面向普适计算的服务构件动态部署问题及算法

有限的资源是嵌入式应用的一个局限性,因此越来越多的嵌入式设备联网,通过共享资源为用户提供灵活的服务以适应普适计算的要求.以构件化嵌入式操作系统Liquid为背景,研究普适计算环境下多个服务构件动态部署问题,合理分配利用资源,克服单个嵌入式设备的资源局限性.首先对部署问题进行描述,然后给出服务构件动态部署的基本算法和启发式算法,并对启发式算法优化,最后通过算法模拟及数据分析算法的性能.虽然在Liquid系统上进行模拟实现,但算法具有通用性,启发式算法的效率分析表明,它适合设备或者服务构件数目较多的普适计算环境,在部署服务构件的同时提高服务准入成功率和资源的利用率.

网驰平台统一部署框架的设计与实现

随着软件技术的发展，越来越多的应用系统采用组件技术来提高系统开发效率。企业级应用通常通过集成多种组件形成复杂软件，完成业务功能。各种组件之间存在直接或者间接的依赖关系以及配置限制，使得当前以手工为主的组件部署效率低下且容易出错。 针对分布式组件系统部署面临的问题，论文建立了一种基于约束规则的统一部署框架，支持各种组件的统一一致的自动化部署。论文首先分析总结了组件部署现状，设计了一种统一部署描述模型，刻画不同组件的部署需求，包括部署单元、部署目标、以及约束规则，为部署计划正确性验证以及自动部署提供基础。针对组件部署中缺乏提前验证的问题，论文还设计了一套基于约束规则的验证机制。通过总结当前多种组件平台中领域相关的约束规则，对约束规则进行分类，并使用声明式对象约束语言（Object Constraint Language）刻画约束规则。为不同类型约束设计了验证算法，并且设计了包含约束规则验证活动的组件部署流程。最后论文给出了网驰平台统一部署系统OnceUD的设计与实现，将前述研究成果引入其中，并通过应用案例评估了系统的功能。

基于带状弹簧的空间望远镜精密展开技术进展

采用带状弹簧构造的可折叠多杆并联结构对卡塞格林型望远镜的次镜进行支撑，并结合在轨调节，可以实现口径<1m的可展开空间望远镜。描述了基于带状弹簧的可展开空间望远镜的结构特点，介绍了近年来发表的四杆支撑、八杆支撑、三杆支撑和六杆支撑等4种基于带状弹簧的空间望远镜精密展开技术的研究进展。建议针对带状弹簧空间望远镜的精密展开技术，应进一步开展结构动力学建模、结构优化以及误差的光电测量和校正等方面的研究。此外，在模拟微重力环境下展开实验也有助于推动展开动力学和展开精度的研究，而非对称展开结构将是今后该项技术的研究方向之一。认为开展基于带状弹簧的空间望远镜精密展开技术的研究将促进基于微小卫星平台的高分辨率遥感成像和自由空间光通信技术的发展。

普适计算环境下服务组合及部署的研究

普适计算（Pervasive Computing）的出现改变了传统的以计算机为中心的资源和信息获取模式，提出一种以人为本的计算方式，为人们提供随时随地、适应环境变化的资源和信息的获取方法，成为下一代网络的主流发展方向之一。普适计算具有环境异构并且动态变化的特点，在这种网络环境中信息的开发和集成打破了传统的模式，软件变服务的观点被普遍接受，并且得到了广泛的应用。因此，面向服务的计算（Service-oriented Computing）和普适计算的结合，是未来信息技术的下一阶段，也成为目前研究的热点问题。 一方面针对普适计算的特点，研究其动态变化、移动性和用户相关性等；一方面针对面向服务的计算，研究其体系结构、服务的描述、查询、组合、部署等问题。普适计算的特点决定了在该环境下的服务组合需要适应环境的动态变化；服务部署需要满足资源约束条件，提高网络资源利用率。基于研究背景以及对目前存在问题的分析，本文进行普适计算环境下服务组合及部署的研究，主要工作包括以下四个方面： （1）提出了一种规则驱动上下文相关的服务组合方法 服务组合是面向服务的计算中经典问题，研究成果包括组合模型、语言、方法和系统等，根据需求提出基于工作流、基于形式化方法、基于语义以及基于服务非功能属性等多种服务组合方法，但这些方法难以解决普适计算中的服务组合问题。因为在普适计算环境下，服务组合不仅需要满足功能性要求，而且要适应环境的异构和动态变化，能够根据环境变化自动的构建组合路径并动态的绑定服务。本文使用上下文刻画普适计算的动态变化性，提出一种基于本体的上下文模型和描述语言，并扩展服务描述，将上下文引入服务组合，提出服务组合算法，实现了规则驱动上下文相关的服务组合路径的建立。 （2）提出一种基于上下文协商的动态服务选取方法 服务组合路径建立了服务执行的先后顺序，在服务的执行期间需要动态的绑定实例，绑定服务实例过程称为动态的服务选取。考虑到普适计算中设备资源有限性以及提高网络资源利用率，本文提出一种基于上下文协商的服务选取方法。首先从已有的上下文本体中获取与动态服务选取相关的上下文，并根据其内容的不同分为用户上下文、设备上下文和服务上下文；然后给出上下文协商的约束条件，基于约束条件提出了上下文的协商算法，进行服务的选取绑定，实现动态服务组合。最后通过实验验证了算法的效率和有效性，分析了上下文数目和服务数目的变化，对服务组合成功率、资源利用率、服务选择冲突率等的影响。 （3）提出普适计算环境下的服务动态部署问题及算法 某些特定的应用（如数字家庭等）需要将服务部署在一个普适计算环境中，部署时需要考虑网络中负载均衡，提高资源利用率。本文针对普适计算中设备异构、资源有限的特点，给出组合服务动态部署问题的描述，并说明该问题是一个NP问题，提出一个启发式算法，能够在多项式时间内找到近似最优解，最后通过算法模拟和实验验证了算法的有效性以及时间性能，说明该方法适用于设备或者原子服务数目较多的普适计算环境。 （4）实现了一个服务组合原型系统 本文在国家八六三项目和国家科技攻关项目研究的基础上，实现了一个服务组合原型系统，该系统是“Web服务计算平台”的一部分，并以分布式文档管理系统为例，给出了服务组合的实现效果。

Study on Water Resources Regulation and Reservoir Operating Prediction for Suppression of Salt Water Intrusion in the Pearl River Estuary

Salt water intrusion occurred frequently during dry season in Modaomen waterway of the Pearl River Estuary. With the development of region's economy and urbanization, the salt tides affect the region's water supply more and more seriously in recent years. Regulation and allocation of freshwater resources of the upper rivers of the estuary to suppress the salt tides is becoming important measures for ensuring the water supply security of the region in dry season. The observation data analysis showed that the flow value at the Wuzhou hydrometric station on the upper Xijiang river had a good correlation with the salinity in Modaomen estuary. Thus the flow rate of Wuzhou has been used as a control variable for suppression of salt tides in Modaomen estuary. However, the runoff at Wuzhou mainly comes from the discharge of Longtan reservoir on the upper reaches of Xijiang river and the runoff in the interval open valley between Longtan and Wuzhou sections. As the long distance and many tributaries as well as the large non-controlled watershed between this two sections, the reservoir water scheduling has a need for reasonable considering of interaction between the reservoir regulating discharge and the runoff process of the interval open watershed while the deployment of suppression flow at Wuzhou requires longer lasting time and high precision for the salt tide cycles. For this purpose, this study established a runoff model for Longtan - Wuzhou interval drainage area and by model calculations and observation data analysis, helped to understand the response patterns of the flow rate at Wuzhou to the water discharge of Longtan under the interval water basin runoff participating conditions. On this basis, further discussions were taken on prediction methods of Longtan reservoir discharge scheduling scheme for saline intrusion suppression and provided scientific and typical implementation programs for effective suppression flow process at the Wuzhou section.

SNAP-23蛋白在鲈鱼巨噬细胞白细胞介素1β分泌过程中的功能

SNARE蛋白家族是所有真核细胞胞吐及分泌作用中的关键因子，由其介导的运输囊泡膜与靶膜的锚靠、融合为胞内蛋白的运出提供了一条重要途径。体外试验表明，Syntaxin6-Syntaxin7-Vti1b，SNAP-23-Syntaxin4等SNARE核心蛋白之间精确的相互作用是哺乳动物巨噬细胞肿瘤坏死因子α (TNF-α)运输和分泌的必备条件，在机体非特异性免疫应答反应过程中起重要作用。 本研究受上述启示，旨在揭示SNARE蛋白在海洋鱼类免疫细胞内重要细胞因子白细胞介素1β (IL-1β)的分泌过程中的作用。参照Percoll密度梯度离心技术，从鲈鱼头肾组织分离纯化巨噬细胞进行稳定培养；利用RT-PCR方法克隆出鲈鱼t-SNARE蛋白SNAP-23和Syntaxin3的部分cDNA序列，再结合先前克隆的VAMP2和已知的鲈鱼IL-1β，TNF-α和IL-8的基因序列，设计特异性引物。利用Real-time PCR技术在mRNA水平上精确测定鲈鱼巨噬细胞中上述6种基因在革兰氏阴性菌脂多糖(LPS)分子刺激下的表达变化，发现SNAP-23基因与三种细胞因子基因的表达正相关；通过免疫印迹检测SNAP-23蛋白表达变化，利用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测IL-1β的分泌水平，在蛋白水平上验证了SNAP-23表达与IL-1β分泌的正相关性；利用5`RACE和3`RACE技术克隆出鲈鱼SNAP-23全长基因，结合定点突变策略和靶向PCR克隆手段，构建鲈鱼SNAP-23野生型融合质粒pEGFP-SNAP-23wt，Cys缺失突变融合质粒pEGFP-SNAP-23ΔCys和模拟E型肉毒神经毒素(BoNT/E)切割突变融合质粒pEGFP-SNAP-23ΔBoNT/E，以及鲈鱼IL-1β野生型融合表达质粒IL-1β-pEGFP和IL-1β-pEYFP。所有融合蛋白均在鲈鱼巨噬细胞内成功表达，结合ELISA实验结果发现，SNAP-23野生型的表达对IL-1β的分泌有促进作用，而Cys缺失突变体的表达则抑制IL-1β向胞外分泌。首次证实了鱼类巨噬细胞内SNAP-23蛋白在IL-1β分泌过程中的重要作用。此外通过与GFP共表达，定位了IL-1β分子在巨噬细胞内的分布，发现新合成的IL-1β分子很可能像TNFα一样经“内质网－胞质－伪足－胞外” 的分泌路径运出胞外。

一种高效覆盖的水下传感器网络部署策略

传感器节点的部署直接关系到水下传感器网络的成本和性能。考虑到传感器节点间具有很强的协同能力,该文提出一种基于检测融合的部署策略。采用Neyman-Pearson准则融合单元网格内所有传感器节点的检测信息,实现正方形和正三角形两种单元网格的高效覆盖,进而分别给出针对两种单元网格的监测区域网格划分方法,从而确定监测区域需要的传感器节点数量以及放置的具体位置。通过仿真实验验证了该部署策略的有效性。结果表明,与不采用检测融合时相比,降低了传感器节点冗余度。使用相同数量的传感器节点,新的部署策略能够在保证一定感知质量的基础之上获得更大的覆盖范围。

面向目标跟踪的无线传感器网络部署与定位问题研究

微机电系统、先进传感器、无线通信及现代网络等技术的进步，推动了无线传感器网络的产生和发展。集数据采集、处理、无线传输等功能于一体的无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起，将改变人类与物理世界的交互方式。 无线传感器网络具有许多挑战性的研究课题，其中部署与定位是无线传感器网络应用的基础问题。部署就是在一定区域内通过适当的策略放置传感器节点以满足某种特定需求，它决定了网络对目标的检测能力。定位在无线传感器网络中包括两层含义：节点定位和目标定位。节点定位是目标定位的前提，会影响目标跟踪的精度。论文面向应用于目标跟踪的无线传感器网络，围绕部署与定位问题展开研究。 论文分别综述了无线传感器网络部署问题、定位问题和目标跟踪问题的研究内容、评价标准、算法分类和研究现状。 从信息覆盖的角度研究满足给定指标的确定性部署问题，提出一种基于检测融合的确定性部署策略。首先采用奈曼-皮尔逊准则融合单元网格内所有传感器节点的检测信息，实现正方形和正三角形两种单元网格的高效覆盖。然后分别给出对应的监测区域网格划分方法，从而确定监测区域需要的传感器节点数量以及放置的具体位置。使用相同数量的传感器节点，基于检测融合的部署策略可以获得更大的覆盖范围，也就是在保证一定感知性能的情况下减少了成本。 针对无线电干涉定位系统的多径效应抑制问题，分别从理论和实验的角度分析多径效应对无线电干涉测距的影响，然后根据多径信号的物理特性，从理论上推导了镜反射的多径误差数学模型，在此基础之上进行无线电干涉定位系统的多径误差分析，讨论了衰减因子、传感器节点天线高度和水平距离等多径参数对多径误差的影响。通过仿真计算和分析可知，衰减因子对多径误差的大小起着决定性作用，而多径误差在定位空间上分布的复杂程度，随着天线高度的增加而增加，同衰减因子无关。 无线电干涉测距技术获取的干涉距离是两个发送节点和两个接收节点间距离的线性组合值。针对以节点间距离作为输入的传统定位算法，无法直接利用上述干涉距离进行定位的问题，提出一种基于改进粒子群优化的定位方法。借鉴遗传算法中变异的思想，在每次迭代时对更新过的粒子位置进行微扰，以维持种群的活性。利用干涉距离的实验数据，分析比较了遗传算法和改进粒子群优化在无线电干涉定位系统节点定位问题中的性能。实验结果表明，两种定位方法都能在有限的进化代数内找到节点坐标的近似值，但是基于改进粒子群优化的定位方法的平均耗费时间，远远小于基于遗传算法的定位方法，具有更高的优化效率。 针对具有簇-树型网络拓扑结构的无线传感器网络，首先给出集中式粒子滤波跟踪算法实现的具体步骤，然后提出两种分布式粒子滤波跟踪算法。综合考虑信息收益和参与协作的资源消耗，两种分布式算法分别采用不同的准则来选择参与跟踪的传感器节点。为了系统地比较跟踪算法的性能，给出跟踪精度、通信开销、能量开销和跟踪反应时间等各项指标的定义，进而构建了综合性能评价体系。通过仿真，量化比较了三种跟踪算法的性能。结果表明，两种分布式算法能够在损失很少跟踪精度的同时，大幅度减少通信开销、能量开销和跟踪反应时间。最后，仿真分析了传感器节点覆盖密度和检测阈值对跟踪算法性能的影响。 总之，论文对无线传感器网络的部署问题、定位问题和目标跟踪问题进行了研究和探讨，旨在对无线传感器网络的应用起到一定的促进作用。

面向数据收集的无线传感器网络节点部署问题研究

随着MEMS、无线通信、自动控制和人工智能等技术的快速发展，无线传感器网络引起了学术界的极大关注。它的出现改变了人与自然界的交互方式，其应用领域将会深入到社会生活的各个方面。 节点部署问题是无线传感器网络研究的基本问题之一。在无线传感器网络的某些实际应用中，节点部署通常采用人工部署方式，为满足网络的节能性、可靠性、实时性等性能需求，需要额外部署一些节点。为限制网络布设成本，要对这些新增加的节点进行有针对性地部署。基于这种应用环境，论文对面向数据收集的无线传感器网络节点部署问题展开研究工作，主要的研究内容与成果包括以下几个方面。 论述了无线传感器网络节点部署问题的研究内容、分类和评价体系，系统地总结了前人的研究成果和不足。 为改善网络的连通性和满足网络生命期需求，提出了一种启发式的两阶段中继节点部署策略。第一阶段的部署确保了网络连通性；第二阶段部署，结合负载平衡的路由协议，满足了网络的生命期需求。仿真结果表明该方法在满足上述性能需求的前提下，最大限度地减少了需要部署的中继节点数目。 针对网络中簇首选择不合理导致数据收集成本过高的问题，提出了面向数据收集成本最优化的簇首节点选择算法。当网络状态一定时，簇首节点的优化选择问题是一类组合优化问题。论文首先提出了基于小规模网络的全局最优化的簇首节点选择算法（BFM）。针对BFM算法复杂度高的缺点，进而提出了基于大规模网络的启发式的簇首节点选择算法，该算法可以在较短时间内得到问题的次优解。 考虑网络簇首的容量限制和最大簇半径限制，把簇首节点的优化部署问题形式化为整数规划问题。提出两种启发式的簇首优化部署策略：基于K-平均的簇首部署策略和基于K-平均与模拟退火混合算法的簇首部署策略。前者适用于网络运行时的动态部署，后者适用于网络投入使用前的规划部署。仿真结果表明，分簇后的网络在满足上述限制的情况下，最大限度地延长了网络生命期。 有针对性的节点部署离不开网络状态监测，为使网络状态监测不过多占用网络资源，提出了一种高效的网络状态监测机制。通过对节点编码并在节点间建立起一个逻辑层次簇结构，利用各个子簇状态数据的相似性和编码的连续性，实现了网内无损聚合。该监测机制使得网络状态信息的收集，在不丢失数据细节信息的情况下，数据通信量大大减少。 本论文的研究仅为无线传感器网络中的规划部署问题提供了一个框架，尚未形成一个完整可行的网络规划部署系统。各项研究成果可以为无线传感器网络设计者、方案提供者以及无线传感器网络应用的系统集成，提供一些有益的指导。

一种行星探索车举升机构设计

介绍了摇杆-转向架悬挂系统的收缩和展开状态,根据展开过程,分析了举升机构的任务。采用双重四杆机构设计举升机构,以满足摇杆-转向架展开过程中两大步骤的需要。详细介绍了该举升机构的工作原理和双重四杆机构的切换过程。最后对举升过程中的四杆机构参数进行了分析设计,给出了机构参数设计模型,利用该模型可以对四杆机构的受力进行优化设计。

水下机器人主动升沉补偿系统研究

介绍一种基于水下机器人常规液压收放绞车的主动升沉补偿系统,利用加速度传感器获得母船的升沉运动信号,控制绞车的运转来降低母船的升沉运动对水下机器人的影响。通过理论计算建立主动升沉补偿系统的数学模型,仿真分析绞车运动对水下机器人升沉运动的补偿效果,并利用主动升沉补偿系统实验台验证基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿方案的可行性。

SARV光纤收放装置的控制系统设计与实现

根据小型自治遥控水下机器人SARV的运动特性,研制了光纤微缆收放的控制系统。设计使用了嵌入式QNX软件开发技术,系统稳定可靠。采用系统辨识的方法,获得被控对象的等效数学模型。采用单神经元自适应PID控制器对控制参数进行在线自调节,实现了SARV在水中运动时光纤收放的恒张力控制,满足光纤收放装置的设计要求。

SARV光纤微缆收放系统的研究与设计

通过对光纤微缆的受力分析,结合光纤微缆的特点设计并实现了光纤微缆收放系统.该系统采用恒张力控制收放光纤微缆,使光纤微缆随着水下机器人的运动释放和回收,减小了光纤微缆对水下机器人运动的影响,避免了光纤微缆的缠绕和损伤.