《面向物聯網的低功耗、多協定支持的處理節點研究》是依託北京理工大學，由張延軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向物聯網的低功耗、多協定支持的處理節點研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：張延軍
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
無線感測網是物聯網的核心子系統，無線感測網處理節點的低功耗設計是提高物聯網生命周期的關鍵技術。當前物聯網低功耗研究主要是獨立的面向各個模組的低功耗技術研究，本課題擬採用專用處理器設計方法，結合物聯網通信協定，從提高協定效率、降低節點整體開啟時間的角度來降低整個物聯網的功耗。通過對無線感測網協定的分析與數學建模，結合特定套用的專用處理器理論，研究支持多種協定的、低處理延遲的高性能感測網節點。項目將從無線協定棧和專用處理器研究方法兩方面進行深入的理論分析和套用設計。首先對現有的無線感測網協定進行分析並建立數學模型，探知協定性能極限，求解約束條件下最佳化問題，推導協定運行參數等；然後將結合專用處理器設計方法，從改進作業系統、最佳化協定棧運行效率、加速數位訊號處理運行等方面設計物聯網節點專用處理器，從而提升物聯網節點的運行效率，延長睡眠時間，從而降低物聯網節點的功耗。
結題摘要
無線感測網路作為物聯網的核心是當前國內外倍受關注的研究熱點，其在布局、裝配成本、布線需求和移動性等方面有著諸多的優勢。然而,由於絕大部分無線感測網的感測器節點主要套用電池供電，電池的壽命就決定了整個無線感測網的使用壽命。因此，無線感測網的低功耗設計是無線感測網研究的一個很重要的方向。本項目將專用處理器設計方法套用於物聯網的設計，可以有效降低網路功耗，提高網路的性能，延長網路生命周期。物聯網的協定和套用有其自身的特點，本課題通過對無線感測網協定進行建模和分析，設計出適用於無線感測網的專用處理器。這種處理器是針對感測網的特性而設計並最佳化的，因此，它具有適合於無線感測網套用的結構及指令集，在無線感測網中具有低功耗、高性能的優點。專用處理器的主要思想是根據目標套用的特點提取專用指令集，從而提高目標處理器的性能。本課題對物聯網中廣泛採用的網路協定802.15.4進行了分析。通過仿真物聯網套用中常用的五種場景來提取協定的特徵。從函式的運行占用時間和調用次數兩個參數入手，提取出協定中的重點函式，為後續的專用指令設計提供依據。完成了目標套用的特徵提取以後，本課題進行了專用處理器指令集的設計。指令集包括必需指令和專用指令兩個部分。必需指令是保證處理器功能完整所必需的指令；專用指令是根據目標套用的特點，為了提高處理器的性能而專門設計的指令。課題從協定的重點函式入手，設計了“位比較”指令、幀構建指令等多條專用指令。另外，課題研究了如何從硬體角度降低目標處理器的功耗，研究了如何將異步電路設計技術套用於專用處理器的設計。設計了一整套用於異步電路控制電路的基本模組。通過這些模組的互聯，可以方便的設計出異步電路的控制邏輯。最後，課題研究了處理器工具鏈設計的相關技術，主要包括編譯器的設計和仿真器的設計。提出了一種有效的提高處理器效率的指令調度方法和暫存器分配方法。同時，基於所設計的專用處理器，設計了一款周期級精確的仿真器，可以對處理器的狀態及各內部暫存器進行精確的軟體仿真。科研成果方面，本課題共發表期刊論文6篇，其中5篇被SCI檢索、一篇被EI檢索。同時，課題還申請一項國家發明專利，專利申請號為201510887564.6。在學生培養方面，共有三名碩士生參與該課題，其中兩人已畢業、一人在讀。
