EStacker：利用能量堆栈解释无电池物联网系统的性能

《ACM Transactions on Embedded Computing Systems》：EStacker: Explaining Battery-Less IoT System Performance with Energy Stacks

为解决电池供电物联网设备能耗不可持续问题，本文提出ES塔器评估平台，实现公平可重复的能源环境测试，并生成分解硬件和应用层能耗的能量堆栈。结合ST-SP时间空间优化算法，使评估时间缩短6.3倍，同时保持系统时序行为误差仅7.7%。通过两个案例验证，第一案例优化能耗后性能提升3.3倍，第二案例利用优化算法将设计空间探索时间从41.7天缩短至7.7天。

　　

摘要

物联网（IoT）设备的数量正在呈指数级增长，仅依靠电池为所有这些设备供电在环境和经济上都是不可持续的。关键的替代方案是能量收集技术，但无电池的IoT系统需要经过广泛的评估，以证明其在预期运行条件的整个范围内具有足够的性能。因此，IoT开发者需要一个评估平台，该平台能够（i）确保每个被评估的应用程序和配置都处于完全相同的能量环境和事件中，以及（ii）详细记录应用程序如何使用收集到的能量。为此，我们开发了EStacker评估平台，该平台（i）实现了公平且可重复的评估，（ii）能够生成能量使用情况报告。能量使用情况报告将应用程序的总能耗分解为各个硬件组件和应用程序活动所消耗的能量，从而明确指出应用程序具体使用了哪些能量。我们通过引入ST-SP优化技术进一步增强了EStacker的功能，在实验中，该技术平均将评估时间缩短了6.3倍，同时通过按比例调整时间和功率，保持了无电池IoT系统的时间行为（平均吞吐量误差为7.7%）。我们通过两个案例研究展示了EStacker的实用性。在第一个案例研究中，我们利用能量使用情况报告识别出了一个性能问题，解决该问题后，性能提升了3.3倍。第二个案例研究重点关注ST-SP技术，我们利用它在一周（7.7天）内完成了对智能停车应用中能量收集器和储能设备尺寸的设计探索。如果没有ST-SP技术，完成这一设计探索将需要超过一个月（41.7天）的时间。