선별적 패킷 전송 지연을 통한 모뎀의 전력 소모량 절감

Abstract

스마트폰을 비롯한 생활 밀착형 모바일 장치에서 모뎀이 소모하는 전력량을 줄이고자 하는 노력들이 끊임없이 경주되고 있다. 이러한 모뎀의 전력 소모량 절감 방안에 대한 연구들은 주로 패킷 전송 지연 기법에 기반한다. 패킷 전송 지연 기법이란 모바일 장치에서 지연 전송이 가능한 패킷의 전송 요청이 발생하는 경우, 해당 패킷의 전송을 지연시켰다가 이후에 전송 요청된 패킷들과 함께 한 번에 전송하는 기법이다. 이 기법은 모뎀이 여러 개의 패킷을 긴 시간에 걸쳐 산발적으로 전송하는 것에 비해서, 같은 패킷들을 짧은 시간 동안 한꺼번에 전송할 때 훨씬 적은 양의 전력을 소모하는 특성을 가지고 있다는 점에 착안하여 개발된 기법이다. 기존 연구들은 패킷 전송 지연 기법을 모바일 장치의 다양한 동작 상황에서 효과적으로 적용하는 각기 다른 방안들을 제시한다. 그러나 스마트폰과 같은 최신 모바일 장치의 복잡한 동작 환경에서 모뎀의 무선 자원 제어 상태를 치밀하게 고려하지 않고 적용하는 패킷 전송 지연 기법은 오히려 예기치 못한 추가적인 전력 소모를 야기하기도 한다. 이 문제는 기존의 모뎀 전력 소모량 절감 기법들의 효용성을 크게 해침으로써 실제 산업에 적용되기 어렵게 만든다. 본 학위논문에서는 앞서 설명한 문제를 해결하기 위해 선별적 패킷 전송 지연 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 패킷 전송을 지연한 결과로 모뎀의 전력 소모량이 줄어들 것으로 예상될 때에만 선별적으로 패킷 전송을 지연한다. 이 기법의 핵심 골자는 패킷 전송 지연에 따른 전력량 이득 추산 모델이다. 이 모델은 모바일 장치에서 어떤 패킷의 전송 요청이 발생했을 때, 해당 시점의 모뎀의 무선 자원 제어 상태와 다음 번 패킷 전송 요청의 예상 발생 시점을 사용하여, 해당 패킷을 지연 전송하는 경우 모뎀의 전력 소모량이 어떻게 변화할지를 계산하는 모델이다. 제안하는 선별적 패킷 전송 지연 기법은 세 개의 핵심 컴포넌트들로 구성된다. 첫 번째는 지연 가능 패킷 판별기(Deferrable Packet Identifier)이다. 이 컴포넌트는 패킷 전송 요청이 발생했을 때, 해당 패킷의 전송 지연을 모바일 장치의 사용자가 인지할 수 있는지 여부를 사용하여 그 패킷의 지연 가능 여부를 판단한다. 두 번째는 패턴 기반 다음 패킷 예측기(Pattern-based Next Packet Predictor)이다. 이 컴포넌트는 사전 학습 단계와 온라인 적용 단계로 나누어 동작한다. 먼저 사전 학습 단계에서는 모바일 장치에서 수행되는 응용들의 패킷 전송 요청들을 모니터링하고, 이를 통해 각 응용의 패킷 전송 요청 패턴들을 도출한다. 이후 온라인 적용 단계에서는 도출된 패턴들을 사용하여 모바일 장치에서 다음 패킷 전송 요청이 언제 발생할지를 예측한다. 마지막 컴포넌트는 패킷 전송 시점 결정기(Packet Transmission Time Designator)이다. 이 컴포넌트는 패킷 전송 요청이 발생했을 때, 앞서 언급한 두 컴포넌트의 수행 결과와 패킷 전송 지연에 따른 전력량 이득 추산 모델을 사용하여 최종적으로 모뎀의 전력 소모량이 절감되도록 해당 패킷의 실제 전송 시점을 결정한다. 본 연구에서 제안한 기법의 효용성을 검증하기 위해서 실제 이동통신 네트워크망에 연결된 상용 스마트폰을 사용하여 다양한 실험을 수행하였다. 구체적으로, KT의 4세대 LTE 네트워크 망에 연결된 Google Nexus 5 스마트폰에 앞서 설명한 세 가지 핵심 컴포넌트들을 구현하고 실험적으로 모뎀의 전력 소모량 절감 효과를 평가하였다. 실험 결과, 제안된 기법을 적용함으로써 모뎀의 전력 소모량이 최대 22.5% 줄어드는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 본 논문에서 제안하는 패킷 전송 지연에 따른 전력량 이득 추산 모델과 이를 활용한 선별적 패킷 전송 지연 기법이 최신 모바일 장치에 탑재된 모뎀의 전력 소모량을 줄이는 실용적이고 효과적인 수단임을 보여준다.