일반적으로 하나의 모바일 디바이스에 직비, 블루투스, 와이파이, 3G 와 같은 무선통신 인터페이스가 여러 개 구비되어 있지만 서비스를 이용할 때는 고정적으로 하나의 통신 인터페이스만 이용하고 있다. 본 논문에서는 다양한 통신 인터페이스를 효율적으로 사용하기 위하여 무선통신 인터페이스들 간의 능동적인 전환 기법을 제안한다. 이 기법은 통신 서비스에 따라 각 무선통신 인터페이스의 특징을 살려서 적합한 무선통신 인터페이스를 선택하고 전환하는 기법으로서, 전력 소비를 줄일 수 있고 인터페이스의 효율성을 높이는 효과가 있다.
일반적으로 하나의 모바일 디바이스에 직비, 블루투스, 와이파이, 3G 와 같은 무선통신 인터페이스가 여러 개 구비되어 있지만 서비스를 이용할 때는 고정적으로 하나의 통신 인터페이스만 이용하고 있다. 본 논문에서는 다양한 통신 인터페이스를 효율적으로 사용하기 위하여 무선통신 인터페이스들 간의 능동적인 전환 기법을 제안한다. 이 기법은 통신 서비스에 따라 각 무선통신 인터페이스의 특징을 살려서 적합한 무선통신 인터페이스를 선택하고 전환하는 기법으로서, 전력 소비를 줄일 수 있고 인터페이스의 효율성을 높이는 효과가 있다.
Though a mobile device is equipped with a number of wireless communication interfaces in general such as Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi, 3G, it uses only one interface for a specific service. In this paper, we propose a mechanism of adaptive switching between wireless communication interfaces in order to ...
Though a mobile device is equipped with a number of wireless communication interfaces in general such as Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi, 3G, it uses only one interface for a specific service. In this paper, we propose a mechanism of adaptive switching between wireless communication interfaces in order to efficiently use various communication interfaces. Depending on the application service and the characteristics of wireless communication interface, mobile devices select an appropriate wireless communication interface and may switch to another interface during the service. As a result, power consumption can be reduced and the utilization of communication interface can be improved by using this mechanism.
Though a mobile device is equipped with a number of wireless communication interfaces in general such as Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi, 3G, it uses only one interface for a specific service. In this paper, we propose a mechanism of adaptive switching between wireless communication interfaces in order to efficiently use various communication interfaces. Depending on the application service and the characteristics of wireless communication interface, mobile devices select an appropriate wireless communication interface and may switch to another interface during the service. As a result, power consumption can be reduced and the utilization of communication interface can be improved by using this mechanism.
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문제 정의
본 논문에서는 복수 무선통신 인터페이스를 상황에 적합하게 능동적으로 전환하기 위해서 프로파일 및 프로토콜을 정의하였으며, 프로토타입 구현을 통해 실현가능성을 증명하였다. 제안하는 기법은 특정 무선통신 인터페이스에만 적용되는 것이 아니므로 상황에 따라 이용하고 있는 통신 인터페이스와 상관없이 제안하는 절차를 이용할 수 있다.
본 논문에서는 복수의 무선통신 인터페이스를 가진 디바이스들 간의 통신에서 능동적으로 인터페이스를 전환하는 기법에 대해 기술한다. 2장에서 통신 인터페이스의 전환 기법을 설계하고, 시뮬레이션을 통해 프로토콜을 검증하고, 프로토타입을 구현함으로써 실현 가능성을 설명한다.
본 논문은 복수의 통신 인터페이스를 가진 디바이스들 간의 통신에서 능동적으로 인터페이스를 전환하는 기법에 대해 기술하였다. 통신 인터페이스를 전환하기 위한 절차는 Covers 시뮬레이션 툴로 검증하였으며 프로토타입을 구현해서 동작여부도 확인 하였다.
Available Interface와 Optimal Interface는 서비스의 특성과 통신 인터페이스의 대역폭 특성을 반영해 정해야 한다. 본 논문의 목적은 각 서비스 별로 어느 통신 인터페이스가 최적이냐를 밝히는 것이 아니라, 서비스 별 최적의 통신 인터페이스가 주어진 상태에서 상황에 따라 능동적으로 최적의 인터페이스로 전환하는 방법을 보이고자 한 것이다. 이를 위해서 각 통신 인터페이스의 특징(<표 5>)과 여러 실험환경을 바탕으로 <표 6>과 같은 변환 프로파일을 작성하였다[6].
제안 방법
P2를 활성화하면서 새로운 연결을 맺었기 때문에 SENDER 의 P1 주소를 통해 기존에 P1으로 통신하던 디바이스인지 다른 디바이스인지를 구별하기 위해서이다. RECEIVER의 P1 연결 정보에 있는 SENDER의 주소와 CHECK 메시지에 담긴 SENDER의 P1 주소를 비교해서 일치 여부를 확인한다. ACK는 RECEIVER가 P2가 활성화 됐음을 알리는 메시지이며, Type 정보만 담고 있다.
저전력 통신 인터페이스인 블루투스를 이용해서 TV를 검색한다. 검색된 TV에 video 화면을 전송하는 서비스를 나타내는 서비스 프로파일과, TV의 정보를 나타내는 디바이스 프로파일을 가지고 알고리즘 (1)을 수행한다. video 서비스의 경우 최적의 통신 인터페이스가 와이파이로 정의되어 있으므로 얻어지는 결과는 true 이다.
이를 위해서 각 통신 인터페이스의 특징(<표 5>)과 여러 실험환경을 바탕으로 <표 6>과 같은 변환 프로파일을 작성하였다[6].변환 프로파일을 이용하여 서비스 프로파일에 따라, 서비스 타입에 적합한 대역폭을 제공하는 통신 인터페이스를 선정하는 방법을 이용하였다. <표 6>에서 먼저 서비스 타입을 보면 제공할 수 있는 형식이 크게 스트리밍 (Streaming)과 데이터 전송(Data Transfer), 메시지 (Message)로 구분하였다.
스마트폰에서 능동적으로 통신 인터페이스를 전환함으로써 얻을 수 있는 장점 중 하나는 전력소모량을 줄일 수 있다는 점이다. 본 논문에서 제안하는 기법을 스마트폰에 적용함으로써 전력 소모량을 어느 정도 줄일 수 있는지를 알아보기 위해서 성능실험을 하였다. 두 스마트폰 사이에 다수의 파일을 전송하는 시나리오이다.
SENDER와 RECEIVER간 상태변화도를 바탕으로 [그림 5] 와 같이 시뮬레이션을 구성하였다. 상태변화도에는 정상적인 통신 절차뿐만 아니라 예외 처리 절차까지 포함되어 있기 때문에 시뮬레이션에는 time-out과 재전송 메커니즘도 구현하였다. 통신 절차가 예외사항에서도 정상적으로 동작하는 지를 검증하기 위해 전송실패가 발생하지 않은 경우와 20%까지의 확률로 전송실패가 발생하는 경우로 나누어서 시뮬레이션을 수행하였다.
프로토타입의 시나리오 구조는 [그림 1]과 같다. 안드로이드 응용에서 주변에 통신 가능한 디바이스를 저전력 무선통신 인터페이스인 직비로 검색한다. 검색된 디바이스에서 사용 가능한 통신 인터페이스를 [그림 6]과 같이 사용자에게 보여준다.
그러나 현재는 사용자가 통신서비스를 선택하면 서비스에 상관없이 하나의 통신 인터페이스만 고정적으로 이용하게 되어 있다. 이를 개선하기 위해 서비스에 따라 필요한 통신 인터페이스들을 동적으로 변경해가며 이용하기 위한 제어 기법을 개발하였다. 유사한 연구로는 스마트폰을 이용하여 서로 다른 무선통신 인터페이스를 사용하는 디바이스들을 관리하는 방법에 대한 연구와 무선통신 인터페이스간 메시지 교환을 위한 인터페이스 브릿지에 대한 연구가 진행 되고 있다[7-10].
이를 위해서 각 통신 인터페이스의 특징()과 여러 실험환경을 바탕으로 과 같은 변환 프로파일을 작성하였다[6].
스마트폰으로 video라는 서비스를 이용할 때, 스마트폰의 화면은 작아서 주변에 있는 TV를 통해서 스마트폰의 화면을 이용하려고 한다. 저전력 통신 인터페이스인 블루투스를 이용해서 TV를 검색한다. 검색된 TV에 video 화면을 전송하는 서비스를 나타내는 서비스 프로파일과, TV의 정보를 나타내는 디바이스 프로파일을 가지고 알고리즘 (1)을 수행한다.
전원 공급기(Power Supply)를 이용하여 전류의 변화량과 전압을 측정해서 소비전력을 구했다. 스마트 폰에서는 전력을 소모하는 요소가 다양하기 때문에 소프트웨어적으로 배터리의 소모량을 측정하는 방식이 아닌 실험 순간순간에 발생하는 통신으로 인한 전력 소모의 변화만을 측정하기 위함이다.
본 논문에서는 복수 무선통신 인터페이스를 상황에 적합하게 능동적으로 전환하기 위해서 프로파일 및 프로토콜을 정의하였으며, 프로토타입 구현을 통해 실현가능성을 증명하였다. 제안하는 기법은 특정 무선통신 인터페이스에만 적용되는 것이 아니므로 상황에 따라 이용하고 있는 통신 인터페이스와 상관없이 제안하는 절차를 이용할 수 있다.
통신 인터페이스를 전환하는 기법을 안드로이드 응용으로 구현하였다. 프로토타입의 시나리오 구조는 [그림 1]과 같다.
앞서 정의한 통신 인터페이스 전환 기법을 사용자의 개입 없이 통신하고 있는 서비스에 따라 자동 적으로 전환하도록 확장하였다. 통신 인터페이스를 전환하는 순간에는 앞서 정의한 기법을 사용하고, 서비스를 비교해서 최적의 통신 인터페이스를 선택하는 기법을 위해서 추가적인 프로파일과 알고리즘을 설계하였다.
상태변화도에는 정상적인 통신 절차뿐만 아니라 예외 처리 절차까지 포함되어 있기 때문에 시뮬레이션에는 time-out과 재전송 메커니즘도 구현하였다. 통신 절차가 예외사항에서도 정상적으로 동작하는 지를 검증하기 위해 전송실패가 발생하지 않은 경우와 20%까지의 확률로 전송실패가 발생하는 경우로 나누어서 시뮬레이션을 수행하였다.
통신하고 있는 인터페이스를 확인하기 위해 1초 단위로 디바이스로부터 “HELLO” 라는 announcement 메시지를 전송받도록 구현하였다.
대상 데이터
파일의 종류는 MP3와 JPG, MP4의 세 가지이다. 9개의 파일을 전송할 때와, 12개의 파일을 전송할 때, 15개의 파일을 전송할 경우를 실험하였다. 각 실험은 일반적인 경우와 본 논문에서 제안한 기법을 적용한 경우로 나뉜다.
데이터처리
본 논문은 복수의 통신 인터페이스를 가진 디바이스들 간의 통신에서 능동적으로 인터페이스를 전환하는 기법에 대해 기술하였다. 통신 인터페이스를 전환하기 위한 절차는 Covers 시뮬레이션 툴로 검증하였으며 프로토타입을 구현해서 동작여부도 확인 하였다. 복수의 통신 인터페이스를 항상 켜놓는 것이 아니라, 하나의 인터페이스를 사용하다가 다른 인터페이스의 사용이 필요하게 될 때 활성화 시킨 후 두 인터페이스를 전환하기 때문에 디바이스들간 전력소모량을 줄일 수 있고 통신 인터페이스의 효율성을 높일 수 있다.
성능/효과
복수의 통신 인터페이스를 항상 켜놓는 것이 아니라, 하나의 인터페이스를 사용하다가 다른 인터페이스의 사용이 필요하게 될 때 활성화 시킨 후 두 인터페이스를 전환하기 때문에 디바이스들간 전력소모량을 줄일 수 있고 통신 인터페이스의 효율성을 높일 수 있다. 그리고 스마트폰 간에 서비스 별로 파일 전송 실험을 함으로써 통신 인터페이스의 능동적인 전환으로 전력 소모가 줄어드는 것도 확인하였다.
그러나 전송하는 파일의 개수가 증가할수록 와이파이 보다는 블루투스로 통신할 경우가 전력량이 적어진다. 따라서 작은 용량의 데이터를 전송하는 비중이 클수록 와이파이만 이용하는 경우보다 통신 인터페이스를 능동적으로 변경하는 것이 전력소모량을 줄인다는 것을 확인할 수 있다.
이 결과로 인해서 필요 없는 상태를 정의하였거나, 반대로 필요한 상태를 정의하지 않는 경우가 없음을 확인할 수 있다. 전송실패확률별로 네 가지 경우의 테스트 결과를 비교해보면 미세한 차이는 있지만 상태의 점유율이 유사하게 나타났음을 확인할 수 있다. 이는 전송 실패로 인해 발생하는 time-out 과 재전송 메커니즘이 정상적으로 동작해 livelock 이나 deadlock이 발생하지 않기 때문이다.
SELECT_REPLY_MSG가 REQUEST 메시지에 대한 수락 메시지인 REPLY 메시지를 의미하고, SELECT_ACK_MSG가 CHECK 메시지에 대한 응답 메시지인 ACK 메시지이다. 현재 통신 인터페이스인 직비로 REPLY 메시지를 받고, 전환할 인터페이스인 와이파이로 ACK 메시지를 받는 것을 확인할 수 있다. 반대로 와이파이로 통신하다가 직비로 전환하는 경우에 대한 로그를 보여주는 화면은 [그림 8]과 같다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
서비스 프로파일은 무엇인가?
서비스 프로파일은 스마트폰과 주변 디바이스와의 협업하는 서비스에 대한 정보를 나타낸다. Type 은 서비스의 종류로서 가장 많이 이용되는 image, video, audio, control, file 로 구분하였다.
와이파이의 장단점은?
초당 11Mbps의 속도를 제공한다. 고성능의 장점이 있지만 상대적으로 높은 전력 소비량을 가지며 AP(Access Point)가 필요하다는 단점이 있다. 각 특징을 비교했을 때 간단한 메시지 교환이나 저용량의 파일전송은 저전력 인터페이스로도 충분하다는 것을 알 수 있다[7]
Available Interface는 어떤 일을 수행하는가?
Characteristic 은 서비스 특징으로서 image나 video를 수행하는 display, 장치를 제어하는 controller, 여러 가지 기능을 복합적으로 제공하는 mix 로 구분된다. Available Interface는 와이파이, 직비, 블루투스 3가지 중 무선통신의 대역폭(bandwidth)이나 속도, 전력소모량을 바탕으로 서비스를 제공할 수 있는 통신 인터페이스를 리스트 형태로 나타낸다. Optimal Interface는 Available Interface 중에서 서비스를 제공하는 데 최적의 통신 인터페이스의 이름을 나타낸다.
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