基于PDNS的BitTorrent算法仿真研究

采用数据包级并行分布式仿真工具对典型BitTorrent算法进行大规模仿真,研究大规模P2P下载算法性能,并介绍其建模方法,模拟并行分布式网络仿真器平台下具有可扩展性框架的BitTorrent算法。实验结果表明,该方案能够有效测试多机仿真分层拓扑中典型用户行为的算法性能,且是有效的。

并行/分布式网络模拟系统PDNS的实现及其性能分析

网络模拟是进行计算机网络性能研究、系统分析、设计和实现的一种重要方法。采用并行/分布式的计算方法可以较为准确、有效的模拟大规模的网络拓扑结构。本文介绍分析了基于NS的并行/分布式网络模拟平台PDNS,并分析了局域网内PDNS的模拟性能。

Grid-based internet worm behavior simulator

The traditional network simulator has function and performance limitation when simulating Internet worms,so we designed the grid-based Internet worm behavior simulator (IWBS Grid).IWBS Grid makes use of the real Internet topology,link and routing information,and simulates the worm behavior at the packet event-driven level;and proposes a high-performance Internet worms behavior simulation platform by right of the grid computing capability,resource and task management,and so on.The experimental results show that IWBS grid surpasses the traditional simulator in simulating capability,and the technology to track the worm propagation in packet level can propose the valuable information for the further study on worms.

基于特征矩阵分区等值和自适应插值切换的有源配电网多速率并行仿真方法

现代有源配电网呈现复杂多变、多时间尺度的特征,采用单一仿真速率难以同时兼顾计算效率与精度,对此该文提出基于特征矩阵分区等值和自适应插值切换的有源配电网多速率并行仿真方法。首先,构建系统状态空间矩阵,并基于状态矩阵特征值的量级将系统拆分为多个动态特性差异的子系统,通过将系统的状态矩阵进行分块等效,实现子区域在小步长时刻的独立仿真解算与在大步长时刻的等效补偿,在保证仿真精度的基础上大幅降低了系统仿真规模;然后,针对各区域间数据交互不同步问题,通过倍率步长相量法分析线性插值误差产生原理及主要影响因素,并提出基于二阶泰勒展开式的多步自适应插值仿真算法,可以根据系统频率与仿真步长需求调节相关插值参数,显著降低插值误差;最后,采用改进型IEEE 123节点配电网算例,通过分区等值/插值计算与仿真结果的对比,验证了所提多速率并行仿真方法的可行性与有效性。

晶上系统电源分配网络建模及IR-drop研究

为预测和评估晶上系统电性能,提出了一种结合电磁和分析模拟的晶上系统电源分配网络(PDN)建模方法。该方法将PDN结构划分为单独组件,用电磁工具和公式计算提取无源电阻、电感、电容参数后,按组件位置组装成等效电路模型。通过与三维全波仿真自阻抗曲线比较对模型进行了验证,并基于模型,用ADS研究了模组位置排布、垂直互连密度、芯片功耗及去耦电容对电压降(IR-drop)的影响。结果表明:模型自阻抗曲线与三维全波仿真基本吻合;在一定范围内,合理排布模组位置、增加垂直互连密度、减少芯片功耗、使用较大去耦电容能降低IR-drop,为晶上系统设计和制造提供了参考。

暂态稳定分布式仿真计算的改进算法

电网互联和电力系统市场化发展趋势对暂态稳定分布式计算提出了要求。文中研究了电力非线性网络暂态稳定分布式仿真算法的计算效率问题,指出算法的瓶颈主要是子系统边界值的迭代求解计算,提出了改善非线性网络分布式求解效率的交接变量估计法,进行了数值验证,并与适于线性网络求解的并行处理方法、已有的电力网络暂态稳定初值估计法和交接变量调节法进行了比较。数值实验表明,文中提出的方法可在较大程度上稳定地改善暂态稳定分布式仿真分析的计算效率,与电力市场条件有一定的适应性。

微观交通分布式并行仿真系统设计与效益分析

为了提高交通网络仿真的速度和效率,从挖掘交通网络仿真的并行性出发,设计了分布式并行仿真系统的结构和仿真算法,通过比较选择PVM(Parallel Virtual Machine)作为并行计算的编程环境,提出基于车辆数的网络分割算法和数据时钟同步的通讯方式,使并行仿真达到负载平衡。用程序执行时间、加速比、并行效率和可扩展性4个测度指标来评价算法的并行效益,并以24个交叉口组成的交通网络为例,应用设计的并行算法在不同处理器数目下进行仿真。试验结果显示并行仿真速度比串行仿真提高了3.5倍,因此,这种并行算法提高了交通网络仿真的速度和效率,为实现更大规模的交通仿真奠定了基础。

基于GPU的大规模配电网电磁暂态并行仿真技术

随着分布式电源等复杂设备的接入,针对配电网暂态过程的分析逐步依赖详细建模和电磁暂态仿真。图形处理器(GPU)等细粒度并行计算设备可显著提升配电网的电磁暂态仿真效率。提出了一种基于GPU的并行仿真技术,在GPU中加速了对大规模配电网系统的电磁暂态仿真。首先,将配电网电磁暂态仿真的计算过程分为异构计算、同构计算和网络求解三部分,并分别建立了细粒度并行计算模型。其次,针对上述三种计算模型,分别设计了基于分层有向图的异构计算核函数,基于积和熔加计算的同构计算核函数以及基于矩阵运算的网络求解核函数,最终实现了完全基于GPU的配电网电磁暂态仿真。对大规模配电网算例的仿真结果表明,所提出的细粒度计算模型和仿真算法可在保证仿真精度的前提下,提升在GPU中进行大规模配电网仿真的效率。

并行分布实时仿真的高精度时间管理

并行分布实时仿真为复杂大规模的实时仿真提供了有效手段,实时仿真对于仿真时间的特殊要求,使得系统中的时钟同步成为系统研究的关键。如何实现系统的时钟管理,快速、稳定地获得高精度的同步时钟,是实时仿真系统面临的巨大挑战。在分析了获得时钟同步的一般方法基础上,进而研究了通用网络实时系统时钟同步的方法,提出了主动与被动同步方式;基于高速实时网络,提出了"类同源"时钟同步策略,各个节点的运行通过控制服务器统一实现,消除局部时钟影响,并分析了该同步策略所具有的优势。

并行网络模拟中远程路由策略的研究

首先对并行网络模拟所采用的远程路由策略进行了分析研究,之后提出了基于优化边界的远程路由策略。该策略用边界路由器ID取代目的 IP地址作为路由转发方式,有效地提高了路由查询速度。同时,通过树区域收缩、后连节点去重和边界路由器去重3种方法降低了内存的占用量。基于PDNS的实验结果表明,相对于基于边界路由器的远程路由策略,该方法降低了85%的内存使用量,并减少了75%的模拟时间。

分布式并行计算在交通网络仿真中的应用

根据交通网络仿真的并行特征采用域分解方法设计交通并行仿真系统的框架,把交通网络分为几个子网,集群系统的每个节点机分别负责其中的一个子网,提出基于车辆数负载的网络分割算法来平衡各子网的负载量,并分析子网之间的通信机理。同时,在基于MPI的并行计算平台上实现设计的并行仿真系统。通过实例表明,提出的并行算法能大大提高交通网络仿真的速度和效率。

基于SUNDIALS的有源配电网随机动态仿真方法

随着分布式电源在配电网络中的渗透率不断提高及用电需求的日益增长,分布式电源及负荷具有的随机特性对配用电侧的安全可靠运行带来了新的挑战。为此,文中提出了一种考虑随机扰动影响的有源配电系统动态仿真方法。首先,根据分布式电源及负荷的随机特性,建立了光辐照度、风速、负荷波动的随机动态模型;其次,基于SUNDIALS提出了有源配电网随机动态仿真方法;最后,在中低压有源配电系统算例中进行了测试和验证。该方法与确定性仿真方法相比能够反映配电系统的不确定性,得到更真实的仿真结论。此外,利用SUNDIALS与并行计算策略,在满足了仿真数值精度的同时,提高了仿真效率。

基于FCMAC神经网络的PHEV转矩分配策略

针对混合动力汽车转矩分配策略对整车的燃油经济性和排放性能具有重要的影响,提出了基于模糊小脑模型(FCMAC)神经网络控制的整车转矩分配方法.以某变速箱前置式双轴转矩耦合并联混合动力汽车为研究对象,建立了以发动机的输出转矩为目标的FCMAC神经网络控制策略,将输入量离散化后的高斯基模糊隶属度进行规则相乘后作为FCMAC神经网络的输入,经过hash映射及权值调整输出发动机转矩,实现了混合动力汽车的转矩分配.在AVL-Cruise及Matlab/Simulink平台上建立仿真模型,将其控制策略与基于逻辑门限值控制策略的仿真结果进行比较.结果表明:在NEDC工况下FCMAC控制策略较逻辑门限值控制策略,油耗与排放都有改善,提升了并联式混合动力汽车的燃油经济性和排放性.

基于多FPGA的有源配电网实时仿真器并行架构设计

有源配电网实时仿真是研究系统动态特性、模拟实际运行环境、测试保护控制策略的有效手段。文中利用现场可编程门阵列(FPGA)的固有高并行度、深度流水线、分布式存储资源,设计并开发了基于多FPGA的具有多层级并行架构的有源配电网实时仿真器。面向实时仿真器的可扩展性需求,首先采用物理解耦的方法对有源配电网的数学模型进行粗粒度分割,进而将得到的子系统进行细粒度模型分割。在此基础上将分割后的模型映射到对应的FPGA中,通过协调分配硬件资源,形成系统级—单元级—模块级—元件级多层级并行的实时仿真架构。针对含多个光伏发电单元、储能单元的配电网实现了实时仿真,通过与PSCAD/EMTDC结果的比较,验证了提出的多层级并行架构的有效性。

大规模并行网络模拟系统

为了提高并行网络模拟的真实性、可用性以及运行效率,该文设计并实现了并行分布式互联网模拟使用系统,它可以用网络测量工具获得真实网络数据作为模拟基础,采用优化的拓扑网络划分方法对模拟任务进行划分,采用基于边界路由器的子网间路由配置实现准确的路由模拟,运行脚本的自动生成以及模拟拓扑图的可视化。通过该并行网络模拟使用系统可以实现大规模网络安全事件的模拟,如蠕虫扩散、DDoS攻击等。

面向对象的交通网络分布式仿真并行数据结构

采用面向对象设计思想和交通并行仿真建模理论,对交通网络分布并行仿真系统数据结构进行分析。通过C++语言环境下类定义的方式建立交通网络各元素的对象,并分别对其成员变量与成员函数进行描述,准确表达交通网络节点与路段之间的关系。根据标准模板库函数建立交通网络仿真的共享并行数据结构,并利用SQL数据库技术进行并行数据结构的存取,以减少对内存资源的占用,方便各仿真单元对网络数据的同步访问。最后以24个交叉口组成的交通网络为例进行仿真,仿真结果表明,其速度提高了3.5倍。

基于NS2的BitTorrent算法仿真设计与实现

完成基于NS2平台的典型P2P文件下载协议BitTorrent的仿真实现和性能分析。仿真方案采用具有模块化的分层框架,通过扩展NS2上的类实现BitTorrent所有核心算法,采用双通道方案解决NS2中对P2P应用层控制消息的解析和应用层数据包分片传输的结合问题,且方案容易扩展支持其它P2P下载和P2P流媒体算法仿真,并支持向PDNS平台的平稳移植。仿真实验是在随机拓扑和幂率拓扑中节点突发加入和随机加入的性能比较,仿真结果验证仿真实现正确性和有效性。

河网非恒定流的克隆仿真方法研究

针对河网非恒定流设定情景批量仿真中存在大量的重复计算,提出了一种基于仿真克隆技术的并行累进增量克隆仿真方法.基本思想是:合并相互关联的初始设定情景,并依据关联点对合并后的设定情景进行并行增量克隆仿真.理论分析与实验结果均表明,该方法具有较好的计算性能,在同等时间复杂度下,其计算效率比传统的并行与分布仿真方法提高了两倍以上.

基于分布对象的虚拟网络实验系统设计与实现

信息时代网络的作用越来越重要,越来越多的人希望有一个廉价实用、简单方便和具有良好可扩展性的网络实验环境来学习和研究网络,因此计算机网络仿真应运而生。文中研究了分布式对象的并行实现及优化,提出了一个基于分布式对象的计算机网络仿真并行模型,以分布式对象技术为核心结合并行程序设计技术、仿真技术设计和实现了虚拟计算机网络实验系统。实验结果表明,该系统设计合理、并行性较好、响应速度适中,在网络教学和研究中均具有较好的应用价值。

大规模网络安全态势评估系统

在大规模网络安全事件应急响应过程中,一个网络安全态势评估系统可以起到很好的辅助决策作用。提出了一种计算网络安全危害指数的方法,并在这种方法基础上设计实现了一个大规模网络安全态势评估系统。该系统通过对网络安全事件的模拟重放,对网络安全状况进行评估,给出网络整体的安全危害指数,并提出针对安全事件的响应控制策略。系统运行结果表明,这种安全态势评估的方法针对大规模网络安全行为是有效的。