22、低功耗设备电源优化的博弈论方法

低功耗设备电源优化的博弈论方法

1. 研究动机

近年来，限制低功耗移动设备的能耗成为重要研究目标。这些设备受尺寸和电池寿命限制，因此最小化各组件能耗是重要设计目标，也面临诸多挑战。

目前，研究者已提出多种电源优化方案，涵盖系统缓存、外部内存访问优化、CPU动态电压缩放（DVS）、磁盘和网络接口动态电源管理等。未来的低功耗移动设备将成为“电源感知”系统，能根据运行环境调整行为，各组件也具备多种电源管理模式。

然而，现有针对单个组件的电源优化技术往往忽略了其他组件的策略。因此，需要研究各组件电源管理之间的相互作用。当多个组件协同实现节能时，最激进的策略未必是最佳选择。我们将系统视为组件集合，它们从共享电池获取电源并提供效用。问题在于，如何在确保低功耗设备长时间运行的同时，最大化系统的累积用户体验。博弈论为此提供了强大的分析工具。

2. 将电源优化建模为动态博弈

2.1 功耗来源与博弈模型

现代移动系统的主要功耗来源包括CPU、网络接口和显示屏，架构层面的缓存、内存和逻辑门也由电池供电。我们将电源管理问题建模为动态博弈。

在典型的低功耗系统中，多个组件共享电池资源，提取部分资源并为用户提供效用。例如，流媒体应用的效用可由设备电池寿命和用户感知的应用输出质量衡量。设备的剩余电量会随组件使用模式而变化，这会影响电源管理策略的整体效用。

我们将主要功耗组件视为博弈的玩家集合 (P)，设玩家数量为 (n)。所有玩家同时从可耗尽的电池资源中获取能量。在周期 (T)，“博弈环境”定义为设备的当前剩余能量 (E_T)，它随各组件能耗而变化。周期决定了子博弈的频率和策略重新评估的时间点。