KR20220053924A - 중계 장치의 셀 중첩 방지 알고리즘 기반 슬롯프레임 스케쥴링 방법 - Google Patents

중계 장치의 셀 중첩 방지 알고리즘 기반 슬롯프레임 스케쥴링 방법 Download PDF

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Abstract

SWIPT 환경의 IoT 시스템에 포함되는 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법이 개시된다. 본 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, 전자 장치의 전송 주기에 따라 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 전자 장치로부터 수신하는 단계, 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에서 적어도 하나의 비어 있는 셀을 식별하는 단계, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트를 획득하는 단계, 제1 리스트 및 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 응답을 전자 장치로 전송하는 단계, 제1 리스트 내에서 선택된 제1 셀 및 제2 리스트 내에서 선택된 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 전자 장치로부터 수신하는 단계를 포함한다.

Description

중계 장치의 셀 중첩 방지 알고리즘 기반 슬롯프레임 스케쥴링 방법 { CELL OVERLAPPING PREVENTION ALGORITHM BASED SLOTFRAME SCHEDULING METHOD OF RELAY APPARATUS }
본 개시는 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, COP(Cell Overlapping Prevention) 알고리즘 기반의 다중 슬롯프레임 스케쥴링 방법에 관한 것이다.
최근, 센서 장치가 근접한 HAP(Hybrid Access Point)로부터 수신되는 RF (무선 주파수) 신호로부터 에너지를 획득하고, 획득된 에너지를 이용하여 데이터 패킷을 교환하는 SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)가 고안되었다.
그 결과, IoT 장치 내의 센서 장치들에 대해 HAP(Hybrid Access Point)가 무선으로 전력을 공급하는 한편 무선으로 데이터를 송수신할 수 있게 되었다.
다만, 전송 주기가 다른 이기종의 센서 장치들의 경우, HAP가 단일한 길이의 슬롯프레임만 이용한 결과 백 오프 지연 및 센서 장치 간의 충돌로 인해 적시에 에너지 공급 및 데이터 전송을 수행하는 데에 어려움이 있었다.
등록 특허 공보 제10-21402540000호(2020.06.17)
본 개시는, SWIPT 환경 내에서 전자 장치의 전송 주기에 따라 유동적인 길이의 프레임을 사용함으로써 전자 장치들의 셀 사용률을 증가시킬 수 있는 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 제공한다.
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.
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.
본 개시의 일 실시 예에 따른 SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 중계 장치의 슬롯프레임(slotframe) 스케쥴링 방법은, 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 전자 장치로부터 수신하는 단계, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별하는 단계, 상기 식별된 적어도 하나의 비어 있는 셀을 기반으로, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트를 획득하는 단계, 상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 응답을 상기 전자 장치로 전송하는 단계, 상기 제1 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제1 셀 및 상기 제2 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인(confirmation)을 상기 전자 장치로부터 수신하는 단계를 포함한다.
본 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, 상기 복수의 셀 중 상기 제1 셀의 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치로 전력을 공급하는 단계, 상기 복수의 셀 중 상기 제2 셀의 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치와 데이터를 송수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, 슬롯프레임 리스트 내에 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임이 포함되지 않은 경우, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임을 상기 슬롯프레임 리스트에 추가할 수 있다.
이 경우, 상기 적어도 하나의 비어 있는 셀을 식별하는 단계는, 상기 슬롯프레임 리스트에 포함된 슬롯프레임들의 길이의 최소 공배수에 해당하는 길이를 가지는 가상의 슬롯프레임을 생성하는 단계, 상기 생성된 가상의 슬롯프레임을 상기 설정된 길이에 따라 복수의 파티션으로 분할하는 단계, 상기 복수의 파티션 각각에서 비어 있는 셀을 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 셀 할당 요청을 상기 전자 장치로부터 수신하는 단계는, 전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수에 대한 정보를 포함하는 상기 셀 할당 요청을 상기 전자 장치로부터 수신할 수 있다. 여기서, 상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트를 획득하는 단계는, 상기 식별된 비어 있는 셀의 수가 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수, 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수 및 후보 리스트들을 생성하기 위해 추가적으로 필요한 셀의 수의 합보다 많거나 같은 경우, 상기 식별된 비어 있는 셀을 이용하여 상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트를 획득할 수 있다.
다만, 상기 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, 상기 식별된 비어 있는 셀의 수가 상기 합보다 적은 경우, 슬롯프레임 스케쥴링이 실패된 것으로 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트를 획득하는 단계는, 상기 식별된 적어도 하나의 비어 있는 셀 중 전력 공급을 위한 제1 후보 셀을 선택하고, 상기 선택된 제1 후보 셀을 포함하는 상기 제1 리스트를 획득하고, 상기 식별된 적어도 하나의 비어 있는 셀 중 상기 제1 후보 셀보다 타임슬롯 오프셋이 더 큰 셀을 데이터 송수신을 위한 제2 후보 셀로 선택하고, 상기 선택된 제2 후보 셀을 포함하는 상기 제2 리스트를 획득할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라 SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 중계 장치는, 전자 장치와 통신을 수행하고, 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하기 위한 통신부, 및 상기 통신부와 연결된 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 통신부를 통해 상기 전자 장치로부터 수신하고, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별하고, 상기 식별된 적어도 하나의 셀을 기반으로, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 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 통신부를 통해 상기 전자 장치로 전송하고, 상기 제1 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제1 셀 및 상기 제2 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제2 셀에 대한 정보를 포함하는, 셀 할당 응답을 상기 통신부를 통해 상기 전자 장치로부터 수신한다.
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 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별하고, 상기 식별된 적어도 하나의 셀을 기반으로, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 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.
본 개시에 따른 중계 장치의 다중 슬롯프레임 스케쥴링 방법은, SWIPT 환경 내에서 종래의 TSCH보다 더욱 향상된 지연 성능, 처리량, 셀 사용률을 가진다는 효과가 있다.
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 중계 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.
본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
TSCH 슬롯 프레임은 크기가 고정된 복수의 셀로 구성되며 각 셀은 시간 오프셋과 채널 오프셋으로 표시될 수 있다.
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.
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.
COP 알고리즘을 통해 셀 중첩 문제가 해결된 후, HAP는 해당 전자 장치의 슬롯프레임에 빈 셀을 포함하는 후보 셀 리스트로 전자 장치에 응답할 수 있다.
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.
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.
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.
이하 도면들을 통해 본 개시에 따른 TMSS의 동작 및 관련 장치들의 구성/시스템 등에 대해 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS에서 TS-SWIPT 지원 IoT 네트워크의 시스템 아키텍처를 개략적으로 도시한 것이다.
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.
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.
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.
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.
각 전자 장치는 서로 다른 전송 주기를 가질 수 있으며, 중계 장치(200)의 전송 범위 내에 배치될 수 있다.
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.
전자 장치(100)는 주변 환경을 모니터링(ex. 적어도 하나의 센서 이용)하고 주기적으로 데이터 패킷을 중계 장치(200)에 전송할 수 있다.
다만, 전자 장치는 센싱 및 데이터 전송을 수행하기 전에 먼저 중계 장치(200)에서 전송된 특정 RF 신호를 통해 필요한 에너지를 수집할 수도 있다.
따라서, 네트워크 운영을 시작할 때 각 전자 장치는 먼저 전송 주기를 확인하고 이를 슬롯프레임 길이로 설정할 수 있다.
한편, 전자 장치(100)는 전력 공급을 위해 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신을 위해 필요한 셀의 수를 식별할 수 있다.
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.
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.
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.
여기서, 타임슬롯 당 예상되는 에너지 수확량은 중계 장치(200)와 전자 장치 사이의 거리에 따라 다를 수 있다.
따라서, 측정된 RSSI는 본 추정 프로세스에서 거리를 구하는 데 사용될 수 있다.
한편, 데이터 송수신을 위해 필요한 데이터 셀의 수는 데이터 패킷 수, 데이터 패킷 크기 및 데이터 속도를 통해 추정될 수 있다.
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.
이때, 셀 할당 요청에는, 앞서 식별된 각 슬롯프레임 별로 필요한 전력 셀의 수 및 데이터 셀의 수에 대한 정보 역시 포함될 수 있다.
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.
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.
도 2는 본 개시의 일 실 시 예에 따른 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 중계 장치(200)는 전자 장치(100)가 전송한 셀 할당 요청을 수신할 수 있다(S210).
이때, 셀 할당 요청에는, 전자 장치(100)의 전송 주기에 따라 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보가 포함되어 있을 수 있다. 또한, 셀 할당 요청에는, 전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수에 대한 정보가 포함되어 있을 수 있다.
구체적으로, 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.
여기서, 적어도 하나의 전자 장치로부터 새로운 슬롯프레임의 길이(전자 장치의 전송 주기에 따라 설정됨)에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 (적어도 하나의 전자 장치로부터) 수신할 때마다 중계 장치(200)는 새로운 슬롯프레임을 슬롯프레임 리스트에 추가할 수 있다.
그리고, 중계 장치(200)는 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별할 수 있다(S220).
이때, 중계 장치(200)는 슬롯프레임 리스트에 포함된 슬롯프레임들의 길이의 최소 공배수에 해당하는 길이를 가지는 가상의 슬롯프레임을 생성하고, 생성된 가상의 슬롯프레임을 앞서 설정된 슬롯프레임의 길이에 따라 복수의 파티션으로 분할할 수 있다.
그리고, 중계 장치(200)는 복수의 파티션 각각에서 비어 있는 셀을 식별할 수 있다.
다음으로, 중계 장치(200)는, 식별된 적어도 하나의 비어 있는 셀을 이용하여, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트를 획득할 수 있다(S230).
구체적으로, 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 제1 리스트와 후보 데이터 셀에 대한 제2 리스트를 생성할 수 있다.
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 (제1) 리스트를 생성할 수 있다.
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 (제2) 리스트를 생성할 수 있다.
여기서, 중계 장치(200)는 후보 전력 셀의 타임슬롯 오프셋보다 더 큰 타임슬롯 오프셋을 가지는 후보 데이터 셀을 포함하는 (제2) 리스트를 생성할 수 있다. 그 결과, 데이터 송수신보다 전력 공급이 먼저 수행될 수 있다.
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 스케쥴링은 실패로 식별될 수 있다.
한편, 중계 장치(200)는 S230 단계에서 식별된 후보 전력 셀에 대한 리스트와 및 후보 데이터 셀에 대한 리스트를 포함하는 셀 할당 응답을 전자 장치(200)로 전송할 수 있다(S240).
중계 장치(200)로부터 셀 할당 응답이 수신되면, 전자 장치(100)는 전력 공급을 위한 셀 및 데이터 송수신을 위한 셀을 선택하고, 선택된 셀들에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인을 중계 장치(200)로 전송할 수 있다.
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 전력 공급에 필요한 셀의 수만큼 셀을 선택할 수 있다.
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 데이터 송수신에 필요한 셀의 수만큼 셀을 선택할 수 있다.
그 결과, 중계 장치(200)는 셀 할당 확인을 수신할 수 있다(S250).
도 3은 TSCH MAC의 슬롯프레임 구조의 일 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 슬롯프레임은 데이터 패킷의 최대 크기를 수용하도록 일반적으로 길이가 정의된 고정된 수의 타임 슬롯으로 구성될 수 있다.
따라서, 슬롯 프레임 길이는 타임 슬롯의 수에 따라 결정될 수 있다.
슬롯프레임에서 페어[타임슬롯 오프셋, 채널 오프셋]는 각 셀을 표현할 수 있으며, 타임슬롯 오프셋과 채널 오프셋은 각각 타임슬롯과 채널의 인덱스를 나타낸다.
셀은 장치 쌍(전자 장치 및 중계 장치) 간의 데이터 전송 또는 전력 공급에 사용될 수 있다.
구체적으로, 셀은 데이터(또는 전력) 전송을 독점적으로 수행하기 위해 특정 장치 쌍에 할당될 수 있다(즉, 전용 셀).
다만, 셀은 복수의 장치 쌍이 공유하도록 할당될 수도 있다(즉, 공유 셀). 이 경우, 데이터 패킷을 전송하기 위한 전자 장치들 간의 경쟁이 불가피하다.
슬롯프레임은 반복된다. 따라서, 할당된 셀의 역할은 후속 슬롯 프레임에서 계속 유지될 수 있다.
한편, 상술하였듯 TSCH MAC 표준은 각각 다른 길이를 가진 여러 개의 동시 슬롯 프레임을 사용할 수 있다.
여기서, 다중 슬롯프레임에 할당된 셀을 종합적으로 고려하여 통신 스케줄을 설정하기 위해 모든 슬롯프레임이 중첩될 수 있다.
이를 위해, 슬롯프레임은 타임슬롯 경계를 기준으로 정렬되고 첫 번째 슬롯프레임 내 첫 번째 타임슬롯의 ASN(Absolute slot number)은 0으로 설정될 수 있다.
ASN은 네트워크 시작부터 경과한 총 타임 슬롯 수를 나타낸다.
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.
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.
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.
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.
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.
본 개시에 따른 TMSS는, 3단계의 6P 트랜잭션을 사용할 수 있다. 따라서, 중계 장치(200)가 후보 셀 리스트를 생성할 수 있다.
관련하여, 도 4는 3단계 6P 트랜잭션의 운영에 대한 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 4에서 Type, SeqNum, NumCells 및 CellList는 각각 메시지 유형, 트랜잭션 시퀀스 번호, 추가할 셀 수 및 셀 집합을 나타낸다.
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.
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.
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.
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.
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.
따라서, 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS는, 수정된 3단계 6P 트랜잭션을 사용하여 파워 셀과 데이터 셀을 동시에 할당할 수 있다.
관련하여, 도 5는 한 쌍의 장치(HAP 및 전자 장치)에 대한 본 개시의 일 실시 예에 따른 TMSS의 전반적인 동작을 설명하기 위한 시퀀스도이다.
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.
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.
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.
여기서, 전자 장치(100)는 먼저 전자 장치(100)의 전송 주기를 확인하고, 이를 슬롯프레임의 길이(SlotframeLength)로 설정할 수 있다.
다음으로, 전자 장치(100)는 중계 장치(200)에서 방송되는 EB를 기다릴 수 있다.
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.
Figure pat00001
여기서, RSSId는 전자 장치(100)를 통해 획득된 RSSI 값이고, RSSI1은 거리가 1m인 경우에 획득되었던 RSSI 값이며, α는 경로 손실 매개 변수에 해당한다.
그리고, 전자 장치(100)는 슬롯프레임 내에서 할당될 파워 셀 및 데이터 셀의 수를 추정할 수 있다.
관련하여, 도 6은 전자 장치(100)에서 중계 장치(200)로 데이터를 전송하기 위한 타이밍 다이어그램을 도시한다.
여기서, TsTxOffset 및 TsRxAckDelay는 각각 데이터 패킷의 전송 및 승인(Ack) 수신을 준비하는 시간 간격이다. 이 간격에서 전자 장치(100)는 유휴(idle) 상태이다.
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.
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.
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.
한편, Qtransmission은 이하 수학식 2를 통해 구해질 수 있다.
Figure pat00002
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.
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.
Figure pat00003
이때, Ltimeslot은 타임슬롯의 길이이고, Es는 초당 공급되는 전력량이며, h는 에너지 공급에 대한 효율 계수이고, PTx는 중계 장치(100)의 Tx 전력에 해당한다.
그리고, 이하 수학식 4를 통해 NpwrCells가 계산될 수 있다.
Figure pat00004
여기서
Figure pat00005
는 입력 변수 이상인 최소 정수를 구하기 위한 ceiling function에 해당한다.
NpwrCells이 계산된 후, 슬롯프레임 내에 추가될 데이터 셀의 수(NdataCells) 역시 계산될 수 있다.
여기서, 전자 장치(100)는 하나의 타임슬롯 내에서 최대로 전송될 수 있는 데이터 패킷의 수를 이하 수학식 5에 따라 계산할 수 있다.
Figure pat00006
여기서
Figure pat00007
는 입력 변수 이하인 최대 정수를 구하기 위한 floor function에 해당한다.
그리고, 전자 장치(100)는 이하 수학식 6에 따라 슬롯프레임 내에 추가될 데이터 셀의 수(NdataCells)를 계산할 수 있다.
Figure pat00008
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.
전자 장치(100)로부터 셀 할당 요청 메시지가 수신되면, 중계 장치(200)는 슬롯프레임 리스트를 업데이트할 수 있다.
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.
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, 각각은 이하와 같이 표현될 수 있다.
ID = [ID (0), ID (1), ID (2), ... , ID (i)]
L = [L (0), L (1), L (2), ... , L (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.
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.
한편, 상술하였듯 특정 ASN을 가진 특정 셀을 여러 전자 장치에 할당하면 전자 장치들 간에 셀 중첩 문제가 발생한다.
따라서, 중계 장치(200)는 COP 알고리즘을 실행하여 빈 셀로 구성된 후보 전력 셀 리스트 및 후보 데이터 셀 리스트를 생성할 수 있다.
이하 알고리즘 1을 통해 본 개시의 일 실시 예에 따른 COP 알고리즘의 절차를 자세히 설명한다.
==============================================
1: INITIALIZE L LCM to 0, numRep to 0, N partition to 0, indexempty to 0, CellListFlag to FALSE // Initialize variables
2: /*=======Step 1. LCM slotframe creation=======*/
3: L LCM ←lcm(L) // Caculate the length of the LCM slotframe
4: FOR each slotframe,
Figure pat00009
//nslotframe is the number of slotframes withing the slotframe list
5: numRep ←L LCM /L (i)
6: FOR each repetition,
7: FOR each cell,
Figure pat00010
//ncell,i is the number of cells withing the ith slotframe
8: LCM[TO(i,j) + numRep * L (i) ] ← 1
9: ENDFOR
10: ENDFOR
11:ENDFOR
12:/* =======Step 2. Empty timeslot discovery========*/
13: N partition ← L LCM/L req //Caculate the mumber of partitions in LCM slotframe
14: FOR each partition,
Figure pat00011
15: LCM (l) ← extract(LCM, l*(Lreq/Ltimeslot) : (l+1)(L req/L timeslot)-1)
16: LCM overlap ← LCM overlap ∪ LCM (l)
17: ENDFOR
18: FOR each timeslot,
Figure pat00012
//Search timeslot of empty cells in LCM overlap
19: IF LCM overlap[m] = 0
20: TS empty[indexempty] ← m
21: ENDIF
22: indexempty ← indexempty + 1
23: ENDFOR
24: /*=======Step 3. Candidate cell list creation=======*/
25: IF size(TS empty) ≥ (NpwrCells + NdataCells + 2NextraCells)
26: FOR each empty cell,
Figure pat00013
27: Cells pwr[p] ← [TS empty[p], rand(Channel)]
28: ENDFOR
29: FOR each empty cell,
Figure pat00014
30: Cells data[q] ← [TS empty[q], rand(Channel)]
31: ENDFOR
32: CellListFlag ← TRUE
33: ELSE
34: Cells pwr ← [ ]
35: Cells data ← [ ]
36: CellListFlag ← FALSE
37: ENDIF
38: RETURN Cells pwr, Cells data, CellListFlag
===========================================
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.
COP 알고리즘의 절차는 (1) LCM 슬롯프레임 생성, (2) 빈 타임슬롯 발견, (3) 후보 셀 리스트 생성의 세 단계로 구성된다.
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.
COP 알고리즘을 참조하면, 먼저 후보 파워 셀/데이터 셀 리스트를 생성하기 위해 필요한 변수들(LLCM, numRep, Npartition, indexempty, CellListFlag 등)이 초기화된다.
여기서, LLCM은 LCM 슬롯프레임의 길이이고, numRep은 중계 장치(200)의 슬롯프레임 리스트 내에 포함된 각 슬롯프레임이 LCM 슬롯프레임 내에서 반복되는 횟수이다.
Npartition은 LCM 슬롯프레임의 파티션 수로서, 전자 장치가 요청한 슬롯프레임이 LCM 슬롯프레임 내에서 반복되는 횟수를 의미한다.
indexempty는 빈 셀(TSempty)에 대한 타임슬롯 오프셋 세트에 포함된 엘리먼트들의 인덱스를 나타낸다. 그리고, Cell List Flag는 후보 셀 리스트가 성공적으로 생성되었는지 여부를 나타낸다.
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.
LCM =
Figure pat00015
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.
두 번째 단계로, LCM 슬롯프레임은 전자 장치에 의해 요청된 슬롯프레임의 길이에 따라 몇몇 파티션들로 구분될 수 있다.
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.
모든 파티션들은 0 값을 가지는 셀들의 타임슬롯 오프셋을 발견하기 위해 중첩된다(즉, LCMoverlap이 생성된다). 그리고, TSempty는 발견된 타임슬롯 오프셋들을 순서대로 리스팅함으로써 생성된다.
마지막 단계로, 중계 장치(200)는 TSempty에 포함된 엘리먼트들의 수를 NpwrCells, NdataCells, 및 2NextraCells의 합과 비교할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
주어진 채널 리스트(Channel) 내에서, 셀들에 대한 채널 오프셋은 임의로 선택된다. 그리고, 본 알고리즘은 다시 Cellspwr, Cellsdata, CellListFlag로 돌아간다.
COP 알고리즘을 실행한 후, 중계 장치(200)는 CellListFlag를 확인한다.
만약 TRUE인 경우, 중계 장치(200)는 선택된 후보 전력 셀 및 후보 데이터 셀을 포함하는 셀 할당 응답 메시지를 전자 장치로 전송한다.
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.
이때, 전자 장치(200)는 앞서 추정된 필요한 수(NpwrCells, NdataCells)만큼만 전력 셀 및 데이터 셀을 선택할 수 있다.
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.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100) 및 중계 장치(200)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 전자 장치(100)는 통신부(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다.
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.
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.
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.
프로세서(120)는 전자 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
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.
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.
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.
프로세서(120)는 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 수행할 수 있다.
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.
그리고, 프로세서(120)는 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 통신부를 통해 상기 중계 장치로 전송할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
도 7을 참조하면, 중계 장치(200)는 통신부(210) 및 프로세서(220)를 포함할 수 있다.
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.
프로세서(220)는 통신부(210)를 포함하여 중계 장치(200)에 포함된 다양한 하드웨어/소프트웨어 구성을 제어할 수 있다.
프로세서(220)는 중계 장치(200)의 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써 슬롯프레임 스케쥴링 방법을 수행할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
한편, 본 개시에 따른 TMSS의 성능을 평가하기 위해, IEEE 802.15.4 physical(PHY)/MAC 계층 환경에서 실험 시뮬레이션이 수행되었다.
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.
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.
두 시나리오 모두에서 EB 슬롯 프레임의 길이는 2초로 설정되었다. 타임슬롯 길이를 10ms로 설정했기 때문에 EB 슬롯 프레임의 타임 슬롯 수는 200개였다.
각 시나리오에서 세 개의 전자 장치 그룹이 배포되었으며 각 그룹 내의 전자 장치는 동일한 전송 주기를 갖는다. 다만, 그룹 별로 다른 길이의 TP가 사용되었다.
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.
시뮬레이션에 있어, 모든 전자 장치는 HAP의 통신 범위 내에 있다고 가정한다. 전자 장치와 HAP 사이의 거리(d)는 1 ~ 4m로 임의로 설정되었다.
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.
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.
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.
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.
Figure pat00016
도 8a와 8b는 각각 단기 및 장기 TP 시나리오에 대한 TMSS의 지연 성능을 보여준다. 지연은 Npkt의 데이터 패킷을 HAP에 전달하는 데 걸리는 시간을 나타낸다.
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.
반면, 단기 TP 시나리오에서, 기존의(legacy) TSCH는 TP가 0.5 초이거나 1 초일 때 적시성을 보장하지 않는다.
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.
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.
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.
도 9a 및 9b는 그룹당 전자 장치 수가 다를 때 총 처리량의 성능 변화를 보여준다.
도 9a 및 도 9b에서, TP가 감소하면 HAP가 수신하는 총 데이터 패킷 수가 증가하기 때문에 총 처리량이 증가한다.
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.
Figure pat00017
표 2는 성공적인 장치의 평균 수를 나열한 것이다. 여기서 ndev는 그룹당 센서 장치의 수이다.
표 2에서 TP가 0.5초인 경우 전자 장치의 수가 4개에서 20개로 변경되더라도 성공한 장치의 수는 4개에 가깝다.
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.
도 10a 및 도 10b는 단기 및 장기 TP 시나리오에 대한 TMSS의 셀 활용도를 보여준다.
TMSS의 셀 이용률은 전자 장치의 TP를 고려하여 슬롯프레임에 셀이 할당되기 때문에 모든 시나리오에서 100%이다.
즉, 전자 장치에 할당된 모든 셀은 예외 없이 에너지 공급 또는 데이터 전송에 사용된다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
100, 100-1, 100-2: 전자 장치
200: 중계 장치

Claims (9)

  1. SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 중계 장치의 슬롯프레임(slotframe) 스케쥴링 방법에 있어서,
    전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 전자 장치로부터 수신하는 단계;
    상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별하는 단계;
    상기 식별된 적어도 하나의 비어 있는 셀을 기반으로, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 데이터 송수신을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제2 리스트를 획득하는 단계;
    상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 응답을 상기 전자 장치로 전송하는 단계; 및
    상기 제1 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제1 셀 및 상기 제2 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제2 셀에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 확인(confirmation)을 상기 전자 장치로부터 수신하는 단계;를 포함하는, 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법은,
    상기 복수의 셀 중 상기 제1 셀의 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치로 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 복수의 셀 중 상기 제2 셀의 타임슬롯 내에서 상기 전자 장치와 데이터를 송수신하는 단계;를 더 포함하는, 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    슬롯프레임 리스트 내에 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임이 포함되지 않은 경우, 상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임을 상기 슬롯프레임 리스트에 추가하는, 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 비어 있는 셀을 식별하는 단계는,
    상기 슬롯프레임 리스트에 포함된 슬롯프레임들의 길이의 최소 공배수에 해당하는 길이를 가지는 가상의 슬롯프레임을 생성하는 단계;
    상기 생성된 가상의 슬롯프레임을 상기 설정된 길이에 따라 복수의 파티션으로 분할하는 단계; 및
    상기 복수의 파티션 각각에서 비어 있는 셀을 식별하는 단계;를 포함하는, 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 할당 요청을 상기 전자 장치로부터 수신하는 단계는,
    전력 공급에 필요한 셀의 수 및 데이터 송수신에 필요한 셀의 수에 대한 정보를 포함하는 상기 셀 할당 요청을 상기 전자 장치로부터 수신하고,
    상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트를 획득하는 단계는,
    상기 식별된 비어 있는 셀의 수가 상기 전력 공급에 필요한 셀의 수, 상기 데이터 송수신에 필요한 셀의 수 및 후보 리스트들을 생성하기 위해 추가적으로 필요한 셀의 수의 합보다 많거나 같은 경우, 상기 식별된 비어 있는 셀을 이용하여 상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트를 획득하는, 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법은,
    상기 식별된 비어 있는 셀의 수가 상기 합보다 적은 경우, 슬롯프레임 스케쥴링이 실패된 것으로 식별하는 단계;를 더 포함하는, 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리스트 및 상기 제2 리스트를 획득하는 단계는,
    상기 식별된 적어도 하나의 비어 있는 셀 중 전력 공급을 위한 제1 후보 셀을 선택하고,
    상기 선택된 제1 후보 셀을 포함하는 상기 제1 리스트를 획득하고,
    상기 식별된 적어도 하나의 비어 있는 셀 중 상기 제1 후보 셀보다 타임슬롯 오프셋이 더 큰 셀을 데이터 송수신을 위한 제2 후보 셀로 선택하고,
    상기 선택된 제2 후보 셀을 포함하는 상기 제2 리스트를 획득하는, 중계 장치의 슬롯프레임 스케쥴링 방법.
  8. SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 포함되는 중계 장치에 있어서,
    전자 장치와 통신을 수행하고, 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하기 위한 통신부; 및
    상기 통신부와 연결된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 전자 장치의 전송 주기(Transmission Period)에 따라 설정된 슬롯프레임의 길이에 대한 정보를 포함하는 셀 할당 요청을 상기 통신부를 통해 상기 전자 장치로부터 수신하고,
    상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별하고,
    상기 식별된 적어도 하나의 셀을 기반으로, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 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 통신부를 통해 상기 전자 장치로 전송하고,
    상기 제1 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제1 셀 및 상기 제2 리스트 내에서 상기 전자 장치에 의해 선택된 적어도 하나의 제2 셀에 대한 정보를 포함하는, 셀 할당 응답을 상기 통신부를 통해 상기 전자 장치로부터 수신하는, 중계 장치.
  9. SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer) 환경의 IoT(Internet of Things) 시스템에 있어서,
    전자 장치; 및
    상기 전자 장치와 통신을 수행하고 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하는 중계 장치;를 포함하고,
    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 전송하고,
    상기 중계 장치는,
    상기 설정된 길이를 가지는 슬롯프레임 내에 포함된 복수의 셀 중 다른 전자 장치에 할당되지 않은 적어도 하나의 비어 있는(empty) 셀을 식별하고,
    상기 식별된 적어도 하나의 셀을 기반으로, 전력 공급을 위한 하나 이상의 후보 셀을 포함하는 제1 리스트 및 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 전송하고,
    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 전송하는, SWIPT 환경의 IoT 시스템.
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