KR102467634B1 - SLOTFRAME SCHEDULING METHOD OF ELECTRONIC APPARATUS INCLUDED IN IoT SYSTEM OF SIMULTANEOUS WIRELESS INFORMATION AND POWER TRANSFER ENVIRONMENT - Google Patents

SLOTFRAME SCHEDULING METHOD OF ELECTRONIC APPARATUS INCLUDED IN IoT SYSTEM OF SIMULTANEOUS WIRELESS INFORMATION AND POWER TRANSFER ENVIRONMENT Download PDF

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Abstract

SWIPT 환경의 IoT 시스템에 포함되는 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법이 개시된다. 본 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, 전자 장치의 전송 주기에 따라 슬롯프레임의 길이를 설정하는 단계, 전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계, 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 중계 장치로 전송하는 단계, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트를 포함하는 셀 할당 응답을 중계 장치로부터 수신하는 단계, 제1 리스트 내에서 제1 셀을 선택하고, 제2 리스트 내에서 제2 셀을 선택하는 단계, 제1 셀 및 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 중계 장치로 전송하는 단계를 포함한다.A slot frame scheduling method of an electronic device included in an IoT system in a SWIPT environment is disclosed. The present slot frame scheduling method includes setting the length of the slot frame according to the transmission period of the electronic device, identifying the number of cells required for power supply and data transmission and reception, and determining the length of the set slot frame. Transmitting a cell allocation request including information to a relay device, a cell allocation response including a first list including one or more candidate cells for power supply and a second list including one or more candidate cells for data transmission/reception Receiving from the relay device, selecting a first cell in a first list and selecting a second cell in a second list, cell allocation confirmation including information about the first cell and the second cell and transmitting to a relay device.

Description

SWIPT 환경의 IoT 시스템에 포함되는 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법 { SLOTFRAME SCHEDULING METHOD OF ELECTRONIC APPARATUS INCLUDED IN IoT SYSTEM OF SIMULTANEOUS WIRELESS INFORMATION AND POWER TRANSFER ENVIRONMENT }Slot frame scheduling method of electronic devices included in IoT system in SWIPT environment

본 개시는 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, SWIPT 환경에서 TSCH(Time Slotted Channel Hopping)를 기반으로 하는 다중 슬롯프레임 스케쥴링 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for scheduling slot frames in an electronic device, and more particularly, to a method for scheduling multiple slot frames based on Time Slotted Channel Hopping (TSCH) in a SWIPT environment.

사물 인터넷 (IoT)이 널리 보급됨에 따라 스마트 그리드, 스마트 시티 및 스마트 공정과 같은 다양한 IoT 애플리케이션을 지원하기 위해 IoT 네트워크에 다양한 유형의 센서 장치가 배치되어 왔다.With the widespread adoption of the Internet of Things (IoT), various types of sensor devices have been deployed in IoT networks to support various IoT applications such as smart grids, smart cities, and smart processes.

IoT 애플리케이션에서, 센서 장치는 주기적으로 주변 환경으로부터 정보를 수집하여 적어도 하나의 외부 장치로 전달할 수 있다.In an IoT application, a sensor device may periodically collect information from the surrounding environment and transmit it to at least one external device.

다만, 센서 장치는 일반적으로 제한된 용량의 배터리로 전원이 공급되기 때문에, 대부분의 IoT 애플리케이션 내 센서 장치의 수명은 길지 않았다.However, since the sensor device is generally powered by a battery with a limited capacity, the lifespan of the sensor device in most IoT applications is not long.

그리고, 특정 센서 장치의 에너지 고갈은 IoT 네트워크의 예상치 못한 오작동으로 이어져 높은 유지 보수 비용이 발생하는 문제가 있었다.In addition, energy depletion of a specific sensor device leads to an unexpected malfunction of the IoT network, resulting in high maintenance costs.

최근 고안된 SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)는, 센서 장치가 RF (무선 주파수) 신호에서 에너지를 수집하고 수집된 에너지를 사용하여 데이터 패킷을 교환할 수 있기 때문에, 상술한 문제를 해결하기 위한 유망한 솔루션으로 간주되고 있다.The recently devised Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) is promising for solving the above-mentioned problems, since sensor devices can collect energy from RF (radio frequency) signals and exchange data packets using the collected energy. is considered a solution.

SWIPT는 수신기 구조에 따라 PS(Power-splitting)-SWIPT와 TS(Time-switching)-SWIPT로 구분될 수 있다.SWIPT can be divided into PS (Power-splitting)-SWIPT and TS (Time-switching)-SWIPT according to the receiver structure.

PS-SWIPT에서 수신기는 수신된 RF 신호를 두 개의 개별 신호 스트림으로 분할하여 에너지를 수집하고 동시에 정보를 얻는다. 반면, TS-SWIPT에서 수신기는 에너지를 수확하고 시분할 방식으로 정보를 얻기 위해 에너지 수확과 정보 디코딩 회로 사이에서 주기적으로 안테나를 전환한다.In PS-SWIPT, the receiver splits the received RF signal into two separate signal streams to collect energy and gain information simultaneously. On the other hand, in TS-SWIPT, the receiver periodically switches the antenna between energy harvesting and information decoding circuitry to harvest energy and obtain information in a time-division manner.

TS-SWIPT는 수신기 아키텍처가 비교적 간단하기 때문에 IoT 네트워크를 구현하는 데에 있어 PS-SWIPT보다 더 적합한 면이 있다. 한편, PS-SWIPT는 전력 분할 프로세스에서 전력 손실이 발생할 수 있으므로 실제 환경에서는 비실용적일 수 있다.Since TS-SWIPT has a relatively simple receiver architecture, it is more suitable than PS-SWIPT for implementing IoT networks. Meanwhile, PS-SWIPT may be impractical in a real environment because power loss may occur in a power splitting process.

TS-SWIPT가 적용된 IoT 네트워크에서 센서 장치는 근처의 HAP (Hybrid Access Point)로부터 에너지를 공급받은 다음 전송 주기(TP. Transmission Period)에 따라 데이터를 전송한다.In an IoT network to which TS-SWIPT is applied, a sensor device receives energy from a nearby Hybrid Access Point (HAP) and then transmits data according to a Transmission Period (TP).

따라서, TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크에서는 에너지 수확과 데이터 전송 모두에 대한 적시성 요구 사항을 보장해야 한다.Therefore, timeliness requirements for both energy harvesting and data transmission must be guaranteed in TS-SWIPT enabled IoT networks.

이를 위해, MAC(Medium Access Control) 계층 프로토콜은 센서 장치가 TS-SWIPT 네트워크에서 에너지 수확(전력 공급) 및 데이터 전송을 위한 작업을 수행하는 시기와 기간을 결정한다.To this end, the medium access control (MAC) layer protocol determines when and for how long the sensor devices perform tasks for energy harvesting (power supply) and data transmission in the TS-SWIPT network.

다만, 전송 주기가 다른 이기종의 센서 장치들을 포함하는 TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크에 특화된 MAC 계층 프로토콜을 설계하는 것은 어려운 문제이다.However, it is difficult to design a MAC layer protocol specialized for a TS-SWIPT supported IoT network including heterogeneous sensor devices with different transmission cycles.

관련하여, TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크를 위한 효율적인 MAC 계층 프로토콜을 개발하기 위한 많은 연구가 수행되어 왔다.In this regard, many studies have been conducted to develop an efficient MAC layer protocol for TS-SWIPT supported IoT networks.

Naderi, Ha, Kim 등은 각 센서 장치가 이진 지수 백 오프(backoff) 알고리즘을 사용하여 채널에 경쟁적으로 액세스하는 CSMA/CA(Carrier-Sense Multiple Access with Collision avoidance)에 기반한 MAC 프로토콜에 중점을 둔다. 에너지 수확 및 데이터 전송의 적시성을 보장하기 위해, 저자들은 센서 장치의 채널 액세스 우선 순위를 차별화했다. 특히 트래픽 유형(예: 전력 및 데이터) 및 잔류 에너지 수준에 따라 경쟁 윈도우(Contention Window) 및 인터프레임 스페이스(Interframe Space)와 같은 MAC 매개 변수를 조정했다.Naderi, Ha, Kim, et al. focus on a MAC protocol based on Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA), in which each sensor device competitively accesses a channel using a binary exponential backoff algorithm. To ensure timeliness of energy harvesting and data transmission, the authors differentiated the channel access priorities of sensor devices. In particular, MAC parameters such as Contention Window and Interframe Space were adjusted according to traffic type (e.g. power and data) and residual energy level.

그러나, CSMA/CA 기반 접근 방식은 예측할 수 없는 백 오프 지연 및 센서 장치 간의 충돌로 인해 적시에 에너지 수확 및 데이터 전송을 보장하는 데에 본질적인 어려움이 있다. 또한 유휴 청취 및 오버히어링으로 인해 불필요한 에너지 소비가 발생할 수 있다는 문제도 있다.However, CSMA/CA-based approaches have inherent difficulties in ensuring timely energy harvesting and data transmission due to unpredictable back-off delays and collisions between sensor devices. There is also a problem that unnecessary energy consumption may occur due to idle listening and overhearing.

한편, Wang, Yang, Choi 등은 TDMA(Time-Division Multiple Access) 기반 MAC 프로토콜을 제안한 바 있다. 본 프로토콜에서는, 시간이 동일한 길이의 슬롯으로 구성된 프레임으로 나뉘어져 각 슬롯이 개별 센서 장치에 할당된다.Meanwhile, Wang, Yang, Choi, etc. have proposed a Time-Division Multiple Access (TDMA) based MAC protocol. In this protocol, time is divided into frames consisting of slots of equal length and each slot is assigned to an individual sensor device.

따라서, 에너지 수확 및 데이터 전송에 결정적 지연을 제공하고 센서 장치 간의 충돌을 방지할 수 있었다.Therefore, it was possible to provide a deterministic delay in energy harvesting and data transmission and prevent collisions between sensor devices.

그러나, 이종의 센서 장치들을 포함하는 TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크에서 TDMA 기반 MAC 프로토콜을 사용하면, 일반적으로 센서 장치의 전송 주기 및 에너지 소비에 관계없이 고정된 길이의 프레임을 사용하기 때문에 센서 장치들의 셀 사용률이 감소할 수 있었다.However, when a TDMA-based MAC protocol is used in a TS-SWIPT supported IoT network including heterogeneous sensor devices, a fixed length frame is generally used regardless of the transmission period and energy consumption of the sensor device, so that the cell of the sensor device Utilization may decrease.

등록 특허 공보 제10-18018010000호(2017.05.10)Registered Patent Publication No. 10-18018010000 (2017.05.10)

본 개시는, SWIPT 환경 내에서 전자 장치들 간의 충돌을 방지하면서도, 각 센전자 장치의 전송 주기에 따라 유동적인 길이의 프레임을 사용함으로써 전자 장치들의 셀 사용률을 증가시킬 수 있는 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 제공한다.The present disclosure, while preventing collisions between electronic devices in a SWIPT environment, by using frames of a flexible length according to the transmission period of each electronic device, slot frame scheduling of electronic devices capable of increasing cell utilization of electronic devices provides a way

구체적으로, 본 개시는 서로 다른 전송 주기를 가지는 전자 장치들(센서 장치들)을 포함하는 TS-SWIPT 환경 기반 IoT 네트워크 내에서, 에너지 공급과 데이터 전송의 적시성을 보장할 수 있는 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 제공한다.Specifically, the present disclosure provides a slot frame scheduling method capable of ensuring timeliness of energy supply and data transmission in an IoT network based on a TS-SWIPT environment including electronic devices (sensor devices) having different transmission cycles. to provide.

본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 개시의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 개시의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 개시의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present disclosure are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present disclosure not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the embodiments of the present disclosure. Further, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present disclosure may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.

본 개시의 일 실시 예에 따라 SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 전자 장치의 슬롯프레임(slotframe) 스케쥴링 방법은, 상기 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 슬롯프레임의 길이를 설정하는 단계, 전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계, 상기 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 중계 장치로 전송하는 단계, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 상기 복수의 셀 중 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는, 셀 할당 응답을 상기 중계 장치로부터 수신하는 단계, 상기 제1 리스트 내에서 적어도 하나의 제1 셀을 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수만큼 선택하고, 상기 제2 리스트 내에서 적어도 하나의 제2 셀을 상기 데이터 송수신에 필요한 수만큼 선택하는 단계, 상기 선택된 제1 셀 및 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인(confirmation)을 상기 중계 장치로 전송하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, a slot frame scheduling method of an electronic device included in an Internet of Things (IoT) system in a Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) environment includes a transmission period of the electronic device Setting the length of the slot frame according to ), identifying the number of cells required for power supply and data transmission and reception, and relaying the cell allocation request including information on the length of the set slot frame. Transmitting to, a first list including one or more candidate cells for power supply among a plurality of cells included in the slot frame having the set length, and one or more candidate cells for data transmission and reception among the plurality of cells. Receiving a cell allocation response including information on a second list from the relay device, selecting at least one first cell as many as the number of cells necessary for power supply in the first list, and selecting at least one second cell from a list as many as necessary for transmitting and receiving the data; transmitting cell allocation confirmation including information on the selected first cell and second cell to the relay device; includes

상기 셀 할당 요청을 중계 장치로 전송하는 단계는, 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수에 대한 정보 및 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 중계 장치로 전송할 수 있다.In the transmitting of the cell allocation request to the relay device, a cell allocation request including information on the number of cells required for power supply and information on the number of cells required for data transmission and reception may be transmitted to the relay device. .

한편, 본 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, 상기 복수의 셀 중 상기 제1 셀의 타임슬롯 내에서 상기 중계 장치로부터 전력을 공급받는 단계, 상기 복수의 셀 중 상기 제2 셀의 타임슬롯 내에서 상기 중계 장치와 데이터를 송수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the present slot frame scheduling method includes receiving power from the relay device within the timeslot of the first cell among the plurality of cells, and the relay device within the timeslot of the second cell among the plurality of cells. And may further include the step of transmitting and receiving data.

상기 전력 공급에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, 상기 중계 장치로부터 수신된 EB(Enhanced Beacon) 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 기반으로 상기 전자 장치와 상기 중계 장치 간의 거리를 식별하고, 상기 식별된 거리를 기반으로, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임에 포함된 각 셀을 구성하는 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치가 상기 중계 장치로부터 무선으로 공급받는 전력량을 식별하고, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 별로 상기 전자 장치가 소모하는 전력량에 대한 정보를 식별하고, 상기 타임슬롯 별로 공급받는 전력량 및 상기 슬롯프레임 별로 소모하는 전력량을 기반으로, 각 슬롯프레임 내에서 전력 공급을 위해 필요한 셀의 수를 식별할 수 있다.The step of identifying the number of cells required for power supply may include identifying a distance between the electronic device and the relay device based on a Received Signal Strength Indicator (RSSI) of an Enhanced Beacon (EB) signal received from the relay device, Based on the identified distance, the electronic device identifies the amount of power wirelessly supplied to the electronic device from the relay device within the time slot constituting each cell included in the slot frame having the set length, and the slot having the set length Identify information about the amount of power consumed by the electronic device for each frame, and identify the number of cells required for power supply within each slot frame based on the amount of power supplied to each timeslot and the amount of power consumed for each slot frame can do.

이때, 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, 이하 수학식에 따라 상기 전자 장치와 상기 중계 장치 간의 거리(d)를 식별할 수 있다.

Figure 112020112663117-pat00001
, RSSId는 상기 RSSI의 값이고, RSSI1은 거리가 1m인 경우에 획득되었던 RSSI의 값이며, α는 경로 손실 매개 변수이다.In this case, in the step of identifying the number of cells required to supply power, the distance d between the electronic device and the repeater may be identified according to the following equation.
Figure 112020112663117-pat00001
, RSSI d is the RSSI value, RSSI 1 is the RSSI value obtained when the distance is 1 m, and α is the path loss parameter.

여기서, 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, (1) 이하 수학식에 따라 상기 슬롯프레임 별로 데이터 전송에 소모되는 전력량을 식별할 수 있다.

Figure 112020112663117-pat00002
. 여기서, Npkt는 슬롯프레임 동안 전송될 데이터 패킷의 수, Sizepkt 및 Sizeack는 각각 데이터 패킷 및 Ack의 데이터 사이즈이고, Qtx, Qrx, Qidle은 각각 Tx, Rx, 유휴 상태 내에서 초당 소모되는 전력량이고, TsTxOffset 및 TsRxAckDelay는 각각 데이터 패킷의 전송 및 승인(Ack) 수신을 준비하는 시간 간격이다. 또한, 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, (2) 이하 수학식에 따라 상기 슬롯프레임 별로 상기 전자 장치가 소모하는 전력량(Qslotframe)을 식별할 수 있다.
Figure 112020112663117-pat00003
. Qsensing은 상기 전자 장치가 상기 슬롯프레임 별로 센싱에 소모하는 전력량으로, 상기 전자 장치에 포함된 센서에 따라 기설정된다. 또한, 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, (3) 이하 수학식에 따라 각 타임슬롯 별로 상기 전자 장치로 공급되는 전력량(Etimeslot)을 식별할 수 있다.
Figure 112020112663117-pat00004
. Ltimeslot은 타임슬롯의 길이이고, Es는 초당 공급되는 전력량이며, η는 에너지 공급에 대한 효율 계수이고, PTx는 중계 장치(100)의 Tx 전력이다. 또한, 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, (4) 이하 수학식에 따라 각 슬롯프레임 내에서 전력 공급을 위해 필요한 셀의 수(NpwrCells를) 식별할 수 있다.
Figure 112020112663117-pat00005
.Here, in the step of identifying the number of cells required to supply power, (1) the amount of power consumed for data transmission for each slot frame can be identified according to the following equation.
Figure 112020112663117-pat00002
. Here, N pkt is the number of data packets to be transmitted during the slot frame, Size pkt and Size ack are the data sizes of the data packet and Ack, respectively, and Q tx , Q rx , and Q idle are the number of data per second within the Tx, Rx, and idle states, respectively. It is the amount of power consumed, and TsTxOffset and TsRxAckDelay are time intervals preparing for data packet transmission and acknowledgment reception, respectively. In the step of identifying the number of cells required to supply power, (2) the amount of power (Q slotframe ) consumed by the electronic device for each slot frame can be identified according to the following equation.
Figure 112020112663117-pat00003
. Q sensing is the amount of power consumed by the electronic device for sensing for each slot frame, and is preset according to a sensor included in the electronic device. In the step of identifying the number of cells required to supply power, (3) the amount of power (E timeslot ) supplied to the electronic device for each timeslot may be identified according to the following equation.
Figure 112020112663117-pat00004
. L timeslot is the length of the timeslot, E s is the amount of power supplied per second, η is the energy supply efficiency coefficient, and P Tx is the Tx power of the repeater 100. In the step of identifying the number of cells required for power supply, (4) the number of cells (N pwrCells ) required for power supply within each slot frame may be identified according to the following equation.
Figure 112020112663117-pat00005
.

한편, 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임에 포함된 각 셀을 구성하는 타임슬롯 내에서, 상기 전자 장치가 최대로 전송할 수 있는 데이터 패킷의 수를 식별하고, 상기 전자 장치가 상기 슬롯프레임 별로 전송하는 데이터 패킷의 수 및 상기 최대로 전송할 수 있는 데이터 패킷의 수를 기반으로, 각 슬롯프레임 내에서 데이터 송수신을 위해 필요한 셀의 수를 식별할 수 있다.Meanwhile, in the step of identifying the number of cells required for data transmission and reception, the maximum number of data packets that the electronic device can transmit within timeslots constituting each cell included in the slot frame having the set length is determined. and based on the number of data packets transmitted by the electronic device for each slot frame and the maximum number of data packets that can be transmitted, the number of cells required for data transmission and reception within each slot frame can be identified. .

이때, 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, (1) 이하 수학식에 따라 상기 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치가 최대로 전송할 수 있는 데이터 패킷의 수(maxNpkt_timeslot)를 식별할 수 있다.

Figure 112020112663117-pat00006
. Ltimeslot은 타임슬롯의 길이이고, Sizepkt 및 Sizeack는 각각 데이터 패킷 및 Ack의 데이터 사이즈이고, TsTxOffset 및 TsRxAckDelay는 각각 데이터 패킷의 전송 및 승인(Ack) 수신을 준비하는 시간 간격이다. 또한, 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별하는 단계는, (2) 이하 수학식에 따라 상기 슬롯프레임 내에 추가될 데이터 셀의 수(NdataCells)를 식별할 수 있다.
Figure 112020112663117-pat00007
, Npkt는 슬롯프레임 동안 전송될 데이터 패킷의 수이다.In this case, in the step of identifying the number of cells required for data transmission and reception, (1) the electronic device may identify the maximum number of data packets (maxN pkt_timeslot ) that can be transmitted within the timeslot according to the following equation: have.
Figure 112020112663117-pat00006
. L timeslot is the length of the timeslot, Size pkt and Size ack are the data sizes of the data packet and Ack, respectively, and TsTxOffset and TsRxAckDelay are time intervals preparing for transmission of the data packet and reception of an acknowledgment (Ack), respectively. In addition, in the step of identifying the number of cells required for data transmission/reception, (2) the number of data cells (N dataCells ) to be added to the slot frame may be identified according to the following equation.
Figure 112020112663117-pat00007
, N pkt is the number of data packets to be transmitted during the slot frame.

본 개시의 일 실시 예에 따라 SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 전자 장치는, 중계 장치와 통신을 수행하고, 상기 중계 장치로부터 무선으로 전력을 공급받기 위한 통신부, 및 상기 통신부와 연결된 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 슬롯프레임의 길이를 설정하고, 전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별하고, 상기 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로 전송하고, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 상기 복수의 셀 중 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트 에 대한 정보를 포함하는, 셀 할당 응답을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로부터 수신하고, 상기 제1 리스트 내에서 적어도 하나의 제1 셀을 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수만큼 선택하고, 상기 제2 리스트 내에서 적어도 하나의 제2 셀을 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수만큼 선택하고, 상기 선택된 제1 셀 및 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로 전송할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, an electronic device included in an Internet of Things (IoT) system in a Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) environment communicates with a relay device and wirelessly supplies power from the relay device. It includes a communication unit for receiving, and a processor connected to the communication unit. The processor sets the length of the slot frame according to the transmission period of the electronic device, identifies the number of cells required for power supply and the number of cells required for data transmission and reception, and determines the length of the set slot frame. A first list including one or more candidate cells for power supply among a plurality of cells included in a slot frame having the set length and a cell allocation request including information about Receiving a cell assignment response including information about a second list including one or more candidate cells for data transmission/reception among a plurality of cells from the relay device through the communication unit, and selecting at least one cell assignment response from the relay device in the first list One cell is selected as many as the number of cells necessary for power supply, at least one second cell is selected as many as the number of cells necessary for data transmission and reception in the second list, and the selected first and second cells are selected. Cell allocation confirmation including information about the cell allocation may be transmitted to the relay device through the communication unit.

본 개시의 일 실시 예에 따른 SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템은, 전자 장치, 및 상기 전자 장치와 통신을 수행하고 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하는 중계 장치를 포함한다. 상기 전자 장치는, 상기 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 슬롯프레임의 길이를 설정하고, 전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별하고, 상기 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 중계 장치로 전송한다. 상기 중계 장치는, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 상기 복수의 셀 중 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트를 획득하고, 상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 응답을 상기 전자 장치로 전송한다. 그리고, 상기 전자 장치는, 상기 제1 리스트 내에서 적어도 하나의 제1 셀을 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수만큼 선택하고, 상기 제2 리스트 내에서 적어도 하나의 제2 셀을 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수만큼 선택하고, 상기 선택된 제1 셀 및 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 상기 중계 장치로 전송한다.An Internet of Things (IoT) system in a Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) environment according to an embodiment of the present disclosure includes an electronic device, and performing communication with the electronic device and wirelessly supplying power to the electronic device. Including a relay device. The electronic device sets the length of the slot frame according to the transmission period of the electronic device, identifies the number of cells required for power supply and the number of cells required for data transmission and reception, and determines the length of the set slot frame. A cell allocation request including information about is transmitted to the relay device. The relay device includes a first list including one or more candidate cells for power supply among a plurality of cells included in the slot frame having the set length, and one or more candidate cells for data transmission and reception among the plurality of cells. A second list is obtained, and a cell assignment response including information on the first list and the second list is transmitted to the electronic device. In addition, the electronic device selects at least one first cell from the first list as many as the number of cells required for power supply, and selects at least one second cell from the second list required for transmitting and receiving the data. Cells are selected as many as the number, and cell allocation confirmation including information on the selected first and second cells is transmitted to the relay device.

본 개시에 따른 전자 장치의 다중 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, SWIPT 환경 내에서 종래의 TSCH보다 더욱 향상된 지연 성능, 처리량, 셀 사용률을 가진다는 효과가 있다.The multi-slot frame scheduling method of an electronic device according to the present disclosure has an effect of having more improved delay performance, throughput, and cell usage rate than conventional TSCH in a SWIPT environment.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS에서 TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크의 시스템 아키텍처를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 개시의 일 실 시 예에 따른 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 TSCH MAC의 슬롯프레임 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 3단계 6P 트랜잭션의 운영에 대한 일 실시 예를 도시한 시퀀스도,
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치 및 중계 장치가 전력 공급 및 데이터 전송을 모두 지원하는 3단계 6P 트랜잭션의 운영을 수행하는 예를 설명하기 위한 시퀀스도,
도 6은 전자 장치(100)에서 중계 장치(200)로 데이터를 전송하기 위한 타이밍 다이어그램,
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100) 및 중계 장치(200)의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 8a와 8b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS의 지연 성능을 기존의 TSCH와 비교하기 위한 그래프들,
도 9a 및 9b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS의 총 처리량 성능을 기존의 TSCH와 비교하기 위한 그래프들, 그리고
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS의 셀 활용도 성능을 기존의 TSCH와 비교하기 위한 그래프들이다.
1 schematically illustrates a system architecture of a TS-SWIPT supported IoT network in TMSS according to an embodiment of the present disclosure;
2 is a flowchart for explaining a slot frame scheduling method of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure;
3 is a diagram showing an example of a slot frame structure of TSCH MAC;
4 is a sequence diagram illustrating an embodiment of the operation of a 3-step 6P transaction;
5 is a sequence diagram for explaining an example in which an electronic device and a relay device perform operation of a 3-step 6P transaction supporting both power supply and data transmission according to an embodiment of the present disclosure;
6 is a timing diagram for transmitting data from the electronic device 100 to the relay device 200;
7 is a block diagram for explaining configurations of an electronic device 100 and a relay device 200 according to an embodiment of the present disclosure;
8a and 8b are graphs for comparing delay performance of TMSS with conventional TSCH according to an embodiment of the present disclosure;
9a and 9b are graphs for comparing total throughput performance of TMSS with conventional TSCH according to an embodiment of the present disclosure, and
10A and 10B are graphs for comparing cell utilization performance of TMSS with existing TSCH according to an embodiment of the present disclosure.

본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다.Prior to a detailed description of the present disclosure, the method of describing the present specification and drawings will be described.

먼저, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당해 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.First, terms used in the present specification and claims are general terms in consideration of functions in various embodiments of the present disclosure. However, these terms may vary depending on the intention of a technician working in the art, legal or technical interpretation, and the emergence of new technologies. In addition, some terms are arbitrarily selected by the applicant. These terms may be interpreted as the meanings defined in this specification, and if there is no specific term definition, they may be interpreted based on the overall content of this specification and common technical knowledge in the art.

또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.In addition, the same reference numerals or numerals in each drawing attached to this specification indicate parts or components that perform substantially the same function. For convenience of description and understanding, the same reference numerals or symbols are used in different embodiments. That is, even if all components having the same reference numerals are shown in a plurality of drawings, the plurality of drawings do not mean one embodiment.

또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안 된다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한되어서는 안 된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.Also, in the present specification and claims, terms including ordinal numbers such as “first” and “second” may be used to distinguish between elements. These ordinal numbers are used to distinguish the same or similar components from each other, and the meaning of the term should not be construed as being limited due to the use of these ordinal numbers. For example, the order of use or arrangement of elements associated with such ordinal numbers should not be limited by the number. If necessary, each ordinal number may be used interchangeably.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "consist of" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other It should be understood that the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.In the embodiments of the present disclosure, terms such as “module,” “unit,” and “part” are terms used to refer to components that perform at least one function or operation, and these components are hardware or software. It may be implemented or implemented as a combination of hardware and software. In addition, a plurality of "modules", "units", "parts", etc. are integrated into at least one module or chip, except for cases where each of them needs to be implemented with separate specific hardware, so that at least one processor can be implemented as

또한, 본 개시의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결뿐만 아니라, 다른 매체를 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다는 의미는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in an embodiment of the present disclosure, when a part is said to be connected to another part, this includes not only a direct connection but also an indirect connection through another medium. In addition, the meaning that a certain part includes a certain component means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 개시는, TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크에서 서로 전송 주기가 다른 전자 장치들(또는 센서 장치들)에 대한 에너지 수확 및 데이터 전송의 적시성을 보장하기 위한 TSCH(time-slotted channel hopping) 다중 슬롯프레임 스케줄링(TMSS: TSCH multiple slot-frame scheduling) 프로토콜을 제공한다.The present disclosure provides time-slotted channel hopping (TSCH) multi-slotframe scheduling to ensure energy harvesting and timeliness of data transmission for electronic devices (or sensor devices) having different transmission periods in a TS-SWIPT supported IoT network. (TMSS: TSCH multiple slot-frame scheduling) protocol is provided.

본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS는 IEEE 802.15.4-2015에서 표준화된 TSCH MAC을 TDMA 기반 MAC 프로토콜인 기본 MAC 방식으로 사용할 수 있으며, 다양한 유형의 트래픽을 지원하기 위해 길이가 다른 여러 슬롯 프레임을 사용할 수 있다.TMSS according to an embodiment of the present disclosure may use TSCH MAC standardized in IEEE 802.15.4-2015 as a basic MAC method, which is a TDMA-based MAC protocol, and may use several slot frames with different lengths to support various types of traffic. can be used

TSCH 슬롯 프레임은 크기가 고정된 복수의 셀로 구성되며 각 셀은 시간 오프셋과 채널 오프셋으로 표시될 수 있다.A TSCH slot frame is composed of a plurality of cells having a fixed size, and each cell may be indicated by a time offset and a channel offset.

TMSS에서 전자 장치는 전송 주기와 동일한 슬롯 프레임 길이를 설정할 수 있다. 이때, 전자 장치는, 구성된 슬롯 프레임에 할당할 전력 및 데이터 셀의 수를 추정한 다음 슬롯 프레임 길이와 전력 및 데이터 셀의 수를 사용하여 HAP에 셀 할당을 요청할 수 있다.In TMSS, the electronic device may set the same slot frame length as the transmission period. In this case, the electronic device may estimate the number of power and data cells to be allocated to the configured slot frame and then request cell allocation from the HAP by using the length of the slot frame and the number of power and data cells.

최초에 HAP는 하나의 슬롯프레임을 유지하다가, 전자 장치로부터 셀 할당 요청을 받으면 COP (Cell Overlapping Prevention) 알고리즘을 실행하여 이미 할당된 기존 셀의 셀 중첩 문제를 해결할 수 있다.Initially, the HAP maintains one slot frame, and when receiving a cell allocation request from an electronic device, it executes a cell overlapping prevention (COP) algorithm to solve the cell overlapping problem of the already allocated existing cells.

COP 알고리즘을 통해 셀 중첩 문제가 해결된 후, HAP는 해당 전자 장치의 슬롯프레임 내에서 빈 셀을 포함하는 후보 셀 리스트로 전자 장치에 응답할 수 있다.After the cell overlapping problem is resolved through the COP algorithm, the HAP may respond to the electronic device with a candidate cell list including empty cells within the slot frame of the corresponding electronic device.

HAP에서 응답이 수신되면, 전자 장치는 후보 셀 리스트를 참조하여 파워 셀(전력 공급을 위한 셀)과 데이터 셀(데이터 송/수신을 위한 셀)을 결정할 수 있다.When a response is received from the HAP, the electronic device may determine a power cell (cell for supplying power) and a data cell (cell for transmitting/receiving data) by referring to the candidate cell list.

관련하여, 본 개시에 따른 TMSS의 우수성을 확인하기 위해 실험 시뮬레이션을 수행하였으며, TMSS의 성능을 단일 (길이) 슬롯 프레임을 사용하는 TSCH MAC의 성능과 비교했다. 그 결과, 본 개시에 따른 TMSS는 단일 슬롯 프레임을 사용하는 기존 TSCH MAC에 비해 평균 40.41 % 더 낮은 지연, 0.68 % 더 높은 총 처리량, 6.44 % 더 높은 셀 사용률을 달성하는 것으로 나타났다.In this regard, an experimental simulation was performed to confirm the superiority of TMSS according to the present disclosure, and the performance of TMSS was compared with that of TSCH MAC using a single (length) slot frame. As a result, the TMSS according to the present disclosure achieves an average of 40.41% lower delay, 0.68% higher total throughput, and 6.44% higher cell utilization compared to the conventional TSCH MAC using a single-slot frame.

TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크에서 서로 다른 기종의 전자 장치들의 다양한 전송 주기를 지원하기 위해, 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS는 TSCH MAC 표준의 다중 동시 슬롯 프레임을 사용하며, 여기서 IETF 6TiSCH 표준의 6top 프로토콜 (6P)을 사용하여 파워 셀과 데이터 셀을 할당할 수 있다. In order to support various transmission periods of different types of electronic devices in a TS-SWIPT supported IoT network, TMSS according to an embodiment of the present disclosure uses a multi-simultaneous slot frame of the TSCH MAC standard, where 6top of the IETF 6TiSCH standard Power cells and data cells can be allocated using protocol (6P).

이하 도면들을 통해 본 개시에 따른 TMSS의 동작 및 관련 장치들의 구성/시스템 등에 대해 설명한다.The operation of the TMSS according to the present disclosure and the configuration/system of related devices will be described through the following drawings.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS에서 TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크의 시스템 아키텍처를 개략적으로 도시한 것이다. 1 schematically illustrates a system architecture of a TS-SWIPT supported IoT network in TMSS according to an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참조하면, TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크(10)는 중계 장치(200)와 복수의 서로 다른 전자 장치들(100-1, 2, …)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1 , a TS-SWIPT supporting IoT network 10 may include a relay device 200 and a plurality of different electronic devices 100-1, 2, ....

여기서, 각 전자 장치는, 주변 환경에 대한 정보를 획득하기 위한 다양한 종류의 센서 장치이거나 또는 사용자 명령을 수신하여 적어도 하나의 기능/동작을 수행하는 다양한 종류의 단말 장치에 해당할 수 있으나, 이 밖에도 IoT 시스템을 구성하기 위한 다양한 종류의 기기로 구현될 수 있다.Here, each electronic device may correspond to various types of sensor devices for obtaining information about the surrounding environment or various types of terminal devices that perform at least one function/operation by receiving a user command. It can be implemented in various types of devices to configure the IoT system.

중계 장치(200)는 적어도 하나의 전자 장치와 무선으로 연결되는 한편, 각 전자 장치에 무선으로 전력을 공급할 수 있는 HAP(Hybrid Access Point)로 구현될 수 있다.The relay device 200 may be implemented as a hybrid access point (HAP) capable of wirelessly supplying power to each electronic device while being wirelessly connected to at least one electronic device.

중계 장치(200)는 전자 장치로부터 수신된 데이터를 적어도 하나의 외부 서버로 전송할 수 있으며, 외부 서버로부터 수신된 데이터를 적어도 하나의 전자 장치로 전송할 수도 있다.The relay device 200 may transmit data received from the electronic device to at least one external server, or may transmit data received from the external server to at least one electronic device.

각 전자 장치는 서로 다른 전송 주기를 가질 수 있으며, 중계 장치(200)의 전송 범위 내에 배치될 수 있다.Each electronic device may have a different transmission period and may be placed within the transmission range of the relay device 200 .

여기서, 각 전자 장치와 중계 장치(200)는 단일 무 지향성 안테나를 장착하고 반이중 방식으로 서로 통신할 수 있다. 한편, 전력 전송은 중계 장치(200)에서 전자 장치로만 수행되는 반면 데이터 전송은 양방향으로 수행될 수 있다.Here, each electronic device and the repeater 200 may be equipped with a single omni-directional antenna and communicate with each other in a half-duplex manner. Meanwhile, power transmission is performed only by the electronic device in the relay device 200, whereas data transmission may be performed in both directions.

도 2는 본 개시의 일 실 시 예에 따른 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a slot frame scheduling method of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.

전자 장치(100)는 주변 환경을 모니터링(ex. 적어도 하나의 센서 이용)하고 주기적으로 데이터 패킷을 중계 장치(200)에 전송할 수 있다.The electronic device 100 may monitor the surrounding environment (eg, using at least one sensor) and periodically transmit data packets to the relay device 200 .

다만, 전자 장치는 센싱 및 데이터 전송을 수행하기 전에 먼저 중계 장치(200)에서 전송된 특정 RF 신호를 통해 필요한 에너지를 수집할 수도 있다.However, the electronic device may first collect necessary energy through a specific RF signal transmitted from the relay device 200 before performing sensing and data transmission.

따라서, 도 2를 참조하면, 네트워크 운영을 시작할 때 각 전자 장치는 먼저 전송 주기를 확인하고 이를 슬롯프레임 길이로 설정할 수 있다(S210).Accordingly, referring to FIG. 2 , when network operation starts, each electronic device first checks a transmission period and sets it as a slot frame length (S210).

한편, 전자 장치(100)는 전력 공급을 위해 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신을 위해 필요한 셀의 수를 식별할 수 있다(S220).Meanwhile, the electronic device 100 may identify the number of cells required for power supply and the number of cells required for data transmission and reception (S220).

구체적으로, 중계 장치(200)에서 EB(Enhanced Beacon) 신호가 수신되면, 전자 장치는 수신된 신호의 RSSI(received signal strength indicator)를 측정한 다음 EB 신호에 포함된 정보를 확인할 수 있다.Specifically, when an Enhanced Beacon (EB) signal is received by the relay device 200, the electronic device may measure a received signal strength indicator (RSSI) of the received signal and then check information included in the EB signal.

여기서, EB 신호에 포함된 정보는, 타임 슬롯 길이, 슬롯 프레임 수, 슬롯 프레임 식별자, 각 슬롯프레임의 길이, 각 슬롯 프레임에 할당된 전력 및 데이터 셀, 전송(Tx) 전력 등을 포함할 수 있다.Here, the information included in the EB signal may include a time slot length, the number of slot frames, a slot frame identifier, the length of each slot frame, power and data cells allocated to each slot frame, transmit (Tx) power, etc. .

그리고, 전자 장치는 슬롯 프레임 당 예상 에너지 소비량과 타임슬롯 당 예상 에너지 수확량을 계산하여 각 슬롯 프레임에 필요한 전력 셀 수(전력 공급을 위해 필요한 셀의 수)를 추정할 수 있다. In addition, the electronic device may estimate the number of power cells required for each slot frame (the number of cells required for power supply) by calculating expected energy consumption per slot frame and expected energy yield per timeslot.

여기서, 타임슬롯 당 예상되는 에너지 수확량은 중계 장치(200)와 전자 장치 사이의 거리에 따라 다를 수 있다.Here, the expected energy yield per timeslot may vary depending on the distance between the relay device 200 and the electronic device.

따라서, 측정된 RSSI는 본 추정 프로세스에서 거리를 구하는 데 사용될 수 있다.Therefore, the measured RSSI can be used to find the distance in this estimation process.

한편, 데이터 송수신을 위해 필요한 데이터 셀의 수는 데이터 패킷 수, 데이터 패킷 크기 및 데이터 속도를 통해 추정될 수 있다.Meanwhile, the number of data cells required for data transmission and reception may be estimated through the number of data packets, data packet size, and data rate.

이렇듯 각 슬롯프레임에 필요한 전력 셀 수 및 데이터 셀의 수가 추정되면, 전자 장치는 설정된 슬롯 프레임의 길이(즉, 전송 주기)에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 중계 장치(200)로 전송할 수 있다(S230).As such, if the number of power cells and data cells required for each slot frame is estimated, the electronic device may transmit a cell allocation request including information on the length (ie, transmission period) of the set slot frame to the relay device 200. (S230).

이때, 셀 할당 요청에는, S220 단계에서 식별된 각 슬롯프레임 별로 필요한 전력 셀의 수 및 데이터 셀의 수에 대한 정보 역시 포함될 수 있다.In this case, the cell allocation request may also include information on the number of power cells and data cells required for each slot frame identified in step S220.

한편, 중계 장치(200)는 전체 네트워크를 조정하는 역할을 하며 전자 장치에 대한 전력 공급을 위한 전원을 제공하며, 이를 위해 EB를 브로드 캐스팅하여 슬롯프레임 리스트, 예약된 전력 및 데이터 셀과 같은 네트워크 정보를 주기적으로 광고할 수 있다.On the other hand, the relay device 200 plays a role in coordinating the entire network and provides power for supplying power to electronic devices. To this end, the relay device 200 broadcasts EB to provide network information such as a slot frame list, reserved power, and data cells. can be advertised periodically.

중계 장치(200)에 의해 유지되는 슬롯프레임 리스트에는 중계 장치(200)의 슬롯프레임과 예약된 전자 장치의 슬롯프레임이 포함되며, 각 슬롯프레임은 길이가 다르고 고유한 식별자로 인덱싱될 수 있다.The slot frame list maintained by the relay device 200 includes slot frames of the relay device 200 and slot frames of reserved electronic devices, and each slot frame may have a different length and be indexed with a unique identifier.

먼저, 중계 장치(200)는 EB를 브로드 캐스트하고 제어 패킷(예: 셀 할당 요청, 셀 할당 응답 등)을 교환하기 위해 하나의 슬롯프레임을 유지할 수 있다.First, the relay device 200 may maintain one slot frame to broadcast EB and exchange control packets (eg, cell assignment request, cell assignment response, etc.).

그리고, 새로운 슬롯프레임(전자 장치의 전송 주기에 매칭되는 길이를 가짐)을 포함하는 셀 할당 요청을 (적어도 하나의 전자 장치로부터) 받을 때마다 중계 장치(200)는 새로운 슬롯프레임을 슬롯프레임 리스트에 추가할 수 있다.And, whenever receiving a cell allocation request (from at least one electronic device) including a new slot frame (having a length matching the transmission period of the electronic device), the relay device 200 adds the new slot frame to the slot frame list. can be added

다음으로, 중계 장치(200)는 슬롯프레임 리스트, 수신된 셀 할당 요청에 포함된 정보(즉, 슬롯프레임 길이, 전력 셀 수 및 데이터 셀 수), 이미 할당된 기존 셀을 참조하여 후보 전력 셀에 대한 리스트와 후보 데이터 셀에 대한 리스트를 생성할 수 있다.Next, the relay device 200 determines the candidate power cell by referring to the slot frame list, the information included in the received cell allocation request (ie, the slot frame length, the number of power cells and the number of data cells), and the already allocated existing cells. A list for data cells and a list for candidate data cells can be created.

이때, 중계 장치(200)는 셀 할당 요청에 포함된 정보를 통해 필요한 전력 셀 수를 식별하고, 필요한 전력 셀 수 이상의 후보 전력 셀을 포함하는 리스트를 생성할 수 있다.In this case, the relay device 200 may identify the required number of power cells through information included in the cell allocation request, and generate a list including candidate power cells equal to or greater than the required number of power cells.

또한, 중계 장치(200)는 셀 할당 요청에 포함된 정보를 통해 필요한 데이터 셀 수를 식별하고, 필요한 데이터 셀 수 이상의 후보 데이터 셀을 포함하는 리스트를 생성할 수 있다.Also, the relay device 200 may identify the required number of data cells through information included in the cell allocation request, and generate a list including candidate data cells equal to or greater than the required number of data cells.

다만, 필요한 전력/데이터 셀 수만큼의 후보 전력/데이터 셀이 발견되지 않는 경우(ex. 중계 장치(200)의 다른 전자 장치에 대한 통신 및 전력 공급에 의해 슬롯프레임 내에 여분의 셀이 발견되지 않는 경우), 전자 장치(100) 및 중계 장치(200)의 슬롯프레임 스케쥴링은 실패로 식별될 수 있다.However, if as many candidate power/data cells as the required number of power/data cells are not found (eg, if no extra cells are found in the slot frame due to communication and power supply to other electronic devices of the relay device 200), case), slot frame scheduling of the electronic device 100 and the relay device 200 may be identified as failure.

한편, 중계 장치(200)는 후보 전력 셀에 대한 리스트와 및 후보 데이터 셀에 대한 리스트를 포함하는 셀 할당 응답을 전자 장치(200)로 전송할 수 있다.Meanwhile, the relay device 200 may transmit a cell allocation response including a list of candidate power cells and a list of candidate data cells to the electronic device 200 .

중계 장치(200)로부터 셀 할당 응답이 수신되면(S240), 전자 장치(100)는 전력 공급을 위한 셀 및 데이터 송수신을 위한 셀을 선택하고, 선택된 셀들에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 중계 장치로 전송할 수 있다(S250).When a cell allocation response is received from the relay device 200 (S240), the electronic device 100 selects a cell for power supply and a cell for data transmission/reception, and relays cell allocation confirmation including information on the selected cells. It can be transmitted to the device (S250).

구체적으로, 전자 장치(100)는 후보 전력 셀에 대한 리스트에 포함된 후보 전력 셀 중 전력 공급을 위한 적어도 하나의 셀을 선택할 수 있다. 이때, 전자 장치(100)는 앞서 S220 단계에서 식별된 전력 공급을 위해 필요한 셀의 수만큼 셀을 선택할 수 있다.Specifically, the electronic device 100 may select at least one cell for supplying power from among the candidate power cells included in the list of candidate power cells. In this case, the electronic device 100 may select as many cells as the number of cells necessary for power supply identified in step S220.

또한, 전자 장치(100)는 후보 데이터 셀에 대한 리스트에 포함된 후보 데이터 셀 중 데이터 송수신을 위한 적어도 하나의 셀을 선택할 수 있다. 이때, 전자 장치(100)는 앞서 S220 단계에서 식별된 데이터 송수신을 위해 필요한 셀의 수만큼 셀을 선택할 수 있다.Also, the electronic device 100 may select at least one cell for data transmission/reception among candidate data cells included in the list of candidate data cells. In this case, the electronic device 100 may select as many cells as the number of cells necessary for data transmission/reception identified in step S220.

도 3은 TSCH MAC의 슬롯프레임 구조의 일 예를 도시한 것이다.3 illustrates an example of a slot frame structure of TSCH MAC.

도 3을 참조하면, 슬롯프레임은 데이터 패킷의 최대 크기를 수용하도록 일반적으로 길이가 정의된 고정된 수의 타임 슬롯으로 구성될 수 있다.Referring to Figure 3, a slotframe may consist of a fixed number of time slots, generally defined in length to accommodate the maximum size of a data packet.

따라서, 슬롯 프레임 길이는 타임 슬롯의 수에 따라 결정될 수 있다.Accordingly, the slot frame length may be determined according to the number of time slots.

슬롯프레임에서 페어[타임슬롯 오프셋, 채널 오프셋]는 각 셀을 표현할 수 있으며, 타임슬롯 오프셋과 채널 오프셋은 각각 타임슬롯과 채널의 인덱스를 나타낸다.In a slot frame, a pair [timeslot offset, channel offset] can represent each cell, and timeslot offset and channel offset represent timeslot and channel indexes, respectively.

셀은 장치 쌍(전자 장치 및 중계 장치) 간의 데이터 전송 또는 전력 공급에 사용될 수 있다.A cell may be used for data transmission or power supply between a pair of devices (electronic device and relay device).

구체적으로, 셀은 데이터(또는 전력) 전송을 독점적으로 수행하기 위해 특정 장치 쌍에 할당될 수 있다(즉, 전용 셀).Specifically, a cell may be assigned to a specific pair of devices to exclusively perform data (or power) transmission (ie, a dedicated cell).

다만, 셀은 복수의 장치 쌍이 공유하도록 할당될 수도 있다(즉, 공유 셀). 이 경우, 데이터 패킷을 전송하기 위한 전자 장치들 간의 경쟁이 불가피하다.However, a cell may be allocated to be shared by a plurality of device pairs (ie, a shared cell). In this case, competition between electronic devices for transmitting data packets is inevitable.

슬롯프레임은 반복된다. 따라서, 할당된 셀의 역할은 후속 슬롯 프레임에서 계속 유지될 수 있다.Slot frames are repeated. Thus, the role of the assigned cell can continue to be maintained in subsequent slot frames.

한편, 상술하였듯 TSCH MAC 표준은 각각 다른 길이를 가진 여러 개의 동시 슬롯 프레임을 사용할 수 있다.Meanwhile, as described above, the TSCH MAC standard may use multiple simultaneous slot frames each having a different length.

여기서, 다중 슬롯프레임에 할당된 셀을 종합적으로 고려하여 통신 스케줄을 설정하기 위해 모든 슬롯프레임이 중첩될 수 있다.Here, all slot frames may be overlapped in order to set a communication schedule comprehensively considering cells allocated to multiple slot frames.

이를 위해, 슬롯프레임은 타임슬롯 경계를 기준으로 정렬되고 첫 번째 슬롯프레임 내 첫 번째 타임슬롯의 ASN(Absolute slot number)은 0으로 설정될 수 있다.To this end, slot frames are aligned based on timeslot boundaries, and an absolute slot number (ASN) of a first timeslot within a first slot frame may be set to 0.

ASN은 네트워크 시작부터 경과한 총 타임 슬롯 수를 나타낸다.ASN represents the total number of time slots that have elapsed since network startup.

특정 ASN을 가진 셀이 서로 다른 길이의 슬롯 프레임을 사용하는 둘 이상의 전자 장치에서 동시에 사용되면 셀 중첩이 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 TSCH MAC 표준은 슬롯 프레임에 대한 식별자 인 슬롯 프레임 핸들 (즉, macSlotframeHandle)을 사용하여 각 슬롯 프레임에 전송 우선 순위를 할당할 수 있다.When a cell having a specific ASN is simultaneously used by two or more electronic devices using slot frames of different lengths, cell overlap may occur. To solve this problem, the TSCH MAC standard can assign a transmission priority to each slot frame using the slot frame handle (i.e. macSlotframeHandle), which is an identifier for the slot frame.

즉, 낮은 macSlotframeHandle이 높은 macSlotframeHandle보다 높은 전송 우선 순위를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 접근 방식은 하위 macSlotframeHandle을 사용하는 전자 장치가 셀 중첩이 발생할 때 전송 지연이 불가피하므로 지연 성능이 저하될 수 있다.That is, a low macSlotframeHandle may have a higher transmission priority than a high macSlotframeHandle. However, in this approach, delay performance may be degraded because transmission delay is unavoidable when an electronic device using a lower macSlotframeHandle cell overlaps.

따라서, 셀 중복을 방지하기 위해, 본 개시에 따른 TMSS는 모든 슬롯프레임에 걸쳐 빈 셀로만 구성된 후보 전력 및 데이터 셀 리스트를 생성하는 새로운 알고리즘인 COP(Cell-overlapping prevention) 알고리즘을 이용할 수 있다.Therefore, in order to prevent cell overlap, the TMSS according to the present disclosure may use a cell-overlapping prevention (COP) algorithm, which is a new algorithm that generates a candidate power and data cell list consisting only of empty cells over all slot frames.

한편, 기존의 TSCH MAC 표준은 장치 간 통신을 위한 TSCH 일정을 설정하고 관리하는 방법을 지정하지는 않는다. IETF 6TiSCH 워킹 그룹은 TSCH MAC 상단에 6TiSCH 동작 서브 레이어 (6top)를 지정했는데, 최소 6TiSCH 구성은 초기 TSCH 스케줄을 설정하고 6top 프로토콜(6P)은 셀 할당 절차에 따라 TSCH 스케줄을 관리한다.Meanwhile, the existing TSCH MAC standard does not specify a method of setting and managing a TSCH schedule for device-to-device communication. The IETF 6TiSCH working group has designated a 6TiSCH operating sublayer (6top) on top of the TSCH MAC. The minimum 6TiSCH configuration sets the initial TSCH schedule and the 6top protocol (6P) manages the TSCH schedule according to the cell allocation procedure.

이때, 슬롯프레임 내 셀 할당을 위해, 6P는 2 단계 및 3 단계 6P 트랜잭션의 두 가지 유형의 셀 할당 절차를 지원할 수 있다. 전자에서는 셀 할당을 요청한 장치 (즉, 전자 장치)가 후보 셀 리스트를 생성하고, 후자에서는 요청을 수신한 장치(즉, 중계 장치)가 후보 셀 리스트를 생성할 수 있다.In this case, for cell allocation within the slot frame, 6P may support two types of cell allocation procedures, 2-step and 3-step 6P transactions. In the former case, a device requesting cell allocation (ie, an electronic device) may generate a candidate cell list, and in the latter case, a device receiving the request (ie, a relay device) may generate a candidate cell list.

본 개시에 따른 TMSS는, 3단계의 6P 트랜잭션을 사용할 수 있다. 따라서, 중계 장치(200)가 후보 셀 리스트를 생성할 수 있다.TMSS according to the present disclosure may use 3-step 6P transactions. Accordingly, the relay device 200 may generate a candidate cell list.

관련하여, 도 4는 3단계 6P 트랜잭션의 운영에 대한 일 실시 예를 도시한 것이다. Relatedly, FIG. 4 illustrates one embodiment of the operation of a three-phase 6P transaction.

도 4에서 Type, SeqNum, NumCells 및 CellList는 각각 메시지 유형, 트랜잭션 시퀀스 번호, 추가할 셀 수 및 셀 집합을 나타낸다.In FIG. 4, Type, SeqNum, NumCells, and CellList represent message types, transaction sequence numbers, the number of cells to be added, and cell sets, respectively.

도 4를 참조하면, 전자 장치(100)는 (데이터 송수신을 위한) 두 개의 셀을 할당하겠다는 셀 할당 요청(Cell allocation request) 메시지를 중계 장치(200)로 전송할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the electronic device 100 may transmit a cell allocation request message to allocate two cells (for data transmission/reception) to the relay device 200.

셀 할당 요청 메시지가 수신되면, 중계 장치(200)는 슬롯 프레임 내에서 빈 셀을 무작위로 선택하여 후보 셀 리스트를 생성하고, 생성된 후보 셀 리스트에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 응답(Cell allocation response) 메시지를 전자 장치(100)로 전송할 수 있다.When the cell allocation request message is received, the relay device 200 randomly selects an empty cell within the slot frame to generate a candidate cell list, and generates a cell allocation response including information about the generated candidate cell list. ) message to the electronic device 100.

여기서, 중계 장치(200)는 후보 셀 리스트 내 후보 셀의 개수를 NumCells 값(즉, 추가할 셀 수)보다 크게 설정하고, 셀 할당 응답 메시지의 CellList는 후보 셀 리스트와 동일하게 설정할 수 있다.Here, the relay device 200 may set the number of candidate cells in the candidate cell list to be greater than the NumCells value (ie, the number of cells to be added), and set the CellList of the cell assignment response message to be the same as the candidate cell list.

마지막으로, 전자 장치(100)는 후보 셀 리스트에서 추가될 셀의 수에 해당하는 두 개의 셀을 선택하고, 선택된 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인(Cell allocation confirmation) 메시지를 중계 장치(200)로 전송할 수 있다.Finally, the electronic device 100 selects two cells corresponding to the number of cells to be added from the candidate cell list, and sends a cell allocation confirmation message including information about the selected cells to the relay device 200. ) can be transmitted.

한편, 상술한 3단계 6P 트랜잭션은 단일 유형의 셀(즉, 데이터 송수신을 위한 데이터 셀)만 할당하도록 설계된 것인 바, 상술한 3단계의 6P 트랜잭션을 파워 셀과 데이터 셀을 모두 사용하는 TS-SWIPT 기반 IoT 네트워크에 그대로 적용하면 교환되는 제어 메시지 수가 급격히 증가하여 높은 오버 헤드가 발생할 수 있다.On the other hand, since the above-described three-step 6P transaction is designed to allocate only a single type of cell (ie, a data cell for data transmission and reception), the above-described three-step 6P transaction is a TS-using both a power cell and a data cell. If applied to the SWIPT-based IoT network as it is, the number of exchanged control messages can increase rapidly, resulting in high overhead.

따라서, 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS는, 수정된 3단계 6P 트랜잭션을 사용하여 파워 셀과 데이터 셀을 동시에 할당할 수 있다.Accordingly, the TMSS according to an embodiment of the present disclosure may simultaneously allocate power cells and data cells using the modified 3-step 6P transaction.

관련하여, 도 5는 한 쌍의 장치(HAP 및 전자 장치)에 대한 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS의 전반적인 동작을 설명하기 위한 시퀀스도이다.In relation to this, FIG. 5 is a sequence diagram for explaining an overall operation of TMSS for a pair of devices (HAP and electronic device) according to an embodiment of the present disclosure.

TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크의 슬롯프레임 내에서 전원 셀 및 데이터 셀을 모두 할당하기 위해, 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS는 도 4와 같이 수정된 3단계 6P 트랜잭션을 사용할 수 있다.In order to allocate both power cells and data cells within a slot frame of a TS-SWIPT supported IoT network, TMSS according to an embodiment of the present disclosure may use a modified 3-step 6P transaction as shown in FIG. 4 .

여기서, NumPwrCells, NumDataCells, PwrCellList 및 DataCellList는 추가할 전원 셀 수(전원 공급을 위해 슬롯프레임 별로 필요한 셀의 수), 추가할 데이터 셀 수(데이터 송수신을 위해 슬롯프레임 별로 필요한 셀의 수), 파워 셀 세트 및 데이터 셀 세트를 각각 나타낸다.Here, NumPwrCells, NumDataCells, PwrCellList, and DataCellList are the number of power cells to be added (the number of cells required for each slot frame for power supply), the number of data cells to be added (the number of cells required for each slot frame for data transmission and reception), and power cells set and data cell set, respectively.

도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS는, TSCH 다중 동시 슬롯 프레임의 사용을 지원하기 위해 셀 할당 요청 메시지 내에서 셀 할당을 위해 요청된 슬롯프레임의 길이를 나타내는 SlotframeLength 필드를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 5, TMSS according to an embodiment of the present disclosure uses a SlotframeLength field indicating the length of a slot frame requested for cell allocation in a cell allocation request message to support the use of TSCH multi-simultaneous slot frames. can

여기서, 전자 장치(100)는 먼저 전자 장치(100)의 전송 주기를 확인하고, 이를 슬롯프레임의 길이(SlotframeLength)로 설정할 수 있다.Here, the electronic device 100 may first check the transmission period of the electronic device 100 and set it as the slot frame length (SlotframeLength).

다음으로, 전자 장치(100)는 중계 장치(200)에서 방송되는 EB를 기다릴 수 있다.Next, the electronic device 100 may wait for the EB broadcast by the relay device 200 .

중계 장치(200)로부터 EB가 수신되면, 전자 장치(100)는 EB의 RSSI 정보를 획득하고, 이하 수학식 1을 이용하여 중계 장치(200)와 전자 장치(100) 사이의 거리를 산출할 수 있다.When the EB is received from the relay device 200, the electronic device 100 obtains RSSI information of the EB, and calculates the distance between the relay device 200 and the electronic device 100 using Equation 1 below. have.

Figure 112020112663117-pat00008
Figure 112020112663117-pat00008

여기서, RSSId는 전자 장치(100)를 통해 획득된 RSSI 값이고, RSSI1은 거리가 1m인 경우에 획득되었던 RSSI 값이며, α는 경로 손실 매개 변수에 해당한다.Here, RSSI d is an RSSI value obtained through the electronic device 100, RSSI 1 is an RSSI value obtained when the distance is 1 m, and α corresponds to a path loss parameter.

그리고, 전자 장치(100)는 슬롯프레임 내에서 할당될 파워 셀 및 데이터 셀의 수를 추정할 수 있다.Also, the electronic device 100 may estimate the number of power cells and data cells to be allocated within a slot frame.

관련하여, 도 6은 전자 장치(100)에서 중계 장치(200)로 데이터를 전송하기 위한 타이밍 다이어그램을 도시한다.In relation to this, FIG. 6 shows a timing diagram for transmitting data from the electronic device 100 to the relay device 200 .

여기서, TsTxOffset 및 TsRxAckDelay는 각각 데이터 패킷의 전송 및 승인(Ack) 수신을 준비하는 시간 간격이다. 이 간격에서 전자 장치(100)는 유휴(idle) 상태이다.Here, TsTxOffset and TsRxAckDelay are time intervals preparing for data packet transmission and acknowledgment reception, respectively. In this interval, the electronic device 100 is in an idle state.

구성된 슬롯프레임에 추가될 파워 셀의 수(NpwrCells)를 추정하기 위해, 전자 장치(100)는 먼저 슬롯프레임 당 예상 에너지 소비량(Qslotframe)을 계산할 수 있다.In order to estimate the number of power cells (N pwrCells ) to be added to the configured slot frame, the electronic device 100 may first calculate an expected energy consumption per slot frame (Q slotframe ).

일 예로, 전자 장치(100)가 센서 장치인 경우, 슬롯프레임 별 예상 에너지 소비량(Qslotframe)은 각 슬롯프레임 별로 센싱 및 데이터 전송에 소비되는 에너지 양의 합으로 정해질 수 있다(예: Qslotframe = Qsensing + Qtransmission). 여기서, Qsensing은 전자 장치에 포함된 센서의 구성, 성능, 규격 등에 의해 미리 일정한 값으로 미리 정의되어 있다고 가정할 수 있다.For example, when the electronic device 100 is a sensor device, the expected energy consumption per slot frame (Q slotframe ) may be determined as the sum of energy consumed for sensing and data transmission for each slot frame (eg, Q slotframe = Q sensing + Q transmission ). Here, it may be assumed that Q sensing is predefined as a predetermined value according to the configuration, performance, standard, etc. of a sensor included in the electronic device.

한편, 상술한 예(Qslotframe = Qsensing + Qtransmission)에서는 전자 장치(100)가 단순한 센서 장치로 구현된 경우인 바, 전자 장치(100)가 중계 장치(200)로 데이터를 전송하는 데에 소비되는 에너지 양만이 고려되었으나, 전자 장치(100)가 중계 장치(200)로부터 데이터를 수신하기도 하는 경우라면, Qreception의 형태로 전자 장치(200)가 데이터를 수신하기 위해 소모하는 전력량이 추가로 고려될 수도 있음은 물론이다.Meanwhile, in the above example (Q slotframe = Q sensing + Q transmission ), when the electronic device 100 is implemented as a simple sensor device, the electronic device 100 transmits data to the relay device 200. Only the amount of energy consumed was considered, but if the electronic device 100 also receives data from the relay device 200, the amount of power consumed by the electronic device 200 to receive data in the form of Q reception is additionally considered. Of course, it may be considered.

한편, Qtransmission은 이하 수학식 2를 통해 구해질 수 있다.Meanwhile, Q transmission can be obtained through Equation 2 below.

Figure 112020112663117-pat00009
Figure 112020112663117-pat00009

여기서, Npkt는 슬롯프레임 동안 전송될 데이터 패킷의 수, Sizepkt 및 Sizeack는 각각 데이터 패킷 및 Ack의 데이터 사이즈이다. 그리고, Qtx, Qrx, Qidle은 각각 Tx, Rx, 유휴 상태 내에서 초당 에너지(전력) 소모량을 의미한다.Here, N pkt is the number of data packets to be transmitted during the slot frame, and Size pkt and Size ack are data sizes of the data packet and Ack, respectively. Further, Q tx , Q rx , and Q idle denote energy (power) consumption per second in the Tx, Rx, and idle states, respectively.

그리고, 전자 장치(100)는 타임슬롯 별로 중계 장치(200)로부터 전자 장치(100)로 공급되는 전력량(Etimeslot)을 산출할 수 있다. 전력 전송에 있어, 중계 장치(200)는 타임슬롯의 시작부터 TsTxOffset을 기다린 다음 타임슬롯이 끝날 때까지 RF 신호를 전송할 수 있다. 따라서, Etimeslot은 이하 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.In addition, the electronic device 100 may calculate the amount of power (E timeslot ) supplied from the relay device 200 to the electronic device 100 for each timeslot. In power transmission, the relay device 200 may wait for TsTxOffset from the beginning of a timeslot and then transmit an RF signal until the timeslot ends. Therefore, E timeslot can be calculated as in Equation 3 below.

Figure 112020112663117-pat00010
Figure 112020112663117-pat00010

이때, Ltimeslot은 타임슬롯의 길이이고, Es는 초당 공급되는 전력량이며, h는 에너지 공급에 대한 효율 계수이고, PTx는 중계 장치(100)의 Tx 전력에 해당한다.In this case, L timeslot is the length of the timeslot, E s is the amount of power supplied per second, h is the energy supply efficiency coefficient, and P Tx corresponds to the Tx power of the repeater 100.

그리고, 이하 수학식 4를 통해 NpwrCells가 계산될 수 있다.Also, N pwrCells may be calculated through Equation 4 below.

Figure 112020112663117-pat00011
Figure 112020112663117-pat00011

여기서

Figure 112020112663117-pat00012
는 입력 변수 이상인 최소 정수를 구하기 위한 ceiling function에 해당한다.here
Figure 112020112663117-pat00012
corresponds to the ceiling function to find the minimum integer that is greater than or equal to the input variable.

NpwrCells이 계산된 후, 슬롯프레임 내에 추가될 데이터 셀의 수(NdataCells) 역시 계산될 수 있다.After N pwrCells is calculated, the number of data cells (N dataCells ) to be added in the slot frame may also be calculated.

여기서, 전자 장치(100)는 하나의 타임슬롯 내에서 최대로 전송될 수 있는 데이터 패킷의 수를 이하 수학식 5에 따라 계산할 수 있다.Here, the electronic device 100 may calculate the maximum number of data packets that can be transmitted within one timeslot according to Equation 5 below.

Figure 112020112663117-pat00013
Figure 112020112663117-pat00013

여기서

Figure 112020112663117-pat00014
는 입력 변수 이하인 최대 정수를 구하기 위한 floor function에 해당한다.here
Figure 112020112663117-pat00014
corresponds to the floor function for finding the largest integer less than or equal to the input variable.

그리고, 전자 장치(100)는 이하 수학식 6에 따라 슬롯프레임 내에 추가될 데이터 셀의 수(NdataCells)를 계산할 수 있다.Also, the electronic device 100 may calculate the number of data cells (N dataCells ) to be added to the slot frame according to Equation 6 below.

Figure 112020112663117-pat00015
Figure 112020112663117-pat00015

상술한 과정에 따라, 전자 장치(100)는 Lreq(슬롯프레임의 길이: 전자 장치(100)의 전송 주기), NpwrCells, NdataCells를 포함하는 셀 할당 요청 메시지를 중계 장치(200)로 전송할 수 있다.According to the above process, the electronic device 100 transmits a cell assignment request message including L req (length of slot frame: transmission period of the electronic device 100), N pwrCells, and N dataCells to the relay device 200. can

전자 장치(100)로부터 셀 할당 요청 메시지가 수신되면, 중계 장치(200)는 슬롯프레임 리스트를 업데이트할 수 있다.When a cell assignment request message is received from the electronic device 100, the relay device 200 may update the slot frame list.

일 예로, 수신된 셀 할당 요청 메시지에 기존의 슬롯프레임 리스트에 포함되지 않은 길이의 슬롯프레임이 포함되어 있으면, 중계 장치(200)는 해당 슬롯프레임을 슬롯프레임 리스트에 새로운 슬롯프레임으로 추가할 수 있다. 반면, 셀 할당 요청 메시지에 기존의 슬롯프레임 리스트에 포함되지 않은 길이의 슬롯프레임이 포함되어 있지 않으면, 기존의 슬롯프레임 리스트는 유지된다.For example, if a slot frame having a length not included in the existing slot frame list is included in the received cell allocation request message, the relay device 200 may add the corresponding slot frame to the slot frame list as a new slot frame. . On the other hand, if the cell allocation request message does not include a slot frame having a length not included in the existing slot frame list, the existing slot frame list is maintained.

일 예로, 최초에 중계 장치(200)는 EB를 브로드 캐스트하고 제어 패킷을 교환하기 위해 식별자가 0 인 슬롯 프레임을 하나만 유지할 수 있다. 그리고, 새로운 슬롯프레임이 슬롯 프레임 리스트에 추가될 때마다 1씩 증가하는 새로운 식별자가 할당될 수 있다. 슬롯 프레임 리스트는 각 슬롯 프레임의 식별자, 길이, 할당된 전력 및 데이터 셀의 셋(ID, L, SetCells)에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 본 대상들은 이하와 같이 표현될 수 있다.For example, the relay device 200 may initially maintain only one slot frame having an identifier of 0 in order to broadcast EB and exchange control packets. Also, a new identifier that increases by 1 each time a new slot frame is added to the slot frame list may be allocated. The slot frame list may include information on an identifier, length, allocated power, and data cell sets (ID, L, SetCells) of each slot frame, and the objects may be expressed as follows.

ID = [ID (0), ID (1), ID (2), ... , ID (i)] ID = [ ID (0) , ID (1) , ID (2) , ... , ID (i) ]

L = [L (0), L (1), L (2), ... , L (i)] L = [ L (0) , L (1) , L (2) , ... , L (i) ]

SetCells = [Cells (0), Cells (1), Cells (2), ... , Cells (i)] SetCells = [ Cells (0) , Cells (1) , Cells (2) , ... , Cells (i) ]

여기서, ID(i), L(i), Cells(i)는 각각 i+1 번째의 슬롯프레임에 대한 식별자, 슬롯프레임 길이, 전력 및 데이터 셀들의 셋에 해당한다.Here, ID (i) , L (i) , and Cells (i) respectively correspond to an identifier for the i+1 th slot frame, a slot frame length, and a set of power and data cells.

Cells (i) = [Cell (i,0), Cell (i,1), Cell (i,2), ... , Cell (i,j)] Cells (i) = [ Cell (i,0) , Cell (i,1) , Cell (i,2) , ... , Cell (i,j) ]

위 식에서 Cell(i, j)는, [TO(i, j), CO(i, j)]로 표현될 수 있는 i+1 번째의 슬롯프레임 내의 j+1 번째 셀을 나타낸다. 여기서, TO(i, j) 및 CO(i, j)는 각각 i+1 번째의 슬롯프레임 내의 j+1 번째 셀의 타임슬롯 오프셋 및 채널 오프셋에 해당한다.In the above equation, Cell (i, j) represents the j+1 th cell in the i+1 th slot frame that can be expressed as [TO (i, j) , CO (i, j) ]. Here, TO (i, j) and CO (i, j) correspond to the timeslot offset and channel offset of the j+1th cell in the i+1th slot frame, respectively.

한편, 상술하였듯 특정 ASN을 가진 특정 셀을 여러 전자 장치에 할당하면 전자 장치들 간에 셀 중첩 문제가 발생한다. Meanwhile, as described above, if a specific cell having a specific ASN is assigned to multiple electronic devices, a cell overlapping problem occurs between the electronic devices.

따라서, 중계 장치(200)는 COP 알고리즘을 실행하여 빈 셀로 구성된 후보 전력 셀 리스트 및 후보 데이터 셀 리스트를 생성할 수 있다.Accordingly, the relay device 200 may generate a candidate power cell list and a candidate data cell list composed of empty cells by executing the COP algorithm.

이하 알고리즘 1을 통해 본 개시의 일 실시 예에 따른 COP 알고리즘의 절차를 자세히 설명한다.The procedure of the COP algorithm according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail through Algorithm 1 below.

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1: INITIALIZE L LCM to 0, numRep to 0, N partition to 0, indexempty to 0, CellListFlag to FALSE // Initialize variables1: INITIALIZE L LCM to 0, numRep to 0, N partition to 0, index empty to 0, CellListFlag to FALSE // Initialize variables

2: /*========Step 1. LCM slotframe creation======*/ 2: /*========Step 1. LCM slotframe creation======*/

3: L LCM lcm(L) // Caculate the length of the LCM slotframe3: L LCM lcm ( L ) // Caculate the length of the LCM slotframe

4: FOR each slotframe,

Figure 112020112663117-pat00016
//nslotframe is the number of slotframes withing the slotframe list4: FOR each slotframe,
Figure 112020112663117-pat00016
//n slotframe is the number of slotframes with the slotframe list

5: numRep L LCM /L (i) 5: numRepL LCM /L (i)

6: FOR each repetition, 6: FOR each repetition,

7: FOR each cell,

Figure 112020112663117-pat00017
//ncell,i is the number of cells withing the ith slotframe7: FOR each cell,
Figure 112020112663117-pat00017
//n cell,i is the number of cells with the i th slotframe

8: LCM[TO(i,j) + numRep * L (i) ] ← 18: LCM [TO (i,j) + numRep * L (i) ] ← 1

9: ENDFOR9: ENDFOR

10: ENDFOR10: ENDFOR

11:ENDFOR11:ENDFOR

12:/* ========Step 2. Empty timeslot discovery======*/12:/* ========Step 2. Empty timeslot discovery======*/

13: N partitionL LCM/L req //Caculate the mumber of partitions in LCM slotframe13: N partitionL LCM / L req //Caculate the number of partitions in LCM slotframe

14: FOR each partition,

Figure 112020112663117-pat00018
14: FOR each partition,
Figure 112020112663117-pat00018

15: LCM (l)extract(LCM, l*(Lreq/Ltimeslot) : (l+1)(L req/L timeslot)-1)15: LCM (l)extract ( LCM , l*(L req /L timeslot ) : (l+1)( L req / L timeslot )-1)

16: LCM overlapLCM overlap ∪ LCM (l) 16: LCM overlapLCM overlap ∪ LCM (l)

17: ENDFOR17: ENDFOR

18: FOR each timeslot,

Figure 112020112663117-pat00019
//Search timeslot of empty cells in LCM overlap 18: FOR each timeslot,
Figure 112020112663117-pat00019
//Search timeslot of empty cells in LCM overlap

19: IF LCM overlap[m] = 019: IF LCM overlap [m] = 0

20: TS empty[indexempty] ← m20: TS empty [index empty ] ← m

21: ENDIF21: ENDIF

22: indexempty ← indexempty + 122: index empty ← index empty + 1

23: ENDFOR23: ENDFOR

24: /*=======Step 3. Candidate cell list creation=======*/24: /*=======Step 3. Candidate cell list creation=======*/

25: IF size(TS empty) ≥ (NpwrCells + NdataCells + 2NextraCells)25: IF size( TS empty ) ≥ (N pwrCells + N dataCells + 2N extraCells )

26: FOR each empty cell,

Figure 112020112663117-pat00020
26: FOR each empty cell,
Figure 112020112663117-pat00020

27: Cells pwr[p] ← [TS empty[p], rand(Channel)]27: Cells pwr [p] ← [ TS empty [p], rand( Channel )]

28: ENDFOR28: ENDFOR

29: FOR each empty cell,

Figure 112020112663117-pat00021
29: FOR each empty cell,
Figure 112020112663117-pat00021

30: Cells data[q] ← [TS empty[q], rand(Channel)]30: Cells data [q] ← [ TS empty [q], rand( Channel )]

31: ENDFOR31: ENDFOR

32: CellListFlag ← TRUE32: CellListFlag ← TRUE

33: ELSE33: ELSE

34: Cells pwr ← [ ]34: Cells pwr ← [ ]

35: Cells data ← [ ]35: Cells data ← [ ]

36: CellListFlag ← FALSE36: CellListFlag ← FALSE

37: ENDIF37: ENDIF

38: RETURN Cells pwr, Cells data, CellListFlag 38: RETURN Cells pwr , Cells data , CellListFlag

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알고리즘 1에서 중계 장치(200)는 슬롯프레임 리스트에 포함된 모든 슬롯프레임의 길이의 최소 공배수(LCM: least common multiple)와 동일한 길이를 갖는 가상 슬롯프레임(즉, LCM 슬롯프레임)을 생성한다. 또한, 중계 장치(200)는 이를 사용하여 슬롯프레임 리스트의 모든 슬롯프레임 중 비어 있는 셀을 검색한다.In Algorithm 1, the relay device 200 generates a virtual slot frame (ie, LCM slot frame) having the same length as the least common multiple (LCM) of the lengths of all slot frames included in the slot frame list. Also, the relay device 200 searches for an empty cell among all slot frames in the slot frame list by using this.

COP 알고리즘의 절차는 (1) LCM 슬롯프레임 생성, (2) 빈 타임슬롯 발견, (3) 후보 셀 리스트 생성의 세 단계로 구성된다.The procedure of the COP algorithm consists of three steps: (1) LCM slot frame generation, (2) empty timeslot discovery, and (3) candidate cell list generation.

첫 번째 단계에서, LCM 슬롯프레임이 생성되고, 두 번째 단계에서는 LCM 슬롯프레임이 여러 파티션으로 분할되고 모든 파티션에서 빈 셀의 타임슬롯 오프셋이 발견된다. 마지막으로, 세 번째 단계에서는 빈 셀의 타임슬롯 오프셋을 참조하여 후보 전력 및 데이터 셀 리스트가 생성된다.In the first step, the LCM slotframe is created, and in the second step, the LCM slotframe is divided into several partitions and timeslot offsets of empty cells are found in all partitions. Finally, in the third step, a list of candidate power and data cells is generated by referring to timeslot offsets of empty cells.

COP 알고리즘을 참조하면, 먼저 후보 파워 셀/데이터 셀 리스트를 생성하기 위해 필요한 변수들(LLCM, numRep, Npartition, indexempty, CellListFlag 등)이 초기화된다.Referring to the COP algorithm, first, variables (L LCM , numRep, N partition , index empty , CellListFlag, etc.) necessary for generating a candidate power cell/data cell list are initialized.

여기서, LLCM은 LCM 슬롯프레임의 길이이고, numRep은 중계 장치(200)의 슬롯프레임 리스트 내에 포함된 각 슬롯프레임이 LCM 슬롯프레임 내에서 반복되는 횟수이다.Here, L LCM is the length of the LCM slot frame, and numRep is the number of repetitions of each slot frame included in the slot frame list of the repeater 200 within the LCM slot frame.

Npartition은 LCM 슬롯프레임의 파티션 수로서, 전자 장치가 요청한 슬롯프레임이 LCM 슬롯프레임 내에서 반복되는 횟수를 의미한다.N partition is the number of partitions of the LCM slot frame, and means the number of repetitions of the slot frame requested by the electronic device within the LCM slot frame.

indexempty는 빈 셀(TSempty)에 대한 타임슬롯 오프셋 세트에 포함된 엘리먼트들의 인덱스를 나타낸다. 그리고, Cell List Flag는 후보 셀 리스트가 성공적으로 생성되었는지 여부를 나타낸다.index empty represents indexes of elements included in a timeslot offset set for an empty cell (TS empty ). And, the Cell List Flag indicates whether the candidate cell list has been successfully generated.

첫 번째 단계로, 중계 장치(200)는 입력 변수들에 대한 최소 공배수(LCM)를 출력하는 function인 lcm()을 통해 LLCM을 산출할 수 있다. 그리고, 중계 장치(200)는 이하 식과 같이 (LLCM/Ltimeslot) 셀들로 구성된 LCM 슬롯프레임(LCM)을 생성할 수 있다.As a first step, the relay device 200 may calculate L LCM through lcm(), which is a function that outputs the least common multiple (LCM) of input variables. Also, the relay device 200 may generate an LCM slot frame (LCM) composed of (L LCM /L timeslot ) cells as shown in the following equation.

LCM =

Figure 112020112663117-pat00022
LCM =
Figure 112020112663117-pat00022

여기서, lcm(l)은 LCM 슬롯프레임 내의 l+1 번째 셀이 다른 전자 장치에 의해 이미 할당되었는지 여부를 나타낸다. 여기서, 만약 해당 값이 1인 경우라면 이미 다른 전자 장치에 대해 해당 셀이 할당된 것이고, 0이라면 아직 해당 셀은 할당되지 않은 상태이다.Here, lcm(l) represents whether the l+1th cell in the LCM slot frame has already been allocated by another electronic device. Here, if the corresponding value is 1, the corresponding cell has already been assigned to another electronic device, and if 0, the corresponding cell has not yet been assigned.

두 번째 단계로, LCM 슬롯프레임은 전자 장치에 의해 요청된 슬롯프레임의 길이에 따라 몇몇 파티션들로 구분될 수 있다.As a second step, the LCM slot frame may be divided into several partitions according to the length of the slot frame requested by the electronic device.

여기서, LCM(l)은 LCM 슬롯프레임 내의 l+1 번째 파티션을 의미한다. 그리고, extract(INPUT, x:y)는 INPUT에 따라 x번째 열부터 y번째 열까지 엘리먼트들을 추출하기 위한 function이다.Here, LCM (l) means the l+1 th partition in the LCM slot frame. And, extract(INPUT, x:y) is a function for extracting elements from the xth column to the yth column according to INPUT.

모든 파티션들은 0 값을 가지는 셀들의 타임슬롯 오프셋을 발견하기 위해 중첩된다(즉, LCMoverlap이 생성된다). 그리고, TSempty는 발견된 타임슬롯 오프셋들을 순서대로 리스팅함으로써 생성된다.All partitions overlap to find timeslot offsets of cells with a value of 0 (i.e., LCM overlap is created). And, TS empty is created by listing the found timeslot offsets in order.

마지막 단계로, 중계 장치(200)는 TSempty에 포함된 엘리먼트들의 수를 NpwrCells, NdataCells, 및 2NextraCells의 합과 비교할 수 있다.As a last step, the relay device 200 may compare the number of elements included in TS empty with the sum of N pwrCells , N dataCells , and 2N extraCells .

TSempty에 포함된 엘리먼트들의 수는 입력 변수의 엘리먼트 수를 카운트하는 function인 size()를 통해 획득될 수 있다. 그리고, NextraCells-는 후보 셀 리스트를 생성하기 위해 추가적으로 필요한 셀들의 수이다.The number of elements included in TS empty can be obtained through size(), a function that counts the number of elements of an input variable. And, N extraCells- is the number of cells additionally required to generate the candidate cell list.

TSempty에 포함된 엘리먼트들의 수가 상술한 합보다 크거나 같은 경우, 중계 장치(200)는 후보 전력 셀의 리스트 및 후보 데이터 셀의 리스트를 생성하고(즉, Cellspwr, Cellsdata), Cell List Flag를 True로 설정할 수 있다.When the number of elements included in TS empty is greater than or equal to the above-described sum, the relay device 200 generates a list of candidate power cells and a list of candidate data cells (ie, Cells pwr , Cells data ), and Cell List Flag can be set to True.

데이터 전송 이전에 전력 전송을 수행하기 위해, TSempty 내에서, 후보 파워 셀을 위한 타임슬롯 오프셋은 후보 데이터 셀을 위한 타임슬롯 오프셋보다 더 작아질 수 있다. To perform power transfer before data transfer, within TS empty , timeslot offsets for candidate power cells may be smaller than timeslot offsets for candidate data cells.

한편, 반대로, TSempty에 포함된 엘리먼트들의 수가 상술한 합보다 작은 경우, 중계 장치(200)는 두 가지 리스트들을 모두 비운 뒤 CellListFlag를 FALSE로 설정할 수 있다.Meanwhile, on the contrary, when the number of elements included in TS empty is smaller than the above-described sum, the relay device 200 may empty both lists and then set CellListFlag to FALSE.

주어진 채널 리스트(Channel) 내에서, 셀들에 대한 채널 오프셋은 임의로 선택된다. 그리고, 본 알고리즘은 다시 Cellspwr, Cellsdata, CellListFlag로 돌아간다.Within a given channel list (Channel), channel offsets for cells are randomly selected. Then, this algorithm returns to Cells pwr , Cells data , and CellListFlag.

COP 알고리즘을 실행한 후, 중계 장치(200)는 CellListFlag를 확인한다.After executing the COP algorithm, the relay device 200 checks the CellListFlag.

만약 TRUE인 경우, 중계 장치(200)는 선택된 후보 전력 셀 및 후보 데이터 셀을 포함하는 셀 할당 응답 메시지를 전자 장치로 전송한다.If TRUE, the relay device 200 transmits a cell allocation response message including the selected candidate power cell and candidate data cell to the electronic device.

셀 할당 응답 메시지를 수신한 전자 장치는, 후보 전력 셀 및 후보 데이터 셀 중 필요한 전력 셀 및 데이터 셀을 무작위로 선택한 후, 선택된 셀을 포함하는 셀 할당 확인 메시지를 중계 장치(200)로 전송한다.Upon receiving the cell assignment response message, the electronic device randomly selects necessary power cells and data cells from among candidate power cells and candidate data cells, and transmits a cell assignment confirmation message including the selected cells to the relay device 200 .

이때, 전자 장치(200)는 앞서 추정된 필요한 수(NpwrCells, NdataCells)만큼만 전력 셀 및 데이터 셀을 선택할 수 있다.In this case, the electronic device 200 may select as many power cells and data cells as necessary (N pwrCells , N dataCells ) previously estimated.

한편, FALSE 인 경우, 중계 장치(200)는 비어 있는 후보 셀 리스트를 포함하는 셀 할당 응답 메시지를 전자 장치로 전송할 수 있다. 이 경우 전자 장치는 셀 할당이 실패한 것으로 판단할 수 있다.Meanwhile, in case of FALSE, the relay device 200 may transmit a cell assignment response message including an empty candidate cell list to the electronic device. In this case, the electronic device may determine that cell allocation has failed.

도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100) 및 중계 장치(200)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.7 is a block diagram for explaining configurations of an electronic device 100 and a relay device 200 according to an embodiment of the present disclosure.

도 7을 참조하면, 전자 장치(100)는 통신부(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the electronic device 100 may include a communication unit 110 and a processor 120.

통신부(110)는 전자 장치(100)가 적어도 하나의 외부 장치와 통신을 수행하기 위한 구성이다. 또한, 통신부(110)는 전자 장치(100)가 적어도 하나의 외부 장치로부터 전력을 공급받기 위한 구성이기도 하다.The communication unit 110 is a component for the electronic device 100 to communicate with at least one external device. Also, the communication unit 110 is a component for the electronic device 100 to receive power from at least one external device.

구체적으로, 프로세서(120)는 통신부(110)를 통해 중계 장치(200)와 통신을 수행할 수 있으며, 무선으로 전력을 공급받기 위한 RF 신호를 통신부(200)를 통해 중계 장치(200)로부터 수신할 수 있다.Specifically, the processor 120 may communicate with the relay device 200 through the communication unit 110, and receive an RF signal for wirelessly receiving power from the relay device 200 through the communication unit 200. can do.

이를 위해, 통신부(110)는 TS-SWIPT 방식의 수신기를 포함할 수 있으며, 에너지를 공급받는 한편 시분할 방식으로 정보를 얻기 위해 에너지 공급을 위한 회로와 정보 디코딩 회로 사이에서 주기적으로 안테나를 전환할 수 있다.To this end, the communication unit 110 may include a TS-SWIPT type receiver, and may periodically switch an antenna between an energy supply circuit and an information decoding circuit to obtain information in a time division manner while receiving energy. have.

프로세서(120)는 전자 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.The processor 120 controls overall operations of the electronic device 100 .

이를 위해, 프로세서(120)는 하드웨어적으로 CPU(central processing unit), GPU(Graphic processing unit), NPU(neural processing unit) 등을 포함할 수 있으며, 전자 장치(100)에 포함된 다른 구성요소들의 제어에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.To this end, the processor 120 may include a central processing unit (CPU), a graphic processing unit (GPU), a neural processing unit (NPU), and the like in terms of hardware, and may include other components included in the electronic device 100. Control-related calculations and data processing can be executed.

프로세서(120)는 MPU(Micro Processing Unit)로 구현되거나, 또는 RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등이 CPU 등과 시스템 버스를 통해 연결된 컴퓨터에 해당할 수도 있다.The processor 120 may be implemented as a micro processing unit (MPU), or may correspond to a computer having random access memory (RAM) and read only memory (ROM) connected to a CPU and the like through a system bus.

프로세서(120)는 전자 장치(100)에 포함된 하드웨어적 구성요소뿐만 아니라, 전자 장치(100)에 포함되는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 제어할 수도 있으며, 프로세서(120)가 소프트웨어 모듈을 제어한 결과가 하드웨어 구성들의 동작으로 도출될 수도 있다.The processor 120 may control not only hardware components included in the electronic device 100, but also one or more software modules included in the electronic device 100, and a result of the processor 120 controlling the software modules is It may also be derived from the operation of hardware components.

프로세서(120)는 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 수행할 수 있다.The processor 120 may perform the slot frame scheduling method by executing at least one instruction stored in memory.

구체적으로, 프로세서(120)는 전자 장치(100)의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 슬롯프레임의 길이를 설정하고, 전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수를 식별할 수 있다.Specifically, the processor 120 may set the length of the slot frame according to the transmission period of the electronic device 100, and identify the number of cells required for power supply and the number of cells required for data transmission and reception. .

그리고, 프로세서(120)는 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로 전송할 수 있다.Also, the processor 120 may transmit a cell allocation request including information on the length of the set slot frame to the relay device through the communication unit.

이후, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 응답이 통신부(110)를 통해 중계 장치(200)로부터 전자 장치(100)로 수신될 수 있다.Thereafter, a cell allocation response including information on a first list including one or more candidate cells for power supply and a second list including one or more candidate cells for data transmission/reception is transmitted through the communication unit 110 to the relay device ( 200 to the electronic device 100.

이때, 프로세서(120)는 제1 리스트 내에서 적어도 하나의 제1 셀을 전력 공급에 필요한 셀의 수만큼 선택하고, 제2 리스트 내에서 적어도 하나의 제2 셀을 데이터 송수신에 필요한 셀의 수만큼 선택할 수 있다.At this time, the processor 120 selects at least one first cell from the first list as many as the number of cells required for power supply, and selects at least one second cell from the second list as many as the number of cells required for data transmission and reception. You can choose.

그리고, 프로세서(120)는 선택된 제1 셀 및 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 통신부(110)를 통해 중계 장치(200)로 전송할 수 있다.Also, the processor 120 may transmit cell allocation confirmation including information on the selected first cell and second cell to the relay device 200 through the communication unit 110 .

한편, 비록 도 7에는 도시되지 않았지만, 전자 장치(100)는 이 밖에도 주변 환경에 대한 정보를 획득하기 위한 적어도 하나의 센서, 메모리 등의 구성을 추가로 포함할 수 있음은 물론이다.Meanwhile, although not shown in FIG. 7 , the electronic device 100 may additionally include components such as at least one sensor and a memory for obtaining information on the surrounding environment.

도 7을 참조하면, 중계 장치(200)는 통신부(210) 및 프로세서(220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the relay device 200 may include a communication unit 210 and a processor 220.

중계 장치(200)는 통신부(210)를 통해 하나 이상의 전자 장치와 통신을 수행할 수 있으며, 하나 이상의 전자 장치에 전력을 공급하기 위한 RF 신호를 출력할 수도 있다.The relay device 200 may communicate with one or more electronic devices through the communication unit 210 and may output an RF signal for supplying power to one or more electronic devices.

프로세서(220)는 통신부(210)를 포함하여 중계 장치(200)에 포함된 다양한 하드웨어/소프트웨어 구성을 제어할 수 있다.The processor 220 may control various hardware/software components included in the relay device 200, including the communication unit 210.

프로세서(220)는 중계 장치(200)의 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 수행할 수 있다.The processor 220 may perform the slot frame scheduling method by executing at least one instruction stored in the memory of the repeater 200 .

구체적으로, 프로세서(220)는 전자 장치(100)의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 통신부(210)를 통해 전자 장치(100)로부터 수신할 수 있다.Specifically, the processor 220 receives a cell allocation request including information about the length of a slot frame set according to the transmission period of the electronic device 100 from the electronic device 100 through the communication unit 210. can do.

그리고, 프로세서(220)는 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별할 수 있다.Also, the processor 220 may identify at least one empty cell not allocated to another electronic device among a plurality of cells included in a slot frame having a set length.

여기서, 식별된 적어도 하나의 셀을 기반으로, 프로세서(220)는 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트를 획득할 수 있다.Here, based on the identified at least one cell, the processor 220 may obtain a first list including one or more candidate cells for power supply and a second list including one or more candidate cells for data transmission/reception. have.

그리고, 프로세서(220)는 제1 리스트 및 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 응답을 통신부(210)를 통해 전자 장치(100)로 전송할 수 있다.Also, the processor 220 may transmit a cell assignment response including information on the first list and the second list to the electronic device 100 through the communication unit 210 .

이후, 제1 리스트 내에서 전자 장치(100)에 의해 선택된 적어도 하나의 제1 셀 및 제2 리스트 내에서 전자 장치(100)에 의해 선택된 적어도 하나의 제2 셀에 대한 정보를 포함하는, 셀 할당 응답이 통신부(210)를 통해 전자 장치(100)로부터 중계 장치(200)로 수신될 수 있다.Subsequently, cell assignment including information about at least one first cell selected by the electronic device 100 in the first list and at least one second cell selected by the electronic device 100 in the second list A response may be received from the electronic device 100 to the relay device 200 through the communication unit 210 .

한편, 본 개시에 따른 TMSS의 성능을 평가하기 위해, IEEE 802.15.4 physical(PHY)/MAC 계층 환경에서 실험 시뮬레이션이 수행되었다.Meanwhile, in order to evaluate the performance of the TMSS according to the present disclosure, an experimental simulation was performed in an IEEE 802.15.4 physical (PHY) / MAC layer environment.

TMSS의 성능에 대한 시뮬레이션 결과를 단일 슬롯 프레임(즉, 기존의 TSCH)을 사용하는 TSCH의 결과와 비교하여 TMSS의 효과를 확인했다. 이하 시뮬레이션 설정 및 결과에 대해 자세히 설명한다.The effect of TMSS was confirmed by comparing the simulation results of the performance of TMSS with the results of TSCH using a single-slot frame (ie, conventional TSCH). The simulation settings and results are described in detail below.

본 시뮬레이션에서, 전자 장치의 전송 주기(TP)가 EB 방송 및 제어 패킷 전송에 사용되는 슬롯 프레임(즉, EB 슬롯프레임)의 길이보다 짧거나 길게(또는 동일) 설정된 두 가지 시뮬레이션 시나리오가 고려되었다.In this simulation, two simulation scenarios in which the transmission period (TP) of the electronic device is set to be shorter or longer than (or equal to) the length of a slot frame (ie, EB slot frame) used for EB broadcasting and control packet transmission were considered.

두 시나리오 모두에서 EB 슬롯 프레임의 길이는 2초로 설정되었다. 타임슬롯 길이를 10ms로 설정했기 때문에 EB 슬롯 프레임의 타임 슬롯 수는 200개였다.In both scenarios, the length of the EB slot frame was set to 2 seconds. Since the timeslot length was set to 10 ms, the number of time slots in the EB slot frame was 200.

각 시나리오에서 세 개의 전자 장치 그룹이 배포되었으며 각 그룹 내의 전자 장치는 동일한 전송 주기를 갖는다. 다만, 그룹 별로 다른 길이의 TP가 사용되었다. In each scenario, three groups of electronic devices are deployed, and the electronic devices in each group have the same transmission period. However, TPs of different lengths were used for each group.

구체적으로 첫 번째 시나리오(즉, 단기 TP 시나리오: TP가 EB의 슬롯프레임 길이보다 짧은 시나리오)에서는 각 그룹의 TP를 0.5, 1, 1.5 초로 설정하고, 두 번째 시나리오에서는 각 그룹의 TP를 2, 2.5, 3 초로 설정했다(즉, 장기 TP 시나리오: TP가 EB의 슬롯프레임 길이보다 길거나 같은 시나리오). 각 그룹은 여러 전자 장치와 하나의 HAP로 구성되며 그룹당 전자 장치 수는 [2, 20] 범위에서 다양하다.Specifically, in the first scenario (i.e., short-term TP scenario: the TP is shorter than the slot frame length of EB), the TPs of each group are set to 0.5, 1, and 1.5 seconds, and in the second scenario, the TPs of each group are set to 2 and 2.5 seconds. , set to 3 seconds (i.e. long-term TP scenario: scenario where TP is longer than or equal to EB's slot frame length). Each group consists of several electronic devices and one HAP, and the number of electronic devices per group varies in the range [2, 20].

시뮬레이션에 있어, 모든 전자 장치는 HAP의 통신 범위 내에 있다고 가정한다. 전자 장치와 HAP 사이의 거리(d)는 1 ~ 4m로 임의로 설정되었다.In the simulation, it is assumed that all electronic devices are within communication range of the HAP. The distance (d) between the electronic device and the HAP was arbitrarily set to 1 to 4 m.

TP에서 HAP로 전송할 데이터 패킷 수(예: Npkt)와 패킷 사이즈 및 데이터 속도는 각각 5, 125 바이트, 250kbps로 설정되었다. 따라서, 각 전자 장치에 할당된 데이터 셀의 수는 5개이다.The number of data packets to be transmitted from TP to HAP (eg N pkt ), packet size, and data rate were set to 5, 125 bytes, and 250 kbps, respectively. Accordingly, the number of data cells allocated to each electronic device is five.

한편, 각 전자 장치에 할당되는 전력 셀의 수는 TP에 따라 달라지게 된다. Tx, Rx 및 유휴 상태 (예 Qtx, Qrx, Qidle)에서 소비된 에너지 양, HAP의 Tx 전력(PTX), 경로 손실 매개 변수(α), 효율 계수(η)는 각각 24.11mW, 19.26mW, 4.67mW, 100mW, 2.7 및 0.65로 설정되었다.Meanwhile, the number of power cells allocated to each electronic device varies according to the TP. The amount of energy consumed in Tx, Rx and idle state (e.g. Q tx , Q rx , Q idle ), Tx power of HAP (P TX ), path loss parameter (α), efficiency factor (η) are 24.11 mW, respectively; were set at 19.26 mW, 4.67 mW, 100 mW, 2.7 and 0.65.

지연, 총 처리량 및 셀 사용률 측면에서 TMSS의 성능이 기존 TSCH의 성능과 비교되었다. 셀 사용률은 센서 장치에 할당된 총 셀 수에 대한 에너지 공급 및 데이터 전송에 사용되는 셀 수의 비율을 나타낸다. 기존의 TSCH의 경우 모든 그룹의 전자 장치의 슬롯프레임 길이가 TP에 관계없이 EB 슬롯프레임 길이(즉, 2 초)와 동일하게 설정되었다.The performance of TMSS in terms of latency, total throughput and cell utilization was compared with that of conventional TSCH. The cell utilization rate represents the ratio of the number of cells used for energy supply and data transmission to the total number of cells allocated to the sensor device. In the case of the existing TSCH, the slot frame length of electronic devices of all groups is set equal to the EB slot frame length (ie, 2 seconds) regardless of TP.

슬롯프레임 길이 내에서 HAP로 전송되는 데이터 패킷 수는 [Npkt/(TP/2)]로 설정되었다. 시뮬레이션은 200번 반복되었으며 자세한 시뮬레이션 매개 변수는 이하 표 1에 나열되어 있다.The number of data packets transmitted to the HAP within the slot frame length is set to [N pkt /(TP/2)]. The simulation was repeated 200 times and the detailed simulation parameters are listed in Table 1 below.

Figure 112020112663117-pat00023
Figure 112020112663117-pat00023

도 8a와 8b는 각각 단기 및 장기 TP 시나리오에 대한 TMSS의 지연 성능을 보여준다. 지연은 Npkt의 데이터 패킷을 HAP에 전달하는 데 걸리는 시간을 나타낸다.8a and 8b show the delay performance of TMSS for short-term and long-term TP scenarios, respectively. Delay represents the time it takes to deliver N pkt of data packets to the HAP.

두 시나리오에서, 전자 장치가 슬롯프레임 길이를 TP와 동일하게 설정할 수 있도록 허용하므로, TMSS의 지연은 그룹당 전자 장치의 수에 관계없이 각 그룹의 TP 길이보다 짧다. 따라서, 본 개시에 따른 TMSS는 에너지 수확 및 데이터 전송의 적시성을 보장한다는 효과가 있다.In both scenarios, since the electronic device is allowed to set the slot frame length equal to the TP, the delay of TMSS is shorter than the TP length of each group regardless of the number of electronic devices per group. Therefore, the TMSS according to the present disclosure has an effect of ensuring timeliness of energy harvesting and data transmission.

반면, 단기 TP 시나리오에서, 기존의(legacy) TSCH는 TP가 0.5 초이거나 1 초일 때 적시성을 보장하지 않는다.On the other hand, in the short-term TP scenario, the legacy TSCH does not guarantee timeliness when the TP is 0.5 second or 1 second.

그룹 별 전자 장치의 수는 8개 이상인 경우, 기존의 TSCH의 대기 시간은 일반적으로 TP보다 더 길다. 이는 일부 전자 장치가 데이터 패킷을 전송하기 위해 다음 슬롯프레임을 기다리기 때문이다.When the number of electronic devices per group is 8 or more, the waiting time of the existing TSCH is generally longer than that of the TP. This is because some electronic devices wait for the next slot frame to transmit data packets.

기존의 TSCH에서 대부분의 전자 장치는 슬롯프레임 길이와 TP가 동일하지 않을 때 여러 슬롯프레임을 사용하는 반면, 본 개시에 따른 TMSS를 실행하는 모든 전자 장치는 데이터 패킷을 전송하는 데에 하나의 슬롯프레임만 사용한다.In the existing TSCH, most electronic devices use several slot frames when the slot frame length and TP are not the same, whereas all electronic devices executing TMSS according to the present disclosure use one slot frame to transmit data packets use only

따라서, 본 개시에 따른 TMSS는 TP가 EB 슬롯 프레임 길이와 동일한 경우를 제외하고는 기존의 TSCH에 비해 더 짧은 지연을 보인다. 정량적으로 TMSS는 단기 및 장기 TP 시나리오에서 레거시 TSCH에 비해 각각 54.32 % 및 26.49 % 더 짧은 지연을 달성하였다.Therefore, the TMSS according to the present disclosure shows a shorter delay than the conventional TSCH except when the TP is equal to the EB slot frame length. Quantitatively, TMSS achieved 54.32% and 26.49% shorter delays compared to legacy TSCH in short-term and long-term TP scenarios, respectively.

도 9a 및 9b는 그룹당 전자 장치 수가 다를 때 총 처리량의 성능 변화를 보여준다.9A and 9B show the performance change of the total throughput when the number of electronic devices per group is different.

도 9a 및 도 9b에서, TP가 감소하면 HAP가 수신하는 총 데이터 패킷 수가 증가하기 때문에 총 처리량이 증가한다.9a and 9b, the total throughput increases because the total number of data packets received by the HAP increases when the TP decreases.

각 TP에 대해 총 처리량은 그룹당 전자 장치 수가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있다. 그러나 그룹당 전자 장치 수가 특정 수에 도달하면 총 처리량이 더 이상 증가하지 않는다. 이는 셀을 성공적으로 할당한 전자 장치(즉, 성공한 장치)의 수가 슬롯프레임의 타임슬롯 수에 의해 제한되기 때문이다.For each TP, the total throughput tends to increase as the number of electronic devices per group increases. However, when the number of electronic devices per group reaches a certain number, the total throughput does not increase any further. This is because the number of electronic devices that have successfully allocated cells (i.e., successful devices) is limited by the number of timeslots in a slot frame.

Figure 112020112663117-pat00024
Figure 112020112663117-pat00024

표 2는 성공적인 장치의 평균 수를 나열한 것이다. 여기서 ndev는 그룹당 센서 장치의 수이다.Table 2 lists the average number of successful devices. where n dev is the number of sensor devices per group.

표 2에서 TP가 0.5초인 경우 전자 장치의 수가 4개에서 20개로 변경되더라도 성공한 장치의 수는 4개에 가깝다.In Table 2, when the TP is 0.5 seconds, the number of successful devices is close to 4 even if the number of electronic devices is changed from 4 to 20.

다만, TMSS의 평균 성공 장치 수는 기존의 TSCH의 경우보다 약간 더 많다. TP가 1.5, 2.5, 3초일 때. 평균적으로 TMSS의 총 처리량은 기존 TSCH의 처리량보다 0.68 % 더 높다.However, the average number of successful devices of TMSS is slightly higher than that of conventional TSCH. When TP is 1.5, 2.5, 3 seconds. On average, the total throughput of TMSS is 0.68% higher than that of conventional TSCH.

도 10a 및 도 10b는 단기 및 장기 TP 시나리오에 대한 TMSS의 셀 활용도를 보여준다.10A and 10B show cell utilization of TMSS for short and long TP scenarios.

TMSS의 셀 이용률은 전자 장치의 TP를 고려하여 슬롯프레임에 셀이 할당되기 때문에 모든 시나리오에서 100%이다.The cell utilization rate of TMSS is 100% in all scenarios because cells are allocated to slot frames in consideration of the TP of the electronic device.

즉, 전자 장치에 할당된 모든 셀은 예외 없이 에너지 공급 또는 데이터 전송에 사용된다.That is, all cells assigned to the electronic device are used for energy supply or data transmission without exception.

그러나, 기존의 TSCH의 셀 활용은 TP가 슬롯프레임 길이(즉, EB 슬롯 프레임 길이)보다 길 때 감소한다. 특히, 장기 TP 시나리오에서 기존의 TSCH를 사용하는 전자 장치는 에너지 공급 및 데이터 전송을 위해 슬롯 프레임에 최소 2개의 셀을 추가해야 한다.However, the cell utilization of the existing TSCH decreases when the TP is longer than the slot frame length (ie, the EB slot frame length). In particular, in a long-term TP scenario, an electronic device using an existing TSCH needs to add at least two cells to a slot frame for energy supply and data transmission.

이 경우, 할당된 데이터 셀이 TP보다 짧은 슬롯프레임 길이에서 반복되므로 데이터 전송에 여러 데이터 셀을 사용하지 못할 수 있다. 또한, 전자 장치가 슬롯프레임에서 데이터 패킷을 전송하지 않더라도 주기적으로 에너지 공급/수집을 수행하므로 불필요한 에너지 공급/수집이 발생할 수 있다. 장기 TP 시나리오에서 TMSS의 셀 사용률은 기존의 TSCH보다 6.44 % 더 높다.In this case, since the allocated data cells are repeated in a shorter slot frame length than the TP, several data cells may not be used for data transmission. Also, even if the electronic device does not transmit data packets in a slot frame, energy supply/collection is periodically performed, and thus unnecessary energy supply/collection may occur. In the long-term TP scenario, the cell utilization of TMSS is 6.44% higher than that of conventional TSCH.

한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다.Meanwhile, various embodiments described above may be implemented in a recording medium readable by a computer or a similar device using software, hardware, or a combination thereof.

하드웨어적인 구현에 의하면, 본 개시에서 설명되는 실시 예들은 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛(unit) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. According to the hardware implementation, the embodiments described in this disclosure are application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and field programmable gate arrays (FPGAs). ), processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.

일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상술한 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다.In some cases, the embodiments described herein may be implemented by a processor itself. According to software implementation, embodiments such as procedures and functions described in this specification may be implemented as separate software modules. Each of the software modules described above may perform one or more functions and operations described herein.

한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치(100)에서의 처리동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions) 또는 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어 또는 컴퓨터 프로그램은 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(100)에서의 처리 동작을 상술한 특정 기기가 수행하도록 한다.On the other hand, computer instructions or computer programs for performing processing operations in the electronic device 100 according to various embodiments of the present disclosure described above are provided on a non-transitory computer-readable medium can be stored in Computer instructions or computer programs stored in such a non-transitory computer readable medium, when executed by a processor of a specific device, cause the above-described specific device to perform processing operations in the electronic device 100 according to various embodiments.

비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.A non-transitory computer readable medium is a medium that stores data semi-permanently and is readable by a device, not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory. Specific examples of the non-transitory computer readable media may include CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.Although the preferred embodiments of the present disclosure have been shown and described above, the present disclosure is not limited to the specific embodiments described above, and is common in the technical field belonging to the present disclosure without departing from the gist of the present disclosure claimed in the claims. Of course, various modifications and implementations are possible by those with knowledge of, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present disclosure.

100, 100-1, 100-2: 전자 장치
200: 중계 장치
100, 100-1, 100-2: electronic device
200: relay device

Claims (9)

SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 전자 장치의 슬롯프레임(slotframe) 스케쥴링 방법에 있어서,
상기 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 슬롯프레임의 길이를 설정하는 단계;
전력 공급을 위한 셀의 수 및 데이터 송수신을 위한 셀의 수를 식별하는 단계;
상기 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 중계 장치로 전송하는 단계;
상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 상기 복수의 셀 중 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는, 셀 할당 응답을 상기 중계 장치로부터 수신하는 단계;
상기 제1 리스트 내에서 적어도 하나의 제1 셀을 상기 전력 공급을 위한 셀의 수만큼 선택하고, 상기 제2 리스트 내에서 적어도 하나의 제2 셀을 상기 데이터 송수신을 위한 셀의 수만큼 선택하는 단계; 및
상기 선택된 제1 셀 및 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인(confirmation)을 상기 중계 장치로 전송하는 단계;를 포함하는, 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
In the slot frame scheduling method of an electronic device included in an Internet of Things (IoT) system in a Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) environment,
setting a length of a slot frame according to a transmission period of the electronic device;
identifying the number of cells for power supply and the number of cells for data transmission and reception;
Transmitting a cell allocation request including information on the length of the configured slot frame to a relay device;
For a first list including one or more candidate cells for power supply among a plurality of cells included in the slot frame having the set length and a second list including one or more candidate cells for data transmission/reception among the plurality of cells receiving a cell assignment response including information from the relay device;
selecting at least one first cell as many as the number of cells for power supply in the first list and selecting at least one second cell as many as the number of cells for data transmission and reception in the second list; ; and
and transmitting cell allocation confirmation including information on the selected first cell and second cell to the relay device.
제1항에 있어서,
상기 셀 할당 요청을 중계 장치로 전송하는 단계는,
상기 전력 공급을 위한 셀의 수에 대한 정보 및 상기 데이터 송수신을 위한 셀의 수에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 중계 장치로 전송하는, 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
According to claim 1,
Transmitting the cell allocation request to the relay device,
The method of scheduling slot frames in an electronic device comprising transmitting a cell allocation request including information on the number of cells for power supply and information on the number of cells for data transmission and reception to the relay device.
제1항에 있어서,
상기 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법은,
상기 복수의 셀 중 상기 제1 셀의 타임슬롯 내에서 상기 중계 장치로부터 전력을 공급받는 단계; 및
상기 복수의 셀 중 상기 제2 셀의 타임슬롯 내에서 상기 중계 장치와 데이터를 송수신하는 단계;를 더 포함하는, 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
According to claim 1,
The slot frame scheduling method of the electronic device,
receiving power from the relay device within a timeslot of the first cell among the plurality of cells; and
Transmitting and receiving data with the relay device within the timeslot of the second cell of the plurality of cells; further comprising, the slot frame scheduling method of the electronic device.
제1항에 있어서,
상기 전력 공급을 위한 셀의 수를 식별하는 단계는,
상기 중계 장치로부터 수신된 EB(Enhanced Beacon) 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 기반으로 상기 전자 장치와 상기 중계 장치 간의 거리를 식별하고,
상기 식별된 거리를 기반으로, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임에 포함된 각 셀을 구성하는 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치가 상기 중계 장치로부터 무선으로 공급받는 전력량을 식별하고,
상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 별로 상기 전자 장치가 소모하는 전력량에 대한 정보를 식별하고,
상기 타임슬롯 별로 공급받는 전력량 및 상기 슬롯프레임 별로 소모하는 전력량을 기반으로, 각 슬롯프레임 내에서 전력 공급을 위한 셀의 수를 식별하는, 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
According to claim 1,
Identifying the number of cells for power supply,
Identifying a distance between the electronic device and the relay device based on a Received Signal Strength Indicator (RSSI) of an Enhanced Beacon (EB) signal received from the relay device;
Based on the identified distance, identifying the amount of power wirelessly supplied to the electronic device from the relay device within a timeslot constituting each cell included in the slot frame having the set length;
Identifying information on the amount of power consumed by the electronic device for each slot frame having the set length;
A method for scheduling slot frames in an electronic device, wherein the number of cells for power supply is identified in each slot frame based on the amount of power supplied for each timeslot and the amount of power consumed for each slot frame.
제4항에 있어서,
상기 전력 공급을 위한 셀의 수를 식별하는 단계는,
이하 수학식에 따라 상기 전자 장치와 상기 중계 장치 간의 거리(d)를 식별하고,
Figure 112022067386323-pat00025

RSSId는 상기 RSSI의 값이고, RSSI1은 거리가 1m인 경우에 획득되었던 RSSI의 값이며, α는 경로 손실 매개 변수인, 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
According to claim 4,
Identifying the number of cells for power supply,
Identify the distance (d) between the electronic device and the relay device according to the following equation,
Figure 112022067386323-pat00025

RSSI d is the RSSI value, RSSI 1 is the RSSI value obtained when the distance is 1 m, and α is a path loss parameter.
제5항에 있어서,
상기 전력 공급을 위한 셀의 수를 식별하는 단계는,
(1) 이하 수학식에 따라 상기 슬롯프레임 별로 데이터 전송에 소모되는 전력량을 식별하고,
Figure 112022067386323-pat00026

Npkt는 슬롯프레임 동안 전송될 데이터 패킷의 수, Sizepkt 및 Sizeack는 각각 데이터 패킷 및 Ack의 데이터 사이즈이고, Qtx, Qrx, Qidle은 각각 Tx, Rx, 유휴 상태 내에서 초당 소모되는 전력량이고, TsTxOffset 및 TsRxAckDelay는 각각 데이터 패킷의 전송 및 승인(Ack) 수신을 준비하는 시간 간격이고,
(2) 이하 수학식에 따라 상기 슬롯프레임 별로 상기 전자 장치가 소모하는 전력량(Qslotframe)을 식별하고,
Figure 112022067386323-pat00027

Qsensing은 상기 전자 장치가 상기 슬롯프레임 별로 센싱에 소모하는 전력량으로, 상기 전자 장치에 포함된 센서에 따라 기설정되고,
(3) 이하 수학식에 따라 각 타임슬롯 별로 상기 전자 장치로 공급되는 전력량(Etimeslot)을 식별하고,
Figure 112022067386323-pat00028

Ltimeslot은 타임슬롯의 길이이고, Es는 초당 공급되는 전력량이며, η는 에너지 공급에 대한 효율 계수이고, PTx는 중계 장치(100)의 Tx 전력이고,
(4) 이하 수학식에 따라 각 슬롯프레임 내에서 전력 공급을 위한 셀의 수(NpwrCells를) 식별하는,
Figure 112022067386323-pat00029

전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
According to claim 5,
Identifying the number of cells for power supply,
(1) Identify the amount of power consumed for data transmission for each slot frame according to the following equation,
Figure 112022067386323-pat00026

N pkt is the number of data packets to be transmitted during the slot frame, Size pkt and Size ack are the data size of the data packet and Ack, respectively, and Q tx , Q rx , Q idle are the consumption per second in Tx, Rx, and idle states, respectively. is the amount of power, TsTxOffset and TsRxAckDelay are time intervals to prepare for transmission of data packets and reception of acknowledgment (Ack), respectively;
(2) identifying the amount of power (Q slotframe ) consumed by the electronic device for each slot frame according to the following equation;
Figure 112022067386323-pat00027

Q sensing is the amount of power consumed by the electronic device for sensing for each slot frame, and is preset according to a sensor included in the electronic device;
(3) identifying the amount of power (E timeslot ) supplied to the electronic device for each time slot according to the following equation,
Figure 112022067386323-pat00028

L timeslot is the length of the timeslot, E s is the amount of power supplied per second, η is the energy supply efficiency coefficient, P Tx is the Tx power of the repeater 100,
(4) identifying the number of cells (N pwrCells ) for power supply within each slot frame according to the following equation,
Figure 112022067386323-pat00029

Slot frame scheduling method of electronic device.
제1항에 있어서,
상기 데이터 송수신을 위한 셀의 수를 식별하는 단계는,
상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임에 포함된 각 셀을 구성하는 타임슬롯 내에서, 상기 전자 장치가 최대로 전송할 수 있는 데이터 패킷의 수를 식별하고,
상기 전자 장치가 상기 슬롯프레임 별로 전송하는 데이터 패킷의 수 및 상기 최대로 전송할 수 있는 데이터 패킷의 수를 기반으로, 각 슬롯프레임 내에서 데이터 송수신을 위한 셀의 수를 식별하는, 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
According to claim 1,
The step of identifying the number of cells for transmitting and receiving data,
Identifying the maximum number of data packets that the electronic device can transmit within a timeslot constituting each cell included in the slot frame having the set length;
The method of scheduling slot frames, wherein the electronic device identifies the number of cells for transmitting and receiving data within each slot frame based on the number of data packets transmitted for each slot frame and the maximum number of data packets that can be transmitted.
제7항에 있어서,
상기 데이터 송수신을 위한 셀의 수를 식별하는 단계는,
(1) 이하 수학식에 따라 상기 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치가 최대로 전송할 수 있는 데이터 패킷의 수(maxNpkt-_timeslot)를 식별하고,
Figure 112022067386323-pat00030

Ltimeslot은 타임슬롯의 길이이고, Sizepkt 및 Sizeack는 각각 데이터 패킷 및 Ack의 데이터 사이즈이고, TsTxOffset 및 TsRxAckDelay는 각각 데이터 패킷의 전송 및 승인(Ack) 수신을 준비하는 시간 간격이고,
(2) 이하 수학식에 따라 상기 슬롯프레임 내에 추가될 데이터 셀의 수(NdataCells)를 식별하고,
Figure 112022067386323-pat00031

Npkt는 슬롯프레임 동안 전송될 데이터 패킷의 수인, 전자 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
According to claim 7,
The step of identifying the number of cells for transmitting and receiving data,
(1) identifying the maximum number of data packets (maxN pkt-_timeslot ) that the electronic device can transmit within the timeslot according to the following equation;
Figure 112022067386323-pat00030

L timeslot is the length of the timeslot, Size pkt and Size ack are the data sizes of the data packet and Ack, respectively, TsTxOffset and TsRxAckDelay are the time intervals for preparing for transmission of the data packet and reception of an acknowledgment (Ack), respectively,
(2) Identify the number of data cells (N dataCells ) to be added in the slot frame according to the following equation,
Figure 112022067386323-pat00031

A slot frame scheduling method of an electronic device, wherein N pkt is the number of data packets to be transmitted during a slot frame.
SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 전자 장치에 있어서,
중계 장치와 통신을 수행하고, 상기 중계 장치로부터 무선으로 전력을 공급받기 위한 통신부; 및
상기 통신부와 연결된 프로세서;를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 슬롯프레임의 길이를 설정하고,
전력 공급을 위한 셀의 수 및 데이터 송수신을 위한 셀의 수를 식별하고,
상기 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로 전송하고,
상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 상기 복수의 셀 중 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트 에 대한 정보를 포함하는, 셀 할당 응답을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로부터 수신하고,
상기 제1 리스트 내에서 적어도 하나의 제1 셀을 상기 전력 공급을 위한 셀의 수만큼 선택하고, 상기 제2 리스트 내에서 적어도 하나의 제2 셀을 상기 데이터 송수신을 위한 셀의 수만큼 선택하고,
상기 선택된 제1 셀 및 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로 전송하는, 전자 장치.
In an electronic device included in an Internet of Things (IoT) system in a Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) environment,
a communication unit for communicating with a relay device and wirelessly receiving power from the relay device; and
Including; a processor connected to the communication unit;
the processor,
The length of the slot frame is set according to the transmission period of the electronic device,
identify the number of cells for power supply and the number of cells for data transmission and reception;
Transmitting a cell allocation request including information on the length of the configured slot frame to the relay device through the communication unit;
For a first list including one or more candidate cells for power supply among a plurality of cells included in the slot frame having the set length and a second list including one or more candidate cells for data transmission/reception among the plurality of cells Receiving a cell allocation response including information from the relay device through the communication unit;
Selecting at least one first cell as many as the number of cells for power supply in the first list, and selecting at least one second cell as many as the number of cells for data transmission and reception in the second list,
Transmitting cell allocation confirmation including information on the selected first cell and second cell to the relay device through the communication unit.
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