基于多优先级实时重构和调度的控制系统及其工作方法

本公开涉及飞行器控制系统领域，尤其涉及控制系统的多优先级实时重构和调度。

背景技术：

1、飞行器控制系统是整个飞行器的控制中心，承担飞行器关键控制任务，故障后果严重，对于飞行器正常运行，充分发挥飞行器核心功能具有重要意义，要求飞行器控制系统在各种恶劣的环境中都具有极强的适应性和较高的可靠性。

2、随着硬件技术的不断提升，嵌入式设备的算力有很大提高，功耗、体积等也都在逐渐减小，基于高性能嵌入式设备构建的新一代控制系统在处理能力和性能表现上都有了很大的进步。

3、飞行器控制系统是一个具有高集成度、多数据交互和复杂控制流程的一体化机箱设备，承担关键控制任务，是飞行器的控制核心，控制系统安全稳定运行也是飞行器能够可靠稳健工作、充分发挥其功能性能的前提。

4、目前控制系统计算处理资源存在单节点失效的问题，即一旦某个专用处理资源出现硬件故障，无法恢复相关的计算处理任务，该任务的中断执行会严重危害飞行器的运行，甚至会导致飞行器任务失败，出现不可逆的严重损失。

5、目前资源的冗余复用技术以及服务重构技术在航空航天领域得到了广泛的应用，大大提高了航空航天综合电子系统的可靠性，云计算服务提供商也借鉴了冗余资源复用的思想，提升了系统资源利用率以及服务的稳定性、可靠性。

6、早期的控制系统为了提升可靠性，更多的是利用物理资源上的冗余设计，采用三模冗余机制来提高系统的容错能力。能够对任务模块进行多机热备，一旦发生故障能够快速检测并实现任务的实时切换，但是会造成较大的资源浪费，且灵活度较低，重构策略只能预先设定。

7、软件定义卫星采用统一标准化的硬件设计和轻量级的资源虚拟化技术，通过开放式的管理架构将虚拟资源进行统一的分配管理，解除了软硬件之间的耦合关系，能够实现任务按需加载和动态重构，大大的提升了卫星的开发成本和可靠性保证。软件定义的资源统一管理调度虽然具有灵活的重构策略且能够基于通用资源进行任务重构，但是整个流程需要经过资源调度、重构配置和状态恢复等复杂的流程，难以保证重构的实时性。

技术实现思路

1、本公开提供了一种基于多优先级实时重构和调度的控制系统、工作方法、电子设备以及存储介质。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种基于多优先级实时重构和调度的控制系统，包括：管理节点、一个或多个工作节点；其中，所述管理节点，用于收集控制系统各个分布式节点的心跳消息，对控制系统各个节点的健康状态进行实时监控；根据各节点所执行任务的状态进行调度管理；所述工作节点，用于完成本节点状态信息的收集与上报，还用于具体任务的部署和执行。

3、根据本公开的第二方面，提供了基于多优先级实时重构和调度的控制系统的工作方法，包括：管理节点的服务编排模块完成控制系统任务的初始化编排，根据管理员输入的系统初始化配置信息，完成各个任务及其备份进程的初始化部署；管理节点的健康状态监控模块实时收集各分布式节点的心跳消息并进行健康状态监控，将故障状态上报给管理节点的重构调度模块；管理节点的重构调度模块判断故障任务的失效时间约束：针对控制系统中对失效时间具有强约束的任务，进行服务进程唤醒重构；针对控制系统中对失效时间没有严格约束的任务，进行服务实时调度重构。

4、应当理解，
技术实现要素：
部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种基于多优先级实时重构和调度的控制系统，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管理节点包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述控制系统的多优先级任务实时重构和调度方法，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，针对控制系统中对失效时间具有强约束的任务，进行服务进程唤醒重构包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述进行切换包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，针对控制系统中对失效时间没有严格约束的任务，进行服务实时调度重构包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述调度策略包括：

9.根据权利要求7所述的方法，其中，对任务调度进行实时决策还包括：

技术总结
本公开的实施例提供了一种基于多优先级实时重构和调度的控制系统及其工作方法。所述方法包括管理节点的服务编排模块完成控制系统任务的初始化编排，根据管理员输入的系统初始化配置信息，完成各个任务及其备份进程的初始化部署；管理节点的健康状态监控模块实时收集各分布式节点的心跳消息并进行健康状态监控，将故障状态上报给管理节点的重构调度模块；管理节点的重构调度模块判断故障任务的失效时间约束：针对控制系统中对失效时间具有强约束的任务，进行服务进程唤醒重构；针对控制系统中对失效时间没有严格约束的任务，进行服务实时调度重构。以此方式，可以保证重构的实时性。

技术研发人员：曹素芝,王厚鹏,闫蕾
受保护的技术使用者：中国科学院空间应用工程与技术中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13