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自主望远镜调度算法探索

自主望远镜调度算法探索. 李建 lijian@lamost.org 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

  1. 自主望远镜调度算法探索 李建 lijian@lamost.org 2011-11-12 贵阳

  2. Outline

  3. 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）

  4. 影响望远镜调度的因素 • 外部因素 • 内部因素

  5. 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 • ……

  6. 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

  7. 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。

  8. 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。

  9. 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）。

  10. 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

  11. 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

  12. 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。

  13. 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

  14. Score Factor的计算公式

  15. Score Factor的计算公式

  16. Window merit(观测窗口因素值)

  17. 一个计算score的示例

  18. 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？

  19. 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

  20. 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”

  21. 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

  22. Thank You !

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