Abordagem Sens´ıvel ao Consumo de Energia El´ etrica ( Energy-Aware Design )

A crescente necessidade em reduzir/conter o aumento do con- sumo de energia, despertou o interesse do segmento industrial e comu- nidades acadˆemicas. Isso porque a eficiˆencia energ´etica ´e uma quest˜ao recorrente em todos os segmentos; seja para redu¸c˜ao de custos, na explora¸c˜ao cient´ıfica, no incremento do uso de fontes renov´aveis ou no desenvolvimento de a¸c˜oes sustent´aveis. A constru¸c˜ao de grandes edif´ı- cios e meios de transporte s˜ao alguns dos exemplos em que t´ecnicas para a redu¸c˜ao do consumo de energia s˜ao objetos de investiga¸c˜ao (COMMIS- SION, 2011).

Estreitando a discuss˜ao para a ´area computacional, a preocu- pa¸c˜ao com a eficiˆencia energ´etica, constitui-se, tamb´em, em uma ´area de interesse na computa¸c˜ao de alta performance (high computing per-

puting in small spaces (SSS). No primeiro segmento, percebeu-se que

os custos com os servidores estavam se equiparando aos gastos com o consumo de energia, refrigera¸c˜ao e infraestrutura. Dessa forma, medidas no sentido da melhorar a eficiˆencia energ´etica passaram a ser investigadas. O segundo caso aborda quest˜oes de eficiˆencia, confiabili- dade e disponibilidade de recursos, em aplica¸c˜oes automotivas e m´edicas por exemplo (BARROSO; HOLZLE, 2007; FENG, 2008; FENG; WARREN; WEIGLE, 2010).

Em aplica¸c˜oes computacionais embarcadas, ao abordar esse t´o- pico a literatura se refere `a aplica¸c˜oes que apresentam degrada¸c˜ao de desempenho nas suas atividades, resultantes da falta de capacidade da fonte de energia. Essa situa¸c˜ao est´a estreitamente relacionada com sistemas cuja principal fonte de alimenta¸c˜ao ´e a bateria (UNSAL; KOREN, 2003). Assim, em sistemas sens´ıveis ao consumo de energia, estruturam-se esquemas para que a energia seja consumida em por¸c˜oes apropriadas ao cen´ario de opera¸c˜ao, objetivando minimizar o custo energ´etico total da planta.

H´a um consenso de que os atuais avan¸cos nas tecnologias da constru¸c˜ao de baterias, em conjunto com o projeto de baixo con- sumo de potˆencia, n˜ao podem, por si pr´oprios, atender os requisitos necess´arios para a demanda de aplica¸c˜oes que agreguem baixo con- sumo e elevada performance (FLINN; SATYANARAYANAN, 1999a;RAO; VRUDHULA; RAKHMATOV, 2003;GETTINBY et al., 2008).

A diversidade de esquemas que combinam t´ecnicas sens´ıveis ao consumo de potˆencia e algoritmos que monitoram o tempo de atividade s˜ao empregados com o intuito de reduzir ao m´aximo os fatores que possam aumentar o tempo ou a potˆencia el´etrica. Consequentemente, preserva-se a dura¸c˜ao da bateria.

Esquemas sens´ıveis ao consumo de energia s˜ao amplamente ex- plorados em aplica¸c˜oes relacionadas `as redes de sensores sem fio, comu- nica¸c˜ao, transmiss˜ao de v´ıdeos e aplica¸c˜oes m´oveis em geral. Nesses cen´arios, adotam-se algoritmos que combinam t´ecnicas sens´ıveis ao consumo de potˆencia e ao tempo de atividade, usando, para isso, o escalonamento dos processos envolvidos (NA et al., 2010;HUANG et al., 2011;MEI; LI, 2012).

Sob a ´otica da fonte de energia, o problema consiste em como maximizar o uso do sistema computacional e, ao mesmo tempo, es- tender o tempo de dura¸c˜ao da bateria. A rela¸c˜ao entre a atividade do sistema computacional e o tempo de vida da bateria torna-se vi´avel, desde que seja poss´ıvel estabelecer uma dependˆencia entre o conhecimento do n´ıvel de consumo energ´etico do sistema e do estado

de carga da bateria.

Assim, pr´aticas como a ado¸c˜ao de estrat´egias de controle, nas quais ´e poss´ıvel induzir a ativa¸c˜ao de perfis energ´eticos apropriados em fun¸c˜ao das condi¸c˜oes ambientais como, por exemplo, temperatura, luminosidade e o comportamento do usu´ario, auxiliam no balancea- mento da carga drenada da bateria. A consequˆencia dessa combina¸c˜ao ´

e o equil´ıbrio entre os requisitos do projeto e as reais necessidades da aplica¸c˜ao.

Em Dressler e Fuchs (2005) os autores usaram o problema da coopera¸c˜ao entre robˆos autˆonomos como cen´ario para aplicar o esquema por eles desenvolvido, ou seja, um esquema sens´ıvel ao consumo de energia. A proposta visa aumentar a probabilidade de execu¸c˜ao das tarefas de comunica¸c˜ao. Para alcan¸car isso, ´e estimada a energia das tarefas de comunica¸c˜ao que est˜ao sendo trocadas pelos robˆos e das que est˜ao planejadas. A estimativa de cada um dos n´os da rede ´e comparada `a energia residual da bateria. Com base nesse conjunto de informa¸c˜oes, um processo local ´e ativado no sentido de aceitar ou rejeitar as tarefas futuras e, da mesma forma, continuar ou realocar as tarefas em andamento. Os resultados mostraram que o esquema proposto propiciou um aumento da probabilidade das tarefas serem cumpridas, melhorando a confiabilidade do sistema.

Em cen´ario semelhante, O’Hara et al. (2006) desenvolveram um modelo denominado de AutoPower. Esse modelo objetiva caracterizar o comportamento energ´etico do software do sistema computacional e da comunica¸c˜ao, a fim de orientar a tomada de decis˜oes, que afetariam o conjunto de robˆos. A estrutura da proposta assume que os recursos computacionais e de comunica¸c˜ao s˜ao representados como uma cadeia de aplica¸c˜ao (application chain), em que cada n´o executa uma quan- tidade de computa¸c˜ao que alimenta o pr´oximo n´o da cadeia. Os n´os s˜ao descritos pela latˆencia m´edia e os elos, pelo tamanho dos dados comunicados entre dois elos adjacentes. O modelo prevˆe a especifica¸c˜ao de requisitos funcionais para que os n´ıveis de qualidade do servi¸co possam ser alcan¸cados. De acordo com os resultados apresentados, houve um aumento no tempo de vida do sistema em mais de 50%, conforme a configura¸c˜ao adotada, durante a execu¸c˜ao dos testes.

Mais recentemente, Derenick, Michael e Kumar (2011) formula- ram uma pol´ıtica de controle sens´ıvel ao consumo de energia distribu´ıda, destinada a permitir a vigilˆancia cont´ınua de uma determinada regi˜ao de interesse por uma equipe de robˆos em rede. O princ´ıpio que sustenta a proposta ´e o seguinte: quando um dos agentes da cobertura se aproxima de um n´ıvel de energia baixo, a equipe deve cooperar para

que o agente em condi¸c˜ao energeticamente desfavor´avel possa retornar `

a esta¸c˜ao de trabalho e proceder a recarga. Assume-se, nesse caso, que cada robˆo tem a capacidade de medir a tens˜ao da bateria, de forma que essa contenha uma etiqueta de tempo. Consequentemente, um valor de tens˜ao limite ´e especificado, e, se o robˆo alcan¸car esse valor, o seu retorno para a esta¸c˜ao base ´e determinado.

A men¸c˜ao aos referidos estudos s˜ao justificadas pelo fato de que s˜ao aplica¸c˜oes representativas de SCFs, mesmo que com prop´ositos finais distintos ao que se apresenta nesta tese.