TU BRAUNSCHWEIG
| Carl-Friedrich-Gauß-Fakultät | Informatik
Informatikzentrum

Risk-oriented Task Scheduling for Wireless Sensor Nodes

Bearbeiter (anonym, Login erforderlich)
Betreuer Dr. Ulf Kulau
Professor Prof. Dr.-Ing. Lars Wolf
Projekt potatonet
reap
IBR Gruppe CM (Prof. Wolf)
Art Bachelorarbeit, Masterarbeit, Projektarbeit
Status offen
Beginn tbd

Einleitung

Der Betrieb von Komponenten unterhalb der Versorgungsspannung wird als Undervolting bezeichnet. Insbesondere bei CMOS basierten Komponenten kann hierdurch die dynamische Verlustleistung enorm reduziert werden. Am IBR wurde in vorangegangenen Arbeiten ein adaptives Undervolting - IdealVolting - entwicklet. Dabei wird auf jedem Sensorknoten die individuelle Minimalspannung angenommen und je nach Temperatureinfluss adaptiert.

Zwar wurde gezeigt, dass ein mit IdealVolting betriebener Sensorknoten einem Sensorknoten mit normaler Versorgungsspannung in nichts nachsteht, jedoch werden die Komponenten außerhalb ihrer Spezifikation betrieben. Somit kann es nie ausgeschlossen werden, dass nicht doch ein Fehler auftritt und die Prozessausführung auf einem Sensorknoten gestört wird.

Die Idee ist nun, den mit IdealVolting betriebenen Sensorknoten mit einem Energy-Harvester auszustatten. Ein Energy-Harvester wandelt bspw. Vibrationen, Temperaturdifferenzen, ... in elektrische Energie, welche zum Betreiben eines Sensorknotens genutzt werden kann. Dabei ist die aus der Umgebung bezogene Energie oftmals sehr viel kleiner als diejenige, welche für den Betrieb eines Sensorknotens benötigt wird. Hierfür wird ein Akkumulator (meistens ein Kondensator, Super-Cap) eingesetzt. Je nach 'Füllstand' des Akkumulators kann der Sensorknoten bestimmte Aufgaben übernehmen. Man kann sich vorstellen, dass der Füllstand eines Akkumulators einen dauerhafte Betrieb des Sensorknotens nicht gewährleisten kann. Ein Scheduling kann hier die Lösung sein, um eine bestmögliche Auslastung des Sensorknotens zu gewährleisten.

Aufgabenstellung

Wie bereits erwähnt, wäre es möglich den Sensorknten auch mit IdealVolting zu betreiben. Dadurch würde man aber auch das (zugegeben sehr geringe) Risiko von Fehlern eingehen, was nicht für jeden Task akzeptabel ist. Eine Priorisierung von Tasks könnte hier sinnvoll sein.

Ferner ist das Umschalten zwischen normaler Spannung und dem IdealVolting nicht ohne Kosten verbunden. Es beötigt Zeit und die Implementierung vom IdealVolting benötigt auch einen gewissen Overhead.

Ein Vorteil ist, dass man alle Vor- und Nachteile numerisch bestimmen kann. Man kann berechnen, welche Energie ein Task im IdealVolting bzw. unter normaler Spannung benötigt. Man bekommt einen Schedule und kennt somit die Deadlines und man kennt den Overhead für das Umschalten. Problematisch ist hier der Harvester, dessen Füllstand durchaus schwanken kann. Anhand des Füllstandes soll nun also ein Scheduling entwickelt werden, welches eine bestmögliche Ausnutzung garantiert. Dabei können natürlich auch verschiedenen Strategien verwendet werden. Beispielsweise bestmögliche Energieeffizienz, bestmögliche Zuverlässigkeit, ...

Es wird gefordert, dass der Scheduler letztlich auf eine richtigen Hardware (Undervolting-fähige INGA 1.6.1) portiert wird. Daher sind Kenntnisse in C und in der Programmierung von Mikrocontrollern allgemein von Vorteil.

Links


aktualisiert am 19.07.2016, 10:45 von Dr. Ulf Kulau
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