KR102389217B1 - 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실시간 소비전력을 측정하여 실제 전력 사용을 모니터링하고 컴퓨터의 일반/유휴 상태에서의 실제 전력 사용량과 컴퓨터의 유휴/사용 상태에 대한 패턴을 분석하여 각각의 컴퓨터 시스템의 사용량과 부하를 예측하여 소비전력을 효율적으로 모니터링 및 관제하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 실시간으로 적어도 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대한 소비전력을 측정하기 위한 소비전력 측정모듈과; 상기 측정된 소비전력을 통해 사용량 및 사용/유휴 상태 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 정보를 실시간으로 모니터링하기 위한 모니터링 모듈과; 상기 모니터링 모듈로부터 모니터링 되는 정보를 실시간 수신하여 관리하기 위한 전력 관리서버와; 상기 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보를 수신하여 확인하기 위한 사용자 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템 {POWER MANAGEMENT SYSTEM THROUGH POWER PATTERN ANALYSIS BASED ON REAL-TIME POWER CONSUMPTION MONITORING}

본 발명은 전력 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실시간 소비전력을 측정하여 실제 전력 사용을 모니터링하고 컴퓨터의 일반/유휴 상태에서의 실제 전력 사용량과 컴퓨터의 유휴/사용 상태에 대한 패턴을 분석하여 각각의 컴퓨터 시스템의 사용량과 부하를 예측하여 소비전력을 효율적으로 모니터링 및 관제하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템에 관한 것이다.

오늘날 컴퓨터 시스템에 있어서 전원공급은 개별 부품의 기본적인 작동을 지원하며 정보 시스템에서의 가장 기초적인 바탕이며, 이러한 전원공급장치에서의 소비전력 수치 또한 고사양의 프로그램, 게임, 통신속도 가속화에 따라 지속적으로 증가되고 있다.

또한, 사용자의 컴퓨팅 환경에서의 전력 사용량은 대략적인 추산으로 전력 환경을 구성하고 있으며, 이에 따라 전력 사용 과부하에 따른 전원장치 이상과 같은 물리적인 장애가 초래되고 있지만 지능화된 빌딩 정보 시스템에서는 전력 사용량에 대한 전체적인 집계와 추산이 가능하지만 대부분의 IT 환경에서의 개별 컴퓨팅 시스템에 있어서 전력 사용량과 측정은 인적 구성 자원의 사용량에 대해 대략적인 구성을 하고 있는 것이 현실이다.

또한, 최근 들어 컴퓨터의 CPU 성능이 크게 향상됨에 따라 컴퓨터 사용자 입장에서는 다양한 업무를 동시에 처리하는 것이 가능하게 되었는데, 인텔의 대표적인 CPU인 i5, i7의 경우에는 다수의 코어가 여러 프로세스를 멀티로 처리할 수 있는데, 이와 연관하여 CPU의 성능 지표 중의 하나인 Clock 또한 향상되었으나, 이러한 CPU 성능의 향상은 전력 소모 또한 비례적으로 증가시키고 있으며, 컴퓨터 사용자는 고성능을 발휘하도록 성능 향상에 맞추어진 컴퓨터를 기본적인 설정으로 사용하고 있다.

특히, CPU 또는 GPU(그래픽 처리 장치)의 많은 사용량이 요구되는 시스템의 경우에는 일반적인 전원 사용보다 더 많은 소비전력이 발생되며 CPU의 사용량이 비정상적으로 높은 일반적인 환경에서도 컴퓨팅 환경의 변경을 통해서 안정적인 전원공급을 구현할 수 있으나, 이러한 CPU 성능의 향상은 전력 소모 또한 비례적으로 증가시키고 있으며, 컴퓨터 사용자는 고성능을 발휘하도록 성능 향상에 맞추어진 컴퓨터를 기본적인 설정으로 사용하고 있다.

이에 본 발명은 앞에서 언급한 여러 형태의 컴퓨팅 환경상에 실제 소비전력을 실시간으로 측정하고 이와 연계하여 사용자의 컴퓨팅 환경에서의 CPU, GPU 사용량, 사용상태/유휴 상태를 모니터링하여 유휴전력 사용량을 최소화시키며 비정상적인 CPU 사용량에 대한 안정적인 컴퓨터 사양을 제안하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-2212476호 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0011652호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전력 사용량을 대략적인 추산한 전력 환경을 벗어나, 여러 형태의 컴퓨팅 환경상에 실제 소비전력을 실시간으로 측정하고 이와 연계하여 사용자의 컴퓨팅 환경에서의 CPU, GPU 사용량, 사용상태/유휴 상태를 모니터링하여 유휴전력 사용량을 최소화시키며 비정상적인 CPU 사용량에 대한 안정적인 컴퓨터 사양을 제안하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 실시간으로 적어도 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대한 소비전력을 측정하기 위한 소비전력 측정모듈과; 상기 측정된 소비전력을 통해 사용량 및 사용/유휴 상태 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 정보를 실시간으로 모니터링하기 위한 모니터링 모듈과; 상기 모니터링 모듈로부터 모니터링 되는 정보를 실시간 수신하여 관리하기 위한 전력 관리서버와; 상기 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보를 수신하여 확인하기 위한 사용자 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 소비전력 측정모듈은 컴퓨터의 전원공급장치와 실제 전원 사이의 실제 소비전력을 주기적으로 측정하고, 상기 소비전력 측정모듈은 컴퓨터 내의 리소스 모니터링 데이터를 수집하여 해당 데이터를 기초로 소비전력을 측정하고, 상기 소비전력 측정모듈은 태양광 모듈과의 연계를 통해 전력 공급받는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모니터링 모듈은 컴퓨터의 CPU 및 GPU 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 사용량을 측정하고 해당 컴퓨터 내의 프로그램 구동 여부에 따른 사용/유휴 상태에 대한 확인을 실시간으로 모니터링하고, 상기 모니터링 모듈은 다수의 컴퓨터 중 개별 컴퓨터의 소비전력 사용량을 기초로 다수의 컴퓨터에 대한 개별 및 그룹별 중 적어도 어느 하나 이상의 전체 전력량을 도출하고 해당 도출된 전력량을 통해 개별 및 그룹별 사용 가능한 컴퓨터의 실제 소비전력에 대한 사용량을 모니터링하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력 관리서버는 모니터링 되는 정보를 기초로 일정 범위 이상의 컴퓨터 사용량이 감지되는 경우 해당 컴퓨터 사양의 개선 정보를 사용자 단말기가 확인 가능하도록 지원하기 위한 사용자 확인모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력 관리서버는 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보에 대한 데이터를 전처리하기 위한 데이터 전처리 모듈을 구비하고, 상기 전력 관리서버는 전처리된 데이터에 근거한 유휴/사용 상태에 따른 컴퓨터 소비전력 패턴을 분석하여 특정 시간대의 유휴 상태에서의 컴퓨터 전력 사용을 최대 절전모드로 진입하기 위한 소비전력 분석모듈을 구비하고, 상기 소비전력 분석모듈은 분석된 소비전력 패턴을 통해 전체 가용 전력량 대비 실제 사용량을 도출하여 전력 사용량에 대한 가동률을 모니터링하고 해당 가동률에 대한 추이를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템은 여러 형태의 컴퓨팅 환경상에 실제 소비전력을 실시간으로 측정하고 이와 연계하여 사용자의 컴퓨팅 환경에서의 CPU, GPU 사용량, 사용상태/유휴 상태를 모니터링하여 유휴전력 사용량을 최소화시키며 비정상적인 CPU 사용량에 대한 안정적인 컴퓨터 사양을 제안할 수 있다.

또한, 컴퓨터 시스템의 전력 사용량 모니터링을 통해 과부하 감지 및 예방이 가능하고, 과부하 프로세스에 의한 소비전력 사용량 예측을 통해 과부하 예방이 가능하고, 조직 내 전력 사용량을 모니터링 및 집계가 가능할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 방법을 도시한 도면

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이고, 본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 기본적으로 소비전력 측정모듈, 모니터링 모듈 및 전력 관리서버 및 사용자 단말기를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로, 본 발명은 실시간으로 적어도 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대한 소비전력을 측정하기 위한 소비전력 측정모듈과, 상기 측정된 소비전력을 통해 사용량 및 사용/유휴 상태 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 정보를 실시간으로 모니터링하기 위한 모니터링 모듈과, 상기 모니터링 모듈로부터 모니터링 되는 정보를 실시간 수신하여 관리하기 위한 전력 관리서버와, 상기 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보를 수신하여 확인하기 위한 사용자 단말기를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 소비전력 측정모듈은 컴퓨터의 전원공급장치와 실제 전원 사이의 실제 소비전력을 주기(예: 1초, 1분, 1시간, 24시간, 일주일 등)적으로 측정하고, 소비전력 측정모듈은 주기적으로 실제 물리적인 소비전력을 측정하여 컴퓨터 시스템의 수신 역할이 가능한 모니터링 모듈(에이전트) 측으로 해당 정보를 주기적으로 전송할 수도 있다.

또한, 상기 소비전력 측정모듈은 컴퓨터 내의 리소스 모니터링 데이터를 수집하여 해당 데이터를 기초로 소비전력을 측정하고 전송하기 위해서 비콘을 기반으로 하는 소비전력 측정모듈을 측정 단위마다 설치하여 노드별 소비전력을 측정하여 게이트 웨이 측으로 실시간 소비전력을 송신하며, 소비전력 측정모듈은 태양광 모듈과의 연계를 통해 전력 공급받는 것을 특징으로 하며, 여기서, 리소스 모니터링 데이터, 비콘 및 태양광 모듈 자체의 내용은 자명하게 공지된 내용으로서 해석되어야 한다.

또한, 실제 소비전력을 주기적으로 수신한 모니터링 모듈(에이전트)은 소비전력정보를 지속적으로 저장하며, 상기 모니터링 모듈은 컴퓨터의 CPU 및 GPU 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 사용량을 측정하고 해당 컴퓨터 내의 프로그램 구동 여부에 따른 사용/유휴 상태에 대한 확인을 실시간으로 모니터링 한다.

또한, 실소비전력과 CPU/GPU의 사용량을 측정하여 일정 범위 이상의 컴퓨터 사용량이 감지되었다면 사용자 단말기(사용자) 측으로 컴퓨터 사양의 개선 정보를 표시하며, 저사양에서의 고사용량에 따른 CPU/GPU 사용량은 비정상적인 전력 사용 증가를 가져오기 때문에 컴퓨터 사양의 개선은 전력사용량 감소 효과가 있다.

또한, 상기 모니터링 모듈은 다수의 컴퓨터 중 개별 컴퓨터의 소비전력 사용량을 기초로 다수의 컴퓨터에 대한 개별 및 그룹별 중 적어도 어느 하나 이상의 전체 전력량을 도출하고 해당 도출된 전력량을 통해 개별 및 그룹별 사용 가능한 컴퓨터의 실제 소비전력에 대한 사용량 및 사용/유휴 상태 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 정보를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.

또한, 컴퓨터 사용상태를 유휴상태/사용 상태에 따라 소비전력 패턴을 분석하여 특정 시간대의 유휴상태에서의 전력 사용은 최대절전 모드로의 진입을 통해 유휴 상태의 소비전력을 감소시키고 사용 상태의 소비전력 집계를 통해서 전체 가용 전력량 대비 실제 사용량을 산출하여 그룹 내의 전력 사용량에 대한 가동률에 대한 모니터링과 추이를 산출할 수도 있다.

또한, 전력 관리서버 측에서는 개별 컴퓨터의 소비전력 사용량에 대한 개별 그룹별 전체 전력량을 측정하여 조직 내 전력 사용량의 균형 있는 전력 사용량을 관리할 수도 있고, 사용할 수 있는 그룹 내 전력에 대비 각 단위, 조직별 실제 소비전력에 대한 모니터링과 집계를 통해서 전력 피크에 대한 사전 경고 또는 메시지를 통해 사용자에게 전력 사용량에 대한 메시지 시스템을 제공할 수도 있음에 따라, 겨울이나 여름과 같은 전력 과소비 상황에 대비하여 사내 전체 소비전력에 대한 수치를 설정하고 실시간 모니터링과 소비 예측 모듈을 통한 미리 발생 가능한 전력 리스크를 최소화시킨다.

또한, 상기 전력 관리서버는 모니터링 되는 정보를 기초로 일정 범위 이상의 컴퓨터 사용량이 감지되는 경우 해당 컴퓨터 사양의 개선 정보를 사용자 단말기가 확인 가능하도록 지원하기 위한 사용자 확인모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 사용자 단말기는 네트워크를 통해 전력 관리서버에 접속하여 실시간으로 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보 등과 관련된 프로세스를 처리하도록 통신하게 되고, 이러한 사용자 단말기는 데스크탑, 태블릿, 넷북, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 스마트폰, 웨어러블 스마트 기기 등의 다양한 통신 수단을 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 웹 기반 또는 별도의 소프트웨어/애플리케이션 등을 통해 전력 관리서버에서 제공하는 각종 기능을 실행할 수 있다.

상기 전력 관리서버는 일종의 웹서버, 데이터베이스 서버, 모바일 서버로서 역할을 하도록 구축될 수 있는데, 예를 들어 처리된 결과를 온라인 네트워크를 통해 웹페이지 상에서 보여주거나 필요한 입력 데이터를 웹페이지를 통해 전송받을 수 있고, 여기서 웹페이지는 단순한 텍스트, 이미지, 사운드, 동영상 등 이외에도 웹 어플리케이션과 같은 특정 작업을 수행하기 위한 소프트웨어를 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 또한 데스크탑, 노트북, 스마트폰, 태블릿 PC 등에 설치되는 어플리케이션과 인터페이스를 제공하도록 구축될 수도 있다.

상기 소비전력 측정모듈 및 모니터링 모듈은 적어도 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대해 측정된 소비전력에 대한 데이터, 측정된 소비전력을 통해 사용량 및 사용/유휴 상태 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 정보 데이터를 임의로 저장하는 메모리부를 포함하며, 상기 소비전력 측정모듈 및 모니터링 모듈 각각은 임의로 데이터를 저장한 메모리부에 대한 송신이 외부 장치, 사용자 단말기 및 전력 관리서버로 가능하도록 지원하며, 해당 모듈들은 외부 장치, 사용자 단말기 및 전력 관리서버 상호간 온라인 네트워크를 통해 접속하기 위한 유무선 통신모듈을 구비하며, 해당 유무선 통신모듈은 NFC(Near Field Communication), 블루투스(Bluetooth), WiFi, RF 통신 모듈, LoRa(Long Range), ZigBee, 3G/LTE 모듈, 시리얼(USB) 통신, 이더넷 통신 등의 다양한 유무선 통신모듈을 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 제조사 서버 및 클라우드 서버에서 제공하는 각종 기능을 실행하기 위한 소프트웨어, 애플리케이션 등을 구비할 수 있다.

또한, 본 발명에서 언급하는 온라인 네트워크라 함은 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어 망일 수도 있고, TCP/IP 프로토콜 및 그 상위 계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), HTTPS(Hyper Text Transfer Protocol Secure), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미할 수 있으며, 이러한 예에 한정하지 않고 다양한 형태로 데이터를 송수신할 수 있는 데이터 통신망을 포괄적으로 의미하는 것이다.

또한, 상기 외부 장치는 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personalcomputer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 데스크탑 PC(desktoppersonal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 웨어러블 장치(wearable device)(예: 스마트 안경, 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD) 등) 또는 스마트 와치(smart watch)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 예에 한정하지 않고 다양한 형태로 전기적인 신호로 변화된 값을 송수신 할 수 있는 장치를 의미하는 것이다.

또한, 상기 메모리부는 도시되지는 않았지만, 메모리부는 내장 메모리 또는 외장 메모리를 포함할 수 있다. 내장 메모리는, 예를 들면, 휘발성 메모리(예를 들면, DRAM(dynamic RAM), SRAM(static RAM), SDRAM(synchronous dynamic RAM) 등) 또는 비휘발성 메모리(non-volatile Memory, 예를 들면, OTPROM(one time programmable ROM), PROM(programmable ROM), EPROM(erasable and programmable ROM), EEPROM(electrically erasable and programmable ROM), mask ROM, flash ROM, NAND flash memory, NOR flash memory 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 내장 메모리는 Solid State Drive (SSD)일 수도 있다. 그리고 외장 메모리는 flash drive, 예를 들면, CF(compact flash), SD(secure digital), Micro-SD(micro secure digital), Mini-SD(mini secure digital), xD(extreme digital) 또는 Memory Stick 등을 더 포함할 수 있다. 외장 메모리는 다양한 인터페이스를 통하여 센서 통합부와 기능적으로 연결될 수도 있다.

이하에서는 상기 사용자 단말기와 관련된 구체적인 사항에 대해 살펴보기로 한다.

<사용자 단말기의 주요 구성요소, 기능 및 효과>

* 입력 모듈

- 사용자 단말기는 문자입력 방식, 터치입력 방식 및 음성입력 방식 중 적어도 어느 하나 이상의 입력 방식을 통해 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상에 대응되는 내용을 입력할 수도 있음

- 상기 입력 모듈은 숫자 또는 문자 정보를 입력 받고 각종 기능들을 설정하기 위한 다수의 입력키 및 기능키들을 포함할 수 있는데, 기능키들은 특정 기능을 수행하도록 설정된 방향키, 사이드 키 및 단축키 등을 포함하고, 입력 모듈은 사용자 단말기의 기능 제어와 관련한 키 신호를 생성하여 사용자 단말기로 전달할 수도 있음

- 쿼티 키패드, 3*4 키패드, 4*3 키패드, 볼 조이스틱(Ball Joystick), 옵티컬 조이스틱(Optical Joystick), 휠 키(Wheel Key), 터치 키(Touch key), 터치 패드(Touch Pad) 및 터치스크린(Touch-screen) 등과 같은 입력 수단들 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성할 수도 있음

- 일례로, 사용자 단말기가 풀 터치스크린을 지원하는 경우, 해당 단말기의 케이스 측면에 형성되는 볼륨 조절을 위한 볼륨 키, 화면 온/오프 및 휴대단말기 온/오프를 위한 전원 키 만을 포함할 수도 있고, 특히, 전력 관리서버 접속을 지시하는 입력 신호, 인증 정보입력에 해당하는 입력 신호, 특정 샌드 박스 선택을 지시하는 입력 신호, 콘텐츠의 색상, 투명도 변경을 지시하는 입력 신호 등과 같은 다양한 입력 신호 등을 생성하고, 이를 전력 관리서버에 전달할 수도 있음

* 단말기 제어모듈

- 사용자 단말기의 전송받고자 하는 전력 관리 시스템의 전반적인 동작 및 사용자 단말기의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 데이터 처리 기능을 수행할 수도 있음

- 예를 들어, 단말기 제어모듈은 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU), 애플리케이션 프로세서(Application Processor) 등 및 사용자 단말기의 실시간 위치 정보를 생성하기 위한 GPS(Global Positioning System) 기반의 측정 센서를 구비할 수도 있음

또한, 본 발명에서의 전력 관리서버에 대해 더욱 구체적으로 살펴보면, 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보에 대한 각종 데이터(예: 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대한 소비전력 정보, 사용량 및 사용/유휴 상태에 대한 정보 등)를 전처리(데이터 전처리 모듈)하여, 상기 전처리된 데이터에 근거하여 통계 데이터를 획득하고, 전처리된 데이터 및 획득된 통계 데이터 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터에 근거한 머신러닝(Machine Learning) 방식을 이용하여 소비전력 패턴을 분석하는 소비전력 분석모듈을 구비할 수도 있다.

여기서 소비전력 패턴 분석의 사전단계로써 수행되는 데이터 전처리란, 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보에 대한 각종 데이터(예: 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대한 소비전력 정보, 사용량 및 사용/유휴 상태에 대한 정보 등)를 가공하여, 분석에 더 도움이 되는 정보를 이끌어내고, 더욱 상세하게는 가공된 데이터를 기반으로 경향성 및 변화 추이 반영, 주기함수의 결합 변환을 통한 연속적 데이터의 패턴을 분석, 시계열 데이터를 문자열 형태로 변환하여 패턴을 분석, 시계열 데이터를 문자열 형태로 변환하여 패턴을 분석하는 과정 등이 포함될 수도 있고, 추가적으로, 데이터 전처리 모듈이 수행하는 데이터 전처리는 더욱 상세하게는 해당 데이터의 노이즈를 제거하는 평활화(Smoothing), 해당 데이터를 더 작은 범위에 들어가게 하기 위해 다듬는 정규화(Normalization), 해당 데이터 값을 다른 범위나 상위 레벨의 개념으로 대체하는 이산화(Discretization) 등을 포함할 수도 있다.

상기 소비전력 분석모듈에서 행하여 지는 분석을 구체적으로 살펴보면, 전처리된 데이터에 근거하여 컴퓨터가 사용되는 시간 혹은 기간별, 그룹별, 가동 가능별 등과 같은 객관적 요소로 분류된 통계 데이터를 획득하고, 해당 전처리된 데이터 및 획득된 통계 데이터 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 통해 단일 분석 알고리즘인 의사 결정 트리(Decision Tree)를 기반으로 유휴/사용 상태에 따른 컴퓨터 소비전력 패턴을 분석하기 위한 모델을 구성한 다음, 상이한 단일 분석 알고리즘을 병렬로 배치하여, 복수의 단일 분석 알고리즘의 결합/조합 형태인 부스팅(Boosting) 기법을 활용하여, 부스티드 트리(Boosted Tree) 형태로 분석 모델을 업데이트할 수도 있다. 더욱이, 단일 분석 알고리즘 중 불량 단일 분석 알고리즘이 반복되어 발생되는 패턴을 분석하여, 복수의 단일 분석 알고리즘 형태로 분석 모델 업데이트 시 불량 단일 분석 알고리즘을 제외할 수도 있다.

또한, 상기 전력 관리서버는 전처리된 데이터 및 획득된 통계 데이터 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터에 근거한 머신러닝(Machine Learning) 방식을 이용하여 유휴/사용 상태에 따른 컴퓨터 소비전력 패턴을 분석하여 특정 시간대의 유휴 상태에서의 컴퓨터 전력 사용을 최대 절전모드로 진입하기 위한 소비전력 분석모듈을 구비할 수도 있다.

또한, 컴퓨터 사용상태를 유휴 상태/사용 상태에 따라 소비전력 패턴을 분석하여 특정 시간대의 유휴 상태에서의 전력 사용은 최대절전 모드로의 진입을 통해서 유휴상태의 소비전력을 감소시키고 사용상태의 소비전력 집계를 통해서 전체 가용 전력량 대비 실제 사용량을 산출하여 그룹 내의 전력 사용량에 대한 가동률에 대한 모니터링과 추이를 산출할 수도 있다.

더욱 구체적으로, 상기 소비전력 분석모듈은 전처리된 데이터 및 획득된 통계 데이터 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 기반으로 머신러닝(Machine Learning) 방식 중 하나인 경사 하강법(Gradient Descent)을 이용하여 유휴/사용 상태에 따른 컴퓨터 소비전력 패턴을 분석하여 특정 시간대의 유휴 상태에서의 컴퓨터 전력 사용을 최대 절전모드로 진입하는데, 머신러닝은 기본적으로 에이전트가 어떤 행위를 선택하여 얻게 되는 시행착오를 통해 주어진 환경(state)을 학습하고, 정해진 정책에 따라 행동(action)을 결정하고 실행하여 행동에 따라 얻게 되는 보상(reward)을 기초로 행동정책을 수정해가면서 학습하는 기계학습의 일종이다.

구체적으로, 경사 하강법에 대해 살펴보면 경사 하강법은 우선적으로 머신러닝 회귀 분석은 주어진 데이터가 어떤 함수로부터 생성되었는가를 알아보는 '함수 관계'를 추측하는 것으로, 다시 말해서 데이터 세트(x, y)로부터 학습 알고리즘을 이용하여 가설을 생성하고 생성된 가설에 데이터를 입력하여 예측 값 데이터를 얻고, 이러한 가설에 해당하는 식이 어떤 방정식인지, 계수는 어떤 것을 의미하는지 알아가는 과정이라고 할 수 있다.

또한, 머신러닝 회귀 분석에서 방정식의 계수가 선형인 경우 선형 회귀 분석(Linear Regression Analysis)이라 하고, 방정식의 계수가 여러 개이면 다중 선형 회귀 분석(Multiple Linear Regression Analysis)이라 하며, 테스트 데이터는 y=x 그래프에 약간의 오차를 섞어 만든 데이터로 학습을 통해 데이터에 맞는 가중치 값(w)과 편향 값(b)을 찾아 수행한 결과를 나타내어 y = wx + b 과 같은 정의에 따라 결과값과의 오차를 경사 하강법(Gradient Descent)을 통해 알맞은 함수를 찾을 수 있다.

또한, 데이터에 대한 가설을 학습할 때 그려진 선과 각 데이터의 분포의 차이를 계산하여 차이가 가장 적은 것이 이 모델에 적합한 선이라는 것을 알 수 있고, 이를 비용함수(Cost Function)라 하며, 비용함수를 이용하여 실제 세운 가설과 나타내는 값이 얼마나 다른 지를 유추해 볼 수 있다.

구체적으로, 비용함수(오차함수)는 두 개의 매개변수(w, b) 로 구성되어 있으므로 이를 2차원 공간에 표현할 수 있음에 따라, 각 점에서 오차함수의 높이는 직선에 대한 오차이고, 어떤 직선들은 다른 직선들보다 더 작은 오차를 가지게 되며, 가령 텐서 플로우에서 경사 하강법 알고리즘을 수행할 때 이 평면의 한 지점에서 시작하여 더 작은 오차를 갖는 직선을 찾아 이동해 나간다.

또한, 오차함수의 기울기를 계산하기 위하여 오차함수를 미분하는 과정을 거치게 되고, 직선을 찾아가는 과정의 반복이 있을 때마다 움직일 방향을 알아가기 위해 w와 b에 대한 편미분 방정식 계산이 필요하다.

다중 회귀 분석은 단일 회귀 분석에서 쓰였던 입력 데이터 x가 2개 이상이 되고, 일례로 두 개의 변수(x1, x2)를 갖는 다중 회귀 분석의 경우 y = w1*x1 + x2*x2 + b 와 같이 정의하고 학습을 통해 데이터에 맞는 평면을 찾을 수 있다.

위와 같은 단일, 다중 선형 회귀 분석을 통하여 어떠한 데이터가 존재하면 그 데이터를 표현하는 함수를 학습할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 경사 하강법은 cost 비용을 최소화하기 위한 최적화 알고리즘으로, 최적화란 여러 가지 허용되는 값들 중에서 주어진 기준을 가장 잘 만족하는 것을 선택하는 것이고, 해당 함수의 최소값 위치를 찾기 위해 비용함수의 기울기 반대 방향으로 정의한 스텝 사이즈(Step Size)를 가지고 조금씩 움직이면서 최적의 파라미터를 찾는 과정이라고 할 수 있으며, 간략하게는 기울기로 함수의 최소값을 찾는 방법이다.

추가적으로, 상기 전력 관리서버는 소비전력 분석모듈에 의해 분석된 데이터, 전처리된 데이터 및 획득된 통계 데이터 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터에 근거한 딥 러닝(Deep Learning) 방식을 이용하여 추후 사용량을 예측하기 위한 사용량 예측모듈을 구비할 수도 있는데, 상기 사용량 예측모듈은 겨울이나 여름과 같은 전력 과소비 상황에 대비하여 사내 전체 소비전력에 대한 수치를 설정하고 실시간 모니터링과 소비 예측 모듈을 통한 미리 발생 가능한 전력 리스크를 최소화한다.

여기서 딥 러닝 방식의 알고리즘에 대해 살펴보면, 딥러닝 알고리즘 중 일부는 컨벌루션 신경망(CNN: convolution neural network) 알고리즘으로 구현될 수 있고, 컨벌루션 신경망 알고리즘은 하나 이상의 컨벌루션 레이어, 하나 이상의 활성 함수, 및 하나 이상의 풀링(pooling) 레이어를 포함할 수도 있고, 이때 각각의 컨벌루션 레이어는 하나 이상의 컨벌루션 필터로 구성될 수도 있다. 이러한 컨벌루션 신경망의 구조는 본 발명의 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 방법을 도시한 도면이다.

한편으로, 본 발명에 따른 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 방법은 기본적으로 소비전력 측정단계, 사용량 및 사용/유휴 상태 모니터링 단계, 소비전력 패턴 분석단계 및 가동률 모니터링 단계를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 도 2를 참고하면, 상기 소비전력 측정모듈이 실시간으로 적어도 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대한 소비전력을 측정하는 소비전력 측정단계와, 상기 모니터링 모듈이 측정된 소비전력을 통해 사용량 및 사용/유휴 상태 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 정보를 실시간으로 모니터링하는 사용량 및 사용/유휴 상태 모니터링 단계와, 상기 유휴/사용 상태에 따른 컴퓨터 소비전력 패턴을 분석하여 특정 시간대의 유휴 상태에서의 컴퓨터 전력 사용을 최대 절전모드로 진입하는 소비전력 패턴 분석단계와, 분석된 소비전력 패턴을 통해 전체 가용 전력량 대비 실제 사용량을 도출하여 전력 사용량에 대한 가동률을 모니터링하고 해당 가동률에 대한 추이를 산출하는 가동률 모니터링 단계를 포함하여 이루어진다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 그 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

1. 실시간으로 적어도 하나 이상의 CPU, GPU 및 컴퓨터 전체에 대한 소비전력을 측정하기 위한 소비전력 측정모듈과;
   상기 측정된 소비전력을 통해 사용량 및 사용/유휴 상태 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 정보를 실시간으로 모니터링하기 위한 모니터링 모듈과;
   상기 모니터링 모듈로부터 모니터링 되는 정보를 실시간 수신하여 관리하기 위한 전력 관리서버와;
   상기 측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보를 수신하여 확인하기 위한 사용자 단말기를 포함하며,
   상기 전력 관리서버는,
   개별 컴퓨터의 소비전력 사용량에 대한 개별 그룹별 전체 전력량을 측정하고, 사용할 수 있는 그룹 내 전력에 대비 각 단위, 조직별 실제 소비전력에 대한 모니터링과 집계를 통해서 전력 피크에 대한 사전 경고 또는 메시지를 통해 사용자 단말기로 전력 사용량에 대한 메시지 시스템을 제공하고,
   측정된 소비전력, 모니터링 되는 정보 및 관리되는 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보에 대한 데이터를 전처리하기 위한 전처리 모듈과;
   상기 전처리된 데이터에 근거한 유휴/사용 상태에 따른 컴퓨터 소비전력 패턴을 분석하여 특정 시간대의 유휴 상태에서의 컴퓨터 전력 사용을 최대 절전모드로 진입하기 위한 소비전력 분석모듈을 포함하며,
   상기 소비전력 분석모듈은,
   상기 전처리된 데이터를 기반으로 경향성 및 변화 추이 반영, 주기함수의 결합 변환을 통한 연속적 데이터의 패턴을 분석, 시계열 데이터를 문자열 형태로 변환하여 패턴을 분석하며,
   상기 분석된 소비전력 패턴을 통해 전체 가용 전력량 대비 실제 사용량을 도출하여 전력 사용량에 대한 가동률을 모니터링하고 해당 가동률에 대한 추이를 산출하는 것을 특징으로 하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 소비전력 측정모듈은 컴퓨터의 전원공급장치와 실제 전원 사이의 실제 소비전력을 주기적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 소비전력 측정모듈은 컴퓨터 내의 리소스 모니터링 데이터를 수집하여 해당 데이터를 기초로 소비전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 소비전력 측정모듈은 태양광 모듈과의 연계를 통해 전력 공급받는 것을 특징으로 하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 모니터링 모듈은 컴퓨터의 CPU 및 GPU 중 적어도 어느 하나 이상에 대한 사용량을 측정하고 해당 컴퓨터 내의 프로그램 구동 여부에 따른 사용/유휴 상태에 대한 확인을 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 모니터링 모듈은 다수의 컴퓨터 중 개별 컴퓨터의 소비전력 사용량을 기초로 다수의 컴퓨터에 대한 개별 및 그룹별 중 적어도 어느 하나 이상의 전체 전력량을 도출하고 해당 도출된 전력량을 통해 개별 및 그룹별 사용 가능한 컴퓨터의 실제 소비전력에 대한 사용량을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 전력 관리서버는 모니터링 되는 정보를 기초로 일정 범위 이상의 컴퓨터 사용량이 감지되는 경우 해당 컴퓨터 사양의 개선 정보를 사용자 단말기가 확인 가능하도록 지원하기 위한 사용자 확인모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 실시간 소비전력 모니터링 기반 전력패턴 분석을 통한 전력 관리 시스템.
   
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