Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.45
no.6
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pp.18-26
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2008
In this paper, dynamic GTS scheduling method based on IEEE 802.15.4 is proposed for wireless control system considering reliability and real-time property. The proposed methods can guarantee a transmission of real-time periodic and sporadic data within the limited time frame in factory environment. The superframe of IEEE 802.15.4 is used for the dynamic transmission method of real-time mixed traffic (periodic data, sporadic data, and non real-time message). By separating CFP and CAP properly, the periodic, sporadic, and non real-time messages are transmitted effectively and guarantee real-time transmission within a deadline. The simulation results show the improvement of real-time performance of periodic and sporadic data at the same time.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.32
no.8B
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pp.509-520
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2007
In this paper, we propose a real-time sensor node platform that guarantees the real-time scheduling of periodic and aperiodic tasks through a multitask-based software decomposition technique. Since existing sensor networking operation systems available in literature are not capable of supporting the real-time scheduling of periodic and aperiodic tasks, the preemption of aperiodic task with high priority can block periodic tasks, and so periodic tasks are likely to miss their deadlines. This paper presents a comprehensive evaluation of how to structure periodic or aperiodic task decomposition in real-time sensor-networking platforms as regard to guaranteeing the deadlines of all the periodic tasks and aiming to providing aperiodic tasks with average good response time. A case study based on real system experiments is conducted to illustrate the application and efficiency of the multitask-based dynamic component execution environment in the sensor node equipped with a low-power 8-bit microcontroller, an IEEE802.15.4 compliant 2.4GHz RF transceiver, and several sensors. It shows that our periodic and aperiodic task decomposition technique yields efficient performance in terms of three significant, objective goals: deadline miss ratio of periodic tasks, average response time of aperiodic tasks, and processor utilization of periodic and aperiodic tasks.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.2
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pp.175-185
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2005
The scheduling methods of the distributed real-time systems have been proposed. However, they have some weak points. They did not schedule both sporadic and periodic tasks and messages at the same time or did not consider the end-to-end constraints such as precedence relations between sporadic tasks. This means that system scheduling must guarantee the constraints of practical systems and be applicable to them. This paper proposes a new scheduling method that can be applied to more practical model of distributed real-time systems. System model consists of sporadic and periodic tasks with precedence relations and sporadic and periodic messages and has end-to-end constraints. The proposed method is based on a binary search-based period assignment algorithm, an end-to-end laxity-based priority assignment algorithm, and three kinds of schedulability analysis, node, network, and end-to-end schedulability analysis. In addition, this paper describes the application model of sporadic tasks with precedence constraints in a distributed real-time system, shows that existing scheduling methods such as Rate Monotonic scheduling are not proper to be applied to the system having sporadic tasks with precedence constraints, and proposes an end-to-end laxity-based priority assignment algorithm.
In industrial applications, sensor networks have to satisfy specified time requirements of exchanged messages. IEEE 802.15.4 defines the communication protocol of the physical and medium access control layers for wireless sensor networks, which support real-time transmission through guaranteed time slots (GTSs). In order to improve the performance of IEEE 802.15.4 in industrial applications, this paper proposes a new traffic scheduling algorithm for GTS. This algorithm concentrates on time-critical industrial periodic messages and determines the values of network and node parameters for GTS. It guarantees real-time requirements of periodic messages for industrial automation systems up to the order of tens to hundreds of milliseconds depending on the traffic condition of the network system. A series of simulation results are obtained to examine the validity of the scheduling algorithm proposed in this study. The simulation results show that this scheduling algorithm not only guarantees real-time requirements for periodic message but also improves the scalability, bandwidth utilization, and energy efficiency of the network with a slight modification of the existing IEEE 802.15.4 protocol.
Timed token protocols inadequately provide periodic communication service, although this is crucial for hard real time systems. We propose an approach to guaranteeing periodic communication service on a timed token protocol network. In this approach, we allocate bandwidth to each node so that the summation of bandwidth allocations is Target Token Rotation Time (TTRT). If a node cannot consume the allocated time, the residual time can be used by other nodes for non-periodic service using a timer which contains the unused time value and is appended to the token. This approach can always guarantee transmission of real-time messages before their deadlines when the network utilization is less than 50%.
The increasing use of Ethernet-TCP/IP network in industry has led to the growing interest in its reliability in real-time applications such as automated manufacturing systems and process control systems. However, stochastic behavior of its medium access scheme makes it inadequate for time-critical applications. In order to guarantee hard real-time communication service in Ethernet-TCP/IP network, we proposed an algorithm running over TCP/IP protocol stack without modification of protocols. In this paper, we consider communication services guaranteeing deadlines of periodic real-time messages over MAC protocols that have unbounded medium access time. We propose a centralized token scheduling scheme for multiple access networks. The token is used to allow a station to transmit its message during the time amount that is appended to the token. The real-time performance of the proposed algorithm has been described.
This paper proposes a message transmission model for hard real-time communications of periodic messages on a switched Ethernet and also proposes an algorithm to schedule the messages to be transmitted within their deadlines. The proposed scheduling algorithm is a distributed one and is peformed by the source and the destination nodes without the modification of the operational features of the standard Ethernet switch. When a new periodic message needs to be transmitted, it is first checked whether it can be scheduled on both the transmission and the reception links without affecting the already-scheduled messages, and a feasible schedule is made for the new message if it is schedulable. The proposed scheduling algorithm guarantees the transmission of periodic messages within their deadline and allows flexible message transmission on a hard real-time switched Ethernet through the dynamic addition of new periodic messages during run-time.
For real-time applications, the underlying operating system (0S) should support timeliness guarantees of real-time tasks. However, most of current operating systems do not provide timely management facilities in an efficient way. There could be two approaches to support timely management facilities for real-time applications: (1) by modifying 0S kernel and (2) by Providing a middleware without modifying 0S. In our approach, we adopted the middleware approach based on the TMO (Time-triggerred Message-triggered Object) model which is a well-known real-tine object model. The middleware, named TMSOM (TMO Support Middleware) has been implemented on various OSes such as Linux and Windows XP/NT/98. In this paper, we mainly consider TMOSM implemented on Linux(TMOS/Linux). Although the real-time schedul-ing aIgorithm used in current TMOSM/Linux can produce an efficient real-time schedule, it can be improved for periodic real-time tasks by considering several factors. In this paper, we discuss those factors and propose an improved real-time scheduling algorithm for periodic real-time tasks, In order to simulate the performance of our algorithm, we measure timeliness guarantee rate for periodic real-time tasks. The result shows that the performance of our algorithm is superior to that of existing algorithm. Additionally, the proposed algorithm can improve system performance by making the structure of real-time middleware simpler.
Kim, Hyoung-Yuk;Kim, Sang-Yong;Oh, Hoon;Park, Hong-Seong
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2004.08a
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pp.747-752
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2004
Researches about scheduling of the distributed real-time systems have been proposed. However, they have some weak points, not scheduling both sporadic and periodic tasks and messages or being unable to guaranteeing the end-to-end constraints due to omitting precedence relations between sporadic tasks. So this paper proposes a new scheduling method for distributed real-time systems consisting of sporadic and periodic tasks with precedence relations and sporadic and periodic messages, guaranteeing end-to-end constraints. The proposed method is based on a binary search-based period assignment algorithm, an end-to-end laxity-based priority assignment algorithm, and three kinds of schedulability analysis, node, network, and end-to-end schedulability analysis. In addition, this paper describes the application model of sporadic tasks with precedence constraints in a distributed real-time system, shows that existing scheduling methods such as Rate Monotonic (RM) scheduling are not proper to be applied to the system having sporadic tasks with precedence constraints, and proposes an end-to-end laxity-based priority assignment algorithm.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.51
no.7
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pp.294-301
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2002
A new dynamic scheduling algorithm is proposed for CAN-based real-time system in this paper. The proposed algorithm is extended from an existing EDS(Earliest Deadline Scheduling) approach having a solution to the priority inversion. Using the proposed algorithm, the available bandwidth of network media can be checked dynamically, and consequently arbitration delay causing the miss of deadline can be avoided. Also, non-real time messages can be processed with their bandwidth allocation. Full network utilization and real-time transmission feasibility can be achieved through the algorithm. To evaluate the performance of algorithm, two simulation tests are performed. The first one is transmission data measurement per minute for periodic messages and the second one is feasibility in the system with both periodic messages and non-real time message.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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