بهبود طول عمر سیستم های تعبیه شده در حین زمانبندی وظایف براساس بهینه سازی چندهدفی ازدحام ذرات

در این مقاله روش زمان بندی و نگاشت مبتنی بر الگوریتم فرامکاشفه ای بهینه سازی ازدحام ذرات (MOPSO) باهدف بهبود طول عمر به عنوان اساسی ترین چالش طراحی سیستم های نهفته چندپردازنده ای که جهت فرماندهی و مدیریت داده ها در سیستم های ماهواره ای بکار می روند ارائه شده است. بدین منظور سایر چالش های طراحی تاثیرگذار بر طول عمر شامل توان مصرفی، دمای تراشه و کارایی نیز در بهینه سازی وارد می شوند تا تاثیرات متقابل آن ها بر طول عمر سیستم لحاظ شود. وجود رابطه ناهمسو و متخاصم بین پارامترهای طراحی، منجر به پیچیده شدن فرایند بهینه سازی و جستجوی فضای طراحی در این مسئله می گردد. روش ارائه شده در این مقاله مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی چندهدفی ازدحام ذرات می باشد که به دلیل جستجوی موثر فضای طراحی و درنظر داشتن همزمان تمامی پارامترها، گزینه مناسبی در حل مسئله زمان بندی و نگاشت وظایف هدف می باشد. در این روش، جمعیت اولیه متشکل از ترتیب های اجرای معتبر زمان بندی وظایف و نگاشت تصادفی آن ها بر هسته های پردازشی و سطوح مختلف ولتاژ و فرکانس کاری می باشد. با تغییر پارامترهای زمان بندی و نگاشت وظایف در جهت بهینه سازی تابع هزینه پیشنهادی در این مقاله در جمعیت اولیه طبق الگوریتم بهینه سازی MOPSO، فضای طراحی جستجو شده و نقاط مناسب با اهداف مسئله تعریف شده استخراج می گردند. در این حین، مقیاس پویای ولتاژ و فرکانس کاری سیستم و افزودن زمان های بیکاری به اجرا با هدف بهبود توان مصرفی و دمای تراشه و گسترش دادن فضای جستجو درنظر گرفته شده است. آزمایش های متعددی به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی و قابلیت های آن توسط محک های تصادفی و واقعی از برنامه های کاربردی انجام گرفته است. نتایج آزمایش های تجربی نشان داده اند روش پیشنهادی قابلیت جستجوی موثر فضای طراحی و استخراج جواب های بهینه در چند هدف به صورت پوسته Pareto را دارد. همچنین طبق مقایسه روش پیشنهادی نسبت به روش های مکاشفه ای موثر پیشین، میانگین بهبود ۲۳%، ۳۵%، ۱۹% و ۳% در کارایی، طول عمر، دمای تراشه و توان مصرفی نشان داده شده است که این بهبود بیانگر موثر بودن روش پیشنهادی در جستجوی موثر فضای طراحی و استخراج نقاط بهینه می باشد.

Keywords:

سیستم چندپردازنده ای تعبیه شده , طول عمر , توان مصرفی , زمان بندی و نگاشت وظایف , بهینه سازی چندهدفی , بهینه سازی ازدحام ذرات