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面向边云协同的深度神经网络模型压缩与调度方法研究

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面向边云协同的深度神经网络模型压缩与调度方法研究

作者：刘思平西南科技大学

学位级别：硕士

随着深度学习方法不断应用在边云协同的应用场景中,在网络边缘进行神经网络模型推理实现边缘智能将是未来发展的趋势。然而,深度神经网络的推理能耗在随着任务复杂度的增加而逐渐提高,同时大部分边缘设备的能量主要依靠有限的电池供电,... 详细信息

随着深度学习方法不断应用在边云协同的应用场景中,在网络边缘进行神经网络模型推理实现边缘智能将是未来发展的趋势。然而,深度神经网络的推理能耗在随着任务复杂度的增加而逐渐提高,同时大部分边缘设备的能量主要依靠有限的电池供电,这严重阻碍了神经网络在边缘设备的应用。此外,神经网络的计算调度策略不仅影响边云协同系统的资源分配,还决定神经网络的推理能耗和效率。本文研究面向边云协同的深度神经网络模型压缩与调度的问题,主要工作内容如下:1)针对神经网络在边缘设备的推理能耗计算问题,提出了面向边云协同的深度神经网络推理能耗计算模型,目的对神经网络的推理能耗进行准确的评估,使神经网络能够更加灵活的部署到边缘设备。基于神经网络在硬件设备推理的能耗计算框架,通过分析神经网络不同结构的计算特点以及边缘设备的内存存储空间,对经典神经网络模型推理能耗进行了计算和分析。2)针对边缘设备难以加载高能耗的深度神经网络问题,提出了基于能量约束优化的深度神经网络压缩方法。通过神经网络结构化剪枝方法,实现对神经网络的推理能耗进行压缩。度量能量约束下的卷积核重要性,根据卷积核的重要度裁剪模型,以此降低神经网络的能耗以满足边缘节点的能量预算。实验证明,本文的方法可以对神经网络的能耗进行有效的压缩,在降低模型推理能耗的同时不影响其精确率。3)针对边缘节点集群部署神经网络的计算密集型任务问题,提出了基于边缘智能的深度神经网络调度方法。以边缘节点的神经网络推理能耗和负载均衡为优化目标,考虑神经网络在边缘节点的能量消耗和资源需求,通过对信息素更新机制和启发因子的改进和优化,提高蚁群调度算法的收敛性和搜索最优解的能力。实验证明,改进的蚁群优化算法提高了边缘节点的资源利用率,降低了神经网络在边缘节点的推理能耗。

关键词：边云协同边缘智能深度神经网络模型压缩模型调度

基于模型调度与样本挑选的集成对抗样本攻击算法研究

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基于模型调度与样本挑选的集成对抗样本攻击算法研究

作者：胡梓超华中科技大学

学位级别：硕士

最近,研究者发现深度神经网络很容易受到对抗样本的影响,后者通过在正常样本上添加一些人眼难以察觉的微小扰动,能使神经网络对其错误分类。研究表明,部分对抗样本具有转移性,这使得攻击者在本地的源模型上制作的对抗样本可以威胁目标... 详细信息

最近,研究者发现深度神经网络很容易受到对抗样本的影响,后者通过在正常样本上添加一些人眼难以察觉的微小扰动,能使神经网络对其错误分类。研究表明,部分对抗样本具有转移性,这使得攻击者在本地的源模型上制作的对抗样本可以威胁目标模型。因此,研究这类攻击方法对评估和提升深度神经网络的健壮性意义重大。传统转移攻击方法使用固定的源模型组合(称为集成模型),对正常样本(称为原始样本)迭代修改。由于计算资源有限,攻击者无法同时处理所有源模型和所有原始样本。因此,学术界最近提出了多阶段集成对抗样本攻击。攻击者在不同阶段攻击不同的源模型组合,以增加利用的源模型的多样性。然而,现有研究中存在一些不足。因此,本文从对抗样本转移性的机理(不同模型的决策边界具有相似性)出发,设计了一种新的多阶段集成对抗样本攻击算法。本文的研究内容与主要贡献简述如下:(1)分析了现有多阶段集成对抗样本攻击的不足,即不同阶段使用固定的模型组合或使用单一的模型挑选方式,且每个阶段的模型选择往往仅考虑单阶段,因此难以得到强转移性对抗样本。此外,不同原始样本对所生成的对抗样本的转移性影响不同。现有研究忽略了原始正常样本之间的差异,且学术界尚未对样本选择展开研究。(2)本文提出了一种基于模型调度算法和样本选择算法的多阶段集成对抗样本攻击。模型调度算法以决策边界相似性策略和模型多样性策略为准则,考虑了不同攻击阶段的相关性,并对每个阶段中使用的源模型进行优化调度。样本选择算法基于样本对于对抗扰动的敏感程度,对样本进行排序,并选择最适合攻击的样本。在多阶段集成对抗攻击中同时使用上述两种算法,可大幅度提升对抗样本的转移成功率。(3)本文在三个数据集上进行了充分实验。实验表明,基于模型调度的集成对抗样本攻击在对抗样本转移性方面优于实验对比的所有算法,并比三种最先进的攻击算法的平均攻击成功率分别高出了约13%、5%以及28%。此外,本文提出的样本选择算法对于对抗样本转移性也有明显改善,将转移攻击成功率提升了约138%。

关键词：对抗样本黑盒攻击集成攻击模型调度样本选择

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滑坡实时监测预警模型调度算法优化研究

武汉大学学报（信息科学版） 2021年第7期46卷 970-982页

作者：何朝阳许强巨能攀解明礼成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

监测预警是地质灾害防灾减灾的重要手段。在滑坡实时监测预警中,预警模型的调度算法直接关系到预警的成功与否。传统的做法是根据一定时间间隔启动预警服务,这种方法易于实现,但受到预警时间间隔的影响,其预警结论及处置建议的发布存在... 详细信息

监测预警是地质灾害防灾减灾的重要手段。在滑坡实时监测预警中,预警模型的调度算法直接关系到预警的成功与否。传统的做法是根据一定时间间隔启动预警服务,这种方法易于实现,但受到预警时间间隔的影响,其预警结论及处置建议的发布存在一定的延迟,无法达到真正的实时预警。如何通过预警模型和实时监测数据快速得到预警等级,如何控制好预警信息发送的时间与频率,是需要解决的两个关键问题。为了尽量缩短从数据采集到预警信息发出的时间间隔,为后续预警处置赢得更多时间,从预警流程和模型调度算法的角度研究基于时间驱动和数据驱动的预警模型调度方式,结合实时监测数据类型及其特征,提出预警模型调度策略及预警信息发布策略,以期提高滑坡的预警精度;研发一套预警等级求解器,采用多线程思路,构建基于策略的预警模型通用计算框架,实现对滑坡的实时过程跟踪预警,充分发挥预警平台的作用。

关键词：滑坡监测预警模型调度智能策略

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抢断式并发模型调度机制

系统仿真学报 1998年第6期10卷 31-34页

作者：高源陈德钊胡上序浙江大学化工系仿真教研室

针对目前采用序贯模块法的仿真开发环境在模型调度方面普遍存在的缺点，提出了一种新的模型调度方案。这种方案是基于可抢断式多线程并发机制的，能以不同频率执行模块，并能自动均衡处理器负荷，因此即使模型中使用了一些耗时的复杂算... 详细信息

针对目前采用序贯模块法的仿真开发环境在模型调度方面普遍存在的缺点，提出了一种新的模型调度方案。这种方案是基于可抢断式多线程并发机制的，能以不同频率执行模块，并能自动均衡处理器负荷，因此即使模型中使用了一些耗时的复杂算法，也能保证模型有较短的运算周期和较高的计算精度。

关键词：模型调度序贯模块法计算机仿真

基于EW和TOPSIS的分布式模型调度技术

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电子信息对抗技术 2020年第6期35卷 78-82页

作者：钟立俊李武松李娅邹钊西南电子设备研究所成都610036

电磁环境分析计算量大已成为电磁环境建模仿真领域重要难题之一,单独计算资源负载能力有限,研究如何利用多计算资源分担计算量,具有重要的意义。通过分析电磁环境模型调度特点,提出了一种基于EW(Entropy Weight,即熵权法)和TOPSIS(Techn... 详细信息

电磁环境分析计算量大已成为电磁环境建模仿真领域重要难题之一,单独计算资源负载能力有限,研究如何利用多计算资源分担计算量,具有重要的意义。通过分析电磁环境模型调度特点,提出了一种基于EW(Entropy Weight,即熵权法)和TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,即逼近理想解排序法)的分布式模型调度技术,以动态均衡计算节点负载,高效利用多计算资源。实验结果表明,该方法使得计算效率提高了50%以上。

关键词：熵权法逼近理想解排序法分布式计算负载均衡模型调度

一种能自动均衡处理器负荷的仿真模型调度方案

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浙江大学学报（自然科学版） 1998年第1期32卷 122-124页

作者：高源陈德钊胡上序浙江大学化工系

本文针对目前采用序贯模块法、仿真开发环境在模型调度方面普遍存在的缺点，提出了一种新的模型调度方案．这种方案是基于可抢断式多线程并发机制的，能以不同频率执行模块，并能自动均衡处理器负荷．

关键词：模型调度序贯模块法处理器负荷仿真自动均衡

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复杂系统仿真模型集成技术研究

复杂系统仿真模型集成技术研究

作者：席志磊北京理工大学

学位级别：硕士

随着仿真对象从早期的简单工程系统发展到现在的复杂工程系统,对象建模技术在系统的各子系统之间以及系统与环境之间呈现出耦合性强、交互关系复杂多变的特点,仿真模型也从基本的功能模型、约束模型、发展到现在的空间模型以及多层次的... 详细信息

随着仿真对象从早期的简单工程系统发展到现在的复杂工程系统,对象建模技术在系统的各子系统之间以及系统与环境之间呈现出耦合性强、交互关系复杂多变的特点,仿真模型也从基本的功能模型、约束模型、发展到现在的空间模型以及多层次的抽象模型。因此,如何将仿真模型同复杂系统有效地集成在一起,并进行高效的仿真试验已成为目前复杂系统建模技术的主要议题。然而当前各种主流的仿真建模集成规范均存在着一定的问题,在此背景下,本文立足于模型一体化技术,对复杂系统建模技术进行研究,并设计仿真模型集成平台框架。在此基础上,致力于复杂系统仿真模型集成技术和调度技术的研究,设计一种可以使复杂系统仿真模型有效集成的集成规范,并选择相应的调度策略,以提高模型的集成和使用效率。本文首先对典型复杂系统建模方法进行研究,总结出复杂系统建模规范的特点,在此基础上,结合相关课题背景,设计分布式集成仿真平台框架并对其功能特性进行分析。然后,对仿真模型封装与集成技术、调度技术进行深入分析和研究。其中,重点分析论述了分布式集成仿真平台的FMI标准接口技术,并提出静态集中式调度策略。最后,通过具体的仿真应用试验对本文所设计的集成仿真平台进行了测试验证,分析结果得出本文所采用的各项技术规范、方法策略能很好应用于集成仿真平台的设计且有力支撑了仿真试验的运行;同时,也证明了分布式集成仿真平台具有实用性和高效性。

关键词：复杂系统集成仿真平台框架模型集成模型调度

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联合作战仿真实验中仿真引擎运行策略研究

指挥控制与仿真 2022年第3期44卷 80-87页

作者：李江涛张京涛张波王培国防大学联合作战学院河北石家庄050084

为实现联合作战仿真实验系统的高效运行,更好地指导联合作战仿真实验应用创新,从基本思想、关键技术和方法体系等方面,对仿真实验仿真引擎运行中的仿真控制、时间管理、数据交互和模型调度等四项内容展开了深入研究,形成了一套可行的仿... 详细信息

为实现联合作战仿真实验系统的高效运行,更好地指导联合作战仿真实验应用创新,从基本思想、关键技术和方法体系等方面,对仿真实验仿真引擎运行中的仿真控制、时间管理、数据交互和模型调度等四项内容展开了深入研究,形成了一套可行的仿真实验仿真引擎运行策略,为仿真实验仿真引擎设计、开发和运行奠定了理论与方法基础,满足了仿真实验中仿真引擎可集成、可互联、可扩展的实际需求。

关键词：仿真实验仿真引擎仿真控制时间管理数据交互模型调度

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基于SMP2的联合作战仿真框架研究

火力与指挥控制 2020年第11期45卷 136-142页

作者：谢晓钢苏华罗文张玉双刘勤勇北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对当前作战仿真框架中模型重用度不高等问题,提出并实现了一套基于模型驱动架构(MDA)和仿真模型可移植性规范(SMP2)的联合作战仿真框架EasyBattle。框架实现了SMP2规范,提供基础模型类库和指令通信模板支持装备建模和模型组件的定制开... 详细信息

针对当前作战仿真框架中模型重用度不高等问题,提出并实现了一套基于模型驱动架构(MDA)和仿真模型可移植性规范(SMP2)的联合作战仿真框架EasyBattle。框架实现了SMP2规范,提供基础模型类库和指令通信模板支持装备建模和模型组件的定制开发,采用多层次嵌套式组合建模支持复杂装备模型的组装和想定编辑,内置调度规则实现模型组件的驱动运行。详细论述了框架的设计思想和实现的关键技术,实际应用表明,框架具备良好的可用性和扩展性。

关键词：作战仿真框架 SMP2 指令通信模型组装模型调度