一種基於嵌入式系統的無線網卡動態電源管理方法
2023-04-24 16:40:06 2
專利名稱：一種基於嵌入式系統的無線網卡動態電源管理方法
技術領域：
本發明屬於嵌入式系統的動態電源管理技術領域，特別是涉及一種基於嵌入式系 統的無線網卡動態電源管理方法。
背景技術：
近年來，隨著嵌入式技術的迅速發展，嵌入式設備得到了廣泛的應用，在給人們日 常生活提供便利的同時也暴露了一些缺陷和不足。能量消耗問題是嵌入式系統設計中普遍 關注的重點與熱點。針對嵌入式系統不同的系統部件，業界已提出多種電源管理技術，例如CPU調頻 技術。隨著無線技術的進步，無線通信在嵌入式系統中變得越來越重要。換句話說，無線網 卡的能耗在嵌入式系統總能耗中佔有較大的比重。研究測試表明，無線網卡能量消耗佔系 統總能耗的35%，因此，降低無線網卡的能量消耗對於整個系統來說意義重大。動態電源管理(Dynamic Power Management，DPM)是實現低功耗的主要技術，設備 通常具有不同的能量消耗等級，在運行過程中，在滿足一定性能約束條件下，DPM通過觀察 設備負載將設備動態的切換到不同的能耗狀態的方法來達到節省設備能耗的目的，例如， 設備空閒(Idle)時，採用某種策略將設備轉入能耗更低的狀態(Standby)。DPM能解決無 線網卡的能耗問題當無線網卡不工作時，關閉無線網卡，從而達到省電的目的。目前國外關於無線網卡DPM的研究主要集中在DPM算法的理論研究，對於算法在 具體實現涉及得比較少；國內對DPM的研究實現大多以CPU、磁碟作為研究對象，對於無線 網卡DPM的研究幾乎沒有。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種基於嵌入式系統的無線網卡動 態電源管理方法。為了實現上述發明目的，採用的技術方案如下一種基於嵌入式系統的無線網卡動態電源管理方法，包括如下三個步驟1)對無線網卡的使用狀態進行劃分，包括第一狀態Active，表示無線網卡忙於收 發數據，第二狀態Standby/Waiting，表示無線網卡沒有收發數據，但無線信號發射器未斷 電，第三狀態Sle印，表示無線網卡的無線信號發射器斷電，但其他耗電單元仍工作，第四 狀態Off，表示無線網卡的所有耗電單元都處於斷電狀態，第五狀態Idle，表示無線網卡在 Standby與Sle印狀態間定期轉換；2)通過對嵌入式系統內核的操作實現無線網卡的負載檢測；3)根據步驟2)所獲得的負載情況實現無線網卡的狀態轉換；4)採用半馬爾科夫模型對無線網卡動態電源管理進行優化。上述技術方案中，所述步驟2)通過在嵌入式系統獲取無線網卡的net_deViCe結 構實現無線網卡的負載檢測，具體在Linux系統下通過如下兩種方式獲得net_deVice結構一是通過搜索維護網絡設備的全局鍊表deV_baSe ；二是通過無線網卡驅動程序接口的方式。所述步驟3)實現的狀態轉換包括從Standby狀態到Off狀態，以及從Off狀態到 Active狀態，具體在Linux系統下通過無線網卡驅動中提供的接口與對無線網卡相關標識 位的操作實現無線網卡的關閉與開啟，從而實現無線網卡的狀態轉換，所涉及的接口包括 第一接口 CheckMode，表示查詢無線網卡所處的狀態，返回0表示無線網卡處於Off狀態，返 回1表示無線網卡不處於Off狀態，第二接口 0η，表示將無線網卡喚醒，第三接口 Off，表示 將無線網卡關閉。所述步驟4)將電源管理問題建模成半馬爾可夫過程，半馬爾可夫模型表達式的 定義如下F(ti|si,ai)表示在狀態si時發出命令ai，在ti結束之前有事件發生的概率分 布；p(s(i+l) |si, ai, ti)表示在狀態si時發出命令ai，在ti結束之前有事件發生 的條件下，系統轉換到狀態s (i+Ι)的概率；m(j I s，a)表示在狀態s時發出命令a，系統轉換到狀態j的概率，
權利要求
一種基於嵌入式系統的無線網卡動態電源管理方法，其特徵在於包括如下四個步驟1)對無線網卡的使用狀態進行劃分，包括第一狀態Active，表示無線網卡忙於收發數據，第二狀態Standby/Waiting，表示無線網卡沒有收發數據，但無線信號發射器未斷電，第三狀態Sleep，表示無線網卡的無線信號發射器斷電，但其他耗電單元仍工作，第四狀態Off，表示無線網卡的所有耗電單元都處於斷電狀態，第五狀態Idle，表示無線網卡在Standby與Sleep狀態間定期轉換；2)通過對嵌入式系統內核的操作實現無線網卡的負載檢測；3)根據步驟2)所獲得的負載情況實現無線網卡的狀態轉換；4)採用半馬爾科夫模型對無線網卡動態電源管理進行優化。
2.根據權利要求1所述的無線網卡動態電源管理方法，其特徵在於所述步驟2)通過在 嵌入式系統獲取無線網卡的net_deVice結構實現無線網卡的負載檢測，具體在Linux系統 下通過如下兩種方式獲得net_deVice結構一是通過搜索維護網絡設備的全局鍊表dev_base ； 二是通過無線網卡驅動程序接口的方式。
3.根據權利要求1所述的無線網卡動態電源管理方法，其特徵在於所述步驟3)實現 的狀態轉換包括從Standby狀態到Off狀態，以及從Off狀態到Active狀態，具體在Linux 系統下通過無線網卡驅動中提供的接口與對無線網卡相關標識位的操作實現無線網卡的 關閉與開啟，從而實現無線網卡的狀態轉換，所涉及的接口包括第一接口 CheckMode，表示 查詢無線網卡所處的狀態，返回O表示無線網卡處於Off狀態，返回1表示無線網卡不處於 Off狀態，第二接口 On，表示將無線網卡喚醒，第三接口 Off，表示將無線網卡關閉。
4.根據權利要求1所述的無線網卡動態電源管理方法，其特徵在於所述步驟4)將電源 管理問題建模成半馬爾可夫過程，半馬爾可夫模型表達式的定義如下F(ti I si, ai)表示在狀態si時發出命令ai，在ti結束之前有事件發生的概率分布； p(s(i+l) |si, ai, ti)表示在狀態si時發出命令ai，在ti結束之前有事件發生的條 件下，系統轉換到狀態s (i+Ι)的概率；m(j I s，a):表示在狀態s時發出命令a，系統轉換到狀態j的概率，m(j I s,a) = Jo p(J I t,s,a)F(dt | s,a) _ y(s, a):表示在狀態s時發出命令a，處於狀態s的期望時間，=I t,s,a)F{dt I s,a) cost (s，a)表示在s時發出命令a的平均代價，包括能耗代價和性能損耗代價， COSi(Si5A1) = kis^ + ^Fidu] S^ai) ^ [c(sM,Si，「她丨.+1 Iti^ai )dt 其中 k(si，ai)表示在狀態Si時發出命令ai的固定代價，C(s(i+l)，si，ai)表示在狀態si時發出命令ai， 接下來的狀態是s(i+l)的代價率，Si+Ι是si有可能轉化到的狀態的集合； 對性能約束和能耗約束下的最優化策略的求解等價於對下面式子的求解
全文摘要
本發明提供了一種基於嵌入式系統的無線網卡動態電源管理方法，包括四個步驟1)對無線網卡的使用狀態進行劃分，包括第一狀態Active，表示無線網卡忙於收發數據，第二狀態Standby/Waiting，表示無線網卡沒有收發數據，但無線信號發射器未斷電，第三狀態Sleep，表示無線網卡的無線信號發射器斷電，但其他耗電單元仍工作，第四狀態Off，表示無線網卡的所有耗電單元都處於斷電狀態，第五狀態Idle，表示無線網卡在Standby與Sleep狀態間定期轉換；2)通過對嵌入式系統內核的操作實現無線網卡的負載檢測；3)根據步驟2)所獲得的負載情況實現無線網卡的狀態轉換；4)採用半馬爾科夫模型對無線網卡動態電源管理進行優化。
文檔編號G06F1/32GK101937266SQ20101028153
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者劉發貴, 吳澤祥, 曹立正, 邢曉勇 申請人:華南理工大學