Оптимизация энергопотребления вычислительных устройств интернета вещей с использованием адаптивных методов обработки данных

Аннотация

Автономные вычислительные узлы интернета вещей питаются от первичных химических источников ограниченной ёмкости, и доминирующей статьёй расходования заряда остаётся радиоканал. Периодический сбор данных с фиксированным шагом порождает избыточный по информативности трафик при жёстко ограниченном ресурсе элемента питания. Цель работы – количественно оценить выигрыш по среднему току и календарному ресурсу узла от переноса обработки данных на сам узел через адаптивные механизмы: выборку по значимому приращению, сжатие полезной нагрузки и локальную агрегацию событий. Построена авторская энергетическая модель узла на базе приёмопередатчика LoRa и микроконтроллера низкого энергопотребления; для четырёх сценариев рассчитан суточный баланс заряда по подсистемам и ресурс при питании от элемента Li-SOCl2 ёмкостью 2600 мА·ч. Средний ток снижается со 141,5 до 40,6 мкА, что соответствует сокращению энергопотребления на 71,3% и продлению ресурса с 1,94 до 6,75 года. Основной вклад вносит сокращение числа и длительности передач, а не сжатие; после устранения избыточного трафика радиоканал удерживает около 88% суточного заряда.