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仿生自组织计算阵列体系结构关键技术研究

作　者: 吕启
导　师: 窦勇
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 仿生计算阵列容错形态发生素定序方法模拟电路
分类号: TP302.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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特的尺寸调节能力。此外,本文还用模拟电路实现了计算阵列的形态发生素模型,并用MultiSim10工具进行了验证。

仿生自组织计算阵列体系结构关键技术研究

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