[发明专利]一种基于嵌入式系统的无线网卡动态电源管理方法

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式系统的动态电源管理技术领域，特别是涉及一种基于嵌入式系统的无线网卡动态电源管理方法。

背景技术

近年来，随着嵌入式技术的迅速发展，嵌入式设备得到了广泛的应用，在给人们日常生活提供便利的同时也暴露了一些缺陷和不足。能量消耗问题是嵌入式系统设计中普遍关注的重点与热点。

针对嵌入式系统不同的系统部件，业界已提出多种电源管理技术，例如CPU调频技术。随着无线技术的进步，无线通信在嵌入式系统中变得越来越重要。换句话说，无线网卡的能耗在嵌入式系统总能耗中占有较大的比重。研究测试表明，无线网卡能量消耗占系统总能耗的35％，因此，降低无线网卡的能量消耗对于整个系统来说意义重大。

动态电源管理(Dynamic Power Management，DPM)是实现低功耗的主要技术，设备通常具有不同的能量消耗等级，在运行过程中，在满足一定性能约束条件下，DPM通过观察设备负载将设备动态的切换到不同的能耗状态的方法来达到节省设备能耗的目的，例如，设备空闲(Idle)时，采用某种策略将设备转入能耗更低的状态(Standby)。DPM能解决无线网卡的能耗问题：当无线网卡不工作时，关闭无线网卡，从而达到省电的目的。

目前国外关于无线网卡DPM的研究主要集中在DPM算法的理论研究，对于算法在具体实现涉及得比较少；国内对DPM的研究实现大多以CPU、磁盘作为研究对象，对于无线网卡DPM的研究几乎没有。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于嵌入式系统的无线网卡动态电源管理方法。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：

一种基于嵌入式系统的无线网卡动态电源管理方法，包括如下三个步骤：

1)对无线网卡的使用状态进行划分，包括第一状态Active，表示无线网卡忙于收发数据，第二状态Standby/Waiting，表示无线网卡没有收发数据，但无线信号发射器未断电，第三状态Sleep，表示无线网卡的无线信号发射器断电，但其他耗电单元仍工作，第四状态Off，表示无线网卡的所有耗电单元都处于断电状态，第五状态Idle，表示无线网卡在Standby与Sleep状态间定期转换；

2)通过对嵌入式系统内核的操作实现无线网卡的负载检测；

3)根据步骤2)所获得的负载情况实现无线网卡的状态转换；

4)采用半马尔科夫模型对无线网卡动态电源管理进行优化。

上述技术方案中，所述步骤2)通过在嵌入式系统获取无线网卡的net_device结构实现无线网卡的负载检测，具体在Linux系统下通过如下两种方式获得net_device结构：

一是通过搜索维护网络设备的全局链表dev_base；

二是通过无线网卡驱动程序接口的方式。

所述步骤3)实现的状态转换包括从Standby状态到Off状态，以及从Off状态到Active状态，具体在Linux系统下通过无线网卡驱动中提供的接口与对无线网卡相关标识位的操作实现无线网卡的关闭与开启，从而实现无线网卡的状态转换，所涉及的接口包括第一接口CheckMode，表示查询无线网卡所处的状态，返回0表示无线网卡处于Off状态，返回1表示无线网卡不处于Off状态，第二接口On，表示将无线网卡唤醒，第三接口Off，表示将无线网卡关闭。

所述步骤4)将电源管理问题建模成半马尔可夫过程，半马尔可夫模型表达式的定义如下：

F(ti|si，ai)：表示在状态si时发出命令ai，在ti结束之前有事件发生的概率分布；

p(s(i+1)|si，ai，ti)：表示在状态si时发出命令ai，在ti结束之前有事件发生的条件下，系统转换到状态s(i+1)的概率；

m(j|s，a)：表示在状态s时发出命令a，系统转换到状态j的概率，

y(s，a)：表示在状态s时发出命令a，处于状态s的期望时间，

cost(s，a)：表示在s时发出命令a的平均代价，包括能耗代价和性能损耗代价，其中k(si，ai)表示在状态si时发出命令ai的固定代价，c(s(i+1)，si，ai)表示在状态si时发出命令ai，接下来的状态是s(i+1)的代价率，Si+1是si有可能转化到的状态的集合；

对性能约束和能耗约束下的最优化策略的求解等价于对下面式子的求解：