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1. SDN多控制器放置问题研究综述
贾吾财, 吕光宏, 王桂芝, 宋元隆
计算机科学    2020, 47 (7): 206-212.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.200200075
摘要 (null)   PDF (1964KB) (null)  
随着软件定义网络(Software Defined Network,SDN)的迅猛发展,单控制器部署的固有缺陷逐渐显露出来,多控制器部署已成为必然趋势。但由于控制器数量以及放置位置对网络性能具有决定性的影响,且在解决该问题时权衡因素多、计算复杂度高,严重阻碍了SDN在数据中心和广域网的应用。首先阐述了放置问题的本质和通用的求解步骤;其次基于网络模型详述了部署策略的核心构件,即优化目标、搜索算法;然后综合国内外的研究,将部署策略分为静态部署和动态部署两大类,并着重对比了典型策略的优缺点;最后展望未来的研究方向。
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2. 限时点到多点跨数据中心传输的多源树调度算法
庄奕, 杨家海
计算机科学    2020, 47 (7): 213-219.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.200300069
摘要 (null)   PDF (2261KB) (null)  
随着各种云应用的数据规模的增大,越来越多的云服务提供商开始关注跨数据中心的大数据块传输(bulk transfer)。跨数据中心的大数据块传输面临的主要挑战是:如何找到最佳的资源调度算法,在用户指定的时限内,用最少的传输资源将用户的数据传输到指定的地点。文中设计了一种有效的带传输时限(transfer deadlines)的、点到多点(Point-to-MultiPoint,P2MP)的跨数据中心数据传输调度算法MSTB(Multi-Source Tree-Based algorithm)。在多源机制和多播转发树的帮助下,MSTB表现得比现有的最优方法更好。仿真实验结果表明,MSTB可以在保证低传输完成时间和低计算复杂度的同时,增加最高达91%的传输请求接受数,增加最高达54%的有效吞吐量。
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3. 一种基于4Bit编码的深度学习梯度压缩算法
蒋文斌, 符智, 彭晶, 祝简
计算机科学    2020, 47 (7): 220-226.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.200300097
摘要 (null)   PDF (2745KB) (null)  
对梯度数据进行压缩,是一种减少多机间通信开销的有效方法,如MXNet系统中的2Bit方法等。但这类方法存在一个突出的问题,即过高的压缩比会导致精度及收敛速度下降,尤其是对规模较大的深度神经网络模型。针对上述问题,提出了一种新的4Bit梯度压缩策略。该方法采用4个比特位表示一个具体的梯度值(通常为32位的浮点数)。相对于2Bit,该方法能够对梯度值进行更细粒度的近似,从而提高训练结果的准确率和收敛性。进一步地,根据网络模型每一层梯度特性的不同,选择不同的近似阈值,使得压缩后的数值更合理,从而进一步加快模型的收敛速度并提高最终准确率;具体地,兼顾操作的方便性和分布的合理性,根据每层梯度特性的不同,设置3组不同的阈值,以满足不同层梯度差异化特性的需求。实验结果表明,使用多组阈值的4Bit梯度压缩策略虽然在加速方面略逊于2Bit方法,但其准确率更高,实用性更强,能够在保持模型更高精度的前提下减少分布式深度学习系统的通信开销,这对于在资源受限环境下实现性能更好的深度学习模型非常有意义。
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4. 基于遗传算法的混合软件定义网络路由节能算法
张举, 王浩, 罗舒婷, 耿海军, 尹霞
计算机科学    2020, 47 (6): 236-241.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.191000139
摘要 (null)   PDF (1565KB) (null)  
随着软件定义网络(Software Defined Network,SDN)技术的快速发展,互联网必将长期处于传统网络设备和SDN设备共存的混合SDN网络状态。混合SDN网络中的路由节能研究是一项关键的工作。文中提出了一种基于遗传算法的混合软件定义网络路由节能算法(Hybrid Software Defined Network Energy Efficient Routing Algorithm Based on Genetic Algorithm,EEHSDNGA)。文中致力于解决两方面的问题:1)如何在网络中有选择性地将传统网络设备升级为SDN设备;2)如何选择性地关闭链路。对于第一个问题,利用遗传算法进行解决。针对第二个问题,文中提出了链路关键度模型,即根据链路的重要性逐个关闭网络中的链路。实验结果表明,在Abilene网络中,EEHSDNGA的节能比率可达36%;在Geant网络中,EEHSDNGA的节能比率高达42.5%。EEHSDNGA的节能效果远远优于LF,HEATE和EEGAH的节能效果。
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5. 云环境下基于HEDSM的工作流调度策略
孙敏, 陈中雄, 叶侨楠
计算机科学    2020, 47 (6): 252-259.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.190400047
摘要 (null)   PDF (1803KB) (null)  
针对传统算法处理云环境中任务调度时出现的寻优性能差以及寻优方案不能满足用户多样性需求的问题,在考虑任务完成时间、完成成本以及资源闲置率3个优化目标的情况下,文中通过模拟启发式算法调度过程(初始化—适应度评估—任务调度—选择),建构了一种层次评估和动态选择模型(Hierarchy Evaluation and Dynamic Selection Model,HEDSM)。在初始化阶段,利用传统的表调度算法(Heterogeneous Earliest Finish Time,HEFT)对工作流任务模型进行预处理,保证任务具有一定的优先级。在适应度评估阶段,从云用户和云服务提供商两个层次构建不同的方案评估模型来同时满足两方面的需求。在任务调度阶段,设置两步调度:1)设置策略集,对任务进行预调度,保证生成的预调度方案继承各个策略的调度优势;2)设置任务迁移策略,对预调度方案进行处理,以此提升算法的寻优性能。在选择阶段,根据不同的评估模型在方案集中选择合适的调度方案。实验利用WorkflowSim仿真平台,采用科学工作流实例进行实验,将传统的Min-Min,Max-Min,FCFS调度策略以及目前存在的IMax-Min和LWRound_Robin调度策略作为对比算法,从用户多样性需求和策略改进比(Improve Ratio of Strategy,IROS)两个方面评估算法的调度性能。结果证明,所提算法在保证负载均衡的基础上,缩短了完成时间并降低了完成成本,更适用于复杂多变的云环境下的任务调度。
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6. 移动边缘计算中具有能耗优化的任务迁移策略
胡锦天, 王高才, 徐晓桐
计算机科学    2020, 47 (6): 260-265.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.190400074
摘要 (null)   PDF (1981KB) (null)  
随着通信技术的进步,资源受限的移动终端设备已不能满足移动用户在数据处理方面急剧增加的需求。一方面,移动边缘计算可将移动设备上的任务迁移到边缘计算服务器进行处理,从而在一定程度上解决移动设备计算能力不足的问题;另一方面,在任务迁移过程中,如何保持较高的服务性能,同时降低移动终端的能耗,是研究者和移动用户所关心的主题。文中着力于研究以迁移时间收益为约束的数据迁移平均能耗最小化的问题。首先,利用迁移时间收益公式获得移动终端周期性侦测到的边缘计算服务器的迁移速率阈值;然后,构建具有时间收益约束的数据迁移平均能耗最小化的最优停止问题,证明其存在最优停止规则,并求出最优的数据迁移平均能耗;最后,移动终端综合考虑获取的迁移速率阈值以及最优数据迁移平均能耗来选择用于任务迁移的边缘计算服务器,从而实现具有能耗优化的任务迁移策略。在仿真实验中,以平均迁移数据总量、平均迁移时间以及平均数据迁移能耗等性能参数为指标,将所提优化策略与其他迁移策略进行对比。实验结果表明,相对于另外两种对比策略,具有能耗优化的任务迁移策略拥有较短的迁移时间以及较小的平均数据迁移能耗;此外,在有效数据迁移率参数指标上,所提策略也能够达到大约10%~40%的性能提升,获得了较好的迁移性能提升效果。
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7. 广域复杂流体系统中基于无线传感网的数据保存关键技术研究进展
张婕, 梁俊斌, 蒋婵
计算机科学    2020, 47 (5): 242-249.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.190400025
摘要 (null)   PDF (2238KB) (null)  
流体系统包括城市供水管网、天然气供给管网等,是具有经济和社会价值的重要基础设施。它们具有分布地域广、结构复杂、规模庞大、难以检测等特点,在出现泄漏、污染等异常时难以快速发现和准确定位。随着传感器技术、通信技术、微机电技术等的发展,利用无线传感网来对系统进行监测成为研究热点。由于在流体系统中通信困难,数据被监测到后很难实时传送给用户,只能暂时保存在传感器节点(简称节点)上,等待适当的时刻再进行上传。但是,节点具有体积微小、易损坏、存储容量小、通信能力弱、能量有限等特点,如何可靠地存储大量的数据是一个难点问题。目前,已有部分工作对这个问题进行了研究。为了解该领域研究的进展,文中对相关工作进行了细致地分析、对比、归纳和总结,介绍了它们的优缺点,并对未来的研究方向进行了探讨。
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8. 一种基于物理-社交感知和支付激励的D2D多播内容共享策略
富勤学, 敖亮, 杨莲新, 吴岩
计算机科学    2020, 47 (5): 250-259.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.190400143
摘要 (null)   PDF (2416KB) (null)  
面向大规模用户的多媒体业务尤其是在线视频业务正呈现爆炸式发展的态势,D2D(Device-to-Device)多播内容共享技术被认为是一种可以有效应对大规模用户海量数据分发的关键技术。但目前关于D2D多播内容共享的研究多集中在如何提高系统的能量有效性上,对于系统数据速率和的研究不多,而系统数据速率和是反映系统能否高效分发内容的一个重要指标。为了建立一个贴近实际场景的用户模型并实现高效内容分发以减轻基站负担并提高资源(频谱和能量)利用效率,文中提出一种基于物理-社交感知和支付激励的D2D多播内容共享策略。首先,根据实际场景的限制对D2D多播通信进行建模,把模型的应用场景扩大到人流集中的高速内容共享的“热点”地区和不利于基站直接传输数据(如抗震救灾时)的大规模搜救行动的“盲点”地区。随后,以有效降低基站负载和应对海量数据分发为目标,提出以多约束条件下系统等效数据速率和为目标函数的优化问题,通过引入支付机制激励用户作为簇头为其他用户提供共享内容,通过引入基于兴趣相似度的社交关系来提高资源利用效率并降低用户支付代价。最后,提出簇头选择-簇形成算法来求解上述问题。在簇头选择算法中,在考虑用户数据速率阈值限制的同时,引入基于用户兴趣相似度的社交关系;在簇形成算法中,采用了一种增益定义与“联盟”内涵高度契合的集中控制式的联盟形成博弈模型。仿真结果表明,与相关同类策略相比,所提策略在等效数据速率和与实际数据速率和两项指标上的性能得到了显著提高,同时证明了该策略适合大规模用户的网络。
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9. 面向无线传感网络应用的改进LZW算法
倪晓军, 佘戌豪
计算机科学    2020, 47 (5): 260-264.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.190400108
摘要 (null)   PDF (1550KB) (null)  
在无线传感网络通信中,传感器数据需要通过无线设备发送给上位机。随着终端传感器传输数据量的增大,无线设备的发送能耗逐渐加大。在不便于及时维护的复杂环境中,这将导致无线通讯设备过早失效从而使得通讯中断。因此需要先将传感器采集到的数据进行压缩,减小发送数据量。在分析传感器数据特点和传统的LZW(Lempel-Ziv-Welch)压缩算法的基础上,提出了一种面向无线传感网络应用的改进LZW算法。该算法首先对采集到的传感器相邻数据进行差值预处理,以提高数据项的重复率;然后选择大小合适的字典,在字典上用哈希存储的方式代替传统的顺序存储,以改进字典更新方式,当检测到压缩率降低时更新字典,并保存常用单字符,释放字典空间,达到数据压缩的目的。实验数据显示,与传统的LZW算法相比,改进的LZW算法使得有序传感器数据的压缩率最高降低40%,减小了所需发送数据的数据量,压缩速度也提高了近10倍,证明了面向无线传感网络应用的改进LZW算法是有效可行的。
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10. 基于原子范数最小化的二维稀疏阵列波达角估计算法
卢爱红, 郭艳, 李宁, 王萌, 刘杰
计算机科学    2020, 47 (5): 271-276.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.191200139
摘要 (null)   PDF (2074KB) (null)  
基于二维稀疏平面阵列的波达角(Direction-of-arrival,DOA)估计问题在第五代移动通信大规模多输入多输出阵列的应用中日益重要。无网格稀疏重构技术促进了DOA估计问题的发展,原子范数理论则使得DOA估计的超分辨率得到进一步的提高。文中研究了多个方向的频谱稀疏信号入射到二维稀疏阵列时的DOA估计问题。为了准确、成对地识别出所有入射信号的仰角和方向角,提出了一种基于多个测量矢量(Multiple Measurement Vectors,MMV)的二维原子范数算法,并用半正定规划进行求解。所提算法将二维DOA估计问题中的压缩感知理论从单个测量矢量拓展到多个测量矢量,从而有效利用MMV的联合稀疏性。数值仿真结果表明,随着MMV矢量的增长,可识别的信源个数增加,稀疏阵列中物理传感器所占比例降低到30%,DOA估计误差也显著降低,并且在信噪比增大时,所提算法能够取得很好的收敛效果。
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