基于扩展计算网的分层网格工作流支撑环境

针对实现资源共享和协同工作的网格技术应用研究与发展现状，提出了分层网格工作流体系结构:在设计层利用网格工作流逻辑和网格工作流语义建模网格工作流，在运行层利用网格工作流调度引擎和网格工作流实施引擎完成任务的实施，在资源层通过网格中间件和运行层交互。为支持上述结构，在(扩展)工作流网和计算网基础上，定义了扩展计算网模型。最后以实例说明了分层网格工作流建模支撑环境的具体应用。     

普适计算环境中基于群组特性的业务流程管理

局限于桌面设备的交互模式是制约业务流程管理在普适计算环境中广泛应用的主要因素.此外,日趋复杂和灵活的群组活动已成为当前企业业务流程的一个突出特点.传统的工作流管理系统从建模到运行对以上特性难以提供有效的支持.对通用工作流模型的表达能力和工作流运行机制进行扩展,设计并实现了一个具备用户多通道交互能力、支持多种群组协同活动的工作流管理系统.介绍了多通道交互的设计原理和针对群组活动的建模方法和运行机制,然后对应用中的一些结果和发现进行了讨论.     

数值预报中试系统设计与关键技术实现

气象数值预报模式是数值天气预报业务的重要基础，模式的研发改进需要在高性能计算环境中不断地开展模拟试验来检验评估预报效果。针对气象科学家手工编排批处理脚本开展数值模拟试验方式中存在的不便捷、耗时长、不可见、底层细节复杂、试验分析比对困难等问题，采用C/S架构，基于Python和工作流技术，设计实现了可视化界面交互“建模-计算-监控-分析-管理-共享”全流程集成应用的数值预报中试系统。应用结果表明，系统提升了模式研发试验效率和高性能计算机系统的易用性，在数值天气预报模式研发中试中发挥重要支撑作用，扩展性良好。     

一种面向高性能数值模拟软件的自动化测试平台

高性能数值模拟软件的快速研制是确保高性能数值模拟应用与高性能计算机协调发展的关键,是当前高性能计算应用领域亟待解决的瓶颈问题。软件测试是软件研制过程中不可或缺的重要环节,是影响软件研制效率的重要因素。研制适应于高性能数值模拟软件的自动化测试工具和环境对于软件的快速研发具有重要意义。当前广泛使用的商业、开源自动化测试平台无法很好地满足高性能数值模拟软件测试的需求,因此,设计实现了一种面向高性能数值模拟软件的自动化测试平台。该平台可以适应各类数值模拟软件的系统测试、验收测试需求,具有良好的跨平台性,简单易用,用户可同时通过多种方式方便快捷地访问测试结果,从而快速定位测试中发现的程序错误,为高性能数值模拟软件测试提供技术支撑。目前该平台已为实际的数值模拟软件研发提供测试验证服务,对中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心的19个软件,1 108个验收测试算例进行自动化测试,提供长时间的稳定测试服务,展现了该平台的普适性和稳定性。     

基于工作流的高性能计算用户环境的设计

面向行业的高性能计算越来越复杂,一个任务的完成不仅仅需要计算服务,还需要数据服务以及各种辅助设备服务.依靠作业管理系统构建的高性能计算用户环境仅仅支持作业间的时序依赖,没有容错机制和健全的流程控制,不能完全满足日益复杂的面向行业的高性能计算用户的需求.基于工作流构建的高性能计算用户环境,在石油物探行业得到了较好的应用.它不仅便于业务流程的创建和控制,而且扩展了各种关系依赖和流程语义,特别是具有检查点功能的基于事件模型的工作流引擎,给系统提供了可靠性保证.这使得基于工作流的高性能计算用户环境能够灵活地适应不同用户环境的变化.     

导弹总体方案设计软件系统设计与实现

针对提高导弹研制效率,研究了支持导弹总体方案设计软件构造的建模方法和软件实现技术,开发了相应软件系统。针对多方案设计过程中任务组织和数据交互动态变化的特点,采用一种通用的建模方法,以5类模型表达基本设计活动及数据结构,可使层次式模型管理策略实现全局组织和调度。依据此建模方法和多方案设计需求,设计了面向对象的模型数据结构和知识库接口方案,解决了软件实现关键问题。在VS.net环境下发展了一套战术导弹设计软件MCDesign,初步应用表明,提出的建模方法和软件设计思想可较好地支持战术导弹的多方案选型。     

一种面向数值模拟软件的持续集成平台

随着软件复杂度的增加和交付需求的变化,快速集成和自动部署成为高性能数值模拟软件推广应用的瓶颈。为满足软件构建和发布的差异化需求,简化从用户需求到软件发布的工作流程,基于Jenkins设计持续集成平台,实现软件静态审查、编译、测试和发布流程的自动化,全面记录软件构建日志和测试结果。利用Docker技术将构建环境容器化,实现环境的快速搭建和配置管理,满足多样化目标环境需求。该平台的实际应用效果显示,基于该平台的产品发布周期相比之前缩短约75%,可极大简化软件安装和部署难度。     

基于模型标准化的水利数值模拟云服务平台研究

水利数值模拟为水利业务提供可量化的决策支持,当前的单机模式存在标准规范不统一,使用方式不便捷,计算资源不高效的问题。基于已有的模型标准化工作,利用虚拟化、计算优化调度、Web Service、工作流及多维后处理技术,研发基于云计算的水利数值仿真模型计算服务平台,实现水利数值模拟云服务平台的资源动态部署、模型耦合计算,以黄河流域下游河道洪水演进数值模拟为例,进行并发计算应用测试,比较云服务模式和传统单机计算的效率。基于模型标准化的数值模拟云服务可以提供丰富便捷的前后处理工具,提高多用户并发任务的处理效率。     

嵌入式实时软件模型开发环境研究

为保证嵌入式实时软件的功能安全和实时性,基于模型驱动开发方法,研究了嵌入式实时软件的模型开发环境的体系结构,设计了一个嵌入式实时软件模型开发环境的原型MDE环境.其中应用任务模型使用两层模型机制:上层模型用于建模应用任务的功能行为与性能特征并支持形式化功能安全验证和实时性分析,下层模型用于模型测试和自动生成支持嵌入式实时操作系统API接口和驱动函数接口的应用任务源代码.通过工具集成实现了建模、分析验证、代码生成和测试等嵌入式实时软件的完整模型化开发过程,为将来进一步完善和改进嵌入式实时软件模型开发环境的构建技术提供了应用验证.     

一种面向同步交互的软件演化过程建模方法

全球化软件开发导致以交互方式协作开发的频率和复杂性越来越高。为了控制和规范软件演化的开发行为进而提高软件质量,文献[10]设计了软件演化过程元模型EPMM,由EPMM定义的软件演化过程模型未能形式描述其交互的特点。基于EPMM[10]定义的软件演化过程包括全局层、过程层、活动层和任务层4个抽象层的思想,设计了软件演化过程元模型CEPMM。CEPMM定义的软件演化过程模型可 形式描述同步交互的特点是在其活动层,由此提出一种基于通信系统演算(CCS)的软件演化过程活动层的建模方法,然后在Visual Studio平台下实现软件演化过程活动层可视化的建模工具CAmodel。CEPMM构建的软件演化过程活动层模型不仅可以描述并发、迭代等特点,还可以形式描述同步交互的特性,为模型进行严格的数学方法分析、推理奠定了基础。     

A Provenance-based Adaptive Scheduling Heuristic for Parallel Scientific Workflows in Clouds

In the last years, scientific workflows have emerged as a fundamental abstraction for structuring and executing scientific experiments in computational environments. Scientific workflows are becoming increasingly complex and more demanding in terms of computational resources, thus requiring the usage of parallel techniques and high performance computing (HPC) environments. Meanwhile, clouds have emerged as a new paradigm where resources are virtualized and provided on demand. By using clouds, scientists have expanded beyond single parallel computers to hundreds or even thousands of virtual machines. Although the initial focus of clouds was to provide high throughput computing, clouds are already being used to provide an HPC environment where elastic resources can be instantiated on demand during the course of a scientific workflow. However, this model also raises many open, yet important, challenges such as scheduling workflow activities. Scheduling parallel scientific workflows in the cloud is a very complex task since we have to take into account many different criteria and to explore the elasticity characteristic for optimizing workflow execution. In this paper, we introduce an adaptive scheduling heuristic for parallel execution of scientific workflows in the cloud that is based on three criteria: total execution time (makespan), reliability and financial cost. Besides scheduling workflow activities based on a 3-objective cost model, this approach also scales resources up and down according to the restrictions imposed by scientists before workflow execution. This tuning is based on provenance data captured and queried at runtime. We conducted a thorough validation of our approach using a real bioinformatics workflow. The experiments were performed in SciCumulus, a cloud workflow engine for managing scientific workflow execution.     

超算环境科学工作流应用平台的引擎设计和资源调度

高性能计算机体系结构的复杂性对使用者提出了更高要求;而且在工程实际和科学实验中,通常需要使用多种应用软件相互协作才能解决复杂问题。围绕超算资源的易用性和多类软件的集成以及协作需求,开发了超算环境下的科学工作流应用平台,设计了异步并发的流程执行引擎,采取调度算法和调度器、引擎相分离的设计策略,给出了资源调度方案。提出了局部资源池化技术和资源预约算法,并比较分析了五种常用调度算法的性能,给出了算法选择的建议。实际应用表明设计的引擎能够支撑复杂工作流的灵活执行方式,给出的资源调度方案能够满足超算环境下工作流应用的高效执行。     

一个组织间松散耦合跨组织工作流的仿真模型

为了解决松散耦合跨组织工作流的仿真建模问题,以染色Petri网为理论基础,将颜色集、染色函数、资源库所、等待库所、忙库所、开始变迁、结束变迁、角色、组织、时间函数、资源函数和变迁函数引入到IOWF(inter-organizational workflow),提出了染色多维跨组织工作流网CMD/IOWF(colored multi-dimension/IOWF).基于CMD/IOWF,讨论了组织间松散耦合跨组织工作流中多个不同项目工作流实例通过资源共享和活动同步相互耦合以及与仿真相关的资源约束和时间的建模问题.通过定义输入/输出、状态、事件、时间推进函数和状态转移函数,给出了一个组织间松散耦合的多个跨组织工作流的仿真模型.基于该模型的仿真分析可以求解组织间松散耦合跨组织工作流的关键性能指标,包括:对应项目工作流实例的平均执行时间、平均执行成本及其关于组织的分布,各项目的资源利用率.最后,以一个实例验证了提出模型的有效性.     

Models as web services using the Open Geospatial Consortium (OGC) Web Processing Service (WPS) standard

Environmental modeling often requires the use of multiple data sources, models, and analysis routines coupled into a workflow to answer a research question. Coupling these computational resources can be accomplished using various tools, each requiring the developer to follow a specific protocol to ensure that components are linkable. Despite these coupling tools, it is not always straight forward to create a modeling workflow due to platform dependencies, computer architecture requirements, and programming language incompatibilities. A service-oriented approach that enables individual models to operate and interact with others using web services is one method for overcoming these challenges. This work advances the idea of service-oriented modeling by presenting a design for a modeling service that builds from the Open Geospatial Consortium (OGC) Web Processing Service (WPS) protocol. We demonstrate how the WPS protocol can be used to create modeling services, and then demonstrate how these modeling services can be brought into workflow environments using generic client-side code. We implemented this approach within the HydroModeler environment, a model coupling tool built on the Open Modeling Interface standard (version 1.4), and show how a hydrology model can be hosted as a WPS web service and used within a client-side workflow. The primary advantage of this approach is that the server-side software follows an established standard that can be leveraged and reused within multiple workflow environments and decision support systems.     

基于元图的工作流建模分析方法

工作流可以有效的规范业务流程、监控流程的执行，而且能够根据客户的需求创建出新流程模型。工作流的建模过程存在一定的复杂性，它要求创建的新模型具有可视化和可操作的特点，同时模型的有效性（即正确性与合理性）也是相当重要的。将元图运用于工作流建模和分析过程，以具体的业务流程为背景，逐步分析隐含在流程中的深层次问题，找出信息元素、活动和资源之间的相互关系，从而确保工作流模型的有效性。     

VINCASim:一种网格工作流可靠性仿真工具

网格工作流作为综合利用网格资源求解问题的"编程"技术已得到广泛应用,其可靠性保障研究得到越来越多的关注.然而,面对网格环境固有的复杂性和不确定性,如何时可靠性保障方法有效、方便地进行评测,是一个有待深入探索的挑战性问题.以VINCA网格工作流为参考原型,对影响其可靠性的因素进行了系统的分析,抽象出了网格工作流系统组件模型和可靠性属性模型,并基于GridSim实现了一个可配置、易扩展的网格工作流可靠性仿真工具包--VINCASim.此工具可以通过配置方便地模拟节点失效、工作流引擎失效、网络连接失效、流程执行异常等出错情形,提供扩展接口支持以编程的方式引入各种可靠性保障方法,为评测不同方法的有效性提供可控的、可重复的实验平台.通过场景示例说明了该工具的扩展性和易用性.     

Modeling and Analysis for Workflow Constrained by Resources and Nondetermined Time: An Approach Based on Petri Nets

Time and resource management and verification are two important aspects of workflow management systems. In this paper, we present a modeling and analysis approach for a kind of workflow constrained by resources and nondetermined time based on Petri nets. Different from previous modeling approaches, there are two kinds of places in our model to represent the activities and resources of a workflow, respectively. For each activity place, its input and output transitions represent the start and termination of the activity, respectively, and there are two timing functions in it to define the minimum and maximum duration times of the corresponding activity. Using the constructed Petri net model, the earliest and latest times to start each activity can be calculated. With the reachability graph of the Petri net model, the timing factors influencing the implementation of the workflow can be calculated and verified. In this paper, the sufficient conditions for the existence of the best implementation case of a workflow are proved, and the method for obtaining such an implementation case is presented. The obtained results will benefit the evaluation and verification of the implementation of a workflow constrained by resources and nondetermined time.     

组件式机械仿真流程建模平台的设计与实现

在具体分析WFMC规范基础上,结合组件开发思想,采用Java语言,利用EMF和GEF技术,根据仿真流程实际需要抽象成仿真组件,实现了组件式机械仿真流程建模平台,并简要介绍了流程在执行期间的状态表示机制.根据抽象出的13个静力学仿真组件,利用此建模平台完成了针对机械产品静力学仿真流程模型的建立,并从语法上对流程进行了有效性检验,证明了平台的适用性和灵活性.     

基于Petri网的建设工程项目实施阶段工作流建模与仿真

构建一个能够准确表达实施过程系统性、动态性和不确定性的工作流模型是实现建设工程项目实施阶段工作流管理与控制的有效途径。在对建设工程项目实施阶段工作流模型特点分析及工作流概念模型构建的基础上,基于分层赋时着色Petri网构建建设工程项目实施阶段工作流模型。通过运行该工作流模型,能够获得实施阶段的信息流、资源流、异常处理、持续时间等抽象内容,不仅为实现建设项目实施阶段的工作流管理与控制提供有力的方法支持,同时也是Petri网建模技术在建设工程领域中的应用拓广。借助CPN Tools仿真平台,以一般工业与民用建筑的实施阶段为例进行工作流模型的构建与仿真,验证了基于分层赋时着色Petri网构建建设工程项目实施阶段工作流模型的正确性和有效性。