بهبود طول عمر در سيستم‌هاي بي‌درنگ سخت مجهز به برداشتگر انرژي محيطي و مخزن مركب انرژي با استفاده از زمانبندي وظايف

Lifetime Improvement Using Task Scheduling in Hard Real-Time Systems Equipped with Environmental Energy Harvester and Hybrid Energy Storage

اين مقاله به بررسي تاثير زمانبندي وظايف بر روي طول عمر يك سيستم بي‌درنگ سخت كه از مخزن انرژي مركب متشكل از باتري و ابرخازن و برداشتگر انرژي خورشيدي براي تامين انرژي خود استفاده مي‌كند، مي‌پردازد. منظور از طول عمر سيستم در اين مستند لحظه شروع به كار سيستم تا لحظه مختل شدن وظايف آن به دليل نبود انرژي است. با توجه به خواص غيرخطي باتري و ابرخازن كه موجب مي‌شود شارژ داخلي آن‌ها در دو بخش در دسترس (IAC) و غيرقابل دسترس (IUC) تقسيم شود، طول عمر چنين سيستمي كاملا به الگوي شارژ و دشارژ مخزن انرژي وابسته است زيرا اين الگو نهايتا منجر به ميزان شارژ ذخيره شده در بخش IUC و ميزان شارژ استخراج شده از اين بخش مي‌شود. بنابراين با مديريت الگوي شارژ/دشارژ مخازن انرژي مي‌توان روي طول عمر سيستم و افزايش آن تاثيرگذار بود. از آنجايي كه الگوي رسيدن انرژي از محيط خارج از كنترل سيستم است، ايده اصلي اين مقاله تاثيرگذاري بر روي الگوي شارژ/دشارژ مخزن از طريق تنظيم الگوي مصرف انرژي است تا در نهايت طول عمر سيستم بهبود يابد. در اين راستا، ابتدا دو الگوريتم زمانبندي MCF و MGF كه به ترتيب سعي در اجراي پرمصرف‌ترين و كم مصرف‌ترين كار حاضر در سيستم هستند ارايه مي‌شوند. سپس الگوريتم MCG كه در هر برهه از زمان با توجه به شرايط در مورد استفاده از يكي از الگوريتم‌هاي مذكور تصميم مي‌گيرد، ارايه شده است. نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهد كه اين الگوريتم بين 5% تا 16% طول عمر سيستم را افزايش مي‌دهد. با توجه به اينكه در سالهاي اخير موضوع استفاده از ابرخازن در كنار باتري و سلولهاي خورشيدي در سامانه هاي فضايي مطرح شده است، لذا نتايج اين تحقيق مي تواند براي استفاده در ماهواره ها نيز كاربرد داشته باشد.

In this paper, we investigate the effect of task scheduling on the lifetime of a real- time hard drive system that uses a composite energy tank consisting of a battery, a super capacitor, and a solar energy picker to power supply itself. The lifetime of a system in this document is the moment the system starts until the moment its tasks are disrupted due to lack of energy. Due to the nonlinear properties of batteries and super capacitors which cause their internal charge to be divided into available (IAC) and inaccessible (IUC); the lifetime of such a system depends entirely on the charging and discharging pattern of the energy tank. Ultimately, its leads to the amount of charge stored in the IUC section and the amount of charge extracted from this section. Therefore, we can influence the lifetime of the system and increase it by managing the charge/ discharge pattern of energy tanks. Since the pattern of energy delivery from the environment is beyond the control of the system, the main idea of this paper is to influence the charge/ discharge pattern of the tank by adjusting the pattern of energy consumption to improve the lifetime of the system. In this regard, we have presented two scheduling algorithms MCF and MGF, which are respectively trying to perform the most consumed and least consumed task in the system, then using the MCG policy, which at any time, Decisions are made on the use of one of these algorithms according to the conditions. Experimental results show that we can increase system lifetime between 5% and 16%. Considering that in recent years the issue of using super capacitors along with batteries and solar cells in space systems has been raised, so the results of this research can be investigated for use in satellites.