一種面向自供能系統的任務調度方法及能量管理裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種面向自供能系統的任務調度方法及能量管理裝置，涉及任務調度領域。其中，所述方法包括：根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到各任務分別在當前時刻的風險系數；對自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率；根據各任務的風險系數、平均功率、各任務的執行平均功率和各任務的執行時間計算得到各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值；將各任務的自適應電壓閾值分別與儲能電容在當前時刻的電壓值進行比較，得到自適應電壓閾值小于電壓值的任務集合；根據各任務的優先級在任務集合中選擇當前時刻執行的任務。通過本發明專利技術，可以提高系統總任務的完成率。

A task scheduling method for energy system and energy management device

The present invention provides a task scheduling method for energy system and energy management device, relates to a task scheduling field. Among them, the method comprises: according to the task information table preset in the execution time of each task are respectively calculated the risk coefficient in the current moment; for energy scavenging system to collect energy prediction in a preset period of time in the future, the system can get the average power in a preset period of time in the future confession; according to the task execution risk coefficient, average power, average power of each task and the task execution time of each task were calculated by adaptive threshold voltage in the current moment; adaptive threshold voltage of each task separately with the energy storage capacitor voltage in the current time value, the adaptive threshold voltage is less than the value of the voltage the task set; according to the priority of each task execution time current task in the task set. The invention can improve the total task completion rate of the system.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及任務調度領域，具體地，涉及一種面向自供能系統的任務調度方法及能量管理裝置。
技術介紹
近年來，物聯網和可穿戴設備得到了突飛猛進的發展，高性能、小體積已成為可穿戴設備的重要發展趨勢。高性能的需求意味著系統能耗的提升，而目前電池的發展速度已經遠遠落后于能耗需求的增加，并且電池供電依然存在體積重量大和維護費用昂貴的問題。而能量采集系統則能夠通過采集外界能量，源源不斷地為整個系統提供清潔無污染的能源。因此，自供能已經成為物聯網重要的能量獲取方式。然而，自供能存在著能量有限，變化劇烈以及難以預測的缺陷，因此，物聯網節點需要通過合理存儲和利用有限的采集能量，并根據不同負載的能量需求進行合理的任務調度，使得能量利用效率最優化。物聯網節點中，除了處理器內部的信號處理和控制操作外，還存在處理器與周邊設備進行數據通信和信息交互的操作，如傳感器信息從傳感器讀回到處理器中，存儲器芯片中數據的寫入和讀出，以及數據通過射頻單元進行發送接收等。對于通信任務，每次任務執行都不容許被中斷，因為輸入輸出接口為易失的，任務一旦被中斷，已經完成的任務進度都會丟失，包括設備配置信息的丟失和傳輸數據的丟失，任務執行所消耗的能量也會因任務執行失敗而浪費。下次重啟時，系統需要重新執行此類任務。因此，我們稱此類任務為需要執行原子操作的任務。在自供能系統中，每次原子操作都必須要保證在足夠的能量下才能完成。因此，系統的能量管理裝置需要能夠提供此類支持。此外，由于每個原子操作都有完成時間的約束，每次任務執行都需要在截止時間前完成。而在自供能系統中，時間和能量均為有限的，并且能量的分布也是未知的，如何對能量管理裝置的電路和對應的任務調度算法進行重新設計，使得系統能夠充分利用有限的能量并且有充裕的時間完成此類需要進行原子操作的任務，是自供能系統面臨的一個重要挑戰。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種面向自供能系統的任務調度方法及能量管理裝置。其中，所述方法所要解決的技術問題是：如何避免由于任務執行原子操作失敗而導致的能量浪費和時間損失。為了實現上述目的，本專利技術提供一種面向自供能系統的任務調度方法。所述方法包括：根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數；對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率；根據所述各任務的風險系數、所述平均功率、所述各任務的執行平均功率和所述各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值；將所述各任務的自適應電壓閾值分別與所述儲能電容在當前時刻的電壓值進行比較，得到所述自適應電壓閾值小于所述電壓值的任務集合；根據所述各任務的優先級在所述任務集合中選擇當前時刻執行的任務，從而實現任務調度，其中，所述預設的任務信息表包括以下中的至少一者：所述各任務的執行時間、執行平均功率和優先級。可選地，所述根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數之前，所述方法還包括：對所述自供能系統中的各任務分別進行統計，得到所述各任務的執行時間和執行平均功率；根據所述各任務的執行時間和執行平均功率計算得到所述各任務的優先級。可選地，所述根據所述各任務的執行時間和執行平均功率計算得到所述各任務的優先級，包括：根據以下公式一計算得到所述各任務的優先級：其中，ωn表示第n個任務的預設權重，Pn表示第n個任務的執行平均功率，Tn表示第n個任務的執行時間，ρn表示第n個任務的優先級。可選地，所述根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數，包括：根據以下公式二計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數：其中，其中，βn,i表示第n個任務在第i個時刻的風險系數，βi表示所述自供能系統整體在第i個時刻的風險系數，γn,i表示第n個任務在第i個時刻的風險系數的修正參數，α和λ均表示可調的常數因子，Nt表示所述自供能系統在任務執行周期內的時間段個數，Δt表示每個時間段的長度，N表示任務總數，δk表示第k個任務在第i個時刻是否完成的標志，δk＝0表示第k個任務在第i個時刻已經成功執行，Tk表示第k個任務的執行時間，δt,n表示第n個任務在第t個刻的是否完成的標志，Sn表示第n個任務的歷史成功執行次數，Fn表示第n個任務的歷史失敗執行次數。可選地，所述對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率，包括：采用天氣條件移動平均WCMA算法對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率。可選地，所述根據所述各任務的風險系數、所述平均功率、所述各任務的執行平均功率和所述各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值，包括：根據以下公式三計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值：其中，其中，Vth2,n表示第n個任務在第i個時刻的自適應電壓閾值，βi表示所述自供能系統整體在第i個時刻的風險系數，γn,i表示第n個任務在第i個時刻的風險系數的修正參數，Cbulk表示所述儲能電容的電容大小，Pn表示第n個任務的執行平均功率，Tn表示第n個任務的執行時間，Vmin表示維持所述自供能系統工作的最小電壓值，ΔT表示所述未來的預設時間段，Pe表示所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率，Vth1,n表示在僅用所述儲能電容供能的情況下執行第n個任務所需要的最小電容電壓。可選地，所述各任務為所述自供能系統中執行原子操作的任務。相應地，本專利技術還提供一種面向自供能系統的能量管理裝置，所述自供能系統包括儲能電容，所述裝置包括：風險系數單元，用于根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數；能量預測單元，用于對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率；自適應閾值單元，用于根據所述各任務的風險系數、所述平均功率、所述各任務的執行平均功率和所述各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值；任務調度單元，用于將所述各任務的自適應電壓閾值分別與所述儲能電容在當前時刻的電壓值進行比較，得到所述自適應電壓閾值小于所述電壓值的任務集合，并根據所述各任務的優先級在所述任務集合中選擇當前時刻執行的任務，從而實現任務調度，其中，所述預設的任務信息表包括以下中的至少一者：所述各任務的執行時間、執行平均功率和優先級。可選地，所述風險系數單元，具體用于：根據以下公式二計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數：其中，其中，βn,i表示第n個任務在第i個時刻的風險系數，βi表示所述自供能系統整體在第i個時刻的風險系數，γn,i表示第n個任務在第i個時刻的風險系數的修正參數，α和λ均表示可調的常數因子，Nt表示所述自供能系統在任務執行周期內的時間段個數，Δt表示每個時間段的長度，N表示任務總數，δk表示第k個任務在第i個時刻是否完成的標志，δk＝0表示第k個任務在第i個時刻已經成功執行，Tk表示第k個任務的執行時間，δt,n表示第n個任務在第t個刻的是否完成的標本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種面向自供能系統的任務調度方法，所述自供能系統包括儲能電容，其特征在于，所述方法包括：根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數；對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率；根據所述各任務的風險系數、所述平均功率、所述各任務的執行平均功率和所述各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值；將所述各任務的自適應電壓閾值分別與所述儲能電容在當前時刻的電壓值進行比較，得到所述自適應電壓閾值小于所述電壓值的任務集合；根據所述各任務的優先級在所述任務集合中選擇當前時刻執行的任務，從而實現任務調度，其中，所述預設的任務信息表包括以下中的至少一者：所述各任務的執行時間、執行平均功率和優先級。

【技術特征摘要】
2016.05.25 CN 20161035655781.一種面向自供能系統的任務調度方法，所述自供能系統包括儲能電容，其特征在于，所述方法包括：根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數；對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率；根據所述各任務的風險系數、所述平均功率、所述各任務的執行平均功率和所述各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值；將所述各任務的自適應電壓閾值分別與所述儲能電容在當前時刻的電壓值進行比較，得到所述自適應電壓閾值小于所述電壓值的任務集合；根據所述各任務的優先級在所述任務集合中選擇當前時刻執行的任務，從而實現任務調度，其中，所述預設的任務信息表包括以下中的至少一者：所述各任務的執行時間、執行平均功率和優先級。2.根據權利要求1所述的面向自供能系統的任務調度方法，其特征在于，所述根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數之前，所述方法還包括：對所述自供能系統中的各任務分別進行統計，得到所述各任務的執行時間和執行平均功率；根據所述各任務的執行時間和執行平均功率計算得到所述各任務的優先級。3.根據權利要求2所述的面向自供能系統的任務調度方法，其特征在于，所述根據所述各任務的執行時間和執行平均功率計算得到所述各任務的優先級，包括：根據以下公式一計算得到所述各任務的優先級：其中，ωn表示第n個任務的預設權重，Pn表示第n個任務的執行平均功率，Tn表示第n個任務的執行時間，ρn表示第n個任務的優先級。4.根據權利要求1所述的面向自供能系統的任務調度方法，其特征在于，所述根據預設的任務信息表中各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數，包括：根據以下公式二計算得到所述各任務分別在當前時刻的風險系數：其中，βi=α·(Nt-i)·Δt-Σk=1Nδk·TkNt·Δt-Σk=1NTk]]>γn,i=λ·Σt=1iδt,n·(Sn-Fn)]]>其中，βn,i表示第n個任務在第i個時刻的風險系數，βi表示所述自供能系統整體在第i個時刻的風險系數，γn,i表示第n個任務在第i個時刻的風險系數的修正參數，α和λ均表示可調的常數因子，Nt表示所述自供能系統在任務執行周期內的時間段個數，Δt表示每個時間段的長度，N表示任務總數，δk表示第k個任務在第i個時刻是否完成的標志，δk＝0表示第k個任務在第i個時刻已經成功執行，Tk表示第k個任務的執行時間，δt,n表示第n個任務在第t個刻的是否完成的標志，Sn表示第n個任務的歷史成功執行次數，Fn表示第n個任務的歷史失敗執行次數。5.根據權利要求1所述的面向自供能系統的任務調度方法，其特征在于，所述對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率，包括：采用天氣條件移動平均WCMA算法對所述自供能系統在未來的預設時間段內采集得到的能量進行預測，得到所述自供能系統在未來的預設時間段內的平均功率。6.根據權利要求1所述的面向自供能系統的任務調度方法，其特征在于，所述根據所述各任務的風險系數、所述平均功率、所述各任務的執行平均功率和所述各任務的執行時間計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值，包括：根據以下公式三計算得到所述各任務分別在當前時刻的自適應電壓閾值：其中，Vth1,n=(2·Pn·TnC...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉勇攀，李澤偉，李金陽，武通達，楊華中，內貴崇，吉村隆治，谷內光治，
申請(專利權)人：清華大學，羅姆株式會社，
類型：發明
國別省市：北京;11