KR102097229B1 - 물리 계층 보안 향상을 위해 인공 잡음 도움 스케줄링을 이용한 주변 후방 산란 통신 시스템 - Google Patents

물리 계층 보안 향상을 위해 인공 잡음 도움 스케줄링을 이용한 주변 후방 산란 통신 시스템 Download PDF

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김수민
김준수
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한국산업기술대학교산학협력단
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Abstract

물리 계층 보안 향상을 위해 인공 잡음 도움 스케줄링을 이용한 주변 후방 산란 통신 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따른 백스캐터 통신 방법은, 복수의 태그(Tag)로부터 복수의 신호를 수신하는 단계와, 상기 복수의 신호에 기초하여 상기 복수의 태그 중에서 어느 하나를 데이터 전송을 위한 데이터 전송용 태그로 선택하고, 다른 어느 하나를 의사 잡음(artificial noise) 전송을 위한 의사 잡음 전송용 태그로 선택하는 단계와, 상기 데이터 전송용 태그를 통해 데이터를 수신하고, 상기 의사 잡음 전송용 태그를 통해 의사 잡음을 수신하는 단계를 포함한다.

Description

물리 계층 보안 향상을 위해 인공 잡음 도움 스케줄링을 이용한 주변 후방 산란 통신 시스템{SYSTEM FOR AMBIENT BACKSCATTER COMMUNICATION SYSTEM USING ARTIFICIAL NOISE-AIDED SCHEDULING FOR IMPROVING PHYSICAL LAYER SECURITY}
아래 실시예들은 물리 계층 보안 향상을 위해 인공 잡음 도움 스케줄링을 이용한 주변 후방 산란 통신 시스템에 관한 것이다.
주변 후방 산란 통신(Ambient Backscatter Communication, ABC)은 별도의 전력을 이용하지 않고 주변의 RF 신호원(radio frequency source), 리시버(receiver), 및 센더(sender)에 포함된 수동 태그(tag)를 이용하여 각종 IoT(Internet of Things) 장치들이 통신할 수 있는 무선 통신 기술이다. 주변 후방 산란 통신 기술은 수많은 IoT 장치들의 전원 관리 문제와 추가적인 무선 주파수 자원의 부족 문제 등을 해결하는데 효과적인 기술이다.
무선 통신은 장치들끼리 직접 연결되어 정보를 전송하는 방식이 아니기 때문에 무선 통신을 통해 정보를 전송하는 경우 다른 복수의 장치와도 통신할 수 있는 특성을 가지고 있다. 무선 통신 중 하나인 주변 후방 산란 통신 역시 수동 태그가 무선 통신 신호를 반사하여 주변에 있는 복수의 통신 장치들에게도 정보를 전송하는 것이기 때문에 전송되는 정보의 보안 전송률(secrecy rate)의 향상에 어려움이 있다.
실시예들은 복수의 태그를 복수의 신호들의 전력 세기에 따라 데이터 태그 및 의사 잡음 전송용 태그로 구분하여 신호를 수신함으로써, 주변 후방 산란 통신의 보안 전송률을 향상시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 백스캐터 통신 방법은, 복수의 태그(Tag)로부터 복수의 신호를 수신하는 단계와, 상기 복수의 신호에 기초하여 상기 복수의 태그 중에서 어느 하나를 데이터 전송을 위한 데이터 전송용 태그로 선택하고, 다른 어느 하나를 의사 잡음(artificial noise) 전송을 위한 의사 잡음 전송용 태그로 선택하는 단계와, 상기 데이터 전송용 태그를 통해 데이터를 수신하고, 상기 의사 잡음 전송용 태그를 통해 의사 잡음을 수신하는 단계를 포함한다.
상기 어느 하나는 상기 복수의 태그 중에서 송신 전력이 가장 큰 태그이고, 상기 다른 어느 하나는 상기 복수의 태그 중에서 송신 전력이 가장 작은 태그일 수 있다.
상기 선택하는 단계는, 상기 데이터 전송용 태그로 선택된 상기 어느 하나에 대응하는 U 심볼을 포함한 제1 메시지를 브로드 캐스팅하는 단계와, 상기 의사 잡음 전송용 태그로 선택된 상기 다른 어느 하나에 대응하는 U 심볼을 포함한 제2 메시지를 브로드 캐스팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택하는 단계는, 상기 어느 하나로부터 전송된 상기 어느 하나에 대응하는 U 심볼이 포함된 제1 답변 메시지에 응답하여 상기 어느 하나를 상기 데이터 전송용 태그로 선택 완료하는 단계와, 상기 다른 어느 하나로부터 전송된 상기 다른 어느 하나에 대응하는 U 심볼이 포함된 제2 답변 메시지에 응답하여 상기 다른 어느 하나를 상기 의사 잡음 전송용 태그로 선택 완료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 의사 잡음은 상기 데이터의 양에 해당할 수 있다.
도 1 및 도 2는 주변 후방 산란 통신의 개념을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 주변 후방 산란 통신에서 태그의 동작 모드에 따른 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 주변 후방 산란 통신에서 보안 전송률을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 통신 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 통신 시스템이 보안 전송률의 향상을 위해 수행하는 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 통신 시스템이 주변 후방 산란 통신을 제공하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2는 주변 후방 산란 통신의 개념을 설명하기 위한 도면들이다.
주변 후방 산란 통신(Ambient Backscatter Communication, ABC)은 별도의 전력을 이용하지 않고 주변의 RF 신호원(Radio Frequency source; 110), 수동 태그(tag; 151)를 포함하는 센더(sender; 150), 및 리시버(receiver; 170)를 이용하여 각종 IoT(Internet of Things) 장치들이 통신할 수 있는 무선 통신 기술이다. 주변 후방 산란 통신 기술은 센더(150)가 RF 신호(110s)를 이용하여 통신 신호를 전송(150s)함으로써, 수많은 IoT 장치들의 전원 관리 문제와 추가적인 무선 주파수 자원의 부족 문제 등을 해결하는데 효과적인 기술이다.
도 2는 도 1에 도시된 수동 태그(151)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 수동 태그(151)는 임피던스 Z1(1511), 임피던스 Z2(1512), 및 안테나(1515)로 구현될 수 있다.
수동 태그(151)는 안테나(1515)를 통해 RF 신호원(110)으로부터 RF 신호(110s)를 수신할 수 있다. 수동 태그(151)는 RF 신호(110s)를 이용하여 전력(예를 들어, 수동 태그(151)가 부착된 센더(150)의 전력)을 충전할 수 있다.
수동 태그(151)는 RF 신호를 무선 통신 매개체로 활용하여 통신을 수행할 수 있다. 수동 태그(151)는 안테나 임피던스 값을 조정하여 RF 신호에 정보 및/또는 데이터를 실어서 리시버(170)로 전송할 수 있다.
도 3은 주변 후방 산란 통신에서 태그의 동작 모드에 따른 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
수동 태그(151)는 임피던스 Z1(1511)을 통해 비반사 모드로 동작할 수 있다. 비반사 모드는 수동 태그(151)가 리시버(170)에 데이터를 전송하지 않는 상태를 의미할 수 있다. 리시버(170)는 수동 태그(151)로부터 데이터를 수신하지 못한 경우 데이터 Bit ‘0’을 수신한 것으로 동작할 수 있다.
수동 태그(151)는 임피던스 Z2(1512)를 통해 반사 모드로 동작할 수 있다. 반사 모드는 수동 태그(151)가 리시버(170)에 데이터를 전송하는 상태를 의미할 수 있다. 리시버(170)는 수동 태그(151)로부터 데이터를 수신한 경우 데이터 Bit ‘1’을 수신한 것으로 동작할 수 있다.
도 3의 (a)는 수동 태그(151)가 비반사 모드인 경우를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 수동 태그(151)가 반사 모드인 경우를 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)에서 수동 태그(151)는 임피던스 Z1(1511)를 통해 비반사 모드로 동작하고, 센더(150)는 리시버(170)에 신호를 전송하지 않을 수 있다. 도 3의 (b)에서 수동 태그(151)는 임피던스 Z2(1512)를 통해 반사 모드로 동작하고, 센더(150)는 리시버(170)에 신호(150s)를 전송할 수 있다.
도 4는 주변 후방 산란 통신에서 보안 전송률을 설명하기 위한 도면이다.
수동 태그(151)는 무선 통신인 주변 후방 산란 통신을 통해 신호를 전송하는 것이기 때문에 수동 태그가 방사하는 신호(150s)에 대한 도청 및 정보의 유출 가능성이 존재할 수 있다.
센더(150)로부터 리시버(170)로 가는 실선(150a)은 주 채널을 의미할 수 있다. 즉, 실선(150a)은 센더(150)와 리시버(170) 간의 통신 채널을 의미할 수 있다.
센더(150)로부터 도청 장치(eavesdropper; 400)로 가는 점선(150b)은 도청 채널을 의미할 수 있다. 즉, 점선(150b)은 센더(150)와 도청 장치(400) 간의 통신 채널을 의미할 수 있다.
무선 통신의 한계로, 센더(150)가 리시버(170)와 통신을 수행하는 과정에서 도청 채널(150b)을 통해 도청 장치(400)로 정보가 유출될 수 있다. 즉, 수동 태그(151)와 리시버(170)의 통신 과정에서 보안 전송률(secrecy rate)이 문제가 될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 살펴본 바와 같이, 무선 통신은 장치들끼리 직접 연결되어 정보를 전송하는 방식이 아니기 때문에 무선 통신을 통해 정보를 전송하는 경우 다른 복수의 장치와도 통신할 수 있는 특성을 가지고 있다. 무선 통신 중 하나인 주변 후방 산란 통신 역시 수동 태그가 무선 통신 신호를 반사하여 주변에 있는 복수의 통신 장치들에게도 정보를 전송하는 것이기 때문에 전송되는 정보의 보안 전송률(secrecy rate)의 향상에 어려움이 있다.
실시예들은 복수의 태그를 복수의 신호들의 전력 세기에 따라 데이터 태그 및 의사 잡음 전송용 태그로 구분하여 신호를 수신함으로써, 주변 후방 산란 통신의 보안 전송률을 향상시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 10을 참조하여 실시예들을 설명하도록 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
통신 시스템(500)은 신호원(510), 복수의 태그(530), 및 통신 장치(550)를 포함한다.
통신 시스템(500)은 신호원의 신호를 이용하여 통신하는 태그(예를 들어, 수동 태그)를 각 IoT 장치들에 부착하여 별도의 전력 없이 데이터를 통신할 수 있다.
통신 시스템(500)은 물리 계층 보안 향상을 위해 인공 잡음(artificial noise) 도움 스케줄링을 이용한 주변 후방 산란 통신을 제공할 수 있다. 통신 시스템(500)은 주 채널 신호와 도청 채널 신호를 전력에 따라 선택함으로써 주변 후방 산란 통신의 보안 전송률을 향상시킬 수 있다.
신호원(510)은 복수의 태그(530) 및 통신 장치(550)에 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 신호원(510)은 무선 AP(access point)로 구현될 수 있다. 신호원(510)이 전송하는 신호는 RF 신호(Tv tower, FM, WiFi 등)일 수 있다. 하지만, 신호원(510)이 구현되는 형태 및 전송하는 신호는 이에 한정되지 않는다.
복수의 태그(530)는 신호원(510)으로부터 전송된 신호(RF 신호 등)를 이용하여 통신 장치(550)로 데이터를 송신할 수 있다. 복수의 태그(530)는 무선 신호의 주파수 대역에서 무선 신호의 반사 또는 흡수 등의 방법으로 주변 후방 산란 통신을 수행할 수 있다. 복수의 태그(530)는 IoT 장치에 적어도 하나가 부착되어 동작할 수 있다.
복수의 태그(530)중 어느 하나는 통신 장치(550)에 의해 데이터 전송용 태그(531)로 선택될 수 있다. 데이터 전송용 태그(531)는 통신 장치(550)로 데이터를 전송할 수 있다. 즉, 데이터 전송용 태그(531)와 통신 장치(550)가 통신하는 채널은 통신 장치(550)에 의해 주 채널로 설정될 수 있다.
복수의 태그(530)중 다른 하나는 통신 장치(550)에 의해 의사 잡음 전송용 태그(535)로 선택될 수 있다. 의사 잡음 전송용 태그(535)는 통신 장치(550)로 의사 잡음을 전송할 수 있다. 즉, 의사 잡음 전송용 태그(532)와 통신 장치(550)가 통신하는 채널은 통신 장치(550)에 의해 도청 채널로 설정될 수 있다.
통신 장치(550)는 무선 신호의 주파수 대역에서 무선 신호의 반사 또는 흡수 등의 방법으로 주변 후방 산란 통신을 수행할 수 있다. 통신 장치(550)는 신호원(510)의 신호 및/또는 복수의 태그(530)가 송신하는 신호인 배경 전파 신호를 수신할 수 있다.
통신 장치(550)는 주 채널 신호와 도청 채널 신호를 전력에 따라 선택하여 데이터를 수신할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 통신 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
통신 장치(550)는 안테나(551) 및 컨트롤러(555)를 포함한다.
안테나(551)는 데이터를 송수신할 수 있다. 안테나(551)는 배경 전파 신호를 수신할 수 있다. 안테나(551)는 복수의 태그(530)로부터 복수의 신호를 수신할 수 있다.
안테나(551)는 데이터 전송용 태그(531)와 통신을 수행할 수 있다. 안테나(551)는 데이터 전송용 태그(531)을 통해 데이터를 수신할 수 있다.
안테나(551)는 의사 잡음 전송용 태그(535)와 통신을 수행할 수 있다. 안테나(551)는 의사 잡음 전송용 태그(535)를 통해 의사 잡음을 수신할 수 있다.
컨트롤러(555)는 복수의 신호에 기초하여 복수의 태그(530) 중에서 어느 하나를 데이터 전송을 위한 데이터 전송용 태그(531)로 선택하고, 다른 어느 하나를 의사 잡음 전송을 위한 의사 잡음 전송용 태그(535)로 선택할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(555) 복수의 태그(530) 중에서 송신 전력(power)이 가장 큰 태그를 데이터 전송용 태그(531)로 선택할 수 있다. 컨트롤러(555)는 복수의 태그 중에서 송신 전력이 가장 작은 태그를 의사 잡음 전송용 태그(535)로 선택할 수 있다.
컨트롤러(555)는 데이터 전송용 태그(531)에 대응하는 U 심볼을 포함한 제1 메시지를 브로드 캐스팅할 수 있다. 브로드 캐스팅한다는 것은 모든 복수의 태그(530)에 제1 메시지를 전송한다는 것을 의미할 수 있다.
컨트롤러(555) 의사 잡음 전송용 태그(535)에 대응하는 U 심볼을 포함한 제2 메시지를 브로드 캐스팅할 수 있다.
컨트롤러(555)는 데이터 전송용 태그(531)로부터 전송된 데이터 전송용 태그(531)에 대응하는 U 심볼이 포함된 제1 답변 메시지에 응답하여 데이터 전송용 태그(531)의 선택을 완료할 수 있다.
컨트롤러(555)는 의사 잡음 전송용 태그(535)로부터 전송된 의사 잡음 전송용 태그(535)에 대응하는 U 심볼이 포함된 제2 답변 메시지에 응답하여 의사 잡음 전송용 태그(535)의 선택을 완료할 수 있다.
도 7 및 도 8은 통신 시스템이 보안 전송률의 향상을 위해 수행하는 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 통신 시스템의 동작을 설명하기 위해 복수의 태그(530) 중에서 어느 한 태그만 신호를 송신하는 것을 상정한 도면이다.
복수의 태그(530) 중에서 어느 한 태그만 신호를 송신하는 경우, 무선 통신의 한계로 주 채널(530a)을 통해 통신 장치(550)로만 데이터가 전송되는 것이 아니라 도청 채널(530b)를 통해서도 도청 장치(700)로 데이터가 유출 및 도청될 수 있다.
이때, 통신 장치(550)는 복수의 태그(530) 중에서 어느 하나의 태그에서 데이터를 전송받고, 다른 하나의 태그에서 의사 잡음을 전송받는 방법으로 보안 전송률을 향상시킬 수 있다.
수학식 1 내지 3은 통신 장치(550)에서의 보안 전송률을 나타낸 것일 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00001
Figure 112019011647610-pat00002
는 통신 장치(550)에서의 보안 전송률,
Figure 112019011647610-pat00003
는 주채널(530a)의 보안 용량,
Figure 112019011647610-pat00004
는 도청 채널(530b)의 보안 용량을 의미할 수 있다.
먼저, 주채널(530a)의 용량인
Figure 112019011647610-pat00005
는 수학식 2를 통해 구할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00006
Figure 112019011647610-pat00007
은 주 채널(530a) 전력,
Figure 112019011647610-pat00008
는 복수의 태그(530) 중에서 어느 한 태그로부터 통신 장치(550)로 전송되는 신호인 송신 신호 전력을 의미할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00009
는 수학식 3을 통해 구할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00010
Figure 112019011647610-pat00011
는 도청 채널(530b) 전력,
Figure 112019011647610-pat00012
은 노이즈를 의미할 수 있다.
수학식 1 내지 3에서 알수 있듯이, 보안 전송률은 주 채널과 도청 채널의 보안 용량을 통해 나타낼 수 있다. 통신 장치(550)에서의 보안 전송률인
Figure 112019011647610-pat00013
는 양(+)의 보안 용량을 가져야 하며, 이를 위해 주채널(530a) 용량이 도청 채널(530b) 용량보다 커야할 수 있다.
하지만, 이러한 방식을 적용하는 경우 통신 장치(550)에게도 의사 잡음의 영향이 생겨 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)이 높아지는 것을 상정할 수 있다.
그러나, 통신 장치(550)는 통신 장치(550)에게 영향이 가장 적은 채널을 가진 태그를 선택하여 의사 잡음을 싣는 것으로 통신 장치(550)의 비트 오류율을 미미한 수준으로 만들 수 있다. 즉, 통신 장치(550)는 주 채널(530a) 용량을 극대화하고, 도청 채널(530b) 용량을 최소화하여 도청 장치(700)의 비트 오류율만 높아지게 함으로써 보안 전송률을 향상시킬 수 있다.
통신 장치(550)는 주채널(530a)의 보안 용량을 극대화하기 위해,
Figure 112019011647610-pat00014
를 더 낮추는 방향으로 진행하여
Figure 112019011647610-pat00015
를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 통신 장치(550)는 복수의 태그(530) 중에서 가장 큰 전력을 가지는 태그를 선택하여 데이터를 수신하고, 가장 작은 전력을 가지는 태그를 선택하여 의사 잡음을 수신한다면
Figure 112019011647610-pat00016
가 낮아짐에 따라
Figure 112019011647610-pat00017
가 커지게 되므로 주채널(530a)의 보안 용량을 극대화할 수 있다.
도 8은 통신 시스템이 주채널의 보안 용량을 극대화하여 주변 후방 산란 통신을 제공하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
신호원(510)에서 신호를 받은 데이터 전송용 태그(531)는 안테나 임피던스 값을 조정하여 신호원(510)의 신호(h1)에 추가적으로 신호를 실어 통신 장치(550)로 데이터를 전송(g1)할 수 있다. 이때 도청 장치(700)는 데이터 전송용 태그(531)의 신호(f1)를 수신할 수 있다.
통신 시스템(500)은 이 과정에서 도청 장치(700)의 도청을 어렵게 하기 위해 의사 잡음 전송용 태그(532)에서 의사 잡음을 만들어 신호원(510)의 신호(h2)와 함께 전송(g2)하여 높은 보안 전송률을 얻을 수 있다. 이때 도청 장치(700)는 의사 잡음 전송용 태그(532)의 신호(f2)를 수신할 수 있다.
통신 장치(550)는 가장 큰 전력을 가지는 태그를 데이터 전송용 태그(531)로 선택하고 신호를 수신함으로써 통신 장치(550)와 데이터 전송용 태그(531)가 통신하는 채널(g1)의 보안 용량은 극대화된 것을 알 수 있다.
또한, 통신 장치(550)는 가장 작은 전력을 가지는 태그를 의사 잡음 전송용 태그(532)로 선택하고 신호를 수신함으로써 통신 장치(550)와 의사 잡음 전송용 태그(532)가 통신하는 채널(g2)의 보안 용량은 최소화된 것을 알 수 있다.
따라서, 통신 장치(550)는 수학식 1에서 알 수 있듯이 주 채널의 보안 용량을 향상시키고 도청 채널의 보안 용량을 감소시킴으로써 통신 장치(550)의 보안 전송률을 향상시킬 수 있다.
도 9 및 도 10은 통신 시스템이 주변 후방 산란 통신을 제공하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 통신 시스템이 동작하는 순서를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 통신 장치의 동작을 위한 데이터 슬롯을 설명하기 위한 도면이다.
통신 시스템(500)의 동작은 매 슬롯(slot) 마다 세가지의 과정을 거쳐 주변 후방 산란 통신을 제공할 수 있다. 즉, 통신 시스템(500)은 초기화 과정, 태그 선택 과정, 및 메시지 전송 과정을 거쳐 주변 후방 산란 통신을 제공할 수 있다.
또한, 통신 시스템(500)의 동작은 매 데이터 슬롯의 시간 구간(duration)인
Figure 112019011647610-pat00018
마다 초기화 과정의 시간 구간인
Figure 112019011647610-pat00019
, 태그 선택 과정의 시간 구간인
Figure 112019011647610-pat00020
, 및 메시지 전송 과정의 시간 구간인
Figure 112019011647610-pat00021
로 나눌 수 있다.
첫번째로, 통신 시스템(500)이 수행하는 초기화 과정은, 복수의 태그들 각각으로부터 신호를 수신하고, 복수의 태그들의 송신 전력을 계산하는 과정일 수 있다.
신호원(510)은 신호를 송신할 수 있다(910).
복수의 태그(530) 및 통신 장치(550)는 신호원(510)이 송신한 신호를 수신할 수 있다. 복수의 태그(530) 및 통신 장치(550)는 수신한 신호의 매 슬롯을 복수의 시간 구간으로 나누어 초기화 과정을 진행할 수 있다.
즉, 초기화 과정의 시간 구간인
Figure 112019011647610-pat00022
를 다시 복수의 태그(530) 각각에 대응하여 할당된 시간 구간인
Figure 112019011647610-pat00023
로 나누어 초기화 과정을 진행할 수 있다.
예를 들어, 복수의 태그(530)에 숫자를 붙여 태그 1, 태그 2, 태그 3 내지 태그 k로 구분한다고 가정하였을 때, N1의 시간 구간에 태그 1은 반사 모드로 동작하고, 나머지 태그들은 비반사모드로 동작할 수 있다. 이는 일반적으로 Nk의 시간 구간에 태그 k는 반사 모드로, 나머지 태그들은 비반사모드로 동작하는 것으로 정의할 수 있다.
복수의 태그(530) 중에서 자신에게 할당된 시간 구간이 아닌 태그들은 비반사 모드로 동작할 수 있다(920).
복수의 태그(530)는
Figure 112019011647610-pat00024
구간 내에서 각각 자신에게 할당된 시간 구간인
Figure 112019011647610-pat00025
동안 반사 모드로 동작할 수 있다(930).
통신 장치(550)는 모든 복수의 태그(530)로부터 수신한 신호들의 전력을 계산할 수 있다(940).
두번째로, 통신 시스템(500)이 수행하는 태그 선택 과정은 계산된 전력에 따라 데이터 전송용 태그(531) 및 의사 잡음 전송용 태그(532)를 선택하고 각각의 태그에 선택에 대한 확인 작업을 거치는 과정일 수 있다.
즉, 태그 선택 시간 구간인
Figure 112019011647610-pat00026
는 데이터 전송용 태그(531) 선택 시간 구간인 Nsd와 의사 잡음 전송용 태그(532) 선택 시간 구간인 Nsn을 포함할 수 있다.
통신 장치(550)는 복수의 태그(530) 중에서 송신 전력이 가장 큰 태그를 데이터 전송용 태그(531)로 선택할 수 있다.
통신 장치(550)는 수학식 5를 통해 데이터 전송용 태그(531)
Figure 112019011647610-pat00027
를 선택할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00028
Figure 112019011647610-pat00029
는 복수의 태그(530)의 개수,
Figure 112019011647610-pat00030
는 통신 장치(550)와 복수의 태그(530) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00031
는 도청 장치(700)와 복수의 태그(530) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00032
는 복수의 태그(530) 내부의 왜곡을 의미할 수 있다.
통신 장치(550)는 테이터 전송용 태그(531)에 대응하는 U 심볼을 포함한 제1 메시지를 모든 복수의 태그(530)에 브로드 캐스팅할 수 있다(950). 즉, 통신 장치(550)는
Figure 112019011647610-pat00033
구간에서 데이터 전송용 태그(531) 선택을 위한 U 심볼을 포함하는 제1 메시지(1010)를 생성하여 브로드 캐스팅할 수 있다.
데이터 전송용 태그(531)는 제1 메시지를 수신한 경우 테이터 전송용 태그(531)에 대응하는 U 심볼을 포함한 제1 답변 메시지를 통신 장치(550)로 전송할 수 있다(960). 통신 장치(550)는 제1 답변 메시지를 수신한 경우 데이터 전송용 태그(531)의 선택을 완료할 수 있다.
통신 장치(550)는 복수의 태그(530) 중에서 송신 전력이 가장 작은 태그를 의사 잡음 전송용 태그(532)로 선택할 수 있다.
통신 장치(550)는 수학식 6을 통해 의사 잡음 전송용 태그(532)
Figure 112019011647610-pat00034
를 선택할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00035
Figure 112019011647610-pat00036
는 복수의 태그(530)의 개수,
Figure 112019011647610-pat00037
는 통신 장치(550)와 복수의 태그(530) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00038
는 도청 장치(700)와 복수의 태그(530) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00039
는 복수의 태그(530) 내부의 왜곡을 의미할 수 있다.
통신 장치(550)는 의사 잡음 전송용 태그(532)에 대응하는 U 심볼을 포함한 제2 메시지를 모든 복수의 태그(530)에 브로드 캐스팅할 수 있다(970). 즉, 통신 장치(550)는
Figure 112019011647610-pat00040
구간에서 의사 잡음 전송용 태그(532) 선택을 위한 U 심볼을 포함하는 제2 메시지(1050)를 생성하여 브로드 캐스팅할 수 있다.
의사 잡음 전송용 태그(532)는 제2 메시지를 수신한 경우 의사 잡음 전송용 태그(532)에 대응하는 U 심볼을 포함한 제2 답변 메시지를 통신 장치(550)로 전송할 수 있다(980). 통신 장치(550)는 제2 답변 메시지를 수신한 경우 의사 잡음 전송용 태그(532)의 선택을 완료할 수 있다.
세번째로, 통신 시스템(500)이 수행하는 메시지 전송 과정은 통신 장치(550)가 데이터 전송용 태그(531) 및 의사 잡음 전송용 태그(532)와 보안 전송률이 향상된 통신을 수행하는 과정일 수 있다.
통신 장치(550)는 데이터 전송용 태그(531), 및 의사 잡음 전송용 태그(532)와 통신할 수 있다(991).
데이터 전송용 태그(531)는 통신 장치(550)와 데이터 통신을 할 수 있다(993). 통신 장치(550)는 데이터 전송용 태그(531)로부터 Q 만큼의 메시지로 데이터를 수신할 수 있다.
의사 잡음 전송용 태그(532)는 통신 장치(550)와 의사 잡음 통신을 할 수 있다(995). 통신 장치(550)는 의사 잡음 전송용 태그(532)로부터 Q 만큼의 메시지로 의사 잡음을 수신할 수 있다. 예를 들어, 의사 잡음 전송용 태그(532)는 데이터 전송용 태그(531)가 전송하는 데이터의 양(Q)에 해당하는 의사 잡음을 전송할 수 있다.
통신 장치(550)는 수학식 7 내지 수학식 9를 통해 수신한 데이터에 대해 데이터 값을 판정할 수 있다.
통신 장치(550)는 수학식 7을 통해 데이터 전송용 태그(531)로부터 수신한 데이터 신호
Figure 112019011647610-pat00041
을 구할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00042
Figure 112019011647610-pat00043
은 통신 장치(550)와 신호원(510) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00044
은 신호원(510)의 신호,
Figure 112019011647610-pat00045
는 복수의 태그(530)의 신호,
Figure 112019011647610-pat00046
는 복수의 태그(530)와 신호원(510) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00047
는 의사 잡음,
Figure 112019011647610-pat00048
는 잡음을 의미할 수 있다.
통신 장치(550)는 수학식 8을 통해 수신한 신호에 대한 평균 전력
Figure 112019011647610-pat00049
를 계산할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00050
Figure 112019011647610-pat00051
는 Q 전체 비트열 중에 한 개의 비트,
Figure 112019011647610-pat00052
는 비트 한 개의 심볼,
Figure 112019011647610-pat00053
는 수신 신호 중에서 데이터 전송 부분을 의미할 수 있다.
통신 장치(550)는 수학식 9를 통해 데이터 값을 판정할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00054
Figure 112019011647610-pat00055
는 통신 장치(550)가 수신한 신호의 평균 전력,
Figure 112019011647610-pat00056
은 통신 장치(550)가 데이터 전송용 태그(531)로부터 데이터 신호를 수신하지 못했을 때의 전력,
Figure 112019011647610-pat00057
는 통신 장치(550)가 데이터 전송용 태그(531)로부터 데이터 신호를 수신하였을 때의 전력을 의미할 수 있다.
이에 더하여, 도청 장치(700)는 수학식 10 내지 12를 통해 수신한 신호에 대해 데이터 값을 판정할 수 있다.
도청 장치(700)가 수신한 신호는 수학식 10을 통해 구할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00058
Figure 112019011647610-pat00059
은 도청 장치(700)와 신호원(510) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00060
은 신호원(510)의 신호,
Figure 112019011647610-pat00061
는 복수의 태그(530)의 신호,
Figure 112019011647610-pat00062
는 복수의 태그(530)와 신호원(510) 사이의 채널,
Figure 112019011647610-pat00063
는 의사 잡음,
Figure 112019011647610-pat00064
는 잡음을 의미할 수 있다.
도청 장치(700)에서의 수신 신호에 대한 평균 전력
Figure 112019011647610-pat00065
는 수학식 11을 통해 계산할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00066
Figure 112019011647610-pat00067
는 Q 전체 비트열 중에 한 개의 비트,
Figure 112019011647610-pat00068
는 비트 한 개의 심볼,
Figure 112019011647610-pat00069
는 수신 신호 중에서 데이터 전송 부분을 의미할 수 있다.
도청 장치(700)는 수학식 12를 통해 수신한 신호에 대한 데이터 값을 판정할 수 있다.
Figure 112019011647610-pat00070
Figure 112019011647610-pat00071
는 도청 장치(700)가 수신한 신호의 평균 전력,
Figure 112019011647610-pat00072
은 도청 장치(700)가 데이터 전송용 태그(531)로부터 데이터 신호를 수신하지 못했을 때의 전력,
Figure 112019011647610-pat00073
는 도청 장치(700)가 데이터 전송용 태그(531)로부터 데이터 신호를 수신하였을 때의 전력을 의미할 수 있다.
통신 시스템(500)은 도 9 및 도 10을 통해 설명한 동작을 매 슬롯마다 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 통신 시스템(500)은 의도하지 않게 원하지 않는 곳으로 정보가 흘러갈 수 있는 주변 후방 산란 통신에서 흘러가는 정보의 복호화(decoding)를 어렵게 함으로써 무선 통신 환경에서 정보를 지킬 수 있으며, 보안 전송률을 향상시킬 수 있는 기술을 제공할 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 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.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (5)

  1. 복수의 태그(Tag)로부터 복수의 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 복수의 신호의 전력의 크기에 기초하여 상기 복수의 태그 중에서 어느 하나를 데이터 전송용 태그로 선택하고, 다른 어느 하나를 의사 잡음(artificial noise) 전송을 위한 의사 잡음 전송용 태그로 선택하는 단계; 및
    상기 데이터 전송용 태그를 통해 데이터를 수신하고, 상기 의사 잡음 전송용 태그를 통해 의사 잡음을 수신하는 단계
    를 포함하는 백스캐터 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어느 하나는 상기 복수의 태그 중에서 송신 전력이 가장 큰 태그이고,
    상기 다른 어느 하나는 상기 복수의 태그 중에서 송신 전력이 가장 작은 태그인
    백스캐터 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 데이터 전송용 태그로 선택된 상기 어느 하나에 대응하는 U 심볼을 포함한 제1 메시지를 브로드 캐스팅하는 단계; 및
    상기 의사 잡음 전송용 태그로 선택된 상기 다른 어느 하나에 대응하는 U 심볼을 포함한 제2 메시지를 브로드 캐스팅하는 단계
    를 포함하는 백스캐터 통신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 어느 하나로부터 전송된 상기 어느 하나에 대응하는 U 심볼이 포함된 제1 답변 메시지에 응답하여 상기 어느 하나를 상기 데이터 전송용 태그로 선택 완료하는 단계; 및
    상기 다른 어느 하나로부터 전송된 상기 다른 어느 하나에 대응하는 U 심볼이 포함된 제2 답변 메시지에 응답하여 상기 다른 어느 하나를 상기 의사 잡음 전송용 태그로 선택 완료하는 단계
    를 더 포함하는 백스캐터 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 의사 잡음은 상기 데이터의 양에 해당하는
    백스캐터 통신 방법.
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