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演化场景下云应用系统资源管理研究

演化场景下云应用系统资源管理研究

作者：孙天齐上海工程技术大学

学位级别：硕士

随着云计算的发展和兴起,其越来越受到用户的喜爱。作为云上的虚拟化产品,相对于传统服务器,云服务器具有高可靠性、按需付费、资源弹性获取和管理方式灵活等特点,因此越来越多的Web应用管理者都选择将Web应用部署在云上。对于Web应用... 详细信息

随着云计算的发展和兴起,其越来越受到用户的喜爱。作为云上的虚拟化产品,相对于传统服务器,云服务器具有高可靠性、按需付费、资源弹性获取和管理方式灵活等特点,因此越来越多的Web应用管理者都选择将Web应用部署在云上。对于Web应用的管理者而言,一方面需要保证服务质量（Quality of Service,QoS）,另一方面需要尽可能降低云资源租赁费用,提高费效比。Web应用运维人员需要根据需求对云服务器进行相关计算资源的配置,其中带宽资源是云服务费用中一项主要支出项目,且是配置更新相对频繁的一项资源。当负载发生较大变化时,为保证QoS,Web应用运维人员需要及时进行带宽需求预测并制定带宽管理方案,同时需要对候选方案可能带来的结果进行预先评估,以保证选择的方案能够提供稳定可用的服务,因此对于带宽资源管理的研究十分必要。带宽管理候选方案可以看作是一种假设的系统演化,本文的研究内容即是对系统进行带宽驱动的假设分析（What-if Analysis）。在现有的云应用资源管理研究中,着重关注带宽资源的较少,大多数研究侧重于CPU和内存等资源。此外,大多数研究中的方法不能适用于演化场景的预测任务,需要调整数据集或重新训练模型。针对上述问题,本文首先提出一种基于网络仿真的假设分析方法,该方法可以用于带宽需求预测和带宽管理方案的评估。但该方法模型参数较多,调节过程复杂,故本文进一步提出一种基于机器学习的方法,该方法分成两部分,一部分为采用传统机器学习模型进行带宽需求和QoS预测,另一部分为采用迁移学习方法实现特征的迁移,以帮助传统机器学习模型解决演化场景下的QoS预测问题。本文提出的两种方法均可以帮助Web应用运维人员更好地进行带宽资源管理。本文的研究内容具体包括以下三个部分:1)一种基于网络仿真的Web应用带宽资源需求和QoS预测方法,该方法采用简化的并行负载模型,同时运用自动化日志挖掘方法提取模型所需参数,并使用网络仿真工具模拟复杂的网络传输过程,用来预测不同负载强度下的带宽需求和QoS变化。最后通过基于基准测试TPC-W的Web应用验证方法的有效性,并对几种带宽管理方案进行评估。2)由于基于网络仿真的方法对QoS预测结果的稳定性稍差,且模型参数较多,参数调节过程复杂,故本文提出一种基于机器学习的方法对网络吞吐量和QoS进行预测。该方法采用传统的机器学习模型,方法中详细介绍了数据挖掘过程,并引入带宽利用率作为一个特征,使模型摆脱固定带宽配置的约束。另外,该方法同时考虑了CPU资源的影响。最后同样选择基于TPC-W的云应用作为案例来评估该方法的有效性和稳定性,且尝试进行演化场景下的QoS预测任务。3)由于传统机器学习方法对于演化场景下的QoS预测任务难以取得好的结果,因此本文进一步提出了一种基于域自适应的方法用于特征迁移,帮助传统机器学习方法更好地预测带宽驱动的演化场景下Web应用的QoS。该方法根据用户体验对响应时间进行分级,将回归问题转化为分类问题。最后通过丰富的实验来评估该方法,包括在多种演化场景下对于基准测试系统TPC-W和一个真实Web应用的QoS预测。本文提出的方法可以用于评估云上Web应用的带宽管理方案,评估结果可以为Web应用运维人员提供决策参考,以帮助他们提供高质量的应用服务,同时节约成本。另外本文提出的方法也可以推广应用到其他计算资源的管理中。

关键词： Web应用带宽资源管理网络仿真机器学习域自适应服务质量

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分布式孔径数字全息成像系统误差标定

分布式孔径数字全息成像系统误差标定

作者：孙天齐华北理工大学

学位级别：硕士

基于数字全息术的分布式孔径综合成像是一种先进的主动成像技术。采用多个子孔径对目标进行全息探测,然后将各个子孔径上的目标光复振幅根据其空间位置综合起来,从而获得较大的数值孔径,最终实现多孔径综合高分辨率成像。这种成像系统... 详细信息

基于数字全息术的分布式孔径综合成像是一种先进的主动成像技术。采用多个子孔径对目标进行全息探测,然后将各个子孔径上的目标光复振幅根据其空间位置综合起来,从而获得较大的数值孔径,最终实现多孔径综合高分辨率成像。这种成像系统的难点在于子孔径之间的相位误差应控制在十分之一个波长以内。考虑到子孔径间的相对旋转、放大率、位移和倾斜误差对综合成像质量的影响,深入研究了基于图像配准和清晰化的系统误差标定和校正方法,研究内容和结果包括以下3个方面。针对子孔径间的旋转和放大率误差,研究了基于图像配准的误差标定和校正方法。首先理论分析了子孔径间的旋转和放大率误差的特点;然后提出了尺度不变特征变换(Scale-Invariant Feature Transform,SIFT)和快速鲁棒特征(Speeded-Up Robust Features,SURF)算法的误差标定方法,以及基于图像变换的校正方法;最后进行了实验验证。实验结果表明:基于图像配准的误差标定和校正方法具有较高的精度;与SURF算法相比,在相同大小的散斑噪声下,SIFT算法的精度更高。针对子孔径间的位移和倾斜误差,研究了基于图像相关和清晰化的误差校正方法。首先理论分析了子孔径间的位移和倾斜误差对综合成像质量的影响;然后根据二者之间的耦合关系,提出了基于目标图像相关和清晰化的粗精两级校正方法,即在图像相关法获得的初始值的基础上,采用随机并行梯度下降算法(SPGD)对图像清晰度进行优化,从而实现精校正;最后通过9孔径综合模拟实验进行了验证。实验结果表明,基于图像相关和清晰化的误差校正方法能够有效校正子孔径间的位移和倾斜误差,提高综合成像质量。最后,为了便于实际应用,设计了基于C语言的三孔径综合成像程序模块。在VS2013开发环境下,基于MFC开发技术编写了对话框界面,利用Open CV图像视觉库和自己开发的其他程序模块,实现了系统误差标定和校正功能。运行结果验证了程序设计的正确性,因此能够很好地应用于实际系统。

关键词：图像处理分布式孔径数字全息成像系统误差校正

基于HP滤波与ARIMA模型的柱塞泵泄漏量预测

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基于HP滤波与ARIMA模型的柱塞泵泄漏量预测

作者：孙天齐兰州理工大学

学位级别：硕士

液压系统是装备制造业中的关键系统之一,柱塞泵作为液压系统的“心脏”,具有额定压力高、转速高、寿命长、驱动功率大、单位功率重量轻、结构紧凑、流量调节和维护便利等优点。同时,柱塞泵作为液压系统的关键动力元件,在诸如拉床、压铸... 详细信息

液压系统是装备制造业中的关键系统之一,柱塞泵作为液压系统的“心脏”,具有额定压力高、转速高、寿命长、驱动功率大、单位功率重量轻、结构紧凑、流量调节和维护便利等优点。同时,柱塞泵作为液压系统的关键动力元件,在诸如拉床、压铸、锻造、重工、行走机械、军工装备以及矿山冶金机械等领域都有着广泛应用。运行过程中温度升高、磨损和杂质的混入等都会使柱塞泵的液压油污染加剧,造成摩擦副表面的破坏导致性能退化。随着运行时间的增加,摩擦副高速运行形成的累积磨损会使得泵的内部泄漏逐渐增大,从而导致系统油液压力降低,流量供给和容积效率无法满足要求。因此,柱塞泵的工作性能对液压系统有重要影响,掌握柱塞泵的工作特点以及影响柱塞泵性能指标的特性是对液压系统实施健康管理的重要依据。本文以泄漏量作为轴向柱塞泵性能退化的指标构建其短期泄漏量预测模型。首先,对轴向柱塞泵的失效机理以及对性能退化具有重要影响的关键摩擦副的泄漏量进行分析并阐明了将泄漏量作为性能退化指标的原因。其次,对泄漏量数据进行HP滤波分解,为应用滤波数据进行建模奠定数据基础。最后,对ARIMA模型的预测流程进行分析,在数据处理方法和模型确定的基础上将泄漏量数据作为时间序列进行实例解析,对其拟合ARIMA模型进行预测分析并进一步寻求对模型进行优化的措施,利用对HP滤波处理后的泄漏量数据拟合ARIMA模型的综合方法进行实例分析,同时对二者进行误差比较。结果表明,通过对预测结果进行均方误差以及相对误差的全面比较,经滤波处理的泄漏量数据拟合模型综合方法的预测结果优于未滤波处理的泄漏量数据拟合模型的预测结果,同时由于模型本身的特点,对ARIMA模型调整训练数据量与预测量也会对预测效果产生影响,在保持训练数据量不变的情况下预测量越小则结果越精确,在保持预测量不变的情况下训练数据量越大结果越好。由于HP滤波本身的特点,改变其平滑参数也会对预测结果产生影响,最佳平滑参数的选择不宜过大或过小。因此本文提出的方法为轴向柱塞泵泄漏量短期预测方法选择及后期的健康管理提供了一定的参考。

关键词：柱塞泵性能退化泄漏量预测 HP滤波 ARIMA模型

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数字全息亚像素位移综合孔径方法

红外与激光工程 2018年第6期47卷 221-225页

作者：赵亚迪曹晓华陈波孙天齐华北理工大学电气工程学院河北唐山063210

孔径综合是提高成像分辨率的有效手段。针对综合孔径数字全息术,提出一种亚像素位移精度的孔径综合方法。利用基于快速傅里叶变换的菲涅耳衍射公式进行目标光场重构,利用傅里叶变换的移位性质,将全息图的位移量转化为活塞相位和倾斜相位... 详细信息

孔径综合是提高成像分辨率的有效手段。针对综合孔径数字全息术,提出一种亚像素位移精度的孔径综合方法。利用基于快速傅里叶变换的菲涅耳衍射公式进行目标光场重构,利用傅里叶变换的移位性质,将全息图的位移量转化为活塞相位和倾斜相位,从而实现任意位移量的数字全息孔径综合。开展了数字离轴全息综合孔径实验,实验结果验证了该方法的有效性。同时,在牺牲一定分辨率的前提下,该方法能够显著减少孔径综合的运算量,具有很好的实时性,并降低处理器的硬件配置要求。

关键词：综合孔径数字全息位移误差重构

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散斑噪声对基于特征点匹配的图像配准的影响

激光与光电子学进展 2017年第12期54卷 179-184页

作者：陈波孙天齐刘爱新华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 北京铁路局机务处北京100086

针对综合孔径数字全息,研究了散斑噪声对基于特征点匹配的图像配准精度的影响。建立了数字离轴全息实验装置,利用尺度不变特征变换(SIFT)算法和快速稳健特征(SURF)算法提取待配准图像和参考图像的特征点,采用欧氏距离最邻近法进行特征... 详细信息

针对综合孔径数字全息,研究了散斑噪声对基于特征点匹配的图像配准精度的影响。建立了数字离轴全息实验装置,利用尺度不变特征变换(SIFT)算法和快速稳健特征(SURF)算法提取待配准图像和参考图像的特征点,采用欧氏距离最邻近法进行特征点匹配;在此基础上采用抽样一致性最大似然估计算法估计图像变换模型参数。实验结果表明,SIFT算法的抗噪性更好;对于SIFT算法,当散斑信噪比大于1.4时,配准相对误差小于0.02;对于SURF算法,当散斑信噪比大于1.7时,配准相对误差小于0.05。

关键词：图像处理图像配准散斑噪声特征点匹配尺度不变特征变换算法快速稳健特征算法

不同海域多波段小擦地角海面散射特性的影响因素分析

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电波科学学报 2015年第6期30卷 1078-1085页

作者：吴涛令狐龙翔吴振森苏翔孙天齐西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071 中国海洋大学青岛266071

根据东南沿海和西太平洋海面温度场与盐度场卫星数据,利用双Debye模型以及含泡沫的M-G模型计算等效介电常数.分析表明:不同海域温度与盐度变化对P/L波段介电常数虚部的影响大于实部,其他频段影响略小;但介电常数对给定频率的海面散射系... 详细信息

根据东南沿海和西太平洋海面温度场与盐度场卫星数据,利用双Debye模型以及含泡沫的M-G模型计算等效介电常数.分析表明:不同海域温度与盐度变化对P/L波段介电常数虚部的影响大于实部,其他频段影响略小;但介电常数对给定频率的海面散射系数影响只在0.1dB左右,故主要影响仍来自于不同海域的海情海况.基于修正双尺度法和矢量辐射传输理论,提出了多尺度海面电磁散射的含泡沫修正双尺度方法,考虑实际海面海况与不同频率的截断波数,数值计算了不同波段(即P、L、S、X、Ku波段)频率海面后向散射系数随风速风向、波高、泡沫覆盖率、频率与极化等影响因素的变化情况,总结分析了基于多尺度海面小擦地角电磁散射机理.

关键词：小擦地角多波段修正双尺度海面后向电磁散射