CPS中基于优先级的抢占式任务调度机制研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:joy197671599
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信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems,CPS)在医疗、交通、军事等多个领域起着重要的作用,但挑战也随之而来,由于CPS系统高实时性、高可靠性、高复杂性等重要特点,对于相关技术也就有着极高的要求。本文着眼于CPS系统中的任务调度问题,对CPS系统的特性和框架体系以及实时系统任务调度的评价标准展开研究,总结列举了若干种较为有效的评价方式。分别针对CPS系统的高实时性、高资源利用率和高复杂性这三个主要特点,从三个方面进行了研究。主要内容包括:阐述了CPS系统的发展情况、主要特点和体系架构,分析了CPS和几种重要的技术相结合后取得的重要突破,总结归纳了几种CPS中分布式实时系统任务调度的评估标准。针对CPS系统实时性要求高的特点,提出一种可缓冲时间模型和保护时间模型,在此基础上提出了一种基于可缓冲时间的的实时任务调度策略。在任务可能需要进行切换时做出判断,保留优先级较低但不宜被暂停等待的任务,令优先级较高的任务稍作等待。最后通过实例和仿真实验证明了本算法能够避免任务频繁切换产生的抖动以及其对系统性能造成的不良影响,提高了系统的实时性。针对CPS系统对资源利用率要求高的特点,研究分析了几种已有的CPS实时系统的体系架构,提出一种改进型实时系统体系架构模型。进一步地建立了一种梯度权值模型,提出一种基于梯度权值的抢占式实时任务调度算法。最后与两种经典算法的性能进行对比,确认其能够更好的提高系统内资源的利用率。针对CPS系统的复杂性高的特点,结合系统内设备和任务的多样性,进一步地将CPS系统中的任务分为多个层次,并将优先级从原先单一的任务优先级扩展到调度机制优先级和任务优先级两个方面,对不同种类的实时任务使用不同的调度机制。最后通过仿真实验和与上文中所述的另一种综合调度策略进行比较,并以丢包率为依据验证了本算法的性能。
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