This thesis studies distributed scheduling and backscatter gateway for ultra-low-power Internet-of-Things (IoT) networks. First, we propose a distributed scheduling algorithm that maximizes network lifetime (i.e., a measure of energy efficiency) while guaranteeing delay Quality-of-Service (QoS) over TSCH-based IoT networks. Specifically, we introduce a new adaptive parameter which makes a scheduling problem decompose into two subproblems. We propose the scheduling algorithm that solves the subproblems in a distributed manner. Second, we develop a new backscatter-based gateway so as to resolve problems of the massive IoT, which arise as the network grows. IoT signals (e.g., ZigBee or BLE) sent by an IoT device are converted into WiFi signals by the backscatter, so that we propose a new method of connecting the IoT device directly to the Internet via WiFi devices. Lastly, we extend the research of the backscatter-based IoT gateway in order to scale up IoT networks. By including batteryless sensors in the IoT network, we enable a larger scale data collection. Without additional communication cost, we envision the ultra-low-power IoT networks which enables massive data collection by the IoT devices and batteryless sensors.
이 논문에서는 초저전력 사물인터넷 네트워크를 효율적으로 운용하는 방법에 대해 연구하였다. 이를 달성하기 위해 분산 스케쥴링 프로토콜과 백스캐터 기반의 새로운 게이트웨이를 제안하였다. 첫째로, 사물인터넷 네트워크의 표준을 기반으로 네트워크의 운용시간 최대화와 지연시간 서비스 품질을 만족하는 분산 스케쥴링 알고리즘을 제안하였다. 구체적으로, 새로운 적응형 매개변수를 도입함으로써 기존의 스케쥴링 문제를 두개의 하위 문제로 분할 하고, 이를 통해 최적의 성능을 도출하는 분산 스케쥴링 알고리즘을 제안하였다. 둘째로, 백스캐터 기반의 게이트웨이를 새롭게 개발함으로써 대규모 사물인터넷에서 네트워크의 크기가 커짐으로 인해 발생하는 문제를 해결하고자 한다. 사물인터넷 기기가 송신한 무선 신호가 백스캐터에 의해 와이파이 신호로 변조되고, 이를 통해 사물인터넷 기기가 와이파이 기기를 통해 인터넷에 직접 연결되는 새로운 방법을 제안한다. 또한, 세번째 연구로 앞선 백스캐터 기반의 게이트웨이 연구를 확장하여 배터리 없는 센서를 네트워크에 포함시킴으로써 추가 비용 없이 사물인터넷의 규모를 확대하는 방법을 제안하였다. 즉, 추가적인 비용 없이 배터리 없는 센서를 사물인터넷 네트워크에 추가하여 보다 대규모 정보 수집을 가능하게 하는 초저전력 사물인터넷 네트워크를 구성하는 방법을 제안하였다.
