基于固定优先级航天器任务分层调度研究

在航天器自主控制结构中, 采用分层结构构建系统, 实现不同分组的软件互不影响执行. 针对固定优先级调度模型, 通过对分区可调度性和分区设计问题进行研究, 仔细考察了任务最大响应时间迭代计算过程, 提出了一种更为精确的求解算法; 在固定优先级任务利用率上限的基础上, 给出了分区任务可设计的判定条件; 通过利用价值函数, 给出了分区参数解析模型, 在此基础上, 提出了一种局部最优的设计方法来实现整个处理器的分区设计, 通过具体实例对所提出的分区分析和设计方法进行了验证.      

航空电子双层任务分区调度设计

针对严格实时的航空电子分区调度问题,建立了操作系统采用轮转调度策略,分区里采用动态优先级调度策略的双层任务调度模型.针对可调度性分析问题,利用轮转调度周期和分区任务执行系数作为关键参数,在任务时间需求函数的基础上,计算系统消耗时间,得出了系统可调度性的判定定理;同时考察存在释放抖动的时候可调度情况,提出了可调度性的计算边界;通过考察任务周期和轮转调度长度的关系,得出了分区可调度情况下任务负载的理论上限.针对分区设计问题,通过考察关键时刻点,给出了分区调度关键参数的解析模型,在此基础上提出了分区可设计的判定定理,最后给出实例进行具体说明.      

实时单核和谐周期分区系统时间窗口分配算法

目前航空电子系统正快速朝着综合模块化方向发展。为了防止同一计算平台上的应用相互干扰,IMA软件普遍采用分区机制。由于时间分区的引入,传统的实时周期任务可调度性分析已经不再适用。为此研究了一类特殊的分区系统——和谐周期分区系统在单处理器下的可调度性。给出了和谐周期分区系统的形式化定义以及系统中任务可调度性的充分必要条件,并基于此提出了一种分区时间窗口分配算法。该算法为每个分区在主时间帧内分配多个时间窗口,并且保证只要和谐周期分区系统在理论上可调度,该算法就一定能生成一个可行的调度表,使得当全局调度器按照此调度表周期地调度分区时,各个分区中的任务不会超时。本文提出的算法可以运用在实际的工程中。      

饱和时序下防空相控阵雷达动态优先级调度算法

针对防空相控阵雷达负载饱和情况下的时间分配问题,提出一种基于目标威胁密度和截止期的雷达任务动态优先级调度算法。根据目标信息建立非线性目标威胁度模型并设计动态优先级表,然后,利用目标威胁度、任务驻留时间和截止期共同确定任务的综合优先级。在此基础上,提出执行威胁率（TRE）的评估指标,以反映调度算法对重要任务的执行情况。仿真结果表明,在饱和时序下,相比于传统的截止期最早最优先算法,改进算法的搜索性能提高了43%,执行威胁率提高了52%。      

综合化航空电子分区隔离的建模与设计方法

分区技术是航空电子系统综合化模块化发展中不可缺少的技术.针对航空电子系统安全关键性的要求,基于ARINC653标准,提出了分层分区的体系结构模型,该模型实现了不同安全关键级别应用软件之间的隔离.为了满足航空电子系统强实时可预测性的约束,双层分区模型中系统层采用轮转调度策略,区间层采用单调速率调度策略.然后对分区任务进行可调度分析,在充分保证航空电子系统强实时的前提下,提出了分区关键参数的设计方法,并推导了最坏情况下的系统可调度利用率.计算机仿真结果表明,该方法在保证实时性的同时,能支持更多的系统负载,具有优越性.      

具有广泛适用性的AOS虚拟信道调度算法

针对现有的基于虚拟信道紧迫度的动态调度算法的不足,提出了一种新的高级在轨系统虚拟信道动态调度算法。该算法首先估算虚拟信道的紧迫度和数据帧的紧迫度,然后用加权系数将二者结合起来构造成一个全新的虚拟信道传送紧迫度函数,再根据该函数的值进行判决调度。对于高级在轨系统中不同速率、不同性质、不同类型的星上数据源,该算法均可通过选择合适的加权系数灵活地分配传输时隙,保证各用户合理、动态地占用物理信道,满足对数据的传输时延要求,因此具有广泛的适用性。理论分析和仿真结果表明,本文提出的算法比基于虚拟信道紧迫度的动态调度算法具有更好的性能     

基于动态优先级的核心处理安全分区优化设计

在分区管理模型应用于航空电子核心处理系统的研究中,合理的分区参数设计是保障航空电子系统任务关键和安全关键的一个重要因素.在标准模型的基础上,建立了上层调度器采用动态优先级调度策略的分区管理模型;通过对处理器忙周期进行考察,提出了给定请求时间长度下分区最大抢占影响的计算算法,能从微观的角度解释动态优先级下原子时间抢占行为的影响;通过对分区内任务集的计算负载进行计算,并考虑到计算负载在分区最后一次执行时间内的请求执行时间长度带来的抢占影响,得到了下层调度器采用固定优先级和动态优先级策略下的分区安全设计方法;通过计算仿真评估,结果表明提出的安全分区设计方法比基于虚拟处理资源方法具有更优的设计结果.      

基于DDQN的片上网络混合关键性消息调度方法

对片上网络（NoC）承载的混合关键性消息进行实时调度是其应用于航空电子系统片上多核通信的关键。为解决可满足性模理论（SMT）法求解效率低、低优先级消息等待延迟大的问题,提出了一种基于双深度Q网络（DDQN）的混合关键性消息调度方法。将虫孔交换机制下的消息调度问题建模为马尔可夫决策过程,建立包含环境、动作、状态、奖励的多层感知调度模型;随机生成多组分布不同的混合关键性消息作为训练样本,采用DDQN算法求解该调度模型;在此基础上,提出并实现了带孔隙DDQN算法,在保证时间触发（TT）消息可调度前提下为速率约束（RC）消息预留用于虫孔交换的时隙。算例研究表明:所提方法的求解时长及TT消息确定性端到端延迟的平均值均低于SMT法;带孔隙DDQN算法的RC消息延迟较不带孔隙DDQN算法和SMT法显著降低。      

无线网络弱硬实时调度算法

提出了一种结合信道状况考虑的(m, k)-firm弱硬实时调度算法.该算法将消息划分为强制(mandatory)和可选(optional)2种类型,并优先调度强制消息.消息的类型由线下静态分配和线上动态调整共同决定.其中,静态分配使用(m, k)-pattern分配消息类型,动态调整是在不违反(m, k)-firm约束的前提下尽力减少强制消息在差信道状况下传输.理论分析证明:①在假设所有强制消息都实时成功传输的前提下,经动态调整的消息集仍然满足(m, k)-firm;②在使用平均分布(m, k)-pattern时,动态调整之后不改变消息集中强制消息的N次重传可调度性.仿真结果表明,该算法与仅使用静态分配消息类型的算法比较,能够改善弱硬实时的可调度性能,节省无线网络中带宽和能耗的开销.      

基于AFDX的航空电子系统可调度性分析

航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)是新一代大型飞机机载网络的首选方案,构建其上的航空电子系统应保证强实时应用在时限内完成.针对现有AFDX实时性研究仅给出网络延迟上界的不足,综合考虑了任务的响应时间以及实时消息在AFDX网络中的传输延迟.建立了使用AFDX网络的航空电子系统模型,分析了分布式任务序列的整体时间需求.应用全局分析思想,给出任务序列的最坏情况响应时间,为系统实时性的评价和优化提供了理论依据.仿真结果表明该分析给出了紧凑的任务序列响应时间上界.     

一种简单的VOQ交换机时延确保分组调度算法

采用EDF(Earliest Deadline First)与轮询结合的方法,提出了一种简单的VOQ(Virtual Output Queueing)分组调度算法提供基于流的时延确保.VOQ队列采用EDF的策略裁决分组流的竞争,输入输出端口采用轮询方式匹配.此时VOQ中分组到达至成为头分组的时间以及分组成为头分组至传输到相应输出端口的时间,分别对应于OQ中的分组排队等待时间及服务时间.通过对所得算法详细的理论分析,给出了流时延界及流分组到达的显性关系.更为重要的是,本文的理论结果不仅为设计更为有效的算法奠定了基础,同时为判别不同流的时延要求是否冲突提供了一种新的直接分析的手段.      

ARINC 653分区实时系统的主时间框架设计

综合模块化航空电子系统中的ARINC 653标准规定系统采用分区内调度和分区间调度双层调度机制。根据标准,分区内的调度由分区设计者指定,分区之间则按照静态的主时间框架进行调度。如何基于多个分区应用设计用于分区间调度的主时间框架是系统集成阶段需要解决的问题。首先利用可调度分析导出了分区的有界延迟模型参数,进一步将该参数转化为分区的调度参数用于分区间调度。然后进行分区间调度生成主时间框架,提出了最少窗口数目匹配-最佳匹配（MFBF）算法用于减少分区窗口的切换次数。提出的从分区参数推导到分区间调度流程能够基于若干分区应用生成ARINC 653系统的主时间框架。实验结果表明:时间窗口优化算法能有效减少分区窗口切换次数。      

运动基航天飞行模拟器信号缩比策略

对于大幅值的输入信号,三阶多项式缩比法易产生信号畸变且参数配置复杂;而Hermite缩比函数法的触发速度较慢.提出两种改进的缩比方法:基于三阶多项式缩比法的最优参数配置法和加入线性缩比的非线性缩比法.前一种方法通过参数的优化配置最大化稳定区,以防止信号的畸变;后一种方法则利用线性缩比的特性将缩比度限制在稳定区内.仿真结果表明:线性缩比的加入可以防止三阶多项式缩比法信号的畸变;最优配置参数法应用方便且整体效果较好.为航天飞行模拟提供了更有效的缩比策略.     

分布式武器目标分配中的实时截止期分配

在分布式武器对目标的协同拦截中,作战任务往往被划分为多个子任务,为了保证任务的实时性,针对分布式武器对目标的协同拦截问题建立实时任务模型,运用分布式实时系统中的截止期分配技术,把全局作战任务的截止期转化为其包含的各子任务的截止期.建立了任务调度模型和仿真模型,对分配有截止期的子任务实施仿真调度,研究了在一定武器数量情况下,不同来袭目标数量和武器节点上本地负载所占不同比例时,各截止期分配方法保障任务实时性和完成率的能力,可为实时条件下的分布式任务协作研究提供参考.     

一种中继无人机快速部署策略

针对任务规划中中继无人机部署效率低，部署方案无法满足最少数量要求等问题，提出了一种中继无人机快速部署策略。首先，根据最少中继节点的任务要求，建立了基于最少中继节点的部署模型。其次，优化了深度优先搜索算法的搜索方式，实现了节点间可行链路的快速搜索。最后，在人工蜂群(ABC)算法中引入快速深度优先搜索(DFS)算法，来求解最少中继节点部署方案。仿真结果表明:在相同任务规模下，所提策略的求解速度相较于改进前提高了53.56%左右，部署的中继无人机数量相较于现有方法减小了11.88%左右。      

实时连续多媒体任务模型及调度算法

传统周期任务模型过于简单,不能适应实时多媒体流任务的多种形式,以用户为中心的连续媒体的调度算法由于未能从全局上考虑任务的服务质量QoS(Quality of Service)需求,因而调度效率较低.提出一种改进的以多媒体对象为中心周期任务模型,该任务模型概括了目前多媒体任务的基本表现形式.基于该任务模型,提出了一种以连续多媒体流的整个质量表现过程为中心的任务表现路径模型TPP(Task Presentation Path).在全面考虑表现路径中媒体流对象的全局死线、局部死线和任务连续失效率的基础上,给出了连续多媒体流的比例资源分配调度算法PSTPP(Proportional Share based on Task Presentation Path).实验结果表明了所提出的周期任务模型的合理性,调度算法能提供比传统分时策略以及EDF算法更好的QoS保证.