基于建筑環(huán)境CPS的無線分布式任務(wù)調(diào)度研究.pdf

1、在信息產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的21世紀(jì)，層出不窮的技術(shù)突破和創(chuàng)新沖擊著人們的視野，CPS無疑是其中的佼佼者。CPS是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物互聯(lián)互通與深度融合的多維復(fù)雜系統(tǒng)，其模型目前已經(jīng)開始嘗試性的應(yīng)用在醫(yī)療、機(jī)械、交通、工業(yè)等與國(guó)民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)的領(lǐng)域?，F(xiàn)代建筑作為支柱產(chǎn)業(yè)，得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，任務(wù)調(diào)度是建筑環(huán)境CPS得以實(shí)現(xiàn)的重要問題之一，其決定著整個(gè)系統(tǒng)的融合、實(shí)時(shí)等特性，也影響著系統(tǒng)中的物理環(huán)境信息的采集、任務(wù)處理的性能、資

2、源協(xié)同管理等諸多性能。
　　本文介紹了課題的研究背景、意義及CPS、無線網(wǎng)絡(luò)和分布式計(jì)算的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀;建筑環(huán)境CPS中的任務(wù)請(qǐng)求命令可能存在復(fù)雜度高且量大的特點(diǎn)，導(dǎo)致計(jì)算節(jié)點(diǎn)無法獨(dú)自完成或用時(shí)過長(zhǎng)致使任務(wù)結(jié)果失效，因此將建筑物理環(huán)境的狀態(tài)改變和用戶的請(qǐng)求信息等作為處理對(duì)象即任務(wù)，主要針對(duì)任務(wù)分配、路徑選擇和任務(wù)調(diào)度等問題進(jìn)行了研究，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)本文構(gòu)建了支撐建筑環(huán)境CPS的四層體系結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹了

3、各層的功能，并針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行了協(xié)議和隱私保護(hù)等的安全性設(shè)計(jì);
　　(2)面對(duì)復(fù)雜度高且量大的任務(wù)，將其分解成若干個(gè)子任務(wù)是任務(wù)調(diào)度的第一步。為每個(gè)處理任務(wù)的傳感器計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)多帶圖靈機(jī)服務(wù)器，多帶圖靈機(jī)服務(wù)器通過時(shí)間復(fù)雜性函數(shù)而動(dòng)作，將任務(wù)分解成若干個(gè)具有相互依賴關(guān)系的子任務(wù)即有向無環(huán)圖DAG的形式，達(dá)到簡(jiǎn)化任務(wù)的目的。
　　(3)子任務(wù)既要找到合適的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，快速計(jì)算，還要滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)和丟包率等QoS約束條

4、件，本文采用在路徑選擇方面具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的蟻群算法解決此問題，將QoS約束作為調(diào)整信息素的因子，使蟻群在N次迭代的過程中滿足QoS約束的基礎(chǔ)上，找到費(fèi)用最小路徑的最優(yōu)解或次優(yōu)解。
　　(4)由于每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)可能需要處理多個(gè)子任務(wù)，為了保證每個(gè)任務(wù)的結(jié)果都具有其有效性，而且盡量平衡網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，需要針對(duì)單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。本文采用RM調(diào)度算法，并在其基礎(chǔ)上增加了優(yōu)先權(quán)值和延遲狀態(tài)，保證即使在搶占發(fā)生時(shí)，通過就緒和延遲的處理，任