KR102066531B1 - 무선 전력 전송을 위한 인밴드 통신 방법 - Google Patents

Abstract

다수 기기의 무선 충전을 위한 무선 전력전송 시스템의 인밴드 통신을 위한 물리 계층 및 MAC 계층 프로토콜을 제공한다. 본 발명에 따른 무선 전력전송 시스템의 통신 방법은, 다수 기기의 무선 충전을 위한 무선 전력전송 시스템의 통신 방법으로서, 상기 무선 전력전송 시스템은, 기기에 대한 무선 전력전송, 충전 및 통신 영역 내의 기기에 대한 연결 및 해제, 상기 무선 전력전송 네트워크 내의 데이터 및 무선전력 전송의 송수신 시간을 관리하는 베이스 스테이션; 및 상기 무선 전력전송 네트워크를 구성하는 상기 베이스 스테이션을 제외한 기기로서, 상기 베이스 스테이션으로부터 무선 전력을 수신하는 기기인 다수의 노드를 포함하며, 상기 무선 전력전송 시스템은 80kHz와 400kHz 사이의 중심 주파수를 갖는 하나의 주파수 대역을 이용하여 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하고, 시간적 구성요소로서 요청 구간, 응답 구간 및 자율 구간으로 구성되는 수퍼프레임을 통해 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행한다.

Description

무선 전력 전송을 위한 인밴드 통신 방법{In-band communication for wireless power transfer}

본 발명은 다수 기기의 무선 충전을 위한 무선 전력전송 시스템의 인밴드 통신 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 동일한 주파수 대역을 사용하여 무선 전력전송과 자기장 통신을 동시에 수행할 수 있는 인밴드 통신 방법에 관한 것이다.

무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템이 사용되고 있다.

예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다.

그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 충전 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.

한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 동일한 주파수 대역을 사용하여 무선 전력전송과 자기장 통신을 동시에 수행할 수 있는 인밴드 통신 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서는 다수 기기의 무선 충전을 위한 무선 전력전송 시스템의 인밴드 통신을 위한 물리 계층 및 MAC 계층 프로토콜을 제공한다.

본 발명에 따른 무선 전력전송 시스템의 통신 방법은, 다수 기기의 무선 충전을 위한 무선 전력전송 시스템의 통신 방법으로서, 상기 무선 전력전송 시스템은, 기기에 대한 무선 전력전송, 충전 및 통신 영역 내의 기기에 대한 연결 및 해제, 상기 무선 전력전송 네트워크 내의 데이터 및 무선전력 전송의 송수신 시간을 관리하는 베이스 스테이션; 및 상기 무선 전력전송 네트워크를 구성하는 상기 베이스 스테이션을 제외한 기기로서, 상기 베이스 스테이션으로부터 무선 전력을 수신하는 기기인 다수의 노드를 포함하며, 상기 무선 전력전송 시스템은 80kHz와 400kHz 사이의 중심 주파수를 갖는 하나의 주파수 대역을 이용하여 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하고, 시간적 구성요소로서 요청 구간(request period), 응답 구간(response period) 및 자율 구간(spontaneous period)으로 구성되는 수퍼프레임을 통해 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행한다.

본 발명에 따르면 수 미터의 거리 내에서 형성된 네트워크에 기반하여 무선 전력 전송과 수 kbps의 데이터 전송이 가능하다.

도 1은 무선 전력전송 시스템
도 2는 모바일 장치
도 3은 가전 장치
도 4는 MFC를 위한 iWPTN 수퍼프레임 구조
도 5는 WPT를 위한 iWPTN 수퍼프레임 구조
도 6은 iWPTN 구조
도 7은 UID 구조
도 8은 iWPTN-B 상태도
도 9는 iWPTN-D 상태도
도 10은 PHY layer 프레임 포맷
도 11은 프리앰블 포맷
도 12는 MAC 계층 프레임 포맷
도 13은 컨트롤 필드 프레임 포맷
도 14는 요청 프레임 포맷
도 15는 응답 프레임 포맷
도 16은 데이터 프레임 포맷
도 17은 응답 확인 프레임 포맷
도 18은 데이터 확인 프레임 포맷
도 19는 요청 프레임의 페이로드 포맷
도 20은 연결 요청 블록 포맷
도 21은 분리 요청 블록 포맷
도 22는 연결 상태 요청 블록 포맷
도 23은 데이터 요청 블록 포맷
도 24는 그룹 ID 셋업 요청 블록 포맷
도 25는 전력 전송 요청 블록 포맷
도 26은 전력 전송 시작 요청 블록 포맷
도 27은 응답 프레임의 페이로드 포맷
도 28은 연결 응답 블록 포맷
도 29는 분리 응답 블록 포맷
도 30은 연결 상태 응답 블록 포맷
도 31은 데이터 응답 블록 포맷
도 32는 그룹 ID 셋업 응답 블록 포맷
도 33은 전력 전송 응답 블록 포맷
도 34는 데이터 프레임의 페이로드 포맷
도 35는 확인 프레임의 페이로드 포맷
도 36은 연결 응답 확인 블록 포맷
도 37은 분리 응답 확인 블록 포맷
도 38은 연결 상태 응답 확인 블록 포맷
도 39는 데이터 응답 확인 블록 포맷
도 40은 그룹 ID 셋업 응답 확인 블록 포맷
도 41은 WPT 응답 구간의 PSFI
도 42는 PS 비콘 포맷
도 43은 PS 비콘의 프레임 컨트롤
도 44는 WPT 응답 구간의 PSF
도 45는 PSF의 프레임 컨트롤
도 46은 BPTRq 포맷
도 47은 BPTRs 포맷
도 48은 연결 절차
도 49는 분리 절차
도 50은 연결 상태 확인 절차
도 51은 응답 구간의 데이터 전송 절차
도 52는 자율 구간의 데이터 전송 절차
도 53은 그룹 ID 셋업 절차
도 54는 무선 전력 전송 절차
도 55는 배터리 방전 절차
도 56은 엔벨로프 파형
도 57은 BPSK-변조 신호
도 58은 ASK-변조 신호
도 59는 WPT 신호

3 용어 및 정의

본 명세서에서 다음의 용어와 정의가 사용된다.

3.1 무선 전력전송(WPT: Wireless power transfer)

충분한 전력을 가진 장치가 다른 장치로 이를 무선으로 전달하는 메커니즘

3.2 무선 전력전송 네트워크(WPTN: Wireless power transfer network)

유무선 통신을 통하여 무선 전력 전송 상태를 인식한 것에 기반하여 고려 중인 장치에 대해 무선 전력을 전송하는 시스템인 네트워크

3.3 자기장 통신(MFC:Magnetic field communication)

자기장을 이용한 무선 통신

3.4 인밴드 무선 전력전송 네트워크(iWPTN: In-band wireless power transfer network)

무선 전력전송과 자기장 통신을 위해 하나의 주파수 대역을 사용하는 무선 전력전송 네트워크

3.5 인밴드 무선 전력전송 네트워크-베이스스테이션(iWPTN-B)

기기에 대한 무선 전력전송, 충전 및 통신 영역 내의 기기에 대한 연결 및 해제, iWPTN 내의 데이터 무선전력 전송의 송수신 시간을 관리하는 시스템

3.6 인밴드 무선 전력전송 네트워크-기기(iWPTN-D)

iWPTN 내에서 네트워크를 구성하는 베이스스테이션을 제외한 기기로서, 베이스스테이션으로부터 무선 전력을 수신

3.7 자기장 통신 네트워크(MFAN: Magnetic field area network)

자기장을 이용한 신뢰성 있는 인밴드 자기장 통신에 기반한 무선 통신을 제공하는 무선 네트워크

4 기호 및 약어

본 명세서에서 다음의 약어가 사용된다.

ABNR Abnormal

ARq Association Request

ARs Association Response

ARA Association Response Acknowledgement

ASC Association Status Check

ASK Amplitude Shift Keying

ASRq Association Status Request

ASRs Association Status Response

ASRA Association Status Response Acknowledgement

BPSK Binary Phase Shift Keying

BPTRq Battery-out Power Transfer Request

BPTRs Battery-out Power Transfer Response

MFC Magnetic Field Communication

CRC Cyclic Redundancy Check

DA Data Acknowledgement

DaRq Disassociation Request

DaRs Disassociation Response

DaRA Disassociation Response Acknowledgement

DRq Data Request

DRs Data Response

DRA Data Response Acknowledgement

FCS 프레임 Check Sequence

GSRq Group ID Set-up Request

GSRs Group ID Set-up Response

GSRA Group ID Set-up Response Acknowledgement

HCS Header Check Sequence

LSB Least Significant Bit

MAC Media Access Control

NRZ-L Non-Return-to-Zero Level

PHY Physical Layer protocol

PTRq Power Transfer Request

PTRs Power Transfer Response

PS Power Status

PSF Power Status Feedback

PSFI Power Status Feedback Interval

RA Response Acknowledgement

RR Response Request

SIFS Short Inter Frame Space

TDMA Time Division Multiple Access

UID Unique Identifier

5 개요

iWPTN은 무선으로 전력을 전송할 수 있으며 이에 필요한 데이터와 제어 명령을 무선 전력전송에서 사용되는 것과 동일한 주파수를 사용하는 MFC 시스템을 통해 교환할 수 있는 무선 네트워크이다. 자기장의 특성과 규정을 만족하는 전력 레벨에 기인하여, 통신 영역은 전력 전송 영역에 비해 넓다. MFAN에 의해 지원되는 통신 링크에 기반하여 필요한 정보가 교환되며, iWPTN-B는 효율적인 WPT를 제공하기 위한 스케줄링을 수행한다.

iWPTN 내의 MFC 시스템은 30KHz 내지 300KHz의 중심 반송파 주파수 대역을 가지고 있으며 이는 무선 전력 전송의 주파수 대역과 동일하다. 이는 BPSK와 같은 간단하고 강인한 변조 방법을 사용하여 저비용으로 구현할 수 있으며 낮은 오류 발생률을 얻을 수 있다. 또한, Manchester나 NRZ-Lem과 같은 동적 부호화 방법을 사용하여 잡음에 대해 강인하다. 이는 수 미터의 거리 내에서 수 kbps의 데이터 전송 속도를 제공한다. WPT에서는 WPT 효율을 증가시키기 위하여 비변조 사인 곡선 신호가 사용된다.

iWPTN은 전력소비를 줄이기 위하여 스타 토폴로지와 같은 단순하고 효율적인 네트워크 토폴로지를 사용한다. 또한 작은 패킷 사이즈와 효율적인 주소 관리를 위해 동적 주소 할당을 사용한다. 무선 충전 환경에 따라 가변 전송속도와 부호화 방법을 이용하는 적응적 링크 품질 제어를 사용한다. iWPTN의 노드는 기능에 따라 iWPTN-B과 iWPTN-D으로 구분된다. 하나의 iWPTN 네트워크에는 하나의 iWPTN-B만이 존재하며, iWPTN-B를 중심으로 다수의 iWPTN-D 노드가 네트워크를 형성한다. iWPTN-B는 iWPTN-D의 연결과 해제를 관리한다. iWPTN은 데이터의 송수신을 위하여 TDMA (Time Division Multiple Access) 방식을 사용한다. iWPTN-D가 iWPTN-B에 의해 관리되는 iWPTN 네트워크에 합류(join)할 때, iWPTN-B는 iWPTN-D의 요청과 iWPTN-B의 판단에 따라 iWPTN-D의 전송을 위한 타임 슬롯을 할당한다.

도 1에 나타난 바와 같이, iWPTN-B와 iWPTN-D는 실내에 위치할 수 있다. iWPTN-B가 ID나 배터리 정보와 같은 무선 전력전송에 관련된 데이터를 iWPTN-D로부터 수신하면, 수신된 데이터를 수집하여 무선 전력전송을 위한 타임 슬롯의 수나 전력전송 순서와 같은 요구되는 팩터들을 계산한다. iWPTN-B는 iWPTN을 관리하기 위한 제어 데이터를 iWPTN-D로 송신한다.

iWPTN은 다양한 산업 분야에 적용된다. 기능 수행을 위하여 전력을 필요로 하는 전기 장치에 적용된다. 일부 분야에 대해서는 장치의 외부에서 무선으로 전력을 공급함으로써 기능의 개선을 가져올 수도 있다. 이러한 장치들은 배터리의 수명이나 배터리의 수납을 위한 구조 등의 문제가 해결된다.

예를 들면, 사용시간이 길어짐에 따라 항상 배터리가 문제로 되는 이동 장치의 경우 iWPTN은 유비쿼터스 충전 환경을 제공한다(도 2). 가전 장치에 대해서는 복잡한 전선과 플러그를 없애 가전장치의 배치와 원하는 꾸밈새를 얻을 수 있게 한다(도 3).

6 네트워크 구성요소

6.1 일반

iWPTN의 주 구성요소는 시간 및 물리적 구성요소이다. 시간 요소는 요청 구간(request period), 응답 구간(response period), 및 자율 구간(spontaneous period)으로 구성되는 수퍼프레임을 가리키며, 물리 요소는 iWPTN-B과 iWPTN-D들로 이루어진 네트워크를 가리킨다. 물리 요소의 가장 기본적인 요소는 노드이다. 노드는 두 가지 형태로 나누어지는데, 하나는 네트워크를 관리하는 iWPTN-B이고, 다른 하나는 iWPTN-B와 통신하는 iWPTN-D이다.

도 4 내지 도 6은 각각 시간 및 물리 요소인 수퍼프레임과 네트워크의 구조를 도시한 것이다. iWPTN 내에서 첫번째로 결정되어야 하는 노드는 iWPTN-B이며, 수퍼프레임은 iWPTN-B가 요청 구간 동안 요청 패킷을 송신함으로써 시작된다. iWPTN-B는 iWPTN-D의 연결(association), 분리(disassociation), 해제(release) 및 스케줄링을 관리한다. 하나의 iWPTN은 하나의 채널을 사용하며, 해당 채널을 사용하는 오직 하나의 iWPTN-B과 나머지 iWPTN-D으로 구성된다. iWPTN 내의 노드 중 iWPTN-B을 제외한 나머지 노드는 iWPTN-D가 된다. 역할에 따라 어느 노드나 iWPTN-B 또는 iWPTN-D가 될 수 있다. 기본적으로 iWPTN-B와 iWPTN-D 사이의 P2P(peer-to-peer) 방식 연결이 고려된다.

6.2 시간 요소

iWPTN에서 사용되는 시간 요소는 TDMA 방식의 타임 슬롯이다. iWPTN-B는 응답 구간에서 데이터를 송신하는 iWPTN-D 그룹을 관리하며, 타임 슬롯은 선택된 iWPTN-D에 의하여 자체적으로 배열된다(self-arraged).

6.2.1 MFC 시간 요소

자기장 통신을 위한 iWPTN의 수퍼프레임은, 도 4에 나타난 바와 같이, 요청 구간, 응답 구간 및 자율 구간으로 구성되며, 요청 및 응답 구간의 길이는 가변이다. 수퍼프레임은 iWPTN-B가 요청 구간에서 RR 패킷을 전송함으로써 시작된다.

RR 패킷은 응답 구간 동안 어떤 iWPTN-D가 응답 패킷을 전송할 것인지에 대한 정보를 가지고 있으며, 선택된 iWPTN-D는 RR 패킷 정보에 따른 응답 구간에 응답 패킷을 전송할 수 있다.

6.2.1.1 요청 구간

요청 구간에서, iWPTN-B은 응답 구간에서 iWPTN-D가 응답 패킷을 보내기 위해 사용하는 정보를 담은 RR 패킷을 전송한다.

6.2.1.2 응답 구간

응답 구간에서, iWPTN-D는 iWPTN-B으로부터 수신한 RR 패킷에 따라 응답 패킷을 전송할 수 있다. 응답 구간은 iWPTN 내에서 선택된 iWPTN-D의 수에 따라 다수의 타임 슬롯으로 구분된다. 각 타임 슬롯의 길이는 응답 프레임과 확인(ACK)의 길이에 따라 변할 수 있다. iWPTN-B가 응답 구간을 스케줄하면, 슬롯 번호는 나누어진 타임 슬롯의 순서에 따라 결정된다. 그렇지 않은 경우 슬롯 번호는 0이다. iWPTN-B는 각 iWPTN-D 또는 특정 그룹에게 응답 구간의 사용을 위한 타임 슬롯을 할당하고, 할당된 그룹의 노드는 응답 구간에서 데이터 프레임을 독립적으로 전송한다.

6.2.1.3 자율 구간

자율 구간은 일정 시간 동안 응답 패킷을 전송하는 노드가 없을 경우 시작된다. 이 구간 동안 노드는 iWPTN-B의 요청이 없이도 데이터를 전송할 수 있다. 이 구간은 iWPTN-B가 요청 패킷을 전송할 때까지 유지된다.

6.2.2 WPT 시간 요소

iWPTN의 WPT를 위한 수퍼프레임이 도 5에 나타나 있으며, 이는 요청 구간, 응답 구간 및 자율 구간으로 구성되고, 각 구간의 길이는 가변이다. 수퍼프레임은 iWPTN-B가 요청 구간에서 iWPTN-D에게 PTRq 패킷을 전송하는 것으로 시작된다. iWPTN-D가 패킷을 수신하면 그에 대한 응답으로 PTRs 패킷을 송신한다. PTRs 패킷에 기반하여, iWPTN-B은 응답 구간 중 iWPTN-D가 WPT를 수신할 수 있는 스케줄링 정보를 포함하는 PTS 패킷을 송신하고, 선택된 iWPTN-D는 전력 상태 피드백 구간 동안 iWPTN-B로부터의 PS 비콘의 응답으로서 PSF 패킷을 송신한다.

6.2.2.1 요청 구간

요청 구간에서, iWPTN-B는 WPT 스케줄링 정보를 포함하는 RR 패킷을 전송한다. RR 패킷을 수신하는 iWPTN-D는 스케줄링 정보에 따라 iWPTN-B로부터 WPT를 수신할 준비를 한다.

6.2.2.2 응답 구간

WPT 응답 구간에서, iWPTN-B는 스케줄링 순서에 따라 iWPTN-D에게 WPT를 제공한다. 응답 구간은 iWPTN 내에서 선택된 iWPTN-D 수에 따라 다수의 타임 슬롯으로 나누어질 수 있다. 각 타임 슬롯의 길이는 WPT 구간의 길이에 따라 가변이다. iWPTN-B이 응답 구간의 모든 타임 슬롯을 스케줄링하면, 슬롯 번호는 나누어진 타임 슬롯의 순서에 의해 결정된다. 그렇지 않으면 슬롯 번호는 0이다. iWPTN-B는 iWPTN-D 또는 특정 그룹에게 타임 슬롯을 할당한다. 스케줄링 순서에 따라, 하나의 iWPTN-D가 WPT를 수신하거나, 할당된 그룹 내의 모든 iWPTN-D가 동시에 무선 전력을 수신한다. 자기장 통신의 응답 구간과 비교할 때, WPT 응답 구간은 PSFI를 갖는다. 가변 길이의 PSFI는 신속한 전력 상태(power status) 업데이트와 비정상적 상황(abnormal situation) 발생을 위한 것이다.

6.2.2.3 자율 구간

자율 구간은 모든 응답 구간의 마지막 타임 슬롯에서 고려된 iWPTN-D로부터의 모든 PSF 패킷을 확인하였을 때 시작된다. 이 구간에서 노드는 iWPTN-B의 요청이 없어도 EPTq 패킷을 전송할 수 있다. iWPTN-B가 EPTq 패킷을 수신하면, iWPTN-B는 EPT 패킷을 전송한 다음 일정한 시간 동안 WPT를 제공한다. 이 구간은 iWPTN-B가 요청 패킷을 전송할 때까지 유지된다.

6.2.3 네트워크 활성화(Network activation)

iWPTN의 수퍼프레임은 요청 구간, 응답 구간 및 자율 구간으로 나누어진다. iWPTN 내의 iWPTN-B와 iWPTN-D는 각 구간에서 다음과 같이 동작한다.

6.2.3.1 요청 구간 내의 요청 패킷 전송

요청 구간에서, iWPTN-B는 iWPTN-D로 RR 패킷을 전송한다. 이에 기반하여, RR 패킷을 수신한 iWPTN-D는 응답 구간 동안 응답 패킷을 전송할 것인지를 결정한다. iWPTN-B는 iWPTN-D 그룹이 응답 구간 동안 전송하도록 할 수도 있다.

6.2.3.2 응답 구간 내의 응답 패킷 전송

iWPTN-B에 의해 선택된 iWPTN-D는 응답 구간에서 응답 패킷을 전송할 수 있다. iWPTN-D가 응답 구간에서 응답 패킷을 전송할 때, 응답 패킷을 수신한 iWPTN-B는 RA 패킷을 전송한다. RA 패킷을 수신하지 못한 iWPTN-D는 iWPTN-B로부터 RA 패킷을 수신할 때까지 매 타임 슬롯에 응답 패킷을 전송한다.

6.2.3.3 응답 구간 내의 무선 전력전송

iWPTN-B에 의해 선택된 iWPTN-D는 응답 구간 동안 WPT를 수신한다. 각 타임 슬롯 후에는 신속한 전력 상태 업데이트와 비정상적 상황 발생을 위한 PSFI가 있다. WPT 동안, iWPTN-D가 PSFI 내의 PS 비콘을 수신하면, PSFI 내의 PS 비콘에 ㄷ대한 응답으로 업데이트된 전력 상태를 알리는 PSF 패킷을 iWPTN-B로 전송한다. iWPTN-B에 의해 비정상적 상황이 감지되면, iWPTN-B에 의한 PSFI로 모든 iWPTN-D에게 통지된다. iWPTN-D가 PS 비콘을 수신함으로써 오류를 인식하면, iWPTN-B로부터 요청을 수신할 때까지 대기한다.

6.2.3.4 자율 구간 내의 데이터 패킷 전송

자율 구간은 iWPTN-D가 일정한 시간 구간 동안 전력을 수신하지 않고 응답 패킷을 전송하지도 않을 때 시작되며, 이 구간은 iWPTN-B가 RR 패킷을 전송할 때까지 유지된다. 자율 구간에서 iWPTN-D는 iWPTN-B의 요청이 없이도 데이터를 전송할 수 있다.

6.2.3.5 자율 구간 내의 무선 전력전송

자율 구간은 모든 응답 구간의 마지막 타임 슬롯에서 고려된 iWPTN-D로부터의 모든 PSF 패킷을 확인하였을 때 시작되며, 이 구간은 iWPTN-B가 RR 패킷을 전송할 때까지 유지된다. 자율 구간에서 iWPTN-D는 iWPTN-B의 요청이 없어도 EPTq 패킷을 전송할 수 있다. iWPTN-B가 EPTq 패킷을 수신하면, iWPTN-B는 EPTq 패킷에 대한 응답으로 EPTs 패킷을 전송한 다음 일정한 시간 동안 WPT를 제공한다.

6.3 물리 요소

iWPTN을 구성하는 물리 요소는 iWPTN-B과 iWPTN-D로 나누어지며, 모든 iWPTN-D는 iWPTN-B와 연결된다(즉, 중앙 연결 장치). 기본 구성 요소인 노드는 역할에 따라 iWPTN-B와 iWPTN-D로 구분된다. iWPTN-B는 전체 iWPTN을 관리하며, 하나의 네트워크에는 하나의 iWPTN-B만이 존재한다. iWPTN-B는 RR 패킷을 전송함으로써 iWPTN-D를 관리한다. iWPTN-D는 iWPTN-B의 관리에 따라 응답 패킷을 전송하여야 한다. iWPTN은 도 6에 나타난 바와 같이 구성될 수 있다.

6.3.1 iWPTN-B

iWPTN-B는 iWPTN을 관리하는 노드이다; 하나의 네트워크에는 하나의 iWPTN-B만이 존재하며, RR 패킷에 의하여 WPTN-D를 관리하고 제어한다.

6.3.2 iWPTN-D

iWPTN-D는 iWPTN 내에 존재하는 노드이며(iWPTN-B 제외), 네트워크 당 최대 65,519개의 iWPTN-D가 존재할 수 있다. iWPTN-D는 iWPTN-B에 의해 전송되는 RR 패킷에 따라 응답 패킷을 전송한다.

6.4 주소 요소

iWPTN-D를 식별하기 위하여, iWPTN은 iWPTN ID, UID, group ID, node ID 및 charging ID와 같은 주소 시스템을 사용한다.

6.4.1 iWPTN ID

iWPTN은 해당 네트워크를 다른 네트워크와 식별하기 위한 고유의 ID를 갖는다; 이 값은 다른 iWPTN과 중복될 수 있으며, iWPTN이 존재하는 한 유지된다. 이 값은 네트워크를 구분하기 위하여 사용자에 의해 정의된다.

6.4.2 UID

UID는 64비트로 이루어진 고유의 식별자이다; 이는 group ID, IC 제조사 ㅁ코드 및 IC 제조사의 일련번호로 이루어진다. iWPTN-D는 UID에 의해 식별된다.

도 7은 UID 구조를 나타낸다.

6.4.3 Group ID

iWPTN-D은 애플리케이션에 의하여 그룹화할 수 있다. Group ID는 네트워크 내에서 그룹화된 iWPTN-D들에 대한 식별자이다. iWPTN-B는 패킷 충돌을 줄이기 위하여 특정 iWPTN-D 그룹에게 응답을 요청할 수 있다. 일부 group ID는 표 1에 나타낸 것과 같이 지정되어 있다. 이 값은 그룹을 구분하기 위하여 사용자에 의해 정의된다.

[표 1] Reserved group ID

6.4.4 Node ID

Node ID는 노드를 식별하기 위하여 UID 대신 사용하는 식별자이며, iWPTN-B에 의해 할당된 16 비트 주소를 갖고 있다. 일부 node ID는 표 2에 나타낸 것과 같이 지정되어 있다.

[표 2] Reserved node ID

6.4.5 WPT ID

WPT ID는 WPT 동안 사용되는 ID이다. 이 ID는 WPT 동안 신속한 통신을 위하여 iWPTN-B에 의해 할당된 8 비트 주소를 갖고 있다. 이 ID는 응답 구간의 WPT 직전의 요청 구간 동안 iWPTN-D에 할당될 수 있다. 일부 WPT ID는 표 3에 나타낸 것과 같이 지정되어 있다.

[표 3] Reserved charging ID

7 네트워크 상태

7.1 일반

iWPTN에서 iWPTN-D는 네트워크 구성, 네트워크 연결, 응답 전송, 데이터 전송, 네트워크 분리, 네트워크 해제 및 무선 전력전송에서 활성화 상태로 될 수 있다.

7.2 네트워크 구성

iWPTN-B는 요청 구간에서 iWPTN-D로 요청 패킷을 전송함으로써 네트워크를 구성한다. 요청 패킷에는 iWPTN ID가 포함되어 iWPTN-D는 연결되는 네트워크를 식별할 수 있다. 네트워크의 최소 구간은 iWPTN-B가 존재하는 동안을 의미하며, 요청 구간과 자율 구간만으로 구성된다.

7.3 네트워크 연결

iWPTN-B가 요청 구간에 ARq 패킷을 전송하면, iWPTN-D은 수신 패킷을 검사하여 원하는 iWPTN에 대한 ARq 패킷이면 응답 구간에 iWPTN-B로 ARs 패킷을 전송한다. iWPTN-B는 ARs 패킷을 수신하고 iWPTN-D로 ARA 패킷을 전송한다. iWPTN-D의 네트워크 연결은 iWPTN-B로부터 ARA 패킷을 수신하면 완료된다.

7.4 네트워크 분리

iWPTN에 연결된 iWPTN-D는 iWPTN-B의 요청에 의해 또는 스스로 분리될 수 있다. iWPTN-B는 현재 네트워크 상태에 따라 강제 분리를 위하여 iWPTN-D로 DaRq 패킷을 전송할 수 있다. 정지(shutdown)나 네트워크 영역으로부터 벗어나는 것에 의한 자발적인 분리의 경우 iWPTN-B는 iWPTN-B로부터의 ASRq의 응답에 의하여 iWPTN-D의 연결 상태를 알 수 있다.

7.5 데이터 전송

iWPTN-B가 요청 구간에 DRq 패킷을 iWPTN-D로 보내면, iWPTN-D는 요청된 데이터 타입에 따라 DRs 패킷을 iWPTN-B로 보낸다. DRs 패킷을 수신하면, iWPTN-B는 DRA 패킷을 iWPTN-D로 보내고, iWPTN-D가 DRA 패킷을 수신하면 데이터 전송이 완료된다.

7.6 무선 전력전송

iWPTN-B가 요청 구간에 PTRq 패킷을 iWPTN-D로 보내면, iWPTN-D는 응답 구간에 PTRs 패킷을 전송한다. PTRs 패킷 내의 정보에 기반하여, iWPTN-B는 WPT를 위한 타임 슬롯을 스케줄링하고, 스케줄링 정보를 포함하는 PTS 패킷을 요청 구간에 전송한다. iWPTN-D은 스케줄링 순서에 따라 응답 구간에 iWPTN-B로부터 WPT를 수신한다. 각 타임 슬롯 동안 WPT는 하나의 iWPTN-D 또는 그룹에 대해 제공될 수 있다. 각 iWPTN-D 또는 그룹이 WPT를 수신한 다음, 신속한 전력 상태 업데이트를 위한 PSFI가 있다. iWPTN-D가 iWPTN-B로부터 PSFI 내의 PS 비콘을 수신하면, iWPTN-B가 패킷을 요청하는 경우에만 PSF 패킷을 보낸다. PSF 패킷을 확인한 다음, iWPTN-B 은 다음 슬롯의 iWPTN-D에게 WPT를 제공한다. WPT 동안, iWPTN-B가 오류를 검출하면, WPT를 중단한다. PSFI가 시작되면, iWPTN-B는 PS 비콘을 보냄으로써 오류의 검출을 다른 iWPTN-D에게 통지한다. iWPTN-B이 응답 구간의 마지막 타임 슬롯에 마지막 iWPTN-D 또는 마지막 그룹으로로부터 PSF 패킷을 수신하면 WPT가 완료된다.

7.7 배터리 방전(Battery-out)

배터리 방전 상태의 iWPTN-D가 iWPTN에 들어오면, 스케줄링에 고려되지 않은 경우에도 응답 구간 중에 전력을 수신한다. MFC의 기본 기능을 수행하기 위해 필요한 전력을 수신한 후에, 전력 수신을 멈춘다. 자율 구간 동안, BPTRq 패킷을 보냄으로써 추가로 전력을 수신한다. iWPTN-D가 임계값 이상의 전력을 수신하면, 전력 수신을 중단하고 iWPTN에 합류하기 위한 요청 구간을 기다린다.

7.8 네트워크 해제

iWPTN 해제는 iWPTN-D의 요청에 의한 정상 해제와 돌발 상황에 의한 비정상 해제로 구분된다. 정상 해제는 iWPTN-B의 결정에 의하여 모든 iWPTN-D로 DaRq 패킷을 보냄으로써 네트워크를 해제하는 경우를 말한다. 비정상 해제는 iWPTN-B의 정지 (shutdown)나 네트워크 영역으로부터 벗어나는 것에 의한 것을 말한다.

7.9 iWPTN 노드 상태

iWPTN 노드 상태는 iWPTN-B 상태와 iWPTN-D 상태를 포함한다. 구체적으로, iWPTN-B 상태는 대기 상태(standby state), 패킷 분석 상태(packet analysis state), 패킷 생성 상태(packet generation state) 및 전력 전송 상태(power transfer state)로 나눌 수 있으며, iWPTN-D 상태는 절전 상태(hibernation state), 활성화 상태(activation state), 대기 상태(standby state), 패킷 분석 상태(packet analysis state), 패킷 생성 상태(packet generation state), 침묵 상태(mute state) 및 전력 수신 상태(power receiving state)를 포함한다.

7.9.1 iWPTN-B 상태

iWPTN-B 상태는 전원이 켜지면 대기 상태로 된다. 대기 상태에서, COMM ㅅ시시스템이 RR 패킷 전송을 명령하거나 수퍼프레임이 시작되면, iWPTN-B 상태는 패킷 생성 상태로 되고 iWPTN-B는 RR 패킷을 iWPTN-D로 보낸다. 다음 iWPTN-B 상태는 ㄷ대기 상태로 돌아간다(도 8의 경로 4 참조). iWPTN-B가 iWPTN-D로부터 패킷(응답 또는 데이터 패킷)을 수신하면 대기 상태에서 캐리어 검출을 하는 동안 iWPTN-B 상태는 패킷 분석 상태로 된다(도 8의 경로 1 참조). 수신한 패킷의 목적지 ID와 iWPTN-B의 노드 ID가 동일하면, iWPTN-B 상태는 패킷 생성 상태로 되고, iWPTN-B는 패킷 생성 상태에서 RA 또는 DA 패킷을 생성하여 iWPTN-D로 보낸다(도 8의 경로 1 참조). 다음, iWPTN-B 상태는 대기 상태로 돌아간다(도 8의 경로 4 참조). 한편, 데이터 패킷에 오류가 있는 경우, iWPTN-B 상태는 바로 대기 상태로 돌아간다(도 8의 경로 3 참조). 패킷 분석 상태에서, 수신된 응답 패킷에 오류가 있거나, 수신된 응답 패킷의 목적지 ID와 iWPTN-B의 노드 ID가 대응하지 않는 경우, iWPTN-B는 패킷 생성 상태에서 RR 패킷을 재생성하여 iWPTN-D로 재전송하고, 대기 상태로 돌아간다(도 8의 경로 2 참조). 이러한 실패(failure)가 반복되면, 패킷 분석 상태의 동작이 필요한 만큼 반복된다(최대 N번). (N+1)번째 동작에서 iWPTN-B의 상태는 패킷 분석 상태에서 대기 상태로 돌아간다(도 8의 경로 2 참조).

WPT에 대해서는, 수퍼프레임이 시작되면, iWPTN-B 상태는 패킷 생성 상태로 되어 PTRq 패킷을 보내고, 패킷을 보낸 다음에는 대기 상태로 돌아온다(도 8의 경로 4 참조). 일단 iWPTN-B가 PTRs 패킷을 수신하면 패킷 분석 상태로 된다(도 8의 경로 1 참조). 패킷을 확인한 다음, 패킷 생성 상태로 되어 스케줄링 정보를 포함하는 PTS 패킷을 생성한다(도 8의 경로 5 참조). PTS 패킷을 보낸 다음, iWPTN-B 상태는 첫번째로 스케줄된 iWPTN-D 또는 그룹에 WPT를 제공하기 위한 전력 전송 상태가 된다(아래의 설명에 대해서는 도 8의 경로 5 참조). PSFI가 시작되면, iWPTN-B 상태는 전력 전송 상태로부터 패킷 생성 상태로 돌아돈다. PSFI가 시작되어 모든iWPTN-D로 PS 비콘을 전송한 다음, iWPTN-D로부터 PSF 패킷을 수신하기 위한 대기 상태가 된다. PSF 패킷을 수신하면, 패킷 분석 상태로 돌아간다. PSF 패킷을 확인하면, 다음 iWPTN-D 또는 그룹에 WPT를 제공하기 위한 전력 전송 상태가 된다. 이와 같이 전력 전송 상태로부터 패킷 분석 상태로 가는 경로는 모든 iWPTN-D가 WPT를 수신할 때까지 반복된다. 패킷 분석 상태에서 PSF 패킷을 확인하면, PWR 시스템이 종료를 명령하는 경우 대기 상태로 돌아간다. 오류가 발생하면, 대기 상태로 ㄷ돌아간다. 배터리 방전 상태에서는, iWPTN-D로부터 BPTRq 패킷을 수신하고, iWPTN-B는 패킷 분석 상태로부터 패킷 생성 상태로 간다. BPTRs 패킷을 보낸 다음 iWPTN-B 상태는 전력 전송 상태가 된다. MFC 시스템이 명령하거나 수퍼프레임이 시작되면 패킷 생성 상태로 되어 RR 패킷을 생성한다(도 8의 경로 4 참조). iWPTN-B 상태도는 도 8과 같다.

7.9.2 iWPTN-D 상태

iWPTN-D 상태는 전원이 켜지면 절전 상태가 된다. 절전 상태에서, 웨이크업(wake-up) 시퀀스가 검출되면 활성화 상태로 된다(이하의 설명에 대해서는 도 9의 경로 1 참조). 웨이크업 시퀀스는 이후 8.1에서 정의한다. iWPTN-D가 RR 패킷을 수신하면, iWPTN-D 상태는 패킷 분석 상태로 되고, iWPTN-D는 수신한 RR 패킷을 분석한다. RR 패킷의 목적지 ID와 iWPTN-D ID (group ID와 node ID)가 일치하면, iWPTN-D 상태는 패킷 생성 상태가 되어 iWPTN-D는 응답 패킷을 iWPTN-B로 보내고, iWPTN-D 상태를 대기 상태로 바뀐다(도 9의 경로 3 참조). 그렇지 않으면 절전 상태로 돌아간다(도 9의 경로 2 참조).

대기 상태에서 캐리어 검출을 하는 동안, iWPTN-D 상태는 자신의 RA 패킷을 수신하면 절전 상태로 되거나(도 9의 경로 1 참조), MFAN-N이 다른 노드의 RA 패킷을 수신한 경우 패킷 생성 상태로 된다(도 9의 경로 2 참조). 대기 상태에서 슬롯 번호가 할당되지 않고 타임아웃 구간이 종료되면 iWPTN-D 상태는 절전 상태로 되고(도 9의 경로 1 참조), 슬롯 번호가 할당되고 타임아웃 구간이 종료되면(연속적으로 N번까지) iWPTN-D 상태는 패킷 생성 상태로 된다(도 9의 경로 1 참조). 그러나, 슬롯 번호가 할당되고 N+1번째 타임아웃 구간이 종료되면 절전 상태로 된다(도 9의 경로 1 참조). 슬롯 번호가 할당되고, iWPTN-D이 타임아웃 구간 동안 RA 패킷을 수신하지 못하면 대기 상태로부터 패킷 생성 상태로 된다(도 9의 경로 1 참조). 다음 iWPTN-D는 iWPTN-B로 응답 패킷을 재생성하여 재전송하고 iWPTN-D 상태는 대기 상태에서 패킷 생성 상태로 된다(도 9의 경로 3 참조). 응답 패킷의 재전송은 필요한 만큼 반복된다(최대 N번). N+1번째 타임아웃 구간에서, 대기 상태에서 절전 상태로 된다(도 9의 경로 1 참조). iWPTN-D가 대기 상태에서 캐리어 검출을 하는 동안 RR 패킷을 수신하면 패킷 분석 상태로 된다(도 9의 경로 1 참조).

절전 상태에서 시스템 방해(interrupt)가 일어나면, iWPTN-D 상태는 활성화 상태로 된다(아래의 설명에 대해서는 도 9의 경로 3 참조). iWPTN-D가 시스템으로부터 데이터를 수신하면, 패킷 생성 상태가 된다. 다음, iWPTN-D는 iWPTN-B로 데이터 패킷을 생성하여 보내고 iWPTN-D 상태는 대기 상태로 된다. iWPTN-D가 DA 패킷을 수신하면, 절전 상태로 돌아간다. 그렇지 않으면 패킷 생성 상태로 되어 iWPTN-D는 N번까지 데이터를 재전송하고 대기 상태로 돌아간다.

WPT를 위해서, iWPTN-D가 요청 구간 동안 PTRq 패킷을 수신하면, 패킷 생성 상태로 되어 PTRq 패킷에 대한 응답으로 PTRs 패킷을 생성한다(도 9의 경로 5 참조). 응답 구간 동안 PTRs 패킷을 전송한 다음, 절전 상태로 돌아간다. iWPTN-D이 PTS 패킷을 수신하면, 패킷 분석 상태가 된다. 패킷을 확인한 다음, 전력 전송 상태 또는 전력 차단(isolation) 상태로 된다. 다음 타임 슬롯이 iWPTN-D에 대한 WPT 순서가 아니면, 다음 타임 슬롯에 WPT를 수신할 다른 iWPTN-D를 방해하지 않기 위하여 패킷 분석 상태로부터 전력 차단 상태로 된다. PSFI가 시작되면, iWPTN-D 는 활성화 상태가 된다. iWPTN-B로부터 PS 비콘을 수신하면, 패킷 분석 상태가 ㄷ된다. 한편, iWPTN-D이 다음 타임 슬롯의 WPT 대상 노드이면, 패킷 분석 상태로부터 전력 전송 상태로 된다. 전력 전송이 종료되면, 대기 상태로 되어 iWPTN-B로부터 PS 비콘을 수신한다. iWPTN-B로부터 PS 비콘을 수신하면 패킷 분석 상태로 된다.

패킷 분석 상태에서, PSF 패킷에 대한 요청이 있으면 패킷 생성 상태로 되어 신속한 전력 상태 업데이트를 위한 PSF 패킷을 생성하고 iWPTN-B로 보낸다. PSF 패킷을 송신한 다음, 다음 타임 슬롯이 iWPTN-D에 대한 WPT 순서가 아니면, 다음 타임 슬롯에 WPT를 수신할 다른 iWPTN-D를 방해하지 않기 위하여 전력 차단 상태로 된다. 아니면, WPT를 수신하기 위한 전력 전송 상태로 된다. 전력 차단 상태로부터 패킷 분석 상태로 이르는 이 경로는 WPT에 대한 응답 구간이 종료될 때까지 반복된다. 이 경우, 상태는 패킷 분석 상태에서 대기 상태로 된다.

오류의 검출이 인식되면 이 경로는 중단된다. 현재 WPT를 수신하는 iWPTN-D에 대해서, 현재 타임 슬롯 중에(슬롯이 종료된 후가 아니라) WPT 중단이 검출되면, 대기 상태로 전환된다. 다음, iWPTN-D가 PS 비콘을 수신하면 패킷 분석 상태로 된다. PSFI가 시작되면 현재 WPT를 수신하지 않는 다른 iWPTN-D이 활성화 상태로 되고, 패킷 분석 상태로 된다. 패킷 분석 상태에서 PS 비콘을 확인함으로써 오류가 시작된 것을 인식하면 절전 상태로 된다.

iWPTN-D이 배터리 방전인 경우, 절전 상태를 유지하며, 응담 구간에서 다른 스케줄된 iWPTN-D에 대한 적은 양의 전력을 수집한다(이하의 설명을 위해서는 도 9의 경로 4 참조). iWPTN-D이 웨이크업 2 신호를 검출하면, 절전 패킷 분석 상태로 되어 PS 비콘을 분석한다. PS 비콘을 확인한 다음에는 절전 상태로 돌아간다. 응답 구간이 종료하면, 절전 패킷 생성 상태로 되어 BPTRq 패킷을 생성한다. 패킷을 보낸 다음 절전 상태로 돌아가 BPTRs 패킷을 기다린다. 웨이크업 2 신호가 검출되면, 절전 패킷 분석 상태로 되어 BPTRs 패킷을 분석한다. 패킷을 확인한 다음, 전력 전송 상태로 되어 자율 구간에서 WPT를 수신한다. iWPTN-D 상태도는 도 9와 같다.

8 물리 계층(PHY layer)

8.1 물리 계층 프레임 포맷(PHY layer frame format)

8.1.1 일반

이 절에서는 물리 계층 프레임 포맷을 설명한다. 도 10에 나타난 바와 같이, PHY 계층 포맷은 프리앰블, 헤더, 페이로드의 3가지 구성요소로 이루어진다. 패킷을 전송할 때 프리앰블이 먼저 전송되고, 헤더가 이어지며 마지막으로 페이로드가 전송된다. LSB는 첫번째로 전송되는 비트이다.

8.1.2 프리앰블(Preamble)

도 11에 나타난 바와 같이, 프리앰블은 웨이크업 시퀀스 및 동기화 시퀀스의 두 부분으로 구성된다. 8-비트 웨이크업 시퀀스는 일반 MFC를 위한 것과 일반 WPT를 위한 것의 두 타입으로 나눌 수 있다. MFC를 위한 웨이크업 1 시퀀스는 [0000 0000]으로 이루어지고, WPT를 위한 웨이크업 2 시퀀스는 [1111 1111]로 이루어진다. 16-비트 동기화 시퀀스는 12-비트 [000000000000] 시퀀스와 4-비트 [1010] 시퀀스로 이루어진다. 웨이크업 1 신호는 요청 구간의 응답 패킷의 프리앰블에만 포함되고, 웨이크업 2 신호는 요청 구간의 PS 비콘의 프리앰블과 자율 구간의 BPTRs패킷에만 포함된다. 동기화 시퀀스는 패킷 획득, 심볼 타이밍 및 반송파 주파수 측정에 사용된다.

프리앰블은 7.1.3절에서 정의된 타입 0을 이용해 부호화된다. 웨이크업 시퀀스는 ASK로 변조되고, 동기화 신호는 BPSK로 변조된다.

8.1.3 헤더(Header)

헤더는 페이로드에 대한 정보를 전달하기 위하여 프리앰블 뒤에 포함된다. 헤더 포맷은 ISO/IEC 15149에 정의되어 있다.

8.1.4 페이로드(Payload)

페이로드 포맷은 ISO/IEC 15149에 정의되어 있다.

8.1.5 프레임 체크 시퀀스(FCS)

페이로드는 CRC-16 FCS를 사용하여 오류를 확인한다. 이 시퀀스는 ISO/IEC 15149에 정의되어 있다.

8.2 부호화 및 변조

8.2.1 부호화

iWPTN-B와 iWPTN-D 사이의 MFC는 Manchester coding 또는 NRZ-L coding을 사용한다. 덧붙여, 부호화된 데이터에 대한 스크램블링이 사용된다. 이러한 부호화 및 스크램블링은 ISO/IEC 15149에 정의되어 있다.

8.2.2 데이터 전송률 및 부호화 타입

프리앰블/헤더와 페이로드에 대한 데이터 전송률 및 부호화는 ISO/IEC 15149에 정의되어 있다.

8.2.3 변조

iWPTN-B와 iWPTN-D 사이의 MFC는 ASK 변조 또는 BPSK 변조를 사용한다. ㅂ벼변조의 상세는 ISO/IEC 15149에 정의되어 있다.

8.2.4 부호화 및 변조 프로세스

프리앰블, 헤더 및 페이로드에 대한 부호화 및 변조 프로세스는 ISO/IEC 15149에 정의되어 있다.

9 MAC 계층 프레임 포맷(MAC layer frame format)

9.1 일반

iWPTN의 MAC 프레임은 프레임 헤더와 프레임 바디로 이루어진다. 프레임 ㅎ헤더는 iWPTN-D 사이의 정보를 갖고 있으며, 프레임 바디는 iWPTN 장치 사이에서 전송을 위한 데이터를 가지고 있다.

9.2 프레임 포맷

모든 MAC 프레임은 도 12에 나타난 바와 같은 프레임 헤더와 프레임 바디로 이루어진다.

1) 프레임 헤더: iWPTN ID, 프레임 컨트롤, 출발지 노드 ID, 목적지 노드 ID 및 시퀀스 번호로 이루어진다. 프레임 헤더는 데이터 전송을 위해 사용될 수 있다.

2) 프레임 바디: iWPTN 장치 사이에서 전송되는 데이터를 포함하는 페이로드와 페이로드 내의 오류를 확인하기 위한 FCS로 이루어진다.

9.2.1 프레임 헤더

프레임 헤더는 프레임의 전송/수신 및 플로우 제어를 위한 정보를 갖는다.

9.2.1.1 iWPTN ID

도 12에 나타난 바와 같이, iWPTN ID 필드는 1 byte로 구성되며 네트워크를 식별하기 위해 사용된다.

9.2.1.2 프레임 컨트롤

프레임 컨트롤 필드는 프레임 타입, 확인 정책(acknowledgement policy), 첫번째 프래그먼트(First fragment), 마지막 프래그먼트(Last fragment) 및 프로토콜 버전으로 구성되며, 이 포맷은 도 13에 나타나 있다.

각 필드에 대한 설명은 다음과 같다.

1) 프레임 타입 필드는 3비트로 구성된다; 프레임 타입의 상세는 8.3절 참조

2) 확인 정책 필드는 2비트로 구성된다; 수신 프레임이 확인 프레임인 경우 이는 수신 확인 프레임의 정책을 나타내고, 그렇지 않으면 목적지 노드에 대한 확인 프레임의 정책을 나타낸다.

a) 확인 없음(No acknowledgement): 목적지 노드가 전송된 프레임을 확인하지 않으며, 출발지 노드는 전송 결과에 관계없이 전송이 성공적인 것으로 간주한다. 이러한 방법은 1:1 또는 1:N로 전송되는 프레임에서 사용되며 전송은 확인을 요구하지 않는다.

b) 단일 확인: 프레임을 수신한 목적지 노드가 SIFS 후에 응답으로 확인 프레임을 출발지 노드로 보낸다. 이러한 확인 정책은 1:1 전송에서만 사용될 수 있다.

c) 다수 확인: 프레임을 수신한 목적지 노드가 SIFS 후에 응답으로 확인 프레임을 다수의 출발지 노드로 보낸다. 이러한 확인 정책은 1:N 전송에서만 사용될 수 있다.

d) 데이터 확인: 데이터 프레임을 수신한 목적지 노드가 SIFS 후에 응답으로 확인 프레임을 출발지 노드로 보낸다. 이러한 확인 정책은 1:1 전송에서만 사용될 수 있다.

3) 첫번째 프래그먼트 필드는 1비트이다; '1'은 프레임이 상위 계층으로부터의 요청, 응답 또는 데이터 패킷의 시작임을 나타내고, '0'은 시작이 아님을 나타낸다.

4) 마지막 프래그먼트 필드는 1비트이다; '1'은 프레임이 상위 계층으로부터의 요청, 응답 또는 데이터 패킷의 마지막임을 나타내고, '0'은 마지막이 아님을 나타낸다.

5) 프로토콜 버전 필드는 2비트로 구성되며, 크기와 위치가 시스템의 프로토콜 버전에 관계없이 고정된다. 현재 값은 0이며, 새로운 버전이 발행될 때마다 1씩 증가한다. 노드가 자신의 것보다 높은 버전의 패킷을 수신하면, 출발지 노드에 알리지 않고 이를 버린다.

6) 예약(Reserved): 추후에 사용하기 위해 예약됨.

9.2.1.3 시퀀스 번호

시퀀스 번호 필드는 8비트의 길이를 가지며, 프레임 시퀀스 번호를 가리킨다. 데이터 프레임에서, 각 패킷에 대해 증분 카운터로 0과 255 사이의 시퀀스 번호가 할당되며, 255에 도달하면 다시 0으로 돌아간다.

9.2.2 프레임 바디

프레임 바디는 가변 길이를 가지며 페이로드와 FCS로 구성된다. 각 페이로드는 프레임 컨트롤 필드의 프레임 타입에 따라 다른 포맷을 가지며, FCS는 프레임 내의 오류를 확인하기 위해 사용된다.

9.2.2.1 페이로드

페이로드는 iWPTN-B와 각 iWPTN-D 사이에서 전송되는 데이터를 가지며, 길이는 0과 247 사이의 가변 값이다.

9.2.2.2 프레임 체크 시퀀스(Frame check sequence )

FCS는 16비트 길이로, 프레임 바디가 오류 없이 수신되었는지 확인하기 위하여 사용된다. 이는 다음의 16차 표준 생성기 다항식을 이용하여 생성된다.

9.3 프레임 타입

프레임 타입은 요청 프레임, 응답 프레임, 데이터 프레임 및 확인 프레임의 4 종류의 타입으로 정의된다.

[Table 4] Frame type value

9.3.1 요청 프레임

요청 프레임은 iWPTN-B이 요청 구간에서 iWPTN 내의 특정 iWPTN-D로 RR 패킷을 보내거나 모든 iWPTN-D로 정보를 브로드캐스트할 때 사용된다. 요청 프레임 ㅍ포맷은 도 14에 나타나 있다. RR 패킷을 브로드할 때의 확인 정책이 확인 없음임을 유의하여야 한다. RR 패킷은 ARq, DaRq, ARsRq, DRq, PRRq 등을 포함한다.

9.3.2 응답 프레임

응답 프레임은 응답 구간에서 iWPTN-D이 iWPTN-B의 요청에 대한 응답 패킷을 보낼 때 사용된다. iWPTN-D은 응답 구간 내에 확인 패킷이 수신될 때까지 일정한 횟수만큼 응답 패킷을 보낸다.

응답 프레임 포맷은 도 15에 나타나 있다.

9.3.3 데이터 프레임

데이터 프레임은 자율 구간에서 iWPTN-B의 요청 없이 iWPTN-D가 iWPTN-B로 데이터를 보낼 때 사용된다.

데이터 프레임 포맷은 도 16에 나타나 있다.

9.3.4 확인 프레임

확인 프레임은 RA 프레임과 DA 프레임을 포함한다. iWPTN-B가 RR 패킷을 전송하는 경우, RR 패킷을 수신하는 iWPTN-D은 응답 패킷을 전송하고 응답 패킷을 수신하는 iWPTN-B는 RA 패킷을 전송한다. 확인 프레임의 페이로드는 수신된 응답 ㅍ패킷의 응답 확인 데이터를 포함한다. 응답 패킷을 수신한 iWPTN-B는 응답 구간의 SIFS 후에 RA 패킷을 보냄으로써 iWPTN-D에게 응답한다. DA 프레임은 수신된 데이터 패킷에 대한 확인 프레임이다. iWPTN-B은 자율 구간의 SIFS 후에 DA 패킷을 보냄으로써 데이터 패킷을 송신한 iWPTN-D에게 응답한다.

응답 확인 프레임 포맷은 도 17에 나타나 있고, 데이터 확인 프레임 포맷은 도 18에 나타나 있다.

도 18에 나타난 바와 같이, DA 프레임은 프레임 헤더와 프레임 바디로 구성된다. 목적지 노드 ID가 0xFFFE로 합류하지 않은 노드 ID인 경우, UID 필드가 포함된다.

9.4 페이로드 포맷

페이로드 포맷은 요청 프레임, 응답 프레임, 데이터 프레임 및 확인 프레임을 포함한다.

9.4.1 요청 프레임

도 19에 나타난 바와 같이, 요청 프레임의 페이로드는 그룹 ID, 요청 코드, 길이, 하나 이상의 요청 블록으로 구성된다. 그룹 ID가 0xFF인 것은 iWPTN-B가 모든 iWPTN-D 그룹에게 응답을 요청하는 것을 나타낸다.

9.4.1.1 Group ID

그룹 ID 필드는 1바이트로 구성되며 특정 그룹에게 RR 패킷을 보내기 위해 사용된다. 그룹 ID의 상세는 6.4.3절을 참조.

9.4.1.2 요청 코드

요청 프레임의 페이로드의 요청 코드는 표 5에 나타나 있다.

[Table 5] Payload request code of request frame

9.4.1.3 길이

길이 필드는 1바이트로 구성되며, 요청 필드의 전체 길이를 나타내고, 요청 블록의 길이 및 수에 따라 길이 필드 값은 가변이다.

9.4.1.4 요청 블록

요청 블록의 데이터 포맷은 요청 코드에 따라 다르게 구성되며 하나 이상의 요청 블록이 요청 프레임의 페이로드에 포함될 수 있다.

각 요청 블록의 데이터 포맷의 상세는 다음과 같다.

1) 연결 요청

ARq의 블록 포맷은 도 20에 나타나 있으며, 8바이트의 UID 마스크로 구성된다. 이 UID 마스크는 이진 탐색 알고리즘을 구현하기 위해 사용될 수 있다.

2) 분리 요청

DaRqD의 블록 포맷은 도 21에 나타나 있다. 첫번째 2바이트는 DaRq에 대한 iWPTN-D의 노드 ID이고, 다음 1바이트는 응답 구간에서 사용되는 슬롯 번호이다. 노드 ID가 0xFFFF이면, DaRq가 group ID의 모든 iWPTN-D에게 송신되는 것을 나타낸다.

3) 연결 상태 요청

ASRq의 블록 포맷은 도 22에 나타나 있다. 첫번째 2바이트는 ASRq에 대한 iWPTN-D의 노드 ID이다. 노드 ID가 0xFFFF이면, ASRq가 group ID의 모든 iWPTN-D에게 요청되는 것을 나타낸다.

4) 데이터 요청

DRq의 블록 포맷은 도 23에 나타나 있다. 첫번째 2바이트는 노드 ID이고, 다음 1바이트는 슬롯 번호이며, 마지막 L 바이트는 수신된 데이터 타입이다. 데이터 타입은 애플리케이션 제품에 따라 결정된다. WPT에 대해서, 데이터 타입 중 하나는 iWPTN-D의 충전 정보로서 배터리 잔량, 수신 전력 레벨, 원하는 전력 레벨, 배터리 충전를 등이다.

5) 그룹 ID 셋업 요청

GSRq의 블록 포맷은 도 24에 나타나 있다. 첫번째 2바이트는 노드 ID이고, 다음 1바이트는 슬롯 번호이며, 마지막 바이트는 셋업될 그룹 ID이다.

6) 전력 전송 요청

PTRq의 블록 포맷은 도 25에 나타나 있다. 첫번째 2바이트는 PTRq에 대한 iWPTN-D의 노드 ID이다. 노드 ID가 0xFFFF이면, PTRq가 group ID의 모든 iWPTN-D에게 요청되는 것을 나타낸다. 다음 1바이트는 슬롯 번호이다. 다음 1비트는 배터리의 전력 잔량에 대한 요청이고, 다음 1비트는 전력 소모율에 대한 요청이며, 다음 1비트는 수신 전력 레벨에 대한 요청이다. 5비트는 추후의 사용을 위해 예약되어 있으며, 마지막 L 바이트는 iWPTN 전력 수신 스케줄링에 관련된 데이터이다.

7) 전력 전송 시작 요청

PTS의 블록 포맷은 도 26에 나타나 있다. 첫번째 1바이트는 PTS에 대한 iWPTN-D의 WPT ID이다. 노드 ID가 0xFF이면, PTS가 모든 iWPTN-D에게 요청된 것이다. 다음 1바이트는 슬롯 번호이고, 마지막 L 바이트는 iWPTN 전력 수신 스케줄링에 관련된 데이터이다.

9.4.2 응답 프레임

응답 프레임의 페이로드 포맷은 iWPTN-B의 요청에 대한 응답 정보를 갖는다. 응답 프레임 페이로드는 도 27에 나타나 있다. 첫번째 바이트는 group ID이고, 두번째 바이트는 응답 코드이며, 세번재 바이트는 응답 데이터 길이 (L), 다음 L ㅂ바이트는 응답 데이터이다.

9.4.2.1 Group ID

그룹 주소 필드는 1바이트로 구성되며 특정 그룹으로 RR 패킷을 보내는 데 사용된다. group ID의 상세는 6.4.3. 절 참조.

9.4.2.2 응답 코드

응답 코드 타입은 표 6에 나타나 있다.

[Table 6] Response code of response frame payload

9.4.2.3 길이

길이 필드는 1바이트로 구성되며 응답 데이터의 길이를 나타낸다; 이는 응답 데이터에 따라 가변이다.

9.4.2.4 응답 데이터

응답 데이터는 ARs, DaRs, ASRs, DRs, GSRs 및 PTRs로 나누어진다. 응답 데이터 포맷은 다음과 같다.

1) 연결 응답

ARs의 블록 포맷은 도 28에 나타난 바와 같다. ARs 데이터는 8바이트 UID로 구성된다.

2) 분리 응답

DaRs의 블록 포맷은 도 29에 나타난 바와 같다. DaRs 데이터는 8바이트 UID로 구성된다.

3) 연결 상태 응답

Association status response

ASRs의 블록 포맷은 도 30에 나타난 바와 같다. ASRs 데이터는 8바이트 UID와 1바이트의 상태 값으로 구성된다.

상태 값은 다음의 표 7에 나타나 있다.

[Table 7] Association status check value

4) 데이터 응답

DRs의 블록 포맷은 도 31에 나타난 바와 같다. DRs 데이터는 L 바이트의 요청된 데이터로 구성된다. 요청된 데이터 타입에 따른 WPT에 대하여, 데이터는 배터리 잔량, 수신 전력 레벨, 원하는 전력 레벨, 배터리 방전율 등과 같은 iWPTN-D의 충전 정보이다.

5) Group ID 셋업 응답

GSRs 의 블록 포맷은 도 32에 나타난 바와 같다. GSRs 데이터는 바뀐 그룹 ID를 갖는 8바이트 UID와 1바이트의 바뀐 그룹 ID로 구성된다.

6) 전력 전송 응답

PTRs의 블록 포맷은 도 33에 나타난 바와 같다. PTRs 데이터는 배터리의 전력 잔량에 대한 2바이트와 수신 전력 레벨에 대한 2바이트 및 추후 사용을 위해 ㅇ예약된 L 바이트이다.

9.4.3 데이터 프레임

데이터 프레임 페이로드는 전송될 데이터를 포함한다. 데이터 프레임 페이로드는 도 34에 나타난 바와 같이 8바이트의 UID와 L바이트의 데이터로 구성된다.

9.4.4 확인 프레임

확인 프레임 페이로드는 수신된 응답 패킷에 대한 데이터를 갖는다. RA 페이로드 포맷은 도 35에 나타나 있다. 첫번째 바이트는 그룹 ID이고, 두번째 바이트는 응답 확인 코드, 세번째 바이트는 길이(L), 다음 L 바이트는 응답 확인 블록이다.

9.4.4.1 Group ID

그룹 ID 필드는 1바이트로 구성되며 특정 그룹에 RR 패킷을 보내는 데 사용된다. 그룹 ID의 상세는 6.4.3.절 참조.

9.4.4.2 응답 확인 코드

응답 확인 코드 타입은 표 8에 나타나 있다.

[Table 8] Response confirmation code

9.4.4.3 길이

길이 필드는 1바이트로 구성된다; 이는 응답 확인 데이터의 길이를 나타내며 응답 확인 데이터에 따라 가변이다.

9.4.4.4 응답 확인 블록

응답 확인 블록은 ARs 확인, DaRs 확인, ASRs 확인, DRs 확인 및 GSRs ㅎ호확인으로 나누어진다. 응답 확인의 블록 포맷은 다음과 같다.

1) 연결 응답 확인

ARs 확인의 블록 포맷은 도 36에 나타난 바와 같다. 첫번째 8바이트는 UID이고, 다음 2바이트는 할당된 노드 ID이다. 할당된 노드 ID가 0xFFFE인 것은 합류하지 않은(un-joined) 노드의 주소이며, ARq가 거절되었음을 의미한다.

2) 분리 응답 확인

DaRs 확인의 블록 포맷은 도 37에 나타난 바와 같다. 첫번째 8바이트는 UID이고, 다음 2바이트는 노드 ID이다. 할당된 노드 ID는 분리가 허가되지 않은 경우에 사용되며, 분리가 허가되면 합류하지 않은 노드 ID인 0xFFFE가 기록된다.

3) 연결 상태 응답 확인

ASRs 확인의 블록 포맷은 도 38에 나타난 바와 같다. ASRs 확인 블록은 8바이트의 UID로 구성된다.

4) 데이터 응답 확인

DRs 확인의 블록 포맷은 도 39에 나타난 바와 같다. 첫번째 2바이트는 노드 ID이고, 다음 1바이트는 예약으로 할당되어 있다.

5) 그룹 ID 셋업 응답 확인

GSRs 확인의 블록 포맷은 도 40 에 나타난 바와 같다. GSRs 확인 블록은 8바이트 UID와 1바이트 상태 체크 값으로 구성된다.

그룹 ID 셋업 상태 값은 표 9에 나타나 있다.

[Table 9] Group ID set-up status value

9.5 PSFI 프레임 포맷

iWPTN-B가 WPT를 제공할 때 응답 구간에는 PSFI가 있다. PSFI는 특정한 iWPTN-D 또는 그룹에 대한 WPT를 위한 각 타임 슬롯이 종료될 때 시작되며, iWPTN-B이 필요한 iWPTN-D로부터 모든 PSF 프레임을 수신할 때까지 유지된다. PSFI 프레임 포맷은 WPT 시간을 충분히 확보하기 위하여 길이가 짧고 단순한 구조로 되어 있다.

9.5.1 PS 비콘 포맷

PSFI가 시작되면, iWPTN-B는 신속한 전력 상태 업데이트와 비정상적 상황을 위한 PS 비콘을 전송한다. 요청 프레임 포맷은 도 42에 나타나 있다.

9.5.1.1 슬롯 번호

이는 현재의 타임 슬롯 번호를 나타내며 1바이트이다.

9.5.1.2 프레임 컨트롤

프레임 컨트롤은 프레임 타입과 PSF 정책으로 구성된다. 4비트는 추후의 사용을 위해 예약되어 있다. 포맷은 도 43에 나타나 있다.

1) 프레임 타입

프레임 타입 필드는 3비트로 구성된다. 프레임 타입은 요청 프레임과 응답 프레임의 두 종류로 정의된다.

[Table 10] Frame type value

2) PSF 정책

PSF 정책 필드는 2비트로 구성된다. PSF 정책은 응답 프레임 전송 정책과 전송없음 정책의 두 가지 종류로 정의된다.

[Table 11] PSF policy value

3) 진행중 정책(On-going policy)

진행중 정책은 1비트로 구성된다. 그 값이 1이면 다음 타임 슬롯에 WPT가 제공되고, 그렇지 않으면 WPT가 중단된다.

9.5.1.3 WPT ID 번호

이는 프레임 바디에 열거된 WPT ID의 번호를 나타낸다.

9.5.1.4 WPT ID

iWPTN-B는 PS 비콘의 응답에 대하여 특정한 iWPTN-D 또는 그룹을 선택한다. PS 비콘에서, WPT ID는 비콘의 길이를 줄이고 비콘 구조를 단순화하기 위하여 사용된다. WPT ID의 상세는 6.4.5.절 참조.

9.5.1.5 프레임 체크 시퀀스

FCS는 8비트 길이로서, 프레임 바디가 오류 없이 수신되었음을 확인하기 위하여 사용된다. 이는 다음의 8차 표준 생성기 다항식을 이용하여 생성된다.

9.5.2 PSF 프레임 포맷

iWPTN-B로부터 PS 비콘 내의 PSF 요청을 수신한 다음, 선택된 iWPTN-D는 iWPTN-B에게 응답으로서 PSF 프레임을 보낸다. PSF 프레임 포맷은 도 44에 나타나 있다.

9.5.2.1 슬롯 번호

이는 현재 타임 슬롯 번호를 나타내며, 1바이트이다.

9.5.2.2 프레임 컨트롤

프레임 컨트롤 필드는 프레임 타입으로 구성된다. 5비트는 추후 사용을 위해예약되어 있다. 포맷은 도 45에 나타나 있다.

1) 프레임 타입

프레임 타입 필드는 3비트로 구성된다. 프레임 타입은 요청 프레임과 응답 프레임의 두 종류로 정의된다.

[Table 12] Frame type value

9.5.2.3 WPT ID

6.4.5.절 참조

9.5.2.4 배터리 잔량

iWPTN-B가 배터리 정보를 요청하면, iWPTN-D는 배터리 잔량 정보를 보낸다. 8비트는 배터리 정보를 위해 예약되어 있다.

9.5.2.5 프레임 체크 시퀀스

FCS는 8비트 길이로서, 프레임 바디가 오류 없이 수신되었음을 확인하기 위하여 사용된다. 이는 다음의 8차 표준 생성기 다항식을 이용하여 생성된다.

9.6 WPT의 배터리 방전 프레임 포맷

iWPTN-D가 배터리 방전되면, iWPTN-D는 iWPTN-B의 요청 없이 자율 구간에서 iWPTN-B에게 WPT를 요청한다. 배터리 방전 동안의 프레임 포맷은 배터리 상태에 기인하여 가장 짧고 단순하다.

9.6.1 BPTRq 프레임 포맷

자율 구간이 시작되면, 배터리 방전인 iWPTN-D는 WPT 요청을 위해 BPTRq ㅍ프레임을 보낸다. 프레임은 오직 1 byte의 [00000000]로 구성된다. BPTRs 프레임 포맷은 도 46에 나타나 있다.

9.6.2 BPTRs 프레임 포맷

iWPTN-D로부터 BPTRq 프레임을 수신한 다음, iWPTN-B는 자율 구간에서 WPT 구간의 길이를 알리기 위해 BPTRs 프레임을 전송한다. BPTRs 프레임 포맷은 도 47에 나타나 있다.

10 MAC 계층 기능

10.1 일반

iWPTN을 관리하기 위하여 iWPTN의 MAC 계층에서 iWPTN-D에 대한 연결, 분리 및 ASC 프로세스가 고려된다. 데이터는 응답 구간 또는 자율 구간에서 전송될 수 있다. 또한, iWPTN-D 그룹을 관리하기 위하여 그룹 ID 셋업 기능이 제공된다.

10.2 네트워크 연결 및 분리

iWPTN-D가 iWPTN-B와 통신하기 위하여 먼저 iWPTN과 연결되어야 한다. 각 iWPTN-D는 기설정된 iWPTN을 탐색하고, 탐색된 iWPTN과 연결한다. iWPTN이 탐색되지 않으면, 임의의 iWPTN-D가 애플리케이션의 사용자에 의하여 iWPTN-B로 될 수 있다. (즉 새로운 iWPTN의 설정은 새로운 iWPTN-B가 주기적으로 요청 패킷을 보내는 것이다). 그러나, 노드는 iWPTN이 설정된 이후부터는 역할에 따라 iWPTN-B 또는 iWPTN-D로서의 상태를 유지할 수 있다. 이 경우, 사용가능한 채널은 하나 뿐이므로 이미 설정된 iWPTN이 존재하면 네트워크 설정은 취소된다.

10.2.1 연결

요청 구간에 iWPTN-B가 ARq 패킷을 합류하지 않은 iWPTN-D로 보낸다. iWPTN-D는 응답 구간에 iWPTN-B로 ARs 패킷을 전송한다. iWPTN-B가 iWPTN-D이 iWPTN에 연결될 것인지의 여부를 결정하면, 그 결과를 ARA 패킷을 통해 통지한다. 연결이 허가되면, 할당된 노드 ID가 ARA 패킷에 포함되고, 연결이 거절되면, 합류하지 않은노드 ID 0xFFFE가 기록된다. ARA 패킷 오류로 인하여 WiWPTN-D가 ARA 패킷을 수신하지 못하거나 PTN-B가 ARs 패킷을 수신하지 못하는 경우, 선택된 모든 iWPTN-D로부터 오류 없이 ARA 패킷을 수신할 때까지 매 수퍼프레임에 ARq 패킷을 계속적으로 보낸다. iWPTN-D에 대한 연결 프로세스는 iWPTN-D이 iWPTN-B로부터 ARA 패킷을 ㅅ수신하면 완료된다.

연결 프로세스는 도 48에 나타나 있다.

10.2.2 분리

iWPTN-B가 요청 구간에 DaRq 패킷을 iWPTN에 연결된 iWPTN-D로 보내면, iWPTN-D는 응답 구간에 DaRs 패킷을 iWPTN-B로 보낸다. iWPTN-B는 iWPTN-D를 iWPTN으로부터 분리할 것인지의 여부를 결정하고, 그 결과를 DaRA 패킷을 통해 통보한다. 분리가 허가되면 DaRA 패킷의 노드 ID는 합류하지 않은 노드 ID 0xFFFE로 기록되고, 분리가 거절되면 할당된 노드 ID가 기록된다. DaRA 패킷 오류로 인하여 iWPTN-D가 DaRA 패킷을 수신하지 못하거나 iWPTN-B가 DaRs 패킷을 수신하지 못하면, iWPTN-D는 DaRA 패킷을 받을 때까지 매 수퍼프레임에서 DaRs 패킷을 연속적으로 재전송한다. 분리는 iWPTN-D가 iWPTN-B로부터 DaRA 패킷을 수신하면 완료된다.

분리 절차는 도 49에 나타나 있다.

10.2.3 연결 상태 체크

iWPTN-B가 요청 구간에 연결된 iWPTN-D로 ASRq 패킷을 보내면, iWPTN-D는 응답 구간에 iWPTN-B로 ASRs 패킷을 보낸다. iWPTN-B iWPTN에 대한 iWPTN-D의 연결상태를 확인하고 ASRA 패킷을 보낸다. 패킷 오류로 인하여 iWPTN-D가 ASRA 패킷을 수신하지 못하거나 iWPTN-B가 ASRs 패킷을 수신하지 못하면, iWPTN-D는 ASRA 패킷을 수신할 때까지 매 타임 슬롯에서 연속적으로 ASRs 패킷을 전송한다. iWPTN-D의 연결 상태 확인은 iWPTN-D가 iWPTN-B로부터 ASRA 패킷을 수신하면 완료된다.

연결 상태 확인의 절차는 도 50에 나타나 있다.

10.3 데이터 전송

iWPTN에서 데이터는 응답 구간 또는 자율 구간에서 전송될 수 있다. 데이터는 iWPTN-B의 요청에 의해 응답 구간에서 전송되거나 iWPTN-B의 요청 없이 자율 구간에서 전송된다.

10.3.1 응답 구간에서의 전송

iWPTN-B가 요청 구간에 DRq 패킷을 iWPTN에 연결된 iWPTN-D로 전송하면, iWPTN-D는 응답 구간에 DRs 패킷을 전송한다. iWPTN-B는 iWPTN-D로부터 DRs 패킷을 수신한 다음, DRA 패킷을 보낸다. 패킷 오류로 인하여 iWPTN-D가 DRA 패킷을 수신하지 못하거나 iWPTN-B가 DRs 패킷을 수신하지 못하면, iWPTN-D는 DRA 패킷을 수신할 때까지 매 타임 슬롯에서 연속적으로 DRs 패킷을 전송한다.

응답 구간에서의 데이터 전송 절차는 iWPTN-D가 iWPTN-B로부터 DRA 패킷을 수신하면 완료된다.

응답 구간에서의 데이터 전송 절차는 도 51에 나타나 있다.

10.3.2 자율 구간에서의 전송

자율 구간은 타임아웃 구간 동안 iWPTN-D가 응답 패킷을 전송하지 않으면 시작되며, 이 구간은 된다. iWPTN-B가 RR 패킷을 전송할 때까지 유지된다. iWPTN-D 는 자율 구간 동안 iWPTN-B의 요청이 없어도 데이터를 전송할 수 있다. 시스템 방해(interruption)가 발생하면, iWPTN-D가 iWPTN-B의 요청이 없이도 데이터를 전송할 수 있다. 패킷 오류로 인하여 iWPTN-D가 DA 패킷을 수신하지 못하거나 iWPTN-B가 데이터 패킷을 수신하지 못하면, iWPTN-D는 DA 패킷을 수신할 때까지 계속적으로 데이터 패킷을 전송한다. 자율 구간에서의 데이터 전송 절차는 iWPTN-D가 iWPTN-B로부터 DA 패킷을 수신하면 완료된다.

자율 구간에서의 데이터 전송 절차는 도 52에 나타나 있다.

10.4 그룹 ID 셋업

iWPTN-B가 요청 구간에 GSRq 패킷을 iWPTN-D로 보내면, iWPTN-D는 응답 구간에 GSRs 패킷을 보낸다. iWPTN-B는 iWPTN-D의 그룹 ID 셋업 상태를 확인하고 GSRA 패킷을 전송한다.

그룹 ID 셋업 절차는 도 53에 나타나 있다.

10.5 무선 전력 전송

iWPTN-B가 iWPTN-D로 PTRq 패킷을 보내면, iWPTN-D는 PTRs 패킷을 iWPTN-B로 보낸다. iWPTN-B는 PTRs 패킷 내의 수신 데이터를 가지고 WPT 스케줄링을 수행한다. iWPTN-B는 계산된 스케줄링 정보를 갖는 PTS 패킷을 원하는(desired) iWPTN-D에게 브로드캐스트한다. iWPTN-D가 PTS 패킷을 수신하면, 스케줄링 시퀀스를 따른다. iWPTN-B는 첫번째 순서로 스케줄된 iWPTN-D에게 WPT를 제공한다. WPT 동안, ㄷ다른 iWPTN-D는 전력 전송 효율을 높이기 위하여 전력 차단 상태가 된다. 첫번째 iWPTN-D의 전력수신이 끝나면, iWPTN-B는 PSFI에서 PS 비콘을 생성하여 모든 iWPTN-D에게 전송한다. PSFI가 시작될 때, 다른 iWPTN-D는 PS 비콘을 수신하기 위하여 활성화 상태로 된다. iWPTN-D이 PS 비콘을 수신하면, iWPTN-B에 의해 선택된 iWPTN-D는 PSF 패킷을 생성하고 iWPTN-B로 보낸다. 선택된 iWPTN-D로부터의 PSF 패킷을 확인한 다음, iWPTN-B는 두번째 iWPTN-D에 대한 WPT를 시작한다. iWPTN-B가 WPT 중에 오류를 검출하면, WPT를 중단하고, iWPTN-D는 WPT 중단을 인식한 다음 활성화 상태로 된다. PSFI가 시작될 때, iWPTN-B는 PS 비콘을 보내 다른 iWPTN-D에게 오류 검출을 통지한다. 이러한 과정은 모든 원하는 iWPTN-D가 전력을 수신할 때까지 반복되어 iWPTN-B가 응답 구간의 마지막 타임 슬롯에 iWPTN-D로부터 PSF 패킷을 수신한다.

무선 전력 전송 절차는 도 54에 나타나 있다.

10.6 배터리 방전

iWPTN-D가 배터리 방전이면, 고려된 노드가 안니 경우에도 iWPTN-B로부터 WPT를 수신한다. 배터리 방전인 iWPTN-D는 iWPTN-B에 의해 원래 목적지인 iWPTN-D에게로 전달될 전력의 작은 부분을 나누어가진다. 현재 타임 슬롯이 종료되면, iWPTN-B은 PS 비콘을 전송한다. 원래 목적지인 iWPTN-D은 PS 비콘에 대한 응답으로 PSF 패킷을 전송하고, 절전 상태로 된다. 한편, 배터리 방전인 iWPTN-D는 배터리 전력이 적으므로 PS 비콘을 수신한 후에도 절전 상태로 유지한다. 자율 구간이 시작되면, 응급 iWPTN-D는 절전 패킷 생성 상태로 되어 BPTRq 패킷을 전송한다. iWPTN-B가 패킷을 수신하면, 응답으로 BPTRs 패킷을 전송하고 응급 iWPTN-D로 WPT를 제공한다.

배터리 방전의 절차는 도 55에 나타나 있다.

11 무선 인터페이스(Air interface)

11.1 주파수

iWPTN의 중심 주파수(fc)는 80kHz 와 400kHz 사이이다; 최대 허용오차 ±20ppm에서 88kHz, 128kHz, 및 370kHz일 수 있다.

11.2 신호 파형

도 56은 엔벨로프 파형을 보여주며, 엔벨로프 파라미터는 표 13에 정의되어 있다. 표 13의 진폭은 엔벨로프의 진폭을 나타낸다. 엔벨로프 진폭은 음의 변량 Mi로부터 양의 변량 Mh로 진폭의 10% 내에서 변한다. tr과 tf는 각각 10%부터 90%까지 진폭의 엔벨로프 증가 시간과 90%부터 10%까지 진폭의 엔벨로프 감소 시간을 나타낸다. 비트 인터벌(Tbit)은 데이터 전송률에 따라 변하며, tr과 tf는 Tbit의 30%를 초과할 수 없다.

[Table 13] BPSK envelope parameters

iWPTN-B와 iWPTN-D 사이의 전송을 위하여 BPSK 변조가 사용된다. 전송 ㅅ시신호는, 도 57에 나타난 바와 같이 이 절에서 정의된 엔벨로프에 따라 BPSK 변조된다.

도 57은 BPSK-변조된 신호, 도 58은 ASK-변조된 신호를 나타낸다.

[Table 14] ASK envelope parameters

11.3 WPT 신호 파형

도 59는 WPT 신호 파형을 나타내며, 엔벨로프 파라미터는 표 15에 정의되더 있다. WPT의 경우 일반적인 사인 파형이 사용되는데, 이는 전력전송에 높은 효율을 제공하기 때문이다. 표 15의 진폭은 엔벨로프의 진폭을 나타낸다. 엔벨로프 진폭은 음의 변량 Mi로부터 양의 변량 Mh로 진폭의 10% 내에서 변한다.

[Table 15] WPT envelope parameters

이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (8)

1. 다수 기기의 무선 충전을 위한 무선 전력전송 시스템의 통신 방법으로서,
   상기 무선 전력전송 시스템은,
   기기에 대한 무선 전력전송, 충전 및 통신 영역 내의 기기에 대한 연결 및 해제, 상기 무선 전력전송 네트워크 내의 데이터 및 무선전력 전송의 송수신 시간을 관리하는 베이스 스테이션; 및
   무선 전력전송 네트워크를 구성하는 상기 베이스 스테이션을 제외한 기기로서, 상기 베이스 스테이션으로부터 무선 전력을 수신하는 기기인 다수의 노드를 포함하며,
   상기 베이스 스테이션 및 다수의 노드는 80kHz와 400kHz 사이의 중심 주파수를 갖는 하나의 주파수 대역을 이용하여 무선 전력전송과 자기장 통신을 동시에 수행하고,
   시간적 구성요소로서 무선 전력전송을 위한 수퍼프레임 및 자기장 통신을 위한 수퍼프레임을 포함하고, 상기 무선 전력전송을 위한 수퍼프레임 및 자기장 통신을 위한 수퍼프레임은 요청 구간(request period), 응답 구간(response period) 및 자율 구간(spontaneous period)으로 구성되며,
   상기 무선 전력전송을 위한 응답구간에는 전력 상태 업데이트 및 비정상적 상황 감지를 위해 전력 상태 피드백 인터벌이 포함되고, 상기 노드는 무선 전력전송 동안, 상기 전력 상태 피드백 인터벌 내의 전력 상태 비콘을 수신하면, 상기 전력 상태 비콘에 대한 응답으로 업데이트된 전력 상태를 알리는 전력 상태 피드백 패킷을 상기 베이스 스테이션으로 전송하고,
   상기 베이스 스테이션은 배터리 방전 상태의 노드가 무선 전력전송 네트워크에 들어오면 상기 노드가 스케줄링 정보에 포함되지 않은 경우에도 상기 응답 구간 중에 무선 전력을 전송하고,
   상기 노드는 상기 자율 구간 동안 전력 전송 요청 패킷을 보내 추가로 전력을 수신하며, 임계값 이상의 전력을 수신하면 전력 수신을 중단하고 상기 무선 전력전송 네트워크에 합류하기 위한 상기 요청 구간을 대기하는 것
   인 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하는 무선 전력전송 시스템의 통신 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 스테이션이 상기 요청 구간에 전력전송 요청 패킷을 전송하는 단계;
   상기 전력전송 요청 패킷을 수신한 노드가 상기 응답 구간에 전력전송 응답 패킷을 전송하는 단계;
   상기 베이스 스테이션이 상기 전력전송 응답 패킷 내의 정보에 기반하여 무선 전력전송을 위한 타임 슬롯을 스케줄링하고, 스케줄링 정보를 포함하는 패킷을 상기 요청 구간에 전송하는 단계; 및
   상기 스케줄링 정보에 의한 순서에 따라 상기 노드가 상기 응답 구간에 무선 전력을 수신하는 단계
   를 포함하는 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하는 무선 전력전송 시스템의 통신 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 베이스 스테이션은 각각의 타임 슬롯 동안 하나의 노드 또는 복수의 노드에 무선 전력을 전송하는 것
   인 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하는 무선 전력전송 시스템의 통신 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 스테이션이 상기 요청 구간에 데이터 요청 패킷을 전송하는 단계;
   상기 데이터 요청 패킷을 수신한 노드가 데이터 응답 패킷을 전송하는 단계; 및
   상기 데이터 응답 패킷을 수신한 베이스 스테이션이 데이터 응답 확인 패킷을 전송하고 데이터 전송을 완료하는 단계
   를 포함하는 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하는 무선 전력전송 시스템의 통신 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 스테이션이 상기 요청 구간에 무선 전력전송 네트워크 아이디를 포함한 요청 패킷을 전송하는 단계; 및
   상기 요청 패킷을 수신한 노드가 무선 전력전송 네트워크를 식별하고 상기 베이스 스테이션과 네트워크를 구성하는 단계
   를 포함하는 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하는 무선 전력전송 시스템의 통신 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 스테이션이 상기 요청 구간에 합류 요청 패킷을 전송하는 단계;
   상기 합류 요청 패킷을 수신한 노드가 상기 응답 구간에 응답 패킷을 전송하는 단계;
   상기 응답 패킷을 수신한 베이스 스테이션이 합류 응답 확인 패킷을 전송하는 단계; 및
   상기 노드가 상기 합류 응답 확인 패킷을 수신하면 상기 베이스 스테이션과 네트워크 연결을 완료하는 단계
   를 포함하는 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하는 무선 전력전송 시스템의 통신 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 베이스 스테이션이 상기 노드로 분리 요청 패킷을 전송하거나 상기 노드가 정지되거나 상기 노드가 네트워크 영역으로부터 벗어나면 상기 베이스 스테이션과 상기 노드 사이의 네트워크 연결을 종료하는 단계
   를 더 포함하는 무선 전력전송과 자기장 통신을 수행하는 무선 전력전송 시스템의 통신 방법.

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