一种广播环境下支持周期连续实时查询的广播调度算法
【专利摘要】本发明公开了一种广播环境下，针对周期、连续性实时任务查询的数据调度算法，结合带宽有效使用的基本要求，对原有的调度算法进行改进和扩展，在一定程度上遏制了带宽的浪费，并保证了任务的实时性要求。其主要步骤包括：初步处理、可合并查询合并(Mergable Queries Merging，MQM)和可合并查询合并后的独占型数据(Mergable Queries Merging-Unique Data Only，MQM-UO)调度算法。通过这些算法，服务器可以更有效的利用广播带宽，更及时、有效地为查询任务提供服务。本发明中所提出的调度算法与其他的广播调度算法相比，同时考虑了广播数据的共享性，任务的实时性，服务的持续性以及带宽利用的高效性。
【专利说明】一种广播环境下支持周期连续实时查询的广播调度算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于实时数据广播调度【技术领域】，更具体地，涉及一种广播环境下支持周 期连续实时查询的广播调度算法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的发展和便携式通信设备的广泛使用，数据广播已经成为一种 流行的数据通讯方式，人们可以随时随地的应用无线网络和便携式通信设备查询其所需要 的各种数据信息。然而，在现实环境中，数据可能经常的发生改变（如股票的价格，移动中 汽车的位置），查询任务也可能具有不同的急迫性，从而导致了查询任务往往具有各自不同 的任务周期。为了保证查询任务的顺利完成，服务器需要在任务的每个周期内至少广播一 次其所查询的所有数据。也就是说，在实际的应用环境中，查询任务往往同时具有周期性， 连续性和实时性。可以预见，针对于此环境下的数据广播调度技术必将是通信技术的发展 趋势，并将广泛的应用于金融、军事、汽车等诸多领域。
[0003] 现阶段，虽然国内外已经对实时数据广播技术进行了较为广泛的研究，但大多数 的研究不够深入，仅仅是将实时系统调度技术直接移植到实时数据广播环境中。显而易见， 这种做法虽然保证了数据的实时性，却忽视了在广播环境下的数据的共享性，从而导致了 调度结果往往差强人意。如何兼容数据的实时性与广播数据的共享性，这成为了研究的重 要课题。
[0004] 此外，在国内外，实时数据广播调度的研究都只是将截止期错失率作为衡量算法 好坏的唯一标准。对于在同样任务集合下执行的不同算法，现有的研究普遍认为截止期错 失率低的算法具有更好的表现。然而，这种衡量标准忽视了服务的稳定性。对于一次性查 询，截止期错失率可以作为算法好坏的衡量标准；但对于连续性查询，查询客户端希望获得 的是持续的服务，时有时无的查询反馈不会被认为是一个高质量的服务。所以，对于实时数 据广播调度算法而言，能否在保证查询任务实时性的前提下保证服务的持续性，也是衡量 其好坏的重要标准之一。只有服务的持续性得到保证，服务的质量才会得到提高。目前，在 国内外，对于广播环境下，周期、连续性实时任务查询的数据广播调度研究比较少，而能够 同时考虑到广播数据的共享性、任务的实时性，并能够保证服务的持续性的算法只有RM-U0 算法，其应用环境和算法特点归纳如下：
[0005]RM-U0 :有一个服务器和若干个通信设备，服务器与通信设备通过上传信道和唯一 的一条下载信道相互通信。通过上传信道，通信设备可随时向服务器发出数据查询请求，然 后监听下载信道，等待服务器的回应。作为服务器，其本身存储着供通信设备查询的数据信 息。在接收到来自通信设备的查询时，服务器组织、调度数据，在任务截止期前（周期结束 前）对查询做出答复（拒绝服务或广播其所需的全部数据）。RM-U0算法的主要优点在于 其兼容了广播数据的共享性和查询的实时性，并能够保证服务的持续性。但是，RM-U0算法 在数据调度方面仅仅是将Sr算法引入到了数据广播调度环境中，这致使任务的周期往往 被不必要的缩短，造成了数据广播的冗余，浪费了有限的广播带宽。进而。导致了服务率的 损失。在看到RM-UO算法缺陷的同时，我们可以预见，此研究领域仍然存在着很大的研究空 间。
[0006]目前，移动通信设备的广泛使用已成必然之势，今后必将有越来越多的人选择以 广播方式进行数据通信和数据查询。数据广播系统能否对广播带宽利用进行有效的利用， 直接影响了服务的质量和服务的规模。在相同环境下，为更多的查询提供更及时有效的服 务是现实应用的客观需要。因此，研究兼容任务实时性、广播数据共享性、服务持续性和带 宽利用高效性的数据广播调度算法，具有相当主要的实际意义。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种广播环境下支持周期连 续实时查询的广播调度算法，能够保证数据广播调度的任务实时性、广播数据共享性、服务 持续性和带宽利用高效性。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供了一种广播环境下支持周期连续实时查询的广播 调度算法，所述方法包括如下步骤：
[0009] (1)初步处理：将数据进行分类，从而获得原始任务集合，并将原始任务集合转化 为2谐波任务集合；
[0010] (2)MQM合并：对2谐波任务集合中相邻的任务进行合并，从而减小被合并任务对 广播带宽的总体消耗；
[0011] (3)MQM-U0调度：对执行MQM合并后所产生的所有2谐波任务进行调度，在每个单 位时间内选出此单位时间需要广播的数据，并进行广播。
[0012] 本发明的一个实施例中，所述步骤（2)具体包括：
[0013] (2. 1)同步遍历原始任务集合和2谐波任务集合，计算原始任务的Ni值，并计算出 任务的a值和0值；
[0014] (2. 2)根据任务a值和@值的关系，确定任务是否可以进行MQM合并；对于符合 MQM合并规则的任务，计算任务的y值和z值；
[0015] (2. 3)将可以进行MQM合并的连续任务集进行合并，合并后产生一个新的任务。
[0016] 本发明的一个实施例中，所述步骤（2. 1)具体包括：
[0017] (2. 1. 1)同步访问原始任务集合和2谐波任务集合的首个任务对；
【权利要求】
1. 一种广播环境下支持周期连续实时查询的广播调度算法，其特征在于，所述方法包 括如下步骤： (1) 初步处理：将数据进行分类，从而获得原始任务集合，并将原始任务集合转化为2 谐波任务集合； (2)MQM合并：对2谐波任务集合中相邻的任务进行合并，从而减小被合并任务对广播 带宽的总体消耗； (3)MQM-UO调度：对执行MQM合并后所产生的所有2谐波任务进行调度，在每个单位时 间内选出此单位时间需要广播的数据，并进行广播。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2)具体包括： (2. 1)同步遍历原始任务集合和2谐波任务集合，计算原始任务的Ni值，并计算出任务 的α值和β值； (2.2)根据任务α值和β值的关系，确定任务是否可以进行MQM合并；对于符合MQM合并规则的任务，计算任务的y值和ζ值； (2. 3)将可以进行MQM合并的连续任务集进行合并，合并后产生一个新的任务。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（2. 1)具体包括： (2.I. 1)同步访问原始任务集合和2谐波任务集合的首个任务对； (2. 1. 2)记录此时所访问的任务对中原始任务的Ni值，所述Ni值为对应的2谐波任务 与此原始任务对应的2谐波任务周期相同，且在原始任务集合中不排在此任务前的原始任 务的数量； (2.L3)计算此原始任务的α值和β值，β= 2η，α=[^J，々=l_l〇g2 _!，其 中OT为原始任务的周期，HT为转化后的2谐波任务周期。
4. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤（2. 2)具体包括： (2.2. 1)如果此原始任务的α值大于β值，则计算此任务的y值和ζ值，其中 y=bgf，z=f，X为α与β的最大公约数，并记录此原始任务的y值和ζ值，进入 (2. 3);否则，直接进入（2.2. 2); (2. 2. 2)如果当前任务对为最后一对任务，MQM合并结束；否则，访问下一个任务对，返 回（2. 1. 2)。
5. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤（2. 2)具体包括： (2. 3. 1)假定在此时所访问任务对之后，还存在i个任务对；如果i〈z，令z=i;否则，ζ保持不变； IIT (2. 3. 2)合并此原始任务为首任务的ζ个连续任务，生成一个周期为jT的虚拟任务， 将此虚拟任务同时插入到原始任务集合和2谐波任务集合的前端，其中HT为此原始任务对 应的2谐波任务的周期；标记虚拟任务为MQM型任务，并记录生成此任务的所有任务所查询 的数据； (2. 3. 3)在原始任务集合和2谐波任务集合上同时删除以此时所访问任务对为首的ζ 个任务对； (2. 3. 4)如果新生成的虚拟任务对为最后一对任务，以周期由小到大的顺序排序原 始任务集合和2谐波任务集合中的任务，MQM合并结束；否则，访问下一个任务对，返回 (2. 1. 2)。
6. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（3)具体包括： (3. 1)调用EDF算法调度2谐波任务集合，得到初步的调度表； (3. 2)在每个单位时间，根据调度表，选择此时刻应该执行的2谐波任务； (3. 3)判断任务的类型，所述任务类型为普通任务类型或MQM任务类型，针对不同类型 的任务，选择所需要的处理方式选择此时应该广播的数据并进行广播；广播后等待下一个 单位时间的到来；具体包括如下子步骤： (3. 3. 1)如果此任务为普通任务，直接广播任务所需数据； (3.3.2)如果此任务为MQM类型任务，以（2.3. 1)中记录的数据表为根据，轮流选择数 据表中的数据进行广播；广播后等待下一个单位时间，重复（3. 2)操作。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1)具体包括如下子步骤： (1. 1)数据的分类：对于每个查询任务，将其所查询的所有数据在本任务中进行分类； 在此阶段，对于每个查询任务，其所查询的数据将被分为两类：共享型数据和独占型数据； (1. 2)生成原始任务集合：根据每个查询任务所查询的数据在任务中的分类，生成原 始任务集合； (1. 3)将原始任务集合转化为2谐波任务集合。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（1.1)具体包括如下子步骤： (1. 1. 1)按照周期由小到大的顺序将所有查询任务进行排序； (I. 1. 2)访问首个查询任务； (I. 1. 3)针对此时被访问的任务，访问其所查询的首个数据； (1. 1.4)如果此数据已被之前的某个任务所查询，则此数据在此时所访问的任务中为 共享型数据；否则，此数据在此时所访问的任务中为独占型数据； (1. 1.5)如果此时所访问的数据为此时所访问任务所查询的最后一个数据，进入 (1.1.6);否则，访问此时所访问任务所查询的下一个数据，返回（1.1.4); (1.1.6)如果此时所访问的任务为最后一个任务，进入（1.2);否则，访问集合中的下 一个任务，返回（I. 1. 3)。
9. 如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤（1. 2)具体包括如下子步骤： (1. 2. 1)访问首个查询任务； (1. 2. 2)针对被访问的任务，访问其所查询的首个数据； (1. 2. 3)如果此时所访问数据在此时所访问任务中为独占型任务，则生成一个新的原 始任务并将此原始任务加入原始任务集合，此任务的周期等于此时所访问的任务的周期， 任务所查询的数据为此时所访问数据； (1.2.4) 如果此时所访问数据为此时所访问任务所查询的最后一个数据，进入 (1.2.5);否则，访问此时所访问任务所查询的下一个数据，返回（1.2.3); (1.2.5) 如果此时所访问的任务为最后一个查询任务，进入（1.3);否则，访问下一个 查询任务，返回（1.2. 3)。
10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤（I. 3)具体包括如下子步骤： (1. 3. 1)假定第一个原始任务周期为Tl;如果存在其他的原始任务，将Tl记录到候选 数据集合中，访问原始任务集合中的第二个原始任务，进入（1.3.2);否则，令μ=T1，进入 (1. 3. 9)； (1. 3. 2)假定此时所访问任务的周期为OT;将OT不断的除以2,直到所得到的商值映 射在数值范围（Tl/2,Tl]中，将此时的商值记录到候选数据集合中； (1.3.3) 如果此时所访问的原始任务为最后一个任务，进入（1.3.4);否则，访问下一 个原始任务，返回（1. 3. 2); (1.3.4) 获得候选数据集合中的第一个数据值，ζ; (1.3.5) 针对原始任务集合中的每一个原始任务，记其周期为0Τ，计算其在ζ为特殊 值时所对应的的2谐波任务的周期HT;其中，HT必为ζ乘以2的整数次方且HT必须满足 条件 0T/2〈HT<OT; (1.3.6) 如果λ尚未赋值，计算在当前ζ下广播带宽开销，A= 令γ=λ， III μ=ζ，进入（I. 3. 8);否则，Y设定为无穷大，进入（I. 3. 7); (1.3.7) 计算在当前ζ下的广播带宽开销，1 = 如果λ〈γ，令γ=λ，μ= ζ;否则，保持λ和μ的值不变； (1.3.8) 如果候选数据集合中存在下一候选值，令ζ等于下一个候选值，返回 (1.3. 5);否则，进入（1.3. 9); (1.3.9) 根据当前的μ值，针对每一个原始任务，计算出其在ζ=μ下所对应的2谐 波任务周期HT并生成一个2谐波任务，加入2谐波任务集合。
【文档编号】H04L12/18GK104468143SQ201410603413
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】李贽, 周全, 李剑军 申请人:武汉市武钢三中, 华中科技大学