的可靠傳輸和壓縮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)和系統(tǒng)的不足，提供一種計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)，使其提供標(biāo)準(zhǔn)的計算流體力學(xué)應(yīng)用接口、通用的計算流體力學(xué)工作流模板以及通用的計算流體力學(xué)服務(wù)分類碼，能夠整合廣域網(wǎng)范圍內(nèi)不同物理域和安全域內(nèi)的計算流體力學(xué)應(yīng)用，為不同的應(yīng)用研究和工業(yè)用戶提供完整的計算流體力學(xué)的通用軟件服務(wù)和部分特有軟件服務(wù)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括顯示終端、集線器、服務(wù)提供端、計算節(jié)點。用戶在顯示終端設(shè)置要執(zhí)行的任務(wù)，顯示終端的輸出端連接到集線器，集線器的輸出端連接到服務(wù)提供端，服務(wù)提供端負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)送過來的任務(wù)通過公共區(qū)域分解法分解成多個子任務(wù)，發(fā)送到計算節(jié)點，由計算節(jié)點進(jìn)行計算和處理。任務(wù)計算完成后，由計算節(jié)點反饋給服務(wù)提供端，收集結(jié)果數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行拼裝，將完整的結(jié)果數(shù)據(jù)文件返回給集線器，最終顯示在顯示終端，并通知用戶。
集線器包括主集線器和子集線器。集線器是計算流體力學(xué)系統(tǒng)的物理載體，主要負(fù)責(zé)服務(wù)的注冊、查詢和任務(wù)管理。用戶在顯示終端將提交的任務(wù)提交給主集線器，主集線器保存了子集線器中服務(wù)注冊的索引信息，主集線器的任務(wù)管理模塊調(diào)度合適的子集線器，子集線器將任務(wù)傳送到服務(wù)提供端。
顯示終端包括用戶單元和管理單元。用戶單元為用戶提供提交任務(wù)，查詢?nèi)蝿?wù)執(zhí)行狀態(tài)的功能。管理單元為管理員提供各個模塊和任務(wù)執(zhí)行的可視化監(jiān)控界面，并對用戶進(jìn)行認(rèn)證，同時將任務(wù)傳送給集線器的主集線器。
服務(wù)提供端包括資源信息采集器和任務(wù)管理單元，資源信息采集器從計算節(jié)點中采集包括CPU、內(nèi)存和磁盤的可利用率等性能信息，封裝成服務(wù)發(fā)布到子集線器，供任務(wù)調(diào)度時使用。任務(wù)管理單元負(fù)責(zé)將任務(wù)分解成多個子任務(wù)，發(fā)送到計算節(jié)點，并對計算結(jié)果進(jìn)行收集和整合。
本發(fā)明能夠整合不同應(yīng)用的計算流體力學(xué)系統(tǒng)，為用戶提供可視化界面，基于服務(wù)和工作流方式，具有通用性和兼容性好，可擴展性強，維護開銷小的特點。用戶在登陸該計算流體力學(xué)系統(tǒng)后，可以可視化的新建一個任務(wù)，也可以對上次提交但還沒完成的任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控。同時任務(wù)完成之后，系統(tǒng)會以發(fā)信或短消息方式自動通知用戶。采用服務(wù)概念，基于服務(wù)標(biāo)識語言和統(tǒng)一描述、注冊、發(fā)布等國際標(biāo)準(zhǔn)，不同的計算流體力學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用被封裝和部署成網(wǎng)格服務(wù)，便于未來的擴展和可復(fù)用，易于集成和融合其它網(wǎng)格計算應(yīng)用，適應(yīng)了未來網(wǎng)格計算和計算流體力學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的需要。
本發(fā)明的特點和效果1)可視化，本發(fā)明為用戶提供可視化的交互工具，操作簡單，用戶能夠可視化的新建一個任務(wù)，也可以隨時對執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控。2)良好的通用性和擴展性，系統(tǒng)基于服務(wù)思想，采用服務(wù)標(biāo)識語言和統(tǒng)一描述、注冊、發(fā)布等國際標(biāo)準(zhǔn)。3)計算能力強，系統(tǒng)將用戶的任務(wù)劃分成各個子任務(wù)，并部署到各個高計算能力的計算節(jié)點上，可以對任務(wù)進(jìn)行分布式和并行處理。4)安全性高，管理單元提供可靠的安全認(rèn)證，提供單點登陸，遠(yuǎn)地身份鑒證，對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和加密傳輸。5)可靠性高，保存服務(wù)注冊信息的子集線器以環(huán)狀互連，當(dāng)主集線器崩潰時，環(huán)中負(fù)載最輕的子集線器將自動成為主集線器，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性。6)適用面廣，本發(fā)明可以以即插即用的方式與其它網(wǎng)格計算應(yīng)用集成和融合，適應(yīng)網(wǎng)格計算和計算流體力學(xué)發(fā)展的需要。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明集線器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明工作流程圖；具體實施方式
本發(fā)明系統(tǒng)能夠為不同應(yīng)用的計算流體力學(xué)系統(tǒng)提供一個通用的網(wǎng)格計算平臺系統(tǒng)，采用網(wǎng)格計算中的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，支持安全可靠的大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和壓縮，具有高性能的計算處理能力。
如圖1所示，本發(fā)明包括顯示終端1、集線器2、服務(wù)提供端3、計算節(jié)點4。用戶在顯示終端1設(shè)置要執(zhí)行的任務(wù)，顯示終端1的輸出端連接到集線器2，集線器2的輸出端連接到服務(wù)提供端3，服務(wù)提供端3負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)送過來的任務(wù)分解成多個子任務(wù)，發(fā)送到計算節(jié)點4，由計算節(jié)點4執(zhí)行計算和處理。任務(wù)計算完成后，由計算節(jié)點4反饋給服務(wù)提供端3，服務(wù)提供端3的任務(wù)管理器10負(fù)責(zé)收集結(jié)果數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行拼裝，將處理結(jié)果返回給集線器2的子集線器6，最終顯示在顯示終端1，并以短消息或發(fā)信的方式通知用戶任務(wù)計算已完成。
如圖2所示，集線器2包括主集線器5和子集線器6。用戶在顯示終端1提交的任務(wù)交給集線器2的主集線器5，主集線器5保存了子集線器6中服務(wù)注冊的索引信息，主集線器5的任務(wù)管理模塊調(diào)度合適的子集線器6，子集線器6將任務(wù)傳送到服務(wù)提供端3。
子集線器6以環(huán)狀互連，當(dāng)主集線器5崩潰時，環(huán)中負(fù)載最輕的子集線器6將自動成為主集線器5，從而使系統(tǒng)具有高可靠性。同時，計算結(jié)果由服務(wù)提供端3傳遞給子集線器6，子集線器6再傳輸給主集線器5。
顯示終端1包括管理單元7和用戶單元8。用戶單元8為用戶提供提交任務(wù)，查詢?nèi)蝿?wù)執(zhí)行狀態(tài)功能。管理單元7為管理員提供各個模塊和任務(wù)執(zhí)行的可視化監(jiān)控界面，并對用戶進(jìn)行認(rèn)證。認(rèn)證后的用戶單元8將任務(wù)傳遞給管理單元7，管理單元7的輸出端與集線器2的主集線器5相連。
服務(wù)提供端3包括資源信息采集器9和任務(wù)管理單元10。資源信息采集器9從計算節(jié)點4中采集包括CPU、內(nèi)存和磁盤的可利用率等性能信息，封裝成服務(wù)發(fā)布到子集線器6，供任務(wù)調(diào)度時使用。任務(wù)管理單元10負(fù)責(zé)將子集線器6傳送來的任務(wù)分解成多個子任務(wù)，發(fā)送到計算節(jié)點4，并對計算結(jié)果進(jìn)行收集和整合，傳送給子集線器6。
如圖3所示，用戶在顯示終端1通過用戶單元8的門戶進(jìn)入系統(tǒng)。管理單元7對用戶進(jìn)行身份驗證，用戶具有權(quán)限后，可以提交任務(wù)。管理單元7將任務(wù)傳送給主集線器5，主集線器5根據(jù)任務(wù)的特性，搜索注冊的子集線器6的索引信息，找到合適的子集線器6。同時，資源信息采集器9采集各個計算節(jié)點4的性能信息，封裝成服務(wù)發(fā)布到子集線器6中。子集線器6把任務(wù)傳遞給任務(wù)管理單元10，任務(wù)管理單元10負(fù)責(zé)將任務(wù)分解成多個子任務(wù)，分發(fā)到各個計算節(jié)點4，由計算節(jié)點4執(zhí)行相應(yīng)的處理和計算。計算后的結(jié)果傳遞給任務(wù)管理單元10，對結(jié)果進(jìn)行整合處理后，傳送給子集線器6。子集線器6將結(jié)果傳輸?shù)街骷€器5，最后傳遞到顯示終端1的管理單元7，按照用戶需求，最終顯示單元8以圖像或數(shù)據(jù)的方式顯示給用戶。
權(quán)利要求
1.一種計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)，包括顯示終端(1)、集線器(2)、服務(wù)提供端(3)、計算節(jié)點(4)，其特征在于，顯示終端(1)的輸出端連接到集線器(2)，用戶在顯示終端(1)設(shè)置要執(zhí)行的任務(wù)，集線器(2)的輸出端連接到服務(wù)提供端(3)，服務(wù)提供端(3)負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)送過來的任務(wù)分解成多個子任務(wù)，發(fā)送到計算節(jié)點(4)，由計算節(jié)點(4)執(zhí)行任務(wù)計算和處理，任務(wù)計算完成后，由計算節(jié)點(4)返回給服務(wù)提供端(3)，收集結(jié)果數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行組裝，將處理結(jié)果返回給集線器(2)，最終顯示在顯示終端(1)，并以短消息或發(fā)信的方式通知用戶任務(wù)計算已完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是，集線器(2)包括主集線器(5)和子集線器(6)，主集線器(5)保存了在子集線器(6)中注冊的所有服務(wù)的索引信息，主集線器(5)的任務(wù)管理模塊調(diào)度合適的子集線器(6)，子集線器(6)將任務(wù)傳送到服務(wù)提供端(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是，子集線器(6)以環(huán)狀互連，當(dāng)主集線器(5)崩潰時，環(huán)中負(fù)載最輕的子集線器(6)將自動成為主集線器(5)，從而使系統(tǒng)具有高可靠性；同時，計算結(jié)果由服務(wù)提供端(3)傳遞給子集線器(6)，子集線器(6)再傳輸給主集線器(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是，顯示終端(1)包括管理單元(7)和用戶單元(8)，用戶在用戶單元(8)提交任務(wù)，查詢?nèi)蝿?wù)執(zhí)行狀態(tài)，管理單元(7)為管理員提供各個模塊和任務(wù)執(zhí)行的可視化監(jiān)控界面，并對用戶進(jìn)行認(rèn)證；認(rèn)證后的用戶單元(8)將任務(wù)傳遞給管理單元(7)，再將任務(wù)傳送至集線器(2)的主集線器(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是，顯示單元(8)以圖像或數(shù)據(jù)的方式將結(jié)果顯示給用戶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)，其特征是，服務(wù)提供端(3)包括資源信息采集器(9)和任務(wù)管理單元(10)，資源信息采集器(9)獲得計算節(jié)點(4)的性能信息，封裝成服務(wù)發(fā)布至集線器(2)的子集線器(6)，供任務(wù)調(diào)度時使用；任務(wù)管理單元(10)負(fù)責(zé)將子集線器(6)傳送來的任務(wù)分解成多個子任務(wù)，分發(fā)到各個計算節(jié)點(4)，計算完成后，任務(wù)管理單元(10)對計算結(jié)果進(jìn)行收集和整合，并傳送給子集線器(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)，其特征是，顯示終端(1)、集線器(2)、服務(wù)提供端(3)、計算節(jié)點(4)位于一臺計算機中，或者分布在網(wǎng)格環(huán)境中的多個節(jié)點和多臺設(shè)備中。
全文摘要
一種網(wǎng)格技術(shù)領(lǐng)域的計算流體力學(xué)網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)。本發(fā)明包括顯示終端、集線器、服務(wù)提供端、計算節(jié)點。用戶在顯示終端設(shè)置要執(zhí)行的任務(wù)，顯示終端的輸出端連接到集線器，集線器的輸出端連接到服務(wù)提供端，服務(wù)提供端負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)送過來的任務(wù)通過公共區(qū)域分解法分解成多個子任務(wù)，發(fā)送到計算節(jié)點，由計算節(jié)點進(jìn)行計算和處理。任務(wù)計算完成后，由計算節(jié)點反饋給服務(wù)提供端，收集結(jié)果數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行拼裝，將完整的結(jié)果數(shù)據(jù)文件返回給集線器，最終顯示在顯示終端，并通知用戶。本發(fā)明能夠整合廣域網(wǎng)范圍內(nèi)不同物理域和安全域內(nèi)的計算流體力學(xué)應(yīng)用，具有可視化、良好的通用性和擴展性、計算能力強、安全性高、可靠性高、適用面廣的特點。
文檔編號G06F9/46GK1794217SQ20051011190
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者李明祿, 陸鑫達(dá), 林新華, 劉洪 , 毛宏燕 申請人:上海交通大學(xué)