分布式流体系结构及其编程模型与资源管理

利用互联网资源提供大数据计算服务面临着资源异构性、动态性与通信长延迟等方面的挑战,现有分布式计算模型仍存在一些不足。运用流计算模型提出分布式流体系结构,包括分布式流编程模型与资源管理等,能够高效支持多种并行执行模式。在10个CPU-GPU异构结点上实现了原型系统,仿真实验验证了7个不同的测试用例。实验结果表明,与本地串行计算相比,分布式流体系结构可以平均提高39倍计算性能,具有较大的应用潜力。     

三维造型库的设计与实现

分布式虚拟环境中的三维造型和纹理资源通常都是分散存储的,此种存储方式占用空间大,管理困难.提出了在分布式虚拟环境中建立造型库,集中管理造型资源的方法.设计和开发了造型库管理软件.解决了三维造型的分散式管理体制所引发的存储资源浪费、造型一致性冲突、造型管理困难等诸多弊端.     

软件集群路由器体系结构的研究

分析了集群路由器的研究现状,而后提出了软件集群路由器的两个参考模型:SCR-RM(software-based cluster router reference model)和PCR-RM(parallel cluster routing reference model),给出两个参考模型的具体描述。这两个参考模型将为集群路由器的后续研究提供参照系统、实验系统和IP流处理场景。     

计算存储融合：从高性能计算到大数据

随着军事信息化建设,物联网广泛应用于战场感知、智能控制等军事领域,产生了海量的半结构化、非结构化的数据,受到I/O性能尤其是网络传输、硬盘读写的限制,传统的计算系统难以满足海量数据处理的应用需求。因此,提出了一种计算存储融合方法,通过扩展Linux内核,将集群内所有节点上的内存、处理器等计算存储资源在系统空间映射成一个统一的资源池,实现了单一进程空间和单一内存空间,并在内存空间内建立一个分布式内存文件系统。计算时可将数据完全加载到内存中,计算过程中仅与内存文件系统交互,避免了硬盘读写对系统性能的影响;另外,通过进程迁移,避免了节点之间的大量数据传输。实验结果表明,该方法对数据密集型计算是有效的,能够大幅提升系统的计算性能。     

面向SPR的异构路由器聚合交换技术

互联网的快速发展使得传统的POP组网方式面临巨大的挑战,部署SPR(Single POP Router)路由器被认为是解决问题的有效手段。提出了异构路由器的聚合交换技术,可以将POP中的多个异构路由器以集群的方式实现一个规模更大的SPR路由器,具有降低组网成本、保护现有投资、简化网络管理、提高交换效率等优点。给出了聚合交换技术中需要重点研究的几个关键问题以及研究思路。     

基于组件技术的分布式潜艇作战仿真系统

提出采用JavaEE/EJB组件技术开发分布式潜艇作战仿真系统,根据潜艇作战机理,建立了分布式潜艇作战仿真模型体系结构,设计了分布式潜艇作战仿真系统的软件架构,分析了系统开发过程中采用的技术协议,并研究了基于组件技术的分布式潜艇作战仿真系统实现方法。     

基于分布式转发交换的并行路由器关键技术研究

随着Internet链路速率和IP前缀数目的不断增长,对路由器的转发和交换能力提出了更高的要求.提出一种基于分布式转发交换的并行路由器体系结构,采用多个低速的能够独立转发和交换报文的功能部件构成多级流水线,以流水的方式执行报文转发和交换.对该结构实现关键技术--基于子树映射的IP流水查找机制进行了深入的研究,提出了相应的解决方案,并指出了下一步的研究方向和思路.     

全球信息网格节点移动性及路由特性

全球信息网格和因特网的一个主要差别表现在节点移动性及路由特性上,深入研究全球信息罔格节点移动性及路由特性是完善信息网格体系结构的基础.首先,给出了基于节点移动性的动态拓扑对全球信息网格BGP的影响分析.其中重点分析了其影响的两个层次:路由器层次拓扑连接图和AS层次拓扑连接图;然后简单分析了节点移动性对路由安全的影响;最后,在前面分析的基础上深入研究了全球信息网格的路由特性.     

基于单体视觉投影的集群控制策略

与常见的无人系统集群需要进行预先规划和控制机制不同,生物集群采用分布式和反应式架构,具备完成复杂任务的强大智能能力。受生物集群系统启发,设想无人系统集群中的个体能够对所遇到的环境进行独立反应,并展现出集群协同行为。针对这一设想,提出基于单体视觉膜投影模型的集群控制方法,并对其进行理论分析和推导,实现了群体内自组织集群控制;通过观察和计算运动过程中群体的稳定性、一致性、协调性等相关指标,探究所提出自组织模型对不同类型任务的适应性。此外,针对群体遭遇外来攻击的情形,设计了合理的群体避障机制,使得集群能够实现紧急安全避障,从而提高集群面临突发情况时的应对能力。     

网络中心战中基于MAS的分布式辅助决策研究

在海上网络中心战环境下,提出了基于MAS(Multi-Agent Systems)的分布式辅助决策方法。首先建立了基于MAS的体系结构,然后对体系结构下的效能评估进行了研究,并采用合同网协议对武器目标分配的流程进行了研究。仿真实验表明了此框架下的效能评估和武器目标分配是有效可行的。     

ATS: 一种基于通告时间戳的BGP收敛性改进机制

研究BGP收敛性改进问题,考虑网络运行状况,提出一种新的机制,称为通告时间戳机制ATS(advertisement time stamp)。在该机制中,BGP路由器在向对等体发送路由通告报文时,将相应的路由前缀打上时间戳。当通告报文准备好时,通过查看相应前缀的时间戳来判断报文是否可以立即发送还是应该等待。该机制充分融合了每对等体每目的网络速率限制定时器和每对等体速率限制定时器各自的优点,克服各自缺点。分析表明,该机制可以较大地减少Tup、Tlong及Tshort事件的收敛延迟。     

一种基于层次位线缓冲的异步片上路由器

片上缓存资源是片上路由器的重要组成部分,其结构好坏直接关系到片上互联网络的实现复杂度、整体性能及功耗开销。鉴于异步电路的握手工作方式,异步路由器一般采用基于移位寄存器的异步FIFO(First In First Out)实现片上缓冲,这种结构导致了报文传输延迟及数据翻转次数增加。提出一种基于层次位线缓冲的异步FIFO结构,设计实现了一种新的异步路由器结构。相对于传统异步路由器,新的异步路由器能够有效降低路由器设计的硬件复杂度,减少数据的冗余翻转,降低功耗。实验结果表明在相同配置的情况下,新异步路由器面积降低了39.3%;当异步FIFO深度为8的时候,新异步路由器能够获得41.1%的功耗降低。     

一种适于片上路由器的自适应缓冲调整策略

在典型的片上网络路由节点中,来自不同方向的报文被存储在相互独立的缓冲资源中。在网络负载不均衡的情况下,某些方向的报文将很快填满该方向的缓冲,而其他方向仍可能有较多的缓冲资源处于空闲状态,这样就导致了网络中的缓冲资源利用率不高,进而影响片上网络的整体性能。提出了一种自适应的片上缓冲调整策略,能够根据网络负载情况动态调节缓冲结构,有效地提高了缓冲资源的利用率。在90nmCMOS工艺下设计实现了多端口共享缓冲资源的片上网络路由器,实验结果表明,在负载不均衡的网络中,提出的路由器能够带来性能改进及功耗降低;在达到相同性能的情况下,新路由器的面积较典型路由器减少了20.3%,而其缓冲功耗节约了41%左右。     

LS-DSP路由器的低功耗设计

LS-DSP是用于航天图像处理的数字信号处理器,内部的协处理器由处理元PE阵列构成。路由器则是实现PE阵列网格互连的专用部件,也是操作最频繁的部件。如何降低处理器功耗,提高算法的执行效率是一个非常重要的研究课题。针对LS-DSP路由器的电路进行门控时钟的低功耗设计改进,并以算法为例进行了控制、执行过程功耗分析和比较。实验结果表明,改进结构的路由器降低功耗76%。     

基于访问特征负载预测的负载均衡算法

为了提高web集群负载均衡的效果，结合web服务用户访问静动态内容的特征，提出了一种基于访问特征负载预测的负载均衡算法。首先建立网络带宽负载和CPU、内存综合性能负载的小波包一支持向量机回归混合预测模型；然后根据用户请求的类型，结合负载预测的结果对任务进行分配和调度。仿真结果表明：与传统的基于负载预测的负载均衡算法相比，基于访问特征负载预测的负载均衡算法能达到更好的负载均衡效果，从而有效提高web集群的整体性能。     

基于ForCES体系结构的IPv6路由器的研究与实现

分析了开放网络体系结构研究现状,并在ForCES体系框架下提出一个OpenRouter路由器结构模型,该模型由四个逻辑层次组成,三个标准的API对路由器进行功能模块化分离,使标准模块化路由器实现成为可能。在此基础上,重点介绍了遵从OpenRouter结构模型的IPv6路由器系统的实现及关键技术。     

一种面向应用的NOC缓冲区分配算法

片上互连网络是片上通信问题的有效解决方案,但其存在严重的资源限制.输入缓冲区占据片上网络总面积的显著部分,同时其容量大小对不同应用映射后获得的性能有重要影响.给出一种面向应用数据负载的NOC缓冲区分配算法,针对不同的应用映射,该算法可以根据数据流量分布特征实现各个路由器输入通道上缓冲区资源的定制分配.实验结果表明,使用该算法后,系统缓冲区资源得到了更有效的利用.与均匀分配缓冲区的NOC系统相比,采用该算法实现的缓冲区分配方案使系统在保持性能变化不大的情况下,能够节省约50%的缓冲区总容量.     

多媒体传感器网络中基于ACO的QoS路由协议

针对目前无线多媒体传感器网络QoS路由协议算法复杂、能耗较大等缺点,提出将蚁群优化算法用于改进无线多媒体传感器网络的路由选择.首先,抽象出多媒体传感器网络QoS 路由模型,进而,利用蚁群算法设计了一个运用带网络约束条件的权值去更新信息素浓度增量的路由算法--AntWMSN算法,AntWMSN算法利用正向蚂蚁F_(ant)收集链路带宽、时延、丢包率等参数,结合精华蚂蚁系统更新本地节点的网络状态模型以及每个访问过的节点上的信息素,从而找到满足多约束QoS条件下的最佳路由.仿真结果表明,该算法具有分布式全局优化网络路由选择的特性,比传统的QoS路由协议具有更好的收敛性,并且在满足网络对QoS参数需求的前提下,有效地提高了网络的生命周期.