基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的低功耗智能調(diào)度算法，將繁忙程度以數(shù)據(jù)的形式形象化，并設(shè)定界值Bupper和Blower，將低能耗模式按照能耗遞減方式排列分別是激活模式、監(jiān)聽模式和休眠模式，通過檢測流量大小后計(jì)算得到實(shí)時(shí)繁忙因子，并通過比較該繁忙因子與界值之間的關(guān)系進(jìn)而氣動(dòng)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入何種模式。提出了一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度算法策略，在該策略中，建立了自適應(yīng)算法為基礎(chǔ)的預(yù)測模型，并及時(shí)修正系統(tǒng)模塊處于激活模式、監(jiān)聽模式和休眠模式的通信間隙。以實(shí)現(xiàn)最低功耗為原則對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的資源進(jìn)行管理。該策略能夠進(jìn)一步降低終端系統(tǒng)的平均功耗，而且適用性更加廣泛。最后將算法用于車載智能終端的低功耗設(shè)計(jì)。
【專利說明】
基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能 調(diào)度算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)今社會(huì)，隨著嵌入式技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)智能終端的要求越來越高， 許多功能強(qiáng)大、界面豐富的應(yīng)用程序出現(xiàn)在智能終端上。應(yīng)用程序的繁榮帶來的問題卻是 智能終端的待機(jī)時(shí)間越來越短，無法滿足用戶的日常需要。由于電池的發(fā)展受到其物理工 藝的影響，單從提高電池的續(xù)航能力根本無法滿足移動(dòng)智能終端設(shè)備對(duì)電量的需求。特別 是針對(duì)車載系統(tǒng)，供電來源的單一性，必須考慮軟件對(duì)移動(dòng)智能終端設(shè)備功耗的影響。然 而，現(xiàn)在市面上流行的大多數(shù)設(shè)備都沒有進(jìn)行相應(yīng)的低功耗處理，主要原因在于沒有一款 工具能在系統(tǒng)能耗比較低的條件下在線測量能耗，并且準(zhǔn)確的分析出智能終端中哪部分硬 件組件在消耗電能?；谏鲜鲈?，本發(fā)明從智能終端的硬件組件出發(fā)，研究了基于移動(dòng)網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)模塊所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的基于移 動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，具體包括 以下調(diào)度內(nèi)容：
[0005] 繁忙程度B:根據(jù)物理鏈路的數(shù)據(jù)流量，定義物理鏈路的繁忙程度B，取值范圍從0 到1.0，值越大越繁忙，設(shè)定B的定界值B upper和Bi_r，0<Bi_r<Bupper< 1，作為算法自動(dòng)切換 連接模式的判斷值；
[0006] 連接模式:，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為休眠模式，在休眠模式下不參數(shù)據(jù)交換，進(jìn)入低能 耗模式，但保持信道同步;Blmrer<B<Buppe3r，節(jié)點(diǎn)置為監(jiān)聽模式，在監(jiān)聽模式時(shí)不用監(jiān)聽每 個(gè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙，只在特定的時(shí)隙里傳輸數(shù)據(jù);B多B upper，節(jié)點(diǎn)置為激活模式，此狀態(tài)下，系 統(tǒng)模塊節(jié)點(diǎn)任何時(shí)間里都可以交換數(shù)據(jù)，為多功耗模式;假定監(jiān)聽模式的節(jié)點(diǎn)每間隔T sniff 處于監(jiān)聽狀態(tài)，這時(shí)可以傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)聽狀態(tài)都維持Tsniffattempt時(shí)隙；
[0007] B的計(jì)算公式為：
[0010] Lrx為節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，Llx為節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，F(xiàn)為某節(jié)點(diǎn)的流量值，F(xiàn)max 為節(jié)點(diǎn)中的流量最大值，為在監(jiān)聽模式下，進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)的最大間隔時(shí)間；
[0011] Qwive表示處于激活模式的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，Qoff表示處于休眠模式的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，Qsniff表 示處于監(jiān)聽模式的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，Did1，#···}系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的集合，d為某獨(dú)立模塊的節(jié)點(diǎn)，insert (Qactive，d)表示將節(jié)點(diǎn)d加入到模式Q中，〇616七6((>)3。1;^，(1)表示將節(jié)點(diǎn)(1從模式( >)中刪除。
[0012] 其中，激活模式向休眠或監(jiān)聽模式切換的過程如下：
[0013] D1為將處于激活模式的從節(jié)點(diǎn)切換到休眠或監(jiān)聽模式的優(yōu)先級(jí)，得到對(duì)于任意一 個(gè)處于激活狀態(tài)節(jié)點(diǎn)i，有
[0015] β為權(quán)值，t為某從節(jié)點(diǎn)處于某模式的時(shí)間；
[0016] 其中&^=11^(131)，1：11^=11^(1:1)得到節(jié)點(diǎn);[;13<131。 1?^，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為休眠模式;13彡 Bi_r，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為監(jiān)聽模式。
[0017] 其中，休眠模式向激活或監(jiān)聽模式切換的過程如下：
[0018] D1為將處于休眠模式的從節(jié)點(diǎn)切換到激活或監(jiān)聽模式的優(yōu)先級(jí)，得到對(duì)于任意一 個(gè)處于激活狀態(tài)節(jié)點(diǎn)i，有
[0020] β為權(quán)值，t為某從節(jié)點(diǎn)處于某模式的時(shí)間；
[0021 ] B越大，那節(jié)點(diǎn)被切換的可能性越高，其中BmaximaxW1)，得到節(jié)點(diǎn)i ;B>Bi?er，節(jié) 點(diǎn)啟動(dòng)為監(jiān)聽模式;B多Bupper，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為激活模式。
[0022] 其中，監(jiān)聽模式向激活或休眠模式切換的過程：
[0023] 由于B變化不大，加權(quán)平均后得到
[0025] β為權(quán)值，t為某從節(jié)點(diǎn)處于某模式的時(shí)間，為上次計(jì)算出的繁忙因子；
[0026]得到對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)i，，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為休眠模式;B多Bi_r，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為激 活模式。
[0027]其中，進(jìn)入監(jiān)聽模式后，節(jié)點(diǎn)可以改變監(jiān)聽參數(shù)，不需要退出監(jiān)聽模式；節(jié)點(diǎn)之間 協(xié)商監(jiān)聽參數(shù)并在下一個(gè)時(shí)隙后開始使用新的監(jiān)聽參數(shù);監(jiān)聽初始時(shí)隙由節(jié)點(diǎn)決定，節(jié)點(diǎn) 根據(jù)處于監(jiān)聽狀況個(gè)數(shù)和監(jiān)聽參數(shù)使分配在各個(gè)鏈路上的監(jiān)聽時(shí)間最大限度的不發(fā)生重 置。
[0028]其中，在監(jiān)聽模式中改變監(jiān)聽時(shí)隙大小的過程如下：
[0030]杈_.為B的歷史值；
[0031]只有當(dāng)A1的變化達(dá)到一定值δ是才會(huì)改變狀態(tài)，Tsniffattempt增大和減少和幅度與A 1 有關(guān)，A1越大，Tsniffatte?pt的增減幅度就越大，節(jié)點(diǎn)需要更多的監(jiān)聽時(shí)隙，允許傳輸更多的數(shù) 據(jù)。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是：
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，將繁忙程度以 數(shù)據(jù)的形式形象化，并設(shè)定界值BUPPCT和B lmrer，將低能耗模式按照能耗遞減方式排列分別是 激活模式、監(jiān)聽模式和休眠模式，通過檢測流量大小后計(jì)算得到實(shí)時(shí)繁忙因子，并通過比較 該繁忙因子與界值之間的關(guān)系進(jìn)而氣動(dòng)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入何種模式。提出了一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的 調(diào)度算法策略，在該策略中，建立了自適應(yīng)算法為基礎(chǔ)的預(yù)測模型，并及時(shí)修正系統(tǒng)模塊處 于激活模式、監(jiān)聽模式和休眠模式的通信間隙。以實(shí)現(xiàn)最低功耗為原則對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng) 的資源進(jìn)行管理。該策略能夠進(jìn)一步降低系統(tǒng)的平均功耗，而且適用性更加廣泛。最后將算 法用于車載智能終端的低功耗設(shè)計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了更清楚地表述本發(fā)明，下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0038] 實(shí)施例一:激活轉(zhuǎn)換
[0039] 假設(shè)在系統(tǒng)中有6個(gè)模塊為:開機(jī)后所有模塊處于激活狀態(tài)。4*,4分別為節(jié)點(diǎn)發(fā) 送，接收數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，在安卓系統(tǒng)下可直接獲取數(shù)據(jù)包。
[0040] 參數(shù)的選擇：i為系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，本系統(tǒng)總i = 6;β為加權(quán)參數(shù)的權(quán)值是，本系 統(tǒng)采取平均加權(quán)方法。定界值Bupper和出。*^，0<81。胃<8 111^<1，理論上81。*^應(yīng)接近于0且 不等于0，Bupper接近1，會(huì)得到最優(yōu)的鏈路，但是實(shí)際情況中存在延時(shí)，所以B upper = 0.7，Blmrer =0.2，防止數(shù)據(jù)丟包；δ為監(jiān)聽狀態(tài)下改變量的經(jīng)驗(yàn)值，防止在變化比較小情況下，系統(tǒng)反 復(fù)計(jì)算，降級(jí)CPU計(jì)算量。Tsniff應(yīng)該為各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)隙的最小公倍數(shù)，給出經(jīng)驗(yàn)值為 Γ: =6〇?; =30 腐。
[0042] 其中BmEu^maxCB1)
[0043] 對(duì)應(yīng)maxCD1)的節(jié)點(diǎn)d;
[0044] B<Bi〇wer,Delete(Qactive,d), insert(Q〇ff ,d).
[0045] B^Biower,Delete(Qactive,d), insert(QSniff ,d).
[0047]對(duì)于其他的設(shè)備，保持模式不變。
[0048]實(shí)施例二:休眠轉(zhuǎn)換
[0050 ]其中 Bmax=max (B1)，tmax=max (t1)
[0051 ]對(duì)應(yīng) max^off1)的節(jié)點(diǎn) d;
[0052] B>BuPper,Delete(Q〇ff ,d), insert(Qactive,d).
[0053] B^Bupper,Delete(Q〇ff ,d), insert(QSniff ,d).
[0055]對(duì)于其他的設(shè)備，保持模式不變。
[0056]實(shí)施例三:監(jiān)聽轉(zhuǎn)換
[0061 ] D>Bupper，Delete(Qsniff，d)，insert(Qacti ve，d) ·
[0062] D<Bi〇wer,Delete(Qsnifff ,d), insert(Q〇ff ,d).
[0067]算法的性能分析:隨著Tsniff增加，節(jié)點(diǎn)上的平均吞吐量減小，平均延遲增大。因?yàn)?隨著Tsniff增加，節(jié)點(diǎn)需要更長的才能參與下一個(gè)數(shù)據(jù)共享中，這樣平均延遲也就隨之增 大。但每次傳送的數(shù)據(jù)量也增大，因此平均吞吐率雖然在較小的T sniff會(huì)減小，但是較大的 Tsniff取值使傳送數(shù)據(jù)量和延遲都增大，因此平均吞吐量隨Tsniff增大而較小幅度的減小。算 法通過實(shí)時(shí)監(jiān)控物理鏈路，獲得數(shù)據(jù)流量動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，自動(dòng)改變節(jié)點(diǎn)的連接模式和相應(yīng) 參數(shù)。這里也給出了為達(dá)到最佳網(wǎng)絡(luò)性能。結(jié)果證明算法能有效提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率，降低設(shè)備 能量消耗，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的目的。
[0068]以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng) 域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的低功耗智能調(diào)度算法，其特征在于，具體包括以下調(diào)度內(nèi)容： 繁忙程度B:根據(jù)物理鏈路的數(shù)據(jù)流量，定義物理鏈路的繁忙程度B，取值范圍從O到 I. 〇，值越大越繁忙，設(shè)定B的定界值Bupper和Bimrer，O<Bi?er<B upper< 1，作為算法自動(dòng)切換連 接模式的判斷值； 連接模式:BSBlmrer，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為休眠模式，在休眠模式下不參數(shù)據(jù)交換，進(jìn)入低能耗模 式，但保持信道同步;，節(jié)點(diǎn)置為監(jiān)聽模式，在監(jiān)聽模式時(shí)不用監(jiān)聽每個(gè)數(shù) 據(jù)傳輸時(shí)隙，只在特定的時(shí)隙里傳輸數(shù)據(jù);B多Bupper，節(jié)點(diǎn)置為激活模式，此狀態(tài)下，系統(tǒng)模 塊節(jié)點(diǎn)任何時(shí)間里都可以交換數(shù)據(jù)，為多功耗模式;假定監(jiān)聽模式的節(jié)點(diǎn)每間隔T sniff處于 監(jiān)聽狀態(tài)，這時(shí)可以傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)聽狀態(tài)都維持Tsniffatte3mpt時(shí)隙； B的計(jì)算公式為：Lrx為節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，Llx為節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，F(xiàn)為某節(jié)點(diǎn)的流量值，F(xiàn)max為節(jié)點(diǎn) 中的流量最大值，ΤΓι?為在監(jiān)聽模式下，進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)的最大間隔時(shí)間； Qactive3表示處于激活模式的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，Qoff表示處于休眠模式的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，Q sniff表示處 于監(jiān)聽模式的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，Did^d2···}系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的集合，d為某獨(dú)立模塊的節(jié)點(diǎn)，insert (Q active，d)表示將節(jié)點(diǎn)d加入到模式Q中，Dele(teacQti, ve)表d示將節(jié)點(diǎn)d從模式Q中刪除。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，其特征在于，激活模 式向休眠或監(jiān)聽模式切換的過程如下： D1為將處于激活模式的從節(jié)點(diǎn)切換到休眠或監(jiān)聽模式的優(yōu)先級(jí)，得到對(duì)于任意一個(gè)處 于激活狀態(tài)節(jié)點(diǎn)i，有β為權(quán)值，t為某從節(jié)點(diǎn)處于某模式的時(shí)間； 其中Bmax = max ( B1 )，tmax = max ( t1 )得到節(jié)點(diǎn)i ; B < Blower，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為休眠模式；B彡 Biciwer，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為監(jiān)聽模式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，其特征在于，休眠模式 向激活或監(jiān)聽模式切換的過程如下： D1為將處于休眠模式的從節(jié)點(diǎn)切換到激活或監(jiān)聽模式的優(yōu)先級(jí)，得到對(duì)于任意一個(gè)處 于激活狀態(tài)節(jié)點(diǎn)i，有β為權(quán)值，t為某從節(jié)點(diǎn)處于某模式的時(shí)間； B越大，那節(jié)點(diǎn)被切換的可能性越高，其中Bmax = max(B1)，得到節(jié)點(diǎn)i ; B>Bi_r，節(jié)點(diǎn)啟 動(dòng)為監(jiān)聽模式;B多Bupper，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為激活模式。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，其特征在于，監(jiān)聽模式 向激活或休眠模式切換的過程： 由干R奪化不女，加叔平詢后得到 β為權(quán)值，t為某從節(jié)點(diǎn)處于某模式的時(shí)間，為上次計(jì)算出的繁忙因子； 得到對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)i，Bi_r，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為休眠模式;B多Bi_r，節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)為激活模 式。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，其特征在于，進(jìn)入監(jiān)聽 模式后，節(jié)點(diǎn)可以改變監(jiān)聽參數(shù)，不需要退出監(jiān)聽模式;節(jié)點(diǎn)之間協(xié)商監(jiān)聽參數(shù)并在下一個(gè) 時(shí)隙后開始使用新的監(jiān)聽參數(shù);監(jiān)聽初始時(shí)隙由節(jié)點(diǎn)決定，節(jié)點(diǎn)根據(jù)處于監(jiān)聽狀況個(gè)數(shù)和 監(jiān)聽參數(shù)使分配在各個(gè)鏈路上的監(jiān)聽時(shí)間最大限度的不發(fā)生重疊。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，其特征在于，在監(jiān)聽模 式中改變監(jiān)聽時(shí)隙大小的過程如下：為B的歷史值； 只有當(dāng)Ai的變化達(dá)到一定值δ是才會(huì)改變狀態(tài)，Tsniffatte3mpt增大和減少和幅度與A i有關(guān)， A1越大，Tsniffatte3mpt的增減幅度就越大，節(jié)點(diǎn)需要更多的監(jiān)聽時(shí)隙，允許傳輸更多的數(shù)據(jù)。7. 枏據(jù)權(quán)利要求6所沭的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度筧法，其特征在于，8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)低功耗的智能調(diào)度算法，其特征在于，Tsn和Tsniff是在有界的定值，且Tsniffatte?pt e [Tm 'sniffattempt, T sniff attempt ] ,Tsniff^ [T lnsniff，TmaXsniff ]，如果修 應(yīng)調(diào)大
【文檔編號(hào)】H04W72/12GK106028433SQ201610345522
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月21日
【發(fā)明人】張巧玲
【申請(qǐng)人】深圳市京弘全智能科技股份有限公司