基于EPA的块数据流通信调度与控制

为了实现音视频向工业实时以太网(EPA)控制总线的业务融合,针对音视频传输特点,结合控制数据的实时性要求,提出一种基于EPA的通信调度算法.通过定义“块数据流”,给出数学模型和网络约束条件,并将块数据流视为周期数据,以控制数据延时、块数据流自由周期和块数据流延时抖动为约束,规划宏周期调度;为了充分利用带宽,将同一数据块分割至多个宏周期以规划时间片.算法可保证EPA网络稳定性和控制实时性,且满足块数据流的流畅性需求.实际应用中将视频流与控制数据复合传输,结果表明,在不干扰控制数据传输的同时,延时抖动满足系统要求,算法有效性得到验证.     

一种面向通信领域的高效嵌入式操作系统进程队列模型

通信领域的应用程序运行时,往往会产生数目可观的就绪进程和延迟进程.如何合理组织这些进程并采用高效的调度算法是保障通信领域嵌入系统实时性和可靠性的关键.文章给出了一种更适用于通信领域应用的进程组织队列和调度模型.该模型中,进程就绪队列基于位图优先级组织,进程的调度也是采用基于位图的优先级调度算法;延迟进程队列采用循环计时多有序子队列模型.改造后的调度器模型可支持256个优先级,进程个数不受限,具有微秒常量级的进程切换时间及更高效的延迟队列处理能力.该模型的嵌入式操作系统更适用于通信领域的应用,实践证明通过在嵌入式Linux和μC/OS-Ⅱ上的改造,具有较大的实用价值.     

基于GA的控制系统中实时任务的优化调度

控制系统中任务的调度不仅影响系统的资源利用率,而且影响系统的控制性能,是控制系统设计和实现的关键技术之一．首先分析了周期性实时任务,并给出了任务模型．基于此,采用了EDF调度算法,给出了任务的可测度性条件根据系统的性能指标与任务的采样周期和控制延迟之间的关系,对系统性能进行优化．由于采样周期和控制延迟之间存仵相互影响,为此采用了浮点数编码的遗传算法对采样周期进行优化,以提高系统的性能．为了加快收敛速度和不陷入局部极值,采用了排序选择算法、算术交叉算子和非一致变异算子．仿真结果表明,通过采用遗传算法,在保证系统中任务实时性的条件下,可以显著地提高系统的性能指标．     

专用无线通信系统实时多媒体业务调度算法的研究

宽带多媒体的专用无线通信系统,要求同时具备双向语音调度指挥、过程监控、图像传输等功能.针对现有协议非实时性特点和调度系统业务实时性要求,该研究是以IEEE802.3LAN为应用平台的多媒体终端和控制中心,基于用户背负信令的状态报告,提出一种改进型TCP协议实时业务调度算法.算法根据状态报告信息对不同业务节点进行实时信道优化分配,实现一定服务质量的实时多媒体业务的传输、指挥调度 监控等功能.在典型业务强度下,平均延迟和延迟抖动实时性指标较传统TCP控制方法提升90%.     

一种混合实时任务系统的公平调度算法

Baruah提出的PFair公平调度理论是周期任务在多处理器系统上的最佳实时调度理论,而在实际实时系统中,实时任务往往是由周期任务和非周期任务组成的混合任务系统．在研究PFair公平调度理论和算法的基础上,提出了基于服务器思想的公平调度方案,使得PFair调度理论适用于多处理器系统中混合任务的实时调度,并提出了对非周期任务进行实时调度的3种策略,给出软实时性非周期任务在不同调度策略下的最坏响应时间计算公式,并且证明了计算公式．     

以太网在工业应用中的实时特性研究

总结了以太网实时问题的研究现状,以工业控制过程为背景,分析了以太网端到端的通信延迟并给出计算方法.通过仿真实验,讨论了在同时、随机、调度三种信息发送方式下,标准以太网和快速以太网的实时特性.研究表明,快速以太网的实时能力明显优于标准以太网;在网络负荷低时调度发送方式的实时性能最优,但存在明显的频率转折点;在网络负荷饱和时三种信息发送方式的实时性能没有显著差别.     

一种嵌入式Linux实时调度机制改进方案

在分析传统实时调度器不足的基础上,提出了一种新型智能调度器模型,并通过修改RT-Linux的内核函数,包括实时算法的初始化函数和调度函数,实现了多种调度算法的集成,为用户提供统一的使用界面.最后对新的调度机制进行了算法复杂性分析和性能测试,实验表明,新的调度机制能够较好地满足系统实时性要求.     

基于概率的EPA Wireless时钟同步方法

针对在EPA Wireless协议中采用单报文广播(SPB)的时钟同步方法存在同步时间长、发送报文数目多、协议的宏周期长等问题,提出基于概率的用于EPA Wireless同步（PBS）方法.PBS只须分配较少的同步机会,每个机会中所有节点都以相等的概率发送同步报文.理论上PBS需要很少的时间和报文来保持节点和网关之间的同步,可以减少EPA Wireless的宏周期;此外PBS方法更加节能,并且可以减少网络流量.PBS方法的性能不会随着节点数目增多而明显下降.使用PBS,从节点与网关时钟之间的时钟偏差比SPB大,但是该偏差不会影响到协议的功能.将该方法在组建的无线网络上进行实验,结果表明：基于概率的时钟同步方法在实际上和理论上的性能是一致的.     

片上网络的访存延迟均衡性

对片上网络访存延迟均衡性展开了研究,提出基于总延迟预测的访存报文仲裁技术。首先,依据访存报文后续路径的拥塞信息预测访存报文未来等待延迟,并计算出总延迟。其次,基于预测的总延迟对竞争同一链路的访存报文进行仲裁。在Mesh片上网络路由器中,对该技术进行了设计和实现。实验结果表明:在不同的网络规模和报文注入率下,与经典Round-Robin仲裁机制相比,本文技术能够极大减少片上访存的最大延迟和延迟标准差,减少平均延迟,证明能够获得更佳的访存延迟均衡性。     

热工过程工业以太网中混合调度算法的研究

为提高工业以太网通信的实时性、确定性以及可靠性,分析了现有工业以太网的通信机理,提出了一种新的实时通信机制;并针对热工过程中随机负载的特点,提出混合调度算法．机理分析和仿真结果表明,该算法对具有随机负载的热工过程有很好的实时性．     

Real-time performance of periodic data transmission in EPA industrial Ethernet

To evaluate and improve the real-time performance of Ethernet for plant automation(EPA) industrial Ethernet,the real-time performance of EPA periodic data transmission was theoretically and experimentally studied.By analyzing information transmission regularity and EPA deterministic scheduling mechanism,periodic messages were categorized as different modes according to their entering-queue time.The scheduling characteristics and delivery time of each mode and their interacting relations were studied,during which the models of real-time performance of periodic information transmission in EPA system were established.On this basis,an experimental platform is developed to test the delivery time of periodic messages transmission in EPA system.According to the analysis and the experiment,the main factors that limit the real-time performance of EPA periodic data transmission and the improvement methods were proposed.     

FF调度仿真平台及其应用

针对基金会现场总线(FF)系统，构建了基于MATLAB的周期性信息和功能块调度仿真平台，来评价实时信息调度算法的有效性和研究通信时延对系统控制性能的影响．介绍了周期性信息和功能块调度仿真平台的构建及其功能；应用调度仿真平台对分别采用扩展单调速率。ERM算法和启发式算法构建的调度时间表进行评价和对比分析；通过仿真平台来研究通信时延和调度时间表对FF系统控制性能的影响。     

基于旁路通道的片上网络差别型服务实现方法

针对面向实时应用的片上多处理系统对片上网络提出的低延迟和低抖动通信质量要求,提出一种高效的QoS实现方法.该方法对于路由器中的旁路通道采用预先申请和动态调度机制,根据任务的通信需求和优先级制定了合理的资源分配和冲突处理规则.其中低延迟服务机制利用旁路和专用虚通道使延迟敏感消息尽快转发,低抖动服务机制利用虚通道保留技术和自适应路由算法维持突发消息的传输连续性.实验结果表明：与仅基于优先级和专用虚通道的QoS方法相比,该QoS方法使延迟敏感消息的平均延迟降低了41%,突发消息的平均延迟差异降低了39%,能为片上系统应用提供高质量的差别型服务.     

Communication Resource Planning Algorithm Based on Time Triggered DIMA Architecture

Traditional scheduling algorithms for avionics communication have the shortcoming of messages accumulation, the efficiency and reliability of the service can be improved by combining the distributed integrated modular avionics(DIMA) system with a time trigger mechanism. To further improve the utilization of system resources, the static scheduling algorithm of time triggered service is studied. By making the time trigger message schedule dispersedly, the stabilities of both the available time slots for the event triggered messages and the system will be improved. An improved two-dimensional bin packing algorithm is also presented to achieve the above-mentioned purpose with an extra benefit of better delay performance.     

多监控任务移动传感器网络高效数据路由协议

在多监控任务移动传感器网络中,不同的监控对象对数据传输实时性有着不同的要求。为满足监控数据不同的实时性要求,提出了既能满足软实时监控要求,也能满足硬实时监控要求的多级分层实时数据路由协议MRDR（layer-based multilevel real-time data routing protocol）。MRDR协议将分层机制引入移动传感器网络,将网络分成宽度相等的若干圆环。对具有实时性要求更低的普通事件消息,MRDR在消息失效前以尽量低的能耗将消息转发至sink节点。对于实时性要求更高的紧急事件消息,MRDR让消息以层间多跳方式实时传输到sink。同时,针对硬实时路由过程中的节点空洞问题,提出了消息回传机制,使得紧急事件消息能绕过节点空洞并最终传输至sink。最后,为降低网络中的消息冗余,设计了消息队列管理机制,给出了队列满时的消息丢弃原则。为评价算法性能,仿真实验对比了MRDR与其他3种算法在网络寿命、数据传输成功率与消息平均延迟方面的表现,结果验证了算法的有效性。在不同的网络环境下,MRDR算法能有效适应多监控任务移动传感器网络,满足具有不同实时性要求的不同消息的传输要求。     

OFDMA系统实时业务分组调度算法

在移动通信系统中,常见的调度算法在处理实时业务时一般为信道状况好的用户分配过多的资源,而信道状况差的用户获得的调度机会相对较少。为保证实时业务的延迟要求,并兼顾不同用户间的公平性,基于正交频分多址接入系统,提出一种实时业务分组调度算法。在调度过程中,采用丢弃过期数据包的策略节省了系统资源。对信道状况好的用户采用较大的调度间隔,并采用高阶的调制编码方案将累积的数据包在一个调度间隔内发送,从而给予信道状况差的用户更多的调度机会。仿真结果证明,提出的算法能较好的满足实时业务的延迟要求,相对于改进的最大权重延迟优先算法和正比公平算法提高了用户间的公平性。     

GEO/LEO卫星网络的数据传输与抗毁性技术

针对低轨卫星网络对地传输时实时性不足的问题,提出了一种双层卫星网络协同的数据传输与抗毁性技术．在技术中以高轨卫星网络作为通信骨干网,负责卫星网络中数据的中继与转发,低轨卫星层则负责数据的收集和辅助路由．通过高轨卫星层与低轨卫星层的联合通信,实现了低轨卫星数据的实时传输．采用多路径传输策略,提高了卫星网络的抗毁性．通过仿真,对提出的技术在吞吐率、传输时延、时延抖动以及丢包率等方面的性能进行了分析．在遭受攻击环境下,对网络的数据交付能力变化进行了研究．多层卫星协同的数据传输方法能够很好地解决单层低轨卫星网络在数据传输方面的不足,满足卫星节点多业务的实时传输需求．     

一种基于弱实时的加权公平队列调度算法

针对目前的一些实时应用，例如视频传输应用、网络传输延迟和网络资源利用率相矛盾的问题，结合弱实时理 论，提出了基于弱实时约束的广义处理器共享(WGPS)的调度策略以及面向分组模型的基于弱实时约束的加权公平队列 (W2FQ) 调度算法.该算法以加权公平队列(WFQ)调度算法为基本算法，根据丢失率参数和弱实时约束的要求，适当丢失一 些分组，从而可以降低网络传输延迟和减小网络服务带宽.理论分析和仿真结果表明，该算法是一个公平可行的调度算法 ，而且与WFQ算法相比，实时应用能够得到更及时的传输且保证服务质量不受影响.     

Ad-Hoc中一种多对多通信的传输群调度机制

为解决Ad-Hoc多源端和多目的端场景下已有的传输群调度机制通信冲突严重的问题,分析了Ad-Hoc网络中多对多场景下传输群中不同传输区域发生事件F和事件F'_k(k=2,3,4)的概率,在基于两跳的f-cast中继算法的基础上设计了一种适用于多对多场景下的传输群调度机制,该传输机制根据上述两种事件发生的概率来调整相应区域内小区成为可通信小区的概率. 理论分析和仿真结果表明,提出的传输群通信调度机制在多对多通信场景下可以有效地减少通信冲突发生的概率,提高网络通信能力.