Quelles sont les trois catégories de technologies de planification et de contrôle pour le transfert d’informations dans les réseaux informatiques ?

La technologie de contrôle de planification pour la transmission d'informations dans les réseaux informatiques peut être divisée en trois catégories : le contrôle de la congestion, la prévention des interblocages et le contrôle du flux ; le contrôle de la congestion consiste à contrôler le nombre excessif de paquets dans une certaine partie du sous-réseau de communication et le contrôle du flux du réseau. consiste à utiliser un logiciel ou une méthode matérielle pour contrôler le trafic de données réseau.

L'environnement d'exploitation de ce tutoriel : système Windows 10, ordinateur DELL G3.

Quelles sont les trois catégories de technologies de contrôle de planification pour la transmission d'informations dans les réseaux informatiques ?

La technologie de contrôle de planification pour la transmission d'informations dans les réseaux informatiques peut être divisée en : contrôle de congestion, prévention des interblocages, contrôle de flux

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Le système de contrôle de réseau (NCS) fait référence à un système de contrôle par rétroaction en boucle fermée formé de capteurs, de contrôleurs et d'actionneurs via le réseau. À l'heure actuelle, la plupart des recherches sur les NCS établissent des modèles de système, analysent la stabilité du système et fournissent des méthodes de contrôle et des règles de contrôle basées sur les problèmes et les caractéristiques existants du NCS pour garantir que le système présente une bonne stabilité et des performances de contrôle de haute qualité. Cependant, les performances du NCS ne dépendent pas seulement de la conception des stratégies de contrôle et des lois de contrôle, mais sont également limitées par la communication et les ressources du réseau. La planification des informations tente d'éviter les conflits d'informations et la congestion dans le réseau, améliorant ainsi considérablement les performances de service du système de contrôle du réseau.

Caractéristiques de l'information et concepts de planification de l'information dans NCS

Dans NCS, les informations transmises par le réseau sont principalement divisées en deux catégories : les informations en temps réel et les informations en temps non réel [3]. Les informations en temps réel ont des exigences de temps très strictes. Si une information ne fonctionne pas dans la limite supérieure du temps spécifié, l'information sera supprimée et les informations les plus récentes seront utilisées. Dans la stratégie de planification des informations NCS, deux types d'informations de données sont principalement planifiées : les informations périodiques et les informations apériodiques. Les informations périodiques sont une sorte d'informations en temps réel, qui doivent généralement être transmises au nœud cible au cours du cycle de transmission. Les informations périodiques sont également appelées informations déclenchées par le temps ou informations de synchronisation. Les informations apériodiques font référence à des informations telles que les demandes de service entre nœuds. Leurs moments d'occurrence sont aléatoires. Les informations apériodiques sont également appelées informations déclenchées par un événement, informations asynchrones ou informations aléatoires.

De plus, les informations émergentes ne peuvent pas être ignorées dans la planification des informations NCS. Les informations émergentes font référence à des événements soudains ou aléatoires qui ne peuvent pas être prédits à l'avance (tels que les signaux d'alarme, la gestion des exceptions, etc.). dans un certain laps de temps. Veuillez le traiter dans le délai spécifié, sinon le système pourrait devenir anormal ou même paralysé.

Dans les systèmes de contrôle de réseau, la planification des informations se produit au niveau de la couche application, c'est-à-dire le processus de transfert d'informations entre les capteurs, les contrôleurs et les actionneurs. Lorsqu'une collision de transmission de données se produit au niveau d'un nœud du réseau système, la planification des informations stipule l'ordre d'envoi prioritaire du nœud, l'heure d'envoi et l'intervalle de temps pour éviter les conflits de réseau.

Dans NCS, si toutes les transmissions de données du système de contrôle de réseau peuvent être effectuées dans le délai imparti pour la tâche, la transmission du système de contrôle de réseau est dite planifiable.

Algorithme typique de planification des informations NCS

La recherche actuelle sur la planification des informations dans les systèmes de contrôle de réseau est principalement divisée en une conception distincte de la planification et du contrôle et une conception collaborative de la planification et du contrôle.

Conception séparée de la planification et du contrôle

Dans la recherche NCS, un type de recherche porte sur les réseaux de communication, étudiant les méthodes de planification des informations pour améliorer la qualité du service réseau ; sur ce point, nous étudions des méthodes de contrôle pour améliorer les performances du NCS. Par conséquent, les méthodes de planification des informations jouent un rôle important dans l’amélioration des performances du NCS.

Selon les exigences d'information en temps réel, la planification des informations est divisée en planification statique (également connue sous le nom de planification hors ligne), planification dynamique (également connue sous le nom de planification en ligne) et planification hybride.

Planification prioritaire statique

Il existe actuellement de nombreux algorithmes de planification statique Cet article se concentre sur les algorithmes typiques suivants et les améliorations des algorithmes.

La priorité de planification de l'algorithme Rate Monotonic Static Priority Scheduling (RateMonotonicSchedulingModel) est déterminée par le cycle de tâche. Il s'agit du meilleur algorithme de planification statique dans un système de tâches synchrone en temps réel où le cycle de tâche est égal à la limite de temps. Cependant, cet algorithme présente des inconvénients tels qu'une complexité temporelle exponentielle dans les décisions de planification, des restrictions trop strictes sur les cycles d'exécution des tâches et ne peut gérer que des tâches avec des cycles fixes. Compte tenu des lacunes ci-dessus, Lehoczky et al. [23] ont proposé un algorithme RM qui élargit les conditions de faisabilité de la planification. Sha et al. [22] ont considéré le blocage des tâches et ont donné les conditions planifiables de l'algorithme RM en mode de service non préemptif. Ye Ming et al. [5] ont proposé un nouvel algorithme de planification en temps réel (HardReal-timeCommunicationScheduler, HRTCS) basé sur l'algorithme RM. Wen Yuanbao et al. [4] ont proposé un algorithme RM amélioré pour le streaming multimédia dans lequel la relation entre le cycle des tâches et la priorité de planification n'est pas fixe.

La priorité des tâches de la stratégie DeadlineMonotonicSchedulingModel est déterminée par la limite de temps de la tâche. Cet algorithme de planification devrait empêcher les tâches de dépasser leur limite de temps et de ne pas être planifiées, affectant ainsi les performances en temps réel du système. Lorsque le cycle des tâches et la limite de temps sont identiques ou que toutes les tâches périodiques sont synchronisées, l'algorithme DM est le meilleur algorithme de planification statique.

L'algorithme de planification statique de la bande passante basé sur des fenêtres temporelles proposé par Hong et al. évite les interférences et les conflits de données lors de la transmission des données sur le réseau. Hong et al. ont également appliqué cette méthode de planification aux services cycliques NCS et NCS sous réseau CAN.

Liu Luyuan et al. Puisque cette méthode de planification est limitée aux données périodiques dans le réseau de planification, ils ont proposé un algorithme de planification de fenêtre temporelle basé sur des phases synchrones et des phases asynchrones, afin que les données non périodiques puissent également utiliser l'algorithme de planification statique basé sur sur les fenêtres horaires.

Planification dynamique des priorités

Dans l'algorithme de planification dynamique des priorités, la relation de contrainte de temps entre les tâches n'est pas complètement déterminée et l'heure d'arrivée des nouvelles tâches est inconnue. Plusieurs algorithmes classiques de planification de priorités dynamiques sont présentés ci-dessous.

Planification en premier lieu proposée par Liu et Layland. La priorité des tâches est la différence entre la date limite de la tâche et le temps d'exécution de la tâche. Cet algorithme est le meilleur algorithme de planification dynamique pour les groupes de tâches périodiques synchrones. Étant donné qu'EDF est un algorithme de planification préemptive, le basculement entre les tâches nécessite beaucoup de temps système. Baker [12] a donné les conditions d'ordonnancement de l'algorithme EDF en mode de service non préemptif. Zhang Huijuan et al. [11] ont proposé un algorithme de planification en temps réel basé sur l'algorithme EDF, qui surmonte largement les défauts de planification de l'algorithme EDF dans les systèmes multiprocesseurs. Liu Huai et al. [10] ont proposé un algorithme de planification tolérant aux pannes basé sur l'algorithme EDF. Zhang Qizhi et al. [7] ont utilisé la méthode de planification EDF sans interruption pour améliorer le délai de bout en bout des trames de données périodiques. Hong Yanwei et al. [1] ont proposé comment déterminer la faisabilité de tâches en temps réel sur des modèles simples et des modèles complexes respectivement.

La planification Leastlaxityfirst (Leastlaxityfirst) et l'algorithme EDF peuvent être considérés comme le même type d'algorithme de planification. La priorité de la tâche est la différence entre le délai d'exécution et le temps d'exécution de la tâche moins le temps d'exécution de la tâche périodique. L'algorithme LLF tente d'éviter les attentes et l'exécution fréquentes de tâches à cycle long et présente moins de gigue.

L'erreur maximale de rejet du premier essai (mosterrorfirst-tryoncediscard) est un algorithme de planification proposé par Walsh et al [8] basé sur l'acquisition en ligne des erreurs de transmission induites par le réseau et l'allocation dynamique de la bande passante du réseau.

La planification dynamique basée sur la zone morte proposée par Otanez et al. [9] supprime dynamiquement un certain ratio de données pour réduire la charge du réseau tout en garantissant les performances du système. Mais lorsque plusieurs paquets de données autorisés à accéder au réseau sont en concurrence pour les ressources du réseau en même temps, cette politique ne peut pas déterminer la priorité d'envoi des paquets de données.

La planification dynamique basée sur le lissage des affaires est Kewon et d'autres qui utilisent la technologie de lissage des affaires pour contrôler le trafic du réseau Ethernet en insérant des lisseurs d'affaires à taux fixe et des lisseurs d'affaires adaptatifs dans la couche UDP (TCP/IP) et la couche MAC du Réseau Ethernet Pour limiter le taux d'arrivée des paquets de données de la couche MAC et assurer la limite du retard induit par le réseau, améliorant ainsi la qualité de service du réseau

L'amélioration des priorités - Planification de file d'attente prioritaire distribuée (PP-DPQ) proposée par Cena et. al.can Il est garanti que l'intervalle maximum de transmission de données en temps réel a une limite supérieure définie et que les données non en temps réel sont en concurrence équitable pour les ressources du réseau pendant la transmission.

Fenêtre de temps dynamique basée sur la fenêtre de temps (Dynamic Time Window) est une amélioration de l'algorithme de planification statique basé sur la fenêtre de temps de Raja, et propose un service de cycle prioritaire et une stratégie d'allocation de bande passante de fenêtre de temps dynamique.

La planification dynamique floue est l'endroit où Bai Tao [13] et d'autres ont introduit la théorie du contrôle flou dans la planification des informations NCS et ont utilisé une logique floue basée sur les règles IF2THEN pour déterminer la priorité de la transmission des données.

Hybrid Scheduling

Zuberi et al. ont proposé une stratégie de planification de communication hybride (MTS) pour les systèmes de contrôle de réseau sous CAN. Lors de la conception de la stratégie de planification, compte tenu des différentes exigences en matière de données en temps réel, différentes stratégies de planification peuvent être adoptées pour améliorer la planification des ressources réseau. La planification en temps réel déclenchée par un événement des tâches de contrôle de recuit donnée par Tabuada et al. [27] est basée sur un planificateur déclenché par un événement avec des exemples de retour d'information, et les conditions dans lesquelles il garantit les performances du système sont données.

Co-conception de la planification et du contrôle

Actuellement, la co-conception du contrôle et de la planification est devenue un point chaud de la recherche et a reçu de plus en plus d'attention. Elle peut être grossièrement divisée en deux aspects : la planification en boucle ouverte et la planification. planification en temps réel du contrôle de rétroaction.

Planification en boucle ouverte

Planification de la période d'échantillonnage et du temps d'échantillonnage des nœuds de transmission de données dans chaque boucle de contrôle dans NCS

Hong basée sur le concept de « fenêtre », fournit une méthode pour réduire le retard en planifiant le temps d'échantillonnage L'algorithme de planification qui affecte et améliore l'utilisation du réseau établit la relation de contrainte entre les performances du système de contrôle NCS et les performances du réseau. Cependant, cet algorithme est basé sur la planification d'objets unidimensionnels dans le système Token Ring (système de passage de jetons) et le système d'interrogation (système d'interrogation), et le type d'informations dans le système est limité aux informations périodiques. Kim et al. [16] ont proposé un algorithme de planification du temps d'échantillonnage adapté aux objets multidimensionnels basé sur la même idée. Liu Luyuan et al. [17] ont proposé un algorithme de planification qui utilise la fenêtre de temps restante pour planifier les données en temps différé et améliorer l'utilisation des ressources du réseau.

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