전력관리는 전력상태 전환과 시스템 부하 (workload)에 의존성이 있다. 시스템 모델은 전력상태 전환과 시스템 큐에 대한 추계적 모델들로 구성된다. 본 논문에서는 다양한 전력관리 기법을 위한 추계적 모델들을 개발한다. 추계적 프로세스에 기반한 전력관리 모델은 시스템 큐와 다양한 모델링 기능을 표현할 수 있는 페트리 네트의 확장형인 SRN (Stochastic Reward Nets)을 이용하여 개발된다. 적응적 타임아웃기반 전력관리 SRN 모델을 개발하고 기존 전력관리 기법인 greedy, N-Policy 기법과 전력소모 및 성능비교를 수행한다.
전력산업에서 응용할 수 있는 경영과학 기법들은 매우 다양하다. 재고관리, 인사관리 등은 다른 기업체에서와 같이 한전에서도 이용될 수 있다. 이러한 응용범위는 여타 기업체와 유사한 성격의 문제이므로 여기서는 다루지 않고 전력산업만이 갖는 경영과학기법 응용 분야를 이곳에서 소개하고자 한다.
USN(Ubiquitous Sensor Network)는 환경 및 재난 관리, 에너지 관리, 의료 및 건강 서비스, 물류 및 유통관리 등의 다양한 분야에 응용될 수 있는 네트워크이다. USN은 저 전력으로 센싱 기능, 연산 및 네트워크 기능을 수행하는 초소형의 노드들이 한 지역에 분산되어 망을 구성하는데 USN의 노드들은 전력을 추가적으로 공급받지 못하므로 매우 제한된 전력을 이용하여 주어진 임무를 수행하여야 한다. 또한 노드의 고장으로 인해 토폴로지가 변경될 가능성이 크다. 이러한 특성 때문에 기존의 무선 ad hoc 네트워크를 위해 제안된 경로설정 기법들은 USN 환경에 적합하지 않다. 본 논문에서는 USN 노드의 전력 소비를 최소화함으로써 노드 생존시간을 최대화하기 위한 경로실정 기법을 제안하고 성능을 평가하였다.
최근 모바일 디바이스에서 D2D (Device-to-Device) 통신을 가능하게 하는 기술로 WLAN을 이용한 Wi-Fi Direct가 떠오르고 있다. 하지만 제한적인 전력을 사용하는 모바일 디바이스 특성상 전력을 많이 소비하는 WLAN은 에너지 비효율성 문제를 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Wi-Fi Direct 표준에서는 전력 관리 기법으로 Opportunistic 기법과 Notice of Absence(NoA) 기법을 정의하고 있다. 하지만 표준에서는 각 전력 관리 기법이 어떠한 환경에서 보다 효율적인지에 관한 구체적인 기준을 명시하지 않고 있다. 본 논문에서는 데이터 트래픽 패턴에 따라 두 전력 관리 기법의 성능이나 에너지 효율성이 매우 다른 양상을 보이고 있음을 ns-3 시뮬레이션에 기반한 다양한 실험을 통해 확인하고, 실제 데이터 트래픽 패턴 변화에 따라 전력 관리 기법을 동적으로 변경 하는 기법을 제안한다.
배터리를 이용하는 모바일 장비에서 전력 소비를 줄이기 위한 많은 연구들이 있다. 그 중에 동적 전력 관리(Dynamic Power Management)는 시스템의 각 컴포넌트의 상태를 쉽게 관찰할 수 있다는 측면에서 운영체제에서 접근하기 적합한 전력 관리 방법이다. 본 논문에서는 대표적인 모바일 장비인 노트북에서 하드 디스크의 전력소비를 줄이기 위하여 기계 학습 기반의 동적 전력 관리 방법을 제안한다. 하드 디스크 접근 패턴을 분석하여 Artificial Neural Network(ANN) 기법으로 모형을 만들고 이 모형을 바탕으로 하드 디스크의 다음 유휴기간을 예측하였다. 예측된 유휴기간 동안 하드 디스크로의 공급 전력을 감소시키지 않았을 경우에 소비하는 비용이 전력을 줄였다 다시 늘이는 비용보다 크다면 하드 디스크로 공급되는 전력을 줄임으로써 유휴기간 동안 낭비되는 배터리 전력을 줄일 수 있었다. 본 연구에서 생성된 모형을 하드 디스크 디바이스 드라이버에 적용하면 기존의 시간 경계 값을 이용한 방법에 비해 약 23.05W의 전력 소비 감소를 기대할 수 있다.
오늘날의 내장형 이동 시스템은 MP3플레이어나 디지털 캠코더와 같이 하나의 기능만을 지원했던 단일 응용프로그램 시스템에서 PMP(Portable Multimedia Player), PDA(Personal Digital Assistants)와 같이 MPEG, W3플레이어, 전자사전, DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 게임, 통신 기능 등을 모두 포함하는 하나의 디지털 컨버전스 기기로 변화해가고 있다. 이러한 변화는 CPU 성능 향상과 메모리, 저장장치의 증가, LCD의 크기 증가와 같은 하드웨어적인 요구사항의 증가로 이어졌고, 이로 인해 단말기에서 소모하는 전력이 그에 비례하여 증가하였다. 소모 전력의 증가에 따른 배터리 용량의 증가는 더딘 상황이며, 이를 해결하기 위해 소프트웨어적으로 소모 전력을 감축시키는 연구들이 많이 진행되고 있다. 본 논문에서는 소모 전력 감축 기법이 적용된 실시간 운영체제 UbiFOSTM을 ARM9계열의 MBA2440에 탑재하였다. 전력 감축 기법으로 시스템 작업량 관찰에 기반한 동적 전력 관리 기법과 장치 전력 관리기법을 적용하였다. 본 논문의 저전력 기법을 통해 작업량에 따라 24% 이상의 소모 전력 감축효과가 있음을 확인하였다.
이동 네트워크는 네트워크 단위로 이동하는 구조로서, 이동 라우터에 연결된 이동 노드들의 이동을 통합하여 관리한다. 이동 네트워크 내의 노드들은 이동 라우터를 통하여 인터넷과 무선 연결되며, 모든 통신이 이동 라우터를 거쳐서 이루어지므로, 이동 라우터에서의 대역폭 관리 및 신뢰성 제공이 중요하다. 또한 이동 네트워크는 이동한다는 본질적 특성에 의하여 내부의 모든 노드들에 대한 위치 관리 및 이에 따른 전력 소비 관리를 필요로 한다. 본 논문에서는 자동차나 기차와 같은 운송체에 구성되는 이동 네트워크에서의 전력 및 대역폭 자원을 효율적으로 관리하기 위한 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 이동 네트워크가 구성되는 운송체와 승객의 이동 특성을 이용하여, 불필요한 위치 관리 신호를 생략함으로써 전력을 절약한다. 또한 다중 이동 라우터를 이용한 멀티호밍기법에 의하여 대역폭 자원을 관리한다. 제안한 전력 관리 기법을 수학적으로 분석한 결과는 정지 상태의 이동기기 뿐 아니라 활성 상태의 이동 기기 전력도 현저하게 절약할 수 있음을 보인다. 제안한 다중 이동 라우터 선택 기법에 대한 시뮬레이션 결과는, 이 기법이 기존의 단순 라우터 중복 구조에 비하여 무선 대역폭 자원을 효율적으로 활용함을 보여준다.
최근 그린 컴퓨팅의 일환으로 데이터센터의 효율적인 전력관리가 부각되고 있으며, 이러한 효율적인 데이터센터의 전력관리를 위해서는 서버 모니터링이 필수적이다. 하지만 기존 서버 모니터링 기법은 주로 데이터베이스만을 이용해 관리하였기 때문에, 관리자는 데이터센터 및 데이터베이스의 구조를 명확하게 알고 있어야 하고, 관측한 데이터 간 상관관계를 분석해야 한다. 또한 관리자는 데이터베이스에 명시되지 않은 부분에 대한 모니터링이 불가능하다. 이에 본 논문에서는 효율적인 데이터센터 내 전력관리를 위한 온톨로지 기반의 모니터링 기법을 제안한다. 제안된 기법은 서버관리를 위한 도메인 온톨로지를 구축하고, 구축한 온톨로지를 시맨틱 어노테이션 기술을 통해 데이터베이스와 연동하였으며, 서버의 상태 및 질의문 생성에 대한 규칙을 정의하였다. 그리고 제안하는 기법의 유효성 입증을 위해 온톨로지 기반 모니터링 시스템 아키텍처를 설계하고, 지식 체계를 구축하였으며, 파일럿 시스템을 구현하여 검증을 실시하였다.
대부분의 전력 관리 기법에 대한 연구는 동작 주파수나 동작 전압을 변화 시켜 시스템의 가용성을 증가시키는데 집중되었다. 이 방법은 전력소모를 줄이기 위해 구동 주파수를 수시로 변경하므로 실 시스템의 성능을 저하 시킨다. 소비 전력을 줄이기 위한 다른 방법은 구동 주파수의 개수를 제한하거나 실행 시간 동안 전체 주파수를 완만하게 관리하여 시스템의 성능을 높이는 것이다. 허나 기존 연구는 실시간 응용 프로그램에는 적합하지 않다. 본 논문에서는 실시간 시스템에서 소비 전력의 손실을 줄이고 시스템의 성능을 향상시키기 위해 구동 주파수 레벨의 할당 방법과 주파수 평활화 기법을 이용한 전력 관리 기법을 제안한다. 이 기법은 연속적인 주파수 간격에서 알고리즘이 예측한 주파수를 양자화된 주파수로 매핑한다. 이러한 주파수 평활화 기법은 좁은 주파수 대역에서 잦은 주파수 변경으로 발생한 시스템의 오버헤드를 줄일 수 있다. 매핑된 주파수는 넓은 주파수 간격에서 주파수 불일치로 발생하는 전력소모를 줄일 수 있다. 모의실험을 통하여 제안한 알고리즘이 기존의 CC RT-DVS 기법에 비해 최대 40%, 평균 15% 정도 소비 전력을 줄일 수 있었다.
소프트웨어 라디오는 기존에 특화된 하드웨어 칩으로 구현되던 무선 통신 프로토콜을 소프트웨어로 구현하여 실행하는 기술이다. 새로운 프로토콜의 적용과 기존 프로토콜의 수정이 동적인 프로그래밍만으로 가능해지기 때문에 무선 통신 기술의 새로운 패러다임의 변화를 가져왔다. 하지만, 소프트웨어 라디오 시스템은 범용 프로세서와 통신 하드웨어를 동시에 장착하고 있기 때문에 그만큼 전력 소모가 크다. 본 논문에서는 이러한 소프트웨어 라디오 시스템을 위한 전력 관리 기법인 복합 변조/전압 스케일링 기법을 제안한다. 그리고 제안된 기법의 전력 절감 효과를 수치적인 결과를 통해 분석한다. 결과적으로 복합 변조/전압 스케일링 기법은 주어진 데이터 전송률을 충족시키면서 무선 통신의 변조 레벨과 프로세서의 전압을 효율적으로 조절하여 전력 소모를 최소화시킨다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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