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实时发布/订阅中间件中的QoS管理机制和策略研究

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摘要

论文图表索引

第一章 引言

1.1 研究背景

1.1.1 分布式实时系统和网络中间件概念

1.1.2 发布订阅通信模型

1.1.3 基于发布订阅模型中间件的服务质量(QoS)

1.2 论文研究内容

1.3 论文组织

第二章 研究现状

2.1 发布订阅中间件系统的分类

2.2 发布订阅中间件在研究领域的原型系统

2.3 数据分发服务(OMG DDS)

2.3 实时调度的常用调度策略

2.3.1 实时任务调度

2.3.2 非实时任务调度

2.4 实时发布订阅中间件的相关研究

2.5 本章小结

第三章 实时发布订阅中间件中时效性QoS管理框架(TQMF)

3.1 问题描述

3.2 实时发布订阅中间件系统中的模型

3.2.1 发布订阅中间件系统中数据分发模型

3.2.2 发布订阅系统中的任务

3.3 中间件系统中QoS管理框架

3.3.1 框架结构描述

3.4 QoS的匹配和映射

3.4.1 QoS的匹配

3.4.2 时效性QoS的映射

3.5 TQMF中的调度策略

3.5.1 TQMF中的调度流程

3.5.2 端到端通信延时的检测

3.5.3 TQMF中的调度描述与分析

3.6 本章小结

第四章 实时发布订阅中间件系统QoS管理框架的实现

4.1 系统架构

4.2 TQMF框架中的各功能模块

4.2.1 时效性QoS描述(QoS API模块)

4.2.2 发布订阅管理模块

4.2.3 时效性QoS匹配(发布订阅发现模块的端点发现)

4.2.4 任务调度模块

4.3 主要线程

4.4 本章小结

第五章 发布订阅中间件系统QoS管理的测试与分析

5.1 测试环境和系统设置

5.2 功能测试

5.2.1 测试数据有效期QoS和网络延时检测

5.2.2 测试数据延迟QoS

5.3 性能测试

5.3.1 非实时队列的执行周期对实时数据传输率的影响

5.3.2 主题数量对实时数据传输率的影响

5.3.3 TQMF中调度策略和原有调度策略的比较

5.4 本章小结

第六章 总结及进一步工作

6.1 总结

6.2 进一步工作

参考文献

致谢

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摘要

以数据为中心的发布订阅通信模型可以很好的满足分布式实时系统各节点不同QoS的应用要求,并且能适应多对多传输的场景。发布订阅通信模型可以为应用简化分布式实时系统的复杂性,在发布订阅通信模型中,发布者和订阅者只需要匿名的发布或接收数据,不需要了解整个网络的复杂情况,也不需要获知对方地址,同时也可以实现时间和控制流的解耦合。但是,发布订阅通信模型在时间、空间和同步上的解耦合特性使得实现时效性相关QoS的变得更加困难。
   本文的目标是在基于发布订阅通信模型的实时中间件的基础上,研究分布式实时系统中时效性QoS的实现。论文提出中间件系统中的时效性QoS管理框架,满足应用对数据的时效性要求。
   本文主要工作如下:
   (1)提出了时效性QoS管理框架。应用在进行发布订阅数据时,设置时效性相关的QoS,然后由中间件满足应用需求。论文给出时效性QoS描述,提供时效性QoS接口,使得中间件可以接收应用提出的要求,设计发布方和订阅方QoS的匹配机制,并且设计算法将应用设置的参数综合转化为中间件内部任务调度的参数,完成QoS映射,最终通过调度策略的调度实现时效性QoS。
   (2)设计了基于发布订阅模型中间件中的实时任务调度策略。系统依据时效性QoS需求映射成的调度参数和检测到的端到端通信延时,采用EDF调度策略和“周期服务器”策略实现对实时和非实时任务的调度,保证应用对数据的实时性要求。
   (3)借鉴DDS规范,改进了已有的基于发布订阅通信模型的中间件系统,并对系统进行功能和性能测试,测试结果表明原型系统达到了设计的要求。

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