面向DAG任务的分布式智能计算卸载和服务缓存联合优化

建立了一种有向无环图(DAG,directed acyclic graph)任务卸载和资源优化问题,旨在应用最大可容忍时延等约束实现系统能耗最小化。考虑到网络中计算请求高度动态、完整的系统状态信息难以获取等因素,最后使用多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG,multi-agent deep deterministic policy gradient)算法来探寻最优的策略。相比于现有的任务卸载算法,MADDPG算法能够降低14.2%至40.8%的系统平均能耗,并且本地缓存命中率提高3.7%至4.1%。

基于空中计算CoMAC架构的不同计算场景叠加符号判决算法

本文研究不同场景下基于空中计算的多址信道计算(CoMAC)架构的覆盖符号决策算法。首先,从理论上分析了XOR、ADD、MOD三种场景中加性高斯白噪声(AWGN)多址接入信道下叠加符号的概率密度分布,提出了一种基于先验概率的最优门限判决策略。其次,推导了系统最优门限及对应误码率的理论表达式。最后,通过仿真验证了不同信噪比、传感器节点个数及先验概率对于该门限判决方案的鲁棒性和可靠性的影响。与通信计算相分离的传统方案相比,空中计算判决方案具有更好的检测性能,为多址接入信道下的信号识别提供了新的参考方案。

基于测量的盲量子计算研究进展

量子计算机具有广阔的前景和发展潜力,但其物理实现目前面临巨大挑战。基于测量的盲量子计算,由于其允许量子能力有限甚至没有量子能力的普通用户,可通过借助远程量子服务器,使用基于测量的量子计算模型完成计算任务,并保证其数据、算法和结果的私密性。因此,这种委托量子计算的方式将成为未来普通用户共享量子计算资源的一种重要应用模式。基于此,阐述了基于测量的量子计算模型包括的两种常用资源态—簇态和图态,以及测量模式的定义和形式化描述;分析了基于测量的盲量子计算的基本原理,包括通用资源态—Brickwork态的构造、盲量子计算测量模式和通用盲量子计算协议;梳理了解决基于测量的盲量子计算根本问题的不同技术路线和实验成果;探讨了其未来的发展方向。

不同弹性模量计算机辅助设计和计算机辅助制造桩核材料的应力分析

背景:桩核修复是牙体缺损修复的一种常规选择,然而不同桩核材料的修复效果存在差异。目的:利用有限元方法评估不同弹性模量桩核修复模型中桩核与牙根黏结剂部位的应力分布情况。方法:在三维建模软件中构建一个三维根管治疗过的上颌中切牙模型,进行全瓷冠修复,修复中的桩核材料分别使用纳米陶瓷树脂(弹性模量12.8 GPa)、复合树脂(弹性模量16 GPa)、混合陶瓷(弹性模量34.7 GPa)、玻璃陶瓷(弹性模量95 GPa)、钛合金(弹性模量112 GPa)和氧化锆(弹性模量209.3 GPa),将模型约束在皮质骨中,在中切牙牙冠舌侧1/3处加载与牙体长轴呈45°的100 N集中力,通过最大主应力分析修复模型中桩核、牙本质及桩与牙根黏结剂的应力分布。结果与结论:(1)当使用弹性模量较高的桩核材料时,修复模型中的桩核应力较集中;当使用弹性模量接近牙本质的桩核材料(纳米陶瓷树脂和复合树脂)时,桩核的应力分布较均匀;无论桩核材料如何,各修复模型中牙本质上的应力分布相似;使用弹性模量更高的桩核时,修复模型中桩与牙根黏结剂处显示出更多的应力集中。(2)纳米陶瓷树脂模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为31.00,33.21,0.51 MPa,复合树脂模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为36.84,33.14,0.59 MPa,混合陶瓷模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为64.05,32.83,1.00 MPa,玻璃陶瓷模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为112.30,32.69,1.73 MPa,钛合金模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为120.00,32.17,1.86 MPa,氧化锆模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为148.80,31.85,2.28 MPa。(3)桩核材料的弹性模量越高,进行桩核修复时桩核处的最大应力值越大,桩核材料弹性模量对修复模型中桩与牙根黏结剂处与牙本质的最大应力值无明显影响。

β-Ga_(2)O_(3)热电性能的第一性原理计算

通过使用第一性原理计算方法和玻尔兹曼输运理论,计算了β-Ga_(2)O_(3)的电学、热学和热电性质,并得出了热电性能因子随载流子浓度和温度的变化规律.此外,还考虑了声子散射和极性光学声子散射对平均电子弛豫时间的影响,并详细描述了不同载流子浓度和温度下β-Ga_(2)O_(3)的Seebeck系数、电导率、电热导率和功率因数的计算结果.最后,给出了β-Ga_(2)O_(3)的热电性能因子随载流子浓度和温度的变化趋势.结果表明,在高载流子浓度和高温下,β-Ga_(2)O_(3)具有较高的热电性能因子.

面向车辆边缘计算的任务合作卸载

随着物联网技术和人工智能技术的飞速发展,车辆边缘计算越来越引起学者的关注。车辆如何有效地利用其周边的各种通信、计算和缓存资源,结合边缘计算系统模型将计算任务迁移到离车辆更近的路边单元,已经成为目前车联网研究的热点。由于车辆应用设备计算资源的有限性,车辆用户的任务计算需求无法满足,需要提升车辆周边计算资源的利用率来完成计算任务。本文研究了车辆边缘计算中任务的合作卸载机制,以最小化车辆任务的计算时延。首先,考虑周边停泊车辆以及路边单元的计算资源,设计了由云服务器层、停泊车辆合作集群层和路边单元合作集群层组成的任务合作卸载3层系统架构,通过路边单元合作集群和停泊车辆合作集群的合作卸载,充分利用系统的空闲计算资源,进一步提高了系统的资源利用率。然后,基于k-聚类算法的思想提出了路边单元合作集群划分算法对路边单元进行合作集群的划分,并采用块连续上界最小化的分布式迭代优化方法设计了任务合作卸载算法,对终端车辆用户的任务进行卸载计算。最后,通过将本文算法和其他算法方案进行实验仿真对比,仿真结果表明,本文算法在系统时延和系统吞吐量方面具有更好的性能表现,可以降低23%的系统时延,并且能提升28%的系统吞吐量。

隐私计算的关键理论与前沿应用

基于国家自然科学基金委员会第352期“双清论坛”,本文介绍了隐私计算在服务国家数字经济重大战略需求的重要作用,分析了国内外对该研究聚焦点的布局情况,阐述了隐私计算的内涵与外延,回顾了隐私计算研究历程的三个维度:隐私加密、隐私脱密与非规则博弈下新型隐私计算,凝练了隐私计算的非规则博弈、全生命周期保护与联邦计算范式等关键科学问题,研讨该领域前沿应用与未来研究方向,力争进一步推动我国隐私计算理论、方法和技术的突破性发展与应用。

智能化测绘的混合计算范式与方法研究

传统数字化测绘产品在数字经济、数字治理与数字生活等方面发挥着越来越重要的时空基底和关键生产要素作用,但其精细程度、更新周期、服务方式难以满足数智新时代下的高质量发展需求。因此,迫切需要实现数字化测绘到智能化测绘的转型升级,通过构建新型时空新型基础设施以全方位提升高品质的时空信息供给能力、高层次的时空数据分析能力,以及高水平的时空知识服务能力。本文从测绘自然智能与人工智能结合的必要性分析出发,首先讨论了测绘智能计算的基本概论及内涵,然后提出了智能化测绘知识为引导、数据为驱动、算法为基础、服务为支撑(KDAS)的混合智能计算范式并梳理了其构建基本任务,最后从感知、认知、表达与服务4个维度研究并系统阐述了智能化测绘的混合计算关键技术和相应途径,试图为混合计算赋能智能化测绘知识体系构建以及产业发展升级搭建基础研究框架。

面向未来移动通信的移动边缘计算研究综述

移动边缘计算(MEC)通过将移动终端的计算和存储任务从集中式数据中心卸载到边缘网格,满足复杂通信场景下的多样化设备服务需求,已经成为面向未来通信的关键性技术之一。通过阐述从云计算、雾计算到移动边缘计算的发展历程,介绍了MEC技术的基本概念和基本框架;在此基础上,从计算卸载、资源分配、缓存管理和安全防护4个方面讨论了MEC的研究进展,对相关研究成果进行了详尽综述。其次,以物联网、MEC结合区块链、AI辅助MEC系统、通感一体化和云边协同等边缘计算的几个典型应用场景为例,归纳了移动边缘计算在6G中的潜在应用场景,展示了其在构成智能、高效、安全的通信网络方面的潜在益处。最后,从互操作性、安全风险、移动性管理和可扩展性等方面指出了MEC研究在融合创新方面所面临的挑战,并对其在超可靠低时延通信、通感算一体化和星地融合移动通信等方向的优势和发展趋势进行了总结和展望。

“计算·AI+X”创新型计算机研究生人才培养模式探索

针对面向复杂的人工智能应用场景的研究生创新能力培养问题,分析面临的挑战和困难,提出“计算·AI+X”的新培养模式,介绍人才培养方法,阐述培养模式创新点,最后说明人才培养成效。

BIM技术在建筑碳排放计算领域研究进展

结合国内外相关文献,对BIM技术在建筑碳排放计算领域的研究进展进行综述。通过对研究进程的归纳,以及对建筑碳排放计算政策、计算方法、BIM技术适用性等影响因素的分析,总结BIM技术在建筑碳排放计算领域的研究现状。基于当前研究成果,将BIM技术在建筑碳排放计算领域的研究内容划分为理论方法、工具平台、应用价值三个层面。理论方法主要关注计算边界和计算方法的确定、BIM模型的数据提取方式以及BIM模型的参数扩展内容;工具平台主要探讨BIM建模工具、人工处理及算法程序、BIM软件插件、BIM平台系统的具体应用;应用价值主要体现基于BIM技术的建筑碳排放计算在建筑设计、物化、运营等各阶段的成果效益。三个层面虽已取得许多研究成果但也存在问题和难点。未来的研究可以在数字技术融合和信息管理完善两个方面深入发展。

新计算模式下的信息安全防护专题序言

近年来,数字化转型逐步深入,新的计算模型和数据管理方式不断涌现,并已成为社会发展的重要引擎之一。随着大数据、区块链、人工智能等新计算模型和数据管理方式的出现,以及诸如ChatGPT等复杂模型和系统的不断产生,信息系统面临着严峻的安全防护挑战,信息系统的安全问题已经成为亟需解决的瓶颈问题。现阶段工业界和学术界对于新计算环境下的信息系统安全防护研究高度重视,且已经取得令人瞩目的研究成果,但是在基础理论体系、核心技术和应用系统研究方面仍然有很多挑战性前沿问题亟待解决。

基于混合有限元法的油浸式变压器稳态流-热耦合场并行计算方法

针对油浸式变压器2维流-热耦合仿真计算效率低的问题,提出了基于混合有限元法的并行计算方法。首先,在Visual Studio 2019中采用C++语言实现无量纲最小二乘有限元法以及迎风有限元法的串行计算方法。然后,基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)实现流体场的并行计算,针对单分区分匝模型对比分析了不同GPU卡在不同网格条件下的并行计算效率,分析结果表明数据规模越大,GPU卡流处理器越多并行效果越好。其次,基于Intel MKL(Intel math kernel library)函数库结合共享存储并行编程(open multi-processing,OpenMP)实现了2维温度场的并行计算,并对比分析了不同网格数量对并行效率的影响。最后,在此基础上提出了根据不同仿真条件的混合并行计算方法,并应用到大型油浸式变压器绕组模型的2维温升热点分析中。结果表明,相较于串行程序,混合有限元并行计算方法的加速比达到了69.5,实验测试结果进一步验证了并行计算结果的准确性,研究成果为大型油浸式变压器流-热耦合问题的快速计算奠定了基础。

考虑侧向刚柔边界约束的黄土填方路基沉降计算方法

提出一种新的考虑刚柔边界约束和侧向变形的黄土填方路基沉降计算方法。基于自主研发的三向加载设备和室内压缩试验,分析不同竖向加载方式和不同侧向约束对土体竖向及侧向变形的影响,提出考虑土体压实度和围压的边界影响系数,建立压实黄土侧向应变模型,给出考虑刚柔边界条件和侧向变形的黄土路基沉降计算方法。研究结果表明:边界影响系数与路基压实度和围压都呈正相关,且刚柔约束边界对黄土压缩性指标的影响程度最高能达到40%。提出的竖向和三向边界影响系数综合考虑了路基压实度、侧向围压以及边界条件的影响。利用工程实例验证了新模型计算方法的准确性和实用性,提高了传统分层总和法的精度。

无人机辅助MEC系统中的联合计算卸载和轨迹设计

文中提出了一种无人机辅助移动边缘计算(MEC)系统,其中一架配备计算资源的无人机作为飞行基站(BS)处理从用户迁移来的应用任务,以节省用户设备的能耗.考虑了一种通用的瑞森衰落信道模型,通过联合优化无人机轨迹、用户发射功率、用户调度和比特分配,以最小化所有用户设备的平均能耗.设计了一种基于迭代分块连续上界最小化算法,并引入二次惩罚项进行交替求解.结果表明:文中所提出的联合优化方案优于其他基准方案,能显著降低用户的能量消耗.

边缘计算网络中区块链赋能的异步联邦学习算法

由于数据量激增而引起的信息爆炸使得传统集中式云计算不堪重负,边缘计算网络(ECN)被提出以减轻云服务器的负担。此外,在ECN中启用联邦学习(FL),可以实现数据本地化处理,从而有效解决协同学习中边缘节点(ENs)的数据安全问题。然而在传统FL架构中,中央服务器容易受到单点攻击,导致系统性能下降,甚至任务失败。本文在ECN场景下,提出基于区块链技术的异步FL算法(AFLChain),该算法基于ENs算力动态分配训练任务,以提高学习效率。此外,基于ENs算力、模型训练进度以及历史信誉值,引入熵权信誉机制评估ENs积极性并对其分级,淘汰低质EN以进一步提高AFLChain的性能。最后,提出基于次梯度的最优资源分配(SORA)算法,通过联合优化传输功率和计算资源分配以最小化整体网络延迟。仿真结果展示了AFLChain的模型训练效率以及SORA算法的收敛情况,证明了所提算法的有效性。

面向高性能计算的互连网络拥塞控制分析与评估

随着高性能计算技术的发展,高性能计算系统的网络节点数量不断增长,高性能计算应用对网络性能的要求越来越高,高性能互连网络的拥塞控制面临很大的压力与挑战。针对高性能计算互连网络的特点,研究高效、低开销的拥塞控制方法,是确保高性能互连网络性能和稳定性的关键。针对高性能计算系统中互连通信的核心问题,对主流的拥塞控制方法进行分析和实验比较;基于高性能计算系统的结构特点和通信特性,设计用于大规模模拟仿真的数据流模型和流文件生成工具,并提出一种拥塞控制综合评价指标;使用所提出的数据流模型,在较大规模网络中对不同拥塞控制方法进行模拟,并基于所提出的评价指标对几种拥塞控制方法的性能进行分析和评估。提出的分析和评估技术可以对高性能互连网络的拥塞控制方法进行更客观和准确的分析与评估。

基于工作流的无服务边缘计算框架设计与实现

边缘计算具有高性能、体积小、计算力超强等优点。但云设计的边缘计算函数链存在调用时延较长的问题,导致大规模部署和存储能力以及云端和设备端协同困难、无缝对接效果较差。为解决上述问题,基于开源无服务平台OpenFaaS设计了一个无服务边缘计算框架(SECP),为边缘侧提供基于无状态函数的计算服务。对计算服务调用过程采用建模分析,采用了工作流模型对为云设计的无服务计算在边缘侧存在的函数链式调用时延放大的问题改进。性能测试结果表明,SECP在边缘计算场景下有良好的性能表现,降低了边缘计算平台中服务请求的响应时间,解决了无服务计算函数功能单一问题,提高了边缘侧资源的利用率,并改善了边缘侧计算服务部署、维护繁杂的问题。

面向移动边缘计算的任务卸载方法研究

目前大多计算卸载策略是在任务整体卸载情况下进行的,且仅考虑时延或能耗单一指标,未将二者结合进行优化,为此,以任务处理的时延与能耗加权和为优化目标,提出一种基于强化学习的部分卸载算法。将单个任务的处理分为本地计算和部分卸载两种方式,且在部分卸载中引入了变量确定卸载权重,最后利用强化学习Q-learning完成了所有任务的计算卸载与资源分配。实验结果表明,所提算法能有效降低任务处理的时延与能耗。

论计算法学的全球发展趋势

随着新文科建设的推进,计算法学正成为近年来炙手可热的新兴学科和研究范式。中国计算法学现今的问题是:对计算法学之发展脉络,尤其是在学科的研究范畴和发展路径上没有形成一致的认识。文章通过使用多种统计学方法和研究工具,系统地梳理、分析和对比全球近二十年的计算法学研究的相关文献,重现了从21世纪初至近年国内外计算法学研究阶段、科研合作、研究主题和知识结构的演进过程和差异。与国外相比,中国计算法学在不同研究范畴上可能走向分化。倡导问题导向的计算法学研究有利于梳理不同研究路径的关系,促进学科的有序发展。学界需要尝试在问题意识、研究能力和研究方法的不同维度上整合计算法学的研究路径,探索计算法学发展的中国道路。