Domain Knowledge in Real-Time Programming

Abstract

Bruk av domenekunnskap er generelt sett på som systemspesifikke løsninger som ikke kan tilby noe generalitet for strategier innen sanntidsprogrammering. Formålet med denne avhandlingen var å undersøke hva uttrykket "domenekunnskap" betyr, hvor det kan brukes og hva det har å tilby sanntidsprogrammering. Målet var å kunne bryte ned oppdelingen mellom applikasjon og programmering for å tilby nye måter å tenke på sanntid på.

Et bredt litteratursøk ble gjort for å dekke forskning gjort om hvordan sanntidsbegrepet har blitt brutt ned og implementering av domenekunnskap er en mulighet. Denne forskningen har blitt oppsummert og kategorisert i fore forskjellige klasser innenfor sanntidssystemer: reguleringssystemer, WCET analyse, fail-safe design og dynamiske distribusjonsstrategier. Forskjellige forslag ble gitt til hvordan man kan implementere domenekunnskap innenfor disse klassene. Et eksperiment ble utført hvor et autonomt styrt skip ble modellert ved bruk av lineær systemteori. Dette eksperimentet ble modellert og simulert med Matlab, og systemets respons analysert ved bruk av konsepter innen reguleringsteknikk. Responsen til systemet viste at det er rom for å eksperimentere med forskjellige tastefrekvenser og samtidig oppnå en akseptabel oppførsel. Dette forteller oss at domenekunnskap har muligheten til å redusere CPU-belastningen ved å redusere tastefrekvensen når domenet tillater det.

For å konkludere er det klart at det er mange egnede metoder for sanntidsprogrammering som benytter seg av domenekunnskap. Og selvom det finnes situasjoner hvor det er uklart hvordan man kan få tak i denne kunnskapen så finnes det mange systemer med godt definert domenekunnskap som kan brukes til mer effektiv sanntidsprogrammering.

The use of domain knowledge in real-time programming is generally viewed as systemspecific solutions that offers no generality for scheduling strategies. This thesis explored the term domain knowledge, what it is, where it can be used, and what it can offer toward real-time programming. The goal is to be able to break down the separation between application and real-time programming to offer alternatives ways of thinking of real-time.

A broad literature search was done covering cases of where and how the term real-time already has been broken down and implementation of domain knowledge is viable. This research has been summarized and categorized into four classes within real-time systems: control systems, WCET analysis, fail-safe systems, and dynamic deployment methods. Different suggestions on how to implement domain knowledge within these classes have been presented. A proof-of-concept example was carried out where an autonomous ship was modeled with the use of linear system theory. This example was modeled and simulated using Matlab, and its response analyzed using experience and concepts from control theory. Results from simulating this system showed that there is room for experimenting with different sampling frequencies while still experience acceptable behavior. This tells us that domain knowledge has the possibility to reduce the load on a CPU by reducing sampling frequency when the environment allows it.

In conclusion, there are a lot of viable methods for using domain knowledge in real-time programming. And although there are situations where how to obtain such information is unclear, many systems have well-defined domain knowledge available for more efficient real-time scheduling.