CN106773677A - 一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统 - Google Patents
一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106773677A CN106773677A CN201611082312.7A CN201611082312A CN106773677A CN 106773677 A CN106773677 A CN 106773677A CN 201611082312 A CN201611082312 A CN 201611082312A CN 106773677 A CN106773677 A CN 106773677A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy
- module
- control unit
- counting unit
- period
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
Abstract
本发明公开了一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统，由能量采集模块、能量存储模块、动态功耗管理模块和应用处理模块组成，所述动态功耗管理模块由计数单元和控制单元构成，所述计数单元用于统计所述能量采集模块每个工作周期采集的能量；所述控制单元用于求解多时段功耗优化问题。本发明利用功能极为简单的计数单元代替了能量预测单元，通过能量延时策略决定系统下一时段的工作状态。由于计数单元无需加载复杂的能量预测算法，因此系统解决优化问题的耗时大大降低，同时系统静态功耗也相应降低。由于控制单元使用真实的采集能量数值进行优化，系统的稳定性得到了提升，能量预测带来的影响也被彻底消除。
Description
技术领域
本发明涉及嵌入式系统的功耗管理，具体的说，是涉及一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统。
背景技术
近几年，环境嵌入式系统得到了迅猛地发展。如今，这种系统已经广泛安置在诸如森林、河流、火山、道路、桥梁等地区，用于监控环境和建筑物的变化[1-3]。作为保证环境嵌入式系统高效稳定工作的关键，动态功耗管理模块如今已经得到研究人员的广泛关注。
环境嵌入式系统由能量采集模块、能量存储模块、动态功耗管理模块和应用处理模块组成。其中，能量采集模块负责采集太阳能。能量存储模块存储采集的能量，同时驱动应用模块处理任务。应用处理模块完成信息采集、预处理及发送等任务，是主要的能量消耗单元。动态功耗管理模块决定应用模块的工作状态[4]。
动态功耗管理模块由能量预测单元和控制单元两部分构成。能量预测单元根据系统过去采集的能量，采用一定的预测算法预测未来采集的太阳能。根据采集能量的预测值和存储的能量等系统参数，控制单元通过求解自身加载的功耗动态模型决定应用模块的工作状态，如处理速度等，以实现系统功耗的动态调节。对控制单元而言，能量预测单元能否准确预测能量采集情况，尤其是能量采集不足的情况，对于保证系统稳定工作具有极其重要的作用[5]。
为了提高预测算法本身精度。文献[6]针对预测模块进行了精确度更高的预测算法，文献[7]针对能量预测模块设计了自适应的滤波器以提升系统能量预测能力。但是当能量的预测值连续多个时段高于实际采集到的太阳能时系统仍有可能停止工作。文献[5]采用基于神经网络的太阳能预测算法，预测精度为±5％。当能量预测值高于实际采集能量值时，应用处理模块的功耗将超过采集的能量。如果这种情况连续多个时段出现，存储单元的能量将被快速消耗，导致应用单元停止工作。另外，如文献[8]所示，预测算法无法预测太阳能骤降的情况，太阳能骤降时系统可能会无法工作。
为了解决太阳能骤降带来的问题，文献[8]提出了一种双层结构的环境嵌入式系统，该系统有两组动态功耗管理模块，通过彼此的约束算法为系统保留更多能量，以应对太阳能骤降时系统因能量不足而停止工作的问题。但这种做法并没有解决预测单元存在的问题，另外预测单元本身结构复杂[5]，会带来一定的功耗同时增加优化系统功耗的时间。
参考文献：
[1]Sadeghioon A M,Metj e N,Chapman D,et al SmartPipes:Smart wirelesssensor networks for leak detection in water pipelines[J].Journal of Sensor&Actuator Networks,2014,3(1):64-78
[2]Lopes Pereira R,Trindade J,F,et al.A wireless sensornetwork for monitoring volcano-seismic signals[J].Natural Hazards&EarthSystem Sciences,2014,14(12):3123-3142.
[3]He B,Li Y,Huang H,et al.Spatial–temporal compression and recoveryin a wireless sensor network in an underground tunnel environment[J].Knowledge and Information Systems,2014,41(2):449-465.
[4]Kansal A,Hsu J,Zahedi S,et al.Power management in energyharvesting sensor networks[J].Acm Transactions on Embedded Computing Systems,2007,6(4):2007.
[5]Liu Qiang,Mak T,Zhang Tao,et al.Power adaptive computing systemdesign for solar-energy-powered embedded systems[J].IEEE Transactions on VeryLarge Scale Integration Systems,2014,23(8):1-1
[6]Macko D,Jelemenska K,Cicak P.Power-efficient power-managementlogic[C],Power and Timing Modeling,Optimization and Simulation(PATMOS),201424th International Workshop on.IEEE,2014:1-7.
[7]Szadkowski,Z,Fraenkel,E.D,van den Berg,A.M.FPGA/NIOSImplementation of an adaptive fir filter using linear prediction to reducenarrow-band rfi for radio detection of cosmic rays[J].Nuclear Science IEEETransactions on,2013,60(5):3483-3490.
[8]Moser C,Thiele L,Brunelli D,et al.Adaptive power management forenvironmentally powered systems[J].IEEE Transactions on Computers,2010,59(4):478-491.
发明内容
本发明针对预测单元可能导致环境嵌入式系统停止工作的问题，采用计数单元代替预测单元，提出了一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统，由能量采集模块、能量存储模块、动态功耗管理模块和应用处理模块组成，所述动态功耗管理模块由计数单元和控制单元构成，所述计数单元用于统计所述能量采集模块每个工作周期采集的能量；所述控制单元用于求解多时段功耗优化问题。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明利用功能极为简单的计数单元代替了能量预测单元，通过能量延时策略决定系统下一时段的工作状态。由于控制单元使用真实的采集能量数值进行优化，系统的稳定性得到了提升，能量预测带来的影响也被彻底消除。
2.控制单元采用的功耗模型和优化目标与其他动态功耗管理模块无异，因此该模块同样可以在满足能量约束的前提下最大化系统性能。
3.由于计数单元无需加载复杂的能量预测算法，因此系统解决优化问题的耗时大大降低，同时系统静态功耗也相应降低。
附图说明
图1是本发明系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1所示，一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统，由能量采集模块、能量存储模块、动态功耗管理模块和应用处理模块组成，该系统的动态功耗管理模块由计数单元和控制单元两部分构成。其中计数单元主要用于统计能量采集模块每个工作周期采集的能量；控制单元根据系统过去采集的能量求解多时段功耗优化问题，根据解的值调整系统未来的工作状态。这种方法要求系统在开始工作前的几个时刻仅进行能量采集工作，随后控制单元根据系统之前采集的能量调整系统工作。这种方法，实际上是对采集能量进行了延时处理，因此也可这种方法也可称为能量延时优化策略。
该系统模型主要用于处理图像追踪、图像传输等任务的环境嵌入式系统，下面是对该系统工作模式的详细描述。
第一阶段：充电阶段
系统在前n个时间段内系统仅采集能量但不工作，计数单元统计每个时段系统采集的能量。
第二阶段：系统工作
能量采集模块采集能量
能量采集模块将采集能量的值以电信号的形式传递给计数单元；同时将采集的能量传入能量存储模块
控制单元利用之前采集的能量求解功耗优化问题，该系统以最大化所需考虑区间的最后一个时段使用TLD算法的处理的图像帧数为优化目标，通过调整单位时段内使用TLD算法处理的图像数来调整系统功耗，如果之前采集能量越多，系统使用处理的图像帧数就越多；如果少，处理的图像帧数就少些，但至少保证系统每个时段内能使用TLD算法处理一帧图像
控制单元传递工作指令给应用处理模块，这里传递的就是下一个时段系统使用TLD算法处理的图像帧数。
能量存储模块为应用处理模块供电，应用处理模块根据控制单元的指令工作。
进一步的，具体实施过程中将本发明嵌入式系统应用于太阳能供电环境，通过实验模拟了该系统在不同天气下的工作情况，结果表明：使用该模型的环境嵌入式系统每次求解功耗优化问题仅需0.4秒，其采集能量的利用率达到99.79％。除去初期仅用于能量采集的时段，系统能够在任何时段保持工作。因此,该动态功耗管理模块实现了系统性能的全面优化。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统，其特征在于，由能量采集模块、能量存储模块、动态功耗管理模块和应用处理模块组成，所述动态功耗管理模块由计数单元和控制单元构成，所述计数单元用于统计所述能量采集模块每个工作周期采集的能量；所述控制单元用于求解多时段功耗优化问题。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611082312.7A CN106773677A (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611082312.7A CN106773677A (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106773677A true CN106773677A (zh) | 2017-05-31 |
Family
ID=58898382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611082312.7A Pending CN106773677A (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106773677A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101960396A (zh) * | 2008-02-29 | 2011-01-26 | 株式会社东芝 | 蓄能装置的运转计划制作方法以及运转计划制作装置 |
| CN102346467A (zh) * | 2010-07-02 | 2012-02-08 | Ls产电株式会社 | 能量控制装置和方法 |
| WO2013160326A1 (en) * | 2012-04-24 | 2013-10-31 | Aktiebolaget Skf | A method and a unit of power harvesting |
-
2016
- 2016-11-30 CN CN201611082312.7A patent/CN106773677A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101960396A (zh) * | 2008-02-29 | 2011-01-26 | 株式会社东芝 | 蓄能装置的运转计划制作方法以及运转计划制作装置 |
| CN102346467A (zh) * | 2010-07-02 | 2012-02-08 | Ls产电株式会社 | 能量控制装置和方法 |
| WO2013160326A1 (en) * | 2012-04-24 | 2013-10-31 | Aktiebolaget Skf | A method and a unit of power harvesting |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 吴寅: "《采用环境能量的自供电无线传感器网络关键技术研究》", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
| 李鑫等: "《用于环境嵌入式系统的多时段动态功耗管理方法》", 《西安交通大学学报网络出版》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104065168B (zh) | 一种风光储联合发电状态监测的动态变频数据采集方法 | |
| CN103906210A (zh) | 一种分布式光伏发电装置传感器网络节点休眠调度方法 | |
| CN106532764A (zh) | 一种就地消纳光伏发电的电动汽车充电负荷调控方法 | |
| CN113132945A (zh) | 一种铁路专网基站小区节能调度方法和系统 | |
| Ye et al. | Research and design of solar photovoltaic power generation monitoring system based on TinyOS | |
| CN115314343A (zh) | 一种源荷储资源聚合控制网关装置及负荷和出力预测方法 | |
| KR20130086961A (ko) | 태양 추적 장치를 작동시키는 방법 | |
| Nourredine et al. | A fluid approach to model and assess the energy level of autonomous devices in iot with solar energy harvesting capability | |
| CN102156408B (zh) | 一种动态自适应演化最大功率点跟踪控制系统及方法 | |
| CN104200280A (zh) | 一种用于风电功率预测的方法及系统 | |
| CN103702384B (zh) | 无线传感器网络面向应用的分簇式路由方法 | |
| CN106773677A (zh) | 一种采用延时优化策略的环境嵌入式系统 | |
| Sun et al. | Interval mixed-integer programming for daily unit commitment and dispatch incorporating wind power | |
| CN108964096B (zh) | 消纳新能源弃电量的储能配置方法、系统、装置 | |
| CN106598198A (zh) | 一种多时段动态功耗管理方法 | |
| CN104657781A (zh) | 一种基于神经网络算法的电能消耗预测系统 | |
| CN111614086A (zh) | 一种面向电力系统多状态变量的滤波估计和预测估计方法 | |
| Martin et al. | Artificial vision wireless PV system to efficiently track the MPP under partial shading | |
| Kim et al. | An energy management scheme for solar-powered Wireless Visual Sensor Networks toward uninterrupted operations | |
| Yang et al. | A proactive operation strategy of electric vehicle charging-discharging in Photovoltaic micro-grid | |
| Luo et al. | Edge Computing in Smart Hydropower Station: Cloud-Edge Collaborative Framework | |
| CN105357678B (zh) | 无线传感器网络能源配置及评价的随机网络演算方法 | |
| Yin et al. | Data collection in wireless sensor networks | |
| CN114006392B (zh) | 分布式电源系统储能节点容量需求估算系统 | |
| CN116683487B (zh) | 抽水蓄能电网的调度方法及装置、存储介质、计算机设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170531 |