Real Time Systems and Anytime Algorithms

1. Valósidejű rendszerek és programozási környezetek

Az utóbbi években főleg a beágyazott és az ún. "mission critical" alkalmazásokban egyre inkább előtérbe kerülnek a valósidejű rendszerek és az őket beágyazó alkalmazások. Ezek megvalósításához elengedhetetlen megfelelő időmodellek kiválasztása és alkalmazása.

Másrészt a valósidejű rendszereket megvalósító szoftver architektúra kialakításával szemben is éles követelmények merülnek fel mind operációs rendszer, mind pedig programozási nyelv szinten. Az operációs rendszernek támogatnia kell valósidejű szolgáltatásokat, mint például ütemezhetőség vizsgálat, kontrollált erőforrás allokáció. Ezeket tipikusan az ún. valósidejű operációs rendszerek biztosítják.

A hatékony rendszerfejlesztés érdekében a megtervezett rendszereket magasszintű programozási nyelveken kell megvalósítani, amelyeknek integránsan magukban kell foglalni a valósidejű követelményeknek megfelelő nyelvi konstrukciókat. Ezen programok verifikációja és validációja is többlet terhet jelent, hiszen nem csak funkcionális, de valamilyen módszerrel a temporális helyességet is bizonyítani kell.

A tárgy egyik célkitűzése, hogy bevezesse a hallgatókat a valósidejű rendszerek alapfogalmaiba, áttekintést adjon a fent megfogalmazott problémákról és lehetséges megoldásairól, illetve a valósidejű alkalmazások fejlesztési módszereiről.

2. Valós idejű rendszerek követelmény analízise, modellezési technikák

Jellegzetes példaként említhetők a számítógépes diagnosztikai rendszerek, amelyek - rendeltetésüknek megfelelően - az adott technológia működésében fellépő hibák gyors azonosítására, ill. adott határok között hatásaik közömbösítésére/áthidalására képesek. Ennek hátterében nagyon sokféle információ feldolgozási feladat valós idejű, ill. előírt válaszidő mellett történő számítógépes megoldása áll. Nyilvánvalóan kulcskérdés ilyenkor a rendelkezésre álló számítási kapacitás, de a rendszer tényleges működését nagyban befolyásolja az is, hogy az információ feldolgozás precedencia viszonyai - beleértve az időzítési és adatelérési viszonyokat is - milyen feldolgozási sebességet tesznek lehetővé. Bármilyen előrelátó módon is tervezzük az ilyen alkalmazói rendszereket, szinte elkerülhetetlen, hogy éppen kritikus működési fázisokban fel ne lépjen súlyos adat- és/vagy időhiány, ami a diagnosztikai rendszer működési zavarát eredményezheti.

A fejezet a vázolt problémakör leírását lehetővé tevő módszereket mutatja be.

3. Előírt válaszidejű információfeldolgozás

Komplexitási kérdések, párhuzamos kiértékelhetőség. Kedvező tulajdonságú információfeldolgozó struktúrák. Erőforrás gazdálkodás időkritikus esetekben.

A valós idejű rendszerekkel, ill. a párhuzamos adat-, ill. információfeldolgozással kapcsolatos alapfogalmak áttekintése után ebben a fejezetben olyan információfeldolgozó eljárások bemutatására kerül sor, amelyek egyrészt adatvesztés, ill. kritikussá váló időzítési körülmények esetén is valamilyen szinten elfogadható minőségű választ adnak, és ezáltal lehetővé teszik, hogy az információ feldolgozási folyamat folytatható/továbbvihető legyen. Ezek az eljárások tehát leginkább azzal jellemezhetők, hogy gyakorlatilag tetszőleges időpontban (any time) képesek - az addig rendelkezésre álló ismeretek és adatok birtokában - eredményt szolgáltatni. Egyidejűleg olyan építőelemek bemutatására is sor kerül, amelyek sokféle információfeldolgozási feladat - a fentiekben vázolt tulajdonságokkal rendelkező - megoldásánál használhatók, de ugyanakkor a számítási komplexitásuk kedvező. Ezek között szerepelnek klasszikusnak tekintehető eljárások hatékony implementációs módszerei, de érezhetően egyre nagyobb teret kapnak az olyan nemkonvencionális technikák is, amelyeket összefoglaló néven szoft, vagy intelligens számítási eljárásoknak nevezünk.

4. Tranziens jelenségek valós idejű információ-feldolgozó rendszerekben

A rendelkezésre álló adatok, ill. a kiértékeléshez felhasználható idő és számítási kapacitás függvényében arra is fel kell készülni, hogy a problémák kezeléséhez egyszerre több modellt is használunk az aktuálisan érvényes viszonyok jellemésére, majd az aktuálisan érvényes körülmények függvényében ezek között váltunk/kapcsolgatunk. Dinamikus rendszer modellek esetén az új modellre történő áttérés elkerülhetetlen kisérő jelensége az átkapcsolási tranziens. Ennek kézbentartása a vezérlő program feladata. A fejezet első része az átkapcsolások vezérlésére vonatkozó módszereket mutatja be. A tématerület egy másik vonatkozása az iteratív eljárások "tranziens" viselkedése. Az iteratív eljárások ugyanis a predikció-korrekció ismert mechanizmusán keresztül gyakorlatilag folyamatos rendelkezésre állást biztosítanak, de beállási tulajdonságaik jelentős mértékben befolyásolják az eredmények minőségi jellemzőit. Ez fokozottan igaz olyan esetekben, amikor adatkiesés lép fel. A fejezet második része ennek a problémának a kezelésére szolgáló módszereket mutatja be.

5. Bizonytalan információ kezelése valós idejű rendszerekben

A fejezet célja annak bemutatása, hogy az adatvesztés, vagy a kritikussá vált időzítés következtében minőségében romló információfeldolgozási eredmény továbbvitelét az információ feldolgozó láncban hogyan célszerű tervezni, azaz a bizonytalanság növekedése milyen kihatással van a további feldolgozó elem konkrét működésére, ill. az általa számított eredményre.

6. Mintapéldák, esettanulmányok

A bemutatott módszerek alkalmazását információfeldolgozási feladatokhoz kapcsolódó illusztratív mintapéldákon, ill. esettanulmányokon keresztül mutatjuk be.