KR101711762B1

KR101711762B1 - 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법 및 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치

Info

Publication number: KR101711762B1
Application number: KR1020150167150A
Authority: KR
Inventors: 김유성; 김진우; 염익준
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2035-11-27

Abstract

분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법은 리더 장치가 RF 신호를 송신하는 단계, 상기 RF 신호를 수신한 태그 장치가 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 상기 복수의 서브 프레임 중 제1 서브 프레임을 송신하는 단계, 상기 리더 장치가 상기 제1 서브 프레임을 수신하고, 상기 제1 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 송신하는 단계 및 상기 태그 장치가 상기 ACK 메시지를 수신하고, 상기 복수의 서브 프레임 중 제2 서브 프레임을 송신하는 단계를 포함한다. 상기 태그 장치는 ACK 메시지를 수신하지 못하면 서브 프레임 전송을 즉시 중단한다.

Description

분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법 및 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치{BACKSCATTER COMMUNICATION METHOD BASED ON DISTRIBUTED CHANNEL ACCESS AND BACKSCATTER COMMUNICATION APPARATUS BASED ON DISTRIBUTED CHANNEL ACCESS}

이하 설명하는 기술은 분산 채널 접근 기반의 백스캐터 통신 기법에 관한 것이다.

IoT(Internet of Things) 시대가 도래하면서 정보를 수집하는 작은 센서 장치가 주목받고 있다. 정보 수집 및 가공하는 컴퓨팅 효율성은 지속적으로 개선되어 마이크로와트 (uW) 수준에 도달하였으며 이는 태양광/태양열, 진동, 바람 등을 에너지원으로 삼아 전원을 충당할 수 있다. 그러나 통신을 위해 주로 사용되는 WiFi, Zigbee, Bluetooth 등은 스스로 반송파 (carrier signal)을 생성하는 능동적인 RF 기술로써 밀리와트 (mW) 수준의 전력 소모를 요구하기 때문에 에너지 수집 기술로는 한계가 있으며 배터리 장착이 요구된다. 배터리는 센서 장치의 가격, 부피, 크기를 증가시키며 사람이 직접 배터리를 충전, 교환해야하는 번거로움이 있다.

최근 RF(radio frequency) 신호를 에너지원으로 사용하는 연구가 진행되고 있다. 대표적으로 RFID 태그는 리더로부터 RF 신호를 수신하여, RF 신호를 에너지로 사용하면서 동시에 통신을 위해서도 사용한다. 이러한 통신 기법을 소위 백스캐터 통신(backscatter communication)이라고 한다. 백스캐터 통신은 주변의 RF 신호를 반송파로 사용하여 해당 RF 신호를 반사 또는 흡수하여 정보를 전달할 수 있다. 일반적으로 수십 마이크로 와트 정도의 전력을 필요로 한다.

Shyamnath Gollakota, Matthew S. Reynolds, Joshua R. Smith, David J. Wetherall, "The Emergence of RF-Powered Computing", Computer, vol.47, no. 1, pp. 32-39, Jan. 2014. Pengyu Zhang and Deepak Ganesan, "Enabling bit-by-bit backscatter communication in severe energy harvesting environments", NSDI'14 Proceedings of the 11th USENIX Conference on Networked Systems Design and Implementation, pages 345-357.

이하 설명하는 기술은 서브 프레임을 사용하여 데이터를 전달하는 백스캐터 통신 기법을 제공하고자 한다.

분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법은 리더 장치가 RF 신호를 송신하는 단계, 상기 RF 신호를 수신한 태그 장치가 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 상기 복수의 서브 프레임 중 제1 서브 프레임을 송신하는 단계, 상기 리더 장치가 상기 제1 서브 프레임을 수신하고, 상기 제1 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 송신하는 단계 및 상기 태그 장치가 상기 ACK 메시지를 수신하고, 상기 복수의 서브 프레임 중 제2 서브 프레임을 송신하는 단계를 포함한다.

다른 측면에서 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법은 리더 장치가 RF 신호를 송신하는 단계, 상기 RF 신호를 수신한 제1 태그 장치가 제1 대기 시간동안 대기하는 단계 및 상기 제1 태그 장치가 상기 제1 대기 시간 동안 상기 리더 장치로부터 다른 태그 장치에 대한 별도의 ACK 메시지를 수신하는지 여부에 따라 복수의 서브 프레임으로 구분된 제1 데이터 패킷을 송신하는 단계를 포함한다.

상기 제1 태그 장치는 상기 복수의 서브 프레임을 서브 프레임 단위로 송신하고, 상기 리더 장치로부터 상기 제1 태그 장치가 송신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 수신하는 경우에만 다음 서브 프레임을 송신한다.

분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치는 RF 신호를 송신하고, 태그 장치로부터 서브 프레임을 수신하면 수신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 송신하는 리더장치, 상기 RF 신호를 에너지로 이용하고, 제1 대기 시간 동안 상기 리더 장치로부터 ACK 메시지를 수신하지 못하는 경우에 자신이 보유한 제1 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 상기 서브 프레임 단위로 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 제1 태그 장치 및 상기 RF 신호를 에너지로 이용하고, 제2 대기 시간 동안 상기 상기 리더 장치로부터 ACK 메시지를 수신하지 못하는 경우에 자신이 보유한 제2 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 상기 서브 프레임 단위로 상기 제2 데이터 패킷을 송신하는 제2 태그 장치를 포함한다.

이하 설명하는 기술은 IoT 디바이스와 같은 노드가 특정한 트래픽 패턴을 사용하지 않고 자유롭게 데이터 패킷을 리더 장치에 송신하게 한다. 이하 설명하는 기술은 노드가 서브 프레임 단위로 데이터 패킷을 송신하여 에너지를 절약하게 하고, 통신 성능을 향상시킨다.

도 1은 EPC Gen2 프로토콜에 따른 통신 프레임을 도시한 예이다.
도 2는 도 1의 프로토콜에 따른 백스캐터 통신에 기반한 네트워크의 동작을 도시한 예이다.
도 3은 백스캐터 통신을 위한 새로운 통신 프레임을 도시한 예이다.
도 4는 도 3의 프로토콜에 따른 백스캐터 통신에 기반한 네트워크의 동작을 도시한 예이다.
도 5는 도 3의 프로토콜에 기반한 백스캐터 통신 기법에 따른 절차 흐름도의 예이다.
도 6은 도 3의 프로토콜에 기반한 백스캐터 통신 기법에 따른 절차 흐름도의 다른 예이다.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

백스캐터 통신(backscatter communication)은 노드가 수신한 RF 신호를 이용하여 자신이 송신하고자 하는 데이터 패킷을 송신하는 기법이다. 전술한 바와 같이 대표적으로 RFID 시스템이 백스캐터 통신에 기반한다. RFID 시스템은 태그(tag)와 태그로부터 정보를 수신하는 리더(reader)를 포함한다. RFID 시스템에서 리더(reader)가 일정한 신호를 전송하면, 태그(tag)는 백스캐터 통신에 기반하여 응답 신호를 전송한다. 수동형 RFID 시스템인 경우 태그는 RF 신호를 에너지원으로 삼기도 한다.

백스캐터 통신은 IoT 환경에서도 활용될 수 있다. 예컨대, 리더 장치가 RF 신호를 송신하면, 일정한 정보를 수집한 센서 장치가 RF 신호에 대한 백스캐터 신호로 데이터 패킷을 송신할 수 있다. IoT 디바이스는 특정 정보를 수집하는 센서 장치, 특정 정보를 저장한 저장 장치, 웨어러블 기기와 같은 스마트 기기 등일 수도 있다. 즉 IoT 디바이스가 태그 장치에 해당할 수도 있다.

도 1은 EPC Gen2 프로토콜에 따른 통신 프레임을 도시한 예이다. 도 1은 리더(reader)와 노드(node)가 전송하는 신호 및 프레임을 도시한 예이다. 노드는 리더로부터 RF 신호를 수신하고, 일정한 데이터 패킷을 리더에 전송하는 장치를 의미한다. 노드는 전술한 태그 장치를 포함하는 의미이다.

도 1에서 CW(continuous wave)는 리더가 노드에 전력을 공급하는 RF 신호를 말한다. 리더는 쿼리(Qeury) 명령을 송신한다. 쿼리 명령은 하나의 라운드(round)에 이용할 수 있는 복수의 타임 슬롯(slot)을 포함한다. 즉 리더는 노드들이 데이터를 송신할 수 있는 시간 영역을 미리 할당하는 것이다.

노드는 쿼리 명령을 수신하고, 임의로(randomly) 자신이 응답할 타임 슬롯을 선택하여 선택한 타임 슬롯에 16비트 자리의 랜덤 번호(RN16)를 백스캐터한다. 리더는 RN16 패킷을 수신하면 ACK 메시지를 송신한다. 노드가 ACK 메시지를 수신하면 실제 데이터 패킷(data)을 전송한다. 리더는 QueryRep 명령을 전송하여 다음 타임 슬롯이 시작하는 것을 알린다. 충돌이나 메시지 손실로 인하여 ACK 메시지를 수신하지 못한 노드는 다음 쿼리 라운드에서 재차 데이터 패킷 전송을 시도한다.

도 2는 도 1의 프로토콜에 따른 백스캐터 통신에 기반한 네트워크의 동작을 도시한 예이다. 백스캐터 네트워크는 리더(10)와 노드(50A, 50B)를 포함한다. 노드(50A, 50B)는 RFID 태그와 같은 장치, IoT 디바이스, 센서 장치 등일 수 있다.

일반적으로 하나의 리더(10)는 복수의 노드(50A, 50B)와 통신을 수행할 수 있다. 도 2(a)는 리더(10)가 노드(50A, 50B)에 Query 명령을 송신하는 예이다. 리더(10)는 Qeury 명령을 통해 노드(50A, 50B)에 타임 슬롯에 대한 정보를 전송한다.

도 2(b)는 노드(50B)가 리더(10)에 데이터 패킷을 송신하는 과정에 대한 예이다. 노드(50B)는 일정한 타임 슬롯에 RN 16을 송신하고, 리더(10)는 RN 16에 대한 ACK 메시지를 송신한다. 노드(50B)는 ACK 메지시를 수신하면 실제 데이터를 송신한다.

노드(50A)는 리더(10)로부터 일정한 신호(명령)을 수신할 수 있지만, 다른 노드(50B)가 전송하는 신호(백스캐터 신호)를 감지하지 못한다. 즉 복수의 노드(50A 및 50B)가 동시에 일정한 신호를 리더(10)로 전달할 수도 있다. 이 경우 신호 충돌이 발생할 수 있다.

신호 충돌을 발생한 경우 이를 해결하기 위한 다양한 알고리즘이 존재한다. 대부분의 충돌 방지 기법에서 리더는 노드에 대한 특정한 정보를 이용한다. 예컨대, 리더는 노드의 ID, 노드가 데이터를 전송할 타임 슬롯, 노드의 위치 등에 대한 정보를 기반으로 전송 시간을 조절하거나, 충돌이 발생한 경우 데이터 전송을 재차 요구한다. 리더가 충돌을 해결하는 중심적 역할을 수행한다(중앙 집중적 기법).

EPC Gen 2는 일반적인 통신보다는 태그의 ID를 획득하기 위해 제안된 것이다. 따라서 EPC Gen 2는 다양한 센서로부터 데이터를 수집하는 IoT 환경에서 사용하기에는 너무나 많은 오버헤드가 발생할 수 있다. 더군다나 노드(센서 장치)가 이동하거나, 통신 트래픽에 고정된 패턴이 없는 경우 매우 많은 충돌이 발생할 수 있다.

예컨대, 사람이 착용한 웨어러블 기기나, 자동차에 장착된 센서 장치는 불규칙적인 이동성을 갖는다. 노드가 이동성을 갖는 경우 노드는 임의로 네트워크에 참여(join)하거나, 참여한 네트워크를 떠날 수 있다. 이와 같은 경우 리더가 임의로 참여한 노드에 대해 충돌 방지를 위한 정보를 획득하기 어렵다. 또한 정보를 수집하는 센서 장치는 정보가 수집되는 시점 또는 일정한 양의 정보가 저장된 시점에 데이터를 전송할 수도 있다. 이러한 환경인 경우 리더는 중앙 집중적 방식으로 통신을 스케줄링하기도 어렵다.

이하 설명하는 기술은 백스캐터 통신 기반의 노드가 서로 다른 트래픽 패턴을 가지는 경우를 고려한 프로토콜이다. 또한 이하 설명하는 기술은 백스캐터 통신 기반의 노드가 현재 네트워크를 자유롭게 떠나거나 합류하는 시나리오도 고려한 프로토콜이다.

도 3은 백스캐터 통신을 위한 새로운 통신 프레임을 도시한 예이다. 도 3은 리더(reader)와 노드(node)가 전송하는 신호 및 데이터 패킷을 도시한 예이다.

기본적으로 노드(50)는 자신이 송신하려는 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임을 분할하고, 하나의 서브 프레임 단위로 송신한다. 노드 (50)는 리더(10)의 중재에 의존하지 않고 직접 채널 사용 여부를 감지하고 충돌 여부를 감지할 수 있다(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). 따라서 이하 설명하는 기술은 분산 채널 접근 기반의 백스케터 통신 기법이라고 할 수 있다.

리더(10)는 RF 신호(CW)를 송신한다. 노드(50)는 충돌 방지를 위해 서브 프레임을 전송하기 전에 일정한 시간을 대기한다(도 3에서 'Busy Checking'으로 표시). 노드(50)가 서브 프레임을 전송하기 전에 대기하는 시간을 초기 대기 시간이라고 명명한다. 초기 대기 시간은 최소한 하나의 서브 프레임의 길이와 해당 서브 프레임에 대한 ACK 메시지의 길이의 합 만큼인 것이 바람직하다. 도 3에서 초기 대기 시간(Busy Checking)의 길이(length)를 "Sub frame + SF ACK"이라고 도시하였다. 물론 도 3에 도시한 초기 대기 시간(Busy Checking)의 길이는 하나의 예이다.

노드(50)가 초기 대기 시간에 리더(10)로부터 ACK 메시지를 수신하면 다른 노드가 서브 프레임을 전송(백스캐터)하고 있다고 볼 수 있다. 이를 통해 노드(50)는 매체 감지(carrier sensing)를 할 수 있다.

노드(50)는 각 서브 프레임을 송신하고, 일정한 시간을 대기한다. 노드(50)가 서브 프레임을 송신하고 대기하는 시간을 프레임 간격 시간이라고 명명한다. 프레임 간격 시간은 노드(50)가 리더(10)로부터 일정한 ACK 메시지를 수신할 수 있는 길이이면 충분하다. 리더(10)는 서브 프레임을 수신하는 경우에 해당 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 송신한다. 도 1의 ACK 메시지와 구분하기 위해 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 이하 SF_ACK라고 표기한다.

노드(50)는 프레임 간격 시간 내에 리더로부터 ACK 메시지를 받는 경우에만 다음 서브 프레임을 송신한다. 도 1의 EPC Gen 2 프로토콜에서 리더(10)는 노드(50)가 전송한 RN 16에 대해 ACK 메지시를 보냈지만, 도 3의 프로토콜에서는 리더(10)가 서브 프레임을 수신할 때마다 SF_ACK를 송신한다.

그러나 노드(50)가 특정 서브 프레임을 전송한 후 프레임 간격 시간 동안 해당 서브 프레임에 대한 SF_ACK를 수신하지 못할 수 있다. 이 경우 노드(50)는 나머지 서브 프레임에 대한 전송을 중단한다. 즉, 노드(50)는 자신의 전체 데이터 패킷을 전송하지 않고, 데이터 전송을 중단할 수 있다. 이를 통해 노드(50)는 전송 실패로 낭비되는 에너지를 절약할 수 있다. 그리고 노드(50)는 임의의 시간 동안 재전송을 시도하지 않고 대기(random back-off)한다. 이후 노드(50)는 재전송을 위한 대기 시간이 경과하면 다시 동일한 방식으로 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 예컨대, 노드(50)는 이전 라운드에서 일부 서브 프레임을 전송한 경우라도 모든 서브 프레임을 처음부터 다시 전송할 수 있다. 경우에 따라서는 노드(50)는 이전 라운드에서 SF_ACK를 수신하지 못한 서브 프레임부터 다시 전송할 수도 있다.

도 3에서는 노드(50)가 데이터 패킷을 4개의 서브 프레임(1 서브 프레임 내지 제4 서브 프레임)으로 구분한 예를 도시한다. 예컨대, 노드(50)는 제1 서브 프레임(Sub frame 1)을 송신하고, 프레임 간격 시간에 제1 서브 프레임에 대한 SF_ACK을 수신하면 다음 서브 프레임인 제2 서브 프레임(Sub frame 2)을 송신한다. 노드는 이후에도 각 서브 프레임에 대한 SF_ACK를 수신하는 경우에만 다음 서브 프레임을 송신한다. 도 3에서는 노드가 모든 서브 프레임에 대한 SF_ACK를 수신하여 모든 서브 프레임을 전송한 예를 도시한다.

도 4는 도 3의 프로토콜에 따른 백스캐터 통신에 기반한 네트워크의 동작을 도시한 예이다. 도 4(a)는 노드(50B)가 데이터 패킷을 전송하는 예를 도시한다. 도 4(a)에서 도시하지 않았지만 리더(10)는 일정한 RF 신호(CW)를 송신하고 있는 상태이다. 노드(50B)는 전송할 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 복수의 서브 프레임 중 하나인 제1 서브 프레임(Sub frame 1)을 송신(백스캐터)한다. 통신 프로토콜에 따라서 노드(50B)가 복수의 서브 프레임 중 어떤 서브 프레임을 어떤 순서로 전달할지는 달라질 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 노드는 복수의 서브 프레임을 순서대로 송신한다고 가정한다.

리더(10)는 제1 서브 프레임을 수신하고, 해당 서브 프레임에 대한 SF_ACK (SF_ACK 1)메시지를 송신한다. 노드(50A) 및 노드(50B)는 SF_ACK 1를 수신할 수 있다. 백스캐터 통신에서 노드는 다른 노드가 백스캐터하는 신호를 감지하지 못한다. 도 4의 경우에도 노드(50A)는 노드(50B)가 백스캐터하는 제1 서브 프레임(Sub frame 1)을 감지하지는 못한다. 그러나 노드(50A)는 리더가 송신하는 SF_ACK 1를 수신할 수 있다. 결과적으로 노드(50A)는 다른 노드인 노드(50B)가 백스캐터 신호를 송신했다는 사실을 알 수 있다. 이를 통해 노드(50A)가 채널 사용 여부를 감지할 수 있다.

도 4(b)는 노드(50B)가 이후 서브 프레임을 송신하는 예를 도시한다. 노드(50B)는 제1 서브 프레임(Sub frame 1)에 대한 SF_ACK 1를 수신하면, 다음 서브 프레임인 제2 서브 프레임(Sub frame 2)을 송신한다. 리더(10)는 제2 서브 프레임(Sub frame 2)을 수신하면 이에 대한 SF_ACK 메시지(SF_ACK 2)를 송신한다. 노드(50B)는 SF_ACK 2를 수신하면 다음 서브 프레임인 제3 서브 프레임(Sub frame 3)을 송신한다.

도 5는 도 3의 프로토콜에 기반한 백스캐터 통신 기법에 따른 절차(200) 흐름도의 예이다. 리더(10)는 매우 많은 노드와 통신할 수 있다. 도 5에서는 설명의 편의를 위해 리더(10)가 두 개의 노드(50A 및 50B)와만 통신한다고 가정한다.

리더(10)가 CW를 브로드캐스팅하면 리더(10)의 커버리지 안에 있는 노드들이 모두 CW를 수신한다. 도 5에서 리더(10)는 RF 신호(CW)를 제1 노드(Node 1, 50A) 및 제2 노드(Node 2, 50B)에 송신한다(211). 노드(50B)는 CW를 수신하여 에너지원으로 사용한다. 리더(10)는 에너지 공급을 위한 CW를 계속 또는 일정한 주기로 브로드캐스팅한다고 전제한다.

제1 노드(50A) 및 제2 노드(50B)는 일정한 데이터를 수집한 센서 장치라고 가정한다. 제2 노드(50B)가 수집한 데이터 패킷은 모두 3개의 서브 프레임 단위로 구분된다고 가정한다.

제2 노드(50B)는 RF 신호를 수신(채널 감지)하고, 초기 대기 시간 동안 대기한다(221). 제2 노드(50B)는 초기 대기 시간 동안 리더가 SF_ACK 메시지를 송신하는지 여부를 모니터링한다(221). 전술한 바와 같이 제2 노드(50B)가 다른 노드가 현재 리더(10)와 통신 중인지 여부를 감지하는 것이다. 도 5에서는 해당 시점(221)에 리더(10)와 다른 노드가 통신하지 않고 있는 상태이다. 따라서 제2 노드(50B)는 수집한 데이터를 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 최초 제1 서브 프레임(sub frame 1)을 송신(백스캐터) 한다(231).

리더(10)는 제1 서브 프레임을 수신하고, 제1 서브 프레임에 대한 SF_ACK 메시지를 송신한다(232). 제1 노드(50A)는 SF_ACK 메시지를 수신하고, 현재 다른 노드가 서브 프레임을 전송하고 있다는 것을 알 수 있다. 제2 노드(50B)는 SF_ACK(232)를 수신하고, 다음 서브 프레임인 제2 서브 프레임(Sub frame 2)을 송신한다(241). 리더(10)는 제2 서브 프레임을 수신하고, 제2 서브 프레임에 대한 SF_ACK 메시지를 송신한다(242).

제2 노드(50B)는 제2 서브 프레임에 대한 SF_ACK를 수신하고(242), 다음 서브 프레임인 제3 서브 프레임(Sub frame 3)을 송신한다(261). 제2 노드(50B)는 모든 데이터 패킷을 전송하였다.

이때 제1 노드(50A)는 자신의 데이터 패킷을 전송하기 전에 초기 대기 시간 동안 대기한다(251). 리더(10)는 제3 서브 프레임을 수신하고, 제3 서브 프레임에 대한 SF_ACK 메시지를 송신한다(262). 제1 노드(50A)는 초기 대기 시간에 리더(10)로부터 SF_ACK 메시지를 수신한다(262). 이 경우 제1 노드(50A)는 임의의 시간을 대기(back off)한다. 제1 노드(50A)는 현재 다른 노드가 리더와 통신 중이라고 판단하였기 때문이다.

제1 노드(50A)는 임의의 시간이 지난 후 다시 데이터 패킷을 전송하기 위한 동작을 수행한다. 제1 노드(50A)는 자신의 데이터 패킷을 전송하기 전에 초기 대기 시간 동안 대기한다(271). 해당 시점(281)에서 제1 노드(50A)는 데이터 패킷을 모두 송신한 상태이다. 따라서 제1 노드(50A)는 SF_ACK 메시지를 수신하지 못한다. 초기 대기 시간이 경과한 후 제1 노드(50A)는 자신의 서브 프레임을 송신한다(281). 리더(10)는 제1 노드(50A)가 전송한 서브 프레임에 대한 SF_ACK 메시지를 송신한다(282).

도 5에서 도시하지 않았지만, 제1 노드(50A)는 SF_ACK 메시지를 수신(282)한 후 다음 서브 프레임을 전송한다. 또한 제2 노드(50A)는 SF_ACK 메시지를 수신(282)하여 현재 다른 노드가 리더(10)와 통신 중이란 것을 파악할 수 있다. 나아가 제2 노드(50A)는 에너지 낭비를 막기 위하여 리더(10)가 송신하는 RF 신호로 에너지를 충전하고, 데이터를 확인하지 않을 수 있다. 즉, 제2 노드(50A)는 자신이 데이터를 송신할 필요가 없을 때에는 일종의 슬립(sleep) 모드로 전환될 수 있다.

도 6은 도 3의 프로토콜에 기반한 백스캐터 통신 기법에 따른 절차(300) 흐름도의 다른 예이다. 도 6은 리더(10)와 두 개의 노드(50A 및 50B)의 동작에 대한 예이다. 도 6에서는 설명의 편의를 위해 리더(10)가 두 개의 노드(50A 및 50B)와만 통신한다고 가정한다.

리더(10)는 일정한 RF 신호(CW)를 브로드캐스팅한다(311). 전술한 바와 같이 제1 노드(Node 1, 50A) 및 제2 노드(Node 2, 50B)는 CW를 수신하여 에너지로 사용한다.

제1 노드(50A)는 RF 신호를 수신(채널 감지)하고 초기 대기 시간 동안 SF_ACK 메시지 수신 여부를 확인하고(321), 제2 노드(50B)도 RF 신호를 수신하고 초기 대기 시간 동안 SF_ACK 메시지 수신 여부를 확인한다(322). 해당 시점에 노드들(50A 및 50B)는 서브 프레임을 송신하지 않은 상태이기 때문에, 제1 노드(50A) 및 제2 노드(50B)는 리더로부터 SF_ACK 메시지를 수신하지 않는다.

제2 노드(50B)는 자신이 수집한 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 복수의 서브 프레임 중 어느 하나의 서브 프레임을 송신한다(331), 제1 노드(50A)도 자신이 수집한 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 복수의 서브 프레임 중 어느 하나의 서브 프레임을 송신한다(332). 제1 노드(50A)와 제2 노드(50B)는 동시에 서브 프레임을 송신하거나, 일정한 기준 간격 범위 내에서 서브 프레임을 송신한다고 가정한다. 제2 노드(50B)가 먼저 서브 프레임을 전송했다면, 기준 간격 범위는 제2 노드(50B)가 서브 프레임을 송신한 시점부터 제2 노드(50B)가 송신한 서브 프레임에 대해 리더(10)가 SF_ACK 메시지를 송신하는 시점 전 까지의 시간 간격을 의미한다. 결국 제1 노드(50A)와 제2 노드(50B)는 모두 각각 서브 프레임 하나를 송신한 상태이다.

리더(10)는 제1 노드(50A) 및 제2 노드(50B)로부터 각각 서브 프레임을 수신한다(331 및 332). 리더(10)는 서로 다른 노드로부터 전달된 서브 프레임이 충돌하였다고 판단한다. 이 경우 리더(10)는 SF_ACK 메시지를 송신하지 않는다.

따라서 제1 노드(50A) 및 제2 노드(50B)는 각각 SF_ACK 메시지를 수신할 수 있는 프레임 간격 시간에 SF_ACK 메시지를 받지 못한다. 이 경우 제1 노드(50A)는 임의의 시간 동안 대기 상태(Random backoff)로 전환한다(341). 또한 제2 노드(50B)도 임의의 시간 동안 대기 상태(Random backoff)로 전환한다(342).

제1 노드(50A)가 제2 노드(50B)보다 먼저 대기 상태에서 활성화 상태(active state)로 돌아왔다고 가정한다. 제1 노드(50A)는 초기 대기 시간 동안 SF_ACK 메시지 수신 여부를 확인한다(351). 어떤 노드도 현재 서브 프레임을 전송하고 있지 않으므로, 제1 노드(50A)는 초기 대기 시간 동안 SF_ACK 메시지를 수신하지 못한다. 제1 노드(50A)는 데이터 패킷에 대한 최초 서브 프레임을 송신한다(361). 리더는 제1 노드(50A)가 송신한 서브 프레임에 대한 SF_ACK 메시지를 송신한다(362).

한편 제2 노드(50B)는 제1 노드(50A)보다 늦게 대기 상태에서 활성화 상태로 돌아오고, 이후 자신의 데이터 패킷을 송신하기 위해 초기 대기 시간 동안 SF_ACK 메시지 수신 여부를 확인한다(371). 제2 노드(50B)는 제1 노드(50A)가 송신한 서브 프레임에 대한 SF_ACK 메시지를 수신한다(362). 제2 노드(50B)는 다시 임의의 시간 동안 대기 상태(Random backoff)로 들어간다(372).

제1 노드(50A)는 SF_ACK 메시지를 수신하고(362), 다음 서브 프레임을 송신(381)한다. 리더(10)는 서브 프레임을 수신하고(381), 해당 서브 프레임에 대한 SF_ACK 메시지를 송신한다(382).

도 6에 도시하지 않았지만, 제2 노드(50B)는 제1 노드(50A)가 모든 서브 프레임을 송신한 후에 자신의 데이터 패킷을 서브 프레임 단위로 전송하게 된다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

10 : 리더
50 : 노드
50A, 50B : 노드

Claims

리더 장치가 RF 신호를 송신하는 단계;
상기 RF 신호를 수신한 태그 장치가 상기 리더 장치에 전송할 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 상기 복수의 서브 프레임 중 어느 하나의 서브 프레임에 속하는 데이터를 송신하는 단계;
상기 리더 장치가 상기 어느 하나의 서브 프레임을 수신하고, 상기 어느 하나의 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 송신하는 단계; 및
상기 태그 장치가 상기 ACK 메시지를 수신한 경우에만 상기 복수의 서브 프레임 중 상기 어느 하나의 서브 프레임 다음에 있는 서브 프레임에 속하는 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
제1항에 있어서,
상기 태그 장치가 데이터를 수집하여 상기 데이터 패킷을 생성하는 단계를 더 포함하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
제1항에 있어서,
상기 태그 장치는 근거리 무선 통신이 가능한 IoT 디바이스, 정보를 수집하는 센서 장치 및 정보를 저장한 저장 장치를 포함하는 그룹 중 적어도 하나인 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
제1항에 있어서,
상기 어느 하나의 서브 프레임에 속하는 데이터를 송신하는 단계에서 상기 태그 장치는 상기 리더 장치로부터 제1 대기 시간동안 ACK 메시지를 수신하지 못하는 경우에 상기 어느 하나의 서브 프레임을 다시 송신하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
삭제
삭제
리더 장치가 RF 신호를 송신하는 단계;
상기 RF 신호를 수신한 제1 태그 장치가 제1 대기 시간동안 대기하는 단계; 및
상기 제1 태그 장치가 상기 제1 대기 시간 동안 상기 리더 장치로부터 다른 태그 장치에 대한 별도의 ACK 메시지를 수신하는지 여부에 따라 복수의 서브 프레임으로 구분된 제1 데이터 패킷을 송신하는 단계를 포함하되,
상기 제1 태그 장치는 상기 복수의 서브 프레임을 서브 프레임 단위로 송신하고, 상기 리더 장치로부터 상기 제1 태그 장치가 송신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 수신하는 경우에만 다음 서브 프레임을 송신하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
제7항에 있어서,
상기 제1 태그 장치는 상기 제1 대기 시간 동안 상기 리더 장치로부터 상기 별도의 ACK 메시지를 수신하는 경우 상기 제1 데이터 패킷을 송신하지 않고, 제2 대기 시간 동안 대기하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
제7항에 있어서,
상기 RF 신호를 수신한 제2 태그 장치가 제2 대기 시간동안 대기하는 단계;
상기 제2 태그 장치는 상기 제2 대기 시간동안 상기 상기 제1 태그 장치가 송신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 수신하지 않은 경우에 자신이 보유한 복수의 서브 프레임으로 구분된 제2 데이터 패킷을 송신하는 단계를 더 포함하되,
상기 제2 태그 장치는 상기 제2 데이터 패킷에 대한 상기 복수의 서브 프레임을 서브 프레임 단위로 송신하고, 상기 리더 장치로부터 상기 제2 태그 장치가 송신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 수신하는 경우에만 다음 서브 프레임을 송신하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
제7항에 있어서,
상기 리더 장치는 상기 제1 태그 장치로부터 서브 프레임을 수신하고, 동시에 또는 일정한 시간 간격으로 다른 제2 태그 장치로부터 서브 프레임을 수신하는 경우에 상기 ACK 메시지를 송신하지 않는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 기법.
RF 신호를 송신하고, 태그 장치로부터 서브 프레임을 수신하면 수신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 송신하는 리더장치:
상기 RF 신호를 에너지로 이용하고, 제1 대기 시간 동안 상기 리더 장치로부터 ACK 메시지를 수신하지 못하는 경우에 자신이 보유한 제1 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 상기 서브 프레임 단위로 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 제1 태그 장치: 및
상기 RF 신호를 에너지로 이용하고, 제2 대기 시간 동안 상기 상기 리더 장치로부터 ACK 메시지를 수신하지 못하는 경우에 자신이 보유한 제2 데이터 패킷을 복수의 서브 프레임으로 구분하고, 상기 서브 프레임 단위로 상기 제2 데이터 패킷을 송신하는 제2 태그 장치를 포함하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 태그 장치는 자신이 송신한 서브 프레임에 대해 상기 리더 장치로부터 ACK 메시지를 수신하는 경우에만 상기 제1 데이터 패킷의 다음 서브 프레임을 송신하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 태그 장치는 상기 제2 태그 장치가 송신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 수신하는 경우 일정한 대기 시간 동안 대기한 후 상기 제1 데이터 패킷에 대한 서브 프레임을 송신하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치.
제11항에 있어서,
상기 제2 태그 장치는 상기 제2 데이터 패킷에 대한 상기 복수의 서브 프레임을 서브 프레임 단위로 송신하고, 상기 리더 장치로부터 상기 제2 태그 장치가 송신한 서브 프레임에 대한 ACK 메시지를 수신하는 경우에만 상기 제2 데이터 패킷의 다음 서브 프레임을 송신하는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치.
제11항에 있어서,
상기 리더 장치는 상기 제1 태그 장치로부터 서브 프레임을 수신하고, 동시에 또는 일정한 시간 간격으로 다른 제2 태그 장치로부터 서브 프레임을 수신하는 경우에 상기 ACK 메시지를 송신하지 않는 분산 채널 접근 기반 백스캐터 통신 장치.