張曦

摘 要：本文針對(duì)電子工程領(lǐng)域中黑盒子優(yōu)化分析問(wèn)題，提出一個(gè)基于River技術(shù)的動(dòng)態(tài)面向服務(wù)優(yōu)化計(jì)算框架（DSOCF），旨在分布式并行計(jì)算黑盒子，加快優(yōu)化速度。首先分析優(yōu)化算法中黑盒子的執(zhí)行模式，然后遵循動(dòng)態(tài)面向服務(wù)架構(gòu)并圍繞著River的服務(wù)發(fā)布和查找功能設(shè)計(jì)所需的核心服務(wù)并利用它們構(gòu)建DSOCF，最后根據(jù)黑盒子在DSOCF中優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明該框架的有效性。

關(guān)鍵詞：連續(xù)盒子；分析任務(wù)；代碼基

1 引言

求解一次黑盒子問(wèn)題[1]就要調(diào)用仿真度高的優(yōu)化計(jì)算軟件來(lái)進(jìn)行非常耗時(shí)的計(jì)算，本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于River[2]的動(dòng)態(tài)面向服務(wù)的優(yōu)化計(jì)算框架（Dynamic Service-oriented Optimization Computing Framework， DSOCF），該框架作為一個(gè)高效分布式并行計(jì)算框架在動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中評(píng)價(jià)黑盒子，具有良好的可擴(kuò)展性、可靠性和高效性。

2 DSOCF體系結(jié)構(gòu)

DSOCF的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1，門(mén)戶(hù)（Portal）、HTTP、查詢(xún)（LookUp）服務(wù)器以及計(jì)算服務(wù)器（Server i）組成了DSOCF的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。

門(mén)戶(hù)服務(wù)作為DSCOF的門(mén)戶(hù)驗(yàn)證用戶(hù)身份，還利用一個(gè)隊(duì)列保存所有的分析任務(wù)（AT）（AT代表黑盒子）。在接收用戶(hù)優(yōu)化算法發(fā)送來(lái)的一組AT后，門(mén)戶(hù)服務(wù)將請(qǐng)求調(diào)度服務(wù)根據(jù)均衡負(fù)載算法派遣AT到合適的計(jì)算服務(wù)-殼服務(wù)，如圖2所示。

殼服務(wù)能夠被注冊(cè)到底層中的查找服務(wù)中，以便請(qǐng)求者發(fā)現(xiàn)他們，并幫助AT調(diào)用安裝在計(jì)算資源中所需的計(jì)算軟件，如ANSYS、3DCS和ABACUS[3]。殼服務(wù)、信息收集服務(wù)和重注冊(cè)服務(wù)都部署在異構(gòu)的計(jì)算資源上。

殼服務(wù)作為服務(wù)供應(yīng)方，創(chuàng)建服務(wù)代理并注冊(cè)到查找服務(wù)中的注冊(cè)列表中，信息收集服務(wù)收集本資源實(shí)時(shí)的硬件指標(biāo)和軟件配置信息，將其作為服務(wù)代理的屬性，并在其注冊(cè)成功后周期性地更新查找服務(wù)注冊(cè)表中該服務(wù)代理的屬性，重注冊(cè)服務(wù)周期性的監(jiān)視查找服務(wù)的狀態(tài)。

調(diào)度服務(wù)負(fù)責(zé)調(diào)度AT和均衡負(fù)載，在AT集合與注冊(cè)列表中的服務(wù)代理集合上完成最優(yōu)映射，生成一個(gè)最佳調(diào)度策略，并將選中的所有服務(wù)代理傳送回門(mén)戶(hù)服務(wù)。門(mén)戶(hù)服務(wù)執(zhí)行服務(wù)代理完成與其對(duì)應(yīng)殼服務(wù)通信鏈路的動(dòng)態(tài)搭建，傳遞AT到殼服務(wù)進(jìn)行本次計(jì)算。執(zhí)行服務(wù)代理期間所需的類(lèi)文件從Http服務(wù)下載。

3 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)象是一個(gè)在單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行一次大概0.82分鐘的AT。調(diào)用優(yōu)化算法分別在單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和DSOCF上迭代執(zhí)行10次、30次、50次和70次，所需的執(zhí)行時(shí)間如表1所示。最終在單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和DSOCF上的6次平均執(zhí)行時(shí)間的平均值分別為52.71分鐘和22.62分鐘。這表明在DSOCF中執(zhí)行的時(shí)間比單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)少了大約57%。理論上來(lái)講，這個(gè)值應(yīng)該是66%，我們分析偏差的原因是由于框架內(nèi)通信開(kāi)銷(xiāo)而造成的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的動(dòng)態(tài)面向服務(wù)優(yōu)化計(jì)算框架是一個(gè)新型分布式計(jì)算框架， 適應(yīng)異構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)框架易于部署在小型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。它提供了對(duì)于多用戶(hù)和不同任務(wù)優(yōu)先級(jí)的可伸縮性支持，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這個(gè)系統(tǒng)有效的加速了黑盒子優(yōu)化過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

[1] SHAN， S， WANG， et al. Turning Black Box Into White Function [J]. ASME Transactions on Journal

of Mechanical Design， 2011.

[2] The Apache Software Foundation. Apache River News[EB/OL].[2013-05-18]. http：//river.apache.org/

[3] Dimensional Control Systems， "DCS，" 2014. [Online]. Available： http：//3dcs.com/.