论文摘要：复杂变结构系统的仿真建模规范及多核并行仿真关键技术研究

复杂系统的研究与实施对促进国民社会经济发展、巩固加强国防建设、提高人民生活质量有着十分重大的意义[5][151]。复杂系统是一类具有“系统组成关系复杂、系统机理复杂、系统的子系统间以及系统与其环境之间交互关系复杂和能量交换复杂、总体行为具有涌现、非线性，以及自组织、混沌、博弈等特点的系统”[3][151]。其中，系统的组成部分以及它们之间的输入输出及作用关系在系统运行过程中不断变化的一类系统称之为“复杂变结构系统”。典型的复杂变结构系统，如攻防体系、C4ISR系统等复杂军事系统；核工程、航空航天系统等复杂工程系统；植物、动物、人等复杂生命系统；经济规划、城市系统等复杂社会系统等。

使用并行分布仿真方法与技术研究复杂变结构系统是当前仿真领域的研究热点，许多学者已在这方面取得了研究成果，但是，从应用效果来看，尚缺乏灵活、高效、系统性的复杂变结构系统仿真建模规范及其并行分布仿真方法与技术。亟需在理论和技术研究方面攻克复杂变结构系统的全面、并行化建模描述及面向多核环境的高性能变结构仿真系统及其关键技术，以提高对复杂变结构系统的建模仿真能力，促进复杂系统的研究与实施。

本论文的主要研究成果包括以下几个方面：

（1）提出了一种DEVS拓展的复杂变结构系统描述规范-CVSDEVS，支持对系统组分以及它们之间的交互关系与交互内容等结构变化的全面建模、对系统自底向上和自顶向下的两种结构变化方式的描述，以及对系统结构与状态转移的并行化执行描述。论文证明了该描述规范具有封闭耦合性，可以支持层次化地构建大规模变结构仿真系统。

（2）提出了一种面向多核机器的多线程并行仿真引擎框架，包括其体系架构和执行生命周期过程模型，它可以充分利用多核计算系统和支持仿真系统结构动态变化；提出了一种变结构仿真系统的工程化描述方法，它通过抽象变结构系统描述规范CVSDEVS，给出了仿真系统运行时结构变化和高效并行所需的本质要素，支持方便地集成各类异构的黑盒、白盒模型，构建可高效并行、具有良好开放性的变结构仿真系统。

（3）提出了一种基于模型间连接关系的异步、并行时间管理算法，它可以充分地挖掘模型之间内在的并行性、自然地捕捉结构变化产生的动态并行性，使得模型可以获取更宽的自主执行时间区间，从而充分利用多核计算能力，高效并行地调度仿真模型；提出了一种集中式和/或分布式模型结构动态变化支撑方法，它基于可变端口的规范化模型、连接管理服务、对象管理服务、线程仿真核心和读写锁，实现了灵活的系统结构变化。论文证明了该时间管理算法与模型动态结构支撑方法都是无死锁的。

（4）提出了一种多核处理器环境下的高效动态负载均衡方法，它基于引擎框架创建的线程共享的模型池与连接关系池，将负载迁移简化为不同线程仿真核心中模型索引的删除与添加，避免了模型状态拷贝与传输代价，同时支持按需动态地为仿真系统增加或删除处理核心，提高系统效能。

（5）结合复杂系统高性能云仿真服务平台COSIM-CSP 2.0v的开发以及航天集团企业云仿真系统的应用实施，初步实现了论文研究成果的原型软件系统，并在国家863计划项目中取得了良好的应用效果。

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