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基于集群计算的多功能路面检测系统设计与研究
| 论文题名： | 基于集群计算的多功能路面检测系统设计与研究 |
| 关键词： | 集群计算;高速公路;路面检测系统;MPI编程;动态负载均衡算法 |
| 摘要： | 近几年来,随着高速公路路面检测要求的日益增长,对路面检测提出了更高的要求。目前基于单计算机的路面检测系统已不能满足现有需求,这在一定程度上影响了我国高速公路建设的进程,因此,应用高新技术开发具有高性能的路面检测系统具有非常重要的意义。论文研究的多功能路面检测系统正是应用高性能集群计算这一技术,通过构建路面检测集群系统来并行的处理路面图像数据,能够显著提高对路面图像数据的计算速率,提供更快速、更可靠的路面图像处理数据,有利于路面管理养护的决策。 论文主要研究了基于集群计算的多功能路面检测系统,通过交换机将多台计算机互连从而组建起一个局域网,在每个计算机上安装并行编程环境和进行相应工具包的配置,然后利用加载了消息传递并行编程 MPI的集成开发设计环境Microsoft Visual C++6.0进行集群系统的并行程序设计,从而构建基于集群计算的多功能路面检测系统的硬件环境与软件平台。通信协议采用TCP/IP网络协议,集群系统中各节点间的通信应用MPI来实现,MPI提供了非阻塞式发送功能和完备通信功能,这有效减少了系统的通信开销,大大缩短了传统单机系统的处理时间。任务分配采用块分配的策略,调度管理节点根据任务分配策略进行任务的划分,并将任务分配给各个计算节点。结合路面图像数据的处理特点,分析总结现有负载均衡算法的研究结果,设计出一种基于任务迁移的动态负载均衡算法,使集群系统在运行过程中能够以各个计算节点的负载信息状况为依据,计算任务合理的在各个计算节点间进行迁移,仅当Ni=0而Nj!=0(其中i!=j)时,集群系统的负载均衡才启动,重新对负载最重节点p和负载最轻载节点i进行任务分配,让它们在负载均衡后同时完成计算,即Ti= Tp,负载最轻的计算节点接收负载最重的计算节点迁移来的计算任务,使得各个计算节点的负载尽可能的均衡。 最后在已开发完成的路面检测集群系统上,以哈尔滨工业大学“国畅”多功能道路检测车采集的路面图像数据为例,针对不同规模的计算任务,分别在单机系统、没有实现动态负载均衡的集群系统和实现动态负载均衡的集群系统上进行实验,并根据集群系统的性能指标并行加速比与效率分析评价了论文中集群系统的计算性能。 |
| 作者： | 甘晓亮 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 王华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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