3、分布式控制与嵌入式系统资源管理与调度解析

分布式控制与嵌入式系统资源管理与调度解析

1. 分布式控制与嵌入式系统面临的资源限制

1.1 通信资源限制

通信资源限制主要体现在带宽方面，多种因素会导致带宽受限：
- 无线网络特性 ：部分无线网络存在带宽限制。例如蓝牙网络，每 1.25 毫秒仅允许一个节点访问网络。
- 节点供电限制 ：网络节点若为自主且由电池供电，通过网络接口传输控制信息会消耗大量能量，尤其是在无线网络中。为满足电池寿命要求，需限制传输的功耗，进而限制了数据速率。
- 确定性数据传输约束 ：为保证确定性数据传输，会引入技术约束来限制最大可能的数据速率。以 CAN 网络为例，其最大可用数据速率取决于网络电缆的长度。电缆长度小于 40 米时，数据速率为 1 Mbps；当电缆长度达到 130 米时，数据速率降至 125 kbps。这一限制一方面与网络上的比特长度和数据速率的关系有关，另一方面与使用的冲突解决机制有关（冲突解决机制要求所有节点在预定义的时间内观察相同的信息）。具体来说，冲突解决机制要求一个比特的长度必须大于两个最远网络站点之间距离的两倍。设数据速率为 R，两个最远站点之间的距离为 Dx，总线上一个比特的持续时间为 tbit，其传播速度为 cbit，长度为 lbit。已知 tbit = 1/R，lbit = cbittbit，则 lbit 必须满足 lbit > 2Dx，即 R < cbit / 2Dx。

带宽限制影响众多领域，如嵌入式系统、编队控制、水下机器人、触觉技术或大型微机电系统 (MEMS) 阵列等。

1.2 计算