遥操作机器人客户端仿真系统的设计与实现

该文面向空间机器人遥操作,应用三维预测仿真和遥传感器反馈监控技术,建构了遥操作机器人的客户端仿真系统.实现了简单的柔顺力控制操作的仿真.操作员通过仿真系统面向的虚拟环境离线编程,实现对遥操作任务的预演.同时基于遥传感器反馈信息的识别,实现了对远端任务执行进程的监控和状态流图显示.在模拟的大时延情况下,操作员能够在客户端通过局域网控制实验室中的机器人完成精密插孔装配等任务.为进行大时延遥操作提供了算法实验平台.     

无线传感器网络基于连通性的平面化算法

构建平面拓扑结构是无线传感器网络中一个重要的问题,它是设计许多高效网络协议的基础。传感器网络中许多重要的协议和应用都依赖于平面拓扑结构,比如著名的地理路由协议GPSR、GOAFR等。目前的平面化技术往往都需要网络中节点具有精确的位置测量信息。精确的位置或测距信息在资源受限的传感器网络中往往很难得到,因此基于位置的平面化技术的可应用性受到了很大的限制。设计有效的位置无关的平面化算法成为目前平面化技术研究面临的重要问题。本文提出了一种新的位置无关的分布式平面化算法。该方法仅基于网络的通讯连接关系信息,且运行复杂度低,便于分布式执行。本文通过证明确保所构建拓扑的平面性,并通过仿真实验验证了算法在随机生成网络中的有效性。     

一种基于气泡流控的改进多播路由算法

多播通信在片上多核系统中占据很重要的地位,并会对多核系统上并行应用程序的性能产生很大影响。现有的多播路由算法大多存在资源利用不均衡的不足,从而导致片上缓存资源的利用率较低。提出一种新的基于气泡流控的多播路由算法,该方法充分利用了片上网络的缓存资源,并通过向网络注入气泡避免了死锁现象的产生。实验表明,该方法可以有效提高片上网络中多播通信的性能,在合成负载下,该方法相对于均衡自适应多播路由算法可以实现18.1%的网络平均时延的降低以及16.7%的网络饱和吞吐量的增加。     

Paleyfly:一种可扩展的高速互连网络拓扑结构

高速互连网络是高性能计算系统的重要组成部分.随着网络规模需求的扩大,如何搭建更大规模的网络是高速互连网络拓扑结构设计的关键.因此,提出一种新型层次化的拓扑结构Paleyfly (PF),其结合了Paley图强正则的特性和Random Regular(RR)图支持任意规模大小的特点.相比其他新型高速互连网络拓扑结构,Paleyfly能够有效解决在路由芯片端口数受限的背景下,Dragonfly (DF)可扩展性受限、Fat tree(Ft)物理成本高、RR结构物理布局难、路由表规模大等问题.同时,根据强正则属性在路由策略上负载均衡的优势,提出了4种路由策略来解决网络的拥塞问题.最后,通过模拟器实验比较分析PF结构与其他拓扑结构及PF结构不同路由策略的性能,验证了PF结构在不同规模以及不同通信模式配置下网络延迟优于RR结构.     

基于SDN架构的高性能网络拥塞避免策略

拥塞管理是高性能网络领域的重要研究方向,网络拥塞会对网络的全局性能产生较大影响。现有的拥塞管理多采用分布式拥塞避免策略,能够在一定程度上解决网络的拥塞问题,但其处理过程基于局部信息,不能充分利用网络资源,处理效率偏低。近期,人们提出软件定义网络(SDN)架构,该架构采用集中控制器和多层网络技术,能够较好地获取网络的全局信息。在原有工作的基础上提出了一种基于SDN架构的全局拥塞避免策略OSCP,该策略在拥塞信息获取和控制信息的传输上,改进了原有的解决方案,并结合自适应传输进行网络路由。实验结果表明,该策略可以较好地避免和解决网络中存在的拥塞问题,降低网络延迟并提高饱和吞吐率。     

一种新的基于预约的拥塞避免机制

由于高速互连网络上的负载不均衡,一些网络结点成为了热点,可能导致部分结点或是链路拥塞,这会极大地降低互连网络的性能。现有的基于预约的拥塞避免技术SRP可以进行主动的拥塞避免,极大地缓解了由于热点问题所带来的负面效应。但是,在热点模式下,其它非热点结点的路由器资源绝大多数处于空闲状态,为了进一步充分利用互连网络的资源,提升互连网络性能,提出了一种基于SRP改进的中间结点缓存技术IRP。IRP可以根据不同的拓扑,例如胖树,有效地利用热点的邻居结点的路由器资源,先利用胖树拓扑的多路径将报文发送给空闲路由器,一旦目的结点路由器可利用,则将缓存报文发送给目的结点,降低互连网络的延迟。     

一种多级无缓存高阶路由器的设计与实现

随着高性能网络规模的增加,高阶路由器结构设计成为高性能计算研究的重点和热点。使用高阶路由器,网络能实现更低的报文传输延迟、网络功耗和网络构建成本,同时高阶路由器的应用还可以提高网络可靠性。高性能路由器的阶数不断提高,仅靠扩展单级crossbar交换结构的阶数使路由器内部的连线资源急速增长,交叉开关的实现代价将不可接受,这就需要为高阶路由器设计新型的交换结构。近十年来,出现了以YARC为代表的经典结构化设计以及"network within a network"等新型设计方法,未来的研究重点是解决高阶路由器结构设计中遇到的缓存、仲裁和扩展性等各种问题。鉴于此,实现了一种多级无缓存高阶路由器,这种高阶路由器内部是一个多级Clos网络,每一级有相应的仲裁模块对请求进行调度,数据包缓存在输入/输出端口实现,除去这些缓冲区单元,该网络是无缓存的。最后通过BookSim模拟器进行了大量的性能测试,所设计的路由器能够正常工作,性能良好。     

一种新型混合互连网络拓扑结构的分析与优化

随着高性能互连网络规模的增大,如何通过互连网络拓扑结构的设计来提升系统的性能和降低物理开销成为了系统设计的关键之一。传统的拓扑结构(可分为直接网络和间接网络)在网络规模增加时,不能很好地折衷网络性能和物理开销的关系。2012年Roberto P等人提出一种新型混合的拓扑结构,结合了直接网络和间接网络的特点,有效考虑了物理开销和网络性能的折衷。在此基础上,将新型混合拓扑每一维上的唯一的一个间接网络优化为多个间接网络,经过理论分析和实验模拟新型混合拓扑结构优化后的混合拓扑结构以及较常用的传统拓扑结构,优化后的混合拓扑结构能够在提升网络性能的同时降低物理开销。     

SuperStar:一种可扩展高阶互连拓扑结构

随着高速信号传输技术和VLSI技术的发展,使用高阶路由器来应对因高性能计算机峰值性能不断攀升给高性能互连网络带来的新挑战已是发展需求;同时,如何利用高阶特性减少互连网络延迟和成本开销,以支持更大的网络规模是设计高性能互连网络拓扑结构的关键和突破点。针对目前基于高阶路由器的典型拓扑结构进行了分析,并在此基础上提出一个新的高阶拓扑架构SuperStar,其不仅具有较短的网络直径而且具有良好的可扩展性;通过在一个基于OMNeT++平台自主开发的高阶互连网络性能测评模拟器上设定不同的通信负载,测评各种拓扑结构在通信系统下实际的网络延迟和吞吐率的走势,以分析SuperStar的通信开销。