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基于通信开销的多类型DAG任务调度方法

微电子学与计算机 2024年第5期41卷 67-75页

作者：郝鹏涛肖锋黄姝娟张文娟陈雯琦左俊杰西安工业大学计算机科学与工程学院陕西西安710021 西安工业大学基础学院陕西西安710021

随着异构多核处理器的性能不断增强,具有关联关系任务的调度问题和调度算法成为研究者们关注的焦点。针对异构多核平台上的有向无环图(Directed Acyclic Graph,DAG)任务模型进行了调度分析。由于异构环境中计算资源类型丰富数量多,实际... 详细信息

随着异构多核处理器的性能不断增强,具有关联关系任务的调度问题和调度算法成为研究者们关注的焦点。针对异构多核平台上的有向无环图(Directed Acyclic Graph,DAG)任务模型进行了调度分析。由于异构环境中计算资源类型丰富数量多,实际调度过程中处在不同核上的任务之间的通信开销是存在的。而当前大多数调度算法要么忽略不同核上的任务之间的通信开销,要么优先级判定和选择处理器核执行时不能全面考虑核间任务的通信开销,造成资源浪费,增加了系统调度任务的整体长度。因此,针对具有通信开销的DAG任务模型,讨论了任务间的通信开销对任务调度算法的影响,提出了复合节点生成算法(Composite Node Generation Algorithm,CNGA)任务调度算法。该算法根据任务间通信开销大小进行预处理分配生成复合节点,重构DAG图将任务节点的上行秩和通信占比作为参数决定任务节点的优先级。实验结果与HEFT和CPOP算法比较,在任务通信开销和任务执行开销之比(Communication to Computation Ratio,CCR)一定的情况下响应时间比原有的HEFT和CPOP提升10.19%,稳定性以松弛度和接受率为参数平均提升3.96%。

关键词： DAG 任务调度通信开销复合节点 CNGA算法

带通信开销的DAG工作流费用优化模型与算法

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计算机研究与发展 2015年第6期52卷 1400-1408页

作者：郭禾陈征于玉龙王宇新陈鑫大连理工大学软件学院辽宁大连116620 大连理工大学计算机科学与技术学院辽宁大连116024

通信开销在云环境中无法忽略,但现有DAG(directed acyclic graph)工作流费用优化模型大都未考虑任务之间的通信开销,难以在实际云环境中应用.为此,提出带通信开销的工作流费用优化模型CA-DAG(communication aware-DAG),并在分层算法的... 详细信息

通信开销在云环境中无法忽略,但现有DAG(directed acyclic graph)工作流费用优化模型大都未考虑任务之间的通信开销,难以在实际云环境中应用.为此,提出带通信开销的工作流费用优化模型CA-DAG(communication aware-DAG),并在分层算法的基础上提出针对CA-DAG模型的调度算法CACO(communication aware cost optimization).CACO使用前向一致规则(forward consistent,FC)求解工作流的最小完工时间;根据逆向分层策略将任务分层,使费用优化问题从全局转化到局部;采用动态规划方法收集任务在选择服务时产生的零散"时间碎片",增加任务的费用优化空间,改善费用优化效果.仿真实验结果表明,在考虑通信开销时,CACO费用优化效果较DTL(deadline top level),DBL(deadline bottom level),TCDBL(temporal consistency deadline bottom level)都有显著提高.

关键词：通信开销费用优化工作流分层 DAG调度

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并行人工神经网络通信开销的研究

计算机研究与发展 2000年第2期37卷 155-158页

作者：孙亚军王思明暨南大学理工学院电子工程系广州510632

文中讨论了在多处理器系统上，用大规模并行处理技术实现人工神经网络时，处理器之间的通信开销问题．通过理论推导和实验证明，全连接和随机连接神经网络在多处理器系统上并行实现时，处理器网络的拓扑结构对神经网络实现的通信开销影... 详细信息

文中讨论了在多处理器系统上，用大规模并行处理技术实现人工神经网络时，处理器之间的通信开销问题．通过理论推导和实验证明，全连接和随机连接神经网络在多处理器系统上并行实现时，处理器网络的拓扑结构对神经网络实现的通信开销影响很小。

关键词：人工神经网络多处理器系统并行处理通信开销

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一种低通信开销联合时钟同步和定位算法

重庆邮电大学学报（自然科学版） 2016年第1期28卷 30-36页

作者：丁进林基明周继华赵响刘韦韦桂林电子科技大学信息科学实验中心桂林541004 重庆金美通信有限责任公司重庆400030

针对无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)中降低节点间的通信开销的需求,提出一种基于成对广播同步协议(pairwise broadcast synchronization,PBS)改进的联合时钟同步和定位算法。在联合时钟同步和定位过程中,锚节点(位置已... 详细信息

针对无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)中降低节点间的通信开销的需求,提出一种基于成对广播同步协议(pairwise broadcast synchronization,PBS)改进的联合时钟同步和定位算法。在联合时钟同步和定位过程中,锚节点(位置已知,时钟需同步)侦听未知节点(位置未知,时钟需同步)与参考节点(位置已知,时钟为参考时钟)双向交换的时间信息,不用发送额外的信息。因此相比于传统基于双向信息交换方式的联合时钟同步和定位算法可以节省大量的通信开销,同时可以降低同步所需参考节点的数目。该算法不仅对未知节点的位置参数和时钟参数进行联合估计,同时也完成锚节点时钟参数的估计。经过仿真分析,估计值满足所推导的克拉美罗下限(cramer-rao lower bound,CRLB),且估计精度接近其他两种典型联合算法。综合考虑估计精度和通信开销,所提出的算法优于现有的联合时钟同步和定位算法。

关键词：无线传感器网络联合时钟同步和定位通信开销

无线信道预测:联邦学习与集中式学习的通信开销

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信号处理 2021年第10期37卷 1930-1940页

作者：胡逸文杨晨阳刘婷婷北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

通过预测无线信道可以解决高速移动导致的信道过时问题、或利用预测资源分配提升无线系统的资源利用率和用户体验。尽管对机器学习进行离线训练的时间较长,但利用训练后得到的模型进行在线推断时计算复杂度低,有望解决信道预测这类对实... 详细信息

通过预测无线信道可以解决高速移动导致的信道过时问题、或利用预测资源分配提升无线系统的资源利用率和用户体验。尽管对机器学习进行离线训练的时间较长,但利用训练后得到的模型进行在线推断时计算复杂度低,有望解决信道预测这类对实时性要求高的无线任务。联邦学习可以充分利用移动设备采集的数据和计算资源,同时保护隐私敏感的用户数据。对于隐私不敏感的无线数据,应用联邦学习的主要动机之一是相对于需上传原始训练数据的集中式学习能降低通信开销。本文考虑平均信道、瞬时信道和未来接入小区这三个预测问题,对经过模型压缩后联邦学习的上行总数据量与集中式学习进行了比较。研究结果表明,对于所考虑的预测任务,即使经过了几千倍的压缩,联邦学习所需的上行数据量也不一定低于集中式学习,这意味着联邦学习的通信效率依然需要大幅度提高。

关键词：联邦学习通信开销无线信道未来接入小区

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联邦学习通信开销研究综述

计算机应用 2022年第2期42卷 333-342页

作者：邱鑫源叶泽聪崔翛龙高志强武警工程大学研究生大队西安710086 武警工程大学反恐指挥信息工程研究团队西安710086 武警工程大学乌鲁木齐校区乌鲁木齐830049

为了解决数据共享需求与隐私保护要求之间不可调和的矛盾,联邦学习应运而生。联邦学习作为一种分布式机器学习,其中的参与方与中央服务器之间需要不断交换大量模型参数,而这造成了较大通信开销;同时,联邦学习越来越多地部署在通信带宽... 详细信息

为了解决数据共享需求与隐私保护要求之间不可调和的矛盾,联邦学习应运而生。联邦学习作为一种分布式机器学习,其中的参与方与中央服务器之间需要不断交换大量模型参数,而这造成了较大通信开销;同时,联邦学习越来越多地部署在通信带宽有限、电量有限的移动设备上,而有限的网络带宽和激增的客户端数量会使通信瓶颈加剧。针对联邦学习的通信瓶颈问题,首先分析联邦学习的基本工作流程;然后从方法论的角度出发,详细介绍基于降低模型更新频率、模型压缩、客户端选择的三类主流方法和模型划分等特殊方法,并对具体优化方案进行深入的对比分析;最后,对联邦学习通信开销技术研究的发展趋势进行了总结和展望。

关键词：联邦学习通信开销模型压缩并行计算客户端选择策略

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带通信开销的工作流调度方法研究

带通信开销的工作流调度方法研究

作者：陈银慧大连理工大学

学位级别：硕士

在现有的工作流调度模型中,任务间的数据传输大多被忽略。但在云计算中,用户提交的工作流任务会被分布到多个资源节点上执行,任务之间存在大量的数据交互,而云环境网络中的网络传输带宽并不是无限的,任务间的数据传输不能一概忽略,应加... 详细信息

在现有的工作流调度模型中,任务间的数据传输大多被忽略。但在云计算中,用户提交的工作流任务会被分布到多个资源节点上执行,任务之间存在大量的数据交互,而云环境网络中的网络传输带宽并不是无限的,任务间的数据传输不能一概忽略,应加入到模型中。为此,以成本约束中的时间优化问题和工作流多维目标优化问题为切入点,提出带通信开销的工作流时间优化模型和带通信开销的工作流时间-费用优化模型。在工作流时间优化模型中提出关键服务规则,和两个通信感知迭代规则。关键服务规则确定每个任务的关键服务,获得工作流完工时间下界。将通信开销引入逆分层最大收益规则MPBL和正分层最大收益规则MPTL,得到通信感知逆分层最大收益规则CAMPBL和通信感知正分层最大收益规则CAMPTL。两种规则都在迭代过程中用最少时间增加获得费用最大减少,逐步优化成本,直到满足成本约束。在工作流时间-费用优化模型中,改进BLMin和BLMax算法,重新确定带有通信开销影响因素和负载均衡因子的衡量标准,形成新的通信感知CABLMin算法和通信感知CABLMax算法,在满足用户调度目标的前提下获得相对较优的时间和费用。在My eclipse中构建新模型,并分别实现工作流时间优化模型中的MPBL、MPTL、 CAMPBL、CAMPTL规则,和工作流时间-费用优化模型中的BLMax、BLMin、CABLMax. CABLMin算法,并针对不同的工作流实例进行性能和运行效率测试。实验结果表明,在考虑通信开销的调度模型中,新的调度算法能够进一步优化工作流的时间和费用。

关键词：云计算工作流通信开销成本约束时间-费用优化

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降低扩散最小均方算法通信开销的方法研究

降低扩散最小均方算法通信开销的方法研究

作者：段寒冰浙江大学

学位级别：硕士

分布式估计是节点利用本地含噪观测数据,通过与相邻节点的信息交换协作完成对目标参数的估计。分布式估计具有可靠性高、鲁棒性强等特点,在军事、环境、医疗、城市交通等领域,分布式估计发挥越来越重要的作用。分布式估计常用于无线传... 详细信息

分布式估计是节点利用本地含噪观测数据,通过与相邻节点的信息交换协作完成对目标参数的估计。分布式估计具有可靠性高、鲁棒性强等特点,在军事、环境、医疗、城市交通等领域,分布式估计发挥越来越重要的作用。分布式估计常用于无线传感网络,节点使用电池供电,并通过无线通信的方式交换信息。分布式估计的核心在于分布式算法,基于扩散策略的最小均方算法（Diffusion Least Mean Square,DLMS）是一种经典的分布式估计方法,具有鲁棒性强、估计的准确性高等优点。但是,节点间频繁的数据交换使DLMS算法的通信开销较大,而传感器节点的数据处理能力和电池能量有限。因此,研究扩散策略中节点如何降低通信开销,实现通信开销与估计性能间的折中很有必要。首先,针对DLMS算法采取多跳通信的方式虽有益于提高估计性能,但同时会大大增加网络通信开销的问题,论文提出了基于多跳的低通信量最小均方（Multi-hop Low Communication LMS,MLCLMS）算法。在所提出的算法中,定义了均方偏差（Mean Square Deviation,MSD）优化准则,节点利用MSD优化准则判断是否与邻居节点交换中间估计信息,同时设置部分节点为中继节点,中继节点只转发最优邻居节点的中间估计信息到其余节点,保证了估计性能。仿真结果表明,相较于DLMS算法节点在连续时刻均交换中间估计信息的方式,MLCLMS算法有效地减少了节点的发送量,从而可以降低节点的通信开销。其次,针对现有的降维发送方法会影响DLMS算法估计性能的问题,论文设计了一种基于相似度判断的选择发送最小均方（Selective Sending Least Mean Square,SSLMS）算法。在所提出的算法中,通过比较相邻时刻节点生成的本地估计信息的相似度,选择具有较多信息量的部分待估参数广播到邻居节点,并接收邻居节点的部分待估参数,利用本地估计信息补偿邻居节点未交换的待估参数。仿真结果表明,SSLMS算法有效地减少了网络的通信开销,同时达到了良好的估计性能,实现了节点降维发送时的通信开销与估计性能折中的目的。论文提出的两种基于扩散策略的最小均方分布式估计算法,可以有效地减少节点的通信开销,降低传感器的能耗,在基于资源受限网络的分布式参数估计领域有较好的应用前景。

关键词：无线传感网络分布式估计扩散策略扩散最小均方算法通信开销

兼顾费用与公平的带通信开销的多有向无环图调度

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计算机应用 2015年第11期35卷 3017-3020,3025页

作者：王宇新曹仕杰郭禾陈征陈鑫大连理工大学计算机科学与技术学院辽宁大连116024 大连理工大学软件学院辽宁大连116024

针对云环境下多有向无环图(DAG)工作流的调度算法应考虑执行时间、费用开销、通信开销、公平性等多个指标的问题,在模型带通信开销的DAG(CA-DAG)的基础上结合公平性算法提出一种优化完成时间的后向求异(BD)原则与兼顾费用和公平的多DAG... 详细信息

针对云环境下多有向无环图(DAG)工作流的调度算法应考虑执行时间、费用开销、通信开销、公平性等多个指标的问题,在模型带通信开销的DAG(CA-DAG)的基础上结合公平性算法提出一种优化完成时间的后向求异(BD)原则与兼顾费用和公平的多DAG调度策略CAFS。CAFS调度策略分为两个阶段:预调度阶段利用带通信开销的工作流费用优化(CACO)算法在考虑通信开销的同时求解所有任务的最优服务并优化费用,采用fairness算法得到较公平的调度顺序;调度阶段采用BD原则,根据在预调度阶段得出的调度顺序进一步优化整体的完成时间并执行调度。实验结果表明,CAFS调度算法具有较好的公平性,在不提高费用的基础上时间减少19.82%。

关键词：多有向无环图调度通信开销费用公平工作流