In 2005, our research team launched a project aimed at realizing a campus-wide ubiquitous computing environment, named U-TOPIA. In U-TOPIA, there are many WLAN access points distributed in a wide mesh manner, allowing users to continuously access network services everywhere. Our team have also developed a wearable computing platform, named Ubiquitous Fashionable Computer, as a main user computing device in U-TOPIA. It possesses three wireless communication interfaces: WLAN, Bluetooth, and ZigBee. Thus, UFC users in U-TOPIA can use variety of wireless networking services from e-mail services to remote conference applications.
Sometimes, several UFC users get together and work for a common goal. For example, some friends on a bench connect to the same server and play on-line games together. In this case, individual battery lifetimes are critical factors that decide the lifetime of the group of friends. If one should quit because his battery runs out, then remaining others also can not continue playing game. Therefore, it is a challenging issue that how to extend the lifetime of a group when several UFC users work together.
In this thesis, we present an energy-saving system, named CoNet, which maximizes the lifetime of a UFC group by cooperative networking. In CoNet, UFCs with multiple wireless interfaces form a group and cooperate with each other to minimize the power consumption of the wireless interfaces so that they can work together for a longer period. Among the interfaces, WLAN consumes about 50% of the total power consumption. Thus, it is important to reduce the WLAN power-on time to increase the lifetime of UFC. In CoNet, one of the grouped UFCs becomes a Bluetooth access point for the group, allowing others can use low-power Bluetooth rather than high-power WLAN for wireless networking. Thus, others can signi¯cantly reduce the power total consumption, while the WLAN provider can not. In CoNet, under the role switching algorithm proposed in this thesis, UFCs periodically switch the role of providing WLAN to maximize the group-lifetime.
We have designed and implemented the concept of CoNet, and embedded it into UFCs for evaluating the energy-saving performance. Our result shows that CoNet extends the lifetime of a group up to 83%.
2005년에 우리 연구실은 U-TOPIA라고 하는 캠퍼스 규모의 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 구축하는 프로젝트를 시작했다. U-TOPIA 안에는 WLAN 엑세스 포인트가 메쉬망 형태로 곳곳에 설치되어 있어 사용자들은 언제 어디서나 무선 네트워크 서비스를 이용할 수 있다. U-TOPIA 안에서 사람들은 Ubiquitous Fashionable Computer (UFC)를 사용한다. UFC는 배터리로 동작하는 의복형 컴퓨팅 단말기로써 WLAN, Bluetooth, ZigBee 인터페이스를 내장하고 있어, 그것을 입은 사용자는 U-TOPIA안에서 다양한 무선 네트워크 서비스를 이용할 수 있다.
U-TOPIA 안에서 사용자들은 모여서 공통의 목적을 위해 협업을 하는 경우가 있다. 예를 들어 몇 명의 친구들은 함께 벤치에 앉아 같은 서버에 접속하여 동시에 온라인 게임을 즐길 수 있다. 이때 그 친구들이 함께 게임을 할 수 있는 시간은 각 UFC의 배터리 잔량과 밀접한 관계가 있다. 만약 한 사람의 배터리가 소진되어 버리면, 다른 친구들도 더이상 함께 게임을 할 수 없게 된다. 따라서 이와 같이 UFC 그룹이 공통의 목적을 위해 협업하는 경우에는 그 그룹 전체가 함께 일할 수 있는 시간을 연장하는 방법이 필요하다.
이 논문에서는 CoNet이라고 불리는 새로운 저전력 네트워킹 기법을 다루고 있다. CoNet은 공통의 목적을 가지고 모인 UFC 그룹이 더욱 오랫동안 함께 일할 수 있도록 협력하여 에너지 소모를 줄이는 네트워킹 기법이다. CoNet에서는 전체 에너지 소모의 약 50%를 차지하는 WLAN 인터페이스를 공유하여 사용함으로써 에너지 소모를 줄인다. 이를 위해 그룹을 맺은 UFC 중 한대가 Bluetooth 엑세스 포인트가 되어 그룹 내의 다른 장치들이 WLAN을 끈 채 저전력인 Bluetooth를 이용하여 네트워킹 할 수 있도록 한다. 따라서 Bluetooth만을 사용하는 장치들은 상당한 에너지를 아낄 수 있다. 그러나 엑세스 포인트 역할을 하는 장치는 에너지를 아낄 수 없을 뿐만 아니라, 그 역할을 수행하기 위하여 추가적인 에너지가 소모된다. 따라서 일정 시간이 지나면 그 장치는 다른 장치와 역할을 교대한다. CoNet은 그룹의 지속시간을 최대화하는 역할 교대 알고리즘을 가지고 있다. 이를 통해 그룹 내의 장치들은 주기적으로 서로의 배터리 잔량을 확인하여 가장 오랜 시간동안 모두가 함께 일할 수 있는 방법으로 역할을 교대한다.
본 논문에는 다양한 실험을 통하여 CoNet의 성능을 측정한 결과와 그것을 분석한 내용이 포함되어 있다. 실험 결과 CoNet을 이용했을 때 그룹이 함께 일할 수 있는 시간이 CoNet을 사용하지 않았을 때 보다 최대 83% 까지 증가했다.
