微机联锁站方向电路设计(8)

distribution with the same serving intensity, i. e. u=ui. Then, we can define parameters as below:

“Wi” -Mean waiting time for the ith queue of customs; “Li”-Mean length for the ith queue of customs.

From Little Wood equation, we can get the parameters above. First the waiting time Wi for the customer from ith grade queue is sum of times in which the other customers are served within the time of its arriving to the starting time of its being served. For example, a task of k grade (l

VI. Conclusion

Comparing Wq in (M/M/I)：(N/N/FCFS) model with Wq in (M/M/I):(N/N/NPPR) model, we can get the conclusion that the model (M/M/I): (N/N/NPPR) is prevail over model (M/M/I): (N/N/FCFS) in real-time performance and the priorities of the tasks should be given according to their time limit, so with the principle of (M/M/I): (N/N/NPPR), if the priority is given to the tasks properly, the satisfied real-time performance Will be gotten in the interlocking processor.

Reference:

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International Conference on

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[5IChang Carl K, Chang Yong Fu, Yang Lin. Modeling a Real-time Muti-tasking System in a Timed PQ Net.IEEE Software. 1989.47-51

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外文翻译

基于排队理论的铁路计算机联锁系统的性能评估

郭进 朱长乾 杨扬 计算机与通信技术学院

西南交通大学，成都市，四川省，中国，邮编610031

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摘要: 微型计算机系统是一种对于实时性能有很高要求的高级别

计算机控制系统。有大量的论文讨论了它的安全性和它的结构，但是对于它的实时性表现和它的分配方法的评估则讨论的很少。在这篇论文中，我们呈现了两种基于随机服务理论的模型去分析计算机联锁系统的实时性能。通过分析和比较这两种模型，我们设计了一种方法去评估计算机联锁系统的实时性能，和一种更好的设计软件的分配原则。这两种模型在表格软件中进行了测试并且在实践中得到了一个较满意的结果。

关键字：联锁，实时性，排队

1 说明

微机联锁系统是一种现代铁路信号计算机控制系统，与继电联锁系统相比，它具有更高的安全性，更好的可靠性，容易控制，容易与其他铁路运输系统的计算机相联系等等的优点。由于其较好的性能，微机联锁系统已经被认为是未来继电联锁系统的替代者。

它与另外一种大型计算机控制系统相类似，其对于实时性能有很高的要求，中心部分和最重要的部分—联锁处理器需要在非常有限的时间间隔内处理越来越多的任务。虽然现代微处理器的处理的强度和速度显著增加，但是为了得到一种可靠的，实时工作的，具有令人满意的性能的联锁系统，开发一种合理的实时分配原则和模型是必须的。

2 对联锁处理器的软件分析

联锁处理器是联锁系统的核心。 它必须处理复杂的任务例如联锁, 多余管理自我检查, 与上层的计算机沟通, 和另一个对应的处理器交换信息,控制进路设备,接受并处理输入等等。 处理器必须能够非常快速地处理同时发生的事件，否则车站的交通效率将会降低，甚至引发一些非常危险的后果, 因此联锁处理器的即时性能是非常重要的, 尤其是随着功能的增加和控制范围的扩充。 在第一个表格中, 我们列出了一些必须被处理的任务和在时间限制下哪些符合的任务应该被执行。 对于联锁处理器的CPU，所有的任务将会随机到达，而且将会产生排队行为, 因此我

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们提供了随机服务系统来表现这一排队行为。 处理器被一个中断和等待服务的任务所替换。 这样，我们能使用排队理论去分析即时的工作和时间限制列表。

3. 假设的情况

为了建立排队理论的数学模型, 设定下列假设的情况： 1.输入程序的任务与第三种到达情况一致而发生泊松进程。 2.服务单元是一个单独的处理器，中断的数量是1。

3.因为在服务进程方面没有序列效果，服务时间的分配依照指数的分配。

4 FCFS 模型

虽然有许多的任务, 但是他们是被限制的。 假设系统中任务的总量是 N, 自定义来源的数量e等于 N, 自定义系统的容量d等于N。如果服务进程遵守先到先服务原则，第一个到达的任务首先会被执行，第二个将会在下次执行，等等，系统的排队模型是 :( M/M/I )：(N/N/FCFS)。它具有任务到达间隔和服务间隔进行指数分配的特征。在这个系统的等待的数量是1，自定义来源的数量e等于N，自定义系统的容量d等于N，服务原则是先到达先服务。由于系统的状态N(t)描述了从状态i转化到状态j的可能性是独立于先前状态的，这个进程可以被Malcove随机进程所描述。状态的转化如图1： 其中：

S0: N(t)=O,意味着没有任务在等待被执行。 S1: N(t)=l, 意味着有1件任务任务在等待被执行。 Sn: N(t)=n，意味着有n件任务在等待被执行。

繁杂任务的到达强度是λi，繁杂任务的服务强度是μi。 如果所有任务的服务间隔遵守同样的指数分配，那么ui=u, 1

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到达强度。 讨论: 假设:

1.从任务服务结束到下一次的到来所需的平均间隔时间1/r = 8 小时。 任务的平均到达强度r=12.5/s。

2.平均服务时间1/u=5ms，其中 u=2 OO/s。在表格1的这个系统中被加亮的任务的数量N=40,我们能得到下列的结果: 3. 排队的长度

L=N-u(1-P0)/r= 40—700(1-0)/12 = 24 排队的平均长度 Lq =L—λ/μ=23。 等待的平均时间 Wq = = L q/λ=0.1198s

从上述结果可见，一个任务请求服务必须等待平均时间119.8ms，这对于一些任务是不够的，但是对于另外的任务则是不够的。因此FCFS模型在某些处理速度的处理器下并不能适应即时性能。

5 NPPR 模型

拿表格1中的数字和平均等待时间Wq=119.8ms相比较，我们得到结果：在这个系统中FCFS的服务规则并不能满足即时性能要求。因此设计了优先力量排队模型，并且其设计原则描述如下：

1.根据任务的紧急程度将任务定义为1,2,3...m个等级。1等级的任务具有最高的优先权被执行，m级是最低的。

2.队列中最高优先级的任务第一个被CPU所执行。 3.具有相同优先级的任务将按照FCFS规则所执行。 4.考虑到低优先级任务的服务，不允许任何离开。 数学模型符号 (M/M/I):(N/N/NPRR)。

对于m个级别的任务有 m 种不同的到达分布原则,这个系统中对每一级别的任务有m中队列。假设：

1. 对于不同的到达强度λi所有的到达分布遵守泊松分布。。 2. 对于同样的服务强度所有的服务分布遵守指数分布，u=ui。因此，

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