KR101283673B1 - System and method for detecting access point in smartphone - Google Patents

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KR101283673B1 KR1020110126946A KR20110126946A KR101283673B1 KR 101283673 B1 KR101283673 B1 KR 101283673B1 KR 1020110126946 A KR1020110126946 A KR 1020110126946A KR 20110126946 A KR20110126946 A KR 20110126946A KR 101283673 B1 KR101283673 B1 KR 101283673B1
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Abstract

본 발명에서는 현재 스마트폰의 장치 상태를 파악함으로써 각 장치의 에너지 소모율을 고려한 최적의 파라미터를 산출하여 AP를 탐색하기 위한 에너지의 소모를 감소시키고, 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 고속의 CPU를 통해 빠르게 연산하여 AP의 존재유무를 파악하고, 지그비, WIFI로부터 얻은 채널 정보를 이용하여 자체 알고리즘을 통한 센싱 장비 스케줄링을 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템은, 지그비 장치와, WIFI 장치와, 상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치와 연결되어 있으며, 상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치를 제어하는 코디네이터를 포함하며, 상기 코디네이터는, 상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치를 제어하는 장치 제어부와, 상기 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 통해 채널의 AP 존재여부를 파악하는 카운터 필터와, 상기 지그비 장치와 상기 WIFI 장치로부터 얻은 정보를 바탕으로 스캐닝 장치를 결정하는 스케줄러를 포함한다. In the present invention, by determining the current state of the device of the smartphone to calculate the optimal parameters in consideration of the energy consumption rate of each device to reduce the energy consumption to search the AP, RSSI information received from the Zigbee device through a high-speed CPU It quickly calculates the presence of AP and performs sensing equipment scheduling through its algorithm using channel information obtained from Zigbee and WIFI. That is, the access point detection system of the smart phone according to the present invention is connected to the Zigbee device, the WIFI device, the Zigbee device and the WIFI device, and includes a coordinator for controlling the Zigbee device and the WIFI device, The coordinator may include a device controller for controlling the Zigbee device and the WIFI device, a counter filter for determining whether an AP exists in the channel through RSSI information received from the Zigbee device, and information obtained from the Zigbee device and the WIFI device. It includes a scheduler for determining the scanning device based on the.

Description

스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템 및 방법{System and method for detecting access point in smartphone}System and method for detecting access point in smartphone

본 발명은 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 스마트폰에서 지그비(Zigbee)와 와이파이(WIFI)의 협력을 통해 802.11 액세스 포인트를 탐지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for detecting an access point of a smartphone, and more particularly, to a system and method for detecting an 802.11 access point through cooperation of Zigbee and WIFI in a smartphone.

802.11 Wireless LAN(WI-FI)이 광범위하게 보급됨에 따라, 사용자들은 노트북, 스마트폰 등 다양한 모바일 장치를 이용하여 무선 인터넷을 사용할 수 있게 되었다.With the widespread adoption of 802.11 Wireless LAN (WI-FI), users can use the wireless Internet with a variety of mobile devices, including laptops and smartphones.

이러한 모바일 장치의 가장 큰 문제점은 배터리의 제약이다. 그 중 스마트폰은 WIFI 사용시 802.11 액세스 포인트(Access Point: AP)를 찾기 위해 지속적으로 802.11 채널을 탐색하는데, 스마트폰의 다이나믹한 이동성에 따라 에너지 소모가 증가된다. The biggest problem of these mobile devices is the limitation of the battery. Among them, smartphones constantly search 802.11 channels to find 802.11 access points (APs) when using WIFI, and energy consumption increases according to the dynamic mobility of smartphones.

802.11 인프라구조에서 AP를 탐색하는 방법에 대해서는 기존에 많은 연구가 진행되어 왔다. 무선 인터넷은 기본적으로 모바일 상황을 가정한다. 따라서 이동에 따른 AP 탐색은 무선 통신을 위한 필수 요소이다. 이러한 연구들은 크게 802.11 표준 장비만을 사용하는 방식과, 표준 장비 외에 부가 장비를 사용하는 방식으로 분류할 수 있다. Many researches have been conducted on the method of discovering the AP in the 802.11 infrastructure. Wireless Internet basically assumes a mobile situation. Therefore, the discovery of AP as a move is an essential element for wireless communication. These studies can be largely classified into a method of using only 802.11 standard equipment and an additional equipment in addition to the standard equipment.

802.11 표준 장비만을 사용하는 방식에서는, AP가 없는 영역에서 채널 탐색을 효율적으로 하거나, 다수의 AP가 존재하는 상황에서 AP 간의 전환을 위해 이를 탐색하는 분야로 발전되어 왔다. 이러한 방식의 대표적인 연구로는 proactive scan이 있다. 이 연구에서는 스테이션과 AP가 주기적으로 전력절감모드(power saving mode: PSM)로 전환하여 다른 채널을 짧은 시간 동안 active scan한 후 다시 기존 채널로 돌아오는 방식을 사용하는데, 이러한 방식에서는 PSM 전환에 따른 일시적인 packet drop 현상이 발생할 수 있다.In the method using only 802.11 standard equipment, the channel search has been developed to efficiently search for a channel in the absence of an AP or to switch between APs in the presence of multiple APs. A representative study of this type is proactive scan. In this study, the station and the AP periodically switch to the power saving mode (PSM), active scan of another channel for a short time, and then return to the existing channel. A temporary packet drop may occur.

부가적인 장비를 사용하는 방식은 스마트폰이 등장함에 따라 활발한 연구가 진행되고 있으며, Signal detection 방식, Signature and history 방식, Movement monitoring 방식, Dual communication 방식으로 분류할 수 있다. 각각의 방식에 대해 이하에서 간단히 설명한다.The use of additional equipment is being actively researched as smart phones emerge, and can be classified into signal detection, signature and history, movement monitoring, and dual communication. Each method is briefly described below.

A. Signal DetectionA. Signal Detection

Signal detection 방식은 현재 채널 환경을 분석하여 AP의 존재 유무를 판단하는 방식이다. 에너지를 탐지하는 방식은 WIFI NIC를 이용하는 방식과 저전력의 별도 장비를 이용하는 방식으로 나뉜다. 관련된 다양한 연구가 진행 중이며, 이 중 대표적인 ZI-FI의 경우 AP의 비컨 신호(beacon signal)을 지그비로 수신하여 이를 802.11 비컨의 에어타임(airtime)과 비교하여 1차적으로 필터링한다. 이 데이터를 common multiple folding algorithm으로 신호의 주기성을 파악하고, 비컨 간격과 비교하여 AP의 존재 유무를 파악한다. 신호 탐지 방식을 feature detection과 energy detection의 두 분야로 분류할 때, 이러한 방식은 feature detection의 영역에 포함된다. 이러한 ZI-FI의 feature detection 방식의 장점은 energy detection에 비해 거짓 양성(false positive)이 감소하여 잘못된 판단에 따른 에너지 소모를 감소시킬 수 있는 것이다. 그러나 복잡한 folding 방식을 사용함에 따라, 연산시간이 증가하고, 더 많은 샘플을 수집해야 하므로 전체적인 에너지 소모가 증가한다. 또한, 복잡한 알고리즘 수행에 따른 거짓 음성(false negative)의 증가는 사용자가 AP를 사용할 수 있는 기회를 놓치게 만든다.The signal detection method is a method of determining the presence of the AP by analyzing the current channel environment. The energy detection method is divided into WIFI NIC and low power separate equipment. Various researches are in progress. Among the representative ZI-FIs, the beacon signal of the AP is received in Zigbee, and it is primarily filtered by comparing with the airtime of the 802.11 beacon. We use this common multiple folding algorithm to determine the periodicity of the signal and compare the beacon interval to determine the presence of AP. When the signal detection method is classified into two fields, feature detection and energy detection, this method is included in the area of feature detection. The advantage of this feature detection method of ZI-FI is that false positives are reduced compared to energy detection, which can reduce energy consumption due to wrong judgment. However, the use of complex folding methods increases computation time and increases the overall energy consumption as more samples need to be collected. In addition, the increase of false negatives due to the implementation of complex algorithms causes users to miss the opportunity to use the AP.

B. Dual CommunicationB. Dual Communication

이 방식은 WIFI NIC 이외에 저전력의 통신장치를 이용하여 AP와 스테이션간 데이터를 주고받으면서 AP의 존재를 알려주는 방식이다. 이 방식은 WIFI NIC가 통신을 수행하는 동안에도 다른 AP를 탐색할 수 있기 때문에 VoIP 등 지연에 민감한 애플리케이션을 사용하는 도중 핸드오프가 필요할 때 유용하다. 그러나 WIFI 장비 이외에도 별도의 장비를 구축해야 하고, 저전력 장비의 통신거리가 짧을 경우 인프라 구축이 복잡해지는 단점이 있다. This method informs the existence of AP by exchanging data between AP and station using low power communication device other than WIFI NIC. This approach is useful when a handoff is required while using delay-sensitive applications such as VoIP because the WIFI NIC can discover other APs while communicating. However, in addition to the WIFI equipment, separate equipment must be constructed, and when the low-power equipment has a short communication distance, there is a disadvantage in that the infrastructure construction is complicated.

C. Signature and HistoryC. Signature and History

이 방식은 AP의 지리적 위치정보, 주변 장비에 대한 특정 signature 정보, 또는 스마트폰 사용자의 행동 패턴 정보를 미리 수집하고, 이를 서버에 데이터베이스의 형태로 저장하여, 필요할 때 이 데이터베이스에 접근하여 사용가능한 AP를 예측하는 방식이다. 이 방식은 구현이 간단하여 쉽게 적용할 수 있기 때문에 다방면의 분야에서 활용이 가능하다. 그러나, 이 방식은 각종 정보의 수집이 필요하기 때문에 어느 정도 데이터베이스가 구축될 때까지 시간이 필요하고, 데이터베이스의 업데이트가 잘 이루어지지 않을 경우 신뢰성이 매우 떨어진다. This method collects AP's geographic location information, specific signature information about peripheral devices, or behavior pattern information of smartphone user in advance, and stores it in the form of database on the server so that AP can access and use this database when needed. Is the way to predict. This method is simple to implement and can be easily applied to various fields. However, since this method requires the collection of various information, it takes time until the database is built to some extent, and the reliability is very poor when the database is not updated well.

D. Movement MonitoringD. Movement Monitoring

이 방식은 사용자의 운동 패턴을 분석하여 AP를 탐지하는 방식이다. 가속도 센서, 자이로 센서 등 사용자의 운동 패턴을 분석할 수 있는 다양한 센서가 내장된 스마트폰이 등장하면서 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 방식은 스마트폰의 움직임을 모니터링하여 AP의 스캔 패턴을 변화시킨다. 이 중 WIFIsense의 경우, 사용자의 이동 속도와 AP의 밀도를 이용하여 802.11 NIC의 스캔 간격을 조절하는데, 가속도 센서를 통해 사용자의 현 상태를 정지(stationary), 도보(walk), 뜀(run)의 세 상태로 구분하고, 직전 스캔에서 파악된 AP의 수를 바탕으로 exponential weight moving average를 사용하여 다음 센싱 타임에서의 AP 밀도를 예측한다. 이러한 이동 속도 정보와 AP 밀도 정보를 이용하여 다음 스캔까지의 최적의 스캔 간격을 계산한다. 이 과정이 계속 반복되면서 상황에 따라 적절하게 스캔 간격을 조정하여 에너지 소모를 줄일 수 있다. This method detects an AP by analyzing a user's movement pattern. With the emergence of smartphones with various sensors that can analyze user's movement patterns such as acceleration sensors and gyro sensors, related research is being actively conducted. This method monitors the movement of the smartphone to change the scan pattern of the AP. Among these, WIFIsense adjusts the scanning interval of 802.11 NICs based on the user's moving speed and the density of the AP. The acceleration sensor can be used to stop the user's current status on stationary, walk, and run. Based on the number of APs identified in the previous scan, the AP density is predicted at the next sensing time using an exponential weight moving average. The optimal scan interval until the next scan is calculated using the moving speed information and the AP density information. This process is repeated over time, reducing the energy consumption by adjusting the scan interval accordingly.

이와 같은 movement analysis 방식의 경우 최종 판단에 있어서 직접적으로 802.11 NIC를 사용하기 때문에 탐지 자체의 정확도는 높으나, 사용자의 움직임을 분석하는 센서들의 에러율이 높기 때문에 이러한 에러의 감소를 위한 대책이 필요하다. In the case of such a movement analysis method, the accuracy of detection itself is high because the 802.11 NIC is used directly in the final judgment, but since the error rate of the sensors analyzing the user's movement is high, a countermeasure for reducing such an error is required.

본 발명은 위와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로서, 탐지 오류와 에너지 소모를 감소시킬 수 있는 스마트폰의 802.11 액세스 포인트 탐지 방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 과제로 한다.The present invention has been made on the basis of the above technical background, it is an object of the present invention to provide a method and system for detecting an 802.11 access point of a smartphone that can reduce the detection error and energy consumption.

본 발명의 다른 과제는 스마트폰에서 지그비(Zigbee)와 와이파이(WIFI)의 협력을 통해 802.11 액세스 포인트를 탐지하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and system for detecting an 802.11 access point through cooperation of Zigbee and Wi-Fi in a smartphone.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 현재 스마트폰의 장치 상태를 파악함으로써 각 장치의 에너지 소모율을 고려한 최적의 파라미터를 산출하여 AP를 탐색하기 위한 에너지의 소모를 감소시키고, 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 고속의 CPU를 통해 빠르게 연산하여 AP의 존재유무를 파악하고, 지그비, WIFI로부터 얻은 채널 정보를 이용하여 자체 알고리즘을 통한 센싱 장비 스케줄링을 수행한다.In order to solve this problem, the present invention calculates an optimal parameter considering the energy consumption rate of each device by grasping the device state of the current smartphone to reduce the energy consumption for discovering the AP, RSSI information received from the Zigbee device Fast operation is performed through a high-speed CPU to determine the presence of an AP, and sensing equipment scheduling through its algorithm using channel information obtained from Zigbee and WIFI.

즉, 본 발명의 일 면에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템은, 지그비 장치와, WIFI 장치와, 상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치와 연결되어 있으며, 상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치를 제어하는 코디네이터를 포함하며, 상기 코디네이터는, 상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치를 제어하는 장치 제어부와, 상기 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 통해 채널의 AP 존재여부를 파악하는 카운터 필터와, 상기 지그비 장치와 상기 WIFI 장치로부터 얻은 정보를 바탕으로 스캐닝 장치를 결정하는 스케줄러를 포함하여 이루어진다.That is, the access point detection system of the smart phone according to an aspect of the present invention is connected to the Zigbee device, the WIFI device, the Zigbee device and the WIFI device, the coordinator for controlling the Zigbee device and the WIFI device The coordinator includes a device controller for controlling the Zigbee device and the WIFI device, a counter filter for determining whether an AP exists in a channel through RSSI information received from the Zigbee device, and the Zigbee device and the WIFI device. It includes a scheduler that determines the scanning device based on the information obtained from.

여기에서, 상기 코디네이터는 상기 장치 제어부, 상기 카운터 필터, 상기 스케줄러를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 코디네이터는 스마트폰의 운영체제에 상주하는 것이 바람직하다.Here, the coordinator may further include a control unit for controlling the device control unit, the counter filter, the scheduler, the coordinator preferably resides in the operating system of the smartphone.

상기 지그비 장치는 최초 작동시 유휴 상태로 대기하고 있으며, 상기 코디네이터가 채널 탐색요청을 할 경우에 작동하여 상기 코디네이터가 요청한 주파수에 대해 미리 설정된 시간 간격으로 RSSI 정보를 수집하고 수집한 상기 RSSI 정보를 상기 코디네이터에게 전달하며, 상기 WIFI 장치는 오프 상태로 대기하고 있으며, 상기 코디네이터가 상기 WIFI 장치를 작동시키고 채널 스캔 요청을 송신하는 경우 상기 채널 스캔 요청에 따라 채널 상태를 측정하여 상기 코디네이터에게 송신할 수 있다. The Zigbee device is idle in the first operation, and operates when the coordinator makes a channel search request, collecting RSSI information at a predetermined time interval for the frequency requested by the coordinator, and collecting the collected RSSI information. When the coordinator operates the WIFI device and transmits a channel scan request, the WIFI device waits in an off state and transmits the channel state to the coordinator. .

본 발명의 다른 면에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 방법은, WIFI 장치와 지그비 장치를 포함하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 방법으로서, 상기 WIFI 장치와 상기 지그비 장치의 에너지 소모율을 파악하는 단계와, 상기 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 연산하여 액세스 포인트의 존재유무를 파악하는 단계와, 상기 WIFI 장치로부터 채널 정보를 수신하는 단계와, 상기 지그비 장치와 상기 WIFI 장치로부터 얻은 정보를 바탕으로 스캐닝 장치를 결정하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting an access point of a smart phone, the method including detecting an access point of a smart phone including a WIFI device and a Zigbee device, including: determining an energy consumption rate of the WIFI device and the Zigbee device; Determining the presence of an access point by calculating RSSI information received from a Zigbee device, receiving channel information from the WIFI device, and determining a scanning device based on information obtained from the Zigbee device and the WIFI device. It includes a step.

본 발명에 따르면, 현재 스마트폰의 장치 상태를 파악함으로써 각 장치의 에너지 소모율을 고려한 최적의 파라미터를 산출하여 AP를 탐색하기 위한 에너지의 소모를 감소시키고, 지그비, WIFI로부터 얻은 채널 정보를 이용하여 자체 알고리즘을 통한 센싱 장비 스케줄링을 수행함으로써 false alarm을 줄일 수 있으며, false positive ratio가 1인 최악의 경우에서도 WIFI나 feature detection을 사용하는 ZIGBEE 단일장비를 사용하는 경우보다 적은 에너지를 소모하면서 효율적으로 AP를 탐지할 수 있다. According to the present invention, by determining the current state of the device of the smartphone to calculate the optimal parameters in consideration of the energy consumption rate of each device to reduce the consumption of energy for discovering the AP, by using the channel information obtained from Zigbee, WIFI Scheduling of sensing devices through algorithms can reduce false alarms.In the worst case with a false positive ratio of 1, APs can be efficiently used while consuming less energy than using a single device using WIFI or feature detection. Can be detected.

도 1은 ZIFI와 WIFI의 에너지 소모율을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서 사용되는 주파수 필터의 기본 개념을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 스케줄링 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 테스트 환경을 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 성능을 평가하기 위한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a graph comparing energy consumption rates of ZIFI and WIFI.
2 illustrates a basic concept of a frequency filter used in an access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a scheduling algorithm of an access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing the configuration of an access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a test environment of an access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention.
6 to 9 are graphs showing the results of experiments for evaluating the performance of the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

이제 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 방법 및 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다. Now, a method and system for detecting an access point of a smartphone according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

모바일 장치가 802.11 액세스 포인트(Access Point: AP)를 탐지하는 데 있어 가장 큰 문제점은 배터리의 제약이다. 그 중 스마트폰은 WIFI 사용시 802.11 액세스 포인트(Access Point: AP)를 찾기 위해 지속적으로 802.11 채널을 탐색하는데, 스마트폰의 다이나믹한 이동성에 따라 에너지 소모가 증가된다. 에너지 소모가 상대적으로 적은 장치를 이용하여 AP를 찾는 연구는 많이 진행되었으나, 그 장비들의 AP 탐지능력은 802.11 NIC에 비해 떨어지는데, 이는 그 장비들이 802.11 비컨 신호를 수신하기 위해 제작된 것이 아니기 때문이다. 따라서 이러한 장비를 이용할 때 사용자는 정확도를 높이기 위해 상대적으로 많은 샘플을 수집해야 한다. 이는 결국 장치의 사용시간을 증가시켜, 에너지를 많이 소모하도록 한다. 결국 일반적인 802.11 NIC의 active scan 보다 에너지를 더 소모하고, 더 부정확한 탐지를 하는 비효율적인 현상이 발생할 수도 있다. 이러한 비효율을 방지하기 위하여 본 발명에서는 먼저 각 장비의 하드웨어 특성을 파악하여 이러한 에너지 소모를 분석하였다.The biggest problem for mobile devices in detecting 802.11 access points (APs) is battery limitations. Among them, smartphones constantly search 802.11 channels to find 802.11 access points (APs) when using WIFI, and energy consumption increases according to the dynamic mobility of smartphones. Many studies have been conducted to find APs using devices with relatively low energy consumption, but the AP detection capability of the devices is inferior to that of 802.11 NICs because the devices are not designed to receive 802.11 beacon signals. Therefore, when using such equipment, users must collect a relatively large number of samples to increase accuracy. This in turn increases the operating time of the device, which consumes a lot of energy. As a result, it may consume more energy and produce more inaccurate detection than the active scan of a typical 802.11 NIC. In order to prevent such inefficiency, the present invention first analyzed the hardware characteristics of each equipment to analyze the energy consumption.

802.11 NIC와 지그비 장치의 에너지 소모율이 다음의 표 1에 나타나 있다.The energy consumption rates of 802.11 NICs and ZigBee devices are shown in Table 1 below.

WIFIWIFI ZIGBEEZIGBEE SleepSleep 40mW40 mW MSP430 Active modeMSP430 Active mode 630μW630 μW ListenListen 800mW800 mW MSP430 Standby modeMSP430 Standby mode 2.31μW2.31 μW ReceiveReceive 900mW900 mW CC2420 ReceiveCC2420 Receive 41.4mW41.4 mW TransmitTransmit 2,000mW2,000 mW CC2420 TransmitCC2420 Transmit 36.54mW36.54mW

표 1은 각각 Maxfor TelosB mote와 Atheros chipset WIFI NIC를 기준으로 작성된 것이다. 각 모드별 에너지 소모를 멀티미터를 이용한 실측을 통해 데이터시트와 비교하여 검증하였다.Table 1 is based on Maxfor TelosB mote and Atheros chipset WIFI NIC, respectively. The energy consumption of each mode was verified by using a multimeter and compared with the data sheet.

이러한 데이터를 바탕으로 기존의 지그비를 사용하는 방식 중, 샘플링을 통한 Feature Detection 방식의 에너지 소모를 분석하였다. 분석 대상으로는 ZIFI를 선정하였다. ZIFI는 비컨 간격이 80-120ms 안에 있다고 가정하고, 최대 8개 이상의 샘플을 수집하여 common multiple folding을 통해 AP의 존재여부를 파악한다. ZIFI에서는 각 장치의 에너지 소모율을 실제로 측정하였는데, 측정 기준은 ZIFI의 경우 1.22초 동안 샘플 수집하는 것을 1회로 하고, WIFI는 매 20초마다 5초씩 센싱을 수행하였다. 이러한 측정기준과 해당 장비의 데이터시트를 이용하여 ZIFI의 에너지 소모율을 수학적으로 분석하였다. 그 결과는 도 1a에 나타난 바와 같다.Based on these data, we analyzed the energy consumption of the Feature Detection method through sampling among the existing Zigbee methods. ZIFI was selected as the analysis target. ZIFI assumes that the beacon interval is within 80-120ms, and collects up to eight or more samples to determine the presence of AP through common multiple folding. In ZIFI, the energy consumption rate of each device was actually measured. In the case of ZIFI, one sample was collected for 1.22 seconds, and WIFI sensed 5 seconds every 20 seconds. Using these metrics and the instrument's datasheet, the energy consumption of ZIFI was analyzed mathematically. The result is as shown in Figure 1a.

그러나 miss opportunity 측면에서 다시 분석을 해볼 경우 이러한 상황은 WIFI에게 불공정(unfair)함을 알 수 있다. 즉, 스캔 간격이 ZIFI의 경우 1.22초이고 WIFI의 경우 20초이기 때문이다. 또한 센싱 시간(duration)의 경우도 ZIFI가 1회값이면 WIFI도 1회 센싱을 해야 하므로, WIFI의 센싱 시간은 위의 데이터와 같이 2.12ms로 해야 한다. However, if we reanalyze in terms of miss opportunity, we can see that this situation is unfair to WIFI. That is, the scan interval is 1.22 seconds for ZIFI and 20 seconds for WIFI. In addition, in the case of the sensing time (duration), if the ZIFI is a single value, the WIFI must be sensed once, so the sensing time of the WIFI must be 2.12 ms as in the above data.

따라서 이러한 기준치를 만족하는 새로운 에너지 소모 분석을 실시하였다. 여기에서 ZIFI의 센싱 시간은 제안된 최소값인 800ms로 설정하였다. 도 1b는 WIFI NIC의 부팅 에너지와 지연이 없고, 센싱을 하지 않을 때는 WIFI NIC를 오프한다고 가정하였을 경우의 에너지 소모를 나타낸 그래프이다. Therefore, a new energy consumption analysis was conducted to meet these criteria. In this case, the sensing time of ZIFI is set to 800ms, the minimum value proposed. FIG. 1B is a graph illustrating energy consumption when no booting energy and delay of the WIFI NIC are assumed and the WIFI NIC is turned off when no sensing is performed.

도 1c는 센싱을 하지 않을 경우 WIFI NIC가 전력 절감 모드로 대기하는 것을 가정하였다.1c assumes that the WIFI NIC is waiting in a power saving mode when no sensing is performed.

분석 결과 동일한 miss opportunity에서는 feature detection을 사용할 경우 ZIFI가 WIFI보다 에너지 소모가 많은 것을 볼 수 있다. 이의 원인은 feature detection을 하게 될 경우 수집하는 샘플의 수가 많아야 정확도가 향상되므로, 이를 위한 작동시간의 상승에 의하여 에너지 소모가 증가하는 것으로 볼 수 있다. The analysis shows that ZIFI consumes more energy than WIFI when feature detection is used at the same miss opportunity. The reason for this is that when the feature detection is performed, the accuracy is improved only when the number of samples to be collected is increased. Therefore, the energy consumption is increased by the increase of the operating time.

다음으로 각 장비의 에너지 소모량의 변화에 따른 스마트폰의 에너지 효율과 지그비의 스캔 시간의 상관관계에 대해 분석하였다. Next, we analyzed the correlation between the energy efficiency of smartphones and the scan time of ZigBee according to the energy consumption of each device.

이하에서 사용된 표기(notation)는 다음의 표 2와 같다.The notation used below is shown in Table 2 below.

Energy(W)Energy (W) Time(sec)Time (sec) EwasEwas WIFI Active Scan(J)WIFI Active Scan (J) TwiTwi WIFI Scan IntervalWIFI Scan Interval EwbEwb WIFI Boot-upWIFI Boot-up TwbTwb WIFI Boot-up DelayWIFI Boot-up Delay EzrEzr ZIGBEE ReceiveZIGBEE Receive TzdTzd ZIGBEE Scan DurationZIGBEE Scan Duration EzsEzs ZIGBEE SleepZIGBEE Sleep TziTzi ZIGBEE Scan IntervalZIGBEE Scan Interval

Ew와 Ez를 각각 WIFI NIC와 지그비가 스캔 시에 사용하는 에너지로 정의한다. 이 때 지그비를 이용한 방식이 WIFI NIC를 이용하여 1회 액티브 스캔한 경우에 비해 에너지 이득을 얻기 위해서는 Ew>Ez를 만족하여야 한다. WIFI가 스캔을 하지 않을 때에는 오프 상태로 전환하고, Ewb, Twb=0으로 가정할 경우 이를 다음의 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다. Ew and Ez are defined as the energy that the WIFI NIC and Zigbee use for scanning, respectively. At this time, the Zigbee-based method must satisfy Ew> Ez in order to obtain energy gain compared to the case of one-time active scan using the WIFI NIC. When the WIFI does not scan, it is turned off, and if Ewb and Twb = 0, it can be expressed as Equation 1 below.

Figure 112011095270188-pat00001
Figure 112011095270188-pat00001

Ewas, Ezr가 하드웨어에 의존하는 상수이고, Tzi, Twi를 사용자가 정의할 경우, Tzd는 다음의 [수학식 2]로 나타낼 수 있다. If Ewas and Ezr are hardware dependent constants, and Tzi and Twi are defined by the user, Tzd can be represented by the following [Equation 2].

Figure 112011095270188-pat00002
Figure 112011095270188-pat00002

위의 [수학식 1]의 상황은 WIFI NIC의 부트업 지연을 고려하지 않은 경우여서 현실적이지 못하므로, 평상시 WIFI NIC가 PSM으로 대기하다가 필요시 액티브 스캔을 수행하는 것을 가정할 경우에는 이를 다음의 [수학식 3] 및 [수학식 4]로 표현할 수 있다. The situation in [Equation 1] above is not realistic because it does not take into account the boot-up delay of the WIFI NIC. Therefore, it is assumed that the WIFI NIC normally waits in PSM and performs an active scan when necessary. It can be represented by [Equation 3] and [Equation 4].

Figure 112011095270188-pat00003
Figure 112011095270188-pat00003

Figure 112011095270188-pat00004
Figure 112011095270188-pat00004

Figure 112011095270188-pat00005
Figure 112011095270188-pat00005

Figure 112011095270188-pat00006
Figure 112011095270188-pat00006

Figure 112011095270188-pat00007
Figure 112011095270188-pat00007

Figure 112011095270188-pat00008
Figure 112011095270188-pat00008

Figure 112011095270188-pat00009
Figure 112011095270188-pat00009

Figure 112011095270188-pat00010
Figure 112011095270188-pat00010

위의 [수학식 5]와 [수학식 6]은 WIFI NIC가 평상시 오프 상태로 대기하다가 필요시 웨이크업하는 경우를 나타낸다. 즉 부트업 지연 Twb와 부트업 에너지 Ewb가 0이 아닌 경우이다. 여기에서 Ewb는 평균적으로 WIFI NIC의 PSM에서의 초당 에너지 소모율을 따른다고 가정하였고, Twb의 경우 자체 제작한 테스트베드에서 실험을 통해 얻은 값인 255ms로 설정하였다. 실험값은 1000회 반복 후 평균값을 사용하였으며, 실험에 사용된 테스트베드는 이후에 상세히 설명한다.[Equation 5] and [Equation 6] represent the case where the WIFI NIC normally waits in the off state and wakes up when necessary. That is, the bootup delay Twb and the bootup energy Ewb are not zero. Here, it is assumed that Ewb follows the average energy consumption rate per second in the PSM of the WIFI NIC, and Twb is set to 255ms, which is the value obtained through experiments on a self-made test bed. The experimental value was used as the average value after 1000 iterations, the test bed used in the experiment will be described in detail later.

상기한 수학식들을 통해, 일정한 조건 하에서 에너지 이득을 얻기 위한 Tzd의 상한과 이에 따른 에너지 이득을 예측할 수 있다. 지그비와 WIFI NIC의 에너지 소모만을 고려할 경우, 각 지그비 제조사별 Tz의 상한은 다음의 표 3에 나타난 바와 같다. 여기에서 WIFI NIC는 Atheros chipset을 기준으로 하였다. 또한 지그비의 부트업 지연과 에너지는 매우 작으므로 무시할 수 있다고 가정하였다. 표 3의 Tzd 값은 스마트폰의 하드웨어에 따라 다른 값이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 개별 스마트폰의 장비 상황에 따라서 상술한 조건을 사용하여 해당장비의 에너지 이득을 계산할 수 있으며, 지그비의 사용여부를 장치 스스로 판단할 수 있도록 도와준다.Through the above equations, it is possible to predict the upper limit of Tzd and the resulting energy gain under certain conditions. Considering only the energy consumption of Zigbee and WIFI NIC, the upper limit of Tz for each Zigbee manufacturer is shown in Table 3 below. Here WIFI NIC is based on Atheros chipset. We also assume that Zigbee's bootup delay and energy are very small and can be ignored. The Tzd values in Table 3 differ depending on the hardware of the smartphone. According to an embodiment of the present invention, the energy gain of the corresponding device can be calculated using the above-described conditions according to the equipment situation of the individual smartphone, and the device helps to determine whether the device uses Zigbee.

DeviceDevice Time(sec)Time (sec) Power savingPower saving Power offPower off Power off & Boot upPower off & Boot up Maxfor telosbMaxfor telosb 1.01181.0118 0.06140.0614 0.30430.3043 Cross Bow telosbCross bow telosb 0.81590.8159 0.04950.0495 0.24540.2454 Memsic telosbMemsic telosb 0.63240.6324 0.03840.0384 0.19020.1902

상술한 바와 같은 분석에 따라 에너지 소모를 고려한 최적의 탐지 모델을 제안한다. 이러한 탐지 모델의 목표는 false negative와 지그비의 스캔 시간을 최소화하는 것이다. According to the above analysis, we propose an optimal detection model considering energy consumption. The goal of this detection model is to minimize scan times for false negatives and ZigBee.

이는 지그비에 의한 스캔으로 인해 false negative가 발생한다고 가정할 경우, 사용자는 AP에 접속할 기회를 놓치게 되는데, 이는 결국 사용자 편의를 위한 보조장비가 사용자의 이용 기회를 제한하는 역효과를 발생시키는 것으로 볼 수 있기 때문이다. This assumes that a false negative occurs due to a scan by ZigBee, and the user misses the opportunity to access the AP, which can be seen as an adverse effect of limiting the user's access to the assistive device. Because.

또한 false positive를 감소시키기 위해 샘플을 많이 수집할 경우, 스캔 시간이 길어지게 되는데 이는 결국 에너지 소모를 증가시키는 악영향을 준다. 그러나 false negative를 최소화하기 위해 단순한 알고리즘을 사용하거나, detection threshold를 민감하게 설정하는 경우, false positive가 기존 방식에 비해 크게 증가하는 문제점이 발생한다.Also, if you collect a lot of samples to reduce false positives, the scan time will be longer, which in turn increases the energy consumption. However, if a simple algorithm is used to minimize false negatives or if the detection threshold is sensitively set, there is a problem in that false positives increase significantly compared to the conventional methods.

본 발명의 실시예에 따르면 이러한 문제점을 스캐닝 장비 스케줄링을 통해 해결하고자 한다. 이와 같은 알고리즘의 궁극적인 목표는 최악의 상황을 가정하여 false positive가 1에 가까울 경우에도 기존의 단일 장비에 의한 단독 스캔보다 에너지 소모율은 적으면서도 동일한 탐색 간격을 가지게 하는 것이다. According to an embodiment of the present invention, this problem is solved through scanning equipment scheduling. The ultimate goal of these algorithms is to assume the worst case scenario so that even if the false positive is close to 1, the search interval is the same as the energy consumption rate is lower than that of a single scan by a single device.

A. Feature Detection과 Energy Detection의 결합A. Combination of Feature Detection and Energy Detection

이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서는 지그비를 사용한 탐지 모델을 설계한다. 채널의 상태를 샘플링하여 신호를 탐지하는 방식은 feature detection과 energy detection의 두 가지 분야로 분류할 수 있다. 각각의 장단점은 다음의 표 4와 같다.To this end, in the access point detection system of a smart phone according to an embodiment of the present invention, a detection model using Zigbee is designed. The method of detecting a signal by sampling the state of a channel can be classified into two fields, feature detection and energy detection. Pros and cons of each are listed in Table 4 below.

Feature DetectionFeature Detection Energy DetectionEnergy detection False PositiveFalse positive LowLow HighHigh False NegativeFalse Negative HighHigh LowLow Sensing DurationSensing Duration LongLong ShortShort Energy ConsumptionEnergy consumption HighHigh LowLow

Feature detection의 경우 상대적으로 false positive가 작아서 잘못된 판단으로 인한 에너지 소모가 적다. 그러나 false negative의 발생과 많은 샘플을 수집함으로써 작동시간을 증가시켜, 전체적인 에너지 소모는 크다.In the case of feature detection, false positives are relatively small, resulting in low energy consumption due to false judgments. However, by increasing the operating time by generating false negatives and collecting many samples, the overall energy consumption is large.

Energy detection의 경우 해당 채널에서 노이즈가 아닌 신호의 크기만을 감지하기 때문에 많은 샘플이 필요없다. 따라서 전체적인 탐색 시간이 짧아 에너지 소모가 적다. 또한 필터링에 따른 손실이 적어 false negative가 적게 발생하나, 상대적으로 false positive가 크다. 이러한 트레이드오프를 가지는 환경에서 앞서 제시한 제한사항을 만족하기 위하여 두 가지 방식을 적절하게 혼합한다. 즉, 기본적으로 energy detection을 수행하여 시간을 최소화하고, 에너지 소모를 작게 한다. 그러나 일반적인 노이즈나 다른 장비에 반응하는 것을 최소화할 수 있도록 단순한 feature detection을 수행한다. Energy detection does not require many samples because it only detects the magnitude of the signal, not the noise, on that channel. Therefore, the overall search time is short, which consumes less energy. In addition, there are few false negatives due to the small loss due to filtering, but the false positives are relatively large. In an environment with such a tradeoff, the two approaches are appropriately mixed to meet the above limitations. That is, energy detection is basically performed to minimize time and reduce energy consumption. However, simple feature detection is performed to minimize the reaction to general noise or other equipment.

B. Counter Filter B. Counter Filter

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서는 앞서 구한 Tzd의 제한을 만족하면서 false negative를 최소화한 카운터 필터를 설계하였다. 이 필터는 비컨의 에어타임을 기준으로 하여 이와 유사한 인위적인 신호를 찾는 것을 목적으로 한다. 또한 샘플 수집 수와 계산 복잡도를 최소화하여 시간제약을 만족할 수 있도록 하였다.In the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention, the counter filter is designed to minimize the false negative while satisfying the above limitation of Tzd. The filter aims to find similar artificial signals based on the beacon's airtime. In addition, the time limit is satisfied by minimizing the number of sample collections and the computational complexity.

이 주파수 필터의 기본 개념이 도 2에 나타나 있다. The basic concept of this frequency filter is shown in FIG.

필터는 기본적으로 지그비의 RSSI 측정방식과 AP의 비컨 신호의 특성을 바탕으로 한다. 채널 샘플링에 사용되는 지그비는 매 32us 간격으로 RSSI 레지스터의 값을 업데이트한다. 이 때 이 값은 직전 128us의 값의 평균이다. AP의 비컨 신호의 에어타임은 256us-11720us 정도이다. 이 특성을 바탕으로 128us 간격으로 얻어진 샘플을 분석할 경우, 2개 이상의 연속되는 동일한 값이 레지스터로부터 얻어진다. 이 때 노이즈에 의한 false positive가 발생할 수 있다. 이를 1차적으로 128us 동안 센싱값을 평균, 레지스터에 저장하는 과정을 통해 감소시킨다. 2차적으로 샘플값이 분포가 일정할 경우, 즉 임계치 Thrb 안에서 연속값이 2회 이상 나올 경우, 이 샘플을 노이즈가 아닌 신호로 판단한다. 이 RSSI 값 중 최대값을 A의 신호로 간주한다. 또한 데이터 트래픽과 비컨 신호를 구분하기 위하여 센싱 주기와 에어타임을 고려 빈도 수가 일정 수 이내에 존재할 경우에만 신호로 인식하도록 한다. 예를 들면 구현 시에는 Thrb=±2dBm으로 할 수 있다. 카운터 필터의 작동방식을 다음의 의사코드(Algorithm 1)로 나타낼 수 있으며, 표 5는 카운터 필터에서 사용된 표기이다.The filter is basically based on Zigbee's RSSI measurement and AP's beacon signal characteristics. Zigbee used for channel sampling updates the value of the RSSI register every 32us. This value is then the average of the previous 128us. The airtime of the beacon signal of the AP is about 256us-11720us. Based on this property, when analyzing samples obtained at 128us intervals, two or more consecutive identical values are obtained from the register. In this case, false positives may occur due to noise. This is primarily reduced by averaging the sensed value for 128us and storing it in a register. Secondly, when the sample value is uniformly distributed, i.e., when the continuous value occurs more than two times within the threshold Thr b , the sample is determined as a signal that is not noise. The maximum value of these RSSI values is regarded as the signal of A. In addition, in order to distinguish the data traffic and the beacon signal, it is recognized as a signal only when the number of sensing periods and airtime consideration frequency is within a certain number. For example, in implementation, Thr b = ± 2dBm. The operation of the counter filter can be represented by the following pseudo code (Algorithm 1), and Table 5 shows the notation used in the counter filter.

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Algorithm 1 Counter Filter Algorithm 1 Counter Filter

=============================================================================================================================== ===========================

Cmax <= Maximal beacon airtime/Ti-1 Cmax <= Maximal beacon airtime / Ti-1

Cmin <= Minimal beacon airtime/Ti-1 Cmin <= Minimal beacon airtime / Ti-1

Cbuf <= 0 Cbuf <= 0

Xmax <= 0 Xmax <= 0

Receive X from ZIGBEEReceive X from ZIGBEE

for i from 0 to Tw by 1 do for i from 0 to Tw by 1 do

if Xi < thr a then if Xi < thr a then

Xi = 0 Xi = 0

end ifend if

if Xi > xmax or Sbuf > 0 then if Xi > xmax or Sbuf > 0 then

if Xbuf == 0 then if Xbuf == 0 then

Xbuf = XiXbuf = Xi

Cbuf = Cbuf + 1Cbuf = Cbuf + 1

elseelse

if Xi in Thrb then if Xi in Thr b then

Cbuf = CbufCbuf = Cbuf

elseelse

if Cmax≥Cbuf≥Cmin then if C max≥Cbuf≥Cmin then

Xmax = XbufXmax = Xbuf

Xbuf, Cbuf = 0Xbuf, Cbuf = 0

elseelse

Xbuf, Cbuf = 0Xbuf, Cbuf = 0

end ifend if

end ifend if

end ifend if

end ifend if

end forend for

=============================================================================================================================== ===========================

TiTi Sensing IntervalSensing Interval TwTw Window SizeWindow size CmaxCmax upper bound of counterupper bound of counter XiXi sequential value of RSSsequential value of RSS CminCmin lower bound of counterlower bound of counter XmaxXmax output from filteroutput from filter CbufCbuf buffer of counterbuffer of counter XbufXbuf buffer of RSSbuffer of RSS Thra Thr a RSS thresholdRSS threshold Thrb Thr b RSS relation thresholdRSS relation threshold

C. Scanning Devices SchedulingC. Scanning Devices Scheduling

상술한 카운터 필터의 경우 다른 802.11 애드혹 장비나 지그비 장비의 신호에 반응할 확률이 매우 높다. 스마트폰의 배터리 제약을 고려할 경우 false positive의 증가는 불필요한 에너지 소모로 연결되어 전체적인 작동 가능 시간을 감소시킨다. The counter filter described above has a high probability of responding to signals of other 802.11 ad hoc devices or Zigbee devices. Considering the battery limitations of smartphones, increasing false positives leads to unnecessary energy consumption, which reduces the overall operational time.

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서는 이러한 false positive를 WIFI NIC와 지그비 간의 협력을 통하여 해결한다. In the access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention, such false positives are resolved through cooperation between the WIFI NIC and Zigbee.

WIFI NIC와 지그비 간의 스캐닝 스케줄을 적절히 조절함으로써 false positive가 매우 높은 극단적인 상황에서도 어느 한 장비를 사용한 경우보다 에너지 소모가 작도록 설계한다. By properly adjusting the scanning schedule between the WIFI NIC and ZigBee, it is designed to consume less energy than in any case, even in extreme situations with very high false positives.

도 3과 알고리즘 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 스케줄링 알고리즘을 보여준다. 각 스캐닝 슬롯 간의 간격인 스캔 간격을 Ti로 정의한다. 매 슬롯마다 지그비 또는 WIFI NIC를 사용하여 채널을 스캔한다. 최초 스캔을 지그비를 사용하여 스캔하고 WIFI NIC는 전력이 오프된 상태로 대기한다. 만약 AP가 존재한다고 판단될 경우 Ti 이후 다음 스캔시 WIFI를 동작(on)시킨 후 이를 이용하여 스캔한다. 이 때 소모되는 에너지와 시간은 WIFI NIC가 부팅되는 에너지와 시간에 WIFI가 1회 액티브 스캔하는 에너지를 포함한다. 3 and Algorithm 2 show a scheduling algorithm of an access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention. A scan interval, which is an interval between scanning slots, is defined as Ti. Every slot is scanned using ZigBee or a WIFI NIC. The initial scan is scanned using ZigBee, and the WIFI NIC waits with the power off. If it is determined that the AP exists, the next scan after Ti operates WIFI (on) and scans using it. The energy and time consumed at this time include the energy that the WIFI performs once and active scan at the time and energy at which the WIFI NIC is booted.

최악의 경우를 가정하여 매 지그비 스캔마다 false negative가 발생할 경우 지그비 대 WIFI의 비율은 1:1이 된다. 이러한 상황에서 초당 평균 에너지 소모율이 WIFI 또는 지그비의 단독 스캔보다 이득을 얻을 수 있도록 Tzd를 설정한다. Assuming the worst case, the ratio of ZigBee to WIFI is 1: 1 when a false negative occurs in every ZigBee scan. In this situation, set Tzd so that the average energy consumption per second can gain over a single scan of WIFI or ZigBee.

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Algorithm 2 Device Scheduling for Channel Scanning Algorithm 2 Device Scheduling for Channel Scanning

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flag <= ZIGBEEflag <= ZIGBEE

Zigbee_Power <= OFFZigbee_Power <= OFF

WIFI_Power <= OFFWIFI_Power <= OFF

looploop

ifif flog = ZIGBEEflog = ZIGBEE thenthen

Zigbee_Power <= ONZigbee_Power <= ON

Scan the channel and Send Rsz Scan the channel and Send Rsz

Zigbee_Power <= OFFZigbee_Power <= OFF

Rfz <= CounterFilter <= RszRfz <= CounterFilter <= Rsz

if Rfz == Positive then if Rfz ==Positive then

flag <= WIFIflag <= WIFI

elseelse

do nothing do nothing

end ifend if

elseelse

WIFI_Power <= ONWIFI_Power <= ON

Scan the channel and Send Rsw Scan the channel and Send Rsw

WIFI_Power <= OFFWIFI_Power <= OFF

if Rsw == Positive then if Rsw == Positive then

Associate with APAssociate with AP

Break loop Breakloop

elseelse

flag <= ZIGBEEflag <= ZIGBEE

end ifend if

end ifend if

Wait for Scanning interval Wait for Scanning interval

end loopend loop

=============================================================================================================================== ===========================

다음의 표 6은 스케줄링에서 사용된 표기이다.Table 6 below is a notation used in scheduling.

RfzRfz Filtering result of ZIGBEEFiltering result of ZIGBEE RszRsz sensing result of ZIGBEEsensing result of ZIGBEE RswRsw sensing result of WIFIsensing result of WIFI

D. False AlarmD. False Alarm

시스템에서 발생하는 false alarm은 각각 false positive와 false negative로 나뉠 수 있다. False alarms in the system can be divided into false positive and false negative, respectively.

1) false negative: 이 시스템에서 false negative는 스마트폰이 AP의 통신 가능영역 안에 있는 경우에 시스템이 주변에 AP가 없다고 판단하는 경우로 정의된다. 이러한 현상이 발생되는 요인은 크게 지그비 하드웨어 자체의 문제로 볼 수 있다. 지그비 하드웨어 자체의 문제는 노드 자체가 WIFI를 센싱하기 이해 만들어진 장비가 아니라 802. 15.4를 위해서 만들어진 장비이기 때문에 발생한다. 하드웨어가 WIFI 패킷을 디코딩할 수 없기 때문에 CCA를 이용하여 무선 채널의 BUSY 여부의 판단 만으로 AP의 샘플을 수집하여야 한다. 즉 오로지 무선 채널의 에너지의 존재여부 및 그 크기 정보만을 얻어 이를 적절하게 샘플링하는 방법뿐이다. 1) false negative: In this system, false negative is defined as the case where the system determines that there is no AP in the vicinity when the smartphone is in the communication range of the AP. The cause of this phenomenon is largely a problem with the Zigbee hardware itself. The problem with the ZigBee hardware itself is that the node itself is not designed to sense WIFI, but rather it is built for 802. 15.4. Since the hardware cannot decode the WIFI packet, the sample of the AP should be collected only by determining whether the wireless channel is BUSY using CCA. That is, the only method is to obtain only the existence of energy of the radio channel and its size information and to properly sample it.

여기에 하드웨어적으로 802.11 장비보다 지그비가 5-10dBm 정보로 수신감도가 떨어지기 때문에 탐지할 수 있는 영역이 WIFI 장비에 비해 줄어들게 된다. 이중 수신 감도에 의한 false negative는 하드웨어 자체의 문제이므로 극복이 불가능하다. In addition, since Zigbee is less sensitive to 5-10dBm information than 802.11 devices in hardware, the area of detection is reduced compared to WIFI devices. False negative due to dual reception sensitivity is a problem of the hardware itself and cannot be overcome.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서는 알고리즘에 기인한 false negative의 최소화에 초점을 맞춘다. 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서는 feature를 비컨의 에어타임과 신호 세기의 연속성으로 판단하고 그 문턱값(threshold)을 민감하게 설정하였기 때문에 false negative 면에서 에러가 최소화될 수 있다. 한편 false negative의 경우 좀 더 엄격하게 판단하여야 한다.Therefore, the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention focuses on minimizing false negatives caused by the algorithm. In an access point detection system of a smart phone according to an embodiment of the present invention, since the feature is determined as the continuity of the airtime and the signal strength of the beacon, and the threshold is sensitively set, the error may be minimized in terms of false negatives. have. On the other hand, false negatives should be judged more strictly.

2) false positive: false positive는 실제적으로 AP를 사용할 수 없는 영역에 스마트폰이 위치하고 있는 상황에서 AP가 있다고 판단하는 경우이다. 이러한 현상이 발생되는 원인은 feature detection을 사용할 때 실제 샘플링한 값이 목적으로 하는 feature와 상당하게 유사할 경우 발생한다. 2) false positive: A false positive is a case where the AP is determined in a situation where the smartphone is located in an area where the AP cannot be actually used. The cause of this phenomenon occurs when the actual sampled value is substantially similar to the target feature when using feature detection.

지그비가 수집하는 샘플은 시간과 신호 세기 정보 두 가지를 가지고 있다. 이를 통해 1차적으로 threshold 이상의 값만 추출한다. 다음은 신호의 길이를 파악하여 802.11 비컨의 에어타임과 비교한다. 이 때 신호크기의 유사성을 포함하여 판단한다. 이러한 상황에서의 false alarm 은 1) 비컨과 유사한 에어타임을 갖는 데이터 패킷이 있는 경우, 2) 다른 장비의 무선 특성이 비컨 신호의 길이와 유사한 경우, 3) threshold를 넘어서는 연속적인 노이즈가 발생할 경우 등에 발생할 수 있다. 결국 어느 영역 안에서 AP가 아닌 다른 장비(예를 들어 스테이션 등)의 분포가 false positive에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 볼 수 있다. The sample ZigBee collects contains both time and signal strength information. Through this, only values above threshold are extracted first. Next, determine the signal length and compare it to the airtime of the 802.11 beacon. In this case, the determination is made including the similarity of the signal size. In such a situation, false alarms are 1) when there is a data packet with air time similar to beacon, 2) when the radio characteristics of other equipment is similar to the length of the beacon signal, and 3) when continuous noise occurs beyond the threshold. May occur. As a result, the distribution of equipment other than the AP within a certain area (eg, station, etc.) has the greatest influence on the false positive.

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 목표는 지그비, WIFI, CPU 등 스마트폰에 부여된 다양한 장비를 사용하여 WIFI 서비스 제공시 최적의 효율을 얻는 것이다. 이 세 가지 장비는 각각 다른 특징을 가지고 있다. 지그비의 경우 사용시 에너지 소모가 적으나, 자체 CPU의 연산속도가 떨어지고 AP의 비컨 신호를 디코딩하지 못하기 때문에 정확도가 떨어진다. WIFI의 경우 신속하고 정확하게 AP 신호를 찾아낼 수 있으나, 대기전력이 매우 크다. 스마트폰의 메인프로세서의 경우 빠른 연산속도를 가지고 있다. An object of the smart phone access point detection system according to an embodiment of the present invention is to obtain the optimum efficiency when providing a WIFI service using a variety of equipment, such as ZigBee, WIFI, CPU. Each of these three devices has different characteristics. ZigBee uses less energy when using ZigBee, but its accuracy is lowered because its CPU speed decreases and it cannot decode the beacon signal of the AP. In the case of WIFI, the AP signal can be detected quickly and accurately, but the standby power is very large. The main processor of the smartphone has a fast operation speed.

이러한 각 장비의 장단점을 고려하여 설계된 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 구성이 도 4에 나타나 있다. The configuration of the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention designed in consideration of the advantages and disadvantages of each of the equipment is shown in FIG.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템(100)은 샘플링을 담당하는 지그비 장치(110), AP 신호의 존재 여부를 확인하는 WIFI 장치(120), 그리고 샘플링된 신호를 필터링하고 WIFI 장치를 제어하는 전체 과정을 총괄하는 코디네이터 컴포넌트(130)를 포함한다. As shown in FIG. 4, the access point detection system 100 of the smart phone according to the embodiment of the present invention includes a Zigbee device 110 in charge of sampling, a WIFI device 120 confirming the presence of an AP signal, and And a coordinator component 130 that oversees the entire process of filtering the sampled signal and controlling the WIFI device.

각 장치의 역할은 다음과 같다.The role of each device is as follows.

A. Zigbee deviceA. Zigbee device

지그비 장치(110)의 역할은 탐색하고자 하는 채널의 RSSI 세기를 측정하는 것이다. 최초 작동시 유휴 상태로 대기하고 있다가 코디네이터(130)가 채널 탐색요청을 할 경우에만 작동한다. 코디네이터(130)가 요청한 주파수에 대해 미리 설정된 시간 간격으로 CC2420 chipset의 레지스터에 저장되어 있는 RSSI 정보를 수집한다. 이후 이 정보를 코디네이터(130)에게 신속하게 전달한다.The role of the Zigbee device 110 is to measure the RSSI strength of the channel to be searched. It waits for the first time and operates only when the coordinator 130 makes a channel search request. The coordinator 130 collects RSSI information stored in a register of the CC2420 chipset at a predetermined time interval for the requested frequency. This information is then quickly delivered to the coordinator 130.

B. WIFI deviceB. WIFI device

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템(100)에서 WIFI 장치(120)의 on-off 권한은 코디네이터(130)에게 있다. WIFI 장치(120)는 평소에는 오프 상태로 대기하고 있다가 채널의 정확한 탐색이 필요할 때 코디네이터(130)가 WIFI 장치(120)를 작동시키고 채널 스캔 요청을 보낸다. 이를 수신한 WIFI 장치(120)는 요청된 정보에 따라 즉각적으로 채널의 상태를 측정하여 코디네이터(130)에게 송신하고 이를 수신한 코디네이터(130)는 즉시 WIFI 장치(120)를 오프시킨다. In the access point detection system 100 of the smart phone according to the embodiment of the present invention, the on-off right of the WIFI device 120 belongs to the coordinator 130. The WIFI device 120 normally waits in the off state, and when the coordination of the channel is required, the coordinator 130 operates the WIFI device 120 and sends a channel scan request. Upon receiving this, the WIFI device 120 immediately measures the state of the channel according to the requested information, and transmits it to the coordinator 130. The coordinator 130, which receives it, immediately turns off the WIFI device 120.

C. CoordinatorC. Coordinator

코디네이터(130)는 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템(100)의 모든 작업을 총괄한다. 코디네이터(100)는 스마트폰 등 모바일 장치의 OS에 상주하며, 1) 현재 스마트폰의 장치 상태를 파악함으로써 각 장치의 에너지 소모율을 고려한 최적의 파라미터를 산출하여 AP를 탐색하기 위한 에너지의 소모를 감소시키고, 2) 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 고속의 CPU를 통해 빠르게 연산하여 AP의 존재유무를 파악하고, 3) 지그비, WIFI로부터 얻은 채널 정보를 이용하여 자체 알고리즘을 통한 센싱 장비 스케줄링을 수행하며, 4) 스마트폰이 보유한 장치의 작동 권한을 가지고 이를 컨트롤함으로써 에너지 소모를 감소시킨다. The coordinator 130 is in charge of all operations of the access point detection system 100 of the smart phone according to the embodiment of the present invention. The coordinator 100 resides in the OS of a mobile device such as a smartphone, and 1) calculates an optimal parameter in consideration of the energy consumption rate of each device by grasping the current state of the device of the smartphone to reduce energy consumption for searching for an AP. 2) Quickly calculate the RSSI information received from the ZigBee device through a high-speed CPU to determine the presence of an AP, and 3) Perform scheduling of sensing equipment through its own algorithm using channel information obtained from ZigBee and WIFI. , 4) Reduce the energy consumption by controlling the operation of the device owned by the smartphone.

코디네이터(130)의 구성을 도 4를 참고로 좀 더 자세히 살펴보면, 전체 상황을 제어하는 제어부(132), 지그비 및 WIFI 장치(110, 120)를 제어하는 장치 제어부(134), 지그비 장치(110)로부터 수신한 RSSI 정보를 통해 채널의 AP 존재여부를 파악하는 카운터 필터(136), 지그비와 WIFI 장치(110, 120)로부터 얻은 정보를 바탕으로 스캐닝 장치를 결정하는 스케줄러(138)를 포함하고 있다. Looking at the configuration of the coordinator 130 in more detail with reference to Figure 4, the control unit 132 for controlling the overall situation, the device control unit 134, Zigbee device 110 for controlling the Zigbee and WIFI devices 110, 120 It includes a counter filter 136 for determining whether the AP is present in the channel through the RSSI information received from the scheduler, and a scheduler 138 for determining the scanning device based on the information obtained from the Zigbee and the WIFI device (110, 120).

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 테스트베드를 제작하여 그 성능을 평가하였다.The test bed of the access point detection system of the smart phone according to an embodiment of the present invention was produced and its performance was evaluated.

제작한 테스트베드는 CC2440 chip을 장착한 telosB mote와 onboard intel chipset wireless LAN 카드, intel dual core 1.7GHz 프로세서와 2GB RAM, ubuntu 9.10을 OS로 사용하여 구현하였다. The fabricated testbed was implemented using telosB mote with CC2440 chip, onboard Intel chipset wireless LAN card, Intel dual core 1.7GHz processor, 2GB RAM, and ubuntu 9.10.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 테스트 환경을 나타내는 것으로서, 클리어 환경은 도 5의 (a)에 나타난 바와 같이 간섭이 없는 지하주차장이고, 노이즈가 많은 환경은 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이 다종의 장비가 혼재하는 연구실이다. FIG. 5 illustrates a test environment of an access point detection system of a smart phone according to an embodiment of the present invention. The clear environment is an underground parking lot without interference as shown in FIG. As shown in 5 (b), it is a laboratory with a mixture of equipment.

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 false alarm을 실험과 수학적 분석을 통해 평가해보았다. false negative의 경우 실제 실험을 통하여 결과를 얻었고, false positive의 경우 queuing model을 사용하여 수학적으로 분석하였다.The false alarm of the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention was evaluated through experiments and mathematical analysis. In the case of false negatives, the results were obtained through actual experiments, and in the case of false positives, the queuing model was used for mathematical analysis.

1) false negative: 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 탐지 정확도를 측정하기 위하여 노이즈가 없는 환경에서 한 채널을 대상으로 측정하는 것과 노이즈가 많은 환경에서 여러 채널에 대해 측정하는 것의 두 종류의 실험을 실시하였다. 1) false negative: In order to measure the detection accuracy of the access point detection system of the smart phone according to an embodiment of the present invention to measure one channel in a noise-free environment and to measure for several channels in a noisy environment Two kinds of experiments were conducted.

첫번째 실험은 카운터 필터의 정확도를 확인하기 위하여 테스트베드를 활용하여 비컨 신호의 RSSI를 측정하여 이를 WIFI NIC로 측정한 값과 비교하였으며, 실험 환경은 도 5의 (a)에 나타난 바와 같이 지하주차장 내 간섭이 없는 채널에서 실험을 실시하였다. AP는 송신 출력을 조정 가능한 Anygate AP를 사용하였고, 송신 출력은 최대출력(10mW), 25% 출력, 25% 출력+전파차폐물의 세가지 경우로 나누어 실험하였다. 측정은 15m 떨어진 곳에서부터 60m까지 2.5m 간격으로 실시하였다. 각 지점에서 150ms 동안 센싱한 샘플을 이용 카운터 필터를 1회 사용하여 추출한 비컨 신호값과 WIFI 장치를 이용 10회 측정 후 평균한 값을 측정하였다. 이 때 WIFI 신호의 변화와 필터링 결과가 일치할수록 필터의 정확도가 높다. In the first experiment, the RSSI of the beacon signal was measured by using a test bed to confirm the accuracy of the counter filter, and compared with the measured value by the WIFI NIC. The experimental environment is shown in the underground parking lot as shown in FIG. Experiments were conducted on channels without interference. The AP used Anygate AP with adjustable output power, and the output power was divided into three cases of maximum output (10mW), 25% output, 25% output + radio wave shield. Measurements were made at 2.5m intervals from 15m away to 60m. Using the sample sensed for 150ms at each point, the beacon signal value extracted using the counter filter once and the average value after 10 measurements using the WIFI device were measured. At this time, the accuracy of the filter is higher as the WIFI signal changes and the filtering result is matched.

도 6의 (a)와 (b)는 각각 출력 100%와 25%일 때의 실험결과를 나타낸다. 일반적으로 지그비가 WIFI보다 약 10dBm 정도 신호를 약하게 받는 것과 신호의 랜덤변화를 고려할 경우 전체적으로 양호한 성능을 보이는 것을 알 수 있다. 6 (a) and 6 (b) show experimental results when the output is 100% and 25%, respectively. In general, ZigBee receives about 10dBm weaker signal than WIFI and shows good overall performance considering random change of signal.

도 6의 (c)의 경우, false negative를 측정하기 위해 인위적으로 장애물을 설치하였다. 13번 지점에서 RSSI가 카운터 필터의 threshold 이하로 수신되었다. 이때 WIFI의 경우 정상적으로 수신하였기 때문에 이는 false negative로 볼 수 있다. 약 5m 떨어진 15번 지점에서는 WIFI가 약 30%(10회 중 3회) 정도 비컨을 수신하지 못하였고, 이후 지속적으로 수신이 되지 않아 무선랜 접속이 불가능하였다. 이러한 점을 고려할 때 실질적인 false negative의 영역은 5m 정도로 판단되며, 이는 필터의 문제가 아닌 ZIGBEE 하드웨어 자체의 수신감도 문제로 판단된다.In the case of FIG. 6C, obstacles are artificially installed to measure false negatives. At point 13, RSSI was received below the threshold of the counter filter. In this case, since WIFI is normally received, this can be regarded as false negative. At the 15th point about 5m away, WIFI did not receive beacons about 30% (3 times out of 10 times), and since it was not continuously received, wireless LAN connection was impossible. Considering this, the actual false negative area is determined to be about 5m, which is not a filter problem but a reception sensitivity of ZIGBEE hardware itself.

두번째 실험은 다수, 다종의 장비가 혼재하는 환경에서 여러 채널에 대해 측정하는 것이다. 실험 환경은 도 5의 (b)와 같다. 이 실험에서 각각 목표 AP의 신호 세기에 따라 첫번째 AP를 2번 채널, 두번째 AP를 8번 채널에 설정하였다. 주변에는 총 14개의 AP가 존재하였다. 이러한 환경에서 채널을 순차적으로 탐색하여 데이터를 추출하였다. 이 데이터를 바탕으로 노이즈가 많은 환경에서 신호 상태가 양호한 AP가 존재하는 채널을 정확히 찾아낼 수 있다.The second experiment was to measure several channels in a mixed environment of many and many devices. Experimental environment is the same as in FIG. In this experiment, the first AP is set to channel 2 and the second AP is set to channel 8 according to the signal strength of the target AP, respectively. There were 14 APs in the vicinity. In this environment, channels were sequentially searched to extract data. Based on this data, it is possible to pinpoint the channel where the AP in good signal condition exists in a noisy environment.

도 7은 실험결과를 나타내는 그래프이다. 두번째 실험에서는 지정된 환경에서 100%의 정확도로 AP를 찾아낼 수 있었다.7 is a graph showing experimental results. In the second experiment, the AP was found with 100% accuracy in the specified environment.

2) false positive: false positive에 대해서는 queuing model을 사용하여 수학적으로 분석하였는데, false positive의 발생요인은 백색 잡음과 다른 장비에 의한 간섭에 의해 발생될 것으로 판단된다. 실제 상황에서는 간섭장비의 특성이 AP의 비컨 특성과 다르기 때문에, 장비의 밀도가 무조건 false positive에 영향을 주는 것은 아니다. 그러나, 모델의 단순화를 위하여 장비의 등장이 무조건 false positive를 일으키는 최악의 경우를 기준으로 하였다. 간섭이 예상되는 장비로는 블루투스, 지그비, WIFI가 될 수 있다. 이 때 가장 영향이 큰 것은 802.11이 되는데, 그 이유는 전송 파워가 가장 크고 비컨 신호와 유사한 길이의 데이터를 지속적으로 보내기 때문이다. 2) false positives: The false positives were mathematically analyzed using the queuing model. The cause of false positives is believed to be caused by white noise and interference by other equipment. In practice, since the characteristics of the interfering equipment are different from those of the AP, the density of the equipment does not necessarily affect false positives. However, for the sake of simplicity, we used the worst case where equipment appeared unconditionally false positives. Devices that are expected to interfere can be Bluetooth, Zigbee, or WIFI. The most influential one is 802.11, because it has the largest transmit power and continuously sends data of similar length to the beacon signal.

기본적인 모델은 다음과 같다. The basic model is as follows.

사용자의 평균 속력은

Figure 112011095270188-pat00011
이다. 사용자의 활동 반경내 단위면적당 802.11 장비의 수는 ρ이다. 사용자가 이동시 802.11 장비를 만나는 간격은 point poisson process이고, 한 장비 내에 있는 시간은
Figure 112011095270188-pat00012
이며, 이는 exponential distribution을 따른다. 이 때
Figure 112011095270188-pat00013
이고, 여기서 R은 802.11의 송신 범위이다. 위의 가정에 따라 장비에 대한 평균 도달율(arrival rate)과 출발률(departure rate)을 각각
Figure 112011095270188-pat00014
Figure 112011095270188-pat00015
로 정의할 수 있다. 이에 따라 사용자가 간섭장비의 송신 영역 안에 있을 확률은 λ/μ이다. 결론적으로 false positive는 다음의 [수학식 7]로 나타낼 수 있다.Your average speed is
Figure 112011095270188-pat00011
to be. The number of 802.11 devices per unit area in the user's radius of activity is ρ. The interval at which a user meets an 802.11 device when moving is a point poisson process.
Figure 112011095270188-pat00012
This follows the exponential distribution. At this time
Figure 112011095270188-pat00013
Where R is the transmission range of 802.11. Based on the above assumptions, the average arrival rate and the departure rate for the equipment, respectively,
Figure 112011095270188-pat00014
Wow
Figure 112011095270188-pat00015
. Accordingly, the probability that the user is in the transmission range of the interfering device is λ / μ. In conclusion, the false positive can be expressed by the following Equation 7.

R=250m으로 가정할 경우 ρ=8.0*10-6이다. 이는 unit disk 환경에서 장비 사이의 간격이 약 199m일 때와 동일하다. 만약 R=200m일 경우 160m이다. 이를 바탕으로 밀도에 따른 false positive의 변화를 도 8에 나타내었는데, 밀도의 증가에 따라 false positive는 선형적으로 증가한다.Assuming R = 250m, ρ = 8.0 * 10 -6 . This is the same as when the space between devices in the unit disk environment is about 199m. If R = 200m, it is 160m. Based on this, the change of false positives according to the density is shown in FIG. 8, and the false positives increase linearly with increasing density.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서는 개별 장비의 특성을 알고 있을 때 false negative와 에너지 소모를 최소화하는 것이므로, 에너지 소모를 최소화하기 위해 신호 처리를 간략하게 구성하였다. 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 특징은 false negative를 최소화하고 이로 인해 발생한 false positive를 WIFI NIC의 보조를 통해 해결하는 것이다. false positive가 증가할수록 불필요한 에너지 소모가 증가하기 때문이다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서는 이를 해결하기 위하여 false positive ratio가 1인 최악의 경우에서도 WIFI나 feature detection을 사용하는 ZIGBEE 단일장비를 사용하는 경우보다 에너지 소모가 적도록 시스템을 설계하였다.As described above, since the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention is to minimize the false negative and energy consumption when the characteristics of the individual equipment is known, the signal processing is briefly configured to minimize the energy consumption. It was. A feature of the access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention is to minimize false negatives and to solve the false positives generated by assisting the WIFI NIC. This is because unnecessary energy consumption increases as the false positive increases. Therefore, in the access point detection system of the smart phone according to an embodiment of the present invention, even in the worst case with a false positive ratio of 1, the energy consumption is less than that of using a single device using WIFI or feature detection. The system was designed.

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템이 최악의 경우에 있을 때의 에너지 소모를 종래기술의 방식과 비교하였다. 이 때 에너지 소모의 기준은 스마트폰 자체의 백그라운드 에너지 소모, WIFI 및 ZIGBEE의 에너지 소모로 볼 수 있다. 여기에서 신호 처리에 따른 에너지 소모는 기본 백그라운드 에너지 소모에 비해 매우 작기 때문에 제외하고, WIFI와 ZIGBEE 두 장비의 에너지 소모만을 고려한다.The energy consumption when the access point detection system of the smartphone according to the embodiment of the present invention is in the worst case is compared with the conventional scheme. In this case, the criteria for energy consumption can be seen as background energy consumption of the smartphone itself, and energy consumption of WIFI and ZIGBEE. Here, only energy consumption of WIFI and ZIGBEE equipment is considered, except that energy consumption due to signal processing is very small compared to basic background energy consumption.

에너지 소모에 있어서 가장 큰 영향을 주는 요소는 false alarm이다. false positive에 따른 에너지 소모는 다음의 [수학식 8]로 정의한다. [수학식 8]에 최악의 경우를 가정하여 ZIGBEE의 카운터 필터의 false positive ratio가 1이라고 할 경우, 전체 시스템에서 WIFI와 ZIGBEE가 작동하는 스캔 슬롯의 비율은 1:1이 된다. The most influential factor in energy consumption is a false alarm. Energy consumption due to false positive is defined by the following [Equation 8]. Assuming the worst case in Equation 8, if the false positive ratio of the ZIGBEE counter filter is 1, the ratio of scan slots in which WIFI and ZIGBEE operate in the entire system is 1: 1.

Figure 112011095270188-pat00017
Figure 112011095270188-pat00017

Figure 112011095270188-pat00018
Figure 112011095270188-pat00018

본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 성능 평가를 위해 동일한 스캔 간격을 갖는 WIFI와 ZIFI의 에너지 소모율과 비교하였다. WIFI의 경우 1회의 스캔은 장비를 웨이크업하고 액티브스캔을 1회 실시하는 에너지를 기준으로 삼았으며, ZIFI의 경우 800ms 동안 ZIGBEE를 이용하여 스캔하고 200ms 유휴 상태로 대기하도록 하였으며 false alarm 값은 0으로 가정하였다. 탐색 대상 AP의 비컨 간격은 200ms로 가정하였다.In order to evaluate the performance of the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention, it was compared with the energy consumption rates of WIFI and ZIFI having the same scan interval. In the case of WIFI, one scan is based on the energy of waking up the device and performing one active scan.In the case of ZIFI, scanning using ZIGBEE for 800ms and waiting 200ms idle and false alarm value is 0. Assumed The beacon interval of the search target AP is assumed to be 200ms.

동일한 스캔 간격을 기준으로 측정한 ZIFI와 WIFI의 평균 에너지 소모량은 각각 33W, 12.8W임에 비해 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 경우 false positive rate가 1인 상황에서 9.5W로 가장 에너지 소모가 적었다.While the average energy consumption of ZIFI and WIFI measured based on the same scan interval are 33W and 12.8W, respectively, the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention is 9.5W in a case where the false positive rate is 1 With the lowest energy consumption.

WIFI와 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에서 false alarm의 변화에 따른 각각의 에너지 소모량이 도 9에 도시되어 있다. 도 9에 CO-OP으로 표시된 것이 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템의 경우를 나타낸다.In the WIFI and the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention, each energy consumption according to the change of the false alarm is shown in FIG. 9. In FIG. 9, CO-OP represents a case of an access point detection system of a smartphone according to an embodiment of the present invention.

ZIFI와 WIFI의 경우 false alarm을 0으로 가정하였기 때문에 에너지 소모율은 각각 33W, 12.8W의 일정한 값을 가지고, 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템은 false positive가 증가함에 따라 증가한다. ZIFI의 경우 값이 상대적으로 매우 크므로 비교대상에서 생략하였다. 도 9에 나타난 바와 같이, false positive ratio가 1인 최악의 경우에서도 본 발명의 실시예에 따른 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템은 다른 방식보다 에너지 소모율이 적음을 알 수 있다. In the case of ZIFI and WIFI, since the false alarm is assumed to be 0, the energy consumption rate has a constant value of 33W and 12.8W, respectively, and the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention increases as the false positive increases. . In the case of ZIFI, since the value is relatively large, it is omitted from the comparison. As shown in FIG. 9, even in the worst case where the false positive ratio is 1, the access point detection system of the smart phone according to the embodiment of the present invention can be seen that the energy consumption rate is lower than other methods.

이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

100: 액세스 포인트 탐지 시스템 110: 지그비 장치
120: WIFI 장치 130: 코디네이터
132: 제어부 134: 장치 제어부
136: 카운터 필터 138: 스케줄러
100: access point detection system 110: Zigbee device
120: WIFI device 130: coordinator
132: control unit 134: device control unit
136: Counter Filter 138: Scheduler

Claims (6)

스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템에 있어서,
지그비 장치와,
WIFI 장치와,
상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치와 연결되어 있으며, 상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치를 제어하는 코디네이터를 포함하며,
상기 코디네이터는,
상기 지그비 장치 및 상기 WIFI 장치를 제어하는 장치 제어부와,
상기 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 통해 채널의 AP 존재여부를 파악하는 카운터 필터와,
상기 지그비 장치와 상기 WIFI 장치로부터 얻은 정보를 바탕으로 스캐닝 장치를 결정하는 스케줄러를 포함하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템.
In the access point detection system of a smartphone,
With Zigbee device,
With WIFI device,
It is connected to the Zigbee device and the WIFI device, and includes a coordinator for controlling the Zigbee device and the WIFI device,
Wherein the coordinator comprises:
A device controller for controlling the Zigbee device and the WIFI device;
A counter filter for determining whether an AP exists in a channel through the RSSI information received from the Zigbee device;
And a scheduler that determines a scanning device based on the information obtained from the Zigbee device and the WIFI device.
제1항에 있어서, 상기 코디네이터는,
상기 장치 제어부, 상기 카운터 필터, 상기 스케줄러를 제어하는 제어부를 더 포함하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템.
The apparatus of claim 1, wherein the coordinator comprises:
And a control unit for controlling the device control unit, the counter filter, and the scheduler.
제1항에 있어서, 상기 코디네이터는,
상기 스마트폰의 운영체제에 상주하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템.
The apparatus of claim 1, wherein the coordinator comprises:
Access point detection system of the smartphone residing in the operating system of the smartphone.
제1항에 있어서,
상기 지그비 장치는 최초 작동시 유휴 상태로 대기하고 있으며,
상기 코디네이터가 채널 탐색요청을 할 경우에 작동하여 상기 코디네이터가 요청한 주파수에 대해 미리 설정된 시간 간격으로 RSSI 정보를 수집하고 수집한 상기 RSSI 정보를 상기 코디네이터에게 전달하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템.
The method of claim 1,
The Zigbee device is idle in first operation,
The access point detection system of a smartphone that operates when the coordinator makes a channel search request and collects RSSI information at a predetermined time interval for the frequency requested by the coordinator and delivers the collected RSSI information to the coordinator.
제1항에 있어서,
상기 WIFI 장치는 오프 상태로 대기하고 있으며,
상기 코디네이터가 상기 WIFI 장치를 작동시키고 채널 스캔 요청을 송신하는 경우 상기 채널 스캔 요청에 따라 채널 상태를 측정하여 상기 코디네이터에게 송신하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 시스템.
The method of claim 1,
The WIFI device is waiting in the off state,
When the coordinator operates the WIFI device and transmits a channel scan request, the access point detection system of the smart phone to measure the channel state according to the channel scan request and to transmit to the coordinator.
WIFI 장치와 지그비 장치를 포함하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 방법에 있어서,
상기 WIFI 장치와 상기 지그비 장치의 에너지 소모율을 파악하는 단계와,
상기 지그비 장치로부터 수신한 RSSI 정보를 연산하여 액세스 포인트의 존재유무를 파악하는 단계와,
상기 WIFI 장치로부터 채널 정보를 수신하는 단계와,
상기 지그비 장치와 상기 WIFI 장치로부터 얻은 정보를 바탕으로 스캐닝 장치를 결정하는 단계를 포함하는 스마트폰의 액세스 포인트 탐지 방법.
In the access point detection method of a smartphone including a WIFI device and a Zigbee device,
Determining an energy consumption rate of the WIFI device and the Zigbee device;
Calculating the presence or absence of an access point by calculating RSSI information received from the Zigbee device;
Receiving channel information from the WIFI device;
And determining a scanning device based on information obtained from the Zigbee device and the WIFI device.
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