KR101967860B1 - 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 인프라스트럭쳐 환경에서 무선 전력 전송 및 데이터 통신을 수행하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템은 전력 전송 채널을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 단말 및 전력을 전송 받아 구동되는 태그로부터, 데이터 전송 채널을 통하여 정보를 수신하고, 이를 단말로 전송하는 액세스 포인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템{SYSTEM FOR BATTERYLESS TAG DATA TRANSMISSION UNDER INFRASTRUCTURE COMMUNICATION ENVIRONMENT}

본 발명은 통신 인프라스트럭쳐 환경에서 무선 전력 전송 및 데이터 통신을 수행하는 시스템에 관한 것이다.

사물인터넷(IoT, Internet of Things)란 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하여 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 소통하는 지능형 기술 및 서비스를 말한다.

이러한 사물인터넷 기술은 가전제품, 전자 기기뿐 아니라 헬스케어, 원격 검침, 스마트홈, 스마트카 등 다양한 분야에서 활발히 연구가 진행되고 있다.

사물인터넷 기술 개발에 있어 중요한 이슈는 기존의 통신 시스템(지그비, RFID, 블루투스 등)을 활용하면서 전원 공급을 어떻게 할 것인지에 관한 것이다.

종래 기술에 따르면, 배터리로 전원 공급을 하거나 별도의 장치를 통해 무선 전력 전송을 수행하여야 하여, 기존의 통신 인프라스트럭쳐를 활용하지 못하므로 적용성이 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기존의 통신 인프라스트럭쳐 환경 하에서 데이터 통신 채널 및 무선 전력 전송 채널을 분리함으로써, 데이터 통신 및 전력 전송이 동시에 이루어지는 것이 가능한 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일면에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템은 전력 전송 채널을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 단말 및 전력을 전송 받아 구동되는 태그로부터, 데이터 전송 채널을 통하여 정보를 수신하고, 이를 단말로 전송하는 액세스 포인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템은 기존에 구축된 통신 인프라스트럭쳐를 유지하면서 단말을 이용하여 배터리를 별도로 구비하지 않은 태그로부터 각종의 정보를 획득함으로써, 시스템 적용성 및 사용자 편의성을 증대시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 멀티 레벨 에너지 구별 방식의 부하 변조 방식을 사용하여 데이터 전송 속도를 개선되는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 RFID/NFC 시스템의 통신 방식을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템의 다운 링크를 설명하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템의 업 링크를 설명하는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티플 레벨 ASK를 설명하는 개념도이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 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 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

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 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 이하에서는 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 배경을 먼저 살펴보기로 한다.

사물인터넷 개발 시의 중요한 이슈인 전원 공급에 있어서, 헬스 케어와 같이 사람의 인체에 부착된 센서의 정보를 수집하고자 하는 경우, 유선으로 전원을 공급하기에는 불편함이 따르고, 배터리로 전원을 공급하거나 별도의 장치를 추가하여 무선 전력 전송을 하는 방식 역시 효율적이지 못한 문제점이 있다.

이와 같이, 배터리가 없는 센서 태그로부터 정보를 획득하기 위한 방법으로는 RFID, NFC 등이 제안되었으나, RFID의 경우에는 리딩(Reading)을 위한 특별한 리더를 구비하여야 하고, NFC의 경우에는 통신 거리가 매우 제한적(수 밀리미터)인 관계로 생활공간에 적용하기에는 어려운 문제점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 RFID/리더 시스템의 통신 방식을 나타내는 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, RIFD 는 전용 리더 시스템(10)이 필요하며, NFC의 경우에는 전술한 바와 같이 리더시스템과 태그(20) 간의 통신 거리가 매우 짧으므로, 사용에 불편함을 초래한다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 기존의 인프라(WiFi 또는 이동통신망)을 활용한 기술이 제안되고 있는데, 이러한 방식은 액세스포인트 등 헬퍼(helper)를 반드시 구비하여야 한다.

모바일 단말로부터 배터리가 없는 센서 노드에 다운링크하는 경우에는 액세스포인트 등의 헬퍼가 구비되지 않아도 되는데, 노드는 모바일 단말로부터 전송되는 파워를 수신하여 구동되며, 모바일 단말이 노드에 정보를 전달하는 경우에는 PSK 등의 모듈레이션을 통하여 전달하는 것이 가능하다.

반면, 태그로부터 모바일 단말로 정보를 전달하는 업링크의 경우에는 전술한 헬퍼가 반드시 구비되어야 하며, 와이파이 기반의 액세스포인트가 파워와 데이터를 전송하고, 와이파이 모바일 단말은 데이터를, 태그는 파워를 수신하는 기술이 제안되었다.

그러나, 이러한 방식들은 태그에 전력을 공급하기 위하여, 액세스포인트와 태그 간의 물리적 거리가 매우 가까워야 하므로, 실용성 측면에서 적용하기가 어려운 문제점을 여전히 내포하고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리를 구비하지 않은 태그로부터 정보를 획득하기 위한 방안으로서, 기존 통신 시스템(예: IEEE 802.11)을 활용하며, 무선 전력 전송 및 데이터 통신을 수행하는 시스템에 관한 것이다.

이하에서는 도 2 내지 도 4의 상세한 설명으로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템의 다운 링크를 설명하는 예시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템의 업 링크를 설명하는 예시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템은 전력 전송 채널을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 단말(100, 핸드폰, 태블릿 PC 등) 및 전력을 전송 받아 구동되는 태그(200)로부터, 데이터 전송 채널을 통하여 정보를 수신하고, 이를 단말(100)로 전송하는 액세스 포인트(300)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 제1 실시예에 다르면, 단말(100) 및 액세스 포인트(300)는 와이파이를 기반으로 통신한다.

와이파이 통신 방식은 Half-Duplex 방식으로 단방향 통신이므로, 노드는 에너지를 공급 받는 동시에 데이터를 외부로 전송하는 것이 불가능하다.

왜냐하면, 에너지를 공급하는 주체가 반드시 통신의 주체가 되어야 하기 때문이다.

그러나, 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 실시예에 따르면, 액세스 포인트(300)와 태그(200), 단말(100)과 태그(200) 간의 데이터 통신 채널과 무선 전력 전송 채널을 분리함으로써, 데이터 통신 및 무선 전력 전송이 동시에 이루어지는 것이 가능하다.

또한, 부하 변조는 태그(200)의 효율적인 에너지 사용을 위한 기법으로 적용된다.

본 발명의 실시예에 따른 태그(200)는 단말(100)로부터 전력을 전송 받아 구동되어 부하 변조(load modulation)를 수행하는 것으로, 전송 속도를 개선하기 위한 방식은 추후 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 와이파이 기반의 단말(100)은 태그(200)로 전력을 전송하고, 액세스 포인트(300)는 정보를 전달 받아 네트워크 망을 통하여 이를 단말(100)에 전달하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 태그(200)는 단말(100)로부터 전송 받은 전력을 센서로 전달하고, 센서로부터 수신한 정보를 전달하는 것이 가능하다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 태그(200)는 와이파이 대역 이외의 대역의 통신 방식(LTE 등)에 따라 전력을 전송 받고, 태그(200)와 액세스포인트(300)는 와이파이를 기반으로 통신한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 부하 변조 기법을 활용하여, 리시버에서 수신되는 신호의 에너지 레벨을 이용하여 데이터를 구분함으로써, 전송 속도를 개선한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티플 레벨 ASK를 설명하는 개념도이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수신된 신호의 에너지 레벨로써 데이터를 구분하므로, 데이터를 보내기 전 인접 통신 모듈은 통신을 수행하지 않는 상황이어야 한다.

따라서, 센더는 데이터 통신 전 CTS(Clear To Send) 패킷을 주변 노드로 전송한다.

CTS 패킷은 센더가 통신하는데 소요되는 예상 시간이 기록된 정보를 포함하여 주변 노드로 전송되는 패킷으로써, 주변 노드들은 이러한 CTS 패킷에 명기된 시간 동안은 데이터 통신을 수행하지 않는다.

센더는 CTS 패킷을 보낸 후, 특정 패턴의 신호(프리앰블)을 보냄으로써 데이터 전송의 시작을 알리고, 프리앰블 신호 전송 후 특정 기간 동안 데이터를 전송하게 된다.

리시버는 프리앰블을 통하여 수신 에너지의 세기(RSSI)를 체크하고, 센더와 리시버가 통신하는 중, 태그가 부하 변조를 수행하게 되면 리시버에서 수신된 RSSI는 변화하게 된다.

이 때, 태그에서는 전송 속도 개선을 위하여 도 4에 도시한 바와 같이 멀티플 레벨 ASK를 사용하는 것이 가능하며, RSSI에 변화되는 레벨 별로 비트 인코딩 및 디코딩이 수행된다.

본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트(300)는 기설정된 레벨 별로 분할된 에너지 레벨에 따라 수신정보를 해석함으로써, 무선 전력 전송과 동시에 이루어지는 데이터 통신에 있어 전송 속도가 개선되는 효과가 있다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 단말 200: 태그
300: 액세스 포인트

Claims (6)

1. 전력 전송 채널을 통하여 무선으로 전력을 전송하는 단말; 및
   상기 전력을 전송 받아 구동되는 태그로부터, 데이터 전송 채널을 통하여 정보를 수신하고, 이를 상기 단말로 전송하는 액세스 포인트를 포함하고,
   상기 태그는 멀티플 레벨 ASK를 사용하고, 상기 액세스 포인트는 기설정된 레벨 별로 분할된 에너지 레벨에 따라 수신정보를 해석하여, 멀티 레벨 에너지 구별 방식의 부하 변조에 따른 RSSI 변화 레벨 별로 비트 인코딩 및 디코딩을 수행하는 것
   을 특징으로 하는 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 태그는 상기 단말로부터 전력을 전송 받아 구동되어 부하 변조를 수행하는 것
   인 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 단말 및 액세스 포인트는 와이파이를 기반으로 통신하는 것
   인 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 태그는 상기 단말로부터 전송 받은 전력을 센서로 전달하고, 상기 센서로부터 수신한 정보를 전달하는 것
   인 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 태그는 와이파이 대역 이외의 대역의 통신 방식에 따라 전력을 전송 받고, 상기 액세스포인트와 와이파이를 기반으로 통신하는 것
   인 통신 인프라스트럭쳐 환경에서의 배터리리스 태그 데이터 통신 시스템.
   
6. 삭제

Images