زمانبندی وظایف در سیستم های تعبیه شده بی درنگ برداشتگر انرژی با …

معایب الگوریتم AS_DVFS
سیستم بکار رفته در این الگوریتم، نیز همان سیستم برداشتگر انرژی در دو الگوریتم LSA و EA-DVFS میباشد که در بخشهای قبلی معایب آن ذکر شده است.
همانند روشهای قبلی در این روش، هم از باطری ایدهآل برای ذخیرهساز انرژی استفاده شده است. بنابراین در این الگوریتم نیز از تأثیرات منفی شارژ/دشارژ باطری در حالت غیر ایدهآل چشم پوشی شده است. بنابراین ممکن است درصورت اجرا در یک سیستم تعبیهشده واقعی، نتایج چندان مطلوبی، حاصل نشود.
درست است که جداسازی محدودیتهای زمانی و انرژی، تأثیر مطلوبی برروی کاهش پیچیدگی الگوریتم زمانبندی داشته است، اما تفکیک این دو مسئله در دو قسمت جداگانه، سبب افزایش زمان اجرای الگوریتم میشود. که این برای سیستمهای تعبیهشده بیدرنگ، مسئلهی مطلوبی نمیباشد. چراکه بحث زمان اجرا برای الگوریتمهای زمانبندی، خصوصا در سیستمهای بیدرنگ بسیار مهم میباشد.
در ادامه معرفی روشها و الگوریتمهای زمانبندی سیستمهای تعبیه شده بیدرنگ مبتنی بر برداشتگر انرژی، در بخش بعدی، الگوریتمهایی را معرفی میکنیم،که طراحان در آنها، الگوریتم خود را مبتنی بر روش AS_DVFS، ارائه داده و سعی در برطرف کردن نواقص موجود در این الگوریتم را دارند.
3-4-4 روش زمانبندی [64]LM-APM
براساس الگوریتم AS_DVFS، که در ]18[ ارائه شد، در ]11[، الگوریتم و سیستمی معرفی شده است که برخی از نواقص کارهای قبلی در این حوزه را برطرف کرده و دید واقعیای از محیط پیرامون و سیستمهای تعبیهشده دارد. در الگوریتم زمانبندی برای سیستمهای تعبیهشده بیدرنگ مبتنی بر برداشتگر انرژی بیان شده در این مقاله، دو موضوع مهمی که در مقالات و کارهای پیشین بدانها، پرداخته نشدهبود، بیان میشوند. که عبارتند از:
در یک شرایط محیطی ارائه شده، مثلا تابش شدید نور خورشید وسیله برداشت انرژی، بعنوان مثال پنل خورشیدی، دارای یک نقطه بیشینه توان MPP[65] ، میباشد که درصورت کنترل و تنظیم مناسب و دقیق ولتاژ و بارکاری آن، میتوان به این نقطه عملکرد بیشینه رسید. برای مثال زمانیکه باطری پر است و مصرف انرژی سیستم کمتر از MPP است، درصورت عملکرد برداشتگر انرژی در این نقطهی بیشینه، انرژی برداشت شدهی اضافی، اتلاف، شده و سیستم قادر به برداشت بیشتر انرژی، نمیباشد. چراکه باطری، پر است. در این حالت برداشتگر انرژی، به حالتی غیر از MPP سوئیچ میکند تا از اتلاف انرژی و برداشت بیش از اندازه انرژی خودداری شود. در مقالات قبلی به این نکته توجه نشده و فقط بیان میکردند که در زمان پر بودن باطری، انرژی جمعآوری نمیشود درحالیکه در این مقاله به شیوه صحیح و منطقیای به بیان مسئله، پرداخته است و اذعان میدارد که مادامیکه سیستم با توانی، کمتر از بیشترین توان وسیله برداشتگر انرژی، انرژی را مصرف کند، این امر، سبب سرریز انرژی در باطری شده و انرژی برداشت شده، اتلاف میشود.
همانطور که بیان شد در بیشتر کارهای پیشین، از باطری ایدهآل بعنوان ذخیرهساز انرژی استفاده شده است. درحالیکه در حالت واقعی، مقدار زیادی از انرژی به سبب پروسه شارژ/دشارژ باطری، اتلاف میشود. براساس فرض باطری ایدهآل، زمانی باطری، شارژ میشود که انرژی برداشت شده زیادی از محیط، وجود داشته باشد. و باطری پر نباشد. در این مقاله علاوه بر باطری واقعی سیستمی معرفی میشود که در آن، پردازنده قادر به دریافت مستقیم انرژی از محیط و بدون دخالت باطری، میباشد. نشان داده خواهد شد، زمانیکه سربار شارژ/دشارژ باطری بررسی میشود، گاهی استفاده مستقیم از انرژی اضافه برروی مدارات سیستم، نسبت به شارژ کردن باطری و ذخیره انرژی، بهتر میباشد.
براین اساس مشخصههای اصلی الگوریتم شامل موارد زیر میباشد:
الگوریتم در ابتدا سعی در ایجاد تطابقی بین سرعت اجرای وظایف و توان برداشت انرژی از طریق مشخصه انتخاب پویای ولتاژ/فرکانس پردازنده، دارد. در اینصورت زمانیکه باطری، پر است و میزان بار سیستم به اندازه MPP نیست، الگوریتم به وظیفه جاری به اندازه توان انرژی برداشت شده، سرعت میبخشد و همچنین با اختصاص پویای ولتاژ به وظایف، میتوان، وظایف آتی را با سرعت کمتری اجرا کرد تا در زمان آرامش ایجاد شده، سیستم پتانسیل ذخیره انرژی بیشتری داشته باشد. بعبارتی وظایف مطابق با توان برداشت انرژی و وضعیت پر و یا خالی بودن باطری، اجرا میشوند.
در مرحله بعد، سربار شارژ/دشارژ در حالت واقعی در زمان زمانبندی وظایف در حال اجرا، بررسی میشود. و زمانیکه باطری پر نیست، میزان انرژی کل سیستم، تحت تأثیر سربار شارژ/دشارژ باطری، را بررسی کرده و تصمیم میگیرد که :
الف ) با تمام انرژی موجود باطری را شارژ کند.
ب ) به وظیفه جاری سرعت بخشد و مقدار شارژ باطری را حداقل کند.
ج ) علاوه بر سرعت بخشیدن به وظیفه جاری، باطری را تهی کند.
در ادامه، به بیان جزئیات سیستم معرفی شده میپردازیم، چراکه سیستم پیشنهادی در این گزارش نیز براساس این مدل میباشد.
مدل سیستم:
سیستم بکار رفته در این مقاله همان سیستم نوع دوم معرفی شده، در فصل قبل می باشد. که برای اولین بار در این مقاله معرفی شده است.
PD (t)
برداشتگر انرژی
سیستم تعبیهشده
PS (t)
Pc (t)
مبدل انرژی
شکل 43-2 : مدل سیستم روش LM-APM
مبدل انرژی
ذخیره ساز انرژی
شکل 3-2 : مدل سیستم روش LM-APM ]11[
این سیستم، شامل سه بخش اصلی مدل برداشتگر انرژی EHM[66]، مدل ذخیرهساز انرژی ESM[67] و م

دانلود کامل پایان نامه در سایت pifo.ir موجود است.

دل مصرف انرژی EDM[68] میباشد. در این مقاله، پنل خورشیدی بعنوان برداشتگر انرژی خورشیدی برای مدل EHM، درنظر گرفته شدهاست. ESM نیز همچون بافر انرژی، عمل کرده و خواهان عملیات پیوسته حتی در زمان کمبود انرژی است. ابرخازن[69] و یا باطریهایی با قابلیت شارژ مجدد، میتوانند نمونههای خوبی برای ESM باشند. درنهایت سیستم تعبیهشده که برنامههای کاربردی بیدرنگ را اجرا میکند نیز بعنوان EDM ، معرفی شدهاست.
در این سیستم انرژی مورد نیاز برای سیستم تعبیهشده، میتواند هم از ذخیرهساز انرژی، و هم بطور مستقیم، از برداشتگر انرژی، تأمین شود. براین اساس سه حالت برای سیستم، قابل بیان است:
انرژی مورد نیاز EDM ، بیشتر از انرژی حاصل از EHM ، باشد: در اینصورت سیستم تعبیه شده انرژی مورد نیاز برای اجرای وظایف و عملیاتش را هم از محیط و برداشتگر انرژی، و هم از ذخیرهساز انرژی، بدست میآورد. درنتیجه با عمل دشارژ ذخیره ساز انرژی، مواجه هستیم.
انرژی مورد نیاز EDM ، برابر با انرژی حاصل از EHM ، باشد: در این حالت، ظرفیت ذخیرهساز انرژی بدون تغییر میماند و انرژی لازم برای سیستم، مستقیما پس از دریافت از محیط و تبدیل به انرژی الکتریکی توسط مبدل انرژی، در اختیار پردازنده برای اجرای وظایف قرار میگیرد.
انرژی مورد نیاز EDM ، کمتر از انرژی حاصل از EHM ، باشد: در این حالت نیز، سیستم، انرژی مورد نیازش را از محیط و برداشتگر انرژی بصورت مستقیم دریافت میکند، اما انرژی مازاد بر نیاز سیستم، در ذخیرهساز انرژی، ذخیره میشود ( عمل شارژ ذخیرهساز انرژی).
مدل برداشت انرژی
انرژی محیطی میتواند شامل انواع انرژی موجود در محیط پیرامون سیستم تعبیهشده، باشد و سیستمهای تعبیهشده مبتنی بر برداشت انرژی، بسته به محیط اجرایی خود میتوانند از انواع انرژهای موجود در محیط که تجدیدپذیر نیز میباشند، استفاده کنند. موجودیت انرژی فراهم شده توسط EHM ، ثابت نبوده و منحصرا توسط منبع برداشت انرژی، هم مشخص نمیشود. بعنوان مثال در یک پنل خورشیدی علاوه بر شدت تابش نور خورشید، بارکاری ولتاژی که وسیله برداشت انرژی، در آن کار میکند هم میتواند روی توان خروجی آن تأثیرگذار باشد. پنل خورشیدی یک منبع جریان، با ولتاژ محدود شده میباشد. که ولتاژ خروجی آن توسط میزان بار[70] موجود در آن مشخص میشود. فقط زمانیکه این پنل، در یک ولتاژ خاص کار میکند، میتواند توان خروجی بیشینه را به سیستم القا کند. که این نقطه خاص ولتاژ، همان نقطه MPP ، میباشد. بنابراین پیدا کردن بار مناسبی که توسط آن، پنل خورشیدی (بطور کلی هر وسیله برداشتگر انرژی) در ولتاژ خاص PHmax کار کند و درنتیجه، بیشترین توان را در خروجی آن داشته باشیم، بسیار حائز اهمیت است. توان خروجی بیشینه PHmax، متغیری وابسته به زمان است و برای شدت تابش نور خورشید در زمانهای مختلف، متفاوت خواهد بود بنابراین داریم PHmax(t) که برای سادگی در معادلات و الگوریتم، همان PHmax ، بیان شده است و مقدار آن میتواند توسط بررسی نمودار تغییراتش و هم از طریق پیشبینی بدان رسید.
اگر وسیله برداشتگر انرژی (پنل خورشیدی در این مقاله) همواره در نقطه MPP ، کار کند در اینصورت میزان انرژی برداشت شده در فاصله [t1 , t2] از رابطه زیر محاسبه میشود: