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物聯網裝置之省電機制研究

為了解決Gateway Timeout的問題，作者張蕙玲 這樣論述：

物聯網是一個將嵌有感測器、制動器或兩者皆有的實體物件相互連接的網路。這些物件可以在沒有人為的操作下，感測環境並相互溝通、傳遞訊息，我們稱這些物件為物聯網裝置。當物聯網裝置偵測到事件的發生，就會產生資料並傳送到相關的伺服器，透過這些收集來的資料，人們可以擷取有用的資訊並加以利用。藉由對這些資訊的善加利用，人們生活的方方面面得到了空前未有的便利，這也是近年來物聯網得到各界關注與發展的原因。由於大部分的物聯網裝置主要是透過電池供電，如何降低電力的消耗、提高對電的有效利用成為物聯網中非常重要的議題。尤其對於某些應用來說，裝置一旦佈建、啟用，便很難為其更換電池，或者說更換電池的成本相當高，延長電池壽命

則顯得至關重要。另一方面，即使對於某一部分的應用而言，更換電池並不是難事，但基於對使用者友善，盡可能延長電池壽命也是有必要的，畢竟，一個不需要頻繁充電或更換電池的產品是更能得到消費者青睞的。作為一個極具前瞻性、專為物聯網設計的網路通訊技術，窄帶物聯網在省電特性上，也已將目標設立在 5 瓦特的電能得可以持續使用十年。這是一個極具挑戰的目標，需要各方面共同考量省電這一特性來達成。在過去，第三代合作夥伴計劃提出了一個標準省電機制，稱為不連續接收。此機制為一般行動用戶設計，使其可以週期性地進入睡眠狀態以達到省電的效果。但由於一般行動用戶與物聯網裝置的特性相差甚遠，將不連續接收機制直接應用在物聯網裝置上

並不適當。本論文的第一項研究即針對物聯網裝置提出適合其應用之樂觀的不連續接收機制，此機制考量了無線資源控制連線的釋放與重建，因為裝置在釋放無限資源的情況下，電量的消耗會減少相當多。更關鍵的是，我們提出以樂觀旗幟的使用來更進一步地協助物聯網裝置提早進入長睡眠周期以達到更高的省電效果。在這一項研究中，我們發展出數學模型與模擬實驗來分析樂觀的不連續接收機制的表現，並將其與標準不連續接收、動態不連續接收兩個機制作實驗對比，結果顯示樂觀的不連續接收在省電指標方面大大的超越另外兩個機制的表現。在最後，我們還提出了對於使用樂觀的不連續接收機制時，三項參數的設定建議。對於一些物聯網的應用而言，可靠性也是一項重

要特性，然而，為了減輕物聯網裝置的負擔，傳輸層多以用戶數據報協議為主，因此在應用層會有所謂的重傳機制來輔助。訊息佇列遙測傳輸感測網路和受限制應用協議即是兩個支援發佈-訂閱模式的應用層協議，物聯網裝置可以透過這些協議發佈訊息給感興趣的訂閱者。在這兩個協議當中，都提供了重傳機制，來補足傳輸資料的可靠性。如果裝置在重送超時計時器到期後還沒收到認可訊號，它將重送資料，直到收到認可訊號或者已達重傳上限。在這樣的方式當中，設定一個適當的重送超時是非常重要的，因為如果設定不當，有兩種情況可能會發生，一是資料的延遲相當高，二是重送次數會徒增。當重送次數增加，裝置的耗量也會相對應提高。在第二項子研究中，我們提出

閘道器協助之受限制應用協議，來動態調整重送超時計時器。藉由閘道器的幫助，加上偷聽機制，物聯網裝置能更早地拿到適當的計時器數值，減少重傳次數，進而達到省電的效果。模擬實驗將閘道器協助之受限制應用協議與其它四個方式作比較、分析，而結果顯示，閘道器協助之受限制應用協議比起其他方式更適合應用在物聯網裝置上。