航空电子限时令牌太赫兹互连的实时性能分析

在航空电子设备内部采用太赫兹通信技术实现cm级的板间或芯片互连可以减少引脚和接插件，缩小电子设备的体积，并降低维护成本。针对采用全向天线收发和开关键控（OOK）调制的近距离太赫兹通信网络，通过考虑分子吸收噪声和损耗的点到点通信链路分析，给出太赫兹信道容量计算结果；结合节点间的限时令牌多路访问协议，依据信道容量采用服务曲线模型进行最坏情况下总流量分析（TFA）和隔离流量分析（SFA）；充分考虑概率保证下应用层通信任务的突发度，得到限时令牌太赫兹互连的实时性能分析方法。案例研究表明：相较于时分多址（TDMA）方式，基于限时令牌协议的无冲突多路访问机制可以适应物理层容量和应用层负载的随机变化，保证了更小的延迟，有利于实现航空电子芯片间和板间的太赫兹互连组网和实时通信。     

面向条件受限环境的动态可重构异构计算平台

在体积、功耗等条件和资源受限的场景下，承载异构计算资源的嵌入式计算设备之间如何实现异构资源的接入和自适应协同管理，进一步联合形成具有足够规模“算力”的智能空间“云”计算平台，是实现平台“算力”的跨越提升、实现更多功能、更优性能和更高智慧应用的关键.本文提出了一种任务驱动的嵌入式可重构异构计算平台，通过集群构建的方式，对多个分布式的、承载各种不同异构计算资源的嵌入式计算板卡统一调度管理；利用容器化技术，构建任务驱动的、可重构的任务执行的虚拟计算环境；开发了基于B/S模式的平台可视化用户界面，实现了用户对平台的随遇接入和全网资源可见.本文提出的嵌入式计算平台能够提供高可用的任务接入、任务下发与任务执行；实现了异构计算资源的自组织协同和统一化管理；基于容器化的任务执行方式细化了资源管理粒度，在不损失计算能力的前提下提高了资源利用率和任务并发度.本文提出的嵌入式动态可重构计算平台解决方案是对未来嵌入式“云”计算平台架构研究设计的有益探索.     

基于分布式平台的FDTD并行算法

基于分布式平台开展一种新的时域有限差分（FDTD）并行算法研究,该算法基于VC++、CUDA5.0平台开发,调用Intel MPI 4.1.0库进行测试,在上海交通大学高性能计算中心图形处理单元（GPU）集群、上海超级计算机中心的“魔方”商用超级计算机以及国家超级计算济南中心的“神威蓝光”国产超级计算机等平台开展软件调试。通过对纯CPU、GPU以及CPU和GPU的混合测试,线程调度水平、核心函数处理速度得到明显提升,同时减少了通信执行时间比例,提高了加速比和并行效率,最后以2×2微带阵列为验证模型进行拓扑优化测试,结果证明该算法准确、有效。      

仿真网格下的节点选择

仿真网格是一个将网格技术和建模与仿真技术相结合的网络化仿真平台,节点选择是提高仿真网格下仿真执行性能的重要手段.根据仿真网格下资源异构性的特点,提出一套形式化的节点性能评价标准,以此标准为依据建立节点选择的数学模型,并给出选择最优节点集合的节点选择算法.算法实验表明,该算法以节点的计算能力为优先考虑,同时顾及节点之间的通信性能,并能够回避通信性能参差不齐时好的通信性能掩盖住差的通信性能的情况,能够起到提高仿真执行效率目的.     

一种机群上的处理器虚拟化方法

为了使操作系统能够透明地利用机群中多个服务器的处理器资源,提出了分布式虚拟机监控器中的处理器资源虚拟化方案:即在每个服务器内部提供一定量的虚拟处理器的基础上,通过在服务器之间协作情况下的指令模拟,保证各个虚拟处理器的正常运转,并实现各个虚拟处理器对客户操作系统的位置透明性,从而使得客户操作系统和应用程序可以使用底层多个服务器的处理能力.     

基于发布订阅的进程间通信设计与实现

航天器的每一种行为都需要多种信息的综合，这使得有效传递传感器数据成为关键问题.机器人操作系统(ROS)将基于主题的发布订阅作为内部的一种通信机制，解决消息的传递问题.由于ROS使用C++编写，无法直接应用在嵌入式平台中.本文利用C语言实现了ROS中基于发布订阅的通信机制，将信息的传递过程虚拟化成很多节点，每个节点可以选择自己感兴趣的话题成为发布端或者订阅端.发布端/订阅端并不需要知道其他节点的信息，实现功能解耦.目前，该方法在Windows平台上进行了单机和多机间的测试，通信效果良好，完成了进程间数据的传递.     

基于DSM的并行程序性能分析与性能可视化

针对具有共享存贮的分布式可扩展机群系统的结构及实现特点,通过实验的方法,对共享存贮器访问, 进程调度, 和同步开销等性能参数进行了特征化.对并行应用程序中影响性能的几个主要因素进行了分析,并给出了运用性能数据及系统性能参数对程序和系统的性能进行分析的方法. 将此方法运用于系统行为与性能的可视化,实现了一个基于分布式共乡存贮环境的并行应用程序的性能可视化工具,实时显示和后处理分析并行程序的行为和性能.     

基于CUDA的超声二维声场EFIT仿真

随着图形处理器（GPU）的快速发展,基于计算设备统一构架（CUDA）可以方便地将并行计算技术应用于超声声场数值仿真计算,极大地提升计算效率。阐述了弹性动力学有限积分算法（EFIT）的原理,在采用CPU实现带吸收边界的钢材料二维点源激励声场仿真的基础上,基于GPU实现了仿真模型的并行计算,介绍了GPU程序的设计流程和参数优化方法,包括纹理内存使用、吸收边界优化和数据传输优化。对比了相同条件下CPU和GPU仿真计算的耗时和平均计算效率,定量分析了GPU对于EFIT模型效率的提升。比对结果表明,EFIT具有良好的并行计算条件,采用并行计算方法能够有效提升模型计算速度,对于复杂声场仿真应用具有广阔的应用前景。      

基于信息素决策的无人机集群协同搜索算法

针对无人机(UAV)集群在未知环境中无先验信息条件下的搜索问题，提出了一种以信息素为决策机制的无人机集群协同搜索算法。首先，考虑无人机通信约束，建立了有外部节点的星型网络通信和无外部节点的自组织网络通信2种形式的搜索模型。其次，通过环境地图向信息素地图映射的方法建立任务环境模型。将任务过程分为3个阶段，在搜索阶段，无人机通过不断地移动实现本机信息素地图的更新；在通信阶段，通过通信网络实现多机信息素地图的融合；在决策阶段，根据局部信息和全局信息做出决策，并将栅格信息素浓度作为决策函数来引导无人机的位置更新。基于信息素地图覆盖率来定量描述搜索效果。最后，仿真结果表明，所提算法能够对区域进行覆盖搜索，表现为搜索效率高、抗毁性强、受集群的初始位置影响小。      

基于地面分布式数据中心的天地一体化网络

天地一体化网络通常具有覆盖范围广、数据传输量大等特点。现有的一体化网络研究侧重于网络间传输协议,以及如何有效管理网络资源等。但考虑到当前卫星网络数据处理能力相对较差,而地面网络发展已非常成熟,因此将一体化网络与数据中心网络融合,把数据中心网分布式地接入骨干光网络中,卫星作为网络的传输节点与地面分布式数据中心网络构成统一整体;以中国电信骨干网为基础,针对一体化网络的内部传输代价和外部请求代价等多种因素,进行折中,使用整数线性规划得到网络的最优化部署。所提出的网络架构能很好地满足一体化网络的要求,提供了一种具有竞争力的信息平台设计架构。     

Using parallel computing for the display and simulation of the space debris environment

Parallelism is becoming the leading paradigm in today’s computer architectures. In order to take full advantage of this development, new algorithms have to be specifically designed for parallel execution while many old ones have to be upgraded accordingly. One field in which parallel computing has been firmly established for many years is computer graphics. Calculating and displaying three-dimensional computer generated imagery in real time requires complex numerical operations to be performed at high speed on a large number of objects. Since most of these objects can be processed independently, parallel computing is applicable in this field. Modern graphics processing units (GPUs) have become capable of performing millions of matrix and vector operations per second on multiple objects simultaneously.     

基于动态负载平衡的sort-first绘制集群

对图形绘制集群中节点间负载不均衡问题提出了基于延期着色绘制的sort-first图形绘制集群.分析了延期着色中可见性检测、全局光照着色、局部光照着色3类算法的计算原理,用于预测不同阶段的绘制负载;将负载预测算法转换为场景绘制中的片段着色算法;借助图形处理器的并行处理能力,通过集中式的预着色计算,获得了屏幕空间内逐像素的绘制负载分布;基于预测的绘制负载分布,分配图形绘制集群中各个节点的绘制任务.根据实验结果,该系统可以实时预测并剖分绘制负载,精确的负载预测使系统获得高速、稳定的图形绘制性能.     

基于云计算的航天器控制系统自组织体系结构

针对目前航天器控制系统中计算单元冗余备份过多但系统动态效能不足的问题,提出一种航天器控制系统自组织体系结构,通过高速对等网络将系统建立在云计算的基础上,取消单节点的冗余备份,以系统整体能力为单个节点做备份,当出现节点故障时动态迁移其程序和数据到其他正常节点以继续其功能,从而实现系统在故障时计算体系的动态聚合重构.     

NGG中异构数据的集成与协同工作

在国家地质调查应用网格环境中,数据集成除了实现异构数据源中数据检索,还应满足异构数据管理系统之间数据约束关系维护与协同工作的需求.针对这一需求,提出一种基于面向服务的体系结构(SOA,Service Oriented Architecture)的数据集成机制.将虚拟化的局部数据信息与全局统一的抽象数据视图相结合,形成层次化数据信息组织模型;通过该模型,维护异构数据之间的约束依赖关系,利用数据管理系统触发器与网络服务,满足数据管理系统的协同工作需求.基于研究成果的数据集成中间件NGG-DBMs(National Geology Grid-Data Base Management system)系统平稳运行于国家地质调查应用网格环境中.