Vergleich konservativer und optimistischer Verfahren bei der verteilten Simulation mechanischer Systeme mittels CORBA

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG

2 VERTEILTE SIMULATION

2.1 Anwendungsmöglichkeiten der Simulation

2.2 Parallelisierung und Verteilung

2.2.1 Verteilung

2.2.2 Parallelisierung

2.2.3 Multitasking und Multithreading

2.3 Vorgehensweise

2.4 Festlegung wichtiger Begriffe

2.4.1 Die Begriffe Simulationszeit und Rechenzeit

2.4.2 Die Begriffe Zustand und Ereignis

2.5 Zeitdiskrete Simulationen

2.5.1 Zeitgesteuerte Datenausgabe

2.5.2 Zustandsgesteuerte Datenausgabe

2.6 Zeitkontinuierliche Simulationen

2.6.1 Berücksichtigung von Unstetigkeitsstellen

2.6.2 Datenausgabe

2.7 Unterschiedliche Simulationsverfahren

2.7.1 Die Begriffe Kausalität, Kausalordnung und Konservativ

2.7.2 Zeitdiskrete konservative Simulationen

2.7.3 Kontinuierliche konservative Simulationen

2.7.4 Optimistische Simulationsverfahren

2.8 Vergleich der Verfahren anhand eines Beispiels

2.8.1 Aufgabenstellung

2.8.2 Aufteilung in Komponenten

2.8.3 Zustandsänderungen

1.1.4 Konservatives Verfahren

1.1.5 Optimistisches Verfahren

1.1.6 Vergleich der Rechenzeiten

3 DAS UNTERSUCHTE MODELL

3.1 Das gewählte Beispiel

3.2 Kriterien

3.2.1 Entkoppelbarkeit

3.2.2 Berücksichtigung von Ereignissen

3.2.3 Integrationsverfahren nach Euler

3.2.4 Konservatives und optimistisches Verfahren

3.3 Wählbare Größen

3.4 Vereinfachende Annahmen

4 SIMULATIONSKONZEPT

4.1 Umwandlung der Bewegungsgleichungen

4.2 Allgemeines Simulationskonzept

4.2.1 System

4.2.2 Integrator

4.2.3 Zusammenwirken von Integrator und System

4.2.4 Berücksichtigung von Unstetigkeitsstellen

4.3 Umsetzung für die gewählte Simulationsaufgabe

4.3.1 Simulationskonzept für das konservative Verfahren

4.3.2 Simulationskonzept für das optimistische Verfahren

4.3.3 Stoßerkennung

5 EINFÜHRUNG IN CORBA

5.1 Die Object Mangment Group OMG

5.2 Das OMA-Referenzmodell

5.3 Middleware CORBA

5.4 Der Sortwarebus ORB

5.5 Die Schnittstellensprache IDL

5.6 Server-Aufruf

5.7 Implementierung eines einfachen Beispiels

5.7.1 Aufgabenstellung

5.7.2 Schnittstellendefinition

5.7.3 Von IDL nach C++

5.7.4 Der Server

5.7.5 Der Client

6 UMSETZUNG ALS CORBA-ANWENDUNG

6.1 Komponenten der CORBA-Anwendung

6.1.1 Schnittstelle Integrator

6.1.2 Schnittstelle System

6.1.3 Schnittstelle Animation

6.2 Zusammenwirken von Monitor, Integrator und System

7 SIMULATIONSVERSUCH

7.1 Aufgabenstellung

7.2 Die verwendete Soft- und Hardware

7.3 Versuchsdurchführung

7.3.1 Vergleich der Rechenzeiten und Anzahl der Aufrufe von Calc

7.3.2 Vergleich der Prozessorauslastung

8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

A SCHNITTSTELLENDEFINITIONEN

B DIE METHODEN DER KOMPONENTEN

C VORGEHENSWEISE BEI DER SIMULATION

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit verfolgt das Ziel, eine verteilte Simulation zu erstellen, um deren Vorteile gegenüber einer monolithischen Umsetzung aufzuzeigen. Dabei wird ein mechanisches Pendelsystem als Modell verwendet, um verschiedene Parallelisierungsstrategien unter Verwendung von CORBA zu implementieren und deren Performance zu bewerten.

• Vergleich zwischen konservativen und optimistischen Simulationsverfahren
• Einsatz von CORBA als Middleware für verteilte Systeme
• Analyse der Rechenzeit und Prozessorauslastung
• Implementierung in C++ mit komponentenbasiertem Konzept

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 EINLEITUNG: Einführung in die Thematik der verteilten Simulation und Vorstellung der Zielsetzung sowie der verwendeten Technologien.

2 VERTEILTE SIMULATION: Detaillierte Betrachtung der theoretischen Grundlagen der verteilten und parallelen Simulation sowie der verschiedenen Verfahren.

3 DAS UNTERSUCHTE MODELL: Beschreibung der Simulationsaufgabe, der gewählten Pendel-Anordnung und der getroffenen Vereinfachungen.

4 SIMULATIONSKONZEPT: Erläuterung der Umsetzung des Simulationskonzepts für die unterschiedlichen Verfahren und die Einbindung des Monitors.

5 EINFÜHRUNG IN CORBA: Einführung in die Middleware CORBA und deren Architektur, die als Basis für die verteilte Anwendung dient.

6 UMSETZUNG ALS CORBA-ANWENDUNG: Beschreibung der konkreten Realisierung des Simulationskonzepts in eine lauffähige CORBA-Anwendung.

7 SIMULATIONSVERSUCH: Auswertung der durchgeführten Experimente und Vergleich der Verfahren anhand von Rechenzeiten und Prozessorauslastung.

8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Abschluss der Arbeit mit einer Bewertung der Ergebnisse und Vorschlägen für zukünftige Entwicklungen.

Schlüsselwörter

Verteilte Simulation, CORBA, Parallelisierung, Konservatives Verfahren, Optimistisches Verfahren, Kausalordnung, Mechanisches System, Middleware, Echtzeitsimulation, Zustandslisten, Prozessorauslastung, Rechenzeit.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Vergleich von Verfahren zur verteilten Simulation von mechanischen Systemen unter Verwendung der Middleware CORBA.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen sind die Parallelisierung von Simulationsprozessen, die Anwendung von konservativen sowie optimistischen Verfahren und die technische Umsetzung mittels einer Client-Server-Architektur.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist die Erstellung einer verteilten Simulation, um deren Vorteile, wie eine potenzielle Reduktion der Rechenzeit, gegenüber einer klassischen monolithischen Simulation zu evaluieren.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es werden zwei spezifische Parallelisierungskonzepte (konservativ vs. optimistisch) entworfen und anhand eines Modells aus in Reihe geschalteten Pendeln implementiert und vermessen.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil behandelt die theoretischen Hintergründe zur verteilten Simulation, das spezifische Simulationskonzept der Pendel sowie die praktische Umsetzung der CORBA-Middleware und die anschließende Versuchsreihe.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit wird primär durch Begriffe wie Verteilte Simulation, CORBA, Parallelisierung, Kausalordnung und Prozessorauslastung charakterisiert.

Wie unterscheidet sich das konservative vom optimistischen Verfahren?

Beim konservativen Verfahren wird die Kausalordnung strikt eingehalten, was häufige Synchronisationspunkte erfordert. Das optimistische Verfahren erlaubt kurzzeitige Verletzungen der Ordnung, die durch ein Rücksetz-Verfahren korrigiert werden.

Welchen Einfluss hat die Feldlänge B auf die Performance?

Die Ergebnisse zeigen, dass bei längeren Datenfeldern (größeres B) die Gesamtrechenzeit sinkt, da die Komponenten effizienter arbeiten können und der Monitor seltener den Prozess durch Synchronisation blockiert.