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[국내논문] Cold Restart를 이용한 웨어러블 디바이스의 초저전력 핵심 기술
Core Technology for Ultra Low Power Using Cold Restart in Wearable Devices 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.54 no.4 = no.473, 2017년, pp.44 - 49  

김선태 (한국전자통신연구원) ,  박형준 (한국기술연합대학원대학교) ,  박호준 (한국전자통신연구원) ,  우덕균 (한국전자통신연구원)

초록
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헬스케어 및 의료분야를 위한 배터리 기반 웨어러블 디바이스가 많이 제품화되고 있으나, 효과적인 전력 관리 미흡으로 자주 충전해야 하는 사용자의 불편함이 존재한다. 본 연구에서는 HW에서 제공하는 전력 관리 회로도를 효과적으로 활용할 수 있는 Tickless 기반 운영체제 및 전력 관리 알고리즘을 제시하고, 보드 레벨에서 최소 전력을 소모하는 Cold Restart 기법을 제안한다. 제안된 기법의 운영체제는 기존 운영체제에 비해 웨어러블 디바이스의 응용을 모델링한 4가지 시나리오에서 2배에서 최대 33배의 전력 소모 절감을 가져왔다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

There are many battery-based wearable devices for healthcare and medical applications, but there is a user's inconvenience to charge battery frequently due to insufficient power management. In this paper, we propose a tickless-based operating system and power management algorithm that can effectivel...

주제어

#Cold Restart   #Ultra Low Power   #Operating System   #nanoQplus-W   #Wearable Devices  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 현재까지 HW에서 지원되는 전력모드를 효과적으로 SW에서 제어될 수 있도록 기존 운영체제를 수정하고 전력 관리 알고리즘을 제안하였다. 뿐만 아니라 보드 레벨에서 전력을 제어할 수 있도록 추가적으로 극강의 전력모드 Cold Restart를 제시하였으며 시나리오 4개를 통해 성능을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 HW에서 지원하는 전력 모드를 이용해서 응용에 따라 최소 전력을 소모할 수 있도록 태스크를 관리하는 OS(nanoQplus)에 관한 것이다. 그림 1에서와 같이 대부분의 MCU에서는 4～5가지의 전력 관리모드를 제공하고 있으며, 그림은 STMicro의 전력 괸리모드에 따른 MCU 내부 모듈의 활성화 및 비활성화를 보여준다.
  • 관련해서 웨어러블 디바이스에서 많이 사용되는 FreeRTOS[7] 및 ChibiOS[8]는 기본적으로전력모드의 첫 단계인 Sleep 모드만을 지원하고 있어,충분한 전력 절감이 되지 않는다. 뿐만 아니라, 웨어러블디바이스의 특성에 따라, 최소 전력 소모가 가능한 제품 개발 보드의 power-off 모드를 지원하여 전력 절감을 달성할 수 있는 방법을 제시한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
웨어러블 디바이스의 단점은 무엇인가? 최근 휴대폰과 연동되는 스마트 워치, 피트니스 밴스 및 패치형 디바이스 등 웨어러블 디바이스가 헬스케어 및 의료 분야에 제품화되고 인기를 끌고 있다. 하지만, 센서에서 받은 정보를 수집/처리 및 전송하는 과정에서 많은 전력을 소모하여 사용자는 자주 충전을 해야 불편함을 겪게 된다. 이는 소형 디바이스의 공간 사이즈에따른 배터리의 용량에 문제도 있지만, 보다 근본적으로는 응용에 따른 최적 전력 소모를 효과적으로 제어하지 못하는데 따른다.
디바이스에서 소모되는 전력을 최소화하려는 연구는 무엇이 있었는가? 크게는 HW(SoC) 영역과 SW(OS)영역에서 분리되어 시도되었다. 대체로 HW 영역에서는 응용의 성능에 따른 동작 주파수와 인가 전압을 조절하는 DVFS 방식, 응용의 활동 시간에 따른 전력모드를 동적으로 변경하는 DPM 방식과 에너지 절감을 위한 MCU내 캐시나 메모리 등의 마이크로 구조 변경 등이 있었다.[1～2]
OS-Directed 전력 관리 방식의 역할은 무엇인가? 하지만 HW적으로 지원되는 전력 관리 방식으로 실제 응용을 구동하고 제어하는 SW에서 무분별하게 적용된다면 별다른 절감 효과를 보지 못하고 만다. 따라서, HW 지원 전력관리 구조에 맞는 SW의 제어를 수행하는 OS-Directed 전력 관리 방식[3]이 연구되었으며, I/O 장치와 태스크의 수행 동작에 따른 동적 전력관리 모듈을 제어하였다. 한편, 모바일 디바이스에서 소모되는 전력을 분석한 결과 메모리 접근 시에 전력 소모가 많은 것을 찾아내고 메모리 전력 관리를 제안[4]하기도 하였다.
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참고문헌 (9)

  1. C.Wang, W.Lu, M.R.Narayanan, S.J.Redmond, and N.H.Lovell, "Low-power technologies for wearable telecare and telehealth systems: A Review," Vol. 5, issue 1, pp. 1-9, March 2015. 

    상세보기 crossref

  2. B.S Song, "Low power Solution for smart sensors of IoT services," The Magazine of the IEIE, Vol. 43, no. 1, pp. 24-31, 2016 

  3. S. Mittal, "A Survey of techniques for Improving Energy Efficiency in Embedded Computing Systems," International Journal of Computing Aided Engineering and Technology, vol. 6, no. 4, pp. 440-459, Jan 2014. 

    상세보기 crossref

  4. V.Delaluz, N.Vijaykrishnan, A.Sivasubramaniam, and M.J.Irwin, "Memory energy management using software and hardware directed power mode control," Technical Report CSE-00-004. Dept. of Computer Science and Engineering, Pen State University, April 2000. 

  5. Q. Qiu, Q.Wu and M.Pedram, OS-directed Power management for Mobile Electronic Systems, in Proc. of 39th Power Source Conf., pp. 506-509, 2000. 

  6. J.M Whang, B.K Nam, "Trends on Wearable Operating System," The Magazine of the IEIE, Vol.42, No.6, pp 46-55, 2015. 

  7. FreeRTOS, http://www.freertos.org/ 

  8. ChibiOS, www.chibios.org/ 

  9. nanoQplus-W, https://github.com/nanoQplus/nanoQplus-W 

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