コンピュータ ネットワークにおける情報転送のスケジューリングおよび制御テクノロジの 3 つのカテゴリは何ですか?

コンピュータネットワークにおける情報伝送のスケジューリング制御技術は、通信サブネットの特定部分における過剰なパケット数を制御する輻輳制御、デッドロック防止、フロー制御の3つに分類できます。およびネットワーク フロー制御 ソフトウェアまたはハードウェアを使用してネットワーク データ トラフィックを制御する手段です。

#このチュートリアルの動作環境: Windows 10 システム、DELL G3 コンピューター。

コンピュータ ネットワークにおける情報伝送のスケジューリング制御技術は、次の 3 つのカテゴリに分類できますか?

コンピュータ ネットワークにおける情報伝送のスケジューリング制御技術は、次の 3 つに分類できます。 輻輳制御、デッドロック防止、フロー制御

知識の拡大

ネットワーク制御システム (NCS) は、ネットワークを通過するセンサー、コントローラー、およびアクチュエーターを指します。ネットワーク 閉ループフィードバック制御システムが形成されます。現在、NCS に関する研究のほとんどは、システムが良好な安定性と高品質の制御性能を備えていることを保証するために、NCS の既存の問題と特性に基づいてシステム モデルを確立し、システムの安定性を分析し、制御方法と制御ルールを提供しています。ただし、NCS のパフォーマンスは、制御戦略と制御法則の設計に依存するだけでなく、ネットワーク通信とネットワーク リソースによっても制限されます。情報スケジューリングは、ネットワーク内の情報の競合や輻輳を回避しようとするため、ネットワーク制御システムのサービス パフォーマンスが大幅に向上します。

NCS における情報の特性と情報スケジューリングの概念

NCS では、ネットワークによって送信される情報は、主にリアルタイム情報と非リアルタイム情報の 2 つのカテゴリに分類されます [3] 。リアルタイム情報は時間要件が非常に厳しく、指定された時間の上限内に機能しない情報は破棄され、最新の情報が使用されます。 NCS 情報スケジューリング戦略では、主に周期情報と非周期情報の 2 種類のデータ情報がスケジューリングされます。周期情報はリアルタイム情報の一種で、一般に送信周期内に対象ノードに送信する必要があり、タイムトリガ情報、同期情報とも呼ばれます。非周期情報とは、ノード間のサービス要求などの発生タイミングがランダムな情報を指し、イベントトリガー情報、非同期情報、ランダム情報とも呼ばれます。

さらに、NCS 情報のスケジューリングではバースト情報を無視することはできません。バースト情報とは、事前に予測できない突然のイベントまたはランダムなイベント (アラーム信号、例外処理など) を指します。一定時間以内に処理しないと、システムに異常が発生したり、機能が麻痺したりする可能性があります。

ネットワーク制御システムでは、情報のスケジューリングはアプリケーション層、つまりセンサー、コントローラー、アクチュエーター間の情報転送のプロセスで行われます。システムネットワーク内のノードでデータ送信の衝突が発生した場合、情報スケジューリングにより、ネットワークの衝突を回避するために、ノードの優先送信順序、送信時間、時間間隔が規定されます。

NCS では、ネットワーク制御システムのすべてのデータ送信がタスク制限時間内に完了できれば、ネットワーク制御システムの送信はスケジュール可能であると言われます。

典型的な NCS 情報スケジューリング アルゴリズム

ネットワーク制御システムにおける情報スケジューリングに関する現在の研究は、主にスケジューリングと制御の個別の設計に分かれています。スケジューリングと制御の共同設計。

スケジューリングと制御の分離設計

NCS 研究では、通信ネットワークを対象とした研究とネットワーク サービスの品質向上に関する研究の 1 つが行われます。情報スケジューリング方法; 別のタイプの研究は、特定のネットワーク情報スケジューリング方法に基づいて NCS パフォーマンスを向上させる制御方法を研究することです。したがって、情報スケジューリング方法は、NCS パフォーマンスの向上に大きな役割を果たします。

情報のリアルタイム要件に応じて、情報スケジューリングは、静的スケジューリング (オフライン スケジューリングとも呼ばれる)、動的スケジューリング (オンライン スケジューリングとも呼ばれる)、およびハイブリッド スケジューリングに分類されます。

静的優先度スケジューリング

現在、静的スケジューリング アルゴリズムは多数ありますが、この記事では、次の代表的なアルゴリズムとアルゴリズムの改良点に焦点を当てます。

レート モノトニック静的優先スケジューリング (RateMonotonicSchedulingModel) アルゴリズムのスケジューリング優先度は、タスク サイクルによって決定されます。これは、タスク サイクルがタスク サイクルと等しい同期リアルタイム タスク システムで最適な静的スケジューリング アルゴリズムです。制限時間。ただし、このアルゴリズムには、スケジューリングの決定における時間が指数関数的に複雑になる、タスクの実行サイクルに対する制限が厳しすぎる、固定サイクルのタスクしか処理できないなどの欠点があります。上記の欠点を考慮して、Lehoczky et al. [23] は、スケジューリングの実現可能性条件を拡張する RM アルゴリズムを提案しました。 Sha ら [22] は、タスクのブロックを考慮し、非プリエンプティブ サービス モードでの RM アルゴリズムのスケジュール可能な条件を示しました。 Ye Ming et al. [5] は、RM アルゴリズムに基づいた新しいリアルタイム スケジューリング アルゴリズム (HardReal-timeCommunicationScheduler、HRTCS) を提案しました。 Wen Yuanbao ら [4] は、タスク サイクルとスケジューリング優先度の関係が固定されていないストリーミング メディア向けに改良された RM アルゴリズムを提案しました。

DeadlineMonotonicSchedulingModel ストラテジーのタスクの優先順位は、タスクの制限時間によって決まります。このスケジューリング アルゴリズムは、タスクが制限時間を超えてスケ​​ジュールされず、システムのリアルタイム パフォーマンスに影響を与えることを防ぐ必要があります。タスクのサイクルと制限時間が同じであるか、すべての定期タスクが同期されている場合、DM アルゴリズムが最適な静的スケジューリング アルゴリズムです。

Hong らが提案したタイム ウィンドウに基づく静的な帯域幅スケジューリング アルゴリズムは、ネットワーク上のデータ送信中の干渉とデータの競合を回避します。 Hon らは、このスケジューリング方法をサイクリック サービス NCS および CAN ネットワーク下の NCS にも適用しました。

このスケジューリング方法がスケジューリング ネットワーク内の周期的データに限定されることを考慮して、Liu Luyuan らは、非周期データも使用できるように、同期フェーズと非同期フェーズに基づく時間ウィンドウ スケジューリング アルゴリズムを提案しました。時間枠に基づく静的スケジューリング アルゴリズム。

動的優先度スケジューリング

動的優先度スケジューリング アルゴリズムでは、タスクの時間制約関係が完全には決定されておらず、新しいタスクの到着時刻は不明です。いくつかの古典的な動的優先度スケジューリング アルゴリズムを以下に紹介します。

Liu と Layland によって提案されたEarliestdeadlinefirstscheduling。タスクの優先順位は、タスクの期限とタスクの実行時間の差です。このアルゴリズムは、同期周期タスク グループに最適な動的スケジューリング アルゴリズムです。 EDF はプリエンプティブなスケジューリング アルゴリズムであるため、タスク間の切り替えには多くのオーバーヘッドが必要です。 Baker [12] は、非プリエンプティブ サービス モードでの EDF アルゴリズムのスケジューラビリティ条件を示しました。 Zhang Huijuan ら [11] は、マルチプロセッサ システムにおける EDF アルゴリズムのスケジューリングの欠点を大幅に克服する、EDF アルゴリズムに基づく優先順位主導のリアルタイム スケジューリング アルゴリズムを提案しました。 Liu Huai et al. [10] は、EDF アルゴリズムに基づいたフォールトトレラントなスケジューリング アルゴリズムを提案しました。 Zhang Qizhi ら [7] は、非中断 EDF スケジューリング方法を使用して、周期的なデータ フレームのエンドツーエンド遅延を改善しました。 Hon Yanwei ら [1] は、単純なモデルと複雑なモデルそれぞれでリアルタイム タスクの実現可能性を判断する方法を提案しました。

Leastlaxityfirst スケジューリング (Leastlaxityfirst) と EDF アルゴリズムは、同じ種類のスケジューリング アルゴリズムとみなすことができます。タスクの優先度は、完了期限とタスクの実行時間の差から周期タスクの実行時間を差し引いた値となります。 。 LLF アルゴリズムは、長いサイクルのタスクの頻繁な待機と実行を回避しようとするため、ジッターが少なくなります。

Mosterrorfirst-tryoncediscard は、Walsh らによって提案された、ネットワーク起因の送信エラーのオンライン取得とネットワーク帯域幅の動的割り当てに基づいたスケジューリング アルゴリズムです [8]。

Otanez ら [9] によって提案されたデッド ゾーンに基づく動的スケジューリングは、システム パフォーマンスを確保しながらネットワークの負荷を軽減するために、一定の割合のデータを動的に破棄します。ただし、ネットワークへのアクセスが許可されている複数のデータ パケットがネットワーク リソースを同時に競合する場合、このポリシーはデータ パケット送信の優先順位を決定できません。

ビジネス スムージングに基づく動的スケジューリングは、Kewon らの技術です。ビジネス スムージング テクノロジを使用して、固定レートのビジネス スムーザーと自動適応ビジネス スムーザーを挿入して、MAC 層の到着レートを制限することでイーサネット ネットワークのトラフィックを制御します。

Cena らによって提案された優先度の向上 - 分散優先キューイング スケジューリング (PP-DPQ) により、ネットワークに起因する遅延の境界性が確保され、ネットワークのサービス品質が向上します。リアルタイム データ送信の最大間隔には明確な上限があり、非リアルタイム データは送信中にネットワーク リソースをめぐって公平に競合します。

タイム ウィンドウ ベースの動的スケジューリング (DynamicTimeWindow) は、タイム ウィンドウ ベースの静的スケジューリング アルゴリズムを Raja が改良したもので、優先サイクル サービスと動的なタイム ウィンドウ帯域幅割り当て戦略を提案します。

ファジー動的スケジューリングは、Bai Tao [13] らによるもので、NCS 情報スケジューリングにファジー制御理論を導入し、IF2THEN ルールに基づくファジー ロジックを使用してデータ送信の優先順位を決定しました。

ハイブリッド スケジューリング

Zuberi らは、CAN 下のネットワーク制御システム用のハイブリッド通信スケジューリング (MTS) 戦略を提案しました。スケジューリング戦略を設計するときは、さまざまなリアルタイム データ要件を考慮して、ネットワーク リソースのスケジューラビリティを向上させるためにさまざまなスケジューリング戦略を採用できます。 Tabuada et al. [27] によって与えられたアニーリング制御タスクのイベント トリガーのリアルタイム スケジューリングは、フィードバックの例を備えたイベント トリガーのスケジューラーに基づいており、システム パフォーマンスを保証する方法の条件が与えられています。

スケジューリングと制御の共同設計

現在、制御とスケジューリングの共同設計は研究のホットスポットとなっており、ますます注目を集めています。リアルタイム スケジューリングの 2 つの側面は、開ループ スケジューリングとフィードバック制御に大別されます。

オープンループスケジューリング

NCSの各制御ループにおけるデータ送信ノードのサンプリング周期とサンプリング時間のスケジューリング

Hongに基づく" 「ウィンドウ」コンセプトに基づいて、サンプリング時間をスケジュールすることによって遅延の影響を軽減し、ネットワーク利用率を向上させるスケジューリング アルゴリズムが与えられ、NCS 制御システムのパフォーマンスとネットワーク パフォーマンスの間の制約関係が確立されます。しかし、このアルゴリズムは、トークンリングシステム（トークンパッシングシステム）やポーリングシステム（ポーリングシステム）における一次元オブジェクトのスケジューリングに基づいており、システム内の情報の種類は周期情報に限定されている。 Kim et al. [16] は、同じ考え方に基づいて、多次元オブジェクトに適したサンプリング時間スケジューリング アルゴリズムを提案しました。 Liu Luyuan ら [17] は、残りの時間枠を使用して非リアルタイム データをスケジュールし、ネットワーク リソースの使用率を向上させるスケジューリング アルゴリズムを提案しました。

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