Loading...

Energy- and Reliability-Aware Active Strategies for Mixed-Criticality Cyber-Physical Systems

Toghani Roshan, Mohammad Mehrab | 2025

0 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 57993 (19)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Computer Engineering
  6. Advisor(s): Ansari, Mohsen; Hessabi, Shaahin
  7. Abstract:
  8. The expansion of Cyber-Physical Systems (CPSs) in diverse domains, including automotive, aerospace, and healthcare, has led to increased challenges for these systems in the last decade. With the increasing complexity of the functions performed by these systems, Mixed-Criticality Systems (MCSs) that integrate tasks with different criticality levels have attracted much attention. These systems often have a heterogeneous multiprocessor architecture and use Directed Acyclic Graphs (DAGs) to model task dependencies. This paper proposes a fault-tolerant scheduling algorithm that manages energy consumption and reliability while considering the Deadline Miss Ratio (DMR) in heterogeneous multiprocessor systems. Our proposed scheduler uses Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) and Dynamic Power Management (DPM) techniques to reduce energy consumption. It also enhances system reliability through joint N-Version Programming (NVP) and task replication fault-tolerant techniques. Our experimental results show that our approach achieves 24.5\% (on average) energy savings compared to the state-of-the-art methods and significantly improves system reliability while maintaining the DMR
  9. Keywords:
  10. Mixed-Criticality Emdedded Systems ; Cyber-Physical Systems ; Energy Consumption ; Reliability ; Reliability Aware Energy Management ; Energy Management ; Directed Acyclic Graph (DAG)

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
  • مفاهیم اولیه
    • سامانه‌های رایا-فیزیکی
    • سامانه‌های بی‌درنگ
    • سامانه‌های بحرانی-مختلط
    • وظایف بی‌درنگ
      • وظایف مستقل
      • وظایف وابسته (گراف وظیفه)
        • الگوریتم HEFT
        • کران پایین گراف وظیفه
        • مهلت زمانی مطلق گراف وظیفه
    • مدیریت انرژی مصرفی
    • قابلیت اطمینان
  • کارهای پیشین
    • بررسی پژوهش‌های انجام شده در حوزه زمان‌بندی گراف وظیفه
      • روش‌های مدیریت انرژی در زمان‌بندی گراف وظیفه
      • روش‌های مدیریت قابلیت اطمینان در زمان‌بندی گراف وظیفه
    • بررسی پژوهش‌های انجام شده در حوزه سامانه‌های بحرانی-مختلط
      • روش‌های مدیریت انرژی در سامانه‌های بحرانی-مختلط
      • روش‌های مدیریت قابلیت اطمینان در سامانه‌های بحرانی-مختلط
    • بررسی پژوهش‌های انجام شده در حوزه زمان‌بندی گراف وظیفه در سامانه‌های بحرانی-مختلط
      • روش‌هایی که گراف‌های وظیفه را به صورت ایستا در نظر می‌گیرند
      • روش‌هایی که چندین گراف وظیفه را به صورت پویا در نظر می‌گیرند
  • روش پیشنهادی
    • مثال انگیزشی
    • مدل‌ها و فرضیات
      • مدل سامانه و وظایف
      • مدل انرژی و توان مصرفی
      • تحمل‌پذیری اشکال
    • تعریف مسئله
      • محدودیت قابلیت اطمینان
      • محدودیت وابستگی میان وظایف
      • محدودیت نگاشت وظایف
    • چارچوب زمان‌بندی
      • فاصله بحرانی
      • استخر صف اولویت
      • صف آماده-اجرا
      • انتخابگر
      • آخرین زمان اتمام (LFT)
      • اصلاح گراف وظیفه بر اساس نسخه‌های متنوع (DAG-R)
    • مرحله برون‌خط SAFe-Mix
    • مرحله برخط SAFe-Mix
      • زمان‌بندی گراف‌های وظیفه
      • مدیریت انرژی مصرفی
      • مدیریت رویدادها
        • ورود گراف جدید
        • اجرای کامل و صحیح یک وظیفه
        • پیش‌بینی از دست رفتن مهلت زمانی یک گراف
    • تحلیل پیچیدگی زمانی
  • ارزیابی روش پیشنهادی
    • انواع گراف وظیفه
      • گراف وظیفه حذف گاوسی
      • گراف تبدیل فوریه سریع
      • گراف وظیفه تولید شده تصادفی
    • پیکربندی شبیه‌سازی
    • ارزیابی انرژی مصرفی
    • ارزیابی نرخ از دست رفتن مهلت زمانی
    • ارزیابی قابلیت اطمینان
    • ارزیابی مقیاس‌پذیری
  • نتیجه‌گیری و کارهای آتی
  • مقاله‌های نگارش شده
  • مراجع
  • واژه‌نامه
...see more