基于李雅普诺夫的RIS辅助无人机边缘计算网络中任务卸载与资源分配研究

针对无人机(UAV)面对复杂时变的衰落信道对无线传输造成不利影响这一问题,构建了可重构智能表面(RIS)辅助UAV边缘计算网络中UAV轨迹、RIS相移、卸载时隙分配、CPU频率分配和用户设备(UE)传输功率的联合优化问题。为了求解构建的问题,对UE和UAV的任务队列稳定性约束进行转化,将多时隙随机性优化问题转化为每个时隙的确定性优化问题,提出了基于李雅普诺夫优化和块坐标下降(BCD)法的任务卸载与资源分配(JORL)方法。首先基于三角不等式求解RIS相移并求得闭合表达式;然后使用非凸转凸问题的技术求解卸载时隙分配、CPU频率分配和UE传输功率;最后基于连续凸近似方法求解UAV轨迹。仿真结果表明,JORL在保证任务队列稳定性和降低能耗方面有较优越的性能。

基于模拟退火机制的移动边缘云计算任务卸载

缓存任务过多容易导致云环境下数据传输卡顿,因此,为实现云数据的流畅传输,提出基于模拟退火机制的移动边缘云计算任务卸载模型。根据边缘云计算的定义表达式,计算任务缓存指标,完成移动边缘云计算队列的构建。以模拟退火机制为基础,确定云负载调度标准的执行条件,联合数据库主机中缓存的信息参量,求解优化卸载参数,完成基于模拟退火机制的移动边缘云计算任务卸载模型的设计。实验结果表明,所提方法可以有效解决云任务堆积的问题,将单位时间内的缓存任务量控制在550个以下,可以提升云数据传输流畅性。

基于李雅普诺夫优化的移动群智感知在线任务分配策略

移动群智感知技术基于众包思想,募集移动感知设备对周围环境进行感知,能够使得环境感知和信息收集更加灵活、方便、高效。任务分配方案的合理性直接影响到感知任务能否成功,因此制定合理的任务分配方案是移动群智感知相关研究中的热点和重点。目前,移动群智感知系统中的任务分配方法多是离线的,针对的是单一类型的任务,但是在实际中,在线的、多类型的任务分配更贴近实际。因此,文中针对多类型任务,将移动群智感知技术应用于军事末端感知中,结合移动群智感知技术在军事领域的应用特点,对移动群智感知中的任务分配方法进行了研究,提出了面向系统效益的在线任务分配策略。文中建立了长期的、动态的在线任务分配系统模型,并以系统效益为优化目标,基于李雅普诺夫优化理论对问题进行了求解,实现了任务准入策略和任务分配方案的长期在线动态控制。实验结果表明,所提出的在线任务分配算法是有效可行的,能够在线、合理地分配到达移动群智感知系统的任务,保证任务队列的稳定性,且可以通过调整参数值增加系统效益。

基于同步处理的机载视频实时记录技术研究

在机载航电系统中,为了能够实时、无损地记录显控子系统传来的实时视频数据,最大程度地保留原始视频的图像质量,研究了基于多任务同步处理的机载视频实时记录技术。通过详细阐述接收任务和存储任务的设计方法以及分析两者的同步策略,直观展示了基于同步处理的机载视频实时记录技术的实现架构。同时依托多核处理器平台来设计真实的测试场景,并在实际机载嵌入式系统中部署运行,其结果证实了基于同步处理的机载视频实时记录技术的正确性。

基于OpenCL的Viola-Jones人脸检测算法性能优化研究

Viola-Jones人脸检测算法是最为成功的可实用的人脸检测算法之一.然而,随着该算法所在领域数据处理规模的不断扩大,现有算法的性能已经越来越无法满足日益增长的交互性与实时性要求.使用GPU计算平台提升该算法性能,以满足日益增长的实时性要求已经成为研究热点.然而,该算法在对GPU的实现和优化中,存在线程间负载不均衡的非规则特性,如果仅使用传统的优化方法,则难以在GPU计算平台上达到较高性能.针对此种情况,该文构建了针对此类算法的并行优化框架,通过Uberkernel、粗粒度并行、Persistent Thread、线程与数据的动态映射、全局及本地队列等优化方法的应用,突破了负载不均衡非规则特性导致的性能瓶颈,大幅提高了人脸检测算法在GPU计算平台上的性能.同时,该文通过对不同GPU计算平台关键性能参数的定义、抽取和传递,实现了该算法在不同GPU计算平台间的性能移植.实验结果表明,与OpenCV2.4中经过高度优化的CPU版本在Intel Xeon X5550CPU上的性能相比,优化后的算法在AMD HD7970和NVIDIA GTX680两个不同GPU计算平台上分别达到了11.24-20.27和9.24-17.62倍的加速比,不仅实现了高性能,而且实现了在不同GPU计算平台间的性能移植.

随机任务在云计算平台中能耗的优化管理方法

针对云计算系统在运行过程中由于计算节点空闲而产生大量空闲能耗,以及由于不匹配任务调度而产生大量"奢侈"能耗的能耗浪费问题,提出一种通过任务调度方式的能耗优化管理方法.首先,用排队模型对云计算系统进行建模,分析云计算系统的平均响应时间和平均功率,建立云计算系统的能耗模型.然后提出基于大服务强度和小执行能耗的任务调度策略,分别针对空闲能耗和"奢侈"能耗进行优化控制.基于该调度策略,设计满足性能约束的最小期望执行能耗调度算法ME3PC(minimum expectation execution energy with performance constraints).实验结果表明,该算法在保证执行性能的前提下,可大幅度降低云计算系统的能耗开销.

移动边缘计算中基于Lyapunov的任务卸载与资源分配算法

移动边缘计算(MEC)通过将计算和存储资源部署在无线网络边缘,使得用户终端可将计算任务卸载到边缘服务器进行处理,从而缓解终端设备资源受限与高性能任务处理需求之间的冲突。但随着任务卸载规模的不断增加,执行任务所产生的功耗急剧上升,严重影响了MEC系统的收益。建立任务队列动态调度模型,以队列上溢概率为约束构建最大化系统平均收益的资源优化模型。考虑到资源优化问题为不同时隙下的耦合问题,运用Lyapunov优化理论设计一种基于单时隙的资源分配算法,将优化问题转化为用户本地计算资源分配、功率和带宽资源分配以及MEC服务器计算资源分配3个子问题并分别进行求解。仿真结果表明,该算法在满足用户QoS需求的同时能够有效提高MEC系统的时间平均收益。

实时生产信息驱动的装配活动智能导航方法

为了提高装配过程的透明性和装配任务的实时可优化性,以装配站为研究对象,提出一种实时信息驱动的装配活动智能导航方法。结合无线射频识别技术,设计了实时操作引导、工序间协作生产、任务队列优化三种服务为装配站提供导航。其中,实时操作引导服务用于自动监控物料和在制品的实时状态,进而基于该实时状态信息引导员工进行正确的装配操作;工序间协作生产信息服务用于建立上下游装配工序间的动态联系和共享协作生产信息;在任务队列优化服务中,设计了一种启发式调度方法,基于装配工序的实时执行状态信息,以最小化加权总提前时间和滞后时间为目标,对装配站上的未执行任务队列进行优化排序。通过原型系统验证了所提方法和导航服务的可行性。

混合关键级多任务调度中低关键级任务的积极处理

当前的混合关键级多任务调度,一旦高关键级任务的执行时间需求增加,通常的做法是立即抛弃相对低关键级任务,以确保高关键级任务获得足够处理器时间。考虑到数据访问的一致性和完整性以及相应的性能损失,这种处理低关键级任务的方法过于消极;同时,任务的实际执行时间并不总是能达到最差情况下执行时间,且多处理器平台上的调度存在可观的空闲时隙。因此,完全可以也应该对低关键级任务采取更为积极的处理方法。基于同构多处理器平台,构建了两类队列,一类队列容纳回收的空闲时隙,另一类队列为任务队列,包括就绪任务队列和被抛弃的低关键级任务队列,针对这两种任务队列的特性采取不同的调度方案:就绪任务队列采用混合关键级局部调度,被抛弃的低关键级任务则对空闲时隙进行分配。仿真实验表明,此调度方法在保证高关键级任务截止时限的同时,能够使混合关键级系统的可接受任务集数目获得明显提升。

海洋多道地震拖缆数据实时传输系统的设计与实现

为满足深拖式高分辨多道地震勘探需求,设计并实现了海洋地震拖缆数据的实时传输系统。系统由数传包与地震采集站连接组成,采用推荐标准485(Recommended Standards 485, RS485)串行总线实现了采集站与数传包的物理连接,利用低电压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling, LVDS)、预加重/均衡器、8 位/10 位(8 bit/10 bit)编码等技术实现了数传包之间的通信链路。设计了无等待反馈重传的差错控制方法,提高系统高效性和可靠性;在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)内部采用先进先出(First Input First Output, FIFO)构建多优先级任务队列的多级流水线设计,解决了大容量数据并发而产生的数据漏帧问题。在实验室用已知正弦信号对系统进行了对比测试,结果表明系统能够满足海洋多道地震勘探的数据传输需求,对于海洋多道高分辨率地震资料的可靠获取具有重要的意义。

分布式系统中多用户网络应用的概率型调度算法研究

多用户网络应用是分布式计算中最主要的形式之一.为了充分挖掘分布式系统中的计算资源,任务调度是解决该问题的关键.然而,由于多用户网络应用中存在的不确定性,使得当前的调度方法在动态性、实时性、适应性等方面都存在诸多不足.考虑到用户实时性需求,本文提出了概率型调度的思想.该思想将任务的分配看作概率事件,以用户角度的最短响应时间为目标,给出了多用户网络应用的排队模型,并进一步将调度定义为一个非线性规划问题.分析表明上述方法在任务到达过程、服务率方面存在限制,进而提出了一个基于强化学习理论自适应调度算法.该算法首先利用Markov决策过程(MDP)描述该调度问题,然后对任务到达过程和服务率知识进行在线的学习.一旦获得任务分配概率,遵从该概率可进行快速的任务调度.实验表明上述两个算法相比于Min-Min、Max-Min、Suffrage、ECT四种经典调度算法具有更短的平均响应时间.除此性能外,通过实验分析了该概率型调度方法的稳定性.

基于ESB的SOA-BPM系统集成平台关键技术研究与实现

基于ESB的SOA-BPM系统集成平台需要解决协议解耦、路由分发和接口汇聚3个主要的问题,从而构建出面向服务的ESB集成总线,这就需要研究协议转换技术、通用的XML报文处理技术、数据交换技术这3个关键的技术。给出了这3种技术的设计思想和解决方案,最终在研发SOA-BPM系统集成平台中得以实现,进而提出了改进的思路。

分时体制多目标干扰系统干扰资源综合管控

针对先进战机分时体制干扰系统多目标干扰时的资源管理问题,采用多属性决策方法建立了目标威胁等级评估模型,并运用折中排序法(VIKOR)对目标威胁等级进行偏序处理,重新整合了干扰任务请求队列;从空间域、频率域、能量域和时间域4个方面综合分析了干扰资源的限制条件并对干扰效果进行了定量描述;最后提出了分时体制干扰系统多目标干扰资源管理算法。偏序处理后干扰任务请求队列的整合与干扰时机、参数的控制可以有效提高干扰系统的效率,提升干扰系统的智能化水平。

油罐车在途状态监测系统及其任务调度策略

为了实时监测油罐车在行驶途中的温湿度、车体姿势、支撑座压力、进出油口是否漏油等安全信息,以超低功耗的ATmega1281微控制器和AT86RF230射频模块为核心,设计了感知油罐车安全信息的无线传感器网络节点,构建了多参数在途监测系统。针对无线传感器网络操作系统TinyOS的FCFS调度策略对实时性强的任务响应慢及吞吐量低等缺点,提出了一种基于多队列任务调度策略。研究结果表明:采用实时任务和优先级任务分级调度,可以设置动态优先级和任务超时中断,满足了系统对高实时性和高优先级任务的响应,并保证低优先级的任务也能在适当时间内执行;仿真及实际测试表明,设计的油罐车在途状态监测系统在平均能耗增加不大于3%的情况下保证了监测系统的实时性。

两级嵌入式系统的消息驱动和快速传送

提出了两级调度嵌入式操作系统的运行原理和任务、子任务的消息驱动机制,设计了一种新的描述消息的数据结构,用以满足两级调度嵌入式操作系统的运行。利用这种数据结构,可以用零拷贝的方式来传送消息,极大地提高了系统的效率。在两级嵌入式操作系统中,构建了完全独立的、由不同类型消息所组成的任务级消息队列和子任务级消息队列。最后,分析了这两种消息队列和各种不同类型消息的特点,并分析了利用消息驱动任务和子任务的方法。

面向实时网格任务的多策略资源协同分配模型

提出一种实时保证度的计算方法,用于评估特定协同分配方案对实时网格任务的截止时间保证度,并在此基础上设计和实现了一个多策略资源协同分配模型。该模型利用已有协同分配策略生成不同的分配方案,并选择截止时间保证度最优的方案为任务分配资源。仿真实验利用实际网格系统的任务负载,在多集群型计算网格测试床上检验了该模型的性能表现。实验结果显示,多策略协同分配模型能综合各种已有各类协同分配策略的特长,为实时网格任务的资源协同分配提供可靠性增强的截止时间保证。

基于VxWorks的机载火控仿真系统设计与实现

针对机载火控仿真系统具有任务多、任务调度频率高及其实时性要求强的特点,基于V xW orks嵌入式实时操作系统,对机载火控仿真系统的设计与实现进行了深入的研究,并给出了一种基于双缓冲队列模型的机载火控仿真系统的设计与实现方法;这种设计方法在V xW orks的先进先出和优先级两种调度方式之间做出了符合工程要求的权衡,使得V xW orks可以减少由任务的频繁调度所带来的开销;同时该设计方法的实现得益于V xW orks提供了对多任务和网络通信的良好支持,这对于改善系统的实时响应特性和其他性能提供了很大的帮助。

基于VxWorks的双缓冲队列网络通信设计与实现

针对一个高速数据采集系统的实际需求,利用单任务循环的编程结构,给出了一种基于双缓冲队列的网络套接字通信的设计与实现方法。这种设计在VxWorks的先进先出调度和优先级调度之间做出了合理地折衷,使得VxWorks可以避开由于任务的频繁调度所带来的开销,同时又可以使系统对硬件中断和硬件轮询等紧急任务及时响应,满足了项目的实时性的需求。

分布式环境下任务调度模型研究

由于任务调度算法的优劣直接影响到整个分布式计算系统的性能,在将具体的任务调度策略应用于实际系统之前,应首先利用相应的模型对其性能进行分析,以便找出任务调度优化算法.总结了分布式环境下的任务调度模式,利用时间Petri网建模技术,构建了分布式环境下几种典型的任务调度模型,并对任务调度模型的特点进行了分析.在此基础上,利用CORBA技术给出了模型的模拟实验方案.由于所给出的任务调度模型具有良好的对称性,能够容易地将其扩展为具有N个计算结点的任务调度模型,为实现、模拟和分析具体的任务调度算法打下了基础.

基于NetX片上系统的PROFINET IO设备的实现

文章介绍了基于NetX片上系统硬件平台的PROFINET IO设备的开发。包括基于rcX实时操作系统上BSP板级支持包实现外部IO控制任务和基于PROFINETIO协议栈实现的PROFINET IO通讯任务,并且构建了PROFINET IO通讯测试平台进行通讯测试。