[發明專利]基于控制論的無線嵌入式系統能耗管理方法

在審

• 申請號: 201910963551.0
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110727513A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 袁朝暉;曹慶萍;邵冰潔
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F11/30
• 代理公司: 33312 寧波知坤專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 王月玲

本發明公開了一種基于控制論的無線嵌入式系統能耗管理方法，具體步驟如下：第一步，在當前的采樣周期，控制器根據任務監視器的信息估算任務的負載量；第二步，為滿足實時性的要求計算最優的工作頻率并選擇最合適的操作模式，以保證所有子任務都可以完成；第三步時，將得到的最合適的操作模式及相關信息記錄和報告給操作模式分配控制器，用于下一個采樣周期中CPU的任務調度和運行模式分配。CPU的操作模式是由上一輪迭代選擇產生，控制器根據負載量和利用率的要求獲得新的服務速率和新的操作模式，在每一個采樣周期結束后，CPU設定新的操作模式并調整工作負載服務速率，記錄當前利用率和服務速率傳送給操作模式控制分配器用于下一輪的運行模式選擇。

技術領域

本發明涉及無線嵌入式系統能耗管理，特別涉及一種基于控制論的無線嵌入式系統能耗管理方法。

背景技術

近幾年，得益于計算機技術和通信技術的迅猛發展，無線嵌入式系統在交通監控、環境監視、家庭安全等方面都得到了廣泛的應用。然而，這類系統通常對其服務質量有著相當嚴格的要求，例如，無線分布視頻監視系統要求在極短時間內通過分析連續的視頻圖像來識別目標，但是圖像的處理時間卻隨著所采集到的圖像內容、背景、大小等因素的改變而變化，成為一個不確定的值。此外，作為無線嵌入式系統，通常采用的無線連接特性要求使用電池供電，系統要求處理器必須減少能量消耗，延長系統的壽命。當系統的服務質量要求較高時，可能導致該系統的崩潰或者供電資源的過渡消耗。現有的實時調度方法是在靜態的假設條件下避免任務過載和延誤系統任務的完成截止時間，但系統處在動態變化的環境中時，靜態假設的調度算法就很滿足系統的實時性要求。

現有技術中，為了滿足實時性的要求，設計了一種控制機制，通過控制任務的載入速率來達到多處理器的利用率水平，從而保證系統的實時性能。然而，現存的工作僅僅保證了系統的實時性能，并沒有考慮系統的能量消耗。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠滿足系統實時性要求，又能夠保證系統能量消耗少的基于控制論的無線嵌入式系統能耗管理方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

基于控制論的無線嵌入式系統能耗管理方法，具體步驟如下：

步驟1：構建CPU利用率的數學模型用于表征CPU的工作負載情況：

其中n_k是第k個采樣周期CPU處理任務的數量，e_s是CPU處理任務的執行時間，d_s是任務的相對截止時間；

所述CPU利用率U(k)滿足約束條件：

所述CPU在第k個采樣周期的任務服務速率Rate(k)滿足以下約束條件：

(|Rate(k)-Rate_T|)*T≤γ，k＝1,…,n；

其中,δ為CPU的利用率可調度的上限；n_k為CPU在第k個采樣周期處理的任務量；Rate_T為CPU的固定速率，T為采樣周期，γ為數據緩沖區的大小；

步驟2：根據系統采樣得到的CPU在第(k-1)個采樣周期的任務服務速率Rate(k-1)和第(k-1)個采樣周期的CPU利用率U(k-1)，以及步驟1)中CPU利用率的約束條件，構建第k個周期CPU的任務服務速率Rate(k)基于速率偏差ΔR(k)和CPU在第k個采樣周期的工作頻率F(k)的動態模型函數：

其中，a、b、g、h、G均為已知常量；K為環境影響因素因子，表征環境的動態變化；ΔR(k)為CPU的固定速率Rate_T與第(k-1)個采樣周期的CPU的任務服務速率Rate(k-1)的差值；