移动自组网与多处理器系统调度技术解析

### 移动自组网与多处理器系统调度技术解析 在当今的网络与计算领域，移动自组网（MANET）的服务质量（QoS）路由协议以及多处理器系统的调度分析是两个备受关注的研究方向。下面我们将深入探讨这两个方面的相关技术。 #### 移动自组网的QoS路由协议 在移动自组网环境中，以往提出的QoS路由方法存在诸多限制其应用的缺点。为了解决这些问题，研究人员提出了一种基于预留池的QoS路由协议。 ##### 实验设置与结果 在第二组实验中，针对不同QoS要求的连接测量了平均吞吐量。假设每个移动主机可以向目标节点请求具有不同吞吐量要求的连接，可请求的三种吞吐量级别QoS1、QoS2和QoS3，分别在超帧的数据阶段使用1、2和3个时隙。每个数据包大小假定为1000字节，数据包的平均到达间隔时间设置为30毫秒。如果路径预留成功，源节点会向其目标节点发送30个数据包。 实验结果表明，QoS1的平均吞吐量为67.0Kbps，QoS2为125.5Kbps，QoS3为183.7Kbps。这些模拟结果显示，所提出的QoS协议能够以一致、可预测的方式为具有不同QoS流要求的电路提供不同级别的吞吐量。 | 吞吐量级别 | 平均吞吐量（Kbps） | | ---- | ---- | | QoS1 | 67.0 | | QoS2 | 125.5 | | QoS3 | 183.7 | ##### 协议原理 该协议采用多跳时分多址（TDMA）协议和网络资源预留池来克服以往方法的缺点。多跳TDMA协议使用超帧结构和存储在每个节点的时隙使用表，为通信信道分配时隙，确保没有两个发送节点相互冲突。同时，采用备份预留池方法，当主路径因移动节点导致链路断开时，能够实现快速恢复。通过NS - 2模拟验证了该协议的性能，结果显示它可以在MANET环境中以高度稳定和可预测的方式为具有不同QoS要求的电路提供不同级别的吞吐量。 #### 多处理器系统的调度分析 对于多处理器系统，确定优先级驱动的周期性任务集的可调度性是一个重要问题。由于目前没有类似于单处理器系统的响应时间分析算法那样的精确可调度性分析方法，通常需要依赖利用率边界测试，但这些测试虽然安全却比较悲观。 ##### 单处理器系统调度分析方法 在单处理器系统中，主要有两种可调度性分析方法：利用率边界测试和响应时间分析。以固定优先级速率单调（RM）调度为例，Liu和Layland利用率边界测试表明，如果一个包含N个任务的任务集的总利用率不超过N(2^(1/N) - 1)，则该任务集是可调度的，但这只是一个充分而非必要条件，会拒绝一些实际上可调度的任务集。而Lehoczky等人提出的响应时间分析是一种多项式时间算法，通过在任务和所有其他更高优先级任务在时间0（关键时刻）初始释放时进行处理器需求分析，计算任务的最坏情况响应时间（WCRT）。如果一个任务的WCRT小于其截止时间，则该任务是可调度的；如果所有任务都可调度，则任务集是可调度的，这是可调度性的充要条件。 ##### 多处理器系统调度分析挑战 多处理器（MP）系统由于多核处理器和多处理器片上系统（MPSoC）等行业趋势而备受关注，实时调度和可调度性分析成为重要研究领域。MP调度算法根据处理器间迁移的允许程度可分为三类：无迁移、受限迁移和全迁移。无迁移（分区）调度在给定任务分配到处理器的情况下类似于单处理器调度，可以使用现有技术解决，但受限和全迁移调度给可调度性分析带来了严重挑战。传统上，确定MP系统可调度性的方法有利用率边界测试和模拟，但利用率边界测试悲观，模拟不安全，因为它只探索一个执行轨迹，而不是对状态空间进行详尽探索。 ##### 基于模型检查的精确可调度性分析 为了克服利用率边界测试和模拟的缺点，研究人员提出了一种使用模型检查的方法，通过用定时自动机（TA）对实时多任务系统进行建模，并将可调度性分析问题转化为TA模型的可达性检查问题，实现了静态优先级MP可调度性的精确分析，且没有任何悲观性。此外，模型检查除了能对周期性任务集进行精确可调度性分析外，还能处理非周期性任务集，避免了传统调度理论中严格周期性任务集假设带来的悲观分析结果。 #### 受限迁移调度的TA模型 在构建受限迁移调度的TA模型时，有两种可选方法。 ##### 方法一 将所有任务建模在一个单一模型中。这种方法在每个任务自动机中需要两个时钟，一个用于累积执行