علوم، فناوری و کاربردهای فضایی (Aug 2021)
بهبود طول عمر سیستم های تعبیه شده در حین زمانبندی وظایف براساس بهینه سازی چندهدفی ازدحام ذرات
Abstract
در این مقاله روش زمانبندی و نگاشت مبتنی بر الگوریتم فرامکاشفه‌ای بهینه‌سازی ازدحام ذرات (MOPSO) باهدف بهبود طول‌عمر به‌عنوان اساسی‌ترین چالش طراحی سیستم‌های نهفته چندپردازنده‌ای که جهت فرماندهی و مدیریت داده‌ها در سیستم‌های ماهواره‌ای بکار می‌روند ارائه شده است. بدین منظور سایر چالش‌های طراحی تاثیرگذار بر طول‌عمر شامل توان مصرفی، دمای تراشه و کارایی نیز در بهینه‌سازی وارد می‌شوند تا تاثیرات متقابل آن‌ها بر طول‌عمر سیستم لحاظ شود. وجود رابطه ناهمسو و متخاصم بین پارامترهای طراحی، منجر به پیچیده شدن فرایند بهینه‌سازی و جستجوی فضای طراحی در این مسئله می‌گردد. روش ارائه شده در این مقاله مبتنی بر الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفی ازدحام ذرات می‌باشد که به‌دلیل جستجوی موثر فضای طراحی و درنظر داشتن همزمان تمامی پارامترها، گزینه مناسبی در حل مسئله زمانبندی و نگاشت وظایف هدف می‌باشد. در این روش، جمعیت اولیه متشکل از ترتیب‌های اجرای معتبر زمانبندی وظایف و نگاشت تصادفی آن‌ها بر هسته‌های پردازشی و سطوح مختلف ولتاژ و فرکانس کاری می‌باشد. با تغییر پارامترهای زمانبندی و نگاشت وظایف در جهت بهینه‌سازی تابع هزینه پیشنهادی در این مقاله در جمعیت اولیه طبق الگوریتم بهینه‌سازی MOPSO، فضای طراحی جستجو شده و نقاط مناسب با اهداف مسئله تعریف شده استخراج می‌گردند. در این حین، مقیاس پویای ولتاژ و فرکانس کاری سیستم و افزودن زمان‌های بیکاری به اجرا با هدف بهبود توان مصرفی و دمای تراشه و گسترش دادن فضای جستجو درنظر گرفته شده است. آزمایش‌های متعددی به‌منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی و قابلیت‌های آن توسط محک‌های تصادفی و واقعی از برنامه‌های کاربردی انجام گرفته است. نتایج آزمایش‌های تجربی نشان داده‌اند روش پیشنهادی قابلیت جستجوی موثر فضای طراحی و استخراج جواب‌های بهینه در چند هدف به‌صورت پوسته Pareto را دارد. همچنین طبق مقایسه روش پیشنهادی نسبت به روش‌های مکاشفه‌ای موثر پیشین، میانگین بهبود 23%، 35%، 19% و 3% در کارایی، طول‌عمر، 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 می‌باشد.
Keywords
