面向栅格化分布式水文模拟的并行调度方法研究

发布时间：2023-03-25 08:10

　　应对从人口膨胀到环境污染、气候变化以及水资源短缺等实际需求时,水文科学的发展是我国国民经济健康发展的坚实基础和保障。面对解决重大科学水文问题,大规模流域的分布式水文模拟计算有着极其重要的作用和地位。然而,面向大规模流域高分辨率、长历时、多地理耦合过程的分布式水文模拟计算时,数据密集计算问题凸显,任务调度和资源分配存在一定的盲目性。现有的在该领域进行的研究中,流域的不同划分类型采用不同层次的并行计算方法,且模拟单元单一化时,并行效率提升则相当有限。归纳起来,存在两个关键性的问题亟待解决,它们分别是:高效的分布式水文模型并行算法的缺失、任务调度和资源协同分配机制的缺失。本文首先对分布式水文模型的可并行进行分析,比较了它们各自实现的可行性。然后参照空间离散分解方式,建立起基于生态最优性原理的分布式流域水文模型框架。那么,本研究则是针对这种分布式水文模型并行计算框架展开的,它主要包含以下内容:第一,对计算密集或数据密集特征的任务依赖和并行处理的耦合度过高,采用DAG调度的并行方法处理任务间依赖关系问题;第二,在DAG调度算法中,表调度算法时间和空间复杂度均有良好的表现,但是解空间的质量很低;遗...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 本课题研究背景
        1.1.1 大流域高分辨率、长历时生态水文模拟的计算密集需求
        1.1.2 计算密集型水文模拟的难点
    1.2 国内外研究现状及趋势
        1.2.1 面向流域的分布式水文模型并行计算研究现状
        1.2.2 大规模分布式水文模拟计算的并行优化方向
    1.3 本课题的研究内容和意义
    1.4 本文结构与安排
第2章 分布式水文模型并行策略
    2.1 Dis VOM生态水文模型
    2.2 流域的离散化与汇流网格构建
    2.3 确定及求解侧向水文模拟方法
    2.4 构建子流域栅格计算任务DAG
    2.5 本章小结
第3章 基于任务高度的动态优先级队列调度管理
    3.1 传统基于DAG模型的任务调度算法
    3.2 基于任务高度动态调整任务优先级的DAG调度
        3.2.1 任务优先级的确定和资源分配策略
        3.2.2 任务优先级的确定
        3.2.3 自适应资源的分配
        3.2.4 自适应资源分配DAG调度性能评估方法
    3.3 实验仿真与结果分析
        3.3.1 数据的搜集与处理
        3.3.2 实验结果
    3.4 本章小结
第4章 基于PBS计算资源管理的大规模分布式水文模拟
    4.1 大规模分布式水文模拟的计算资源管理需求
    4.2 PBS资源管理器功能描述
    4.3 结合PBS进行任务调度的实现方法
    4.4 实验仿真与结果分析
        4.4.1 数据的搜集与处理
        4.4.2 实验结果分析
    4.5 本章小结
第5章 基于Swift工作流的超大规模分布式水文模拟
    5.1 超大规模分布式计算的难点
    5.2 Swift工作流功能特点
    5.3 Swift工作流任务驱动原理
    5.4 Swift工作流任务驱动方法实现
    5.5 实验仿真与结果分析
        5.5.1 实验区选取和相关数据说明
        5.5.2 实验结果分析
    5.6 本章小结
第6章 工作总结与研究展望
    6.1 全文总结
    6.2 创新点
    6.3 研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3770871