[정보💡] Matter over Thread의 문제점 3편:전력낭비로인한 배터리부족

[스싱마스터(stmaster)]

매터 오버 스레드의 문제점3:

심한 전력낭비로 인한 에너지 소모와 줄어드는 배터리 라이프

매터는 ipv6 기반의 스마트홈을 목표로 하기 때문에 모든 매터 클러스터를 거치는 IoT 기기에 IP 주소를 지정함. 그래서 현재 컴퓨터나 스마트폰에서 쓰는 방식을 코인 배터리 기반의 초저전력 IoT 제품과 센서에도 적용하는 비효율적인 설계를 가지고 있음

여기에 대해서는 이전에 썼던 글에서도 자세히 말한 문제이기도 함.

https://m.dcinside.com/board/smartthings/9308

매터가 스마트홈에서 비효율적이 돼가는 이유

그리고 매터 오버 스레드의 문제점 시리즈 글에서 다루었던 매터 오버스레드의 너무 크고 무거운 패킷크기, 매터 오버 스레드와 스레드 스택의 부조화에 의해 짧게 세팅할 수 밖에 없는 리포팅 주기에 대해서도 설명했음.

이러한 매터 오버 스레드의 태생적이고 근본적인 설계 문제는 배터리 수명에 직결됨.

nxp의 MCX W72 칩에 문열림센서 capability를 구현하고, +0dbm 출력 조건에서 테스트한 결과는 다음과 같음.

먼저 센서가 상태 변화를 단 한 번 허브에 보고하는 데 드는 에너지 비용을 살펴보겠음

지그비와 매터 오버 스레드에서 상태변화 리포팅 배터리 소모 측정결과는 다음과 같음.

지그비는 한번의 패킷으로 52.9µJ의 에너지를 썼음

매터는 두번의 패킷으로 239 µJ의 에너지를 썼음

enum 타입으로 open과 closed라는 밸류밖에 가지고 있지 않아서 그 크기가 제일 작은 contactSensor의 단순센서 상태를 한 번 보고하는데에 있어서

매터가 지그비보다 2배 더 많이 패킷을 쓰고 5배에 달하는 더 많은 에너지를 쓰고 있음.

이제 IoT 디바이스가 아무런 이벤트를 감지하지 않고 대기하는 슬립에 들어가는 동안, 네트워크 연결을 유지하기 위해 주기적으로 폴링하는 데 드는  에너지 비용을 살펴보겠음

지그비와 매터 오버 스레드에서 허브로 폴링할때 드는 배터리 소모 측정결과는 다음과 같음.

지그비는 한 번의 패킷으로 19.6 µJ의 에너지를 썼음

매터는 한 번의 패킷으로 24.8 µJ의 에너지를 썼음

1회 폴링의 차이는 약 26%로 크지 않게 보일 수 있음. 하지만 핵심은 폴링의 빈도에 있음.

zigbee가 유연하게 애플리케이션에 최적화된 폴링 주기를 설정할 수 있는데에 비해 매터 오버 스레드는 2편에서 알아봤다시피 short idle time이나 long idle time이나 폴링을 자주하도록 강제해야 실질적인 thread의 타임아웃 문제를 해결할 수 있다는 점에서 몇개월 몇년에 걸친 초저전력 IoT 센서의 배터리 타임에서 큰 차이를 만들어냄.

리포팅에서의 필요한 에너지와 폴링에 필요한 에너지, 그리고 잦게 일어나야 하는 폴링주기까지 합쳐보면

매터 오버 스레드에서는 허브로 리포팅과 폴링에서 더 많은 에너지를 쓰는데, 그 행위 자체를 지그비와 같은 저전력 프로토콜보다 훨씬 자주 수행해야 함. 이 2가지가 결합되면서 수개월, 수년에 걸친 누적 소모량에서 감당할 수 없는 격차로 벌어짐. 그래서 코인 배터리 하나로 수개월 수년을 버텨야 하는 초저전력 IoT 센서에 에너지를 비효율적으로 쓰게 됨

여기에 매터에 있는 통신방식 가운데 하나인 멀티 어드민을 쓰게 되면, IoT 제품과 매터 컨트롤러 사이의 세션을 멀티어드민으로 붙인 앱마다 따로 가지게 되기 때문에, 연결한 멀티 어드민의 개수만큼 패킷이 배수로 늘어나며 패킷이 폭증하게되는 현상이 있음.

그 것은 이어서 설명하는 매터의 문제점인 복잡한 네트워크 구조와도 관계가 있음. 그리고 그 내용을 다음 글에서 깊게 다룰거임.

이 글에서 인용한 측정 결과는 특정 하드웨어에서 특정 환경과 세팅에서 얻어진 수치이고 문열림센서라는 구현에서 확인한 것으로 다른 하드웨어와 환경과 세팅에서는 수치가 얼마든지 달라질 수 있지만

NXP MCX W72라는 동일한 하드웨어와 동일한 출력 조건에서 같은 이벤트를 생성해보고 비교했을 때 지그비와 매터 오버 스레드 사이에서 매터 오버 스레드가 에너지를 더 비효율적으로 쓴다는 분명한 차이가 있다는걸 확인해볼 수 있음.

이렇게 매터의 문제점인 과도한 전력낭비로 인한 에너지 소모와 줄어드는 배터리 라이프에 대해 알아봤음

다음 매터의 문제점은 태생적으로 너무 복잡한 네트워크의 구조로부터 오는 막대한 자원낭비임.

그것은 다음 글에서 자세히 설명하겠음

[스싱붕이 1(116.39)]

전력소비량이 야랄났네ㅋㅋㅋ 배터리기반 매터 센서의 미래는 어둡다고 본다

[햄식이(hamsig)]

10년넘게 스레드가 인기없었던 이유를 알것도같노

[스싱붕이 2(223.63)]

숫자로 바로 비교될정도구나

[스싱붕이 3(211.179)]

와 기본 배터리 소모도 지리는데 멀티어드민이 ㄹㅇ 미친놈이었네 이거 다음편이 빨간약임 ㅋㅋ