面向航天器大数据安全传输的发布/订阅系统设计

针对航天器试验任务过程监控的在轨故障诊断状态检测、健康状态评估与航天器寿命预测等多个环节中,海量试验数据在传输、共享、处理、分析、存储等过程中面临的巨大压力,构建面向航天器多源异构数据管理的分布式大数据发布/订阅系统(big-data publish/subscribe system, BPSS)框架。借助大数据与云平台技术,设计了一套航天器海量在轨试验数据传输、管理与缓存方案,对云节点实现主从调控与弹性扩容,并通过基于消息一致性的动态选举算法完成大规模发布/订阅任务,保证数据传输的安全性、一致性与计算效率,具备大数据订阅响应迅速、多源异构数据高吞吐稳定性、分布式组件部署灵活等优点。实地航天器数管实验结果表明,BPSS数据订阅的平均响应时延为0.05 s/GB,同时在单日吞吐量达到85 GB量级时,数据丢帧率控制在0.025%、数据破损率控制在0.018%,与其他开源的发布/订阅系统相比具备一定竞争力。     

基于可扩展层级架构的异构系统信息交换

联合试验要求构建大规模分布式实时仿真环境。仿真体系结构主要解决模型的互操作、组合和重用,在通信性能和扩展性方面存在不足,难以满足实时性需求。本文提出了一种基于数据分发服务的仿真系统互联架构,利用其优势可以建立高实时性、易扩展的仿真系统。将仿真系统、仿真系统交互信息映射成为数据分发服务(data distribution service, DDS)实体,建立实体间的公布/订阅关系,可实现仿真系统间的信息交换。以数据为中心的公布订阅机制规定“只有属于同一数据空间的公布者和订阅者之间才能建立公布/订阅关系,该机制限制了架构的扩展性。利用Domain桥将两个数据空间相联,通过主题映射实现不同数据空间的信息交互,以提高仿真架构的性能和扩展性。最后,通过两个原型试验发现了映射模型与系统性能的关系,证实了Domain桥的功能和性能。     

基于DDS的像质处理提升仿真系统设计与实现

在分布式图像仿真系统中,各子系统具有很强的异构性,如何通过网络确保子系统间数据传输的可靠性、实时性和互操作性是一个十分棘手的问题。提出使用数据分发服务(data distributed service,DDS)来构建一个分布式的像质处理提升仿真系统,该系统包含系统管控、图像仿真、处理提升、性能评估和可视化5个子系统,通过DDS既能将5个相对独立的子系统纳入到统一的信息网络中,又能实现海量图像数据的实时可靠传输。并将DDS与传统的传输控制协议/因特网互联协议在网络传输性能(传输时延、吞吐率、丢包率)方面做了比较,试验结果表明DDS具有更低的传输时延、丢包率和更高的吞吐率。最后通过DDS实现了像质处理提升仿真系统的功能测试,验证了DDS技术能够有效解决分布式条件下数据实时可靠交互的问题。     

基于局部模型的多更新率切削仿真力觉渲染算法

提出了一种牙科手术虚拟现实模拟训练系统的力觉计算方法。为了保证切削仿真的逼真度、力觉计算的快速性和交互稳定性,提出了基于局部模型的多更新率体系架构的计算方案。仿真系统分解为三个不同计算频率的线程,即切削仿真、力觉伺服和图形显示线程。提出虚拟工具和切削工具的概念,实现交互力计算和牙齿三角片网格模型切削变形的协调;基于虚拟工具和牙齿三角片碰撞检测信息构造局部模型,实现力觉设备控制与切削仿真线程的解耦,降低了对切削仿真线程计算频率的要求;利用多线程技术保证图形显示和力觉显示的数据传输和时间同步。针对局部模型更新时的振荡问题,采用改进的恢复时间方法对局部模型进行插值,增强了仿真系统稳定性。基于力觉交互设备Phantom建立试验平台,开发了牙科手术力觉交互仿真软件,通过试验验证了本文算法的有效性。     

基于进化多目标优化的微服务组合部署与调度策略

面向微服务实例在不同资源中心的组合部署与调度问题,构建微服务组合部署与调度最优化问题模型。以资源服务中心计算及存储资源利用率、负载均衡率和微服务实际使用率等为优化目标,以服务的完备性、资源与存储资源总量和微服务序列总量为约束条件,提出基于进化多目标优化算法（NSGA-Ⅲ,MOEA/D）求解方法,寻求微服务序列在不同资源中心的实例组合部署与调度策略。通过真实数据集实验对比,在全部满足用户服务请求的约束下,该策略比传统微服务组合调度策略的计算、存储资源平均空闲率和微服务实际空闲率要分别低13.21%、5.2%和16.67%。     

多核CPU-GPU异构平台下并行Agent仿真负载均衡方法

多核中央处理器（central processing unit, CPU）图形处理器（graphic processing unit, GPU）异构平台为并行Agent仿真提供了一个新的硬件执行平台,而负载均衡方法是充分利用硬件计算资源、提高并行仿真运行性能的一个有效途径。针对多核CPU-GPU异构平台下并行Agent仿真的负载均衡问题,建立了面向多核CPU-GPU的并行Agent仿真多层负载分配模型,提出了基于带约束的k-means空间聚类算法的并行Agent仿真静态负载划分方法和动态负载均衡策略,并给出了划分子集间的可交互性判定,以过滤掉大量不会发生交互关系的Agent之间的交互判定计算。最后通过实验验证了本文提出方法的有效性。     

边缘计算下基于深度强化学习的车联网任务调度

针对边缘计算下车联网中时延约束型计算任务的卸载执行问题，提出一种基于深度强化学习的任务调度方法。在多边缘服务器场景下，构建软件定义网络辅助的车联网任务卸载系统，给出车辆计算卸载的任务调度模型；根据任务调度的特点，设计一种基于改进指针网络的调度方法，综合考虑任务调度和计算资源分配的复杂性，采用深度强化学习算法对指针网络进行训练；运用训练好的指针网络对车辆卸载任务进行调度。仿真结果表明：在边缘服务器计算资源相同的情况下，该方法在处理时延约束型计算任务的数量方面优于其他方法，有效提高了车联网任务卸载系统的服务能力。     

网格环境下大规模交通仿真及应用研究

网格为大规模的交通仿真提供了高性能的计算资源.在网格环境下大规模仿真从模型的准确性、运算的高效性、系统的可用性等方面都得到了很大的提升.通过对海量流动车辆的GPS历史数据的整合,并结合实时GPS数据估计出大范围的时变OD矩阵.通过Web Service的应用使仿真成为一种互联网上的服务.通过并行计算使得后台的仿真计算能力得到了提升.     

面向SaaS的LVC仿真试验中间件设计研究

真实-虚拟-构造(Live-Virtual-Constructive,LVC)仿真技术为装备试验提供了全新的技术手段.针对LVC体系试验中异构仿真资源对象数量多、交互复杂导致无法满足武器体系快速响应的试验任务需求,以训练使能体系架构为基础,按照远程方法调用为主的模式对中间件、应用模型框架进行改造.设计LVC仿真中间件的...     

分布式虚拟地形场景仿真研究

随着分布式虚拟GIS在仿真和军事中的应用需求，大范围，海量地形数据在网络环境下实时绘制技术成为GIS研究的重点之一。主要探讨了大范围、海量地形数据在网络环境下的分布式数据组织，基于服务器和客户端多级地形LOD模型的三维地形场景的实时交互绘制方法，最后通过实验系统对上述方法进行了验证，实验表明采用该方法建立的分布式虚拟地形场景，能有效减少网络传输的数据量，并且符合人对地形场景的观察习惯。     

空间操作任务的分布式仿真系统

针对非合作目标抓捕、在轨维护、空间装配等复杂空间操作任务的地面验证需求,构建一套分布式仿真系统,主要由后台仿真模型、前端视景演示系统和前端主控制器组成。为实现不同建模工具或编程语言之间的多学科模型耦合与交互,引入FMI(functional mock-up interface)标准进行系统集成,提高了系统的模块化程度、通用性与可移植性。为充分利用计算资源、提高仿真效率,分布式部署仿真子系统与模块,利用DDS(data distribution service)通信机制实现高效、可靠的数据交互。双臂空间机器人抓捕非合作目标的演示案例表明,该仿真系统能够高保真模拟从远距离导引到近距离操作的全过程,满足实时仿真的要求。     

普适化仿真网格中仿真服务迁移技术的研究

为了满足普适化仿真网格中节约网络带宽、资源配置优化和负载平衡、支持离线服务的应用需求,研究提出了基于移动Agent和上下文感知技术的仿真服务迁移机制.在实现上,定义了仿真服务迁移代理及其内部模块组成,设计了与外部环境进行交互的三类接口,设计了仿真服务和客户端与迁移相关的通用接口,实现了对仿真服务迁移全生命周期的管理;提出了一种基于上下文感知的仿真服务迁移策略.最后,给出了普适化仿真网格中仿真服务迁移的具体实现.     

可视化仿真的私有云框架研究

针对云计算与可视化仿真如何结合的问题,提出了一种通用于可视化仿真的私有云框架：由Intranet组成的私有云网络拓扑;由云授权、计算、可视化组成的交互模型;由基础设施层、仿真平台层、可视化仿真应用层组成的开放式平台;由VPN、组播通信、流媒体播放、网络规划组成的详细设计。进一步解决了多租户技术、资源调度、海量数据处理、大规模消息通信、大规模分布式存储等关键技术,设计了具有服务模式的仿真平台层组件,为基于云框架的可视化仿真奠定了技术基础。     

一种基于SOA的自律计算模型与实现方法

通过引入面向服务架构技术,提出一种面向服务的自律计算模型,对自律计算环境的架构和自律单元的设计进行了详细论述,并对计算模型的关键问题——服务装载过程做出改进,解决了服务引用、行为不一致性的问题.实验结果表明,提出的模型使Web服务器节省了平均事务响应时间,提高了平均吞吐量,改进的服务装载过程能增加约10个百分点的服务通过率.服务质量得到有效提高.     

人造卫星的几何定轨与VIS模型设计方法

从可视交互仿真模型设计的角度，本文提出了人造地球卫星的一组几何定轨方法，给出了易于实现的简洁的仿真计算模型，探讨了该模型在计算机三维可视空间中的实现途经。本文最后还特别指出了文中建立的几何定轨算法具有工程实用价值。     

一种用于实时可视化的海量地形数据组织与管理方法

针对海量地形数据实时可视化，提出了一种瓦片金字塔模型和线性四叉树索引相结合的地形数据组织方法，利用视景体裁剪、基于分辨率测试的目标瓦片快速搜索算法和瓦片请求预测机制实现了场景数据的动态管理。实验结果表明，该研究成果能够实现真实感海量地形数据的实时可视化与交互操作。     

三相电压型逆变器的模块化平均模型研究

为克服三相电压型逆变器现有平均模型的局限性,提出并推导一种适合于实现模块化仿真的平均模型.建立开关模型时,分单元建模且各单元之间仅通过独立的电感电流和电容电压相互接口,除基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)外,不施加任何额外约束;建立平均模型等效电路时,通过增加冗余变量和冗余方程,使得模型中保留原始电路中的全部非开关器件,并可实现各相单独计算.与现有模型相比,模型去除了对三相交流波形形状、性质的要求.由于各单元在功能上相互膈离,模型只需按实际电路做局部修改即可用于负载非线性、负载含谐波源等场合.对模型特点的讨论和仿真实例证明了模型的有效性.     

大规模场景下网约车与城市交通拥堵交互影响仿真研究

网约车为居民提供了便捷的出行服务,同时也给城市交通性能带来影响,受影响的城市交通环境又将反作用于网约车运营.为了在大规模场景中探究这种交互影响机制,本文首先基于宏观基本图理论和元胞传输模型建立了同时考虑交通需求时变性,状态相关性和区域边界各项异性的交通动力学模型,将其集成到时间和事件混合驱动的模块化仿真组件中.其次,将考虑接驾半径约束的二部图匹配模型集成到出行模块中.最后,基于仿真结果,通过引入交互项的回归模型分析了出行延误率、网约车车队规模及其交互作用对网约车运营指标的影响机制与边际效应.结果表明,回归模型中各项指标的拟合优度均达到0.97以上.对于道路拥堵,网约车每增加1000辆,道路出行延误率全天平均增加1.59%,高峰期平均增加2.04%.对于网约车,不同的拥堵条件下都存在使网约车达到利润峰值的最佳车队规模,多项指标表明大型车队不利于网约车的运营.此外,在精度方面,仿真结果与真实数据差距较小.在效率方面,与微观仿真相比,仿真计算时间至少节约83.3%.     

基于AGIMM的临近空间机动目标跟踪滤波算法

由于临近空间高超声速目标的机动形式复杂,单一模型很难满足高精度跟踪的需要。因此需要使用基于多种模型进行交叉耦合的交互式多模型算法,这种算法特点与临近空间目标高速、高机动特性相适应。提出了一种自适应网格交互多模型跟踪算法用于临近空间高超声速机动目标的跟踪问题。所提方法能够处理自适应时变模型集合,随时调整当前时刻使用的模型数量,相比于固定结构交互式多模型算法极大减少了计算量,计算效率和跟踪精度更高,数值仿真结果验证了所提算法的有效性。     

基于HTLBO算法的舰载机机群机库维修任务调度

舰载机机库维修能力是制约舰载机机群可用度乃至出动、作战能力的关键要素,为提升舰载机机库维修效率并减轻传统人工制定维修计划的负担,研究了舰载机机群机库维修任务调度方法。首先,系统分析了舰载机机群机库维修任务调度的作业流程模式,基于维修资源约束,面向实际维修任务需求,提出了将舰载机机群波次可用度指标和机库维修人员负载均衡性指标作为分层优化目标,建立了舰载机机群机库维修任务调度模型。其次,将模型抽象为多技能资源受限项目调度问题,提出了基于资源约束推进的串行调度机制,并设计了混合教与学优化算法。最后,通过设计仿真案例和算法对比,验证了模型和算法的可行性与有效性,所提出的混合教与学算法具备更好的收敛速度和优化性能,有一定的工程借鉴意义。