信息物理融合系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法的研究.pdf

1、信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）是一種綜合了計算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)。它實現(xiàn)了計算、通信和控制技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，能夠完成大型復(fù)雜系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)，并且滿足復(fù)雜系統(tǒng)的過程協(xié)調(diào)優(yōu)化與系統(tǒng)的節(jié)能。該技術(shù)在軍事、醫(yī)療、安防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有巨大研究價值和應(yīng)用價值。
　　相對與傳統(tǒng)的系統(tǒng)而言，CPS一般具有多維混雜、數(shù)據(jù)海量和高度協(xié)作等特點。系統(tǒng)在運行的過程中，必

2、須滿足實時感知、動態(tài)拓撲、可靠傳輸、快速計算等功能，這些都要求系統(tǒng)能夠體現(xiàn)出良好的協(xié)調(diào)和反饋能力。其中，系統(tǒng)內(nèi)部的任務(wù)調(diào)度策略對系統(tǒng)的協(xié)作能力和服務(wù)效率有重要的影響。由于傳統(tǒng)的調(diào)度策略無法滿足當(dāng)前CPS的需求，因此需要針對具體的應(yīng)用場景來設(shè)計高效可行的任務(wù)調(diào)度策略。
　　本文著重研究CPS環(huán)境下如何對需要大量繁雜計算的任務(wù)進行調(diào)度，主要有:
　　(1)綜合分析了信息物理融合系統(tǒng)的特點和結(jié)構(gòu)，以及總結(jié)了當(dāng)前復(fù)雜系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法

3、的研究工作，并分析他們的優(yōu)點和不足。
　　(2)為了滿足任務(wù)和資源的快速映射，降低系統(tǒng)的能源損耗，本文提出一種基于蟻群算法與布谷鳥搜索算法的混合算法(ACOCS)用于CPS環(huán)境下的任務(wù)調(diào)度。該方法有效保留蟻群算法并行性高和魯棒性強的特性，并融入了布谷鳥搜索具有快速全局搜索能力的優(yōu)勢。使得算法在建立任務(wù)-資源映射的時候可以快速有效地精確到最優(yōu)解，能夠減少調(diào)度所需的響應(yīng)時間，也一定程度上提高了系統(tǒng)資源利用率。
　　(3)為了使得

4、CPS在實際運用中可以滿足用戶各不相同的QoS要求，本文在分析當(dāng)前各種QoS的基礎(chǔ)上，給出多維QoS加權(quán)的單一目標(biāo)函數(shù)。并且利用精英集群和變異算子來對標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法進行改進，提高算法的全局搜索能力和求解精度。結(jié)合兩者進而提出一種基于改進粒子群算法的多QoS約束任務(wù)調(diào)度策略。該算法在保證用戶體驗的前提下，能夠有效提高任務(wù)-資源映射的效率。
　　最后，利用CloudSim的仿真環(huán)境對上述的兩個算法進行性能仿真和分析。仿真結(jié)果表明，所