TMR计算机系统分布与容错工作方式间的切换

ＦＴ－ＨＩＴ是我们自行研制的三模冗余航天容错计算机。系统采用硬件三模冗余结构和主要由软件实现容错的冗余管理模式，具有容错计算和分布处理两种工作方式，保证了航天容错计算机的高可靠性和强大的处理能力。本文主要论述其容错和分布两种工作方式间的切换机理并给出具体的实现算法，算法对于一     

一种硬件监视的关键数据管理算法

为了提高三模冗余容错计算机的故障恢复效率,缩短故障恢复时间,提出并设计实现了一种基于硬件监视的关键数据链表式管理恢复算法,克服了传统容错计算机在故障恢复方面的缺陷.利用系统运行过程中CPU的空闲时间与串行数据交换通道,在不中断系统工作的情况下,对三模冗余容错计算机进行无缝恢复,保证了系统在故障恢复时工作的连续性,同时给出了系统的具体恢复过程和测试结果.实验结果验证了该方法的可行性和可靠性.     

采用NOP协议实现三模冗余系统的形式化验证

对于安全关键系统容错是其实现安全性的重要手段,为最小化冗余单元之间的关联性,通常采用分布式冗余系统,典型的是三模冗余系统。为了在分布式环境下,实现基于三模冗余机制的容错系统,提出了一种可靠的广播协议-NOP（Node Order Protocol）,它采用预定义的节点顺序解决共享介质冲突,并且在单一故障模式假设下,实现了有序的、可靠的消息传输服务,并采用基于模型检测的形式化方法进行了容错系统安全性的验证。验证结果显示基于NOP协议构建的三模冗余系统,在单一任意故障模式下,能够正确地进行故障的检测和诊断,并保证所有正常节点保持一致状态,从而保证单一故障节点被掩蔽,实现单一故障的容错能力。     

面向容错计算机的仲裁系统的设计与实现*

为了解决传统仲裁机制故障覆盖率和故障诊断成功率低的问题,针对容错计算机,提出了一种基于仲裁处理器的仲裁机制,并设计了仲裁系统和仲裁算法.其中仲裁处理器使用三模冗余系统和芯片级的容错设计技术,仲裁算法采用分级方式,同时采用自检测和心跳监测相结合的故障监测机制,有效地解决了单点故障和检测成功率低的问题.最后通过故障注入方式验证了仲裁系统的可用性.     

具备重构能力的三模冗余器载计算机研究

器载计算机是航天器电气系统的重要组成部分,需要冗余技术来满足其高可靠性运行要求。为了保证航天器上计算机在出现异常故障时仍能正常工作,对传统三模容错结构、具有降级功能的三模容余结构的体系结构、算法原理、关键技术等内容进行了研究。综合使用多种检测机制确保可靠锁定故障机,基于故障机无法修复时再逐步降级使用的策略,以正常工作的当班机为基础,通过故障机在每个流程的开始读取刷新后的当班机指针和重要状态参数并在流程的结束向当班机发送同步请求的方式,提出了一种具备重构能力的三模冗余器载计算机设计方案,设计了三模冗余重构流程,使故障机具备自修复的能力。实践表明,该重构方法能有效地提高器载计算机系统的可靠性,对高可靠器载计算机设计与实现具有较好的工程参考意义。     

TMR计算机系统FT-HIT的冗余管理技术

ＦＴ－ＨＩＴ是自行研制的３模冗余（ＴＭＲ）航天容错计算机系统，系统通过硬件冗余和主要由软件实现容错的冗余管理模式实现系统的容错性能。其冗余管理主要包括：故障检测、故障屏蔽、故障隔离、系统重构与故障恢复等功能     

分布式容错系统的任务分配算法

文章提出了分布式容错系统的任务分配算法,该算法考虑了系统任务的周期性、冗余性特点,以处理机负载平衡为目标,通过三步静态分配实现了任务在处理机中的冗余分布,在系统执行过程中的处理机故障,通过冗余任务动态唤醒实现系统重构。     

TMR计算机系统FT—HIT的冗余管理技术

ＴＦ－ＨＩＴ是自行研制的３模冗余航天容错计算机系统，系统通过件冗余和主要由软件现容错的冗余管理模式实现系统的容错性能。其冗余管理主要包括：故障检测，故障并蔽 故障隔离等重构与故障恢复等功能。     

多模冗余可重构计算机可靠性研究

为了以最小代价提高多模可重构计算机的可靠性,需要结合系统体积功耗等因素,对不同计算机体系结构的可靠性进行评估;首先,针对三模冗余、三热一冷以及四模热备这几种不同冗余可重构计算机体系结构,给出了他们的故障状态转移图;其次,运用马尔可夫模型理论,对这些计算机结构进行可靠性建模;第三,根据上述3种系统的可靠性模型,在考虑失效率和维修率两个参数对系统可靠性影响的情况下,对各结构的可靠性指标进行了评价;结果表明,三热一冷的可靠性大于三模冗余,而小于四模热备;但综合考虑系统的可靠度、体积、功耗等因素后,在这几种形式的表决系统中,三热一冷是最优的;同时,设计完善的三模可重构系统可靠度会比一个设计不合理的四模可重构系统要高。     

两种容错方案的比较和可靠性分析

为了提高系统的性能和可靠性,文中描述了计算机控制系统的两种容错方案:系统级三模冗余(TMR)方案和部件级三模冗余(TTMR)方案,给出了两种容错系统的马尔可夫模型,并利用MATLAB工具对描述可靠性的重要参数指标--可靠度进行了比较和分析.得出部件级容错计算机系统的可靠度受故障覆盖率C的影响比系统级容错计算机系统的小,在C相同的情况下,部件级容错计算机系统的可靠度比系统级容错计算机系统的可靠度高,因此部件级容错计算机系统比较易于实现.     

基于卡尔曼过滤的多传感器协作数据重构算法研究

本文针对多传感器系统存在的数据易丢失、易受干扰和易失真等问题,在卡尔曼过滤的基础上结合协同合作方式提出了一种协作数据重构算法。该算法从一阶线性化、二次加权突变平滑和随机统计特征等方面出发建立了适用于多传感器系统的卡尔曼过滤算法,然后基于中继转发信号和自适应感知时间间隙,给出了协作数据重构多传感器系统协同过程控制算法。数学分析和实验结果表明,所提算法与压缩感知重构算法相比在监测数据准确度、均方差、功耗和能耗等方面表现出优势。     

A Functional Sensing Model and a Case Study in Household Electricity Usage Sensing

Sensing is a fundamental process to acquire information in the physical world for computation. Existing models treat a sensing process as an indivisible whole, such that sampling and reconstructing of signals are designed to be highly associated with each other in a unified procedure. These strongly coupled sensing systems are efficient, but usually lack reusability and upgradeability. We propose a functional sensing model called SDR （Sampling-Design-Reconstruction） to decouple a sensing process into two modules： sampling protocol and reconstruction algorithm. The core of this decoupling is a design space, which is a common data structure constructed using functions of the sensing target as prior knowledge, to seamlessly bridge the sampling protocol and reconstruction household electricity usage sensing systems can be successfully algorithm together. We demonstrate that existing types of decoupled by introducing corresponding design spaces.     

一种基于磁盘调度的在线数据重构算法

作为一个完善的卷管理器的设计,在线数据重构机制是必不可少的。数据重构算法既可以以带区为导向,也可以以磁盘为导向。该文在分析了基于带区调度的重构算法后,给出了一种基于磁盘调度的重构算法。实验结果表明,基于磁盘调度的重构算法能更有效地利用系统资源。     

压缩感知和LEACH结合的水下传感器网络信息采集方案

由于水下传感器网络特殊的工作环境,节点能耗是其至关重要的问题。针对这一问题,本文提出一种LEACH和压缩感知相结合的水下传感器网络信息采集方案(CS_LEACH)。根据LEACH协议对网络节点分簇后,簇内节点可以以概率q决定是否参与感知数据,簇内感知到的数据加权叠加后,由簇头传输至Sink节点。在Sink节点,利用压缩感知重构算法进行信息重构,从而得到监测区域的信息图谱。理论分析和仿真结果表明,与传统的LEACH协议相比,CS_LEACH方案在保证重构精度的前提下,大大节约了节点能量,延长了网络生存周期。     

一种基于空间相关性的无线传感器网络MAC协议

在大规模无线传感器网络中传输的监测数据具有较大的空间相关性,数据的传输存在一定冗余.如何有效的减少冗余数据的传输来改善网络性能成为一个重要的研究课题.本文以环状空间相关性模型为基础,从节点的筛选策略研究入手,提出一种能量高效的无线传感器网络MAC协议SEMAC.SEMAC协议采用信号强度优先的节点选择算法和冲突避免机制...     

月面地形重构系统中的并行Delaunay算法设计

三角剖分过程是影响三维重建系统实时性的瓶颈之一,为提高三角剖分速度,基于共享内存多核计算机设计并实现了并行Delaunay算法。该算法在分治三角剖分算法的基础上,通过改进子三角网归并过程及Delaunay三角网优化过程避免了并行计算中的数据竞争问题。利用月面仿真实验场真实地形数据在50万到500万不同规模的点云数据集上进行了实验,加速比最高可达6.44。除此之外,对算法复杂度、加速比以及并行效率进行了全面分析,并将算法实际应用于月面地形重构系统,实现了虚拟地形的快速构建。     

激光三维扫描数据的表面重建

对激光三维扫描系统获得的没有任何附加信息的轮廓线点云数据进行处理，首先采用求最大连通域的方法删除噪声点，利用设定相邻点连线夹角正切阈值的方法精简数据，然后采用基于局部切平面簇的方法对数据点云进行切平面的估算、法向量的调整和计算距离函数，用改进的MC方法输出三维网格，并且应用基于顶点的网格删除算法对三维网格进行简化，在估算切平面的时候采用新的估算原则，提高了重建速度，改善了重建效果，所表述的重建流程，成功地解决了激光扫描系统所得轮廓数据点的表面重建问题。     

用于两相流电容层析成像系统中的图像重建算法

图像重建算法研究和增加投影数据是改善图像重建质量的两个重要方面。由于目前在ECT系统中存在着一种基于奇异值分解（SVD）的图像重建算法,此算法中的奇异值将对应图像重建矩阵中很大的对角线元素,从而导致伪逆很不稳定。因而讨论了改进的基于奇异值分解（MSVD）的图像重建算法,该算法是用改进奇异值分解方法求出图像重建矩阵。仿真及实验结果均表明该算法是一种实时的、重建图像质量优于SVD。     

图象重建技术在并行处理系统中的应用

本文基于一个三维锥形束 CT图象重建算法的实例 ,探讨了图象重建技术在并行处理系统中的应用 .图象重建这类计算问题的数据相关性小 ,很适合并行处理 ,从测试模型的重建结果和计算时间来看 ,达到了预期的结果 .     

基于APM的高级飞控系统设计

设计了一种基于开源飞控APM的高级飞控系统,高级飞控系统包含硬件电路模块和软件算法模块,采用MAVLink协议控制APM无人机,设计了以高级飞控系统控制无人机的一键起飞控制流程、遥控量的控制功能、上传飞行任务到APM飞控功能。移植UCOSIII操作系统,并结合MAVLink协议设计了编队组网架构方法,裁减协议数据流,使之适应组网通信数据量限值,在高级飞控系统上测试基于粒子群算法的无人机集群搜索并规划航线的算法仿真实验,结果表明满足实时性要求和通信要求,将计算出的航点通过协议发送给无人机即可实现对无人机航迹规划,高级飞控系统的功能同样适用于MAVLink协议的其他飞控如PX4飞控,具有较广泛的应用。