CPS網路化實時通信系統中可組合性與模式切換問題研究

《CPS網路化實時通信系統中可組合性與模式切換問題研究》是依託上海交通大學，由李健擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：CPS網路化實時通信系統中可組合性與模式切換問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李健
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

信息物理融合系統(CPS)需要可靠、高效的網路化實時通信系統連線大量物理信息組件。本課題針對高動態、大規模、分散式CPS系統的要求，研究CPS網路化實時通信系統的可組合性，使大量CPS子系統可以無縫的連結，即插即用形成大規模複雜CPS系統；同時,研究動態模式切換問題，滿足實際物理系統隨時間和環境的變化所產生的動態實時信息傳輸需求。.主要研究內容包括1）根據物理系統特性建模、驗證並最佳化網路化通信系統的實時性能，根據物理系統事件發生的規律最佳化網路性能分析方法並提高網路資源利用率。2）研究網路化實時通信的可組合性，利用層次化調度方法實現數據流間的時間空間分離性，能夠將獨立開發的物理系統組件進行整合進而實現大規模CPS系統。3）利用模式切換方法實現動態CPS系統從一個運行模式轉換到另一個模式的可預測行為問題。研究方法將通過基於乙太網技術的航空數據匯流排進行分析和驗證，成果具有很高的擴展性。

結題摘要

本項目從信息物理融合系統需要將計算、通信與物理系統一體化設計的需求出發，從複雜分散式系統的數據傳輸與處理的入手，研究網路化信息系統中的關鍵科學問題。提出了針對高性能乙太網技術、深度融合計算與通信的動態網中斷驅動模式和管理方法，實現了具有時間-空間隔離性的可組合性運行時支撐環境；設計了適應不同套用需求和動態模式切換的資源分配方法和任務調度策略。項目成果包括舟糊己一系列系統性能和效率的最佳化方法和技術，並構建了多種協同自治、安全共享的套用驗證實例。具體的研究成果包括： 1. 建立了網路中斷處應辯道理開銷與套用計算開銷間的最佳計算資源配比算法模型，提出了動態中斷聚集機制和中斷事件替換策略，將外部環境變化抽象為網路通信的中斷事件特徵，解決了高性能網路通信中的中斷高恥汗嘗開銷問題，實現了在提高網路資源利用率的同習承協疊時降低系統計算資源開銷的效率最佳化方法。 2. 提出了具有時間、空間、性能隔離特棕腳舉埋性的高效運行時支撐技術與方法，結合虛擬化技術，提出了基於增量時間片的資源分配策略，實現了可組合性系統構建方法與支撐技術，可以將獨立開發的套用系統組件靈活、高效的構建成綜合、複雜的信息物理融合系統。 3. 提出了一套實現精確資源分配方法、高效上下文切換機制和具有負載均衡的動態中斷重映射的方法，為複雜系統中多樣化組件提供的安全互動、高效協作的共生環境，能夠動態感知物理環境變化和上層套用行為變化，滿足複雜信息物理融合系統多樣化運行模式的需求。 4. 基於航空數據匯流排網路、高性能網路虛擬化與雲計算平台建立了多個信息物理融合系統的擴展性套用和成果驗證系拜少統，在套用平台上驗證了本項目提出的滿足信息物理融合系統中動態模式切換與可組合性研究成果，並且有效驗證了分散式系統間的安全信息共享、自治協調的各種技術成果。 項目組成果中包括：發表高質量論文13篇，培養碩士研究生9名，申請專利7項，其中4項國內專利已經授權，授權國內專利中2項申請了PCT國際專利並有1項已經授權；項目執行期間，與美國、加拿大、香港等多個著名大學的多位教授進行了多次學術交流，多次參加國內外學術會議；積極旋背局與國內的航空領域的研究所與著名企業建立技術交流機制，實現了以實際套用為導向的研究過程，促進了研究成果的套用轉化。