배터리가 없는 에너지 하베스팅 기반 단말기에서 ED-H 스케줄러의 평가: LoRaWAN 클래스-A 네트워크에 대한 시뮬레이션 기반 접근 방법

• Published in: 한국컴퓨터정보학회논문지 Vol. 29; no. 1; pp. 1 - 9
• Main Author: 박상수(Sangsoo Park)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국컴퓨터정보학회 2024
• Subjects: 컴퓨터학; ED-H 스케줄링 알고리즘; Simulation; LoRaWAN; 에너지 하베스팅; ED-H Scheduling Algorithm; Super-Capacitor; 시뮬레이션; Energy Harvesting; 슈퍼 커패시터
• ISSN: 1598-849X; 2383-9945
• DOI: 10.9708/jksci.2024.29.01.001

본 논문에서는 LoRaEnergySim에 최적의 실시간 스케줄링 알고리즘으로 알려진 ED-H 스케줄링알고리즘을 연동하여 LoRaWAN 클래스-A 단말기에 슈퍼 커패시터 기반의 에너지 하베스팅 시스템을 전원 공급 장치를 적용하였을 때 시간 제약성을 갖는 LoRaWAN 컨트롤러의 태스크와 응용태스크의 실시간 스케줄링 알고리즘 간의 상호 시뮬레이션이 가능하도록 한다. 이를 위해LoRaWAN의 상태와 상태 전환에 따른 시간과 에너지 특성을 로그 형태로 추출하고 타임 슬롯 기반의 ED-H 스케줄링 알고리즘에 적합하도록 태스크 모델을 수립하고 태스크가 CPU에 의해서 수행되는 특성에 따라 알고리즘이 시간 제약성을 만족하며 태스크를 수행할 수 있도록 확장하였다. 본 논문에서 제안한 기법의 평가를 위해 LoRaEnergySim 시뮬레이션 결과가 제시된 동일 환경에서패킷 송수신이 수행되는 것과 동시에 10%에서 90%의 CPU 점유율을 갖는 다양한 시간과 에너지특성을 갖는 태스크 집합에 대해 ED-H 스케줄링 알고리즘을 수행하였으며, 실험 결과로 스케줄링알고리즘에 따라 시간 제약성의 만족을 위해 슈퍼 커패시터의 에너지가 고갈되지 않는 한 태스크의 시급성을 우선하여 사용하는 것을 확인하여 상호 시뮬레이션의 적용 가능성을 확인하였다. This paper proposes an integration of the ED-H scheduling algorithm, known for optimal real-time scheduling, with the LoRaEnergySim simulator. This integration facilitates the simulation of interactions between real-time scheduling algorithms for tasks with time constraints in Class-A LoRaWAN Class-A devices using a super-capacitor-based energy harvesting system. The time and energy characteristics of LoRaWAN status and state transitions are extracted in a log format, and the task model is structured to suit the time-slot-based ED-H scheduling algorithm. The algorithm is extended to perform tasks while satisfying time constraints based on CPU executions. To evaluate the proposed approach, the ED-H scheduling algorithm is executed on a set of tasks with varying time and energy characteristics and CPU occupancy rates ranging from 10% to 90%, under the same conditions as the LoRaEnergySim simulation results for packet transmission and reception. The experimental results confirmed the applicability of co-simulation by demonstrating that tasks are prioritized based on urgency without depleting the supercapacitor's energy to satisfy time constraints, depending on the scheduling algorithm. KCI Citation Count: 0