自主望远镜调度算法探索
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自主望远镜调度算法探索. 李建 [email protected] 2011-11-12 贵阳. Outline. 关于调度系统. 调度系统是自主望远镜的重要部分 决定“自主化的程度” 观测任务安排;资源分配均衡 观测任务调度过程中,最小调度单元称为作业( job ). 影响望远镜调度的因素. 外部因素 内部因素. 影响望远镜调度的因素. 外因:观测时影响观测质量的客观因素 天气:雨、雪、雾、风 角度:纬度越高,穿过大气层的路径越小,大气层产生的散射和变形越小,观测结果最佳 月相 ……. 影响望远镜调度的因素.

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自主望远镜调度算法探索

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Presentation Transcript


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自主望远镜调度算法探索

李建

[email protected]

2011-11-12 贵阳


Outline

Outline


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关于调度系统

  • 调度系统是自主望远镜的重要部分

  • 决定“自主化的程度”

  • 观测任务安排;资源分配均衡

  • 观测任务调度过程中,最小调度单元称为作业(job)


6409085

影响望远镜调度的因素

  • 外部因素

  • 内部因素


6409085

影响望远镜调度的因素

  • 外因:观测时影响观测质量的客观因素

    • 天气:雨、雪、雾、风

    • 角度:纬度越高,穿过大气层的路径越小,大气层产生的散射和变形越小,观测结果最佳

    • 月相

    • ……


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影响望远镜调度的因素

  • 内因:影响作业队列顺序的内部因素主要是“效率”和“政策”

    • “效率”因素:优先处理天体目标在相同天区的观测任务,合并相似的观测任务,只执行一次观测计划,以减少望远镜的回转时间

    • “政策”因素:包括允许管理员绕过作业队列,并优先得到望远镜的观测响应


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调度方法分类

  • 四个不同的调度类型( Thomas Granzer 2004):

  • 1)queue scheduling 队列调度

    • 每个观测阶段为一个jobs清单,由robot顺序执行。

    • 不可预知的延迟(如聚焦时间、快速定向时间、天气因素)就会使jobs丢失观测。

    • 不能实时插入jobs,不能改写剩余的调度队列。


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调度方法分类

  • 2)Critical Path Scheduling 关键路径调度

    • 这是一个尊重所有job依赖关系的调度方式,确保最少的依赖的job先调度,多依赖的job后调度。天文观测很少有这样的依赖关系,很少使用这种方法,这不是一个合适的调度方法。

  • 3)Optimal Scheduling 优化调度

    • 这种方法需要大量的计算,来建立一个合适的时间表,以创造一个最好的调度方式。但是,预先算好的调度表还是不能对不可预知的变化作出反应。


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调度方法分类

  • 4)Dispatch Scheduling 分配调度

    • 这种类型的调度器为每个作业(job)计算出一个分数(score),放在调度池(pool)中,每次选择分数最高的执行。

    • 这种方法解决了不可预知的因素所带来的影响,因为调度不是固定的。

    • 然而,由于调度的不固定,预知robot下一步要做什么是很困难的。而且需要一个能够改变优先级的评分算法(scoring algorithm)。


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调度方法分类

  • Liverpool Telescope、STELLA、BRT项目采取了“分配调度”的方法

  • Hubble telescope 由于有一个更好的可以预见的环境,使用了“优化调度”的方法

  • 改进的调度方式:

    • 环状队列,双队列,多种调度方式结合


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分配调度程序需求

  • 分配调度程序应满足以下要求:

    • 所有等待处理的job,必须进行每隔几分钟进行评估、定分

    • 每个job必须结合多种因素(factor)的评价、计算出唯一的一个分数

    • 因素有加权值,反应因素的重要程度。允许管理员控制每个因素的加权值

    • 软件以模块化的方式来编写,这样在新增因素、删除旧的因素时scheduler能及时响应


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分配调度程序需求

  • 当robot要求job时,scheduler不能有延迟-job必须立刻准备好

  • 在调度池内,设置为immediate标志的job,必须优先考虑分配望远镜时间,不论其分数有多少

  • scheduler应该准许手动模式加入特殊事件,系统管理员将分配job的观测时间。


Score factors

需要进行评分的因素(Score Factors)

  • Score Factors

    • 一些被确定为影响job的总体评分的因素:• job目标达到天空中最高点的时刻• job目标落入地平的时刻• job间的相对距离(是否可以和其它观测任务合并)• job预先设置的优先级值• job要求的观测时间• job一直在等待观测的时间量


Score factor

Score Factor的计算公式


Score factor1

Score Factor的计算公式


Window merit

Window merit(观测窗口因素值)


Score

一个计算score的示例


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布尔测试

  • 对一个job执行scheduling算法以前,可以执行一系列布尔测试,可以减少计算时间

    • 计算出目标的高度和方位角,是否满足?

    • Job是否过了观测时间?

    • 目标是否符合相机的操作范围?

    • 是否以正常(非特殊事件)的模式工作?


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分配调度流程示例

上一次观测任务完成

选取最高分的任务执行

Y

从request pool提取一条任务请求

完成所有请求?

N

N

Scheduler

通过bool测试?

分数加权求和

Y

第1个评分模块

第2个评分模块

第N个评分模块


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小结

  • 考虑到上述所有因素,调度过程是一项复杂的任务。完全考虑到所有的因素,和它们之间的冲突是不实际的;

  • Scheduler是保证资源公平的分配一个最优化的解决方案;

  • 是各方面因素的妥协的结果。

  • 普通望远镜,由人来决策

  • 自主望远镜,由计算机“决策”


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一个实际的实现的例子

  • BOOTES 4

  • RTS2 (Remote Telescope System, 2nd Version)

  • 采用遗传算法最优化选取

  • 分布式调度


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