فایل زمانبندی وظایف در سیستم های برداشتگر انرژی با هدف کاهش نرخ خطای سررسید و افزایش کارایی
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته کامپیوتر و IT (آموزش_و_پژوهش)
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست مطالب ...............................................................................................................................................................هشت
چکیده ..................................................................................................................................................................................1
فصل اول: توصیف مسئله
1-1 مقدمه 2
1-2 ساختار پایان نامه 4
فصل دوم : مفاهیم اولیه
2-1 مقدمه 6
2-2 سیستمهای تعبیه شده 6
2-3 سیستم بی درنگ 8
2-4 زمانبندی وظایف 9
2-4-1 انواع زمانبندی 9
2-5 تعاریف اولیه 10
2-6 الگوریتمهای زمانبندی اولیه 12
2-6-1 الگوریتم زمانبندی نزدیکترین سررسید اول (EDF) 12
2-6-2 الگوریتم زمانبندی نرخ یکنواخت (RMS) 13
2-7 برداشت انرژی محیطی 14
2-7-1 اجزای سیستم تعبیه شده مبتنی بر برداشت انرژی 15
2-7-2 انواع سیستم برداشتگر انرژی 16
2-8 مدیریت توان در سیستمهای تعبیه شده 19
2-9 نتیجه گیری 20
فصل سوم : بررسی منابع و کارهای انجام شده
3-1 مقدمه 21
3-2 الگوریتمهای زمانبندی سیستم تعبیه شده بدون برداشتگر انرژی 22
3-2-1 الگوریتم زمانبندی MILP وLEDF 23
3-3 عوامل مشترک در زمانبندی سیستمهای بیدرنگ برداشتگر انرژی 24
3-4 الگوریتمهای زمانبندی سیستم تعبیه شده مبتنی بر برداشتگر انرژی 25
3-4-1 روش زمانبندی LSA 25
3-4-2 روش زمانبندی EA-DVFS 30
3-4-3 روش زمانبندی AS-DVFS 33
3-4-4 روش زمانبندی LM-APM 35
3-4-5 روش زمانبندی HA-DVFS 41
3-4-6 الگوریتم انتخاب فرکانس باتوجه به وضعیت سیستم 48
3-5 نتیجه گیری 54
فصل چهارم : الگوریتم پیشنهادی
4-1 مقدمه 55
4-2 ذخیره ساز انرژی 56
4-2-1 مزایای ابرخازن در برابر باطری با قابلیت شارژ مجدد 56
4-2-2 معایب ابرخازن در برابر باطری با قابلیت شارژ مجدد 57
4-3 مدل سیستم 61
4-3-1 مدل برداشتگر انرژی 61
4-3-2 مدل پردازنده 61
4-3-3 مدل ذخیره ساز انرژی 62
4-3-4 مدل وظیفه 63
4-4 الگوریتم زمانبندی بیدرنگ 63
4-4-1 انتخاب بازه زمانی 65
4-4-2 محاسبه انرژی مورد نیاز برای اجرای وظایف موجود در بازه 65
نه
4-4-3 محاسبه موجودیت انرژی 66
4-5 نتیجه گیری 74
فصل پنجم : شبیه سازی و نتیجه گیری
5-1 مقدمه 75
5-2 تنظیمات اولیه 75
5-3 مقایسه نرخ خطای سررسید 78
5-4 کمترین ظرفیت ذخیره سازی برای داشتن نرخ خطای سررسید صفر 85
5-5 سودمندی انرژی 87
5-6 نرخ خطای سررسید در حالت عدم وجود واحد ذخیره ساز انرژی 89
5-7 : بررسی سربار زمانبندی 89
5-8 نتیجه گیری 90
5-9 پیشنهادات 91
مراجع 92
ده
فهرست شکلها
شکل 1-1 : نمودار مشخصات یک وظیفه 11
شکل 2-1 : نوع اول سیستم برداشتگر انرژی 16
شکل3-1 : منحنی توان در روش LSA 26
شکل 3-2 : مدل سیستم روش LM-APM 36
شکل 3-3 : شبه کد الگوریتم HA_DVFS قسمت تنظیم بارکاری پردازنده و انتخاب پویای ولتاژ و فرکانس 44
شکل 3-4 : زمانبندی دو وظیفه 45
شکل 3-5 : شبه کد الگوریتم بهره وری از انرژی سرریز شده 46
شکل 4-1 : اتصال دو باطری برای جداسازی فازهای شارژ و دشارژ 59
شکل 4-2: مدل سیستم پیشنهادی 61
شکل 4-3: محاسبه dl در حالت Edemand = EH(tc , Dmax) + ES(tc) 68
شکل 4-4 : شبه کد الگوریتم پیشنهادی 73
شکل 5-1 : نمودار توان برداشت PH(t) 76
شکل 5-2 : مقایسه نرخ خطای سررسید الگوریتم پیشنهادی با سایر الگوریتم ها 79
شکل 5-3 نمودار خطی تغییرات نرخ خطای سررسید الگوریتم ها در مقادیر متفاوت بهره وری 80
شکل 5-4 : 4 نمونه گیری از انرژی خورشیدی 80
شکل 5-5 : مقایسه نرخ خطای سررسید برای 5000 مجموعه وظیفه 81
شکل 5-6 : مقایسه نرخ خطای الگوریتم ها در مقادیر مختلف ظرفیت باطری و بهره وری 83
شکل 5-7 : مقایسه نرخ خطای سررسید در حالت ذخیره ساز دوگانه و باطری 84
شکل 5-8 : مقایسه نرخ خطای سررسید در مقادیر مختلف ذخیره سازی باطری و ابرخازن 85
شکل 5-9 : مقایسه حداقل ظرفیت واحد ذخیره سازی برای داشتن خطای سررسید صفر 86
شکل 5-10: نمودار کارایی انرژی در مقادیر مختلف بهره وری 88
شکل 5-11 : مقایسه نرخ خطای سررسید در دو حالت صحت و حذف واحد ذخیره ساز انرژی 89
یازده
فهرست جدولها
جدول 4-1 : مقایسه باطری و ابرخازن 58
جدول 4-2 : حالات کاری باطری های شکل4-1 59
جدول 5-1 : مشخصات پردازنده XScale اینتل 76
جدول 5-2: نرخ خطای سررسید الگوریتم HA-DVFS براساس شکل 5-4 80
جدول 5-3 : محاسبه سربار زمانبندی الگوریتم ها 90
دوازده
چکیده
با رشد و توسعه تکنولوژی در زندگی بشر، نیاز به رشد و توسعه سیستمهای تعبیهشده که بخش عمدهای از سیستمهای دیجیتال را شامل میشوند هم بیشتر میشود.ازجمله مشخصههای اصلی یک سیستم تعبیه شده، بیدرنگ بودن و مصرف انرژی مناسب میباشد بعلاوه اجرای یک برنامه شامل وظایف مختلفی است که هرکدام منابع خاص خود را از سیستم میطلبند حال اگر این منابع در زمان مناسب در اختیار وظایف قرار نگیرد، سیستم نمیتواند بازده و کارایی مناسبی داشته باشد بنابراین وجود یک زمانبند مناسب برای چنین سیستمهایی از اهمیت ویژهای برخوردار است. محدودیت مصرف انرژی در سیستمهای تعبیه شده، بسیار حائز اهمیت است این اهمیت از آنجا ناشی میشود که بسیاری از این سیستمها، مبتنی بر باطری هستند و اغلب مواقع امکان شارژ مجدد باطری وجود ندارد و درصورت اتمام انرژی موجود در باطری، سیستم از کار خواهد افتاد در چنین مواقعی استفاده از برداشتگرهای انرژی میتواند راهکار مناسبی برای غلبه بر محدودیت انرژی سیستم باشد. الگوریتمهای زمانبندی زیادی در زمینه بیدرنگ بودن و بهبود مصرف انرژی ارائه شده است اما هرکدام دارای محدودیتها و نواقصی میباشند در اغلب مطالعات انجام شده از باطری ایده آل بعنوان منبع انرژی که مقدار معین انرژی را در یک ولتاژ خروجی ثابت، ذخیره یا پخش میکند استفاده شده است و از تاثیر ضریب شارژ/دشارژ باطری در میزان انرژی منتقل شده، صرفنظر شده است لیکن این امر همیشه صحیح نیست و طراحی بر مبنای این مدل ساده و حداقل کردن میانگین مصرف انرژی لزوما منجر به بهینه شدن طول عمر باطری نمیشود. در این راستا در این پایان نامه روشی را برای زمانبندی سیستمهای تعبیه شده مبتنی بر برداشت انرژی و باطری غیرایدهآل با هدف بهبود انرژی مصرفی درحین اجرای بیدرنگ وظایف سیستم و کاهش نرخ خطای سررسید مجموعه وظایف، پیشنهاد میدهیم در این روش با انتخاب بازه مناسب برای برداشت انرژی از محیط، به بررسی موجودیت انرژی سیستم و میزان انرژی مورد نیاز برای اجرای بیدرنگ وظایف در آن بازه پرداخته و با توجه به پارامترهای موجود، انرژی مورد نیاز برای اجرای وظیفه و سطح فرکانس مناسب برای پردازنده را اختصاص میدهیم. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهد که روش پیشنهادی در مقایسه با روشهای موجود، نرخ خطای سررسید را کمتر میکند همچنین در روش پیشنهادی، تعداد دفعات رجوع به باطری کمتر شده که در نتیجه باعث اتلاف کمتر انرژی حاصل از شارژ/دشارژ باطری و افزایش طول عمر آن و در نهایت افزایش طول عمر سیستم میشود.
کلمات کلیدی : سیستمهای تعبیه شده، برداشتگر انرژی، زمانبندی بیدرنگ، ذخیرهساز انرژی غیرایدهآل