ARINC 653分区实时系统的可调度分析

ARINC 653规范定义了综合模块化航空电子(IMA)实时操作系统的行为逻辑以及向应用程序提供的接口规范。该规范规定了系统采用分区内调度和分区间调度的两级调度方案,如何分析系统的可调度性以保证实时任务能够在截止时间内完成计算是需要研究的新问题。基于负载请求与平台资源提供能力的供需约束关系导出了系统可调度的判定依据。证明了判据的约束是系统可调度的充分必要条件。实际应用表明,提出的可调度判定定理能够应用于判定ARINC 653分区实时系统的可调度性,辅助提升系统的安全属性。     

综合模块化航空电子系统节能分层调度的设计(英文)

近年来,综合模块化航空电子(Integrated Modular Avionics,IMA)构架逐渐流行,并通过引入资源分区的概念取代了传统的联合式系统构架。研究了IMA构架下分层调度的设计问题。调度模型通过强时间分区,使多个强实时应用方便地集成在一个单处理器平台。推导出分区周期、分区系数以及可调度性在实时条件下的数学关系,并提出了分区参数的优化算法。考虑具有任意时限的实时任务模型,提高了算法的通用性。在分层调度的基础上,通过有效利用松弛时间,提出一种能量优化方法,进一步减少了飞行器上嵌入式系统的能耗。实验结果表明,本文提出的系统设计方法在保证硬实时需求的基础上,有效的降低能耗达 14%。     

航空电子系统混合实时任务的双层调度

针对航空电子系统的实时性需求,提出满足综合模块化航空电子(IMA)构架的双层任务调度算法.通过加权轮转调度激活分区,并为分区提供固定的时间窗口,增强了系统的可预测性;分区内部采用可抢占的固定优先级调度,减少了高优先级任务的响应时间.算法支持混合任务集的调度:对周期的强实时任务,建立具有任意时限的任务模型,增强了模型的通...     

面向应急条件的多星动态调度方法

 针对应急条件下多星动态调度问题,建立了多目标数学规划模型,提出了应急条件多星成像任务合成策略:建立多星多轨任务合成图(MSMOTMG)模型,提出任务合成算法CP-TM。为克服合成导致任务成像机会减少的缺陷,提出了基于合成任务分解的修复技术。此外,为进一步提高调度效率,考虑了任务在等待队列中的向后移位策略,提出了综合考虑任务合成、修复和向后移位的多星动态应急调度(TMRBS-DES)算法。通过大量模拟实验,将TMRBS-DES算法同RBHA算法,以及3个baseline算法(BS-DES、TMR-DES和TMBS-DES)进行了比较。实验结果表明TMRBS-DES算法提高了调度质量,适用于应急条件下多星动态调度问题。     

嵌入式高可信架构中基于静态模型的调度研究

为解决嵌入式高可信软件架构中的实时调度问题,分析了现有采用分区机制的安全系统中分区调度的不足,提出了一种基于固定周期分区的静态调度模型,并采用优先级位图算法建立了两级调度机制。为了保障分区中任务的实时性和正确性,对分区中任务采用静态优先级和最早时限优先调度(EDF)动态优先级两种调度策略,分别就其任务调度条件和可调度性进行了理论研究,针对复杂的动态优先级任务提出了一种可调度条件,并通过仿真实验进一步验证了此调度条件的正确性。     

用EDF调度实时任务和GC

 在以往对垃圾搜集器（GC）的研究论文中,为了易于分析,在GC模型中人们一般都用单调比率时限调度（RM）算法来调度GC和实时任务。近年来,为保证GC调度中硬实时任务的时限,一些研究文献提出了基于时间的GC并发调度策略。通过对算法的描述及内存需求分析,提出了用最早时限优先调度（EDF）算法来调度GC和实时任务集的方法。对用EDF和RM调度任务的延迟抖动进行了比较分析,对用EDF调度GC给出了详细的分析,而且做了相应的仿真。对比结果说明,与以RM算法为基础的其他调度策略相比,基于EDF调度的系统可以调度硬实时的非周期任务,因而更具灵活性,并且在保证硬实时任务时限要求下对系统内存的需求更小,而在任务的延迟和抖动方面,事实证明EDF调度算法并不比RM调度差。     

基于Transformer层次预测的多星应急观测任务规划方法

应急观测任务规划是一个强时效性的复杂组合优化问题,必须在规定的时限内完成相应的计算。采用机器学习的方法对规划问题进行初始规划方案预测,可以有效地简化计算复杂度。为此,提出一种基于Transformer层次预测的多星应急观测任务规划方法,将多星任务规划的求解过程分解为3个步骤：首先,利用基于Transformer的任务可调度性预测模型预测待规划任务是否执行,得到预执行任务集合;然后,基于Transformer的任务分配模型对预执行任务集合分配卫星,得到初始规划方案;最后,利用基于随机爬山的约束修正算法对初始规划方案进行优化调整,得到可行规划方案。为验证所提方法的有效性,通过大量仿真实验与CPLEX优化器、标准遗传算法、长短期记忆网络等方法模型进行比较,实验结果表明所提方法计算耗时短,规划收益高,适用于多星观测任务快速规划。     

软实时分布式系统中的时间期限分配

在分布环境下 ,任务在多个不同的站点上有处理要求。一个分布式任务需要划分成几个子任务 ,每个子任务在指定的站点上执行。在实时系统中 ,当要完成一个分布式任务时 ,应用系统的设计者经常要把总体时间细化。本文提出如何自动把总体时间期限转换为子任务的时间期限的方法。     

IMA双层调度算法中的任务可调度性分析方法

任务可调度性分析是综合模块化航电(IMA)系统双层调度算法研究中的一个关键问题。针对这个问题,首先剖析了单分区调度系统中任务精确响应时间计算方法所具有的计算复杂度高以及计算函数不连续等局限性;然后提出了一种计算任务响应时间上限的快速方法,分析该计算方法的推导过程,得到了双层调度情况下任务响应时间上限的计算方法,并由此推演出任务可调度性分析方法和分区参数设计方法;最后通过计算机仿真实验,分别使用定量的响应时间上限相对误差法以及定性的资源放大分析法考察了系统任务数量以及系统利用率对文中提出的响应时间上限计算方法精度的影响程度,并得到了该方法取得较高应用精度的可行性条件。     

一种基于分枝定界法的串行测试任务调度算法

 目前的自动测试系统中,对于串行任务的测试一般是以整个任务为粒度,这就导致两个任务可能需要重复设置相同的状态或重复测试相同的内容,延长了测试时间,降低了测试效率。针对这个问题,建立了基于图论的串行测试任务时序模型,用“图”来描述串行任务的测试时间与测试顺序的关系,将实际工程问题转化为图论中的数学问题。在任务时序模型的基础上,提出了一个串行测试任务调度算法。对于多个需要串行测试的任务,利用该算法可以得到测试时间最短的串行任务序列。该算法是借助整数规划问题中分枝定界法的思想实现的,通过相关理论和具体实例对算法的正确性和复杂性进行了分析。在实际系统中对该算法进行了实验验证,结果表明给定任务的测试效率提高了40%以上。     

Team effectiveness evaluation and virtual reality scenario mapping model for helicopter emergency rescue

The application of helicopter emergency rescue is becoming increasingly widespread, but the flight crew training in this area is still difficult due to high cost and risk. Nevertheless, with the development of Virtual Reality (VR) technology, virtual simulation has become a significant role in crew training of helicopter rescue. During the implementation of VR-based training, how to transform complex real tasks into VR scenarios and how to evaluate the performance of crew are of great importance. To address these issues, a novel VR-based R-E-A-D (Report, Evaluate, Agree, Do) evaluation model for training is proposed, which is suitable for complex missions with multiple tasks, multiple scenarios, and multiple people. Then, a mapping method of VR scenarios is put forward, which can transform the real tasks into virtual scenarios to serve the virtual simulation training. Finally, an experiment is carried out to verify the feasibility of the evaluation method and virtual scenario mapping method.     

基于二维资源管理的多功能雷达任务调度算法

动态孔径分割技术为相控阵雷达针对不同任务灵活分配孔径资源提供了可能,而传统的资源调度方法仅基于单一孔径条件研究了时间资源的优化分配问题。针对雷达搜索、跟踪与成像任务的自适应调度问题,提出了一种基于时间-孔径二维资源管理的雷达资源调度算法。该算法建立了雷达孔径分割条件下的二维资源调度模型,确立了能量资源约束条件;利用基于压缩感知的稀疏孔径逆合成孔径雷达（ISAR）成像技术,使雷达在完成目标搜索和跟踪任务的同时实现对目标的成像;定义了调度算法性能的评价指标。在仿真实验中将该算法与另外2种算法进行对比,验证了所提算法在高度成功率、二维资源利用率与任务并行度这3种性能指标上具有优越性。     

Real-time and reliability analysis of time-triggered CAN-bus

Real-time performance and reliability are two most important issues in applications of time-triggered controller area network (CAN) bus systems at present. A scheduling matrix of time-triggered CAN-bus system is established using average-loading algorithm. Periodic messages are guaranteed to transmit without delay by distributing independent transmission windows within the system matrix. Considering the traditional CAN-bus transmission mechanism and the time-triggered feature, an algorithm is improved to calculate the worst-case delay of event-triggered messages in time-triggered CAN-bus systems. The failure probability is calculated for event-triggered messages whose worst-case delay exceeds their deadlines. Different levels of redundant structures of CAN-bus circuits are analyzed and the maintenance management is proposed to improve the system reliability. Finally, the reliabilities of different structures are calculated and the influences of maintenance on the system reliability are analyzed.     

支持国产GPU 芯片的虚拟化构建与QoS 控制研究

采用了API 转发的技术路线，通过虚拟机、虚拟机管理系统与宿主机中各模块的协作，为虚拟机提 供与物理GPU 具有相同功能的显卡，在应用程序库层面实现了国产GPU 芯片的虚拟化平台。此外通过设计基 于QoS 的GPU 资源自适应调度算法，为多虚拟机的资源竞争提供了公平调度保证。最后通过测试验证了基于 国产GPU 芯片的虚拟化构建的可用性和基于QoS 的自适应公平性调度算法的有效性。     

A satellite schedulability prediction algorithm for EO SPS

With notably few exceptions, the existing satellite mission operations cannot provide the ability of schedulability prediction, including the latest satellite planning service (SPS) standard-Sensor Planning Service Interface Standard 2.0 Earth Observation Satellite Tasking Extension (EO SPS) approved by Open Geospatial Consortium (OGC). The requestor can do nothing but waiting for the results of time consuming batch scheduling. It is often too late to adjust the request when receiving scheduling failures. A supervised learning algorithm based on robust decision tree and bagging support vector machine (Bagging SVM) is proposed to solve the problem above. The Bagging SVM is applied to improve the accuracy of classification and robust decision tree is utilized to reduce the error mean and error variation. The simulations and analysis show that a prediction action can be accomplished in near real-time with high accuracy. This means the decision makers can maximize the probability of successful scheduling through changing request parameters or take action to accommodate the scheduling failures in time.     

基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度算法

针对数字阵列雷达搜索、跟踪和成像任务的资源调度问题,提出一种数字阵列雷达(DAR)任务的优化调度算法。该算法以脉冲交错技术为基础,在对目标搜索与跟踪的同时,利用基于压缩感知的稀疏孔径认知逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法对部分精密跟踪目标成像,并采用观测时间动态调整策略以提高雷达系统的自适应能力。仿真结果表明,与传统雷达资源调度算法相比,该算法可以将成像任务考虑到优化调度模型中并合理分配资源,实现雷达多任务并行的调度,获得更高的资源利用率与期望的成像质量。     

Period selection for integrated controller tasks in cyber-physical systems

Performance optimization of cyber-physical systems(CPS)calls for co-design strategies that handle the issues in both computing domain and physical domain.Periods of controller tasks integrated into a uniprocessor system are related to both control performance and real-time schedulability analysis simultaneously.System performance improvement can be achieved by optimizing the periods of controller tasks.This paper extends an existing model to select task periods in real-time for CPS with fixed priority controller tasks scheduled by rate-monotonic algorithm.When all the tasks can be integrated,the analytic solution of the problem is derived by using the method of Lagrange multipliers and gradient descent method is evaluated to be suitable online.To further deal with the condition that the system is overloaded,an integrated method is proposed to select periods of tasks online by selecting a subset of tasks first and then optimizing the periods for them.Experimental results demonstrate that our method yields near-optimal result with a short running time.     

On scheduling a multifunction radar

Among several other tasks, the radar of a fighter has to search, track and identify potential targets. The waveforms used by the radar for each of these tasks are most often incompatible and hence, cannot be processed simultaneously. Moreover, these tasks are repeated several times in a cyclic fashion. Altogether, this defines a complex scheduling problem that impacts a lot on the quality of the radar's output. In this paper, we define a formal framework for this real time scheduling problem and we introduce several techniques to compute efficient schedules for the radar. Experimental results are provided.     

微动目标跟踪成像一体化的雷达资源优化调度算法

相控阵雷达可以同时担负搜索、跟踪、识别与成像等多种雷达任务。为了提高雷达对战场环境的感知能力并减轻雷达资源分配的冲突,提出一种微动目标跟踪成像一体化的雷达资源优化调度算法。该算法建立了包含微动目标成像任务的雷达优化调度模型并利用启发式算法求解,利用跟踪脉冲与调度剩余的空闲时间资源,动态地构造感知矩阵并采用正交匹配追踪（OMP）算法对微动目标进行特征提取并成像。仿真结果表明：该算法可以实现稀疏孔径条件下的微动目标成像,并具有良好的鲁棒性,同时进一步提高了雷达系统的资源利用率。     

分布式IMA的网络分区方法及其实时性能分析

 针对分布式综合模块化航空电子(IMA)体系结构,在时间、空间分区以及带宽分区的基础上,提出了网络分区的概念,并建立了相应的网络模型、消息模型、流量模型及调度模型。利用网络演算方法,推导了航空电子混合消息集在网络分区下端到端(ETE)延迟的计算公式;搭建典型网络,通过理论计算对比了网络分区与带宽分区的实时性能。计算结果表明:网络分区下两条硬实时数据流的延迟较带宽分区分别降低了33.5%和74.2%;而弱硬实时与软实时数据流的延迟增加约30%。最后通过OPNET仿真对理论分析所得结果进行了验证,证明网络分区方法符合分布式IMA的分布式架构要求,并满足了系统混合关键性的需求。