KR101990254B1 - 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치 - Google Patents

후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치는, 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신 후, 송신할 데이터가 있는 경우, 후방산란(Backscatter) 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 경쟁 슬롯부; 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하고, 상기 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인하는 피드백 패킷부; 및 상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 데이터 슬롯부를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치{Multiple Access Method and Apparatus for LoRa Tag Using Backscattering Communication}
아래의 실시예들은 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치에 관한 것이다.
후방산란 통신은 무선전파가 진행방향과 반대로 산란되는 것을 의미한다. ITS 분야 DSRC에서 수동 태그 시스템으로 알려져 있으며, 능동 태그 시스템과는 반대이다.
후방산란 통신의 일례로 무선-주파수 식별(RFID) 통신이 있다. RFID(Radio Frequency Identification) 통신은 일반적으로 전자기 에너지를 방송/송신하고 나서 방송된 전자기 에너지의 반사로부터 데이터를 해석하는 기지국 송수신기를 포함한다. 태그는 판독기에 데이터를 통신하기 위해 기지국으로 되돌아 오는 전자기 에너지의 일부를 반사시킨다. 반사된 부분의 데이터(예를 들어, 식별 번호)를 인코딩하기 위해, 수동(배터리가 없는) 태그는 방송된 전자기 에너지로부터 전력을 수확하고, 수확된 전력을 사용하여 기지국으로 다시 반사되는 전자기 에너지를 변조할 수 있다. 반대로, 배터리 전원용 태그는 배터리를 사용하여 기지국으로 다시 반사되는 전자기 에너지를 변조하는 회로에 전력을 공급한다. 수동 태그들은 일반적으로 배터리 전원용 태그들보다 훨씬 짧은 범위를 갖는다.
한편, LoRa(Long-Range Sub-Ghz Module)는 915Mhz의 무선통신으로 네트워크를 구성하는 중거리용(1km이상) 네트워크 통신으로, LoRaWAN이라고도 한다. LoRa는 저전력 장거리 통신기술(Low Power Wide Area Network, LPWAN)기술 표준 중 하나이다. 기존 Zigbee나 WI-FI 통신 모듈에 비해 저전력으로 효율이 좋고, 100m 이내의 짧은 유효 거리를 가졌던 기존 통신방식에 비해 유효거리가 1km 이상으로 장거리 통신을 지원한다.
또한, LoRa는 특정 채널에 간섭이 있을 경우, 간섭이 없는 다른 채널으로 자동으로 찾아 전송이 가능해 수신된 데이터의 신뢰성이 높다. 무선 전송시 AES64 방식의 암호화된 데이터를 전송하므로 높은 보안성을 가지며, 한 번에 여러 클라이언트용 디바이스를 동시에 연결할 수 있다.
도 1은 종래의 LoRa 네트워크를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 LoRa 네트워크(1)는 LoRa 게이트웨이(10) 및 LoRa 태그(20)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, LoRa 태그(20)는 복수의 LoRa 태그로 이루어질 수 있으며, 예컨대 제1 LoRa 태그(21) 및 제2 LoRa 태그(22)를 포함할 수 있다. 여기에서는 다수의 LoRa 태그(20) 중 제1 LoRa 태그(21) 및 제2 LoRa 태그(22)를 중심으로 설명한다. 그리고 제1 LoRa 태그(21) 및 제2 LoRa 태그(22)는 각각 배터리(30)와 연결될 수 있다.
도 2는 종래의 LoRa 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 LoRa 네트워크에서 제1 LoRa 태그(21) 및 제2 LoRa 태그(22)는 센싱 데이터(Sensing Data)를 LoRa 게이트웨이(10)로 전송할 수 있다. 그러나, LoRa 게이트웨이(10)에서 동시에 복수의 센싱 데이터가 전송되는 경우 충돌(Collision)이 발생되는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2018-0076852호는 이러한 LoRa 통신을 이용한 비가시거리 통신지역에서의 사물 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로, 기지국으로 수신되지 않는 사물들의 정보를 파악하여 해당 사물의 주위 노드가 대신 신호를 전달받아 클라우드 시스템까지 전달될 수 있도록 하는 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국공개특허 10-2018-0076852호
실시예들은 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 후방산란(Backscatter) 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여함으로써 충돌 없이 다중 접속이 가능한 후방산란 LoRa 네트워크 기술을 제공한다.
실시예들은 LoRa 게이트웨이가 주기적으로 신호를 송신함에 따라 신호를 수신한 LoRa 후방산란 태그에서 ARS 신호를 전송하여 경쟁에 참여하고 전달 받은 경쟁 결과에 따라 데이터를 전송할 수 있는 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치는, 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신 후, 송신할 데이터가 있는 경우, 후방산란(Backscatter) 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 경쟁 슬롯부; 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하고, 상기 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인하는 피드백 패킷부; 및 상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 데이터 슬롯부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 경쟁 슬롯부는, 상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인하고, 상기 송신할 데이터가 있는 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS(Access Request Sequence) 신호를 전송하여 경쟁에 참여할 수 있다.
상기 피드백 패킷부는, 상기 기지국으로부터 경쟁 결과의 성공 여부가 포함된 FBP(FeedBack Packet) 정보를 수신할 수 있다.
상기 데이터 슬롯부는, 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신한 후, 상기 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신하고, 상기 데이터 전송 요청에 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비할 수 있다.
상기 경쟁 슬롯부는, CRQ(Conflict Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 독립적으로 유지 관리하며 경쟁에 참여하고, 상기 데이터 슬롯부는, 상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 CRQ 및 상기 DTQ의 규칙에 따라 상기 데이터를 상기 기지국으로 전송할 수 있다.
다른 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법은, LoRa 후방산란(Backscatter) 태그는 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신하는 단계; 상기 기지국으로부터 상기 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신한 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하는 단계; 상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인하는 단계; 상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 단계; 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하는 단계; 상기 LoRa 후방산란 태그는 수신한 상기 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인하는 단계; 및 상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 DQ 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 단계는, 상기 LoRa 후방산란 태그는 송신할 데이터가 있는 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS(Access Request Sequence) 신호를 전송하여 경쟁에 참여할 수 있다.
상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하는 단계는, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 결과의 성공 여부가 포함된 FBP(FeedBack Packet) 정보를 수신할 수 있다.
상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신한 후, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 상기 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신한 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 데이터 전송 요청에 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 DQ 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 단계는, 상기 LoRa 후방산란 태그는 CRQ(Conflict Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 독립적으로 유지 관리하며 경쟁에 참여하는 것이며, 상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계는, 상기 CRQ 및 상기 DTQ의 규칙에 따라 상기 데이터를 상기 기지국으로 전송할 수 있다.
실시예들에 따르면 후방산란(Backscatter) 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여함으로써 충돌 없이 다중 접속이 가능한 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 LoRa 게이트웨이가 주기적으로 신호를 송신함에 따라 신호를 수신한 LoRa 후방산란 태그에서 ARS 신호를 전송하여 경쟁에 참여하고 전달 받은 경쟁 결과에 따라 데이터를 전송할 수 있는 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 LoRa 네트워크를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 LoRa 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 후방산란 LoRa 네트워크를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 후방산란 LoRa 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 DQ 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 LoRa 후방산란 태그의 DQ 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 LoRa 후방산란 태그의 DQ 동작의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명에 따른 LoRaWAN 기반의 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법은 현재 사이클에서 ARS(Access Request Sequence) 전송 여부 결정하는 CRQ(Contention Resolution Queue) 및 현재 사이클에서 데이터 전송 여부 결정하는 DTQ(Data Transmission Queue)를 이용하여 고속 다중 채널 환경에서의 자원의 효율적인 사용이 가능하도록 한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 LoRa 게이트웨이가 주기적으로 신호를 송신함에 따라 상기 신호를 수신한 LoRa 후방산란 태그는 경쟁 슬롯부에서 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS 신호를 전송할 수 있다. 그리고, 피드백 패킷부에서 경쟁 결과를 포함하는 FBP(FeedBack Packet)를 수신하고 경쟁 결과에 따라 채널을 선택하여 데이터 슬롯부를 통해 데이터를 전송할 수 있다.
이하의 설명에서 '경쟁 슬롯부'는 단말이 무작위로 경쟁 슬롯을 선택하여 경쟁하는 구간이고, '피드백 패킷부'는 경쟁 결과를 알려주는 구간이고, '데이터 슬롯부'는 충돌 없이 데이터 전송 가능한 구간을 의미한다.
이와 같은 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 일 실시예에 따른 후방산란 LoRa 네트워크를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 후방산란 LoRa 네트워크는(300)는 LoRa 게이트웨이(310) 및 LoRa 후방산란 태그(320)를 포함하여 이루어질 수 있다.
LoRa 게이트웨이(310)는 LoRa 기술이 적용된 기지국으로서, LoRa 후방산란 태그(320)와 LoRa 네트워크 서버(Network Server) 간 데이터를 전달하는 역할을 하고, LoRa 통신용 기지국 프로토콜 및 LoRa 네트워크 서버 연동 기능 등을 수행할 수 있다.
LoRa 후방산란 태그(320)는 LoRa 기술을 적용한 디바이스로서, LoRa 클래스(Class)별 데이터 전송 동작 및 패킷 암/복호화 기능 등을 수행할 수 있다. 여기서, LoRa 후방산란 태그(320)는 복수의 LoRa 후방산란 태그로 이루어질 수 있으며, 예컨대 제1 LoRa 후방산란 태그(321) 및 제2 LoRa 후방산란 태그(322)를 포함할 수 있다. 여기에서는 다수의 LoRa 후방산란 태그(320) 중 제1 LoRa 후방산란 태그(321) 및 제2 LoRa 후방산란 태그(322)를 중심으로 설명한다. 그리고 제1 LoRa 후방산란 태그(321) 및 제2 LoRa 후방산란 태그(322)는 종래의 LoRa 네트워크와 달리 배터리가 요구되지 않는다.
도 4는 일 실시예에 따른 후방산란 LoRa 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 후방산란 LoRa 네트워크에서 LoRa 게이트웨이(310)는 주기적으로 다운링크 신호(Downlink Signal)을 송신한다(401). LoRa 게이트웨이(310)에서 송신한 다운링크 신호를 수신한 LoRa 후방산란 태그(320)는 LoRa 게이트웨이(310)로 후방산란 신호인 업링크(Uplink) ARS 신호를 송신할 수 있다(402). 이후, LoRa 게이트웨이(310)는 경쟁 결과(404)가 포함된 FBP를 다운링크 신호로 송신할 수 있다(403). 예컨대, 경쟁 결과(404)는 성공(Success) 또는 실패(Fall 또는 Fail)로 표시될 수 있다.
이에 따라 경쟁 결과(404)가 성공(Success)인 경우의 LoRa 후방산란 태그(320)(여기에서는 제1 LoRa 후방산란 태그(321))는 센싱 데이터를 LoRa 게이트웨이(310)로 전송할 수 있다(405).
한편, 경쟁 결과(404)가 실패(Fall)인 경우의 LoRa 후방산란 태그(320)(여기에서는 제2 LoRa 후방산란 태그(322))는 다시 재경쟁 순서를 기다릴 수 있다.
다시 LoRa 게이트웨이(310)는 다운링크 신호을 송신하고(406), LoRa 게이트웨이(310)에서 송신한 다운링크 신호를 수신한 LoRa 후방산란 태그(320)는 LoRa 게이트웨이(310)로 후방산란 신호인 업링크(Uplink) ARS 신호를 송신할 수 있다(407). 이후, LoRa 게이트웨이(310)는 경쟁 결과(409)가 포함된 FBP를 다운링크 신호로 송신할 수 있다(408).
이에 따라 경쟁 결과(409)가 성공(Success)인 경우의 LoRa 후방산란 태그(320)(여기에서는 제2 LoRa 후방산란 태그(322))는 센싱 데이터를 LoRa 게이트웨이(310)로 전송할 수 있다(410).
아래에서 후방산란 LoRa 네트워크에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 DQ 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, DQ(Distributed Queuing) 프레임(500)은 기본적으로 경쟁 슬롯부(510), 데이터 슬롯부(520) 및 피드백 패킷(FeedBack Packet, FBP)부(530)로 구성될 수 있으며, 이를 하나의 사이클로 정의할 수 있다.
경쟁 슬롯부(510)는 복수의 경쟁 슬롯(Contention slots)을 포함하며, 여기에서는 하나의 예시로써 3개의 경쟁 슬롯을 포함할 수 있다. 경쟁 슬롯부(510)는 데이터 슬롯부(520)의 데이터를 획득하기 위해 경쟁하는 구간으로 노드의 경쟁 도구(Preamble)가 되는 ARS(Access Request Sequence)를 전송할 수 있다. 그리고 피드백 패킷부(530)는 노드들의 경쟁 결과를 알려주는 구간으로 경쟁 결과를 담고 있는 패킷 FBP(FeedBack Packet)를 전송할 수 있다. 여기서, 노드는 앞에서 설명한 LoRa 후방산란 태그가 될 수 있다.
노드가 지닌 큐의 역할을 보면, CRQ(Contention Resolution Queue)는 현재 사이클에서 ARS 전송 여부를 결정하는 것이고, DTQ(Data Transmission Queue) 현재 사이클에서 데이터 전송 여부를 결정하는 것이다.
각 노드는 DTQ 및 CRQ를 독립적으로 유지 관리하며 경쟁에 참여하고 CRQ 및 DTQ 규칙에 따라 데이터를 전송할 수 있다.
노드는 전송할 데이터가 있을 때 ARS 신호를 전송하여 경쟁에 참여할 수 있다. 경쟁 참여 후, 정해진 타임 슬롯(Time Slot) 후에 코디네이터(Coordinator)로부터 경쟁의 결과가 담긴 FBP을 수신 받을 수 있다. 여기서, 코디네이터는 LoRa 네트워크 서버가 될 수 있으며, 실시예에 따라 LoRa 게이트웨이 또는 기지국이 될 수도 있다.
이 때, 경쟁 결과를 담고 있는 패킷 FBP에는 경쟁 상태와 CRQ 및 DTQ의 길이 정보를 포함할 수 있다. 경쟁 결과에는 경쟁자가 없는 “Empty” 상태(501), 단일 경쟁 후보만 존재하는 “Success”상태(502), 다중 경쟁 후보가 존재하는 “Fail(또는 Collisions, Fall)”상태(503)의 총 3가지 상태가 존재할 수 있다. 이와 같이 FBP는 경쟁 상태를 포함할 수 있으며, 여기에서 설명한 경쟁 상태는 하나의 예시일 뿐, 이에 제한되지는 않는다.
노드는 FBP 정보를 바탕으로 경쟁 성공 시 DTQ에 진입하여 전송 순서를 기다리며, 경쟁 실패 시 CRQ에 진입해서 재경쟁을 위한 순서를 기다릴 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법은, LoRa 후방산란(Backscatter) 태그는 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신하는 단계(S110), 상기 기지국으로부터 상기 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신한 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하는 단계(S120), 상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인하는 단계(S130), 상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 단계(S140), 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하는 단계(S150), 상기 LoRa 후방산란 태그는 수신한 상기 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인하는 단계(S180), 및 상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계(S190)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신한 후, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신하는 단계(S160), 및 상기 기지국으로부터 상기 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신한 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 데이터 전송 요청에 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하는 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법의 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
단계(S110)에서, LoRa 후방산란(Backscatter) 태그는 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신할 수 있다.
단계(S120)에서, 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신한 LoRa 후방산란 태그는 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비할 수 있다.
단계(S130)에서, LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인할 수 있다.
단계(S140)에서, LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는 경우, LoRa 후방산란 태그는 후방산란 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여할 수 있다. 이 때, LoRa 후방산란 태그는 송신할 데이터가 있는 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS(Access Request Sequence) 신호를 전송하여 경쟁에 참여할 수 있다. 그리고 LoRa 후방산란 태그는 CRQ(Conflict Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 독립적으로 유지 관리하며 경쟁에 참여할 수 있다.
단계(S150)에서, LoRa 후방산란 태그는 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신할 수 있다. 이 때, LoRa 후방산란 태그는 기지국으로부터 경쟁 결과의 성공 여부가 포함된 FBP(FeedBack Packet) 정보를 수신할 수 있다.
단계(S160)에서, LoRa 후방산란 태그는 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신할 수 있다.
단계(S170)에서, 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신한 LoRa 후방산란 태그는 데이터 전송 요청에 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비할 수 있다.
단계(S180)에서, LoRa 후방산란 태그는 수신한 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인할 수 있다.
단계(S190)에서, 경쟁 결과가 성공인 경우, LoRa 후방산란 태그는 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 기지국으로 전송할 수 있다. 이 때, LoRa 후방산란 태그는 CRQ 및 DTQ의 규칙에 따라 데이터를 기지국으로 전송할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치(700)는 경쟁 슬롯부(710), 데이터 슬롯부(720) 및 피드백 패킷부(730)로 구성될 수 있다. 여기서, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치(700)는 LoRa 후방산란 태그에 포함되거나 LoRa 후방산란 태그를 포함할 수 있다. 또한, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치(700)는 도 5에서 설명한 DQ 프레임을 포함할 수 있다.
경쟁 슬롯부(710)는 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신 후, 송신할 데이터가 있는 경우, 후방산란(Backscatter) 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여할 수 있다.
이 때, 경쟁 슬롯부(710)는 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인하고, 송신할 데이터가 있는 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS(Access Request Sequence) 신호를 전송하여 경쟁에 참여할 수 있다. 그리고 경쟁 슬롯부(710)는 CRQ(Conflict Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 독립적으로 유지 관리하며 경쟁에 참여할 수 있다.
피드백 패킷부(730)는 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하고, 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인할 수 있다. 이 때, 피드백 패킷부(730)는 기지국으로부터 경쟁 결과의 성공 여부가 포함된 FBP(FeedBack Packet) 정보를 수신할 수 있다.
데이터 슬롯부(720)는 경쟁 결과가 성공인 경우, 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 기지국으로 전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 데이터 슬롯부(720)는 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신한 후, 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신하고, 데이터 전송 요청에 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비할 수 있다.
이 때, 데이터 슬롯부(720)는 경쟁 결과가 성공인 경우, CRQ 및 DTQ의 규칙에 따라 데이터를 기지국으로 전송할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 LoRa 후방산란 태그의 DQ 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, LoRa 후방산란 태그는 경쟁 슬롯의 랜덤 선택 후 경쟁 참여 신호인 패킷 ARS를 전송할 수 있다(S210). 경쟁 참여 후, LoRa 후방산란 게이트웨이(기지국)로부터 경쟁 결과 패킷 FBP를 수신하여, 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인할 수 있다(S220).
경쟁 결과가 성공인 경우, DTQ에 진입하고(S230), 자신이 전송할 차례인지 여부를 확인하여(S240), 데이터를 전송할 수 있다(S250). 그리고 자신이 전송할 차례가 아닌 경우 차례를 기다릴 수 있다.
또한, 경쟁 결과가 실패인 경우, CTQ에 진입하고(S260), 자신이 경쟁할 차례인지 여부를 확인하여(S270), 자신이 경쟁할 차례인 경우 다시 경쟁 슬롯의 랜덤 선택 후 경쟁 참여 신호인 패킷 ARS를 전송함으로써 경쟁에 참여할 수 있다(S210).
한편, LoRa 후방산란 태그는 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치이거나 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치에 포함될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 LoRa 후방산란 태그의 DQ 동작의 예를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, DQ 프로세스를 쉽게 이해할 수 있도록 트래픽이 해결될 때까지 경쟁에 참여하는 5개 노드(D1, D2, D3, D4, D5)의 예시를 보여준다. 여기에서 각 노드의 CRQ(920) 및 DTQ(930) 상태를 나타내고, 매 DQ 사이클 마다 노드는 자신의 순서에 경쟁 또는 데이터 전송을 수행하며 이에 따른 결과는 FBP(910)에 표현될 수 있다.
도 9(a)에서 5개의 노드(D1, D2, D3, D4, D5)는 경쟁에 처음으로 참여하게 되며, CRQ(920), DTQ(930)는 모두 초기화된 상태이다. 따라서 각 노드는 곧 바로 ARS 패킷을 전송하여 전송에 참여하며, D2 노드를 제외한 나머지 노드들(D1, D3, D4, D5)은 경쟁 결과 “Fail”상태를 수신 받을 수 있다. 따라서 도9(b)에서 D2 노드는 DTQ(930)에 진입하며 나머지 노드들(D1, D2, D3, D4, D5)은 CRQ(920)에 진입하여 다시 경쟁을 시도할 수 있다.
이와 같이 노드는 전송할 데이터가 있을 때 ARS 신호를 전송하여 경쟁에 참여할 수 있으며, 코디네이터로부터 경쟁의 결과가 담긴 FBP(910)을 수신 받을 수 있다. 수신된 FBP(910)의 정보를 바탕으로 경쟁 성공 시(예컨대, D2 노드) DTQ(930)에 진입하여 데이터를 전송할 수 있으며, 경쟁 실패 시(예컨대, D1, D3, D4 및 D5 노드) CRQ(920)에 진입하여 다시 경쟁을 시도할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 기지국에서 주기적으로 다운링크 신호(Downlink Signal)을 송신함에 따라 상기 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신 후, 상기 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 이용하여 업링크(Uplink) 신호인 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하고, 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인하여 송신할 데이터가 있는 경우, 후방산란(Backscatter) 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 경쟁 슬롯부;
    상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하고, 상기 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인하는 피드백 패킷부; 및
    상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 데이터 슬롯부
    를 포함하고,
    상기 데이터 슬롯부는,
    상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신한 후, 상기 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신하고, 상기 데이터 전송 요청에 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하여 상기 경쟁 결과가 성공인 경우 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하며,
    상기 경쟁 슬롯부는,
    CRQ(Conflict Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 독립적으로 유지 관리하며 경쟁에 참여하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경쟁 슬롯부는,
    상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인하고, 상기 송신할 데이터가 있는 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS(Access Request Sequence) 신호를 전송하여 경쟁에 참여하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 패킷부는,
    상기 기지국으로부터 경쟁 결과의 성공 여부가 포함된 FBP(FeedBack Packet) 정보를 수신하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 슬롯부는,
    상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 CRQ 및 상기 DTQ의 규칙에 따라 상기 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 장치.
  6. 기지국에서 주기적으로 다운링크 신호(Downlink Signal)을 송신함에 따라 LoRa 후방산란(Backscatter) 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 상기 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 수신한 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 경쟁 참여 요청에 대한 신호를 이용하여 업링크(Uplink) 신호인 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하는 단계;
    상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 LoRa 후방산란 태그에서 송신할 데이터가 있는 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 DQ(Distributed Queuing) 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 단계;
    상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하는 단계;
    상기 LoRa 후방산란 태그는 수신한 상기 경쟁 결과가 성공인지 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신한 후, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 기지국으로부터 상기 데이터 전송 요청에 대한 신호를 수신한 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 데이터 전송 요청에 신호를 이용하여 후방산란 신호의 생성 및 전송을 준비하는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 DQ 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 단계는,
    상기 LoRa 후방산란 태그는 CRQ(Conflict Resolution Queue) 및 DTQ(Data Transmission Queue)를 독립적으로 유지 관리하며 경쟁에 참여하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 DQ 프로토콜에 따라 경쟁에 참여하는 단계는,
    상기 LoRa 후방산란 태그는 송신할 데이터가 있는 경우 경쟁 슬롯을 선택하고 ARS(Access Request Sequence) 신호를 전송하여 경쟁에 참여하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 결과를 수신하는 단계는,
    상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 기지국으로부터 경쟁 결과의 성공 여부가 포함된 FBP(FeedBack Packet) 정보를 수신하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 경쟁 결과가 성공인 경우, 상기 LoRa 후방산란 태그는 상기 후방산란 신호를 이용하여 센싱한 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계는,
    상기 CRQ 및 상기 DTQ의 규칙에 따라 상기 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 것
    을 특징으로 하는, 후방산란 통신을 이용하는 LoRa 태그를 위한 다중 접속 방법.
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