컴퓨터 네트워크에서 정보 전송을 위한 스케줄링 및 제어 기술의 세 가지 범주는 무엇입니까?

컴퓨터 네트워크의 정보 전송을 위한 스케줄링 제어 기술은 혼잡 제어, 교착 상태 방지 및 흐름 제어의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 혼잡 제어는 통신 서브넷의 특정 부분에서 과도한 수의 패킷을 제어하는 ​​것이며 네트워크 흐름 제어입니다. 네트워크 데이터 트래픽을 제어하기 위해 소프트웨어 또는 하드웨어 방식을 사용하는 것입니다.

이 튜토리얼의 운영 환경: Windows 10 시스템, DELL G3 컴퓨터.

컴퓨터 네트워크의 정보 전송을 위한 스케줄링 제어 기술의 세 가지 범주는 무엇입니까?

컴퓨터 네트워크의 정보 전송을 위한 스케줄링 제어 기술은 혼잡 제어, 교착 상태 방지, 흐름 제어로 나눌 수 있습니다

지식 확장

NCS(네트워크 제어 시스템)는 네트워크를 통해 센서, 컨트롤러 및 액추에이터로 구성된 폐쇄 루프 피드백 제어 시스템을 의미합니다. 현재 NCS에 관한 대부분의 연구는 시스템의 안정성과 고품질의 제어 성능을 보장하기 위해 시스템 모델을 구축하고, 시스템 안정성을 분석하며, NCS의 기존 문제점과 특성을 기반으로 제어 방법 및 제어 규칙을 제공합니다. 그러나 NCS의 성능은 제어 전략 및 제어 법칙의 설계에 따라 달라질 뿐만 아니라 네트워크 통신 및 네트워크 리소스에 의해 제한됩니다. 정보 스케줄링은 네트워크의 정보 충돌과 혼잡을 방지하여 네트워크 제어 시스템의 서비스 성능을 크게 향상시킵니다.

NCS의 정보 특성 및 정보 스케줄링 개념

NCS에서 네트워크를 통해 전송되는 정보는 크게 실시간 정보와 비실시간 정보 두 가지로 구분됩니다[3]. 실시간 정보는 시간 요구 사항이 매우 엄격합니다. 특정 정보가 지정된 시간 내에 작동하지 않으면 해당 정보는 폐기되고 최신 정보가 사용됩니다. NCS 정보 스케줄링 전략에서는 주로 주기적 정보와 비주기적 정보라는 두 가지 유형의 데이터 정보가 스케줄링됩니다. 주기적 정보는 실시간 정보의 일종으로 일반적으로 전송 주기 내에서 대상 노드로 전송되어야 합니다. 주기적 정보는 시간 트리거 정보 또는 동기화 정보라고도 합니다. 비주기 정보는 노드 간 서비스 요청과 같은 정보가 발생하는 순간이 무작위적인 정보를 의미하며, 이벤트 트리거 정보, 비동기 정보라고도 합니다.

또한 NCS 정보 스케줄링에서 긴급 정보는 무시할 수 없습니다. 긴급 정보는 사전에 예측할 수 없는 갑작스럽거나 무작위적인 이벤트(예: 경보 신호, 예외 처리 등)를 의미합니다. 지정된 시간 내에 처리해 주십시오. 그렇지 않으면 시스템이 비정상적으로 작동하거나 마비될 수도 있습니다.

네트워크 제어 시스템에서 정보 스케줄링은 애플리케이션 계층, 즉 센서, 컨트롤러 및 액추에이터 간의 정보 전송 프로세스에서 발생합니다. 시스템 네트워크의 한 노드에서 데이터 전송 충돌이 발생하면 정보 스케줄링은 네트워크 충돌을 피하기 위해 노드의 우선 순위 전송 순서, 전송 시간 및 시간 간격을 규정합니다.

NCS에서는 네트워크 제어 시스템의 모든 데이터 전송이 작업 시간 제한 내에 완료될 수 있으면 네트워크 제어 시스템의 전송이 예약 가능하다고 합니다.

전형적인 NCS 정보 스케줄링 알고리즘

현재 네트워크 제어 시스템의 정보 스케줄링에 대한 연구는 크게 스케줄링 및 제어의 개별 설계와 스케줄링 및 제어의 공동 설계로 구분됩니다.

스케줄링과 제어의 별도 설계

NCS 연구에서 한 가지 연구는 통신 네트워크에 관한 것이며, 다른 유형의 연구는 네트워크 서비스 품질을 향상시키기 위한 정보 스케줄링 방법을 연구하는 것입니다. 이에 NCS 성능을 향상시키기 위한 제어 방법을 연구한다. 따라서 정보 스케줄링 방법은 NCS 성능 향상에 큰 역할을 합니다.

정보의 실시간 요구 사항에 따라 정보 스케줄링은 정적 스케줄링(오프라인 스케줄링이라고도 함), 동적 스케줄링(온라인 스케줄링이라고도 함) 및 하이브리드 스케줄링으로 구분됩니다.

정적 우선순위 스케줄링

현재 많은 정적 스케줄링 알고리즘이 있습니다. 이 문서에서는 다음과 같은 일반적인 알고리즘과 알고리즘 개선 사항에 중점을 둡니다.

RateMonotonicSchedulingModel 알고리즘의 스케줄링 우선순위는 작업 주기에 따라 결정됩니다. 이는 작업 주기가 시간 제한과 동일한 동기식 실시간 작업 시스템에서 가장 좋은 정적 스케줄링 알고리즘입니다. 그러나 이 알고리즘은 일정 결정에 있어 기하급수적인 시간 복잡성, 작업 실행 주기에 대한 너무 엄격한 제한, 고정된 주기의 작업만 처리할 수 있다는 단점이 있습니다. 위의 단점을 고려하여 Lehoczky et al.[23]은 스케줄링 타당성 조건을 확장하는 RM 알고리즘을 제안했습니다. Sha et al.[22]은 작업 차단을 고려하고 비선점형 서비스 모드에서 RM 알고리즘의 예약 가능한 조건을 제공했습니다. Ye Ming et al.[5]은 RM 알고리즘을 기반으로 하는 새로운 실시간 스케줄링 알고리즘(HardReal-timeCommunicationScheduler, HRTCS)을 제안했습니다. Wen Yuanbao 등[4]은 작업 주기와 스케줄링 우선순위 간의 관계가 고정되지 않은 스트리밍 미디어에 대한 개선된 RM 알고리즘을 제안했습니다.

DeadlineMonotonicSchedulingModel 전략의 작업 우선순위는 작업 시간 제한에 따라 결정됩니다. 이 예약 알고리즘은 작업이 시간 제한을 초과하여 예약되지 않아 시스템의 실시간 성능에 영향을 미치는 것을 방지해야 합니다. 작업 주기와 시간 제한이 동일하거나 모든 주기적인 작업이 동기화되는 경우 DM 알고리즘이 가장 좋은 정적 스케줄링 알고리즘입니다.

홍 등이 제안한 시간 창 기반 정적 대역폭 스케줄링 알고리즘은 네트워크에서 데이터 전송 중 간섭과 데이터 충돌을 방지합니다. Hong et al.은 이 스케줄링 방법을 CAN 네트워크의 순환 서비스 NCS 및 NCS에도 적용했습니다.

Liu Luyuan et al. 이 스케줄링 방법은 스케줄링 네트워크의 주기적 데이터로 제한되므로 동기 위상과 비동기 위상을 기반으로 하는 시간 창 스케줄링 알고리즘을 제안하여 비주기적 데이터도 정적 스케줄링 알고리즘 기반을 사용할 수 있습니다. 시간 창에.

동적 우선순위 스케줄링

동적 우선순위 스케줄링 알고리즘에서는 작업의 시간 제약 관계가 완전히 결정되지 않으며 새 작업의 도착 시간을 알 수 없습니다. 몇 가지 고전적인 동적 우선순위 스케줄링 알고리즘이 아래에 소개되어 있습니다.

Liu와 Layland가 제안한 가장 빠른 마감일 우선 스케줄링 작업 우선순위는 작업 마감일과 작업 실행 시간의 차이입니다. 이 알고리즘은 동기식 주기 작업 그룹에 가장 적합한 동적 스케줄링 알고리즘입니다. EDF는 선점형 스케줄링 알고리즘이므로 작업 간 전환에는 많은 오버헤드가 필요합니다. Baker [12]는 비선점형 서비스 모드에서 EDF 알고리즘의 일정 가능성 조건을 제공했습니다. Zhang Huijuan 등[11]은 다중 프로세서 시스템에서 EDF 알고리즘의 스케줄링 단점을 크게 극복한 EDF 알고리즘 기반의 우선순위 기반 실시간 스케줄링 알고리즘을 제안했습니다. Liu Huai 등[10]은 EDF 알고리즘을 기반으로 한 내결함성 스케줄링 알고리즘을 제안했습니다. Zhang Qizhi 등[7]은 주기적 데이터 프레임의 종단간 지연을 개선하기 위해 비중단 EDF 스케줄링 방법을 사용했습니다. Hong Yanwei et al.은 각각 단순 모델과 복잡한 모델에 대한 실시간 작업의 타당성을 결정하는 방법을 제안했습니다.

Leastlaxityfirst(Leastlaxityfirst) 스케줄링과 EDF 알고리즘은 동일한 유형의 스케줄링 알고리즘으로 간주할 수 있습니다. 작업 우선순위는 완료 시간 제한과 작업 실행 시간에서 주기적 작업의 실행 시간을 뺀 값입니다. LLF 알고리즘은 긴 주기 작업의 빈번한 대기와 실행을 피하려고 시도하며 지터가 적습니다.

최대 오류 최초 시도 폐기(mosterrorfirst-tryoncediscard)는 네트워크로 인한 전송 오류의 온라인 획득과 네트워크 대역폭의 동적 할당을 기반으로 Walsh et al.이 제안한 스케줄링 알고리즘입니다.

Otanez et al.이 제안한 데드존 기반의 동적 스케줄링은 시스템 성능을 보장하면서 네트워크 부하를 줄이기 위해 특정 비율의 데이터를 동적으로 폐기합니다. 그러나 네트워크 액세스가 허용된 여러 데이터 패킷이 동시에 네트워크 리소스를 놓고 경쟁하는 경우 이 정책은 데이터 패킷 전송 우선 순위를 결정할 수 없습니다.

비즈니스 스무딩을 기반으로 한 동적 스케줄링은 비즈니스 스무딩 기술을 사용하여 이더넷 네트워크의 UDP(TCP/IP) 계층과 MAC 계층에 고정 속도 비즈니스 스무더와 적응형 비즈니스 스무더를 삽입하여 이더넷 네트워크의 트래픽을 제어하는 ​​Kewon 외입니다. 이더넷 네트워크 MAC 계층 데이터 패킷의 도착 속도를 제한하고 네트워크로 인한 지연의 경계를 보장하여 네트워크의 서비스 품질을 향상합니다.

Cena 등이 제안한 우선순위 개선-PP-DPQ(Distributed Priority Queuing Scheduling). al. 실시간 데이터 전송의 최대 간격에는 명확한 상한이 보장되며, 비실시간 데이터는 전송 중에 네트워크 자원을 두고 공정하게 경쟁합니다.

시간 창 기반 동적 시간 창(Dynamic Time Window)은 Raja의 시간 창 기반 정적 스케줄링 알고리즘을 개선한 것으로, 동적 시간 창의 우선순위 주기 서비스 및 대역폭 할당 전략을 제안합니다.

퍼지 동적 스케줄링은 Bai Tao [13] 등이 NCS 정보 스케줄링에 퍼지 제어 이론을 도입하고 IF2THEN 규칙을 기반으로 퍼지 논리를 사용하여 데이터 전송 우선 순위를 결정한 곳입니다.

하이브리드 스케줄링

Zuberi 등은 CAN 하의 네트워크 제어 시스템을 위한 MTS(하이브리드 통신 스케줄링) 전략을 제안했습니다. 다양한 실시간 데이터 요구 사항을 고려하여 스케줄링 전략을 설계할 때 네트워크 리소스의 스케줄 가능성을 향상시키기 위해 다양한 스케줄링 전략을 채택할 수 있습니다. Tabuada 등이 제공한 어닐링 제어 작업의 이벤트 트리거 실시간 스케줄링은 피드백 예제가 있는 이벤트 트리거 스케줄러를 기반으로 하며 시스템 성능을 보장하는 방법에 대한 조건이 제공됩니다.

스케줄링과 제어의 공동 설계

현재 제어와 스케줄링의 공동 설계는 연구의 중심이 되었으며 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다. 크게 개방 루프 스케줄링과 두 가지 측면으로 나눌 수 있습니다. 피드백 제어 실시간 스케줄링.

Open-loop 스케줄링

NCS

Hong의 각 제어 루프에서 데이터 전송 노드의 샘플링 주기 및 샘플링 시간을 "윈도우" 개념을 기반으로 스케줄링하여 샘플링 시간을 스케줄링하여 지연을 줄이는 방법을 제공합니다. 네트워크 활용도에 영향을 미치고 향상시키는 스케줄링 알고리즘은 NCS 제어 시스템 성능과 네트워크 성능 간의 제약 관계를 설정합니다. 그러나 이 알고리즘은 토큰링 시스템(tokenpassing 시스템)과 폴링 시스템(polling system)에서 1차원 객체의 스케줄링을 기반으로 하며, 시스템 내 정보의 종류는 주기적인 정보로 제한된다. Kim 등[16]은 동일한 아이디어를 기반으로 다차원 객체에 적합한 샘플링 시간 스케줄링 알고리즘을 제안했습니다. Liu Luyuan 등[17]은 남은 시간 창을 사용하여 비실시간 데이터를 예약하고 네트워크 리소스 활용도를 향상시키는 예약 알고리즘을 제안했습니다.

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