基于智能硬件系统的透明计算技术研究

Intelligent devices have been widely used in daily life. The system design of intelligent device must tradeoff between power comsuption and ability of service, and the usage scenarios of intelligent device are restricted by power techonology and scalabililty of system. In this project, we focus on the research of transprenting computing techonology for system of intelligent device; we propose a stream-based execution for system of intelligent devices and propose how to extract and describe the characteristic of applications, improving the scalability of system and data security; by studying characteristics of applications, we propose to leverage the stream-based execution to optimize the power consuption of system, and purge data objects timely after the data objects have been used, improving data security; based on characteristic of flash memory, we build model and data structure for small-capacity flash memory on intelligent device; for data management on servers, we design efficient distributed data layouts and recovery algorithms; according to the research on the key techonologies, we tend to abstract system model and implement system, and strive to apply the research result in the real intelligent devices to demonstrate our research.

智能硬件已被广泛地使用于人们生活的各个方面。传统智能硬件的系统软件设计通常需要权衡设备的功耗和服务能力，其使用范围和场景受限于能耗技术和扩展能力等多种指标。本项目拟研究基于智能硬件系统的透明计算技术，研究基于智能硬件系统的流式执行方法，提出有效、完善的应用语义特征提取和描述方法，为提高智能硬件系统的可扩展能力和优化系统安全性，提供新的思路；从应用的行为特征出发，利用流式执行的分布式处理能力，优化系统的能耗，并将系统执行结束的软件代码立即抛弃以提高系统的安全性；基于闪存存储的特征，建立适合智能硬件的小容量闪存存储的描述模型和数据结构；在服务端的数据管理上，设计高效的数据分布机制和恢复机制；并在此基础之上，进行系统模型抽象和原型实现，力图将研究成果应用于不同的智能硬件系统中，对研究结果进行验证。

...根据Gartner统计，智能终端的全球市场已经突破百亿大关，而且该市场正在加速增长。传统智能终端的系统软件设计使用范围和场景受限于能耗技术和扩展能力等多种指标，并且在网络拓扑设计上需要结合适应智能终端的软件特征及其应用场景考虑安全性、能耗等问题。本项目提出了流式执行技术，系统执行结束的软件代码立即抛弃，不仅提高了智能终端的可扩展能力和安全性，而且性能开销极小。本项目针对智能终端研究了新型网络计算存储技术，提出了基于对象的数据缓存模型，将系统性能在实际场景中提高了32%以上。本项目进一步从应用的行为特征出发，利用流式执行的分布式处理能力，研究了系统能耗的优化技术，实际测试表明，相比传统的可穿戴设备，本项目设计的系统能耗降低了若干倍。在网络拓扑的设计上，针对典型的应用场景，设计了基于博弈论的网络故障处理技术与密集小蜂窝网络中可伸缩视频传输优化技术，将系统故障处理能力提高了1倍以上，并将系统的网络传输性能提高了50%以上。在此基础之上，本项目进行系统模型抽象和原型实现，并推广到实际产品及其解决方案中，在教育、政府等行业得到应用。