SCI中资源调度算法的分析与仿真

IEEE的1596协议标准SCI是一个面向高速、低延迟应用的互联协议。主要应用在大规模的集群系统以及实时性要求较高的任务系统。为了保证在数据通信中的高速、低延迟，SCI在每个节点输出、输入接口处分别提供了两个重要的资源调度算法——带宽分配协议及队列分配协议。文中将对这两种调度算法进行深入的分析及仿真，并对结果进行分析，提出了下一步的研究方向。     

SCI环性能研究与仿真

SCI（Scalable Coherent Interface）协议是IEEE提出的一种标准,主要用于高速、低延迟的大规模集群系统。其传输方式不同于传统的总线方式,本文分析了SCI节点的结构及环型拓扑的高带宽性能,通过仿真实现一个三节点环状网络。从性能上分析了SCI协议的特点。     

基于动态自适应权重与动态服务级别协议的EPON带宽分配算法研究

针对当前EPON带宽分配算法无法实时分析网络性能,且没有考虑每个用户所提供业务的最终行为等不足。对此,提出一种基于动态服务级别协议的EPON带宽分配算法,其根据动态变化的一组权重来分配带宽,并不断分析平均包延迟以确保最高优先级业务满足接入网中每一类客户的平均包延迟要求;通过将动态自适应权重引入动态服务级别协议中,克服因采用固定权重分配所带来的不足。仿真结果表明所提算法能够显著提高带宽利用率,大幅度降低其丢包率以及平均包延迟,且能够使平均包延迟以及丢包率始终低于每类优先级用户的最敏感业务所允许的最高上限。     

无线传感器网络初始化时隙分配算法

在无线传感器网络初始阶段,节点初始状态对等,且均无法预知网络环境,这对建立MAC协议提出很大挑战,现有的MAC算法均无法适用.本文针对网络初始阶段混乱无序的情况,建立了初始数据通信模型,进而提出一种时隙分配算法,分布式地实现两跳内节点的时隙分配.该算法消除了无线网络中的暴露终端以及隐藏终端问题,保证了节点间通信的成功进行,为后续协议的应用提供了前提.仿真表明,算法能迅速、准确地实现时隙分配.算法运行时间只与节点密度有关,与网络规模关系不大.     

WLAN信道分配方法研究

随着时代的发展,传统有线局域网已无法满足随时随地的自由网络通信。针对有线局域网的不足,无线局域网顺势诞生,并快速进入应用阶段。全球第一个无线局域网标准是IEEE802.11标准,它是由IEEE的无线局域网委员会于1997年6月制定的。通常来说802.11协议是在2.4GHz的ISM频段上工作,信道数目相当有限。根据无线通信广播的特性,AP间的高密度状态会产生干扰、竞争的情况,降低网络整体质量,且伴随着无线局域网的继续高速增长,上述问题将愈来愈严重。全文由802.11协议出发,先从理论角度分析了产生信道分配问题的原因所在,通过对接入点间的干扰情况分析说明了信道分配算法需解决的问题,最后提出了改进型算法,特点:1)分布式、自适应;2)改进了协议扫描功能,使用嗅探技术扩大了检测干扰的范围,使扫描效率得到提升;3)使用退避机制减少信道分配冲突消耗,提高了算法收敛速度。NS-2(Network Simulator version 2,NS-2)是一种针对网络技术源代码公开的免费软件模拟平台,该文用其进行了基本实验,证明了信道分配方法的效果。     

基于CAN总线的实时DSP应用算法

根据控制局域网络（CAN）的特点及应用要求,提出一种新的动态调度协议（DSP）,通过动态选择时间间隙调度信息,同时考虑实时数据的重传机制,并在此基础上介绍基于CAN总线的实时DSP应用算法,该算法不仅能满足CAN网络中实时应用系统的性能要求,还能充分利用CAN网络带宽。实验结果表明,该算法降低了传输请求程序的平均信号延迟,同时提高了网络利用率。     

一种多收发器WiMax mesh网络集中式调度算法

根据IEEE 802.16协议,集中式调度是WiMax mesh网络中的主要带宽调度方式.目前的集中式调度算法只适用于单收发器系统.本文研究多收发器WiMax mesh网络中的调度问题,提出一种集中式调度与信道分配算法.该算法用令牌代表数据包在路由树上的传输,在每个时隙内选择可以并行传输的链路集合并分配信道.模拟实验表明本文提出的算法可以充分利用多收发器系统特性,有效减少总传输时间.     

基于合同网协议交互投标的动态调度方法研究

柔性制造系统使生产加工路径有很多可选性，所以调度系统必须考虑机器调度问题。分配规则调度是一种最基本、最具影响力的动态调度方法。然而，分配规则调度方法很少考虑机器顺序选择。兼顾工件选择和机器选择两方面，本文运用交互投标过程，构建基于合同网协议调度的协商规则。研究作业车间动态调度问题，提出并构建了5种合同网规则调度方法。通过实验分析结果表明，基于合同网交互投标模式的规则调度能够大大改善调度系统性能，提高设备的利用率和设备负荷平衡指标。     

分布式实时系统中的预测调度算法

对于分布式实时系统中的周期性任务,人们提出了一系列静态分配调度算法,有效地解决了各种特定条件下的任务分配和调度问题.这些算法的主要特点是,它们均要求被调度任务的特征参数为已知条件.然而在很多实时系统中,周期性任务的运行时间或任务数量常常是一些具有一定规律的随机过程,因而上述静态算法的效能将受到限制.在分析了特定应用背景中的处理流程之后,抽象得到两类随机任务模型,针对这两类模型介绍了在分布式实时系统中已经得到应用的静态分配调度算法SAA(static allocation algorithms),进而提出了多任务分配调度的预测算法PAA(predicting allocation algorithm).它根据周期性任务执行时间或子任务数量的统计特性,实现任务参量的合理预测和多任务的动态调度,以提高系统的实时性能.仿真结果表明,对于两类任务模型,PAA算法与SAA算法相比,在任务完成时间、负载均衡度、系统响应时间及任务夭折率等多方面均有显著改善.     

FPTS:一种任务间存在共享资源时的抢占阈值调度算法

受到广泛关注的抢占阈值调度算法能够有效减少现场切换次数,防止不必要的任务抢占,降低资源额外消耗,提高任务集合的可调度性.目前该调度算法的研究工作大多围绕独立任务集合展开,在实际实时系统中任务经常需要互斥访问共享资源,任务之间由于资源共享而导致的相关性对于任务集合的优先级分配和抢占阈值分配都有很大的影响.SRP协议是在实时系统中得到广泛应用的资源访问控制协议,具有死锁避免、提前阻塞、共享任务栈等一系列优良特性.将SRP和抢占阈值调度算法结合起来,提出FPTS调度模型,给出相应的可调度性判定公式,考虑在任务之间使用SRP协议时求解任务抢占阅值分配,最后给出计算抢占阈值分配的伪多项式时间算法.     

嵌入式网络通信协议的研究与实现

介绍了光纤通道协议的通信原理,并针对基于光纤通道协议的通信过程过于繁琐的现状,提出了一种高速率、低延迟的通信方案。同时依据新的通信协议,提出了其实现模型,为以后开发高速率、低延迟的嵌入式网络通信软件提供了方便。     

Fast协议在智能脱扣器中的应用

针对目前智能脱扣器中采集数据需要高效、高保真、低时延压缩传输的现状,采用FAST（FIX Adapted for Streaming）协议处理数据,该协议利用数据内容与结构描述分离的方法,用发送和接受双方都理解的模板描述数据结构,对数据内容进行字节编码以及二进制序列化压缩。描述了用C＋＋语言实现FAST算法的方法,试验结果表明FAST协议能够有效解决传输数据的大量重复,在工业高速海量实时数据的应用中具有巨大的优越性。     

IEEE 802．16协议中上行带宽分配机制研究

802.16是新一代宽带无线接入的标准。标准中明确定义了在MAC层实现QoS的机制,例如:MAC层的通信是基于连接的;将上层业务流根据QoS的要求进行分类等。但是标准对上行带宽的分配机制却未加以定义。我们就这个问题进行了研究,并提出了一种有效的上行带宽分配机制。     

高信噪比下HDAF协议中的最优功率分配的新方案

混合译码放大转发(Hybrid Decode-Amplify-Forward,HDAF)协议与放大转发、译码转发协议相比,能在很大程度上提高系统的性能,成为近年来的研究热点。在此,研究了在混合译码放大转发协议下的最优功率分配问题。首先推导了高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)下混合译码放大转发协议中的误符号率的近似和实用的表达式;然后通过建立数学模型,在满足总功率一定的情况下,以最小化系统的误符号率为目标,优化分配系统的总功率;最后在Matlab环境下验证推导结果并做了大量的仿真实验。实验结果表明,所推导的近似的误符号率的表达式与实际误符号率在稍高的信噪比下具有很好的吻合度。混合译码放大转发协议的最优功率分配因子不仅与源节点到中继节点、中继节点到目的节点的信道质量有关,而且与系统的总功率有关。研究发现,随着系统总功率的增大,最优功率分配因子将趋近于1/2。     

一种基于SCI的高效输入队列分配协议

ＳＣＩ是ＩＥＥＥ于１９９２年通过的高速互联标准,它为机群系统的互联提供了一个高效,经济,可扩展的解决方案。为了更有效地利用ＳＣＩ标准提供的高带宽,文中对标准中的输入队列分配协议－Ａ／Ｂ年龄协议进行了深入分析,并提出了一种改进方案：智能Ａ／Ｂ年龄协议。文中还讨论了改进方案的实现及性能。     

基于FPGA的高速串行传输接口的设计与实现

串行传输技术具有更高的传输速率和和更低的设计成本,已经成为业界首选,被广泛应用于高速通信领域。传统的高速串行传输接口大多基于Aurora链路层协议,但该协议自身会导致一定程度的资源浪费。本文提出一种新的高速串行传输接口的设计方案,通过定义新的串行传输协议并采用高速串行收发器Rocket I/O,实现数据率为2.5Gbps的高速串行传输。     

基于Linux内核的Key-Value存储系统——KStore

Key-Value存储系统在各种互联网服务中被广泛使用,但现有的Key-Value存储系统通常在用户态空间设计和实现,因为频繁的模式切换和上下文切换,导致访问接口、事务处理效率不高,在高并发、低延迟的数据存储需求中尤为突出.针对该问题,给出了一个内核态Key-Value存储系统的实现--KStore:提供内核空间的索引和内存分配机制,并在此基础上,通过基于内核Socket的远程接口以及基于文件系统的本地接口,保证了KStore的低延迟;同时,通过基于内核多线程的并发处理机制,保证了KStore的并发性.实验结果表明,与Memcached相比,KStore在实时性和并发性方面都取得显著优势.     

一种低能耗低延时的无线传感器网络MAC协议

传感器网络中数据从多个源节点向sink节点的转发形成数据汇集树,针对此汇集树提出低能耗低延时的LD MAC（Low Delay MAC）协议,解决以往MAC协议中能耗和延时的矛盾问题。LD MAC一方面采用异步duty cycle机制降低能耗,另一方面,从源到sink节点的转发路径上的节点逐个推迟帧的发送起始时间,依次进行接收与发送,减少数据在传输过程中的延时。分析和实验表明LD MAC较好地解决了能耗和延时的矛盾问题。     

一种低能耗低反应时间的并行任务调度方法*

在各种网络状嵌入式系统如数字信号处理、车辆跟踪和基础设备监控中,一般同时要求低的能量消耗和低的反应时间。传统的方法通常只集中考虑能量节约问题,而没有考虑最优跨度问题,这样调度长度可能非常长的情况有时让人无法容忍。在限制调度长度的条件下最小化能量消耗,并提出了一种平衡能量消耗和反应时间的算法EATA。实验结果证实了该算法的有效性。     

A Priority-aware Frequency Domain Polling MAC Protocol for OFDMA-based Networks in Cyber-physical Systems

Wireless networking in cyber-physical systems (CPSs) is characteristically different from traditional wireless systems due to the harsh radio frequency environment and applications that impose high real-time and reliability constraints. One of the fundamental considerations for enabling CPS networks is the medium access control protocol. To this end, this paper proposes a novel priority-aware frequency domain polling medium access control (MAC) protocol, which takes advantage of an orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA) physical layer to achieve instantaneous priority-aware polling. Based on the polling result, the proposed work then optimizes the resource allocation of the OFDMA network to further improve the data reliability. Due to the Non-polynomial-complete nature of the OFDMA resource allocation, we propose two heuristic rules, based on which an efficient solution algorithm to the OFDMA resource allocation problem is designed. Simulation results show that the reliability performance of CPS networks is significantly improved because of this work.