摘要：社会计算中,社会公共安全、企业商务智能和舆情计算等众多领域均对实时计算的性能提出了越来越高的要求.流式计算引擎作为大数据计算研究领域的研究热点之一,致力于提供高吞吐量和低延迟的实时计算能力.流式处理任务对处理延迟非常敏感,数据价值随着处理时长的增长而快速递减.传统流式计算引擎设计中,操作系统、JVM等占用大量计算资源,如何提升计算资源利用率成为目前亟待解决的问题.为此,本文提出了一种基于C++语言实现的支持Unikernel的高性能实时数据分析计算引擎Hummer.首先,通过引入Unikernel机制,Hummer可绕过传统操作系统,直接运行于裸机或虚拟化层,减少传统操作系统无关组件带来的性能开销,支持分布式环境下的快速部署与启动,为高性能大数据计算引擎设计提出新的思路.其次,通过使用Unikernel对计算引擎进行封装,解决了C++应用需本地化编译、难以在集群中部署的问题.最后,系统使用灵活的网络通信方案,支持异构网络部署及网络资源隔离.实验表明,Hummer端到端处理延迟低于30ms,较Flink系统低2倍,较Spark Streaming低15.8倍,且吞吐量达到Flink的2倍.使用Unikernel封装的Hummer系统镜像仅为100MB,启动时间约为2s.

摘要：SpaceWire(SpW)路由是SpW网络的关键设备之一,采用纵横式交叉开关(crossbar switch)结构,由于SpW网络数据分组最大长度不固定,经典的滑动迭代轮询匹配(iSlip)调度算法并不适用。研究二维行波进位交换结构,提出一种多优先级分层调度的crossbar switch实现结构,为不同业务流量类型赋予不同优先级可以提高网络服务质量(QoS),采用基于仲裁反馈轮询(FBP)算法,在群组路由时具有良好输出公平性。通过向环型行波进位(CRCS)仲裁结构中插入寄存器分割组合逻辑组成流水结构降低组合延迟,提高最高系统频率,解决路由端口数量扩展的问题。使用可编程逻辑语言实现优先级数量和端口数量可配置的crossbar,CRCS结构具有资源占用少、仲裁速度快和易于扩展的特点。以4×4规模的crossbar switch为例,采用二维CRCS结构相比于线性扩展结构,仲裁逻辑单元数量节省67.3%,仲裁延迟降低约60%,在Xilinx V7系列现场可编程门阵列(FPGA)进行逻辑综合,行列各插入2级寄存器,即可满足最大规模下的SpW路由应用需求。

摘要：为解决星载SSR启动缓慢,可靠性不足所带来的无法满足复杂、灵活的任务需求问题,研究星载大容量固态存储器(SSR)的索引建立机制,分析传统方案的优缺点并结合在轨运控需求、工作模式等特点,提出一种适合基于NAND FLASH的星载大容量固态存储器的快速启动算法.原有文件系统存储索引表来自于NAND FLASH空余区,算法增加新的保留区设计及相应的启动过程,避免重启时扫描空余区重新建立索引.针对空间环境单粒子效应带来的存储错误,NAND FLASH保留区的索引信息采取ECC编码、冗余备份、分区存储等可靠性措施,提高索引表的可靠性.本文介绍了应用保留区的启动工作机理以及不同模式下的更新方式,阐述了系统在功能性重启和故障性重启下的扫描方式,并建立数学模型分析算法的有效性,最后在使用欧比特NAND FLASH搭建的测试平台上进行验证.算法功能性重启索引建立耗时5.643 ms,故障重启索引建立73.985 ms,而传统算法重启索引建立50.37 s.实验结果表明,本算法显著减少了系统启动耗时.

摘要：可控核聚变是解决人类能源问题的理想途径。实验包层模块是国际热核聚变实验堆的关键部件之一。中国氦冷固态增殖剂包层模块(CH HCSB TBM)第一壁的设计,有3根冷却剂管道和5根冷却剂管道的方案。通过对这2种方案的简化,结合对流传热计算,得到第一壁的温度分布,并且提出了4根冷却剂通道的设计方案。5根冷却剂管道比3根冷却剂管道的设计许用温度低4℃。4根冷却剂通道具体结构是,通道径向尺寸为13 mm,极向尺寸为13.5 mm。这种设计在3种方案中拥有最低的温度分布,与前2种设计相比有较好的温度安全裕量,与3根管道的设计相比更能节省材料。

摘要：提出一种标定超短脉冲测量装置时间分辨率的新方法。设计制作可产生特定时间延迟的平面平晶,标定时将其放置在自相关仪前的光路中;待测光脉冲经过平面平晶后会产生时间延迟为T的双脉冲,该双脉冲到达自相关晶体发生相互作用,产生自相关信号,此时信号的主峰两端会出现较为明显的次峰信号,该次峰信号之间的时间间隔为2T,这样双脉冲的时间延迟就转换为次峰信号峰值的空间距离,经CCD接收后可计算得到自相关仪的时间分辨率。采用此方法对自相关仪时间分辨率标定的结果为217.88 fs/pixel,与移动光程延迟器法得到的标定结果214.27 fs/pixel相比,相对误差仅为1.68%;与可单次标定的鉴别率板法相比,采用此方法标定结果的相对扩展不确定度为1.50%,优于鉴别率板法的6.96%。

摘要：聚变堆主机关键系统的综合研究设施的磁体性能研究平台(Magnet Performance Research Platform,MPRP)是为先进超导磁体实验建立的大型实验平台,其历史数据在海量存储情况下存在检索速度慢的问题。因此,对系统检索速度进行研究并开发了MPRP数据归档系统(MPRP Data Archiving System,MPDAS)。MPDAS设计了EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)数据归档插件并采用MongoDB分片和副本集机制搭建高扩展性数据存储架构。为提高数据检索速度,MPDAS借鉴最近最少使用(Least Recently Used,LRU)、使用频率最低(Least Frequently Used,LFU)、先进先出(First In First Out,FIFO)三种传统缓存替换算法核心思想,基于牛顿冷却定律建立数据温度模型并提出一种综合访问时间、访问频率以及存储顺序的多维度特征数据划分算法。根据数据划分算法标识冷热历史数据实现数据分层存储。MPDAS在查询历史数据时优先访问Redis,根据命中结果和数据完整性选择不同的检索策略。系统测试结果表明:MPDAS功能特征满足设计要求,其搭载的冷热数据划分算法相比FIFO、LRU、LFU在热数据库保存1%历史数据量时的Redis命中率分别提升了38.05%、26.91%和11.06%。通过提高热数据命中率能够直接减少数据检索平均响应时间,MPDAS通过量化历史数据热度并进行冷热划分,有效地提升了系统检索响应速度。

摘要：木卫一等离子体环是木星磁层中密度最大、研究最广泛的区域。为满足木卫一等离子体环的观测需求,设计了一种用于行星大气光谱望远镜(Planetary Atmospheric Spectral telescope,PAST)的Lyot星冕仪。根据木星的辐射特性与PAST参数确定仪器参数,给出Lyot星冕仪的初始结构并进行优化;分析了Lyot星冕仪的成像性能,系统在37 lp/mm的MTF>0.6,满足成像质量要求;确定系统杂散光成因,利用物像共轭关系设计相应的杂散光抑制结构,在千级超净间对Lyot星冕仪进行杂散光抑制水平检测。实验结果表明:系统主要杂散光得到了有效抑制,系统的杂散光抑制水平在2.5Rj处为10-5量级,满足地基观测木卫一等离子体环要求。

摘要：发射换能器是随钻声波测井仪器的核心部件,其工作带宽及辐射声波能量的强弱是仪器的关键技术指标。换能器是一个非线性容性负载,可以采用阻抗匹配的方式增强有功功率并拓宽工作频带。本文将换能器多模态等效电路与阻抗匹配网络结合,利用电路网格方程对元件参数进行求解。最终在消声水池进行声场测试,观测换能器有功功率、声场辐射声压、发射电压响应等电、声特性,综合评估阻抗匹配网络的效果,为后续的随钻仪器研发及实验测试提供帮助和指导。实验结果表明,本文所设计的阻抗匹配网络能够明显改善换能器的声波辐射性能,频带宽度拓宽3.3倍,有功功率提高1.7倍,声压增强1.8倍,发射电压响应提高5 dB,在12~16 kHz的频带内发射电压响应最高可达125 dB。

摘要：搭建了基于气体折射率方法的气体压力测量装置,测量区间为10—100 k Pa,采用双腔比对方法对装置进行了检验.通过将两个真空腔体分别控温,并且真空连通,保证了两个腔内气体压力相同.以高纯氮气(6N)为气体介质,在不同气体压力条件下,得到了双腔对比测量的初步结果.结果显示,基于光学方法的气体折射率压力计重复度高于30×10^(-6),显著好于商用电容式薄膜压力计,说明该方法具有很大潜力.本文还分析了测量中的误差来源,并计划通过改进系统设计以提高测量精度.

摘要：氟盐冷却高温堆(FHR)作为第4代核能系统,对安全性和经济性更加注重。FHR全空间中子通量密度的精细分布数据对于材料构件的辐照损伤计算、放射性源项分析以及辐射屏蔽设计等均有重要意义。针对这一需求,本文采用离散纵标(SN)方法为蒙特卡罗(MC)方法偏倚计算提供所需的源偏倚和权窗参数,使蒙特卡罗粒子均匀地分布于整个计算模型空间,从而有效降低中子通量密度分布计算的统计误差。在该方法的基础上,编写了耦合程序SN2MCNP,并使用该程序对FHR全空间的中子通量密度分布进行了精细计算。经对比验证,在同样的计算时间和统计方法的要求下,单独使用MCNP计算的结果中,只有30.1%的相对误差达到要求(<10%),而使用SN2MCNP的计算结果中则有99.6%的相对误差达到要求(<10%)。