基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其包括多個(gè)端系統(tǒng)、多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)路由器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)，多個(gè)端系統(tǒng)、多個(gè)中間路由器節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)三者之間都通過(guò)時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)連接。本發(fā)明能夠得到的效果為較高效率的得到調(diào)度任務(wù)端到端延時(shí)的最小值，另外不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種調(diào)度系統(tǒng)，特別是涉及一種基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā) 調(diào)度系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前計(jì)算機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，計(jì)算量和存儲(chǔ)量也日益增加。由于計(jì)算機(jī)用戶(hù)的 基數(shù)較大，分部范圍較廣，單臺(tái)計(jì)算機(jī)在相應(yīng)時(shí)間和計(jì)算時(shí)間方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足當(dāng)前的 需要。為了解決這種情況，分布式系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。不同的服務(wù)器主機(jī)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體 展現(xiàn)給用戶(hù)，服務(wù)器共享存儲(chǔ)和計(jì)算資源，分散的物理和邏輯資源通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信 息交換，并動(dòng)態(tài)調(diào)度任務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源的一致性。
[0003] 保證資源的一致性，不光要考慮到邏輯的正確性，也要考慮到任務(wù)的時(shí)間性，即保 證任務(wù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。當(dāng)前分布式系統(tǒng)中，時(shí)間觸發(fā)的調(diào)度方式能夠保證較低的任 務(wù)延時(shí)，有效抑制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)。時(shí)間觸發(fā)是指在系統(tǒng)中的任務(wù)在特定的時(shí)間內(nèi)被激 活并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，由系統(tǒng)全局同步的時(shí)間所決定。由于采用全局同步時(shí)間，每個(gè)任務(wù)的 執(zhí)行動(dòng)作是明確的，故其延時(shí)特性是可以預(yù)測(cè)的。
[0004] 時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng) TTEthernet (Time Triggered Ethernet, TTE)就是這樣一種能 夠支持時(shí)間觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)。在TTEthernet的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，主要由節(jié)點(diǎn)（node)和鏈路（link) 組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)由一臺(tái)主機(jī)和負(fù)責(zé)任務(wù)接受發(fā)送的控制器組成，網(wǎng)絡(luò)任務(wù)在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之 間，通過(guò)鏈路進(jìn)行傳輸。在TTEthernet中，主要有兩種任務(wù)，時(shí)間觸發(fā)任務(wù)（Time Triggered Messages)和事件觸發(fā)任務(wù)（Event Triggered Messages)。時(shí)間觸發(fā)任務(wù)是指根據(jù)任務(wù)的 初始狀態(tài)，系統(tǒng)模型，輸入變量和任務(wù)約束進(jìn)行預(yù)測(cè)，在特定的時(shí)間點(diǎn)促使任務(wù)執(zhí)行。除了 時(shí)間觸發(fā)任務(wù)外，事件觸發(fā)任務(wù)是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在復(fù)雜的不確定性因素（如離散動(dòng)態(tài)事件 控制，AFDX通信協(xié)議等），無(wú)法事先預(yù)測(cè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，以致任務(wù)執(zhí)行時(shí)間呈現(xiàn)事件觸發(fā) 的特性。
[0005] 目前，TTEthernet已被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，作為下一代航空網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為飛機(jī)提 供可靠、靈活的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。在任務(wù)傳輸過(guò)程中，由于任務(wù)較多且必須在一定的時(shí)間內(nèi)完 成，必須有一定的調(diào)度策略，確保任務(wù)能夠按時(shí)完成。
[0006] 在混合通信中，全局同步機(jī)制用來(lái)支撐時(shí)間觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。高可靠性、高安全性功 能模塊往往采用時(shí)間觸發(fā)方式來(lái)保證良好的數(shù)據(jù)傳輸性能。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，由于計(jì)算 系統(tǒng)和通信系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行同步，計(jì)算任務(wù)的調(diào)度在各種不確定性因素下往往使得計(jì)算呈現(xiàn) 事件觸發(fā)特性。當(dāng)混合通信協(xié)議以時(shí)間觸發(fā)方式傳輸事件觸發(fā)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)時(shí)，造成主要問(wèn) 題是可能造成較大的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào) 度系統(tǒng)，其能夠得到的效果為較高效率的得到調(diào)度任務(wù)端到端延時(shí)的最小值，另外不會(huì)產(chǎn) 生網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。
[0008] 本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：一種基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè) 計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，其包括多個(gè)端系統(tǒng)、多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)路由器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)， 多個(gè)端系統(tǒng)、多個(gè)中間路由器節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)三者之間都通過(guò)時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)連接。
[0009] 優(yōu)選地，所述端系統(tǒng)有自己的控制器、處理器和輸入輸出端口。
[0010] 優(yōu)選地，所述基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)用于調(diào)整任務(wù)，任務(wù) 是指由一個(gè)端系統(tǒng)通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)路由器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)將消息傳遞到另一個(gè)端系統(tǒng)的過(guò)程。
[0011] 優(yōu)選地，所述任務(wù)有到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)間、開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行結(jié)束時(shí)間這三個(gè)基本屬 性。
[0012] 優(yōu)選地，所述消息的路由線路是已知的。
[0013] 優(yōu)選地，所述消息從一個(gè)端系統(tǒng)到達(dá)另一個(gè)端系統(tǒng)之間的時(shí)間為端到端延時(shí)。
[0014] 本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：根據(jù)TTEthernet中任務(wù)的屬性特點(diǎn)和TTEthernet 網(wǎng)絡(luò)特性，抽象得到的約束條件是本發(fā)明方法的精髓。這種通過(guò)抽象屬性而得到的約束， 對(duì)大部分的TTEthernet任務(wù)調(diào)度有較好的通用性與擴(kuò)展性。只需要修改輸入?yún)?shù)的值， 就能適用各種網(wǎng)絡(luò)調(diào)度。本發(fā)明不同于目前工業(yè)界慣常采用的遺傳算法，可能會(huì)得到局部 最優(yōu)解的風(fēng)險(xiǎn)，在第二節(jié)中描述的TTEthernet的約束符合整數(shù)線性規(guī)劃（Integer Linear Programming, ILP)的求解方式，整數(shù)線性規(guī)劃相比于遺傳算法來(lái)說(shuō)，具有更高效，更準(zhǔn)確的 優(yōu)點(diǎn)。在線性規(guī)劃算法中，依賴(lài)matlab工具箱中的YALMIP工具包的輔助，在較高效率下即 可得到全局最優(yōu)解。通過(guò)本發(fā)明方法，能夠得到的效果為較高效率的得到調(diào)度任務(wù)端到端 延時(shí)的最小值，并且可以保證是全局最優(yōu)解。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)包括多個(gè)端系 統(tǒng)（比如端系統(tǒng)1至端系統(tǒng)N)、多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)路由器（比如中間節(jié)點(diǎn)路由器1至中間節(jié)點(diǎn) 路由器W)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)，多個(gè)端系統(tǒng)、多個(gè)中間路由器節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)三者之間都通過(guò)時(shí)間觸 發(fā)的以太網(wǎng)連接。端系統(tǒng)都有自己的控制器、處理器和輸入輸出端口?；谟?jì)算與通信協(xié) 同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)用于調(diào)整任務(wù)，任務(wù)是指由一個(gè)端系統(tǒng)通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)路由器、 計(jì)算節(jié)點(diǎn)將消息（message)傳遞到另一個(gè)端系統(tǒng)的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，消息的路由線路 是已知的，即事先已經(jīng)知道消息會(huì)依次經(jīng)過(guò)哪些節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)消息的傳輸時(shí)間（c)和計(jì)算 時(shí)間（e)都是已知的。在這里，假設(shè)消息在每一個(gè)物理鏈路中的傳輸時(shí)間相同。將一個(gè)消 息從一個(gè)端系統(tǒng)到達(dá)另一個(gè)端系統(tǒng)之間的時(shí)間叫做端到端延時(shí)。調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo)即當(dāng)系統(tǒng) 中存在多個(gè)消息需要傳遞、計(jì)算時(shí)，在任務(wù)是時(shí)間觸發(fā)的情況下，如何能夠使得所有任務(wù)的 端到端時(shí)延最短。所以求解目標(biāo)為式（1):
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，其包括多個(gè)端系 統(tǒng)、多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)路由器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)，多個(gè)端系統(tǒng)、多個(gè)中間路由器節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)三者之 間都通過(guò)時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于， 所述端系統(tǒng)有自己的控制器、處理器和輸入輸出端口。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于， 所述基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)用于調(diào)整任務(wù)，任務(wù)是指由一個(gè)端系統(tǒng) 通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)路由器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)將消息傳遞到另一個(gè)端系統(tǒng)的過(guò)程。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于， 所述任務(wù)有到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)間、開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行結(jié)束時(shí)間這三個(gè)基本屬性。
5. 如權(quán)利要求3所述的基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于， 所述消息的路由線路是已知的。
6. 如權(quán)利要求3所述的基于計(jì)算與通信協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于， 所述消息從一個(gè)端系統(tǒng)到達(dá)另一個(gè)端系統(tǒng)之間的時(shí)間為端到端延時(shí)。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK104065707SQ201410254064
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】姚建國(guó), 查文靜, 胡飛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)