航空电子双层任务分区调度设计

针对严格实时的航空电子分区调度问题,建立了操作系统采用轮转调度策略,分区里采用动态优先级调度策略的双层任务调度模型.针对可调度性分析问题,利用轮转调度周期和分区任务执行系数作为关键参数,在任务时间需求函数的基础上,计算系统消耗时间,得出了系统可调度性的判定定理;同时考察存在释放抖动的时候可调度情况,提出了可调度性的计算边界;通过考察任务周期和轮转调度长度的关系,得出了分区可调度情况下任务负载的理论上限.针对分区设计问题,通过考察关键时刻点,给出了分区调度关键参数的解析模型,在此基础上提出了分区可设计的判定定理,最后给出实例进行具体说明.      

计算机生成兵力模型的实时调度技术

针对计算机生成兵力系统在采用步长法推进逻辑时间时其实时性易受影响的问题,提出了将时间同步和模型调度进行解耦的实时推进方法,其中同步过程使用独立的线程读取本地时钟并通过运行支撑环境(RTI)驱动逻辑时间推进.同时提出了一种适合兵力模型的新的静态调度算法.该算法根据模型运行周期和系统步长划分调度表,并基于负载均衡的原则为模型分配仿真步长,具体包括3个处理过程:为仿真实体分配节点、产生初始调度表、运行时调整调度表.实验结果表明所提出的方法在保证良好的实时性基础上具有较小的开销和较高的处理器利用率.      

ARINC 653分区实时系统的主时间框架设计

综合模块化航空电子系统中的ARINC 653标准规定系统采用分区内调度和分区间调度双层调度机制。根据标准,分区内的调度由分区设计者指定,分区之间则按照静态的主时间框架进行调度。如何基于多个分区应用设计用于分区间调度的主时间框架是系统集成阶段需要解决的问题。首先利用可调度分析导出了分区的有界延迟模型参数,进一步将该参数转化为分区的调度参数用于分区间调度。然后进行分区间调度生成主时间框架,提出了最少窗口数目匹配-最佳匹配（MFBF）算法用于减少分区窗口的切换次数。提出的从分区参数推导到分区间调度流程能够基于若干分区应用生成ARINC 653系统的主时间框架。实验结果表明:时间窗口优化算法能有效减少分区窗口切换次数。      

基于强化学习的时间触发通信调度方法

未来航空电子系统中将会更广泛地选择基于时间触发的通信机制进行信息传输,以保证信息交互的确定性。如何合理地进行时间触发通信调度设计是时间触发应用于航空电子互连系统的关键。针对时间触发调度的周期性任务,提出了一种基于强化学习的周期调度时刻表生成方法。首先,将流量调度任务转换为树搜索问题,使之具有强化学习所需要的马尔可夫特性;随后,利用基于神经网络的强化学习算法对调度表进行探索,不断缩短延迟时间以优化调度表,且在训练完成后,可以直接使用到消息分布相近的任务中。与使用Yices等可满足模理论（SMT）形式化求解时间触发调度表方法相比,所提方法不会出现无法判定的问题,能够保证时间触发调度设计结果的正确性和优化性。对于包含1 000条消息的大型网络,所提方法的计算速度为SMT方法的数十倍以上,并且调度生成消息的端到端延迟在SMT方法的1%以下,大大提高了消息传输的及时性。      

SpaceWire D的调度表生成方法

针对航天高速SpaceWire D提出了一种调度表生成方法。该方法基于贪婪算法和SMT求解器。贪婪算法是主体,在每次迭代中以调度表的分布均匀性为优化原则产生一个约束集作为SMT求解器的输入参数,然后调用SMT求解器。SMT求解器是重要工具,用于对输入参数的可满足性进行判定,如果可满足则将输出的模型作为生成的调度表。此外,还提出了设置分片长度、确定时间槽大小以及划分冲突域的策略。最后,通过试验对方法的效果进行了验证。结果表明,生成调度表的时间较短且调度表具有良好的分布均匀性。     

基于动态优先级的核心处理安全分区优化设计

在分区管理模型应用于航空电子核心处理系统的研究中,合理的分区参数设计是保障航空电子系统任务关键和安全关键的一个重要因素.在标准模型的基础上,建立了上层调度器采用动态优先级调度策略的分区管理模型;通过对处理器忙周期进行考察,提出了给定请求时间长度下分区最大抢占影响的计算算法,能从微观的角度解释动态优先级下原子时间抢占行为的影响;通过对分区内任务集的计算负载进行计算,并考虑到计算负载在分区最后一次执行时间内的请求执行时间长度带来的抢占影响,得到了下层调度器采用固定优先级和动态优先级策略下的分区安全设计方法;通过计算仿真评估,结果表明提出的安全分区设计方法比基于虚拟处理资源方法具有更优的设计结果.      

基于固定优先级航天器任务分层调度研究

在航天器自主控制结构中, 采用分层结构构建系统, 实现不同分组的软件互不影响执行. 针对固定优先级调度模型, 通过对分区可调度性和分区设计问题进行研究, 仔细考察了任务最大响应时间迭代计算过程, 提出了一种更为精确的求解算法; 在固定优先级任务利用率上限的基础上, 给出了分区任务可设计的判定条件; 通过利用价值函数, 给出了分区参数解析模型, 在此基础上, 提出了一种局部最优的设计方法来实现整个处理器的分区设计, 通过具体实例对所提出的分区分析和设计方法进行了验证.      

基于TTE的改进加权轮询调度算法

在时间触发以太网(TTE)中,TT消息优先级最高,RC消息只能在TT消息调度的离散时间片内传输,因此,TT消息离线调度表的设计会对RC消息调度产生一定影响。针对这一问题,提出了基于最优时间片的改进加权轮询(MWRR)调度算法。首先,通过TT消息约束条件限制获得TT消息离线调度表,进而得到保证RC消息较大资源利用率的时间片信息;其次,在离散时间片对不同类型RC消息进行调度,并运用网络演算方法对其最坏端到端延迟进行分析;最后,通过实验仿真证实了本文算法不仅具有较低的复杂度和较好的公平性,保证了实际应用中算法的可行性,而且在时延性方面均优于先到先得(FIFO)、优先级(PQ)和加权轮询(WRR)调度算法。     

基于贪婪随机自适应搜索法的TTE通信调度算法

时间触发以太网（TTE）采用全局时间触发机制，使通信任务传输具有严格的时间确定性和无冲突性，适用于航空电子等混合关键应用领域。TTE网络提供3种不同的流量类型:具有低抖动和有界端到端延迟的时间触发（TT）流量，有限制端到端延迟的速率约束（RC）流量和无实时性保证"尽力传"（BE）流量。针对可满足性模理论（SMT）等调度算法在生成TT流量离线时刻调度表的过程中，未综合考虑TT流量路由和时刻调度表对RC流量延迟产生影响的问题，为了优化TTE网络实时性能，提出了一种基于贪婪随机自适应搜索算法的TTE通信任务调度算法。在TT流量离线调度表的生成过程中考虑了RC流量的最坏端到端延迟（WCD），在保证TT流量满足可调度性的前提下，通过路由规划和调度时刻表规划降低了RC流量的WCD。对比实验结果表明:所提算法可以有效的提升整网的实时性能，通过A380拓扑组网案例的对比分析，RC流量的平均延迟减少了14.34%。网络中流量规模越大，所提算法的收益越大。      

综合化航空电子分区隔离的建模与设计方法

分区技术是航空电子系统综合化模块化发展中不可缺少的技术.针对航空电子系统安全关键性的要求,基于ARINC653标准,提出了分层分区的体系结构模型,该模型实现了不同安全关键级别应用软件之间的隔离.为了满足航空电子系统强实时可预测性的约束,双层分区模型中系统层采用轮转调度策略,区间层采用单调速率调度策略.然后对分区任务进行可调度分析,在充分保证航空电子系统强实时的前提下,提出了分区关键参数的设计方法,并推导了最坏情况下的系统可调度利用率.计算机仿真结果表明,该方法在保证实时性的同时,能支持更多的系统负载,具有优越性.      

混合电路故障诊断中的状态分割法

在故障字典法和离散事件系统(DES, Discrete Event System)离线诊断模型的基础上,提出一种对混合电路统一建模的方法:状态分割法.围绕系统状态和状态的划分之间的关系,以数学分析为主,提出交叉交运算的定义,证明了交叉交运算在划分集上的封闭性以及该运算是划分集上的划分积等性质.借用DES离线诊断模型的建模思想,提出系统的可诊断性定义,利用交叉交运算的性质证明了最小现象集存在并可达的结论.以故障现象分割系统状态集合的方式来定位系统所处的故障状态,把故障字典法和DES离线诊断模型统一起来,指出了状态分割法的通用性.      

改进的多处理器混合关键性系统可调度性分析

针对混合关键性系统的多重认证需求,研究多核处理器平台中全局调度算法fixed-priority and Earliest Deadline First by Virtual Deadline（fpEDF-VD）的可调度性分析问题。fpEDF-VD结合处理器利用率和虚拟截止期两个方面来计算任务优先级,系统可调度性取决于是否存在可行的虚拟截止期调整参数。考虑到现有可调度分析方法仅测试有限数量的调整参数候选值,不能有效地判定系统可调度性,故提出了一种改进的判定方法。该方法基于传统（非混合关键）任务调度算法fpEDF的可调度利用率约束条件,利用函数图像分析研究不同关键性级别的系统可调度性需求,并在此基础上给出有效虚拟截止期调整参数的确切范围。通过实例分析及与现有判定方法的比较,验证了该方法的正确性和高效性。与理论分析一致,基于随机生成任务集的仿真实验结果表明改进后的方法具有更优越的可调度性能,能显著地提高任务集的可调度接受率。      

星敏感器中快速星跟踪技术

跟踪模式是星敏感器的主要工作模式之一,跟踪过程的快速性直接影响星敏感器的整体性能.提出了一种快速星跟踪算法.在跟踪算法的3个耗时环节,分别采用了分区星表、阈值映射、先排序后匹配识别这3种方法,以提高跟踪过程的快速性.其中分区星表法将整个天区分成了若干个子天区,使得在星体映射时,只是搜索星敏感器视轴指向附近的部分子天区,而不是搜索整个天区,减少了搜索星体的数量;阈值映射法,在满足精确度的情况下,设置被跟踪星体的数量阈值,只有被跟踪的星体数目少于此阈值时,才进行星体映射,减少了映射次数;先排序后匹配识别法,先根据星体在星图中的坐标值进行排序,然后再进行匹配识别,减少了那些距离较大的无谓的星体间的匹配识别.仿真测试结果表明,这3种方法的采用,提高了跟踪算法的快速性,提高了星敏感器的整体效能.      

面向卫星多目标重复观测任务的分层聚类规划

针对敏捷卫星多目标重复观测任务规划面临的可行任务执行序列集合规模庞大困难,提出了一种任务执行序列时间解耦的分层聚类任务规划方法。该方法以规划过程中的可观测窗口和任务执行窗口为聚类对象,通过单次可观测窗口聚类和多次任务执行窗口聚类将任务集合按任务窗口属性分解为一系列时间解耦的小规模集合,在两次任务执行窗口聚类间使用基于贪婪优化的搜索算法对聚类生成的小规模任务集合分别进行集合内任务规划,最后将各集合的任务规划结果合并后得到所有任务的执行序列。仿真结果表明,该分层聚类方法可有效降低全局优化复杂度,消解不同优先级观测任务的冲突,提高任务规划质量,能够在不降低目标点观测完成率的前提下对有多个观测机会的目标点进行重复观测,且算法稳定性好,能在数秒内得出规划结果,适用于星上自主任务规划。     

异构计算系统中独立任务调度的混合遗传算法

有效的任务调度是异构计算系统获取高性能的关键因素之一,由于任务调度问题是NP-困难的,为了获取尽可能好的解,文献中存在许多启发式调度算法.针对异构计算系统的独立任务调度问题,基于遗传算法和最小完成时间算法MCT(Minimum Completion Time),提出一种新的混合遗传算法,它采用遗传算法来进化任务调度的优先队列,然后再使用MCT算法把优先队列解码为一个有效的调度,与文献中其它算法进行比较表明,它不但能产生更好的调度结果,而且有很好的收敛速度.