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。     

AFDX网络终端系统调度方法研究

对AFDX终端系统子虚拟链路到虚拟链路的分配调度方法进行了研究，对AFDX流量整形约束机制下的通信任务的数据包延迟抖动进行了分析和仿真，验证了AFDX网络在保证网络实时通信方面的特点。通过仿真，得到了FIFO、Round-Robin度方法和最小调度抖动调度方法的特点和各种调度方法使用的范围。     

TTE网络流量转换策略及其延时性能保障调度算法研究

时间触发以太网（TTE）通过精确的全局时钟同步,使时间触发（TT）消息具有了严格的时间确定性。当系统同步精度降低时,TT消息的实时性也将严重受到影响。利用TTE交换机的流量类型转换功能,提出了一种基于消息时间窗检测的转换策略（TT-TWD）。该策略应用于TT流量向速率限制（RC）流量的转换过程,能够避免在系统同步精度降低时,TT消息出现丢包或不可接受延迟的情况。为保障该策略下网络流量的实时性,设计了一种基于流量转换策略的优先级调度算法（PTCTS）。运用网络演算理论对PTCTS算法的实时性进行了分析,并与先入先出（FIFO）算法结果对比,证明了PTCTS算法有效地减小了由TT流量转换而来的RC流量的延迟上界,同时保证了原始RC流量端到端延迟的确定性。     

航空电子多信道实时分组调度方法

 针对航空电子波分复用（WDM）网络,提出了一种新的多信道实时调度策略实时多信道加权轮转调度（RMWRR）,将多信道分成强实时信道组和尽力服务信道组,通过调整强实时信道组的权值分配和在尽力服务信道组进行权值补偿的方法,在满足强实时消息强实时约束的同时,提高了带宽利用率,可以适应动态消息的权值变化。对经过流量整形的非强实时消息,RMWRR在尽力服务信道组对其提供延迟上界。通过理论分析,推导了RMWRR的强实时调度条件和尽力服务延迟上界。仿真和算例分析验证了该调度策略的强实时约束下的低资源占用和非强实时下的低延迟特性。     

实时测控分布式系统的容错调度算法研究

根据目标系统的体系结构和功能分布特性以及实时性要求,文章提出了一种混合式实时容错调度算法,该算法对系统中服务器机组和工作站机组的任务分别实施对称式调度和以处理机负载平衡为目标的调度。当系统执行过程中检测到处理机故障,通过双机切换和冗余任务动态唤醒的办法进行系统重构,实现了目标系统硬实时和软实时共存的容错需求。     

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%。     

机载网络时间触发通信调度设计优化与评价方法

机载网络是航空电子系统实现信息传输与功能综合的关键组成,引入时间触发（TT）机制并安排合理通信调度可以有效保证机载网络实时可靠通信,但需要首先面对多种调度设计方法的选择问题。在总结了时间触发通信过程与特征的基础上,以时间触发以太网为分析对象,给出了基于可满足性模理论（SMT）、混合整数规划（MIP）和启发式算法等不同约束引导下的调度模型,并形成了基于强化学习（RL）的调度方法;从调度设计的求解能力与性能保障角度出发,建立了包括求解时间、可求解规模、传输延迟和调度模式的评价指标。以工业规模网络为研究案例对不同调度方法进行了验证分析,在评价指标的引导下对比分析了各种方法的适用场景,其中SMT方法可支持小规模案例,MIP方法具有明显的TT消息传输和调度求解运算优势,以遗传算法为典型的启发式方法和RL方法可实现大规模案例调度,虽然其TT延迟略高于MIP方法,但速率约束消息延迟优化程度分别达到7.97%和12.35%。在此基础上,进一步探讨了未来航电系统机载网络时间触发通信调度设计优化技术的发展趋势。     

基于静态优先级的调度

应用实时系统,如航空电子系统,不仅要满足调度任务的强实时约束,而且要具有较强的系统功能,即需要较高的系统任务可调度利用率。本文首先给出实时任务调度算法的分类及基于优先级调度算法的性能分析;然后详细描述了静态优先级任务系统的调度算法,以及在诸如航空电子系统数据传输网络设计中调度方案的选择。     

基于硬件优先级队列的FC实时交换机的研究

实时交换机可为用户提供微秒级硬实时通信性能,在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文提出采用硬件优先级队列来实现FC实时交换机,以支持航电统一网络的硬实时通信。标准的FC协议采用虚电路方式支持实时通信。相对于虚电路方式实现的实时通信,本文设计的FC实时交换机具有实时通信延迟小、系统吞吐量高等优点。     

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...     

多星任务规划中的FFFS-DTMB与ADTPC-DTMB算法

 多星对地观测任务规划是一类典型组合优化问题,针对该问题中常见的时间窗口冲突问题,根据同一时间窗口内的冲突任务的处理方式提出了两种有效处理此类问题的规划算法：带有冲突任务时间窗口后移的先完成先规划算法(FFFS DTMB)以及冲突任务共存性判断算法(ADTPC DTMB),并给出了关键步骤的算法过程与伪代码。完整的卫星任务规划过程包括了约束检查、优先级检查以及任务规划,不考虑任务间关系与优先级,主要研究处理具有时间窗口冲突的任务规划算法。文中给出的两种算法优化目标均为最大化规划任务数量。算法的主要思路是通过采用一个冲突任务替换一个已规划的任务,并将替换任务后移至下一时间窗口或在同一时间窗口内部后移。最终的评价结果显示了两种算法的有效性。     

交换式实时以太网的实现方法

将简单实用的以太网应用到工业控制和航空航天领域,是人们关心的一个问题。然而,由于缺乏实时性服务,导致无法对已用网络进行改造。本文给出一种对全双工交换式以太网进行改造的方法,以保证网络的流量和延时要求。交换机和节点用EDF算法控制实时传输,从而在无需修改以太网标准的前提下支持实时和非实时传输。交换机通过对源节点和目的节点之间的链路进行可行性分析,最终确认RT通道是否可以建立(即准许控制)。交换机还定时广播以太网帧来同步所有节点。     

基于时钟驱动的循环调度

实时系统,诸如航空电子系统、空中交通控制系统(Air Traffic Control: ATC)等,从本质上说都是一种分布式实时系统,从理论上说,它们由三种类型的处理器组成,包括数据控制处理器、数据传输处理器和数据处理器.无论是数据控制处理器和数据处理器的数据计算任务,还是数据传输处理器的数据传输任务,它们的执行都必须满足任务的时间约束要求,从而正确完成系统设计的各项应用任务.本文将描述基于时钟驱动的循环调度策略,它不仅适用于对数据计算任务的实时调度,也适用于对数据传输任务的实时调度,最后,分析了此调度策略应用中存在的优势与劣势.     

面向无人机蜂群的航电云多层任务调度模型

在航空作战体系中，基于航电云的无人机（UAV）蜂群作战是提高未来无人机综合作战能力的一种新模式。针对无人机蜂群作战的航电云架构，如何将云端作战任务派发到无人机且保证作战任务完成时间是其中关键。在无人机蜂群分层分簇网络结构和模块级资源虚拟化的基础上，对传统单层平台级任务调度模型进行改进，提出了一种细化到模块级的多层任务调度模型，将作战任务从云端逐层调度到无人机功能模块上执行。利用OMNeT++对无人机蜂群多层任务调度模型以及传统的单层任务调度模型分别进行仿真，云端以攻击使命组为例构建使命组集进行分配，并对任务吞吐量、消息平均端到端延时和任务完成时间进行性能对比。仿真结果表明：与平台级单层任务调度相比，在执行任务方面，模块级多层任务调度模型将单个任务平均完成时间降低了46.2%，将使命组完成时间降低了52.1%，在保证任务吞吐量的基础上具有对复杂任务更稳定的调度能力；在网络性能方面，模块级多层任务调度模型消息端到端延时更低，延时分布更集中，提高了网络消息传输的实时性。     

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.     

Cooperative task scheduling for networked uninhabited air vehicles

In the work presented here, we study a cooperative control problem for a network of uninhabited air vehicles (UAVs) where it is assumed that after deployment a set of tasks is given to a group of UAVs and the UAVs must cooperate to decide which UAV should process each task. The cooperation must occur during real-time operation due to a need to repeatedly process each task, in spite of imperfect communications (e.g., messages with random but bounded delays), and the possibility that tasks "pop-up." We show how to view this as a cooperative scheduling problem, and how to derive bounds on mission-level performance metrics. Simulations are used to compare the approach with a noncooperative strategy and to provide design guidelines for the cooperative scheduler.     

Optimal scheduling of parallel tasks of tracking problem ontomultiprocessors

The optimal scheduling of the tasks of a multitarget tracking problem onto multiprocessors to minimize the schedule length is considered. The main impediments of the recent A* algorithm for optimal scheduling of the tasks of this problem, the space and time requirements, are reduced using three new techniques, viz. processor isomorphism, duplicated node deletion, and lower bound on completion time. The effectiveness of these techniques is analyzed and demonstrated with the above real-time critical problem     

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。