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基于情景感知的移动嵌入式设备功耗优化方法研究

作　者: 陈东棋
导　师: 高岭
学　校: 西北大学
专　业: 软件工程
关键词: 嵌入式功耗优化情景感知机器学习
分类号: TN92
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
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内容摘要

近年来,嵌入式产业发展迅速,以手机、平板电脑为代表的移动手持设备已经非常普及。在感受科技带来良好体验的同行时,也经常有用户在户面临手机电量不足所带来的问题。而目前为移动嵌入式设备供电的电池却受到其体积、重量等因素的制约,只能提供有限的电量。嵌入式设备的产品迭代速度和电池产业的技术革新速度之间的不匹配使嵌入式低功耗问题成为目前—大研究热点。目前国内外关于嵌入式低功耗方面的研究成果,主要集中在硬件工艺和软件本身的相关优化和改进。本文依托国家自然科学基金项目,将情景感知与嵌入式低功耗相结合,提出基于情景感知的移动嵌入式功耗优化的新思路,并以智能手机为平台,通过传感器对情景信息的感知,相应地调节设备的性能,以此达到降低设备功耗的目的。全文主要工作如下：1、研究现状和基础理论研究部分：详细论述了目前嵌入式低功耗领域的研究现状,阐明了基于情景感知的嵌入式功耗优化课题的研究背景和意义,并介绍了功耗优化相关的基础理论。2、以WiFi网络切换为例的功耗优化算法研究：针对用户情景信息中的WiFi网络环境,分析设备在进行网络切换时的功耗。并分析目前使用的802.11协议中定义的切换方法的不足之处以及研究其他学者提出的WiFi网络切换策略,选取快速切换算法作为基础,经过优化后提出功耗优先的WiFi网络切换算法3、基于用户行为识别的功耗优化策略研究：针对用户情景信息中的用户行为,分析了几种用户日常行为的特点和用户对于嵌入式设备的使用习惯；提出了基于用户行为识别的功耗优化策略来对应地降低不同用户行为下的设备功耗；通过机器学习的方法对用户行为进行分类,根据分类结果的不同使用相应的功耗优化策略。4、实验部分：用WiFi网络切换实验得出了功耗优先的WiFi网络切换算法在网络切换时所节省的电量：完成了基于用户行为识别的嵌入式低功耗实验,对用户行为进行识别达到了可信的准确率,并相应地应用低功耗策略,达到了降低功耗的目的。最后根据实验得出的结论提出基于情景感知的功耗优化原型系统。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 嵌入式低功耗研究现状  11-13
    1.2.2 情景感知研究现状  13-14
    1.2.3 基于情景感知的嵌入式低功耗研究现状  14-15
    1.2.4 研究现状小结  15
  1.3 本文的主要工作  15-16
  1.4 论文组织结构  16-17
第二章相关技术研究  17-31
  2.1 情景感知基础理论  17-24
    2.1.1 情景感知基本概念  17-20
    2.1.2 情景感知处理流程  20-22
    2.1.3 情景感知框架与系统结构  22-24
  2.2 机器学习基础理论  24-30
    2.2.1 机器学习概念  24-25
    2.2.2 机器学习系统模型和结构  25-26
    2.2.3 机器学习方法  26-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章基于背景扫描的WiFi网络切换功耗优化研究  31-43
  3.1 WiFi网络切换中的功耗分析  31-39
    3.1.1 IEEE802.11系列标准和工作方式  31-33
    3.1.2 WiFi网络特点总结  33-34
    3.1.3 切换过程介绍  34-37
    3.1.4 切换触发方式  37-38
    3.1.5 切换时延分析  38-39
  3.2 功耗优先切换算法设计  39-42
    3.2.1 二级预测扫描  39
    3.2.2 动态切换策略  39-41
    3.2.3 接入点选取  41-42
  3.3 本章小结  42-43
第四章基于用户行为识别的嵌入式低功耗策略研究  43-53
  4.1 用户行为与使用习惯  43-45
    4.1.1 用户行为分析  43-44
    4.1.2 智能手机使用习惯分析  44-45
  4.2 基于用户行为识别的功耗优化策略  45-48
    4.2.1 功耗优化策略库  45-47
    4.2.2 动态交互优化策略  47-48
  4.3 用户行为预测  48-52
    4.3.1 数据采集  48-50
    4.3.2 构建分类器  50-51
    4.3.3 行为识别  51
    4.3.4 迁移学习  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章实验分析和系统设计  53-63
  5.1 功耗优先的WiFi网络切换实验  53-55
    5.1.1 实验设备与环境  53-54
    5.1.2 实验内容及方案  54
    5.1.3 实验结果分析  54-55
  5.2 基于用户行为识别的功耗优化实验  55-59
    5.2.1 实验设备与环境  55-56
    5.2.2 实验内容及方案  56-57
    5.2.3 实验结果分析  57-59
  5.3 基于情景感知的功耗优化原型系统  59-61
    5.3.1 需求分析和设计目标  60-61
    5.3.2 系统框架  61
    5.3.3 开发环境  61
  5.4 本章小结  61-63
总结与展望  63-65
  总结  63-64
  展望  64-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间取得的研究成果  71-73
致谢  73

基于情景感知的移动嵌入式设备功耗优化方法研究

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