برای دانلود متن کامل این فایل به سایت torsa.ir مراجعه نمایید. |
ه ]24[ بحث زمانبندی برای سیستمهای تعبیهشده مبتنی بر فریم را بیان کرده است که قادر به اجرای وظایف بیدرنگ سخت در سررسید متناظرشان میباشد. در این روش، زمانی پردازنده عملیاتش را شروع میکند که واحد ذخیرهساز انرژی کاملا شارژ شده باشد. دراین مورد دوره تناوب تمامی وظایف، یکسان و سررسید هریک از آنها نیز برابر با مقدار دوره تناوب در نظر گرفته شده است. درنتیجه بیان میشود که ترتیب اجرای وظایف درون یک فریم، چه در حالتیکه وظایف قابل زمانبندی باشند و یا قابل زمانبندی نباشند، بسیار بحرانی و حائز اهمیت نیست. بعلاوه فرض میشود توان برداشت انرژی، ثابت بوده و وظایف در یک نرخ ثابتی از انرژی و توان اجرا میشوند. ایده اصلی این روش اضافه کردن یک زمان بیکاری کوچک به سیستم برای برداشت انرژی و شارژ باطری و در مقابل داشتن حداقل زمان زمانبندی است یعنی وظایفی که همگی دارای مشخصههای انرژی و سررسید یکسانی هستند با وجود انرژی کافی در ذخیرهساز انرژی قادر خواهند بود در کمترین زمان قبل از سررسیدشان اجرا شوند. واضح است که یکسان درنظر گرفتن مشخصههای وظایف و همینطور نرخ ثابت انرژی و توان در دنیای واقعی فرض مناسبی نیست.
زمانبندی وظایف تناوبی میتواند براساس اولویت ثابت[84] و ایستا و یا همانند روش EDF، بصورت پویا، انجام پذیرد. در ]25[ روشی برای زمانبندی وظایف انحصاری با اولویت ثابت که این اولویت در زمان اجرا به هر وظیفه اختصاص داده میشود ارائه شده است (EHFP4[85]) . این روش، الگوریتمی برخط است که تصمیمات زمانبندی، بدون هیچگونه پیشبینی از موجودیت انرژی در زمانهای آتی و در زمان اجرا ، گرفته میشود. براساس چهار حالت الگوریتم ابتکاری بیان شده است :
هر زمان که باطری خالی میباشد بعبارتی E(t)=Emin، پردازنده برای یک مدت زمان دلخواهی به حالت بیکار میرود.
بصورت پویا سطح انرژی ذخیره شده در باطری دائما بررسی میشود. هدف از این قسمت کاهش احتمال جایگزینی باطری میباشد.
در این قسمت بیان میشود هرچه ظرفیت باطری بیشتر باشد برای سیستم مناسبتر میباشد در اینحالت بحث محاسبه بیشترین زمانیکه سیستم در صورت عدم انرژی کافی باید متوقف شود در حالتیکه خطای سررسید رخ ندهد بسیار حائز اهمیت است که این زمان آرامش بصورت برخط توسط زمانبند در زمان اجرا تعیین میشود.
در این قسمت الگوریتم به بررسی سرریز در زمان بیکار بودن سیستم میپردازد بنابراین پردازنده، تنها زمانی به حالت بیکار میرود که زمان آرامش و سطح انرژی باطری، بیشینه نباشد. بر این اساس برای موجودیت انرژی باطری یک حد آستانهای درنظر گرفته میشود و زمانیکه سطح انرژی باطری به این مقدار آستانه رسید، پردازنده به حالت بیکار خود میرود.
در آخر بیان میشود که توسط زمانبندی تنها بصورت برخط و با تصمیمات در زمان اجرا و بدون داشتن هیچگونه پیشبینی از برداشت انرژی در آینده، نمیتوان به الگوریتم زمانبندی بهینهای رسید.
الگوریتم زمانبندی که در ]26[ معرفی شده است، برروی یک پردازنده با یک سطح ولتاژ و فرکانس و یک سیستم برداشتگر انرژی و همینطور باطری ایدهآل با قابلیت شارژ مجدد، وظایفی را که مشخصاتی همچون زمان ورود، سررسید متناظر، بدترین حالت زمان اجرا و بدترین حالت انرژی مصرفی را دارند را زمانبندی میکند. در این مقاله بیان میشود که لزوما مشخصههای زمان اجرا و انرژی مصرفی وظایف با یکدیگر متناسب نیستند. همچنین فرض شده است که توان مصرفی آنی یک وظیفه از توان ورودی واحد برداشتگر انرژی، کمتر نیست بعبارتی وظایف میتوانند سبب تهی شدن کامل باطری شوند. در این روش، تضمین اینکه تمامی سررسیدها در یک سیستم برداشتگر انرژی، برآورده شوند، یکی از مهمترین مسائل پیش رو است. الگوریتم ED-H، قبل از اجرای وظیفه جاری، به بررسی موجودیت انرژی برای وظایفی که در آینده وارد سیستم میشوند، میپردازد و درصورت کافی بودن این انرژی، وظیفه جاری اجرا و درغیر اینصورت تا زمان برداشت انرژی کافی از محیط، به اجرای وظیفه جاری تأخیر میدهد. بعبارتی این الگوریتم براساس دانشی در مورد وظیفه جاری و و وظایفی که در آینده وارد سیستم خواهند شد، تصمیمات زمانبندی را اتخاذ میکند. همچنین در این روش قبل از اجرا، محدودیت زمانی و انرژی وظایف و نرخ انرژی قابل ذخیره، نیز بررسی میشود و درصورت ناکافی بودن هر یک از موارد گفته شده، پردازنده به حالت بیکار میرود. واضح است که این روش نرخ خطای سررسید را در مقایسه با سایر روشهای دیگر افزایش میدهد. همچنین در این روش ظرفیت باطری نیز بیشتر خواهد شد چراکه در سیستم پیشنهادی، پردازنده قادر نخواهد بود بطور مستقیم انرژی مورد نیاز خود را از محیط دریافت کند، بلکه برای تأمین انرژی لزوما باید به باطری مراجعه کند. بنابراین باتوجه به اینکه شرط اجرای وظیفه جاری، وجود انرژی کافی برای اجرای سایر وظایف آتی سیستم میباشد، دراینصورت ظرفیت باطری باید به اندازه انرژی مورد نیاز تمامی وظایف سیستم باشد که این در عمل امکانپذیر نخواهد بود. بعلاوه درصورت عدم انرژی کافی، پردازنده به حالت بیکار میرود که این خود میتواند تا زمان برداشت انرژی کافی توسط برداشتگر انرژی، سبب نقض سررسید وظیفه جاری و درنهایت حذف آن از سیستم شود. نکته قابل توجهی که در این مقاله بدان پرداخته شده است بررسی جداگانه بدترین حالت زمان اجرا و بدترین حالت انرژی مصرفی، بعنوان مشخصههای اصلی یک وظیفه میباشد.
3-5 نتیجهگیری
نسل جدید سیستمهای تعبیهشده، برای تأمی
ن انرژی مورد نیاز برای اجرای عملیات خود، قادر به دریافت انرژی از محیط پیرامون میباشند. بدین منظور، سیستم، نیازمند واحد برداشت انرژی و همینطور واحد ذخیرهساز انرژی با قابلیت شارژ مجدد میباشد. بر این اساس و باتوجه به اینکه مقدار این انرژی، در زمان، متغیر میباشد، بحث مدیریت توان و مدیریت انرژی در چنین سیستمهایی بسیار حائز اهمیت است. از اینرو وجود یک الگوریتم زمانبندی مناسب که بتواند تصمیمات دقیقی درمورد زمان درست شروع فعالیت سیستم و همینطور زمان مناسب بیکاری و آرامش آن را طوریکه از اتلاف انرژی برداشت شده نیز جلوگیری کند، اتخاذ کند و درکنار این تصمیمات زمانبندی مدیریت انرژی مناسبی نیز داشته باشد در سیستمهای تعبیهشده مبتنی بر برداشتگر انرژی بسیار مورد توجه قرار دارد. در این حوزه، مطالعات و تحقیقات گستردهای انجام شده است که در فصلی که گذشت به معرفی پارهای از الگوریتمها و روشهای انجام شده پرداختیم. با وجود کارهایی که در این زمینه انجام شده است هنوز وجود الگوریتمی که بتواند درکنار زمانبندی مناسب وظایف، میزان انرژی مصرفی سیستم و همینطور تعداد مراجعات به باطری را برای افزایش طول عمر بیشتر سیستم، کاهش دهد، بسیار لازم و ضروری است. و این مهم با توجه به رشد روز افزون سیستمهای تعبیهشده در تمامی زوایای زندگی بشر، از اهمیت دو چندانی برخوردار میشود. براین اساس در فصل آینده، سیستم تعبیهشده و همینطور الگوریتم زمانبندی متناظر با آن را با هدف کاهش مراجعات به باطری و بهبود انرژی مصرفی در کنار اجرای بیدرنگ وظایف تناوبی و غیر تناوبی، معرفی میکنیم.
فصل چهارم
فصل چهارم : الگوریتم پیشنهادی
4-1 مقدمه
تکنیک برداشت انرژی از محیط پیرامون، مزایای زیادی برای سیستمهای تعبیهشده امروزه، ازجمله پیوستگی در اجرای عملیات سیستم و افزایش طول عمر آن، دارد. اما رسیدن به تمامی این مزایا درکنار یک الگوریتم زمانبندی مناسب که بتواند تصمیمات درست و دقیقی درمورد زمان اجرای وظایف، سرعت مناسب پردازنده و همینطور زمان مناسب، برای رجوع به باطری برای دریافت انرژی، اتخاذ نماید، امکانپذیر است. در این فصل بر این اساس الگوریتم پیشنهادی خود را با هدف کاهش معایب روشهای قبلی ارائه میدهیم.
روش پیشنهادی در این پروژه از دو دیدگاه میباشد :
ذخیرهساز انرژی : یک نکته کلیدی در کارایی سیستمهای تعبیهشده مبتنی بر برداشتگر انرژی، کارایی ذخیرهساز انرژی است]27[. از اینرو در این بخش، روشی برای ذخیره کردن انرژی برداشت شده از محیط، ارائه میشود، که در کنار رجوع کمتر به باطری غیر آیدهآل و در نتیجه کاهش اثرات منفی حاصل از ضریب سودمندی شارژ و دشارژ باطری، بتوانیم وقوع سرریز را نیز در سیستم، کاهش دهیم.
الگوریتم زمانبندی بیدرنگ : مبتنی بر ذخیرهساز انرژی بخش اول، در این بخش با هدف کاهش نرخ خطای سررسید و بهبود انرژی مصرفی وظایف و همینطور کاهش اتلاف انرژی حاصل از سرریز، الگوریتم زمانبندی خود را ارائه میدهیم.
در ادامه با جزئیات بیشتری دو بخش نام برده را بیان خواهیم کرد.
4-2 ذخیرهساز انرژی
در کنار مراجعی که تنها به بحث زمانبندی وظایف در یک سیستم تعبیه شده مبتنی بر برداشتگر انرژی میپردازند، مراجعی نیز هستند که تنها برروی ذخیرهساز انرژی، تمرکز داشته و تنها سعی در یافتن روشی برای بهبود عملیات ذخیره و برداشت انرژی از ذخیرهساز انرژی و افزایش کارایی عملکرد آن را دارند. در این میان، از دید محققان و طراحان، باطری، دارای معایبی است که ادامه استفاده از آن، در سیستمهای تعبیهشده امروزه، نیازمند تمهیداتی در روند طراحی و اصلاح عملکرد آن میباشد.
یکی از راهکارهای موجود در برابر معایب سیستمهای مبتنی بر باطری و افزایش طول عمر مفید آنها، استفاده از تکنیک برداشت انرژی محیطی میباشد اما در اکثر این سیستمها نیز انرژی مازاد در باطری ذخیره میشود، و در صورتیکه اجرای وظایف، انرژی بیشتری از مقدار انرژی برداشت شده بخواهد، پردازنده، برای تأمین انرژی مورد نیاز خود به ناچار، از انرژی ذخیره شده در باطری استفاده میکند. درنتیجه باز هم، عملیات شارژ و دشارژ باطری میتواند، بر روی سیستم، اثرات منفی بسیاری را داشته باشد. خصوصا با توجه به اینکه انرژی محیطی به شدت در زمانهای گوناگون، متغیر میباشد، این مسئله در زمانهای کمبود انرژی محیطی، بیشتر قابل مشاهده است. درنتیجه نیازمند تغییرات اساسی در واحد ذخیرهساز انرژی هستیم تا بتوانیم تا حد ممکن از رجوع به باطری جلوگیری کنیم و یا حتی بتوانیم جایگزین مناسبی برای آن پیدا کنیم. با کاهش مراجعه به باطری میتوانیم تأثیرات ضریب سودمندی را بر روی سیستم، کاهش داده، بعلاوه این امر موجب به حداقل رساندن ظرفیت باطری، شده و در نتیجه هزینه سیستم نیز کاهش مییابد]27[.
در این حوزه برخی محققان برای بهبود شرایط توصیف شده، باتوجه به تکنیکهای جدیدی که در طراحی ابرخازنها[86] ارائه شده است، از ترکیب ابرخازن و باطری بعنوان ذخیرهساز انرژی استفاده کردهاند. براین اساس در ادامه به معرفی مزایا و معایب ابرخازن در قیاس با باطری با قابلیت شارژ مجدد میپردازیم. لازم به ذکر است که ابرخازن که به آن خازن دو لایه نیز میگویند در مقدار ظرفیت با خازن معمولی متفاوت است و ظرفیت آنها نسبت به خازن معمولی بسیار بیشتر میباشد]28[.
4-2-1 مزایای ابرخازن در برابر باطری با قابلیت شارژ مجدد
از دید پارامترهای
الکتریکی:
سرعت بسیار بالا در عملیات شارژ و دشارژ: ابرخازنها میتوانند در مدت چند میلی ثانیه تا چند دقیقه تهی شده و در مدت چند ثانیه تا چند دقیقه شارژ شوند.
[شنبه 1399-09-22] [ 04:43:00 ق.ظ ]
|