KR101590290B1 - Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법 - Google Patents

Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법 Download PDF

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이성주
안영섭
권빛나
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세종대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법은 복수의 액세스 포인트, 리더기 및 센서 노드를 포함하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법에 있어서, 상기 리더기는 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 제2 액세스 포인트로부터 중첩 변조된 파일럿 신호를 수신하는 단계, 상기 리더기는 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 이용하여 상기 리더기와 상기 제2 액세스 포인트간의 채널 상태 값을 측정하는 단계, 상기 채널 상태 값을 임계치와 비교하여 상기 제2 액세스 포인트와의 협력 통신 여부를 결정하는 단계, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않는 경우 상기 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하는 경우 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트로부터 상기 무선 패킷을 각각 수신하는 단계, 그리고 수신된 상기 무선 패킷을 상기 센서 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 리더기의 이동성에 따라 인코딩 기법을 적응적으로 적용하여 센서 노드로부터 신호를 수신함에 따라 전송률을 극대화하거나, 신뢰성을 극대화할 수 있다.

Description

Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법{Backscatter RFID System and Method For Cooperative Communication using The Same}
본 발명은 Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 액세스 포인트를 통해 협력 통신을 수행하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법에 관한 것이다.
차세대 정보 통신 기술로 주목 받는 사물인터넷(Internet of Things)은 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하여 사용자의 조작 없이도 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 송수신하여 대화를 나누는 지능형 기술 및 서비스를 의미한다.
현재, 자동차 산업, 헬스케어, 에너지, 유통, 패션 등 대부분의 산업군에 사물인터넷 기술이 접목되고 있다. 그리고 사물 인터넷 시장의 성장과 더불어 스마트 센서, 통신 네트워크 인프라, IoT 인터페이스 기술, 배터리 기술 등의 관련 기술도 빠르게 성장하고 있다.
특히, 전자전기 기기가 아닌 다양한 사물이 사물인터넷으로 연결되면서 저전력 무선 네트워킹 기술에 관련된 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그리고 새로운 전력 공급 및 저장 기술의 개발도 추진되고 있다. 필름형 배터리, 고밀도 배터리 등과 같은 전력 저장 기술과 더불어 신재생 에너지를 이용한 하베스팅(Harvesting) 기술, 무선 충전 기술 등이 개발되고 있다.
또한 전파 자체에서 전력을 공급받는 Wi-Fi 백스캐터(Wi-Fi Backscatter) 기술이 새로운 전력 공급 방식으로 등장하였다. 기존의 RFID(Radio-Frequency Identification) 시스템은 극소형 칩에 상품 정보를 저장하고 안테나를 설치하여 무선으로 데이터를 송신하는 반면, Wi-Fi 백스캐터 시스템은 태그에서 Wi-Fi 신호를 이용하여 인터넷을 연결할 수 있다. 또한 Wi-Fi 백스캐터 시스템은 기존의 RFID 시스템과 달리 ISM(Industrial Scientific Medical) 대역인 2.4GHz 대역을 사용한다.
Wi-Fi 백스캐터 시스템은 Wi-Fi 헬퍼인 액세스 포인트가 Wi-Fi 장치인 리더기로 Wi-Fi 패킷을 전송하고, 리더기는 수신한 Wi-Fi 패킷을 태그가 읽을 수 있도록 변조하여 태그로 전송한다. 이 과정을 통하여 태그는 Wi-Fi 패킷을 읽어 인터넷에 연결된다.
그러나 현재의 Wi-Fi 백스캐터 기술은 아직까지 액세스 포인트와 리더기간의 적응적인 협력 통신을 지원하지 못하고 있으며, 리더기는 주변에 위치한 다수의 액세스 포인트를 효율적으로 활용하지 못하고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1478469호(2014.12.31 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 복수의 액세스 포인트를 통해 협력 통신을 수행하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복수의 액세스 포인트, 리더기 및 센서 노드를 포함하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법에 있어서, 상기 리더기는 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 제2 액세스 포인트로부터 중첩 변조된 파일럿 신호를 수신하는 단계, 상기 리더기는 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 이용하여 상기 리더기와 상기 제2 액세스 포인트간의 채널 상태 값을 측정하는 단계, 상기 채널 상태 값을 임계치와 비교하여 상기 제2 액세스 포인트와의 협력 통신 여부를 결정하는 단계, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않는 경우 상기 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하는 경우 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트로부터 상기 무선 패킷을 각각 수신하는 단계, 그리고 수신된 상기 무선 패킷을 상기 센서 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 센서 노드는, 수동형으로서 무전력 센서 노드이고, 상기 제1 액세스 포인트가 브로드캐스팅한 상기 무선 패킷을 이용하여 에너지를 충전하며 상기 충전된 에너지를 이용하여 상기 리더기와 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제1 액세스 포인트는 상기 제2 액세스 포인트로 상기 제1 액세스 포인트의 정보 및 상기 무선 패킷을 전송하고, 상기 제2 액세스 포인트는 상기 제1 액세스 포인트로 상기 제2 액세스 포인트의 정보를 전송할 수 있다.
또한, 상기 제2 액세스 포인트와의 협력 통신 여부를 결정하는 단계는, 상기 채널 상태 값이 상기 임계치보다 크거나 같으면, 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신을 하도록 결정하고, 상기 채널 상태 값이 상기 임계치보다 작으면, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않고, 상기 제1 액세스 포인트와 통신을 하도록 결정할 수 있다.
또한, 상기 제2 액세스 포인트는, 동일한 데이터를 가지는 제1 파일럿 신호와 제2 파일럿 신호를 각각 QPSK 방식으로 변조한 후, 서로 다른 가중치를 부여하여 중첩시키며 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 상기 리더기로 전송할 수 있다.
또한, 상기 리더기와 상기 제2 액세스 포인트간의 채널 상태 값을 측정하는 단계는, 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 복조하여 상기 제1 파일럿 신호와 상기 제2 파일럿 신호를 추정하고, 상기 추정된 제1 파일럿 신호와 상기 추정된 제2 파일럿 신호의 배타적 논리합 연산을 수행하며, 배타적 논리합 연산 수행 결과를 이용하여 상기 채널 상태 값을 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 액세스 포인트, 리더기 및 센서 노드를 포함하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템에 있어서, 상기 리더기는, 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 제2 액세스 포인트로부터 중첩 변조된 파일럿 신호를 수신하는 통신부, 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 이용하여 상기 리더기와 상기 제2 액세스 포인트간의 채널 상태 값을 측정하는 채널 상태 측정부, 그리고 상기 채널 상태 값을 임계치와 비교하여 상기 제2 액세스 포인트와의 협력 통신 여부를 결정하는 제어부를 포함하며, 상기 통신부는, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않는 경우 상기 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하는 경우 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트로부터 상기 무선 패킷을 각각 수신하며, 수신된 상기 무선 패킷을 상기 센서 노드로 전송한다.
따라서 본 발명에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법에 따르면, 복수의 액세스 포인트를 통해 리더기로 협력 통신하므로 신뢰성 높은 통신을 수행할 수 있다.
또한, 채널 상태를 고려하여 협력 통신을 수행하므로 효율적인 협력 전송이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리더기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 QPSK 중첩 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중첩 변조된 파일럿 신호의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 S330 단계에서 중첩 변조된 파일럿 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 비트 오류율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전송률을 나타낸 그래프이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 것처럼, Wi-Fi 백스캐터 시스템은 복수의 액세스 포인트(100a, 100b), 리더기(200), 센서 노드(300)를 포함한다.
먼저, 액세스 포인트(100a, 100b)(AP, Access Point)는 일반적인 무선 공유기에 해당될 수 있으며, 주변 기기에 무선 인터넷 연결을 지원한다.
본 발명의 실시예에서 무선 인터넷이란 통상의 Wi-Fi에 해당될 수 있으며, 이 경우 액세스 포인트(100a, 100b)는 Wi-Fi 헬퍼(Helper)로 사용되는 Wi-Fi 무선 공유기(AP, Access Point)를 의미할 수 있다. 물론, 무선 인터넷은 반드시 Wi-Fi 개념으로 한정되지 않는다. 이하의 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 Wi-Fi를 대표적인 예시로 하여 설명한다.
제1 액세스 포인트(100a)는 제2 액세스 포인트(100b)로 무선 패킷(ex, Wi-Fi 신호)을 전송하고, 제1 액세스 포인트(100a)와 제2 액세스 포인트(100b)는 서로의 고유정보(ID 정보)를 공유한다.
그리고 제1 액세스 포인트(100a)는 무선 패킷을 리더기(200)와 센서 노드(300)로 브로드캐스팅한다. 브로드캐스팅된 무선 패킷에 의하여 리더기(200)는 제1 액세스 포인트(100a)에 인터넷 연결되며, 센서 노드(300)는 에너지 하베스팅(Harvesting)을 수행한다.
그리고 제2 액세스 포인트(100b)는 리더기(200)로 파일럿 신호를 중첩하여 전송한다. 리더기(200)가 협력 통신을 하는 것으로 결정하면, 제2 액세스 포인트(100b)는 제1 액세스 포인트(100a)로부터 수신한 무선 패킷을 리더기(200)로 전송한다.
여기서 제1 액세스 포인트(100a)는 제1 채널(CH1)을 통하여 리더기(200)와 통신을 수행하고, 제2 액세스 포인트(100b)는 제2 채널(CH2)을 통하여 리더기(200)와 통신을 수행한다.
다음으로 리더기(200)는 제1 액세스 포인트(100a)를 통하여 무선 통신을 수행할 수 있는 기기로서, 통상의 휴대폰, 스마트폰, 스마트 패드, 노트북 등과 같이 무선 인터넷 기능(Wi-Fi 기능)이 내장된 사용자 단말에 해당될 수 있다.
리더기(200)는 제1 액세스 포인트(100a)로부터 무선 패킷을 수신하고 이를 저장하며, 제1 액세스 포인트(100a)에 연결된 다른 기기 또는 통신망과 정보를 교환할 수도 있다. 또한 리더기(200)는 추후 저장된 무선 패킷을 센서 노드(300)가 인식할 수 있도록 변조하여 센서 노드(300)로 전송한다.
그리고 리더기(200)는 제2 액세스 포인트(100b)로부터 수신한 중첩 변조된 파일럿 신호를 이용하여 제2 채널의 상태를 파악한다. 제2 액세스 포인트(100b)와의 채널 상태가 양호한 경우, 리더기(200)는 제2 액세스 포인트(100b)가 제1 액세스 포인트(100a)와 협력 통신하여 무선 패킷을 전송하도록 함으로써 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)로부터 무선 패킷을 수신한다.
마지막으로 센서 노드(300)는 제1 액세스 포인트(100a)로부터 무선 패킷을 수신하여 이를 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)에 이용한다. 여기서 에너지 하베스팅이란 배터리를 포함하지 않는 센서 노드가 수신된 전파를 이용하여 소량의 에너지를 충전하는 기술을 의미한다. 제1 액세스 포인트(100a)로부터 브로드캐스팅된 무선 패킷은 센서 노드(300)에서는 인식할 수 없는 신호로서, 센서 노드(300)는 제1 액세스 포인트(100a)에서 전송된 무선 패킷을 단지 충전용으로만 사용한다.
그리고 센서 노드(300)는 수동형으로서 무전력 센서 노드이고, 태그 형태로 구현될 수 있으며, RFID 태그 등과 같이 별도의 전원 공급 장치(배터리)가 존재하지 않는 무(無) 전지의 수동형 태그(Passive Tag)일 수 있다. 수동형 태그는 최대 10m 이내의 근거리 통신용으로 사용되며, 리더기(200)에 의해 생성된 전기장으로부터 유도를 통해 전력을 생산한다.
또한 센서 노드(300)는 안테나, 임피던스 정합회로, 정류회로를 포함하며, 안테나에 수신된 질의 신호에 대한 응답 신호(response)를 임피던스 정합회로를 통하여 후방 산란 변조하여 안테나로 반사시킨다. 이때, 센서 노드(300)는 안테나를 사용하여 반사하는 양(RCS, Radar Cross Section)을 조절할 수 있다.
기본적으로 센서 노드(300)는 미세 전력으로 동작하며 배터리가 없기 때문에 Wi-Fi와 같이 전력 소모가 많은 무선 통신에는 적용이 어렵지만, 리더기(200)를 이용하면 센서 노드(300)에 인터넷 연결성을 제공할 수 있다. 즉, 리더기(200)는 센서 노드(300)가 가독 가능한 형태로 무선 패킷을 변조하여 센서 노드(300)로 전송하고, 센서 노드(300)는 변조된 무선 패킷을 이용하여 리더기(200)를 매개로 인터넷에 연결될 수 있다. 이를 통하여 사물 인터넷의 구현 또한 가능하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리더기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2와 같이, 리더기(200)는 통신부(210), 채널 상태 측정부(220) 및 제어부(230)를 포함한다.
먼저, 통신부(210)는 제1 액세스 포인트(100a)로부터 무선 패킷을 수신하고, 제2 액세스 포인트(100b)로부터 중첩 변조된 파일럿 신호를 수신한다.
다음으로 채널 상태 측정부(220)는 중첩 변조된 파일럿 신호를 이용하여 리더기(200)와 제2 액세스 포인트(100b) 사이의 제2 채널(CH2)의 채널 상태 값을 측정한다.
마지막으로 제어부(230)는 채널 상태 값을 임계치와 비교하여 제2 액세스 포인트(100b)와의 협력 통신 여부를 결정한다.
제어부(230)가 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신 하지 않기로 결정한 경우 통신부(210)는 제1 액세스 포인트(100a)로부터만 무선 패킷을 수신하고, 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신하는 것으로 결정된 경우 통신부(210)는 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)로부터 무선 패킷을 수신한다.
그리고 제어부(230)는 수신된 무선 패킷을 센서 노드(300)가 가독 가능한 형태로 변조하며, 통신부(210)는 변조된 무선 패킷을 센서 노드(300)로 전송하여 센서 노드(300)가 인터넷 연결할 수 있도록 한다.
이하에서는 도 3 내지 도 6c를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3과 같이, 먼저, 제1 액세스 포인트(100a)는 제2 액세스 포인트(100b)로 무선 패킷을 전송하고, 제1 액세스 포인트(100a)와 제2 액세스 포인트(100b)는 서로의 고유 정보를 공유한다(S310).
다음으로 제1 액세스 포인트(100a)는 무선 패킷을 리더기(200)로 전송한다(S320).
그리고 제2 액세스 포인트(100b)는 리더기(200)로 전송할 파일럿 신호를 중첩한다(S330). 이때, 제2 액세스 포인트(100b)는 QPSK 중첩 변조 방식을 이용하여 파일럿 신호를 중첩할 수 있다.
도 4는 QPSK 중첩 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 나타낸 것처럼, QPSK 중첩 변조 방식은 입력받은 복수의 신호(x1~xn)를 직/병렬 변환부(S/P)를 통하여 병렬적으로 변환시키고, 병렬 처리된 복수의 신호(x1~xn)를 각각 QPSK 변조시킨다. 그리고 QPSK 변조된 각 신호(xQPSK ,1~xQPSK ,n)에 서로 다른 가중치(a1~an)를 곱하며, 가중치가 곱해진 세 개의 신호(xUPA ,1~xUPA ,n)를 중첩하여 중첩 변조된 xSM신호를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템에서 복수의 신호(x1~xn)는 제2 액세스 포인트(100b)가 리더기(200)로 전송하고자 하는 파일럿 신호를 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중첩 변조된 파일럿 신호의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 S330 단계에서 중첩 변조된 파일럿 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 같이, 제1 파일럿 신호(x1)는 a,b,c, … 의 심볼로 이루어지며, 제2 파일럿 신호(x2)는 제1 파일럿 신호(x1)와 마찬가지로 a,b,c, … 의 심볼로 이루어진다.
제2 액세스 포인트(100b)는 제1 파일럿 신호(x1)와 제2 파일럿 신호(x2)를 각각 QPSK 변조시킨다. 그리고 QPSK 변조된 제1 파일럿 신호(xQPSK ,1)와 QPSK 변조된 제2 파일럿 신호(xQPSK ,2)에 각각 서로 다른 가중치(a1, a2)를 곱하며, 가중치가 곱해진 제1 파일럿 신호(xUPA ,1) 및 제2 파일럿 신호(xUPA ,2)를 중첩하여 중첩 변조된 xSM신호를 생성한다.
예를 들어 본 발명의 실시예에 따르면, 동일한 심볼로 구성된 제1 파일럿 신호(x1)와 제2 파일럿 신호(x2)를 각각 QPSK 변조하고, 변조된 신호(xQPSK ,1, xQPSK ,2)에 각각 0.8944, 0.4472의 가중치를 곱한 뒤 중첩하여 중첩 변조된 파일럿 신호인 xSM신호를 생성할 수 있다.
도 6a는 QPSK 변조된 제1 파일럿 신호(xQPSK ,1)에 0.8944의 가중치가 곱해진 제1 파일럿 신호(xUPA ,1)를 나타낸 것이고, 도 6b는 QPSK 변조된 제2 파일럿 신호(xQPSK ,2)에 0.4472의 가중치가 곱해진 제2 파일럿 신호(xUPA ,2)를 나타낸 것이다. 그리고 도 6c는 제2 액세스 포인트가 xUPA ,1 신호와 xUPA , 2신호를 중첩하여 중첩 변조된 파일럿 신호인 xSM신호를 생성하는 과정을 나타낸 것이다.
생성된 xSM신호는 가중치가 곱해진 제1 파일럿 신호(xUPA ,1)와 가중치가 곱해진 제2 파일럿 신호(xUPA ,2)의 벡터 합으로 표현할 수 있으며, xSM신호는 도 4에 나타낸 것처럼, aSM, bSM, cSM, … 의 심볼로 이루어진다.
다음으로 제2 액세스 포인트(100b)는 중첩 변조된 파일럿 신호(xSM)를 리더기(200)로 전송한다(S340). 이때, 제2 액세스 포인트(100b)는 제2 채널(CH2)를 이용하여 리더기(200)로 중첩 변조된 파일럿 신호(xSM)를 전송한다.
중첩 변조된 파일럿 신호(xSM)를 수신한 리더기(200)는 제2 채널(CH2)의 채널 상태 값을 측정한다(S350). 리더기(200)는 수신한 중첩 변조된 파일럿 신호(xSM)를 복조한 후, 복조된 두 개의 파일럿 신호에 대하여 배타적 논리합 연산(XOR)을 수행한다.
즉, 리더기(200)는 제2 액세스 포인트(100b)로부터 수신한 중첩 변조된 파일럿 신호(xSM)를 복조하여 제1 파일럿 신호와 제2 파일럿 신호를 추정한다. 그리고 추정된 제1 파일럿 신호 및 추정된 제2 파일럿 신호에 대하여 배타적 논리합 연산(XOR)을 수행한다.
그리고 리더기(200)는 배타적 논리합 연산(XOR) 결과를 이용하여 제2 채널(CH2)의 채널 상태 값을 측정한다. 본 발명의 실시예에 따른 리더기(200)는 배타적 논리합 연산(XOR) 결과에 포함된 0의 개수를 카운팅하여 제2 채널(CH2)의 채널 상태 값으로 이용한다.
이때 배타적 논리합 연산(XOR) 결과에 포함된 0의 개수가 임계치 이상인 경우, 리더기(200)는 제2 채널(CH2)의 상태가 양호한 것으로 판단하여 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하기로 결정한다. 즉 리더기(200)는 제2 액세스 포인트(100b)로부터도 무선 패킷을 수신한다.
S330 단계에서 제2 액세스 포인트(100b)는 동일한 심볼로 구성된 제1 파일럿 신호 및 제2 파일럿 신호를 중첩 변조하여 리더기(200)로 전송하였는 바, 리더기(200)는 중첩 변조된 파일럿 신호(xSM)를 복조하여 추정한 제1 파일럿 신호 및 제2 파일럿 신호의 심볼이 동일한지 여부를 배타적 논리합 연산(XOR)을 통하여 확인할 수 있다.
추정된 제1 파일럿 신호와 추정된 제2 파일럿 신호의 심볼이 동일한 경우, 배타적 논리합 연산(XOR) 결과에 0이 많이 포함되어 있다. 따라서 리더기(200)는 배타적 논리합 연산(XOR) 결과에 0이 많이 포함되어 있을 경우, 제2 액세스 포인트(100b)로부터 신호가 안정적으로 수신되었음을 판단할 수 있으며, 이를 통하여 제2 채널(CH2)의 상태가 양호하다고 판단할 수 있다. 이와 같이, 리더기(200)는 배타적 논리합 연산(XOR) 결과에 포함된 0의 개수를 제2 채널(CH2)의 채널 상태 값으로 사용할 수 있다.
또한 리더기(200)는 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행할 것인지 여부를 결정한다(S360). 즉 리더기(200)는 제1 액세스 포인트(100a) 뿐만 아니라 제2 액세스 포인트(100b)와도 통신을 수행할 것인지를 판단한다.
S350 단계에서 카운팅한 배타적 논리합 연산(XOR) 결과에 포함된 0의 개수가 임계치 이상인 경우, 리더기(200)는 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하기로 결정하고, 배타적 논리합 연산(XOR) 결과에 포함된 0의 개수가 임계치보다 적은 경우, 리더기(200)는 제2 액세스 포인트(100b)와는 통신을 수행하지 않기로 결정한다.
만일, 리더기(200)가 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하기로 결정하면, 제2 액세스 포인트(100b)로 무선 패킷의 전송을 요청하는 메시지를 전송하여 제2 액세스 포인트(100b)가 협력 통신 여부를 인지할 수 있도록 한다.
리더기(200)가 채널 상태가 양호한 채널을 통하여 액세스 포인트(100a, 100b)로부터 무선 패킷을 수신할 경우 높은 전송률과 낮은 비트 에러율로 신호를 수신할 수 있다. 그러나 성능이 좋지 않거나 채널 상태가 불량한 채널을 통하여 무선 패킷을 수신할 경우 최소의 서비스 보장이 어려울 수 있으며, 전송률이 낮고 비트 에러율은 높아진다. 따라서 통신 성능의 향샹을 위하여 리더기(200)는 제2 액세스 포인트(100b)로부터 협력 전송받을지 여부를 결정한다.
리더기(200)가 협력 통신을 수행하기로 결정한 경우, 제2 액세스 포인트(100b)는 리더기(200)로 무선 패킷을 전송한다(S370). 여기서 무선 패킷은 제2 액세스 포인트(100b)가 S310 단계에서 제1 액세스 포인트(100a)로부터 수신하여 저장한 것이다.
마지막으로 리더기(200)는 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)로부터 수신한 무선 패킷을 센서 노드(300)로 전송한다(S380). 제1 액세스 포인트(100a)가 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하지 않는 경우, 리더기(200)는 S370 단계를 생략하고 제1 액세스 포인트(100a)로부터 수신한 무선 패킷만 센서 노드(300)로 전송한다.
이때, 리더기(200)는 센서 노드(300)가 가독 가능한 형태로 무선 패킷을 변조하여 전송할 수 있으며, 센서 노드(300)는 변조된 무선 패킷을 수신하여 인터넷에 연결될 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템은 사물 인터넷을 구현할 수 있다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법의 성능에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 비트 오류율을 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전송률을 나타낸 그래프이다.
먼저 도 7에서 x축은 신호 대 잡음비(SNR, Signal-to-Noise Ratio)을 의미하고, y축은 비트에러율(BER, Bit Error Ratio)을 의미한다. 여기서 신호 대 잡음비는 제1 채널의 신호 대 잡음비와 제2 채널의 신호 대 잡음비의 평균이다.
본 발명의 실시예에 따른 협력 방법에서 리더기(200)는 제2 채널(CH2)의 상태가 양호하지 않은 경우, 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하지 않는다. 여기서 채널 상태가 양호하지 않다는 것은 SNR이 낮다는 것을 의미한다.
도 7에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예(도 7의 ＂Adaptive Cooperative＂)에 따르면 SNR이 9dB 이하인 경우는 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하지 않고 제1 액세스 포인트(100a)와만 통신을 수행하고, SNR이 9dB보다 큰 경우 리더기(200)는 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하는 것을 알 수 있다.
따라서, SNR이 9dB 이하인 경우는 본 발명의 실시예(＂Adaptive Cooperative＂)에 따르면 리더기(200)가 제1 액세스 포인트(100a)로부터만 무선 패킷을 수신하는 경우(도 7의 ＂No Cooperative＂)의 BER과 유사한 결과가 도출되었다. 또한 SNR이 9dB보다 큰 경우에는 제1 액세스 포인트(100a) 와 제2 액세스 포인트(100b)가 항상 협력 통신을 수행하는 경우(도 7의 ＂Cooperative＂)의 전송률과 유사하다는 것을 알 수 있다.
즉 도 7을 통하여, 신호의 세기가 강해 SNR이 큰 환경에서 본 발명의 실시예에 따라 제2 채널(CH2)의 채널 상태에 따라 적응적으로 협력 통신을 수행하면, 비트에러율(BER)을 낮추며 성능을 향상시킨다는 것을 확인할 수 있다.
다음으로 도 8은 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)가 256개의 무선 패킷을 리더기(200)로 전송한 경우의 전송률을 나타낸 그래프이다.
도 8에 나타난 것처럼, 본 발명의 실시예(도 8의 ＂Adaptive Cooperative＂)에 따르면 SNR이 낮을 경우, 즉 채널 상태가 양호하지 않은 경우에는 제2 액세스 포인트(100b)가 협력 통신에 참여하지 않도록 하며, 해당 구간에서는 리더기(200)가 제1 액세스 포인트(100a)로부터만 무선 패킷을 수신하는 경우(도 8의 ＂No Cooperative＂)의 전송률과 유사하다. 반면, 본 발명의 실시예에 따르면 SNR이 9dB보다 큰 경우에는 제1 액세스 포인트(100a) 및 제2 액세스 포인트(100b)와 협력 통신을 수행하며, 해당 구간에서는 제1 액세스 포인트(100a) 와 제2 액세스 포인트(100b)가 항상 협력 통신을 수행하는 경우(도 8의 ＂Cooperative＂)의 전송률과 유사하다.
즉 도 8을 통하여, 신호의 세기가 강해 SNR이 큰 환경에서 본 발명의 실시예에 따라 제2 채널(CH2)의 채널 상태에 따라 적응적으로 협력 통신을 수행하면, 전송률을 높여 성능을 향상시킨다는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법을 이용함으로써, 복수의 액세스 포인트가 리더기로 협력 전송하므로 신뢰성 높은 통신을 수행할 수 있다. 또한, 채널 상태를 고려하여 협력 통신을 수행하므로 효율적인 협력 전송이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100a : 제1 액세스 포인트 100b : 제2 액세스 포인트
200 : 리더기 210 : 통신부
220 : 채널 상태 측정부 230 : 제어부
300 : 센서 노드

Claims (12)

  1. 복수의 액세스 포인트, 리더기 및 센서 노드를 포함하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법에 있어서,
    상기 리더기는 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 제2 액세스 포인트로부터 중첩 변조된 파일럿 신호를 수신하는 단계,
    상기 리더기는 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 이용하여 상기 리더기와 상기 제2 액세스 포인트간의 채널 상태 값을 측정하는 단계,
    상기 채널 상태 값을 임계치와 비교하여 상기 제2 액세스 포인트와의 협력 통신 여부를 결정하는 단계,
    상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않는 경우 상기 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하는 경우 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트로부터 상기 무선 패킷을 각각 수신하는 단계, 그리고
    수신된 상기 무선 패킷을 상기 센서 노드로 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 액세스 포인트는,
    제1 파일럿 신호와 제2 파일럿 신호를 각각 변조하여 중첩시키며 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 상기 리더기로 전송하며,
    상기 리더기와 상기 제2 액세스 포인트간의 채널 상태 값을 측정하는 단계는,
    상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 복조하여 상기 제1 파일럿 신호와 상기 제2 파일럿 신호를 추정하고, 상기 추정된 제1 파일럿 신호와 상기 추정된 제2 파일럿 신호의 배타적 논리합 연산을 수행하며, 배타적 논리합 연산 수행 결과를 이용하여 상기 채널 상태 값을 측정하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    수동형으로서 무전력 센서 노드이고, 상기 제1 액세스 포인트가 브로드캐스팅한 상기 무선 패킷을 이용하여 에너지를 충전하며 상기 충전된 에너지를 이용하여 상기 리더기와 통신을 수행하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액세스 포인트는 상기 제2 액세스 포인트로 상기 제1 액세스 포인트의 정보 및 상기 무선 패킷을 전송하고, 상기 제2 액세스 포인트는 상기 제1 액세스 포인트로 상기 제2 액세스 포인트의 정보를 전송하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 액세스 포인트와의 협력 통신 여부를 결정하는 단계는,
    상기 채널 상태 값이 상기 임계치보다 크거나 같으면, 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신을 하도록 결정하고,
    상기 채널 상태 값이 상기 임계치보다 작으면, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않고, 상기 제1 액세스 포인트와 통신을 하도록 결정하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파일럿 신호와 상기 제2 파일럿 신호는 동일한 데이터를 가지며,
    상기 제2 액세스 포인트는,
    상기 제1 파일럿 신호와 상기 제2 파일럿 신호를 각각 QPSK 방식으로 변조한 후, 서로 다른 가중치를 부여하여 중첩시키는 Wi-Fi 백스캐터 시스템을 이용한 협력 통신 방법.
  6. 삭제
  7. 복수의 액세스 포인트, 리더기 및 센서 노드를 포함하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템에 있어서,
    상기 리더기는,
    제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 제2 액세스 포인트로부터 중첩 변조된 파일럿 신호를 수신하는 통신부,
    상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 이용하여 상기 리더기와 상기 제2 액세스 포인트간의 채널 상태 값을 측정하는 채널 상태 측정부, 그리고
    상기 채널 상태 값을 임계치와 비교하여 상기 제2 액세스 포인트와의 협력 통신 여부를 결정하는 제어부를 포함하며,
    상기 통신부는,
    상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않는 경우 상기 제1 액세스 포인트로부터 무선 패킷을 수신하고, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하는 경우 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트로부터 상기 무선 패킷을 각각 수신하며, 수신된 상기 무선 패킷을 상기 센서 노드로 전송하며,
    상기 제2 액세스 포인트는,
    제1 파일럿 신호와 제2 파일럿 신호를 각각 변조하여 중첩시키며 상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 상기 리더기로 전송하며,
    상기 채널 상태 측정부는,
    상기 중첩 변조된 파일럿 신호를 복조하여 상기 제1 파일럿 신호와 상기 제2 파일럿 신호를 추정하고, 상기 추정된 제1 파일럿 신호와 상기 추정된 제2 파일럿 신호의 배타적 논리합 연산을 수행하며, 배타적 논리합 연산 수행 결과를 이용하여 상기 채널 상태 값을 측정하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    수동형으로서 무전력 센서 노드이고, 상기 제1 액세스 포인트가 브로드캐스팅한 상기 무선 패킷을 이용하여 에너지를 충전하며 상기 충전된 에너지를 이용하여 상기 리더기와 통신을 수행하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 액세스 포인트는 상기 제2 액세스 포인트로 상기 제1 액세스 포인트의 정보 및 상기 무선 패킷을 전송하고, 상기 제2 액세스 포인트는 상기 제1 액세스 포인트로 상기 제2 액세스 포인트의 정보를 전송하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 채널 상태 값이 상기 임계치보다 크거나 같으면, 상기 제1 액세스 포인트 및 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신을 하도록 결정하고,
    상기 채널 상태 값이 상기 임계치보다 작으면, 상기 제2 액세스 포인트와 협력 통신하지 않고, 상기 제1 액세스 포인트와 통신을 하도록 결정하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 파일럿 신호와 상기 제2 파일럿 신호는 동일한 데이터를 가지며,
    상기 제2 액세스 포인트는,
    상기 제1 파일럿 신호와 상기 제2 파일럿 신호를 각각 QPSK 방식으로 변조한 후, 서로 다른 가중치를 부여하여 중첩시키는 Wi-Fi 백스캐터 시스템.
  12. 삭제
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