仿生自组织计算阵列体系结构关键技术研究
发布时间：2021-11-18 16:33
高可靠性设计是现代航天器控制系统设计的关键问题,而容错技术是可靠性设计的主要方面。传统的容错方法如三模冗余等存在固有缺陷,消耗资源巨大且容错能力有限。生物体强大的自适应能力给容错设计带来启发。近年来,基于仿生原理的容错结构成为研究热点。在分析传统容错结构和现有的仿生容错结构的基础上,本文提出了一种新的仿生自组织计算阵列体系结构。本文首先研究了基于标识的仿生自组织计算阵列体系结构。通过对蛋白质标记与识别、同类细胞替换、干细胞分化和异类细胞转换四种生物机制的模仿,设计了计算阵列的结构,该结构具有层次化自修复的能力。我们用MPI编程的方式实现了根据中值滤波算法和Sobel算法定制的计算阵列,并且通过故障注入实验验证了仿生计算阵列的功能正确性和容错策略的可行性。为解决不带标识的仿生计算阵列的定序问题,我们根据发育生物学的图式形成理论和形态发生素模型,提出了一种分布式的定序方法。实验表明,该定序方法具有较强的鲁棒性。本文利用基因激活和侧向激活两种模型,研究了计算阵列的多功能分化。在单个基因的激活以及多个基因的有序激活中,都是通过一组基因催化剂和基因抑制剂来起作用。同时,我们发现侧向激活模型具有独...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
欧洲航天局(ESA)“曙光”计划路线图
图 1.3 行消去修复法修复法：当细胞出现故障时，用同行的空闲细胞替换对故行的空闲细胞用完后，再采用行消去修复法进行修复。图 1闲细胞(灰色单元表示空闲细胞)的胚胎电子系统的修复过程因故障而失效时，首先采用细胞消去策略进行修复，利用效细胞及其右侧细胞的功能及连接关系向右平移一个单位数大于空闲细胞数时，则采用行消去策略进行修复。该方改进，但系统容错能力同样有限。3,0 3,1 3,2 3,32,01,00,02,1 2,2 2,31,1 1,2 1,30,1 0,2 0,3活跃细胞3,0 3,1 3,2 3,32,01,00,02,1 2,2 2,31,1 1,20,1 0,2 0,3空闲细胞3,0 3,1 3,2 3,32,01,00,02,1 2,2 2,31,1 1,20,1 0,2 0,3死亡细胞2,0 2,1 2,2 2,1,00,01,1 1,2 1,0,1 0,2 0,图 1.4 细胞消去修复法系统存在的主要缺陷在于：一是自修复策略低效，采用行
人工免疫容错系统状态变迁示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]美国新航天计划:瞄准小行星、火星[J]. 邓雪梅. 世界科学. 2010(06)
[2]果蝇翅膀器官芽中Dpp浓度梯度形成的数学模型[J]. 雷锦誌. 科学通报. 2010(11)
[3]自诊断与自修复的胚胎电子系统设计及其配置控制技术(英文)[J]. 徐贵力,夏正浩,王海滨,张砦,王友仁. Chinese Journal of Aeronautics. 2009(06)
[4]胚胎电子系统动态重构的设计与实现[J]. 王海滨,徐贵力,王友仁. 计算机测量与控制. 2008(10)
[5]21世纪国外深空探测发展计划及进展[J]. 韩鸿硕,陈杰. 航天器工程. 2008(03)
[6]采用主流FPGA的数字电路在线生长进化方法[J]. 姚睿,于盛林,王友仁,高桂军,张砦. 南京航空航天大学学报. 2007(05)
[7]胚胎阵列容错系统中单细胞替换的实现[J]. 赵倩,俞承芳. 复旦学报(自然科学版). 2006(04)
[8]仿生硬件在线进化技术研究[J]. 游霞,王友仁,周波. 测控技术. 2006(03)
[9]航天器控制应用的星载计算机技术[J]. 杨孟飞,郭树玲,孙增圻. 航天控制. 2005(02)
[10]基于仿生方法的SOC模型构建[J]. 曾繁泰. 山东大学学报(理学版). 2004(05)
博士论文
[1]面向目标检测识别应用的算法加速器体系结构研究[D]. 徐金波.国防科学技术大学 2009
[2]星载信号处理平台单粒子效应检测与加固技术研究[D]. 邢克飞.国防科学技术大学 2007
[3]基于进化型硬件的容错方法研究[D]. 林勇.中国科学技术大学 2007
[4]基于可重构计算的高可靠星载计算机体系结构研究[D]. 任小西.湖南大学 2007
[5]面向空间应用的容错RISC处理器体系结构研究[D]. 辛明瑞.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]星载计算机中商用处理器容错关键技术研究[D]. 胡志丹.国防科学技术大学 2009
[2]星载信息处理平台容错技术研究[D]. 马冬.国防科学技术大学 2008
[3]星载并行计算机系统容错设计与分析[D]. 王霆.国防科学技术大学 2009
[4]图象匹配应用的硬件加速技术研究[D]. 李俊丰.国防科学技术大学 2006
[5]星载并行计算机体系结构的研究与实现[D]. 刘光辉.国防科学技术大学 2005
本文编号：3503231
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
欧洲航天局(ESA)“曙光”计划路线图
图 1.3 行消去修复法修复法：当细胞出现故障时，用同行的空闲细胞替换对故行的空闲细胞用完后，再采用行消去修复法进行修复。图 1闲细胞(灰色单元表示空闲细胞)的胚胎电子系统的修复过程因故障而失效时，首先采用细胞消去策略进行修复，利用效细胞及其右侧细胞的功能及连接关系向右平移一个单位数大于空闲细胞数时，则采用行消去策略进行修复。该方改进，但系统容错能力同样有限。3,0 3,1 3,2 3,32,01,00,02,1 2,2 2,31,1 1,2 1,30,1 0,2 0,3活跃细胞3,0 3,1 3,2 3,32,01,00,02,1 2,2 2,31,1 1,20,1 0,2 0,3空闲细胞3,0 3,1 3,2 3,32,01,00,02,1 2,2 2,31,1 1,20,1 0,2 0,3死亡细胞2,0 2,1 2,2 2,1,00,01,1 1,2 1,0,1 0,2 0,图 1.4 细胞消去修复法系统存在的主要缺陷在于：一是自修复策略低效，采用行
人工免疫容错系统状态变迁示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]美国新航天计划:瞄准小行星、火星[J]. 邓雪梅. 世界科学. 2010(06)
[2]果蝇翅膀器官芽中Dpp浓度梯度形成的数学模型[J]. 雷锦誌. 科学通报. 2010(11)
[3]自诊断与自修复的胚胎电子系统设计及其配置控制技术(英文)[J]. 徐贵力,夏正浩,王海滨,张砦,王友仁. Chinese Journal of Aeronautics. 2009(06)
[4]胚胎电子系统动态重构的设计与实现[J]. 王海滨,徐贵力,王友仁. 计算机测量与控制. 2008(10)
[5]21世纪国外深空探测发展计划及进展[J]. 韩鸿硕,陈杰. 航天器工程. 2008(03)
[6]采用主流FPGA的数字电路在线生长进化方法[J]. 姚睿,于盛林,王友仁,高桂军,张砦. 南京航空航天大学学报. 2007(05)
[7]胚胎阵列容错系统中单细胞替换的实现[J]. 赵倩,俞承芳. 复旦学报(自然科学版). 2006(04)
[8]仿生硬件在线进化技术研究[J]. 游霞,王友仁,周波. 测控技术. 2006(03)
[9]航天器控制应用的星载计算机技术[J]. 杨孟飞,郭树玲,孙增圻. 航天控制. 2005(02)
[10]基于仿生方法的SOC模型构建[J]. 曾繁泰. 山东大学学报(理学版). 2004(05)
博士论文
[1]面向目标检测识别应用的算法加速器体系结构研究[D]. 徐金波.国防科学技术大学 2009
[2]星载信号处理平台单粒子效应检测与加固技术研究[D]. 邢克飞.国防科学技术大学 2007
[3]基于进化型硬件的容错方法研究[D]. 林勇.中国科学技术大学 2007
[4]基于可重构计算的高可靠星载计算机体系结构研究[D]. 任小西.湖南大学 2007
[5]面向空间应用的容错RISC处理器体系结构研究[D]. 辛明瑞.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]星载计算机中商用处理器容错关键技术研究[D]. 胡志丹.国防科学技术大学 2009
[2]星载信息处理平台容错技术研究[D]. 马冬.国防科学技术大学 2008
[3]星载并行计算机系统容错设计与分析[D]. 王霆.国防科学技术大学 2009
[4]图象匹配应用的硬件加速技术研究[D]. 李俊丰.国防科学技术大学 2006
[5]星载并行计算机体系结构的研究与实现[D]. 刘光辉.国防科学技术大学 2005
本文编号：3503231
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