Kubernetes集群中多节点合作博弈负载均衡策略

Kubernetes具有成为新一代超融合架构的潜力,但在集群资源负载均衡方面的研究还存在不足:一方面现有调度算法大多为静态调度算法,没有考虑集群资源在实际使用中的动态性;另一方面现有的解决集群资源负载均衡的研究仅针对集群中的CPU和内存资源进行优化,无法给出集群完整的资源画像,算法缺乏全面性。因此,提出了一个基于合作博弈论的多资源负载均衡算法用于Kubernetes集群调度,并提出集群资源负载均衡度这个指标,优化调度从而降低集群资源碎片化程度。首先,使用实时监控的手段获取服务请求的实际资源使用情况,以实现服务的动态调度;其次,考虑集群CPU、内存、网络带宽以及磁盘IO资源之间的负载均衡,建立物理节点间的合作博弈模型,保证了基于合作博弈论的多资源负载均衡算法在面对各类应用不同资源请求时的算法下界,以减少集群资源碎片化现象;最后,将算法在真实Kubernetes集群中实测。实验结果表明,基于合作博弈论的多资源负载均衡算法降低了集群资源碎片化程度,集群中各节点的平均负载均衡度可提升8.40%。

利用kubernetes集群搭建基于容器技术的分布式架构数据中心研究

目的:建立面向临床、科研、集团化管理的信息技术平台。方法:针对数据驱动的临床研究场景,利用kubernetes集群搭建基于容器技术的分布式架构数据中心,用以实现各类临床数据的结构化、标准化和归一化等处理。结果:通过分布式架构方案,实现了医院数据中心基础设施高可靠的设计需求。结论:为临床应用及科研提供了一套可信赖,可直接分析、利用的高效数据服务系统。

Kubernetes集群的高可用与负载均衡设计

针对Kubernetes集群本文设计了一个可行的高可用与负载均衡方案,由Keepalived负责高可用,由HAProxy负责负载均衡,既避免了Kubernetes集群API节点的单点故障问题,也避免了负载均衡节点的单点故障问题。该方案可以对Kubernetes API节点及负载均衡节点进行水平扩展,满足了大部分自建Kubernetes私有云场景的需求。

云环境下基于Kubernetes集群系统的容器网络研究与优化

轻量级云基础架构对微服务的重要性不言而喻,很多基于容器的虚拟化服务被相继提出。在网络方面,容器网络接口技术保证了基于虚拟机的云和容器之间的连接异构网络服务。为了提高云系统的网络性能,文章研究了基于CNI技术的网络配置的详细设计,对基于Flannel的Kubernetes集群系统进行优化,提出了一种自适应Overlay Network与Directrouting结合模式的容器网络,并与多种基于CNI的网络拓展件性能进行了对比。针对集群网络无网络策略的缺陷,文章将Canal引入Flannel构架,增加了集群系统的网络策略功能,提高了网络访问安全性。文章搭建了测试集群系统,利用网络性能测试工具Iperf3对常见容器网络进行了性能测试。结果显示,该方案比原Flannel集群系统的容器网络传输速率平均提升25%左右,与其他方案相比,传输速率也有提升。该方案有利于实际环境集群系统的性能提升,实现了网络访问控制,增加了安全性。

基于树莓派4B的云原生Kubernetes计算集群实验设计

基于三台树莓派4B单板计算机,搭建了包含一个Master节点和两个Node节点的Kubernetes计算集群,实现了云原生应用的便捷部署、自动编排和可靠运行。首先构建微服务组件,然后基于Docker实现组件程序容器化,最后将微服务系统部署于Kubernetes集群,实现了自动伸缩、负载均衡、资源调度和可观察性等服务治理特性。该实验涵盖了云原生程序从开发到容器化、再到集群部署并提供服务的全过程,并且以低成本的树莓派4B裸金属机器为集群硬件设施,实现了完整本地物理集群的构建。学生通过该实验的学习实践,能够更好地掌握云计算集群的设计思想和实践经验,更全面地理解云原生服务的概念、原理和构建方法。

无人集群博弈对抗系统仿真验证及决策关键技术综述

无人集群博弈对抗是一种新兴的作战样式,在智能化战争扮演着至关重要的作用,其核心是自主生成博弈对抗决策序列,为集群“赋能”。分析了无人集群博弈对抗系统仿真验证的进展;从基于专家系统和博弈论的技术、基于群体智能和优化理论的技术,以及基于神经网络和强化学习的技术三个方面论述了自主决策关键技术,以及课题组在自主决策上开展的相关工作;提出了无人集群博弈对抗的发展方向。

宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高效CO_(2)输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地,能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显,面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题,调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力,构建了CCUS源汇匹配模型,在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO_(2)运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上,应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法,结合ArcGIS平台和优化求解软件,获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案,并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明,截止2021年,宁夏工业碳排放源107个,碳排放总量2.26亿t/a,以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏,CO_(2)理论地质封存容量151.55亿t,以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好,在源汇直接相连的情况下,区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元,并以捕集成本为主,占比83.65%,单位减排成本402.32元/t,共需建设CO_(2)运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本,优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t,节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业,在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术,打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群,构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

基于SACPS算法的住宅小区电动汽车集群有序充电

针对传统电动汽车有序充电存在的充电影响因素考虑不全、优化目标过于单一、充电体验不友好等问题,以住宅小区电动汽车集群充电为研究对象,构建集群有序充电模型,提出模拟退火的混沌粒子群(simulated annealing chaotic particle swarm,简称SACPS)算法,且使用该文算法对集群有序充电模型进行优化,最后对优化结果进行仿真实验.仿真实验结果表明:相对于其他2种算法,该文算法能使电动汽车集群有序充电模型取得更低的最佳适应度;与集群无序充电相比,SACPS算法的集群有序充电的负荷峰值、负荷峰谷比、充电费用分别降低了42.62%,96.81%,15.61%;SACPS算法的集群有序充电在一定程度上实现了与其他负荷的错峰用电.因此,SACPS算法具有优越性.

跨域无人集群协同反潜搜索方法研究

针对海上反潜搜索问题,提出一种将无人艇作为无人机的通信中继的跨域无人集群协同搜索方法,采用数字网格地图表征任务区域,构建了跨域平台的运动学模型;提出了跨域无人系统的协作方法,设计了无人系统之间的分布式信息融合机制;设计了异构平台的搜索目标函数,引导无人系统在搜索任务中实时决策。仿真结果表明:所提方法能够有效适用于文中反潜搜索任务想定,跨域平台之间能够通过优势互补提高搜索效能。

自主水下航行器集群组网技术发展与展望

自主水下航行器(AUV)可借助水声通信、协同探测和控制决策等关键技术实现集群组网,形成同构或异构集群进行协同作业。通过集群组网,可以充分发挥不同航行器平台的能力优势,实现多平台之间的信息共享、任务协同和资源整合,从而自主完成更复杂的海上作业任务。这种集群化的作业方式不仅提高了任务执行效率,还可降低作业成本,并提升海洋领域的探测、监测和应对能力。文中介绍了国内外AUV集群组网研究现状,总结了集群组网通信、集群感知、控制决策等关键技术和挑战,并针对AUV集群组网的应用需求,其在探测、通信、控制方面的发展趋势进行了展望,为开展AUV集群基础理论研究与实践应用研究提供参考。

新疆棉花和纺织服装产业集群高质量发展战略选择

新发展格局下,为了更好推动新疆棉花和纺织服装产业集群化发展,提升其在全球产业分工中的地位以及核心竞争力,基于SWOT分析的视角,分析了新疆棉花和纺织服装产业集群在优势、劣势、机会、挑战4个方面的发展态势,针对集群的劣势和集群面临的挑战,以“抓两端、促中间、搭平台、创生态”为主线,从6个方面提出加快构建新疆棉花和纺织服装产业集群高质量发展的对策建议。

集群对草鱼、鲢幼鱼克流上溯行为的影响

为修复河湖中鱼类的洄游通道和栖息生境,国内外已建设各型护鱼措施并开展大量水力学与生态学相关研究。集群作为一种广泛存在的生物种群行为,解析其在鱼类洄游过程中的作用机制意义重大。本研究营造低湍动能、非均匀流场,针对我国重要淡水经济鱼种草鱼(Ctenopharyngodon idella)和鲢(Hypophthalmichthys molitrix)展开研究。本研究通过在3种流速工况(0.25~0.50m/s、0.30~0.60 m/s、0.35~0.70 m/s)下,考察5尾处理组和单尾处理组的实验鱼持久上溯能力及上溯行为特征,量化集群对其克流能力的影响并解析原因。研究显示,集群对草鱼持久上溯能力的影响因流速而异,当流速为0.30~0.60m/s和0.35~0.70m/s时,5尾组持久上溯能力分别显著高于(P=0.030)和低于(P=0.048)单尾组;而集群能够普遍提高鲢的持久上溯能力,当流速为0.25~0.50 m/s(P=0.004)和0.35~0.70 m/s(P<0.001)时,5尾组持久上溯能力提升显著。集群多数情况会增加2种鱼的上溯耗时,只有当流速为0.35~0.70m/s时,鲢的首次上溯时长在集群时显著下降(P<0.001)。集群能够帮助草鱼节能上溯,却会增加鲢的上溯累积耗能。综上所述,集群既可提高也可抑制鱼类上溯能力,其对上溯行为的影响主要体现在能耗、视觉反应及克流能力等方面,研究结果可为鱼类保护设施的设计、运行进一步提供可靠支持。

复杂环境下无人机集群运动一致性的群体熵度量

针对无人机集群在多障碍物或空间受限等复杂环境中协同飞行时无法实现群体自主的协同演化及适应环境、态势的变化,导致整个群体运动产生振荡、失控等一致性差的问题,提出一种无人机集群运动一致性的群体熵度量理论。通过建立群体运动行为稳定程度的熵度量函数,作为个体之间协同运动的适应度值指标,实现复杂环境下无人机集群运动一致性的自适应调节。最后进行仿真实验,相比传统无人机集群算法,引入群体熵度量的无人机运动集聚收敛速度提高30%,复杂环境中集群运动的熵值波动范围下降21.8%,有效证明群体熵度量对于无人机集群运动一致性的提高。

基于D2D通信和虚拟MIMO的飞行器集群网络传输方案设计

在无中心飞行器集群网络中,非直通条件节点间不同的中继路径可能导致较大路径损耗落差,为有限资源前提下网络传输能力的提升带来困难。参考5G移动通信中的终端直通(Device to Device,D2D)技术与中继通信中的虚拟多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术,提出一套D2D通信与虚拟MIMO技术结合的无中心飞行器集群网络传输方案。重点研究在正交资源模式下,将不同的协作传输协议与空时编码进行组合,在信噪比、误比特率、接入概率等方面对通信性能的影响。仿真结果表明:D2D通信与虚拟MIMO技术结合的传输方案在不增加资源的前提下,对集群网络的通信性能有明显提升,且引入分布式空时编码可进一步优化误比特率性能,但3种传输协议在不同传输质量评价方向的改善有所不同。

下行RIS-NOMA的用户集群方法

为提高用户分布非均匀的场景下可重构智能表面(RIS)辅助下行非正交多址(NOMA)通信系统的性能,提出了一种分布式RIS辅助下行NOMA的用户聚类方案。首先,采用自适应几何分布(AGD)聚类算法划分用户集群(UCs),从而为各UC匹配RIS。然后,利用分式规划(FP)方法将非凸最大化频谱效率问题转换为凸优化问题。最后,为UC内用户逐级进行功率分配(PA)与被动波束形成(PB)。仿真结果表明,与谱聚类(SPC)、K均值(K-means)、高斯混合模型(GMM)聚类方案和正交多址(OMA)方案相比,在AGD方案下,功率对频谱效率提升了7%、14%、19%和42%的增益,反射面对频谱效率提升了16%、19%、26%和40%的增益。

碳中和背景下新疆八大产业的集群发展态势与空间格局研究

不断推进“双碳”目标和特色产业发展是新疆经济社会高质量发展的必由之路.因此,基于2011―2021年新疆八大产业的数据,运用探索性空间数据分析法探究了新疆八大产业的集群发展态势和空间格局,并进一步探讨了碳达峰压力的影响效应.研究表明:1)新疆第一产业占比高于全国平均水平,新疆第二、三产业低于全国平均水平;并且,新疆产业结构高级化低于全国平均水平,产业结构合理化略高于全国平均水平.2)新疆八大产业聚集规模逐渐显现,且位于全国前列.3)新疆八大产业在总量、份额、结构和竞争力上均占据主导地位,是促进区域经济社会发展的优势产业.4)在研究期间内,新疆八大产业对就业和经济增长发挥着重要作用,是地区经济社会发展的重要动力.5)碳达峰压力对新疆八大产业集群发展的影响存在显著差异,有效促进了油气生产加工、绿色有机果蔬和新能源新材料产业的集群发展,但对其它产业集群发展的促进作用还未有效发挥.

基于混合粒子群算法的波浪能发电集群优化方法

对波浪能发电集群的优化控制有助于波浪能的有效利用,为此文章提出了基于混合粒子群算法的波浪能发电集群优化方法。以直驱式发电装置为研究对象,探讨其构成发电集群短期尺度下稳定状态的数学模型,由简至繁依次考虑波浪动态压力、装置间辐射影响和遮挡效应,以便更准确地模拟一定密集度的波浪能发电装置部署下的实际效果。以集群功率最大化为优化目标,根据装置运动和海域能量约束,提出混合粒子群算法求解集群的最优参数,在传统算法基础上设定自适应惯性权重并加入交叉和变异操作,以应对复杂集群方程解空间的多峰性问题。算例结果验证了所述集群优化方法的有效性,求解质量良好;同时表明波浪能发电集群规模越大,装置之间的辐射影响越复杂,遮挡效应越明显。

面向光伏集群的配电网模型⁃数据联合驱动无功/电压控制

传统配电网的无功/电压控制(VVC)方法,难以兼顾控制决策的全局最优性与实时响应能力,分布式光伏(DPV)的分散化、高比例并网导致该矛盾日益突出。结合模型优化的寻优能力与深度强化学习的在线决策效率,提出了面向光伏(PV)集群的配电网模型-数据联合驱动VVC策略。首先,考虑日前优化调度与日内实时控制的运行特征,结合DPV集群划分,构建了配电网分布式两阶段VVC框架;然后,以系统运行网损最低为目标,建立了配电网分布式日前VVC模型,并提出了基于Nesterov加速梯度的分布式求解算法;其次,以日前决策为输入量,建立了基于部分可观马尔可夫博弈的配电网实时VVC模型,并提出了基于迭代终止惩罚函数的改进多智能体深度确定性策略梯度算法;最后,基于MATLAB/PyCharm软件平台进行了算例分析,验证了所提方法的全局趋优性以及实时响应能力,提高了PV高比例接入配电网运行的经济性和安全性。

浙江一体化培育数据要素产业集群的路径研究

在数字经济快速发展的时代背景下,数据要素流通市场的巨大蓝海已然呈现。浙江省深入实施数字经济“一号工程”,浙江制造、平台经济使得浙江数据资源丰富、产业基础雄厚、数据融合价值驱动的应用场景广泛,数据要素产业已具先发优势。但打造数据要素产业集群仍然面临数据壁垒、数据要素制度体系尚不健全和数据要素安全保障等制约因素。本文提出了通过“全过程+全链条+全要素+全域”一体化培育数据要素产业集群,构筑全球数字产业高地、赋能经济高质量发展的路径。

多中心产业共治的区域现代产业集群建设策略——以广东省精密仪器设备产业集群为例

在国际高端技术封锁日益严峻的新形势下,从任务解构的角度将区域现代产业集群建设进行分层任务细化尤为重要,且需要从目标需求导向的角度出发,针对具体分层任务明确多元治理主体的结构关系及对应主体的治理举措。基于现代产业体系的内涵特征提出区域现代产业集群建设逻辑,并基于多中心治理理论构建多中心产业共治建设区域现代产业集群的理论框架。研究认为,面向区域现代产业集群建设的战略层、发展层、支撑层等五大分层建设任务,政府部门、企业、科研机构、行业协会与服务机构等多元主体通过自发互动博弈,形成分类主导的多中心产业共治模式。为进一步阐述及试验理论,以广东省精密仪器设备产业集群主导咨询机构的集群治理为实践案例,认为其存在多中心联动的积极性和共治模式均有待加强的问题,且关键核心技术短缺问题较为突出。针对此,提出健全多中心联动协调工作机制、政企双中心共治提升产业安全度、多维支撑中心有序推进关键核心技术攻关、政府牵引多中心集聚融通、数字治理创新助推区域产业集群智慧建设等共治效能提升的建议。