基于集群計算的多功能路面檢測系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、近幾年來,隨著高速公路路面檢測要求的日益增長,對路面檢測提出了更高的要求。目前基于單計算機的路面檢測系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)有需求,這在一定程度上影響了我國高速公路建設的進程,因此,應用高新技術開發(fā)具有高性能的路面檢測系統(tǒng)具有非常重要的意義。論文研究的多功能路面檢測系統(tǒng)正是應用高性能集群計算這一技術,通過構建路面檢測集群系統(tǒng)來并行的處理路面圖像數(shù)據(jù),能夠顯著提高對路面圖像數(shù)據(jù)的計算速率,提供更快速、更可靠的路面圖像處理數(shù)據(jù),有利于路面管理養(yǎng)護的

2、決策。
　　論文主要研究了基于集群計算的多功能路面檢測系統(tǒng),通過交換機將多臺計算機互連從而組建起一個局域網(wǎng),在每個計算機上安裝并行編程環(huán)境和進行相應工具包的配置,然后利用加載了消息傳遞并行編程 MPI的集成開發(fā)設計環(huán)境Microsoft Visual C++6.0進行集群系統(tǒng)的并行程序設計,從而構建基于集群計算的多功能路面檢測系統(tǒng)的硬件環(huán)境與軟件平臺。通信協(xié)議采用TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議,集群系統(tǒng)中各節(jié)點間的通信應用MPI來實現(xiàn),MP

3、I提供了非阻塞式發(fā)送功能和完備通信功能,這有效減少了系統(tǒng)的通信開銷,大大縮短了傳統(tǒng)單機系統(tǒng)的處理時間。任務分配采用塊分配的策略,調度管理節(jié)點根據(jù)任務分配策略進行任務的劃分,并將任務分配給各個計算節(jié)點。結合路面圖像數(shù)據(jù)的處理特點,分析總結現(xiàn)有負載均衡算法的研究結果,設計出一種基于任務遷移的動態(tài)負載均衡算法,使集群系統(tǒng)在運行過程中能夠以各個計算節(jié)點的負載信息狀況為依據(jù),計算任務合理的在各個計算節(jié)點間進行遷移,僅當Ni=0而Nj!=0(其中i

4、!=j)時,集群系統(tǒng)的負載均衡才啟動,重新對負載最重節(jié)點p和負載最輕載節(jié)點i進行任務分配,讓它們在負載均衡后同時完成計算,即Ti= Tp,負載最輕的計算節(jié)點接收負載最重的計算節(jié)點遷移來的計算任務,使得各個計算節(jié)點的負載盡可能的均衡。
　　最后在已開發(fā)完成的路面檢測集群系統(tǒng)上,以哈爾濱工業(yè)大學“國暢”多功能道路檢測車采集的路面圖像數(shù)據(jù)為例,針對不同規(guī)模的計算任務,分別在單機系統(tǒng)、沒有實現(xiàn)動態(tài)負載均衡的集群系統(tǒng)和實現(xiàn)動態(tài)負載均衡的集群