家庭网络能源管理与多核SoC片上总线架构优化

# 家庭网络能源管理与多核SoC片上总线架构优化 ## 1 家庭网络能源管理 ### 1.1 背景与需求 随着韩国家庭网络系统的迅速普及，它凭借随时随地的连接性，将“家”的概念拓展到了网络世界。用户可以通过PC、手机和远程信息处理设备远程连接家庭网络系统，实时查看房屋安全状况，甚至与访客进行视频通话。然而，这种始终在线的连接性在带来便利的同时，也显著增加了能源消耗。 在全球能源资源短缺和减少二氧化碳排放的大趋势下，家庭网络系统需要提高能源效率，以实现更广泛的应用。此前，人们已经在多个方面做出了努力，例如开发节能材料和芯片组、调整CPU时钟和电压、优化通信速度和功率以及控制软件进程等。但从整个系统的角度来看，这些努力还远远不够。 ### 1.2 系统配置 典型的家庭网络系统通常由控制设备、传感器设备、信息设备、数据设备和AV设备组成。一般来说，控制和传感器设备的功耗相对较低，因为它们设计用于单一目的，不需要高计算性能。而信息和AV设备由于其复杂和先进的服务性质，消耗的能量要高得多。 不同设备连接到家庭网络系统的方式多种多样，很难确定一个统一的标准配置。在本研究中，根据设备的功能特性和行业趋势，为每个设备选择了合适的网络介质： - 传感器节点大多选择电池供电的Zigbee。 - 控制设备在工作时通常需要较高的电力，因此在需要时直接提供交流电，同时使用Zigbee进行通信。 - 信息设备使用低速PLC。 - 数据和AV设备使用以太网。 | 设备类型 | 功率消耗 | | --- | --- | | 无处不在的传感器网络设备 | 25 - 1500mW | | 信息设备 | 高待机功率 | | 住宅网关和家庭自动设备（门铃电话） | 高待机功率 | ### 1.3 系统分析 #### 1.3.1 设备类型分类 根据设备产生或使用的数据性质，家庭网络中的设备功能可分为4种基本类型： - 事件源：产生紧急信号，应立即影响其他家庭网络系统。 - 事件汇：接收事件源产生的数据，因此应始终准备好接收来自其他节点的数据。 - 信息源：产生可能重要但不紧急的数据。 - 信息汇：接收信息源产生的数据。 这些类型可以通过其服务中的延迟敏感性来表示。然而，一些执行复杂功能的设备很难归类。 #### 1.3.2 不同生活模式下的设备类型 在现实生活中，设备类型会根据家庭的状态而变化，家庭状态可以用生活模式来表示，如在家、外出和睡眠。在每种模式下，设备的类型可能会有所不同。例如，运动探测器在睡眠和外出模式下对于监控意外入侵很重要，但在在家模式下可能会因家庭成员的活动而产生误报，因此在该模式下更适合用于收集和分析生活模式。 | 生活模式 | 运动探测器 | 灯光控制 | | --- | --- | --- | | 在家 | 收集和分析生活模式 | 立即响应命令 | | 外出 | 监控意外入侵 | 响应延迟可接受 | | 睡眠 | 监控意外入侵 | 立即响应命令 | ### 1.4 节能策略与效果 #### 1.4.1 节能策略