KR20200113271A - 셀 컨트롤러 및 데이터 통신을 스케줄링하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스템 내의 통신을 스케줄링하는 것에 관한 것이고, 그 시스템은 통신 디바이스(D#0, D#1, …, D#n)로서, 전력 배터리를 갖고, 상기 각 디바이스 전용의 미리 정의된 타임슬롯 내에서 데이터를 수신/송신하기 위한 기동을 행하고, 다음으로, 배터리의 전력을 세이브하기 위해 슬립 모드로 이행하도록 구성되는 통신 디바이스와, 장래의 타임슬롯이 상기 디바이스에 할당되는 것이 의도되어 있는지 여부, 및 최종적으로는 상기 장래의 타임슬롯이 할당되도록 스케줄링되는 시점을 디바이스에 대하여 어나운스하기 위해 통신 디바이스에 비콘을 반복 송신하는 셀 컨트롤러(CC)를 구비한다. 셀 컨트롤러는, 현재의 비콘을 송신하기 전에, 각 디바이스에 대하여, 디바이스가 그 타임슬롯을 이용할 수 있는 시점까지 슬립 이행 페이즈 및 기동 페이즈에 기인한 에너지 소비를 고려한, 디바이스에 의해 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)을 계산한다. 셀 컨트롤러는 또한 현재의 비콘에 나타내어지는 전용 타임슬롯을 갖는 것이 의도되는 디바이스의 제 1 리스트를, 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)에 따라 랭크화한다. 셀 컨트롤러는 리스트의 선두에 있는 디바이스를 선택하고, 말미에 삽입한다. 셀 컨트롤러는, 이 디바이스에 대하여, 현재의 비콘이 송신되는 시점과 전용 타임슬롯이 할당되는 시점의 사이의 시간 오프셋 t_off,n을 계산하고, 이 디바이스의 시간 오프셋 t_off,n이 자신의 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰지 여부를 판단한다. 판단 결과가 긍정적인 경우, 셀 컨트롤러는 디바이스(D#n)를 제 1 리스트의 보다 상위로 이동시키고, 이 디바이스에 대하여 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 결정한다. 마지막으로, 갱신된 리스트의 데이터에 따라 현재의 비콘이 수정되고, 특히 디바이스는 자신의 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 갖는다.

Description

셀 컨트롤러 및 데이터 통신을 스케줄링하는 방법

본 발명은 통신 디바이스(접속된 센서 등)의 전력 소비를 최소화하기 위한 그러한 디바이스의 동작 최적화에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에 있어서, 미디어 액세스 제어(MAC) 층의 주요한 태스크의 하나는 통신이 필요한 다양한 디바이스(이하 "국(station)"이라고도 칭하여진다)의 사이에서 이용 가능한 무선 리소스를 공유하기 위해 채널 액세스 제어 메커니즘을 제공하는 것이다.

패킷 모드의 경합 베이스의 채널 액세스에 있어서는, 다중 액세스 메커니즘이 데이터 패킷의 충돌을 검출 및 저감할 수 있다.

반대로, 회로 교환식 채널 액세스 방법에 있어서는, 다중 액세스 메커니즘은 논리 채널을 확립하기 위한 몇몇의 리소스를 확보한다.

통상, 다중 액세스 메커니즘은 확립되어 있는 각 채널에 대하여 최저한의 서비스 품질(QoS)을 달성하기 위해 패킷 반복을 제어하기 위해 사용되는 오류 제어 메커니즘에 관련되어 있다. 글로벌하게 이용 가능한 대역폭의 최적화도 다중 액세스 메커니즘의 주요한 목표의 하나이다. 패킷 무선 네트워크에서 사용되는 다중 액세스 프로토콜의 예는 CSMA/CA(802.11 네트워크에서 사용된다), Slotted ALOHA, 다이내믹 TDMA, Mobile Slotted Aloha, CDMA이다.

TDMA는 신호를 상이한 타임슬롯에 분할함으로써 몇몇의 유저가 동일한 주파수 채널을 공유하게 한다. 슬롯은 셀 내의 무선 충돌을 피하여 특정한 디바이스에 할당된다. TDMA의 주요한 이점은 모바일의 무선 부분이 자신의 타임슬롯에 대해서만 리슨(listen) 및 브로드캐스트를 행할 필요가 있다는 것이다. 통상 시간은 고정 길이의 시간 프레임으로 분할되고, 각 프레임이 고정 수의 슬롯으로 분할된다. 액세스 포인트 또는 몇몇의 규격에서는 기지국이라고 칭하여지는 집중 컨트롤러가, 통신이 필요한 다양한 디바이스 사이에서 대역폭을 공유하는 역할을 한다. 다음으로, 몇몇의 타임슬롯이 각 디바이스에 부여되고, 각 타임슬롯은 디바이스의 통신 전용이다. 통상, 타임슬롯은 정기적으로 할당되고, 연속한 시간 슈퍼프레임 내에 편성된다.

다이내믹 TDMA에 있어서는, 스케줄링 알고리즘이, 각 데이터 스트림의 트래픽 수요에 근거하여, 몇몇의 가변 비트레이트의 데이터 스트림에 대하여 각 슈퍼프레임의 가변 수의 타임슬롯을 동적으로 확보한다. 다음으로, 집중 컨트롤러가 대역폭의 최적화(슬롯 사이의 시간 및 시그널링 데이터의 저감) 및 디바이스의 전력 소비의 최적화를 행하기 위해 상이한 할당된 타임슬롯을 슈퍼프레임 내에 정렬한다. 이를 위해, 할당된 타임슬롯의 양과 그 위치(즉, 시간 오프셋)를 각 디바이스에 대하여 나타내기 위해 각 슈퍼프레임의 선두에 시그널링 정보가 삽입된다.

CSMA/CA에 있어서는, 각 국이 그 채널을 경유하여 데이터를 송신할 수 있는지 여부를 결정하므로 집중 스케줄링이 필요가 없다. 반송파 감지(Carrier Sense) 메커니즘은 채널 점유 상태를 검출하기 위해 송신 전에 사용된다. 다른 국이 검지되면, 충돌 회피(Collision Avoidance)가, 점유되어 있지 않은 통신 채널에 대하여 재차 리슨을 행하기 전의 대기 시간을 결정한다. 이 방법의 하나의 결점은 수신국이 채널을 영구히 리슨할 필요가 있는 것이고, 이것은 전력 소비 비용이 높다. 이것을 이유로 하여, 전력 소비를 저감하기 위해 전력 세이브 알고리즘이 개발되었다. 이 대부분은 집중 컨트롤러에 의해 발신되는 특정한 브로드캐스트 비콘 프레임에 의해 시그널링되는 고정 길이의 시간 프레임의 도입에 근거하는 것이다. 집중 컨트롤러와 국 사이의 통신만이 허가된다(즉 802.11의 인프라스트럭처 모드). 그리고, 국은 어느 특정한 시간 프레임 동안에만 기동된다. 집중 컨트롤러는 수신국이 기동되고 있는 시간 프레임 동안에만 다운링크 트래픽을 스케줄링한다. 그러나, 이 종류의 메커니즘은 TDMA의 하나의 슬롯 대신 하나의 완전한 시간 프레임 동안에 국이 기동되어 채널의 리슨을 행할 필요가 있다.

새로운 하드웨어 무선 모듈은 현재 전력 소비를 몇 마이크로암페어로 저감할 수 있게 하는 매우 효율적인 슬립 모드를 실시한다. 그러나 마이크로프로세서를 액티브 모드 또는 슬립 모드로 하는 것은 여전히 더 많은 전력(저전력 디바이스에 있어서는 몇 ㎃)이 필요하게 된다. 무선 모듈을 검토하는 경우, 데이터 수신 및 특히 데이터 송신은 온 더 셸프(on-the-shelf)의 집적된 무선 시스템 온 칩(system-on-chip)을 위해 더 많은 전력이 항상 필요하게 된다(약 5~20㎃).

일반적으로 전력 세이브 모드와 액티브 모드 사이의 이행은 하드웨어 제약 및 소프트웨어 제약 때문에 약간의 지연이 필요하다. 다음으로, 이들 거동은 전력 소비의 관점에 있어서의 약간의 오버헤드를 초래하고, 기존의 방법이 아닌 다중 액세스 프로토콜을 설계할 때에는 이들이 고려될 것이다.

이들의 매우 낮은 전력 소비 때문에, 이들 통신 모듈은 에너지 하베스팅(energy harvesting) 전력 공급 기기와 결합될 수 있다. 에너지 하베스팅은 환경 에너지(열 에너지, 태양 에너지, 바람 에너지 등)를 수집하는 것에 본질이 있는 프로세스이다. 이 에너지는, 마이크로컨트롤러 유닛에 에너지를 제공하기 위해, 환경으로부터 도출되고, 변환되어 소형 배터리 또는 콘덴서에 보존된다.

RF 에너지의 하베스팅은 셀 내의 모든 무선 통신 디바이스에 공급하기 위해 사용될 수 있으므로 통신 시스템에 있어서 특히 유리하다. RF 에너지의 전용 전원을 사용하는 것은 각 디바이스의 전력 공급 기기를 제어할 수 있게 한다. 다음으로 미디어 액세스 제어 층이 무선 디바이스에 전력을 공급하기 위해 에너지의 버스트(burst)를 스케줄링하는 역할을 할 것이다. 이것은 다중 액세스 프로토콜과 할당된 무선 리소스에 의존할 것이다.

본 발명에 의해 해결되는 하나의 과제는 이하와 같이 정의될 수 있다.

초저전력 디바이스 전용의 통신 시스템에 있어서는, 집중 컨트롤러 내에서 실행되는 집중형의 다중 액세스 제어 메커니즘이 무선 대역폭을 공유하기 위해 트래픽의 요건뿐만 아니라 셀 내의 각 디바이스의 에너지 제약도 고려할 수 있을 필요가 있다. 실제로, 상이한 무선 디바이스는 그들의 애플리케이션의 요건, 그들의 국재성, 및 그들의 하드웨어 제약 때문에 몇몇의 이종의 니즈를 갖는 경우가 있다.

리소스 공유에 사용되는 기존의 스케줄링 스킴은 디바이스가 기동되어 있는지 슬립 상태에 있는지만을 고려한다. 그러나, 무선 디바이스의 전력 공급 기기가 집중 컨트롤러 내에 병치되고 집중 컨트롤러에 의해 제어되는 전용 무선 주파수(RF) 소스를 갖는 RF 하베스팅 프로세스를 이용하여, 접속되어 있는 디바이스에 전력을 공급할 수 있는 네트워크 시스템이 생각될 수 있다. 따라서, 슬롯 할당 프로세스를 최적화하고, 몇몇의 에너지의 버스트를 스케줄링하여 무선 디바이스에 전력 공급할 수 있는 집중형의 다중 액세스 제어 메커니즘이 필요하게 되어 있다. 이것은 무선 네트워크 시스템이 트래픽 요건, 즉, 무선 디바이스 상에서 동작하는 애플리케이션의 관련 QoS를 준수할 수 있게 한다.

집중형의 TDMA에 근거하는 제안되어 있는 다중 액세스 제어 방법은 이하의 태스크를 행한다.

● 가중치 균등화 큐잉, 가중치 라운드 로빈 등의 잘 알려진 알고리즘을 이용하여 각 디바이스를 위한 몇몇의 리소스 타임슬롯을 스케줄링한다. 몇몇의 측정치를 정기적으로 보고할 필요가 있는 센서 등의 간소한 디바이스에 있어서는, 정기적이고 통계적인 할당으로 충분할 수 있다. 효율적인 대역폭 할당을 달성하기 위해서는, 디바이스가 하나 이상의 데이터 패킷을 안전하게 송신하기 위해 충분한 에너지를 갖는 경우에만 타임슬롯이 할당될 필요가 있다.

● 관리되고 있는 무선 디바이스의 에너지의 레벨을 평가한다.

● 무선 디바이스에 있어서의 에너지 사용을 최적화하기 위해 슈퍼프레임 내의 할당된 슬롯의 순서를 최적화한다. 가장 엄격한 에너지 제약을 갖는 디바이스의 경우, 목표는 슈퍼프레임의 선두와 디바이스가 데이터 발신을 수신 또는 송신할 수 있는 할당된 슬롯의 위치의 사이의 대기 시간을 최소화하는 것이다.

● 상이한 통신 디바이스의 에너지 요건을 고려하여 몇몇의 에너지의 버스트를 효율적으로 스케줄링한다. 에너지의 버스트는 모든 디바이스에 의해 수신되고, 디바이스의 배터리를 로드하기 위해 사용된다. 에너지 버스트의 기간은 무선 주파수 규제를 준수하고, 동일한 주파수 대역에서 실행되고 있는 다른 시스템과의 간섭을 최소화하기 때문에, 최소화될 것이다.

본 발명의 목적은 무선 디바이스의 몇몇에 전력을 공급하기 위해 사용되는 RF 에너지 하베스팅 프로세스에 관련되는 에너지 제약을 고려하여 글로벌 대역폭, 무선 간섭 및 상이한 무선 디바이스의 QoS 요건의 사이의 트레이드오프를 달성하는 것이다.

본 발명은 트래픽 요건만을 입력으로 하는 현행 기술 수준의 스케줄링 방법과 비교하여, 상황을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은, 적어도 시스템 내의 데이터 통신을 스케줄링하기 위한 컴퓨터 수단에 의해 실시되는 방법으로서,

시스템은,

- 통신 디바이스(D#0, D#1, …, D#n)로서, 각 디바이스는 전력 배터리를 갖고,

○ 상기 각 디바이스 전용의 미리 정의된 타임슬롯 내에서 데이터를 수신/송신하기 위해 기동하는 것과,

○ 다음으로, 배터리의 전력을 세이브하기 위해 슬립 모드로 이행하는 것

을 행하도록 구성되는, 통신 디바이스와,

- 장래의 타임슬롯이 상기 디바이스에 할당되는 것이 의도되어 있는지 여부, 및 최종적으로는 상기 장래의 타임슬롯이 할당되도록 스케줄링되는 시점을 디바이스에 대하여 어나운스하기 위해 통신 디바이스에 비콘을 반복 송신하도록 구성되는 셀 컨트롤러(CC)

를 구비하는 방법을 제안한다.

보다 상세하게는, 상기 각 디바이스는 비콘을 수신하기 위해 기동하여 액티브 상태가 되도록 더 구성되어 있고, 다음으로,

- 다음의 비콘의 앞에 상기 디바이스가 이용 가능한 전용 타임슬롯이 없는 경우 슬립 모드로 이행하거나, 또는,

- 다음의 비콘의 앞에 상기 디바이스가 이용 가능한 전용 타임슬롯이 있는 경우,

○ 상기 전용 타임슬롯을 이용하기 위해 액티브 상태를 계속하거나, 또는,

○ 전용 타임슬롯이 할당되는 시점까지 슬립 모드로 이행한다.

따라서 셀 컨트롤러는 이하에 기재되는 특정한 실시형태에서 제시되는 대로, 디바이스에 할당되는 타임슬롯을 스케줄링하고, 경우에 따라서는, 전력 배터리를 로드하기 위해 디바이스에 제공하는 에너지 버스트의 추가 기간을 스케줄링하도록 구성되어 있는 것이 이해되어야 한다.

타임슬롯에 관해서는, 셀 컨트롤러는 타임슬롯의 기간과 또한 비콘의 개시 시점과 디바이스가 그 전용 타임슬롯을 사용할 수 있는 시점(즉, 상술한 슈퍼프레임에 있어서의 그 타임슬롯의 위치)의 사이의 시간 오프셋을 결정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 셀 컨트롤러는, 현재의 비콘을 송신하기 전에, 이하를 실행하도록 더 구성되어 있다.

a) 상기 현재의 비콘에 나타내어지는 전용 타임슬롯을 갖는 것이 의도되는 각 디바이스에 대하여, 디바이스가 그 전용 타임슬롯을 사용할 수 있는 시점까지 디바이스의 슬립 모드 이행 페이즈 및 기동 페이즈에 기인한 에너지 소비를 고려하는, 디바이스에 의해 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)을 계산한다.

b) 현재의 비콘에 나타내어지는 전용 타임슬롯을 갖는 것이 의도되는 디바이스의 제 1 리스트를, 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)에 따라, 랭크화하여 메모리에 보존한다. 리스트의 최후의 디바이스(D#n)는 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)이 보다 크다.

c) 상기 제 1 리스트의 선두에 위치하는 검토 대상 디바이스를 선택하고, 이것을 상기 제 1 리스트의 말미에 삽입하고, 적어도 상기 검토 대상 디바이스에 대하여, 상기 현재의 비콘의 송신이 스케줄링되어 있는 시점과 상기 검토 대상 디바이스 전용의 타임슬롯이 할당되는 시점의 사이의 시간 오프셋 t_off,n을 계산한다.

d) 적어도 상기 검토 대상 디바이스에 대하여, 시간 오프셋 t_off,n이 상기 검토 대상 디바이스의 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰지 여부를 판단하고, 판단 결과가 긍정적인 경우,

ⅰ. 상기 검토 대상 디바이스(D#n)를 상기 제 1 리스트의 보다 상위로 이동시키고,

ⅱ. 상기 검토 대상 디바이스에 대하여 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 결정하고, 시간 오프셋 t_off,n이 상기 검토 대상 디바이스의 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n) 이하의 값이 될 때까지 동작 d)를 반복한다.

e) 새로운 리스트의 위치와 상기 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 갖는 상기 검토 대상 디바이스를 포함하는 디바이스의 제 2 리스트를 메모리에 보존하고, 적어도 전용 타임슬롯을 상기 새로운 시간 오프셋 t_off,n에 있어서 상기 검토 대상 디바이스에 할당하기 위해 제 2 리스트에 따라 상기 현재의 비콘을 수정한다(즉, 그 브로드캐스트 전에 갱신한다).

따라서, 시간 오프셋의 새로운 계산 및 디바이스가 서포트 가능한 최대치의 고려 때문에, 최적화된 타임슬롯 할당(및 특히 시간 오프셋)이 실행되고, 통신 디바이스에 있어서 보다 큰 에너지의 세이브가 가능하게 된다.

특정한 실시형태(도 4의 스텝 S7로서 이하에서 설명된다)에 있어서, 셀 컨트롤러는,

- 시간 오프셋 t_off,n이 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰 디바이스를 제 2 리스트가 포함하지 않게 될 때까지 동작 c) 및 d)를 반복하고, 단, 동작 d)의 제 2 리스트는 동작 c)의 제 1 리스트가 되고,

- 동작 e)에 있어서 제 2 리스트의 상기 디바이스에 각각 갱신된 시간 오프셋 t_off,n에 있어서 전용 타임슬롯을 할당하도록 제 2 리스트(L2)에 따라 현재의 비콘을 갱신한다.

일 실시형태에 있어서는, 디바이스에 대하여 서포트되는 최대 시간 오프셋은,

[수학식 1]

로 나타내어지고,

- E_0,n은 비콘의 브로드캐스트의 개시 전에 디바이스에 대하여 이용 가능한 에너지의 검지 레벨이고(또는 센서를 이용한 배터리 로드 측정치로부터 도출될 수 있고),

- E_sf,n(0)은,

- 기동과,

- 비콘의 수신과,

- 전용 타임슬롯 동안의 데이터 수신 및/또는 송신과,

- 다음의 비콘까지의 슬립으로의 이행

을 실행시키기 위한 디바이스에 의한 소비 에너지의 추정 레벨이고,

- P_A는 액티브 페이즈 동안의 소비 에너지이다.

이 실시형태에 있어서는, 디바이스에 의한 소비 에너지의 추정 레벨은,

[수학식 2]

에 의해 주어질 수 있다.

여기서,

● P_Rx는 수신 페이즈 동안의 전력 소비이다.

● P_Tx는 송신 페이즈 동안의 전력 소비이다.

● T_Beacon은 비콘의 기간이다.

● T_Rx,n은 디바이스가 그 전용 타임슬롯 동안에 데이터 수신이 가능한 기간이다.

● T_Tx,n은 디바이스가 그 전용 타임슬롯 동안에 데이터 송신이 가능한 기간이다.

● T_GS는 디바이스가 슬립 이행하기 위해 소비하는 시간이고 고정 기간에 대응한다.

또한, 디바이스가 비콘을 복호하기 위해 소비하는 시간 T_Dec가 더 고려될 수 있고, 디바이스에 의한 소비 에너지의 추정 레벨은,

[수학식 3]

에 의해 주어질 수 있다.

셀 컨트롤러는 비콘의 브로드캐스트와 디바이스가 그 전용 타임슬롯을 수신하는 시점의 사이에 슬립 기간을 삽입하는 것에 기인한 추가의 에너지 비용을 적어도 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 할당할 때에 고려하도록 더 구성될 수 있고, 상기 추가의 에너지 비용은,

[수학식 4]

, 단,

에 의해 추정되고,

● T_WU는 디바이스가 기동하기 위해 소비하는 시간이고 고정 기간에 대응하고,

● T_PreTS는 타임슬롯의 이용 개시 전에 디바이스가 필요로 하는 임의 선택의 허용 시간이고 고정 기간에 대응한다.

셀 컨트롤러는 디바이스가 그 시간 오프셋 t_off,n에 따라 소비하는 추정 에너지

[수학식 5]

단,

를 계산하도록 더 구성될 수 있다.

디바이스에 제공하는 에너지 버스트 기간을 더 고려하는 본 발명의 특정한 실시형태에 있어서는, 셀 컨트롤러는 에너지 배터리의 로드를 필요로 하는 디바이스에 대하여 에너지 버스트의 전달을 스케줄링하도록 더 구성되어 있고, 셀 컨트롤러는,

* 동작 d)의 상기 검토 대상 디바이스에 대하여,

- 검토 대상 디바이스가 시간 오프셋 t_off,n에 스케줄링되어 있는 타임슬롯을 사용할 수 있도록 제 1 에너지 버스트 요구 기간을 계산하는 것과,

- 시간 오프셋 t_off,n이 상기 검토 대상 디바이스의 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰지 여부를 판단하고, 판단 결과가 긍정적인 경우, 상기 검토 대상 디바이스를 제 1 리스트의 보다 상위로 이동시키고, 상기 검토 대상 디바이스에 대하여 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 결정하고, 새로운 리스트의 위치와 상기 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 갖는 상기 검토 대상 디바이스를 포함하는 디바이스의 제 2 리스트를 메모리에 보존하는 것

을 실행하고,

* 제 2 리스트의 최후의 디바이스에 대하여,

- 상기 최후의 디바이스가 제 2 리스트에 따라 정의된 시간 오프셋에 스케줄링되어 있는 타임슬롯을 사용할 수 있도록 제 2 에너지 버스트 요구 기간을 계산하는 것

을 실행하고,

* 그리고,

- 제 1 에너지 버스트 요구 기간이 제 2 에너지 버스트 요구 기간 이상인 경우에는, 현재의 비콘을 제 2 리스트에 따라 갱신하거나,

- 또는, 그렇지 않은 경우에는, 제 1 리스트를 사용한다.

이 실시형태에 있어서, 셀 컨트롤러는,

- 제 1 리스트가 사용되는 경우에는 검토 대상 디바이스, 또는,

- 제 2 리스트가 사용되는 경우에는 최후의 디바이스

의 전력의 수요에 적합하도록 에너지 버스트의 스케줄링된 기간을 더 갱신할 수 있다.

본 발명은 상술한 방법을 실행하기 위한 처리 회로를 포함하는 셀 컨트롤러(CC)를 목적으로 하고 있고, 그 예가 이하에 설명되는 도 5에 나타내어진다.

또한 본 발명은, 프로세서에 의해 가동되면, 상기에서 규정한 방법을 실행하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품도 목적으로 한다. 그러한 컴퓨터 프로그램의 전체 알고리즘은 이하에서 언급되는 도 4에 대응하는 플로차트에 의한 예를 이용하여 나타내어질 수 있다.

보다 포괄적으로는, 본 발명은, 첨부 도면의 도면에, 한정으로서가 아닌 예로서 나타내어지고, 첨부 도면에 있어서 비슷한 참조 부호는 유사한 요소를 참조한다.

도 1은 에너지 버스트 스케줄링 및 어나운스먼트 채널 상에서 수신되고 데이터 스케줄링을 나타내는, 연속하는 슈퍼프레임으로부터 시작되는 비콘을 나타낸다.
도 2는 통신 시스템에 있어서의 단일 디바이스에 대한 에너지 평가의 스킴을 나타낸다.
도 3은 각각의 타임슬롯을 수신하기 전의 각각 상이한 시간 오프셋을 갖는 2개의 디바이스에 대한 상이한 페이즈(슬립, 기동, 액티브, 슬립 이행)를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 실행하는 알고리즘의 연속 스텝의 일 예시적인 실시형태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 방법을 실행하는 배터리 구동형의 통신 디바이스와 셀 컨트롤러를 포함하는 통신 시스템을 개략적으로 나타낸다.

본 발명은 초저전력 디바이스를 포함하는 무선 통신 시스템에 적응되는 다중 액세스 프로토콜의 실장태양을 제안한다.

집중 컨트롤러(도 5에서는 "CC"로 적혀 있다)는 집중형의 TDMA 스킴에 근거하는 다중 액세스 제어 방법을 실시하는 것에 의해 무선 디바이스(D#0, D#1, …, D#n) 사이에서 무선 대역폭을 공유하는 역할을 하고 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 시간은 슈퍼프레임으로 분할되어 있다. 각 슈퍼프레임은 슈퍼프레임 조성(즉, 슈퍼프레임 중의 할당된 타임슬롯의 순서, 위치 및 길이)에 관한 정보를 반송하는 브로드캐스트 비콘 프레임으로부터 개시된다.

각 무선 디바이스는 상이한 트래픽 요건을 갖는 경우가 있고, 자신의 니즈를 시그널링 데이터를 이용하여 통신할 수 있는 것이 상정되어 있다. 상기에서 도입된 바와 같이, 셀 컨트롤러 CC는, 각 슈퍼프레임 전에, 각 기동 디바이스를 위해 상기 슈퍼프레임 내에서 허가되어 있는 리소스의 양을 결정하기 위해 스케줄링 알고리즘을 실행한다.

무선 디바이스는 또한 피기백(piggyback) 메커니즘(시그널링 부분)을 사용하는 것에 의해 자신의 배터리/콘덴서의 상황 및 수신 신호 강도를 정기적으로 보고한다. 이 정보 때문에, 셀 컨트롤러 CC는 각 디바이스에 있어서의 에너지 레벨의 진전을 평가할 수 있다.

셀 컨트롤러 CC는, 요구를 하고 있는 몇몇의 무선 디바이스에 대하여 몇몇의 에너지 버스트를 잠재적으로 보내기 위한 시간을 가질 것이기 때문에, 선행하는 슈퍼프레임의 선두에서 데이터 스케줄링, 슈퍼프레임 구축 및 에너지 스케줄링의 프로세스를 실행할 필요가 있다.

도 1은 어나운스 채널에서 수신된 슈퍼프레임을 나타내고 있고, 그 슈퍼프레임은 이하를 나타내고 있다.

- 디바이스(여기서는, 나타내어지는 예에 있어서 #0, #1 및 #2)에 데이터 채널에 있어서 데이터의 수신/송신을 가능하게 하는 데이터의 스케줄링

- 필요로 하고 있는 디바이스에 대하여 에너지를 보내기 위한 에너지 버스트의 스케줄링

이하는 전력 소비 예측에 관한 것이다.

임의의 디바이스가 소비하는 에너지를 효율적으로 예측하는 것을 가능하게 하기 위해, CC는 이하와 같은 하드웨어 디바이스의 종류에 의존하는 몇몇의 정적 파라미터를 알고 있을 필요가 있다.

● 기동 시간

● 슬립 이행 시간

● 이하의 기간 동안의 전력 소비

○ 슬립

○ 액티브

○ 데이터 송신

○ 데이터 수신

무선 디바이스의 전력 공급 기기는 집중 컨트롤러 내에 병치되고 집중 컨트롤러에 의해 제어되는 전용 RF 전원을 갖는 RF 하베스팅 프로세스를 이용할 수 있다. 그 결과, 각 디바이스에 대하여, 집중형의 다중 액세스 제어 메커니즘은 이하와 같은 에너지에 관한 몇몇의 정적 파라미터도 알고 있을 필요가 있다.

● 전력 변환 효율 비(에너지 하베스팅 모듈이 수집할 수 있는 이용 가능한 전력의 부분)

디바이스의 전력 소비를 모델화하여 예측하기 위해 몇몇의 에너지 인디케이터도 정의되어 있다. 이하의 파라미터는 항상 변화하고 있고 디바이스에 의해 측정 및 보고될 것이다.

● RF 에너지 버스트의 수신 신호 강도 인디케이터(RSSI)

● 배터리/콘덴서의 레벨

셀 컨트롤러(이하 "CC"라고 한다)는 에너지 버스트의 기간 및 송신 전력을 제어한다. 경로 손실(RSSI로부터 도출된다) 및 전력 변환 효율 비를 알고 있으므로, CC는 에너지 버스트의 발신 동안에 각 디바이스에 의해 수집된 에너지의 양을 계산할 수 있다. 반대의 방법에서는, CC는 슬립 기간, 액티브 기간, 수신(Rx) 기간 및 송신(Tx) 기간 동안에 디바이스가 소비할 에너지의 양을 단지 각각의 참조 전력치에 이들 기간의 길이를 곱하는 것에 의해 정확하게 평가할 수 있다. 데이터 패킷의 수신 후에, 평가된 배터리 값이 상기 패킷에 나타내어지는 측정치로 리셋된다. 차분은 타임슬롯 기간을 계산하기 위해 사용되는 허용 오차를 계산하기 위해 사용된다.

도 2는 단일 디바이스에 대한 에너지 평가의 스킴을 나타낸다. 액티브 페이즈(Rx, Tx) 동안에 디바이스의 에너지가 무시할 수 있는 소비량의 스탠바이 페이즈까지 저하하는 모습이 관찰될 수 있다. 다음으로 디바이스가 에너지 버스트를 수신하면, 그 디바이스의 보존되어 있는 에너지가 증가한다.

여기서 보다 상세하게는, 보존되어 있는 에너지의 평가치는 CC에 있어서의 유효한 패킷의 수신 시점의 측정치와 동기된다. 평가에 있어서의 오차는 RSSI의 평균치 또는 전력 변환 효율 비의 나쁜 추정으로 인한 것일 수 있다.

이하는 슬롯의 순서화 및 슈퍼프레임의 구축에 관한 것이다.

슈퍼프레임의 선두에 있어서는, "어나운스먼트 채널"을 통해서 모든 접속 디바이스에 대하여 비콘 프레임이 브로드캐스트된다. 각 기동된 디바이스는 이것을 수신할 준비가 되어 있을 것이고, 이것은 비콘의 개시 전에 최소 시간 길이 t_prerx로 기동될 것을 의미한다. 따라서, 디바이스는 비콘 수신 전에 t_wakeup+t_prerx 동안에 액티브가 된다고 상정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 비콘은 슈퍼프레임 내에 각 액티브 디바이스가 자신에게 할당된 타임슬롯(시간 오프셋 및 기간)을 특정할 수 있도록 복호될 수 있는 몇몇의 시그널링 데이터를 포함한다. 이 복호 페이즈 동안, 디바이스는 액티브이다. 다음으로, 타임슬롯의 위치에 따라, 디바이스는 슬립으로 이행하거나 액티브를 유지하고, 자신 전용의 타임슬롯을 기다린다. 슬립을 위한 최소 시간은 T_wakeup+T_gotosleep의 합계와 같다.

대기 시간이 이 값보다 짧은 경우에는, 디바이스는 슬립으로 이행하는 또한 기동되는 시간이 충분히 없을 것이기 때문에 액티브를 유지할 필요가 있다. 반대로, 전력 소비가 기동 페이즈, "슬립 이행" 페이즈 및 액티브 페이즈에 있어서 대략 같은 것을 알고 있으므로, 디바이스는 현재 많은 칩셋 상에서 이용 가능한 딥 슬립 모드의 초저전력 소비로부터 이익을 얻기 위해 슬립 이행 수순을 개시하는 것이 바람직하다.

이 결과, 셀 컨트롤러 CC는 딥 슬립 모드의 개시/종료에 의해 시사되는 에너지 오버헤드를 추정할 수 있다.

도 3은 2개의 디바이스에 대한 상이한 페이즈를 나타낸다. 제 1 디바이스 #0의 타임슬롯은 비콘의 직후에 스케줄링되고, 제 2 디바이스 #1은 비콘 수신의 최후와 자신에게 할당된 타임슬롯의 사이에 딥 슬립 모드로 이행하기 위한 충분한 시간을 갖는다.

소여의 타임슬롯의 사용의 에너지 비용도 다음의 슈퍼프레임의 구조를 구축할 때에 셀 컨트롤러 CC에 의해 평가될 수 있는 것에 유의하라.

스케줄링의 요건을 만족시키기 위해, 슈퍼프레임 구축 알고리즘의 목표는 모든 디바이스가 타임슬롯의 발신 후에 플러스의 에너지 레벨을 갖도록 타임슬롯을 순서화하는 것이다.

이 결과, 각 디바이스에 대하여, 이 디바이스가 서포트 가능한 최대 시간 오프셋을 계산할 수 있고, 이 시간 오프셋은 슬립 이행 및 기동 페이즈의 기간의 합계에 관련되어 있다. 다음으로 셀 컨트롤러 CC는 현재의 슈퍼프레임에 있어서 스케줄링된 디바이스(즉 스케줄링된 리소스를 갖는 것)를 이 값에 따라 순서화할 수 있다.

이하에 도 4를 참조하여 기재될 알고리즘의 입력으로서, 이하의 데이터가 제공될 수 있다.

● P_A : 액티브 페이즈 동안의 전력 소비

● P_Rx : 수신 페이즈 동안의 전력 소비

● P_Tx : 송신 페이즈 동안의 전력 소비

● T_Beacon : 브로드캐스트된 비콘의 프레임의 기간

● t_off,n : 비콘과 디바이스 n 전용의 타임슬롯의 사이의 시간 오프셋

● T_Rx,n : 디바이스 n의 수신 버스트의 기간

● T_Tx,n : 디바이스 n의 송신 버스트의 기간

● T_GS : 슬립 이행 기간(고정)

● T_WU : 기동 기간(고정)

● T_PreTS : 타임슬롯 전의 허용 시간(임의 선택 및 고정)

● T_Dec : 디바이스가 비콘을 복호하기 위해 소비하는 시간(임의 선택이고, 거의 고정)

비콘의 바로 뒤에 스케줄링된 디바이스에 대해서는(하기의 인덱스 #0을 갖는 디바이스), 하나의 슈퍼프레임 동안에 소비되는 에너지 비용은 이하로 나타내어진다.

[수학식 6]

단,

상술한 바와 같이, 기간 T_Dec는 임의 선택이고, 고도의 실시형태에 있어서 고려될 수 있다.

또한, 특히 디바이스 #0에 대하여 어느 데이터의 수신도 예상되지 않는 경우에는, 기간 T_Rx,0도 임의 선택으로서 고려된다. 마찬가지의 이유에서, 디바이스 #0에 대하여 어느 데이터의 송신도 예상되지 않는 경우에는, 기간 T_Tx,0도 임의 선택으로서 고려될 수 있다. 그러나, 디바이스 #0에 대하여 수신/송신하는 데이터가 없는 경우에는, 디바이스 #0은 슬립 모드에 있어야 한다는 것에 유의하라.

또한 여기서는 기간 T_GS가 적절하게 고려되어 있는 점에 유의하라.

장시간 경과 후에 스케줄링된 디바이스(이하에 설명하는 방정식에 있어서의 도 3에 나타내는 인덱스 "1"을 갖는 디바이스)에 대해서는, 이하의 식과 같다.

[수학식 7]

단,

상기 식 중, 기간 T_PreTS 및 T_Dec는 임의 선택이고, 이들은 고도의 실시형태에 있어서 고려될 수 있다.

슬립에 있어서의 전력 소비는 다른 전력 소비와 비교하여 무시할 수 있기 때문에, 이 에너지의 계산에 있어서는 고려되지 않는 점에 더 유의하라.

따라서 슬립 기간의 삽입에 의한 추가의 에너지 비용은 이하와 같다.

[수학식 8]

, 단,

이 결과, 시간 오프셋에 따라 디바이스 n에 의해 소비되는 에너지는 이하와 같이 추정될 수 있다.

[수학식 9]

단,

다음으로 디바이스 #n에 대하여 서포트되는 최대 시간 오프셋은 이하와 같다.

[수학식 10]

상기 식 중, E_0,n은 슈퍼프레임의 개시 전의 디바이스 n에 대하여 이용 가능한 에너지의 추정된 레벨이다.

이 결과에 근거하여, 이하의 도 4의 설명에서 제안되어 있는 스텝을 갖는 방법에 의해, 슈퍼프레임 내의 타임슬롯의 위치를 최적화하고, 이것에 의해, 엄격한 에너지 제약을 갖는(즉, 최대 시간 오프셋이 가장 작은) 디바이스가 비콘 프레임에 가까운 위치에 할당되어 있는 타임슬롯을 갖게 되고, 최초로 통신할 수 있다.

다시 말해서, 셀 컨트롤러 CC는 다음으로 현재의 슈퍼프레임에 있어서 스케줄링된 디바이스(즉 스케줄링된 리소스를 갖고 있다)를 그 서포트되는 최대 시간 오프셋에 따라 순서화할 것이다.

다시 말해, 이 방법은 다음의 슈퍼프레임 내에 할당된 타임슬롯의 순서화를 결정하기 위해 동일한 또는 유사한 우선 레벨을 갖는 디바이스에 적용될 수 있다.

S는 슈퍼프레임 동안에 스케줄링되는 디바이스의 세트이고, S의 각 디바이스에 대하여, 스케줄링된 타임슬롯(T_Rx,n+T_Tx,n)의 기간 및 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)이 주어져 있다. 분류 표가 정의되고, 도 4의 스텝 S0의 순서화 프로세스의 개시 시점에서 비어 있게 된다.

스텝 S1에 있어서, 다음의 비콘에서 대상인 각 디바이스 #n에 대하여 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)이 결정되고, 스텝 S2에 있어서, 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)에 따라 디바이스가 리스트 L1에 있어서 랭크화되고, 이 리스트 L1이 보존된다.

스텝 S3에 있어서, 리스트 L1의 제 1 디바이스가 선택되고, 리스트의 최후에 리스트의 최후의 디바이스로서 놓인다. 다시 말해, 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)이 가장 낮은 디바이스이고, 이전에 "검토 대상 디바이스"라고 호칭되고 있던 디바이스가, 리스트의 선두로부터 취득되고, 분류 리스트 L1의 최후에 삽입된다.

스텝 S4에 있어서, 검토 대상 디바이스의 시간 오프셋 t_off,n이 계산되고, 자신의 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰 경우, 이 디바이스를 분류 리스트 L1에 있어서의 이전의 디바이스와 교환하는(리스트의 상위로 이동시키는) 것이 시도되고, 스텝 S5에 있어서 이 검토 대상 디바이스의(이하의 예에도 나타내어지는 바와 같이, 교환되는 디바이스에 대해서도) 시간 오프셋이 다시 계산된다.

이하의 예에 관해서는, 디바이스 #4 및 #3이 이미 분류 리스트에 삽입되어 있다.

[표 1]

다음으로 디바이스 #5가 삽입된다.

[표 2]

디바이스 #5에 대해서는, t_off,n이 max(t_off,n)보다 크기 때문에, 이하에 나타내는 바와 같이, 새로운 엔트리 #5가 상위로 이동된다.

[표 3]

다음으로, t_off,n이 디바이스 #5 및 #3 양쪽에 대하여 다시 계산된다.

도 4를 재차 참조하면, 스텝 S5가 반복되고, 검토 대상 디바이스가 그 시간 오프셋 t_off,n이 자신의 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n) 이상이 될 때까지 리스트 L1의 보다 상위에 배치된다. 다음으로, 스텝 S6에 있어서 상술한 바와 같이 수정된 리스트(리스트 L2로 되어 있다)가 메모리 내에 보존된다. 스텝 S3에 있어서 다음의 "검토 대상 디바이스"(리스트의 선두)가 재차 선택되고, 리스트의 말미에 배치된다. 스텝 S5에 있어서 리스트의 (선두의) 모든 "검토 대상 디바이스"가 리스트의 올바른 위치에 배치되는 것이 가능할 때까지 이 프로세스가 재차 실행된다. 이것이 테스트 S7의 목적이고, 이 테스트는 디바이스 인덱스 j를 j=n이 될 때까지 증분시키면서 실행되고, 단, n은 세트 S 내의 디바이스의 수(즉, 타임슬롯이 다음의 슈퍼프레임에 할당되는 디바이스)이다.

다음으로, 스텝 S12에 있어서, 최종적으로는 이하와 함께 리스트 L2에 포함되는 데이터에 따라, 비콘이 브로드캐스트될 수 있다.

- 스텝 S12에 있어서 정의된 비콘에 따라 슈퍼프레임 내의 타임슬롯에 의해 할당되는 디바이스의 순서, 그리고 특히

- 이들 디바이스가 그들의 전용 타임슬롯을 갖기 전에 기다려야 하는 시간 오프셋

이하에 기재되고 도 4의 파선으로 나타내어지는 특정한 임의 선택의 실시형태에 있어서는, 디바이스의 배터리를 로드하기 위해 에너지 버스트가 제공될 수 있고, 에너지 버스트의 스케줄링이 셀 컨트롤러에 의해 또한 도 4를 참조하여 상술한 방법에 대하여 실시될 수 있다. 실제로 몇몇의 경우에 있어서는, 모든 디바이스의 타임슬롯을 위한 요구를 만족시킬 수 없고, 몇몇의 무선 디바이스의 에너지 E₀ 값을 증가시키기 위해 슈퍼프레임이 시작되기 전에 에너지 레벨을 높이기 위해 몇몇의 에너지 버스트가 스케줄링될 필요가 있다.

이 결과, 본 임의 선택의 실시형태에 있어서는, 모든 무선 디바이스의 요건을 만족시키기 위해 스케줄링될 추가의 에너지의 최소 레벨을 결정하기 위해 슈퍼프레임 구축 알고리즘을 수정하는 것이 제안된다.

슈퍼프레임 n 내에 스케줄링될 수 있는 최대 에너지는 P_s,Tx*T_s와 같고, 여기서 P_s는 에너지 버스트의 송신 전력이고, T_s는 버스트의 기간이다.

디바이스 n의 수신 전력은 P_s,Rx=P_s,Tx*G_s,n*C_s,n과 같고, 단 G는 이득이고, C는 전력 변환 효율 비이다. 이 결과, 디바이스 n의 수신 에너지는 이하와 같다.

[수학식 11]

, 단,

도 4에 노출된 알고리즘은 스케줄링되어야 할 추가 에너지의 최소 레벨을 더 결정하기 위해 약간 변경되어 향상될 수 있다.

따라서, 도 4를 재차 참조하면, 분류 리스트가 스텝 S6에서 확립되어 있는 경우, 최적화된 분류 리스트에 대응하는 할당 표 내에 디바이스 #n을 삽입하기 위해 일실 에너지(missing energy) E_miss,n이 평가된다.

[수학식 12]

다음으로 디바이스 #n의 타임슬롯을 슈퍼프레임의 소여의 위치에 삽입하기 위한 최소 버스트 길이가 계산될 수 있다.

[수학식 13]

이 값이 T_s(즉, 에너지 버스트의 최대 기간)보다 작은 경우, 그 타임슬롯이 할당 표에 삽입된다.

다음으로, 에너지 버스트 기간을 최소화하기 위해, 이하의 예에 나타내어지는, 다양한 삽입의 가능성 중에서 최저의 t_s 값이 선택된다.

여기서, 이하의 동일한 예시적인 표로부터, 디바이스 #5에 대한 타임슬롯이 표의 말미에 추가된다.

[표 4]

공교롭게, 그 시간 오프셋은 서포트되는 최대치보다 크다. 일실 에너지를 제공하기 위해 요구되는 에너지 버스트의 기간은 예컨대 10㎳와 같다.

[표 5]

엔트리를 상위로 이동시킬 때에, 디바이스 #3의 타임슬롯을 말미에 배치하는 것은 서포트되는 최대치보다 큰 시간 오프셋을 시사하기 때문에 허용 조건이 여전히 만족되지 않는다.

그러나, 일실 에너지를 제공하기 위해 요구되는 에너지 버스트의 기간은, 이하에 나타내는 바와 같이, 8㎳와 같고, 이것은 전의 상황보다 작다.

[표 6]

이 결과, 이 해결법이 할당 표로서 적용된다.

다음으로 도 4를 재차 참조하면, 스텝 S6 및 갱신된 리스트 L2의 정의 후, 리스트 L2를 확정적으로 적용하기 전에 "검토 대상 디바이스"에 대하여 요구되는 에너지 버스트의 기간 RDEB가 결정될 수 있다. 보다 구체적으로는, "검토 대상 디바이스 n"을 리스트의 상위로 이동시키기 전에, 스텝 S7에 있어서 요구되는 에너지 버스트의 기간 RDEB/n이 결정된다. 또한, 스텝 S8에 있어서, 리스트 L2의 최후의 디바이스 #L에 대하여 요구되는 에너지 버스트의 기간 RDEB/L도 계산된다. 스텝 S9에 있어서, 요구되는 에너지 버스트의 기간 RDEB/n 및 RDEB/L이 비교되고, 검토 대상 디바이스의 요구되는 에너지 버스트의 기간 RDEB/n이 리스트 내의 최후의 디바이스의 해당하는 기간 RDEB/L 이하인 한, 스텝 S6에 있어서 리스트 L2가 확정적으로 갱신되고, 메모리에 보존될 수 있고, 브로드캐스트되는 비콘이 이 리스트를 기반으로 할 수 있다(테스트 S9의 화살표 N). 스텝 S9의 판단 결과가 Y인 경우에 있어서는(테스트 S9의 화살표 Y), 리스트 L2는 갱신되지 않고, 스텝 S10에 있어서 처리는 리스트 L2의 이전 버전으로 돌아간다("검토 대상 디바이스"의 이전 위치로). 이 갱신되지 않은 리스트 L2는 메모리에 보존되고, 이것에 근거하여 브로드캐스트하는 비콘을 구축한다. 여기서 집중 컨트롤러는 "검토 대상 디바이스"에 대하여 연속하여(최종적으로는 스텝 S10이 실시되는 경우에 리스트의 최후의 디바이스에 대하여) 제공 및 계산되도록 요구되는 에너지 버스트의 기간을 더 스케줄링할 수 있는 점에 유의하라.

제안되어 있는 발명은 가정, 오피스, 시설 또는 공장의 자동화 환경용의 IoT 통신 시스템에 배치될 수 있다. 이는 소형 배터리 또는 에너지 하베스팅 시스템에 의해 전력 공급되는 초저전력 디바이스와 호환이 된다. 또한 유선을 서포트하지 않는 몇몇의 특정한 환경에 있어서, 또는 설계/제조/유지 비용을 저감시키기 위해, 완전한 무선 센서 또는 디바이스를 배치하는 것이 유리할 수 있다.

도 5에 나타내는 예에 있어서는, 본 발명에 따른 통신 시스템은 본 발명에 따른 하나의 셀 컨트롤러 CC와 통신함과 아울러 예컨대 도 4를 참조하여 상술한 방법을 실행하도록 구성된 처리 회로를 갖는 하나 또는 복수의 디바이스 D#0, D#1, …, D#n을 구비한다. 그 처리 회로는 예컨대 이하를 포함할 수 있다.

- 통신 인터페이스 COM,

- 프로세서 PROC에 접속됨,

- 특히, 그러한 명령이 프로세서 PROC에 의해 읽혔을 때에 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 명령을 보존할 수 있는 메모리 MEM.

Claims (11)

1. 적어도 시스템 내의 데이터 통신을 스케줄링하기 위한 컴퓨터 수단에 의해 실시되는 방법으로서,
   상기 시스템은,
   - 통신 디바이스(D#0, D#1, …, D#n)로서, 각 디바이스는 전력 배터리를 갖고,
   ○ 상기 각 디바이스 전용의 미리 정의된 타임슬롯 내에서 데이터를 수신/송신하기 위해 기동하는 것과,
   ○ 다음으로, 배터리의 전력을 세이브하기 위해 슬립 모드로 이행하는 것
   을 행하도록 구성되는, 통신 디바이스와,
   - 장래의 타임슬롯이 상기 디바이스에 할당되는 것이 의도되어 있는지 여부, 및 최종적으로는 상기 장래의 타임슬롯이 할당되도록 스케줄링되는 시점을 상기 디바이스에 대하여 어나운스하기 위해 상기 통신 디바이스에 비콘을 반복 송신하도록 구성되는 셀 컨트롤러(CC)
   를 구비하고,
   상기 각 디바이스는 상기 비콘을 수신하기 위해 기동하여 액티브 상태가 되도록 더 구성되어 있고, 다음으로,
   - 다음의 비콘의 앞에 상기 디바이스가 이용 가능한 전용 타임슬롯이 없는 경우 슬립 모드로 이행하거나, 또는,
   - 다음의 비콘의 앞에 상기 디바이스가 이용 가능한 전용 타임슬롯이 있는 경우,
   ○ 상기 전용 타임슬롯을 이용하기 위해 액티브 상태를 계속하거나, 또는,
   ○ 상기 전용 타임슬롯이 할당되는 시점까지 슬립 모드로 이행하고,
   상기 셀 컨트롤러는, 현재의 비콘을 송신하기 전에,
   a) 상기 현재의 비콘에 나타내어지는 전용 타임슬롯을 갖는 것이 의도되는 각 디바이스에 대하여, 상기 디바이스가 그 전용 타임슬롯을 사용할 수 있는 시점까지 상기 디바이스의 슬립 이행 페이즈 및 기동 페이즈에 기인한 에너지 소비를 고려하는, 상기 디바이스에 의해 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)을 계산하고,
   b) 상기 현재의 비콘에 나타내어지는 전용 타임슬롯을 갖는 것이 의도되는 디바이스의 제 1 리스트를, 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)에 따라, 랭크화하여 메모리에 보존하고 - 상기 리스트의 최후의 디바이스(D#n)는 서포트되는 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)이 보다 큼 -,
   c) 상기 제 1 리스트의 선두에 위치하는 검토 대상 디바이스를 선택하고, 이것을 상기 제 1 리스트의 말미에 삽입하고, 적어도 상기 검토 대상 디바이스에 대하여, 상기 현재의 비콘의 송신이 스케줄링되어 있는 시점과 상기 검토 대상 디바이스 전용의 상기 타임슬롯이 할당되는 시점의 사이의 시간 오프셋 t_off,n을 계산하고,
   d) 적어도 상기 검토 대상 디바이스에 대하여, 상기 시간 오프셋 t_off,n이 상기 검토 대상 디바이스의 서포트되는 상기 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰지 여부를 판단하고, 판단 결과가 긍정적인 경우,
   ⅰ. 상기 검토 대상 디바이스(D#n)를 상기 제 1 리스트의 보다 상위로 이동시키고,
   ⅱ. 상기 검토 대상 디바이스에 대하여 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 결정하고, 상기 시간 오프셋 t_off,n이 상기 검토 대상 디바이스의 서포트되는 상기 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n) 이하의 값이 될 때까지 동작 d)를 반복하고,
   e) 새로운 리스트의 위치와 상기 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 갖는 상기 검토 대상 디바이스를 포함하는 디바이스의 제 2 리스트를 메모리에 보존하고, 적어도 전용 타임슬롯을 상기 새로운 시간 오프셋 t_off,n에 있어서 상기 검토 대상 디바이스에 할당하기 위해 상기 제 2 리스트에 따라 상기 현재의 비콘을 수정하는
   방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 셀 컨트롤러는,
   - 상기 시간 오프셋 t_off,n이 서포트되는 상기 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰 디바이스를 상기 제 2 리스트가 포함하지 않게 될 때까지 동작 c) 및 d)를 반복하고, 단, 동작 d)의 상기 제 2 리스트는 동작 c)의 상기 제 1 리스트가 되고,
   - 동작 e)에 있어서 상기 제 2 리스트의 상기 디바이스에 각각 갱신된 시간 오프셋 t_off,n에 있어서 전용 타임슬롯을 할당하도록 상기 제 2 리스트에 따라 상기 현재의 비콘을 갱신하는
   방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   디바이스에 대하여 서포트되는 상기 최대 시간 오프셋은,
   [수학식 1]
   

   

   
   로 나타내어지고,
   - E_0,n은 상기 비콘의 브로드캐스트의 개시 전에 상기 디바이스에 대하여 이용 가능한 에너지의 검지 레벨이고,
   - E_sf,n(0)은,
   - 기동과,
   - 상기 비콘의 수신과,
   - 상기 전용 타임슬롯 동안의 데이터 수신 및/또는 송신과,
   - 상기 다음의 비콘까지의 슬립으로의 이행
   을 실행시키기 위한 상기 디바이스에 의한 소비 에너지의 추정 레벨이고,
   - P_A는 액티브 페이즈 동안의 소비 에너지인
   방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 디바이스에 의한 상기 소비 에너지의 추정 레벨은,
   [수학식 2]
   

   

   
   에 의해 주어지고,
   ● P_Rx는 수신 페이즈 동안의 전력 소비이고,
   ● P_Tx는 송신 페이즈 동안의 전력 소비이고,
   ● T_Beacon은 상기 비콘의 기간이고,
   ● T_Rx,n은 상기 디바이스가 그 전용 타임슬롯 동안에 데이터 수신이 가능한 기간이고,
   ● T_Tx,n은 상기 디바이스가 그 전용 타임슬롯 동안에 데이터 송신이 가능한 기간이고,
   ● T_GS는 상기 디바이스가 슬립 이행하기 위해 소비하는 시간이고 고정 기간에 대응하는
   방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 디바이스가 상기 비콘을 복호하기 위해 소비하는 시간 T_Dec가 더 고려될 수 있고, 상기 디바이스에 의한 소비 에너지의 추정 레벨은,
   [수학식 3]
   

   

   
   에 의해 주어지는 방법.
   
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 셀 컨트롤러는 상기 비콘의 브로드캐스트와 상기 디바이스가 그 전용 타임슬롯을 수신하는 시점의 사이에 슬립 기간을 삽입하는 것에 기인한 추가의 에너지 비용을 적어도 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 할당할 때에 고려하도록 구성되고, 상기 추가의 에너지 비용은,
   [수학식 4]
   

   

   , 단,

   

   
   에 의해 추정되고,
   ● T_WU는 상기 디바이스가 기동하기 위해 소비하는 시간이고 고정 기간에 대응하고,
   ● T_PreTS는 상기 타임슬롯의 이용 개시 전에 상기 디바이스가 필요로 하는 임의 선택의 허용 시간이고 고정 기간에 대응하는
   방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 셀 컨트롤러는 상기 디바이스가 그 시간 오프셋 t_off,n에 따라 소비하는 추정 에너지
   [수학식 5]
   

   

   
   단,

   

   
   를 더 계산하도록 구성되는 방법.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 셀 컨트롤러는 에너지 배터리의 로드를 필요로 하는 디바이스에 대하여 에너지 버스트의 전달을 스케줄링하도록 더 구성되고, 상기 셀 컨트롤러는,
   * 동작 d)의 상기 검토 대상 디바이스에 대하여,
   - 상기 검토 대상 디바이스(D#n)가 시간 오프셋 t_off,n에 스케줄링되어 있는 상기 타임슬롯을 사용할 수 있도록 제 1 에너지 버스트 요구 기간을 계산하는 것과,
   - 상기 시간 오프셋 t_off,n이 상기 검토 대상 디바이스의 서포트되는 상기 최대 시간 오프셋 Max(t_off,n)보다 큰지 여부를 판단하고, 판단 결과가 긍정적인 경우, 상기 검토 대상 디바이스(D#n)를 상기 제 1 리스트의 보다 상위로 이동시키고, 상기 검토 대상 디바이스에 대하여 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 결정하고, 새로운 리스트의 위치와 상기 새로운 시간 오프셋 t_off,n을 갖는 상기 검토 대상 디바이스를 포함하는 디바이스의 제 2 리스트를 메모리에 보존하는 것
   을 실행하고,
   * 상기 제 2 리스트의 상기 최후의 디바이스에 대하여,
   - 상기 최후의 디바이스가 상기 제 2 리스트에 따라 정의된 시간 오프셋에 스케줄링되어 있는 타임슬롯을 사용할 수 있도록 제 2 에너지 버스트 요구 기간을 계산하는 것
   을 실행하고,
   * 그리고,
   - 상기 제 1 에너지 버스트 요구 기간이 상기 제 2 에너지 버스트 요구 기간 이상인 경우에는, 상기 현재의 비콘을 상기 제 2 리스트에 따라 갱신하거나,
   - 또는 그렇지 않은 경우에는, 상기 제 1 리스트를 사용하는
   방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 셀 컨트롤러는,
   - 상기 제 1 리스트가 사용되는 경우에는 상기 검토 대상 디바이스, 또는,
   - 상기 제 2 리스트가 사용되는 경우에는 상기 최후의 디바이스
   의 상기 전력의 수요에 적합하도록 상기 에너지 버스트의 스케줄링된 기간을 더 갱신하는 방법.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하기 위한 처리 회로를 구비하는 셀 컨트롤러.
    
11. 프로세서에 의해 실행되면 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.

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