Schedulability analysis and optimization of time-partitioned distributed real-time systems

RESUMEN: La creciente complejidad de los sistemas de control modernos lleva a muchas empresas a tener que re-dimensionar o re-diseñar sus soluciones para adecuarlas a nuevas funcionalidades y requisitos. Un caso paradigmático de esta situación se ha dado en el sector ferroviario, donde la implementación de las aplicaciones de señalización se ha llevado a cabo empleando técnicas tradicionales que, si bien ahora mismo cumplen con los requisitos básicos, su rendimiento temporal y escalabilidad funcional son sustancialmente mejorables. A partir de las soluciones propuestas en esta tesis, además de contribuir a la validación de sistemas que requieren certificación de seguridad funcional, también se creará la tecnología base de análisis de planificabilidad y optimización de sistemas de tiempo real distribuidos generales y también basados en particionado temporal, que podrá ser aplicada en distintos entornos en los que los sistemas ciberfísicos juegan un rol clave, por ejemplo en aplicaciones de Industria 4.0, en los que pueden presentarse problemas similares en el futuro.ABSTRACT:he increasing complexity of modern control systems leads many companies to have to resize or redesign their solutions to adapt them to new functionalities and requirements. A paradigmatic case of this situation has occurred in the railway sector, where the implementation of signaling applications has been carried out using traditional techniques that, although they currently meet the basic requirements, their time performance and functional scalability can be substantially improved. From the solutions proposed in this thesis, besides contributing to the assessment of systems that require functional safety certification, the base technology for schedulability analysis and optimization of general as well as time-partitioned distributed real-time systems will be derived, which can be applied in different environments where cyber-physical systems play a key role, for example in Industry 4.0 applications, where similar problems may arise in the future

How windows size and number can influence the schedulability of hierarchically-scheduled time-partitioned distributed real-time systems

Partitioning techniques are implemented in the development of safety-critical applications to ensure isolation among components. An adequate scheduling of the execution of such partitions is a key challenge so that applications meet the hard deadlines imposed. In this work, we study the effect of different partition window configuration parameters, with the aim of analyzing their impact in the worst-case response times of system tasks. This is the first step in the development of an algorithm for optimizing partition windows in hierarchically-scheduled time-partitioned distributed systems

Optimization in Heterogeneous Distributed Real-Time Systems based on Partitioning

In this work, a solution that can be applied to the RTSS 2022’s Industry Challenge is proposed. It relies on a real-time system model and a set of schedulability analysis and optimization tools, enabling the design of safety-critical applications compliant with timing requirements. The presented toolchain is enhanced with a novel task allocation technique, which leverages sensitivity analysis and that can be applied to heterogeneous systems, to provide promising solutions that improve state-of-the-art algorithms’ performance.This work was supported in part by MCIN/ AEI /10.13039/501100011033/ FEDER “Una manera de hacer Europa” under grant PID2021-124502OB-C42 (PRESECREL)

Response-Time Analysis of Multipath Flows in Hierarchically-Scheduled Time-Partitioned Distributed Real-Time Systems

Modern industrial cyberphisical systems exhibit increasingly complex execution patterns like multipath end-to-end flows, that force the real-time community to extend the schedulability analysis methods to include these patterns. Only then it is possible to ensure that applications meet their deadlines even in the worst-case scenario. As a driving motivation, we present a real industrial application with safety requirements, that needs to be re-factored in order to leverage the features of new execution paradigms such as time partitioning. In this context we develop a new response-time analysis technique that provides the capacity of obtaining the worst-case response time of multipath flows in time-partitioned hierarchical schedulers and also in general fixed-priority (FP) real-time systems. We show that the results obtained with the new analysis reduce the pessimism of the currently used holistic analysis approach.This work was supported in part by the Doctorados Industriales 2018 program from the University of Cantabria and the Spanish Government and FEDER funds (AEI/FEDER, UE) under Grant TIN2017-86520-C3-3-R (PRECON-I4)

A review on optimization techniques for the deployment and scheduling of distributed real-time systems

RESUMEN: En las ultimas tres décadas, se ha realizado un gran número de propuestas sobre la optimización del despliegue y planificación de sistemas de tiempo real distribuidos bajo diferentes enfoques algorítmicos que aportan soluciones aceptables a este problema catalogado como NP-difícil. En la actualidad, la mayor parte de los sistemas utilizados en el sector industrial son sistemas de criticidad mixta en los que se puede usar la planificación cíclica, las prioridades fijas y el particionado, que proporciona aislamiento temporal y espacial a las aplicaciones. Así, en este artículo se realiza una revisión de los trabajos publicados sobre este tema y se presenta un análisis de las diferentes soluciones aportadas para sistemas de tiempo real distribuidos basados en las políticas de planificación que se están usando en la práctica. Como resultado de la comparación, se presenta una tabla a modo de guía en la que se relacionan los trabajos revisados y se caracterizan sus soluciones.ABSTRACT: In the last three decades, a large number of proposals has been carried out for the optimization of the deployment and scheduling of distributed real-time systems under different algorithmic approaches that provide acceptable solutions for this NP-hard problem. Nowadays, most of the systems used in industry are mixed-criticallity systems which use cyclic scheduling, fixed-priority scheduling and partitioning, which provides both temporal and spatial isolation in the execution of applications. Thus, in this work a review of the works published on this topic is performed, as well as an analysis of the different proposed solutions for distributed real-time systems based on the scheduling policies that are used in practice. As a result of the comparison, a table intended as a guide is elaborated in which all the reviewed works are reported and their solutions are characterized.Este trabajo ha sido financiado en parte por el Gobierno de España y los fondos FEDER (AEI /FEDER, UE) en el proyecto TIN2017-86520-C3-3-R (PRECON-I4)

Antenna validation Laboratory Startup

La validació dels components de qualsevol projecte és fonamental per garantir el compliment dels requisits establerts. Actualment dins de SEAT SA és el proveïdor que realitza aquesta validació, sense que un cop adquirits els components es torni a comprovar que es compleixen les especificacions. L'objectiu d'aquest projecte és posar en marxa en el Centre Tècnic de SEAT un laboratori que realitzi la validació dels components dels sistemes d'antenes, realitzant una sèrie de muntatges i mesures gràcies a les quals es pot verificar el seu correcte funcionament. Per això s'haurà de fer un minuciós estudi tan dels procediments estandarditzats en el consorci de Volkswagen com de les diferents alternatives existents, pel que es refereix a instrumentació, desenvolupament de mesures,... Com a complement al projecte, es treballarà amb una font d'alimentació portàtil de l'estil Phantom per alimentar les antenes, de manera que es pugui portar la validació de components en un entorn real com són les proves de conducció. Començant d'un disseny electrònic bàsic, s'implementarà aquest generador que permetrà proveir a l'antena de senyal continua i analitzar la senyal de RF necessària segons l'aplicació.La validación de los componentes de cualquier proyecto es fundamental para garantizar el cumplimiento de los requerimientos establecidos. Actualmente detro de SEAT SA es el proveedor quien realiza esta validación, sin que una vez adquiridos los componentes se vuelva a comprobar que se cumplen con las especificaciones. El objetivo de este proyecto es poner en marcha en el Centro Técnico SEAT un laboratorio que realice la validación de los componentes de los sistemas de antenas, realizando una serie de montajes y medidas gracias a los cuales se pueda verificar el correcto funcionamiento de los mismos. Para ello deberá hacerse un minucioso estudio tanto de los procedimientos estandarizados en el consorcio Volkswagen como de las diferentes alternativas existentes, en lo que se refiere a instrumentación, desarrollo de medidas,... Como complemento al proyecto se va a trabajar en una fuente de alimentación portàtil tipo Phantom para la alimentación de las antenas, de forma que se pueda llevar la validación de los componentes a un entorno real como son las pruebas de conducción. Partiendo de un diseño electrónico básico se implementará este generador que permitirá proveer a la antena de señal continua y analizar la señal RF necesaria según la aplicación.In any project, component validation is essential in order to guarantee the fulfillment of the specified requirements. Nowadays in SEAT SA, it is the component provider who makes this validation, without checking they fulfill the requirements anymore once obtained. The objective of this project is to startup a laboratory that can perform component validation of antenna systems at Centro Técnico SEAT, performing some setups and measurements that will allow verifying the well-functioning of them. To do so, a very deep study about Volkswagen's internal regulations will have to be carried out, as well as about the different existing alternatives, regarding to instrumentation, measurement procedures,... As a complement for this project, works will be undertaken to develop a Phantom power supply for antenna feeding, so that validation can be taken to real environments like drive tests. It will be implemented from a simple electronic design, and it will allow feeding antennas both with DC and RF signals through a single coaxial, so that signals can be analyzed depending on the application

Antenna validation Laboratory Startup

La validació dels components de qualsevol projecte és fonamental per garantir el compliment dels requisits establerts. Actualment dins de SEAT SA és el proveïdor que realitza aquesta validació, sense que un cop adquirits els components es torni a comprovar que es compleixen les especificacions. L'objectiu d'aquest projecte és posar en marxa en el Centre Tècnic de SEAT un laboratori que realitzi la validació dels components dels sistemes d'antenes, realitzant una sèrie de muntatges i mesures gràcies a les quals es pot verificar el seu correcte funcionament. Per això s'haurà de fer un minuciós estudi tan dels procediments estandarditzats en el consorci de Volkswagen com de les diferents alternatives existents, pel que es refereix a instrumentació, desenvolupament de mesures,... Com a complement al projecte, es treballarà amb una font d'alimentació portàtil de l'estil Phantom per alimentar les antenes, de manera que es pugui portar la validació de components en un entorn real com són les proves de conducció. Començant d'un disseny electrònic bàsic, s'implementarà aquest generador que permetrà proveir a l'antena de senyal continua i analitzar la senyal de RF necessària segons l'aplicació.La validación de los componentes de cualquier proyecto es fundamental para garantizar el cumplimiento de los requerimientos establecidos. Actualmente detro de SEAT SA es el proveedor quien realiza esta validación, sin que una vez adquiridos los componentes se vuelva a comprobar que se cumplen con las especificaciones. El objetivo de este proyecto es poner en marcha en el Centro Técnico SEAT un laboratorio que realice la validación de los componentes de los sistemas de antenas, realizando una serie de montajes y medidas gracias a los cuales se pueda verificar el correcto funcionamiento de los mismos. Para ello deberá hacerse un minucioso estudio tanto de los procedimientos estandarizados en el consorcio Volkswagen como de las diferentes alternativas existentes, en lo que se refiere a instrumentación, desarrollo de medidas,... Como complemento al proyecto se va a trabajar en una fuente de alimentación portàtil tipo Phantom para la alimentación de las antenas, de forma que se pueda llevar la validación de los componentes a un entorno real como son las pruebas de conducción. Partiendo de un diseño electrónico básico se implementará este generador que permitirá proveer a la antena de señal continua y analizar la señal RF necesaria según la aplicación.In any project, component validation is essential in order to guarantee the fulfillment of the specified requirements. Nowadays in SEAT SA, it is the component provider who makes this validation, without checking they fulfill the requirements anymore once obtained. The objective of this project is to startup a laboratory that can perform component validation of antenna systems at Centro Técnico SEAT, performing some setups and measurements that will allow verifying the well-functioning of them. To do so, a very deep study about Volkswagen's internal regulations will have to be carried out, as well as about the different existing alternatives, regarding to instrumentation, measurement procedures,... As a complement for this project, works will be undertaken to develop a Phantom power supply for antenna feeding, so that validation can be taken to real environments like drive tests. It will be implemented from a simple electronic design, and it will allow feeding antennas both with DC and RF signals through a single coaxial, so that signals can be analyzed depending on the application