突发性故障模式下实时任务的优先级分配策略

在容错实时系统中,可调度性分析是确保实时任务在限定时间内完成的重要手段。分析了突发性故障模式的可调度性问题,针对该故障模式下已有策略的不足,设计了优先级分配策略,并根据策略的性质实现了容错优先级变迁因子的搜索算法。深入的分析和实验证明,这种策略能够有效地提高系统的容错能力。     

回卷恢复模型下容错实时系统的可调度性分析

实时任务的超时完成将会导致灾难性后果,因此实时系统必须具备严格的实时性及可靠性保障.考虑实时系统的容错需求,本文基于回卷恢复模型,对容错实时系统的可调度性分析进行研究.在基于任务最环响应时间的可调度性分析方法中,容错优先级配置是决定系统可调度性的关键.为了改进系统的可调度性,提出一种容错优先级可降低的配置策略,并推导出此策略下任务最坏响应时间的计算公式,以判断系统的可调度性.降低策略下低优先级任务可挪用高优先级任务的空闲时间来满足自身的截止时限要求.仿真实验表明,降低任务的容错优先级可以有效提升系统的容错能力.     

一种可行的容错实时系统可调度性分析

针对容错实时系统中容错优先级两种分配策略存在的不足,通过对容错实时任务进行基于最坏响应时间的可调度性分析,提出了允许容错优先级降低的分配策略以提高系统的容错能力.经过深入的分析和实验证明,这种容错优先级的分配策略能够在以前两种分配策略无法提高系统容错能力的情况下,有效地提高系统的容错能力,设计并实现了改进的最佳容错优先级分配因子的搜索算法,并通过模拟实验进行了验证.     

硬实时系统中基于软件容错模型的容错调度算法

在硬实时系统中,由于任务超时完成将会导致灾难性后果,因此硬实时系统必须具有实时性和可靠性保障.软件容错模型是提高硬实时系统容错能力的一种有效方法.针对硬实时系统中容错优先级两种分配策略存在的不足,基于软件容错模型提出了一种容错优先级可提升的双重优先级分配策略.该方法通过为替代版本分配双重优先级,不仅能够提高硬实时系统的容错能力,同时还能够显著减少任务间的抢占次数.为了获得双重优先级分配的最佳策略,基于任务最坏响应时间的可调度性分析,首先提出了一种最大的双重优先级配置搜索算法(MDPCSA).然后结合MDPCSA算法,提出了一种最优的双重优先级配置搜索算法(ODPCSA).仿真实验表明,与两种分配策略相比,在提高系统容错能力和降低抢占开销方面更为有效.     

容错优先级可提升的抢占阈值容错调度算法

基于软件容错模型,提出了允许容错优先级提升的抢占阈值容错调度算法(extended fault-tolerantfixed-priority with preemption threshold,简称FT-FPPT*).该算法能够在抢占式容错调度算法(fault-tolerantfixed-priority preemptive,简称FT-FPP)和抢占阈值容错调度算法(fault-tolerant fixed-priority with preemptionthreshold,简称FT-FPPT)无法提高系统容错能力的情况下,进一步提高系统的容错能力.为了获得系统中任务优先级分配的最佳策略,基于任务最坏响应时间的可调度性分析,提出了一种最优的优先级配置搜索算法(priorityassignment search algorithm,简称PASA).经过深入分析和实验证明,与FT-FPPT算法相比,FT-FPPT*算法能够有效地提高硬实时系统的容错能力.     

副版本不可抢占的全局容错调度算法

容错是硬实时系统的关键能力,容错调度算法可以在有错误发生的情况下满足任务的实时性需求.在主副版本机制的容错调度算法中,主版本出错后留给副版本运行的时间窗口小,副版本容易错失截止期.针对副版本需要快速响应的问题,提出副版本不可抢占的全局容错调度算法FTGS-NPB（fault-tolerant global scheduling with non-preemptive backups）,赋予副版本全局最高优先级,使副版本在主版本出错后可以立刻获得处理器资源,并且在运行过程中不会被其他任务抢占.这样,副版本可以在最短时间内响应.分别基于截止期分析和响应时间分析建立了FTGS-NPB的可调度性测试,并分析了两种可调度性测试分别适用于不同的优先级分配算法.仿真实验结果表明,FTGS-NPB可以有效地减少实现容错的代价.     

基于被动副版本优先级提高策略的分布式实时容错调度

FTRMFF(fault-tolerant rate-monotonic first-fit)分布式容错算法具有实现简单、调度开销小的优点,但是副版本的优先级继承策略不利于处理器空闲资源的充分利用.针对这个问题并结合各类型任务的最坏响应时间的分析,提出IPPBS(improving priority for passive backup based scheduling)算法.IPPBS算法能在不破坏处理机上已分配任务的可调度性的前提下,适当提高待分配的被动副版本的优先级来缩短响应时间,增加其在现有处理机上的可调度性,从而提高处理器的利用率.在此基础上,给出了具体的优先级提高因子搜索算法.仿真实验验证了IPPBS算法的可行性和有效性,较FTRMFF算法可节约的处理器个数百分比最高可达13%.     

实时嵌入式容错系统的关键技术研究

简要回顾了容错技术的发展过程并分析了不同故障模型下系统的客错方式.对于瞬时故障、间歇性故障的容错可采用软件冗余方法,在实时嵌入式系统中采用软件容错时必须考虑任务的可调度性;而永久性故障则采用硬件冗余方法来解决.在此基础上,描述了一种实时双机嵌入式容错系统的模型,研究了构建容错系统需要解决的双机同步、故障检测及仲裁切换等关键问题和相应的解决方法.     

容错优先级混合式分配搜索算法

在实时系统中,由于任务未能及时产生正确结果将导致灾难性后果,容错对于实时系统的有效性及可靠性至关重要.基于最坏响应时间计算的可调度性分析,提出了一种容错优先级混合式分配搜索算法.这种算法通过允许替代任务既能运行在高优先级别上,又可运行在低优先级别上,有效地提高了系统的容错能力.通过实验测试,与目前所知的同类算法相比,在提高系统容错能力方面更为有效.     

基于单调速率的可调度性判定改进算法

在单调速率调度策略的基础上,提出一种改进的任务集可调度性判定算法。该算法通过设定时钟变量模拟调度过程中的系统时钟,在时钟变量值增长过程中,根据任务优先级从高到低的顺序,分析各个任务的截止时间限的满足情况,判定任务的可调度性,从而确定任务集的可调度性。通过实例分析及与现有判定方法的比较,验证了该算法的正确性和高效性。     

基于RTLinux的容错硬实时性的研究与实现

容错已逐渐成为实时系统的一个重要特性,针对RTLinux的实时调度机制尚未考虑容错的需求,对RTLinux进行了容错硬实时性的改造.改造了基于主/副版本容错模型对任务模型,对先前提出的基于最坏响应时间的容错实时任务可调度性分析,通过将改进的最佳容错分配因子搜索算法(improved fault-tolerant priority configuration search algorithm,IFPCS)运用到实时调度算法中,提高了RTLinux的容错实时性能,并给出了容错实时程序的设计框架.     

容错实时任务调度的DSPN建模与分析

复杂系统的形式化描述对新系统的设计以及现有系统的改进与评价都具有十分重要的作用;针对处理机系统容错实时混合任务调度,提出采用确定与随机Petri网进行建模与性能分析;首先,根据任务执行的优先级、周期性、容错性和实时性,将任务分为四类;然后,采用DSPN对任务调度执行过程,不同优先级任务抢占式调度,处理机故障及故障恢复过程进行建模,由此构成处理机系统容错实时任务调度过程的DSPN模型;最后,仿真实验结果表明,在负载相同情况下,处理机利用率基本相同,且具有容错的实时任务调度算法可以有效地降低任务错失率;容错实时任务调度DSPN模型可以为复杂任务调度系统的Petri网建模与分析奠定了基础,并为实际工程应用提供了理论指导。     

约束多传感器线性系统的RMPC容错控制

针对一类约束多传感器线性故障系统,提出了一种基于鲁棒预测控制策略的容错控制方案．首先为多传感器线性系统设计了观测器,然后离线设计不变集列,使得时变的状态估计误差存在于相应的不变集列中,利用不变集的理论提出了一种新的故障检测的方法,最后基于鲁棒预测控制策略为故障系统设计了容错控制器,给出了闭环系统鲁棒稳定性的证明．仿真结果证明了方法的可行性。     

一种用于容错计算机系统整体验证的故障注入试验策略

故障注入是一种有效的用于容错计算机系统验证的技术。分析了系统的层次分解模型在故障注入试验中的作用。提出一种基于动态故障树的容错系统分解模型MBDT,着重讨论利用这种模型产生故障注入试验属性集的方法,最终形成一种对容错计算机系统进行整体验证的故障注入试验策略。这种试验策略已经应用于研制的硬件故障注入器HFI－3中,并对一个航天容错计算机进行了验证,实验结果表明了这种策略的有效性。     

风能转换系统执行器故障主动容错控制

提出了一种新颖的风能转换系统滑模主动容错控制策略.针对风能转换系统执行器故障,运用预测控制思想和迭代算法,设计了一种故障观测器.在设定的优化时域长度内,利用实际系统与故障观测器的输出差值,通过反复迭代运算,不断地对虚拟故障信号进行调整,使其能有效地拟合实际系统执行器故障,并根据故障观测值实时调整滑模容错控制器结构.未发生故障时,故障观测值为零,系统在滑模控制器控制下稳定运行;执行器发生故障时,运用故障观测值实时调整滑模容错控制项,并用双曲正切函数代替符号函数,消除抖动.仿真实验结果表明,滑模容错控制器下的系统具有良好的容错能力,提高了风能转换系统最大风能捕获效率.     

双时滞系统的故障诊断和动态最优容错控制

对含有状态时滞和控制时滞的线性时滞系统, 研究系统发生不可直接测量的传感器故障和执行故障时的故障诊断和最优容错控制问题. 首先基于时滞系统的线性变换, 利用Riccati矩阵方程和Sylvester方程设计了故障情况下的最优容错控制律, 并证明了最优容错控制律的存在唯一性. 然后通过构造一种新的含有故障的增广系统的降维状态观测器, 实现了故障的实时在线诊断和系统状态的观测, 解决了最优容错控制的物理不可实现问题. 最后利用故障诊断的结果给出了物理可实现的动态最优容错控制律. 仿真实例验证了故障诊断方法和动态最优容错控制方法的可行性和有效性.     

DRE中基于半主动复制的实时CORBA应用

针对实时CORBA与容错CORBA模型融合在分布式实时嵌入式系统(DRE)中存在的问题,提出基于半主动复制策略的容错模型,应用到DRE中并进行相关测试。实验结果表明,采用半主动复制策略的模型相对其他复制策略可更好地支持实时系统,并能在保证实时要求的前提下为系统提供容错支持。     

基于容错技术的优先级反转研究*

优先级反转是实时系统中出现最多的问题。为了防止这种现象的发生,目前经常采用的方法是优先级继承和优先级置顶。但是,它们在特定情况下也存在缺陷。容错技术是提高系统可靠性的重要保障,利用容错技术对优先级继承进行扩展,可以更好地解决优先级的反转问题,保障了系统的实时性能。     

Set theoretic approach to fault-tolerant control of linear parameter-varying systems with sensor reintegration

In this paper, we present a fault-tolerant control scheme for linear parameter-varying systems that utilises multiple sensor switching to compensate for sensor faults. The closed-loop scheme consists of an estimator-based feedback tracking controller and sensor-estimate switching strategy which allows for the reintegration of previously faulty sensors. The switching mechanism tracks the transitions from faulty to healthy behaviour by means of set separation and pre-computed transition times. The sensor-estimate pairings are then reconfigured based on available healthy sensors. Under the proposed scheme, preservation of closed-loop system boundedness is guaranteed for a wide range of sensor fault situations. An example is presented to illustrate the performance of the fault-tolerant control strategy.