KR102296151B1 - Methods and systems for energy harvesting using power beacon in wireless network environment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에 의해 수행되는 에너지 하비스팅 방법은, 무선 네트워크 환경에서 상태 정보가 주기적으로 수신되지 않는 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단하는 단계, 상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는 단계, 상기 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신하는 단계, 상기 확인된 후보 파워 비콘의 위치 정보 및 상기 수신된 배터리 수준 정보를 기반으로 최적 파워 비콘을 선택하여 무선전력전송을 스케줄링하는 단계, 및 상기 선택된 최적 파워 비콘에 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 전송하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a method and system for energy harvesting using a power beacon in a wireless network environment, and an energy harvesting method performed by a cellular base station in a wireless network environment according to an embodiment of the present invention, in a wireless network environment. Determining a sensor node from which status information is not received periodically as a power shortage sensor node, confirming the location information of a candidate power beacon located in an energy harvesting area around the determined power shortage sensor node, and sending a wireless power transmission request message transmitting, receiving an acknowledgment message including battery level information from the candidate power beacon, selecting an optimal power beacon based on the identified location information of the candidate power beacon and the received battery level information Scheduling transmission, and transmitting a scheduling message for wireless power transmission to the selected optimal power beacon.

Figure R1020190177970
Figure R1020190177970

Description

무선 네트워크 환경에서 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR ENERGY HARVESTING USING POWER BEACON IN WIRELESS NETWORK ENVIRONMENT}Energy harvesting method and system using power beacon in wireless network environment

본 발명은 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for energy harvesting using a power beacon in a wireless network environment.

사물 인터넷(IoT, Internet of Things)은 다수의 센서와 장치를 서로 연결해주는 하나의 패러다임이며 대규모 연결 네트워크에 대한 솔루션이다. 또한 IoT는 저전력, 낮은 데이터 전송률과 같은 특징을 가지고 있으며 앞으로 수십억 개의 센서 노드를 배치하여 사용하게 될 것으로 전망하고 있다. 이러한 센서 노드들은 복잡한 도시환경 속에서 교통 관리, 교통 정보 수집의 목적을 가지고 이를 통해 지능형 교통 체계(ITS)를 가능하게 한다. The Internet of Things (IoT) is a paradigm that connects multiple sensors and devices to each other and is a solution to a large-scale connected network. In addition, IoT has features such as low power consumption and low data rate, and it is predicted that billions of sensor nodes will be deployed and used in the future. These sensor nodes have the purpose of traffic management and traffic information collection in a complex urban environment, and through this, enable an intelligent transportation system (ITS).

센서 노드들은 신뢰성과 통신의 단절성이 없다는 장점이 있는 반면에 독립된 전원에 의해 제한적인 배터리 용량이라는 단점을 가지고 있다. 또한, 센서 노드들은 배터리를 교체하는데 많은 비용이 필요하다. 이러한 배터리의 수명을 늘리기 위한 핵심적인 설계 중 하나는 배터리에 에너지를 공급하는 것이다. 태양과 풍력 에너지 같은 에너지 생산 방법은 자연으로부터 에너지를 얻은 다음 전기에너지로 전환한다. 하지만, 이러한 에너지 생산 방법은 자연환경에 의존해야 하는 한계성을 드러냈다. 하지만, 앞서 설명한 에너지 생산 방식보다 RF 에너지 하비스팅 기술은 이러한 센서 노드들에 에너지를 공급하는 더 편리한 방법이다.Sensor nodes have the advantage of reliability and no disconnection of communication, but have the disadvantage of limited battery capacity due to an independent power source. Also, sensor nodes require a lot of money to replace batteries. One of the key designs for extending the life of these batteries is to provide energy to them. Energy production methods such as solar and wind energy obtain energy from nature and then convert it into electrical energy. However, this energy production method revealed limitations in relying on the natural environment. However, the RF energy harvesting technology is a more convenient method of supplying energy to these sensor nodes than the energy production method described above.

RF(Radio Frequency) 에너지 하비스팅 기술은 RF 신호로부터 전기 에너지를 얻는 것과 연관이 있다. 일반적으로 에너지 하비스팅(EH, Energy Harvesting)의 범위는 반경 수십 미터이다. 이에 RF 신호와 멀리 떨어진 곳에 배치된 센서 노드는 충분한 에너지를 받지 못할 수 있다. 이러한 문제는 파워 비콘(Power Beacon)과 같은 센서 노드를 충전하기 위한 전용 RF 자원을 배치하면 해결할 수 있지만 비용적인 측면에서 문제가 발생한다. Radio Frequency (RF) energy harvesting technology involves obtaining electrical energy from RF signals. In general, the range of energy harvesting (EH) is several tens of meters in radius. Accordingly, a sensor node located far away from the RF signal may not receive sufficient energy. This problem can be solved by deploying dedicated RF resources for charging sensor nodes such as power beacons, but it poses a problem in terms of cost.

종래의 센서 노드는 셀룰러 베이스 스테이션(CBS, Cellular Base Station), 와이파이 액세스 포인트(AP, Access Point), TV 타워 등과 같이 위치가 고정된 장치로부터 전송되는 RF 신호를 활용하여 에너지를 충전하였다. 그러나 RF 신호로부터 충전된 에너지를 사용함에서 확장성의 한계가 존재한다. 또한, RF 신호의 EH 영역은 일반적으로 반경 수십 미터이다. 따라서 원거리에 배치된 센서 노드는 충분한 에너지를 얻지 못할 수 있다. 한 가지 솔루션으로는 파워 비콘과 같은 전용 RF 에너지원을 배치하는 것이다. 그러나 이러한 솔루션에는 추가 인프라를 설치해야 하므로 비용이 많이 든다. 또 다른 솔루션으로는 모바일 충전기와 같은 모바일 전용 RF 에너지원을 사용하는 것이다. 그러나 이 솔루션에도 전용 RF 에너지원의 효율적인 이동 경로 계획이 추가로 필요하다.The conventional sensor node is charged with energy by utilizing an RF signal transmitted from a device having a fixed location, such as a cellular base station (CBS), a Wi-Fi access point (AP), and a TV tower. However, there is a limit to scalability in using the energy charged from the RF signal. In addition, the EH region of the RF signal is generally several tens of meters in radius. Therefore, sensor nodes located at a distance may not obtain sufficient energy. One solution is to deploy a dedicated RF energy source, such as a power beacon. However, these solutions are expensive because they require additional infrastructure to be installed. Another solution is to use a mobile-specific RF energy source, such as a mobile charger. However, this solution also requires the additional efficient travel path planning of a dedicated RF energy source.

본 발명의 실시예들은 독립된 전원에 의한 제한적인 배터리 용량을 가진 센서 노드에 전력을 공급하기 위한 솔루션으로 센서 노드 주변에 위치한 최적의 파워 비콘을 통해 센서 노드에 무선으로 전력을 전송할 수 있는, 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are a solution for supplying power to a sensor node having a limited battery capacity by an independent power source. A wireless network that can transmit power wirelessly to a sensor node through an optimal power beacon located around the sensor node. An object of the present invention is to provide a method and system for energy harvesting using a power beacon in an environment.

본 발명의 실시예들은 모바일 파워 비콘(MPB, Mobile Power Beacon)의 역할을 하는 운송 수단(예컨대, 이동 차량 등)의 무선전력전송 기능을 통해 센서 노드에 RF 에너지를 공급함으로써, 전력이 부족한 센서 노드를 편리하게 충전할 수 있는, 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 방법 및 시스템을 제공하고자 한다. 이와 같이, 본 발명의 실시예들은 차량을 RF 자원으로 사용하면서 센서 노드에 전력을 공급할 수 있는, 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 방법 및 시스템을 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention supply RF energy to the sensor node through a wireless power transmission function of a vehicle (eg, a mobile vehicle, etc.) serving as a mobile power beacon (MPB, Mobile Power Beacon), thereby providing a sensor node with insufficient power. An object of the present invention is to provide a method and system for energy harvesting using a power beacon in a wireless network environment, which can be conveniently charged. As such, embodiments of the present invention are intended to provide a method and system for energy harvesting using a power beacon in a wireless network environment, capable of supplying power to a sensor node while using a vehicle as an RF resource.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위의 환경에서도 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited thereto, and may be variously expanded in an environment within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에 의해 수행되는 에너지 하비스팅 방법에 있어서, 무선 네트워크 환경에서 상태 정보가 주기적으로 수신되지 않는 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단하는 단계; 상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는 단계; 상기 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신하는 단계; 상기 확인된 후보 파워 비콘의 위치 정보 및 상기 수신된 배터리 수준 정보를 기반으로 최적 파워 비콘을 선택하여 무선전력전송을 스케줄링하는 단계; 및 상기 선택된 최적 파워 비콘에 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 전송하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에서의 에너지 하비스팅 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in an energy harvesting method performed by a cellular base station in a wireless network environment, determining a sensor node from which status information is not periodically received in a wireless network environment as a power shortage sensor node ; transmitting a wireless power transmission request message by confirming location information of a candidate power beacon located in an energy harvesting area around the determined power shortage sensor node; receiving an acknowledgment message including battery level information from the candidate power beacon; scheduling wireless power transmission by selecting an optimal power beacon based on the identified candidate power beacon location information and the received battery level information; and transmitting a scheduling message for wireless power transmission to the selected optimal power beacon. An energy harvesting method in a cellular base station in a wireless network environment may be provided.

상기 후보 파워 비콘은, 상기 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작할 수 있다.The candidate power beacon may be installed in a vehicle moving around a sensor node located in the wireless network environment to operate as a mobile power beacon.

상기 전력부족 센서 노드로 판단하는 단계는, 에너지 하비스팅 요청 메시지를 전송한 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단할 수 있다.In the determining of the power shortage sensor node, the sensor node that has transmitted the energy harvesting request message may be determined as the power shortage sensor node.

상기 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는 단계는, 상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘이 없는 경우, 상기 에너지 하비스팅 영역 밖에 위치한 파워 비콘의 경로 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송할 수 있다.In the transmitting of the wireless power transmission request message, when there is no candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined power shortage sensor node, path information of the power beacon located outside the energy harvesting area is checked and wireless A power transmission request message may be transmitted.

상기 무선전력전송을 스케줄링하는 단계는, 상기 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘 중에서 기설정된 배터리 수준 이상인 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송할 수 있다.In the scheduling of the wireless power transmission, the wireless power transmission request message may be transmitted by checking location information of a candidate power beacon having a battery level higher than or equal to a preset battery level among candidate power beacons located in the energy harvesting area.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘에 의해 수행되는 에너지 하비스팅 방법에 있어서, 무선 네트워크 환경에 위치한 셀룰러 베이스 스테이션으로부터 무선전력전송 요청 메시지를 수신하는 단계; 구비된 배터리의 배터리 전력 수준이 기설정된 임계치 이상이면, 상기 셀룰러 베이스 스테이션에 상기 무선전력전송 요청 메시지에 대한 확인응답 메시지를 전송하는 단계; 상기 셀룰러 베이스 스테이션으로부터 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 스케줄링 메시지에 따라 선택된 전력부족 센서 노드에 상기 배터리의 충전 전력을 이용한 무선전력전송을 수행하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘에서의 에너지 하비스팅 방법이 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, there is provided an energy harvesting method performed by a power beacon in a wireless network environment, the method comprising: receiving a wireless power transmission request message from a cellular base station located in a wireless network environment; transmitting an acknowledgment message in response to the wireless power transmission request message to the cellular base station when the battery power level of the provided battery is equal to or greater than a preset threshold; receiving a scheduling message for wireless power transmission from the cellular base station; and performing wireless power transmission using the charging power of the battery to the selected insufficient power sensor node according to the received scheduling message. An energy harvesting method in a power beacon in a wireless network environment may be provided.

상기 파워 비콘은, 상기 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작할 수 있다.The power beacon may be installed in a vehicle moving around a sensor node located in the wireless network environment to operate as a mobile power beacon.

상기 방법은, 상기 셀룰러 베이스 스테이션에 상기 파워 비콘의 위치 정보를 주기적으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include periodically transmitting the location information of the power beacon to the cellular base station.

상기 확인응답 메시지를 전송하는 단계는, 상기 구비된 배터리의 배터리 전력 수준이 기설정된 임계치 미만이면, 상기 셀룰러 베이스 스테이션에 상기 확인응답 메시지를 전송하지 않을 수 있다.The transmitting of the acknowledgment message may include not transmitting the acknowledgment message to the cellular base station when the battery power level of the provided battery is less than a preset threshold.

상기 무선전력전송을 수행하는 단계는, 상기 배터리의 충전 전력을 무선전력전송을 위한 RF 신호로 변환하고, 스위칭 제어를 통해 연결된 안테나를 통해 상기 변환된 RF 신호를 상기 전력부족 센서 노드에 전송할 수 있다.The performing of the wireless power transmission may include converting the charging power of the battery into an RF signal for wireless power transmission, and transmitting the converted RF signal to the power shortage sensor node through an antenna connected through switching control. .

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무선 네트워크 환경에서 센서 노드 및 파워 비콘과 통신하는 통신 모듈; 상기 통신 모듈을 통해 상태 정보가 주기적으로 수신되지 않는 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단하는 노드 판단부; 상기 통신 모듈을 통해 상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하고 상기 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신하는 메시지 관리부; 및 상기 확인된 후보 파워 비콘의 위치 정보 및 상기 수신된 배터리 수준 정보를 기반으로 최적 파워 비콘을 선택하여 무선전력전송을 스케줄링하고, 상기 선택된 최적 파워 비콘에 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 전송하는 스케줄링부를 포함하는, 무선 네트워크 환경에서 에너지 하비스팅을 위한 셀룰러 베이스 스테이션이 제공될 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, a communication module for communicating with the sensor node and the power beacon in a wireless network environment; a node determination unit that determines a sensor node to which status information is not periodically received through the communication module as a power shortage sensor node; Through the communication module, the position information of the candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined power shortage sensor node is checked, the wireless power transmission request message is transmitted, and the acknowledgment response including the battery level information from the candidate power beacon a message management unit for receiving a message; and scheduling wireless power transmission by selecting an optimal power beacon based on the identified candidate power beacon location information and the received battery level information, and transmitting a scheduling message for wireless power transmission to the selected optimal power beacon. A cellular base station for energy harvesting in a wireless network environment may be provided, comprising:

상기 후보 파워 비콘은, 상기 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작할 수 있다.The candidate power beacon may be installed in a vehicle moving around a sensor node located in the wireless network environment to operate as a mobile power beacon.

상기 노드 판단부는, 에너지 하비스팅 요청 메시지를 전송한 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단할 수 있다.The node determining unit may determine the sensor node that has transmitted the energy harvesting request message as a power shortage sensor node.

상기 메시지 관리부는, 상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘이 없는 경우, 상기 에너지 하비스팅 영역 밖에 위치한 파워 비콘의 경로 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송할 수 있다.If there is no candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined power shortage sensor node, the message management unit may check the path information of the power beacon located outside the energy harvesting area to transmit a wireless power transmission request message. have.

상기 스케줄링부는, 상기 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘 중에서 기설정된 배터리 수준 이상인 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송할 수 있다.The scheduling unit may transmit a wireless power transmission request message by confirming location information of a candidate power beacon having a battery level higher than or equal to a preset battery level among candidate power beacons located in the energy harvesting area.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 충전 전력을 저장하는 배터리; 상기 배터리에 충전된 전력을 RF 신호로 변환하는 전력 변환부; 무선 네트워크 환경에 위치한 셀룰러 베이스 스테이션으로부터 무선전력전송 요청 메시지를 수신하는 송수신부; 및 구비된 배터리의 배터리 전력 수준이 기설정된 임계치 이상이면, 상기 송수신부를 통해 상기 셀룰러 베이스 스테이션에 상기 무선전력전송 요청 메시지에 대한 확인응답 메시지를 전송하는 전력 전송 제어부를 포함하고, 상기 송수신부는 상기 셀룰러 베이스 스테이션으로부터 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 수신하고, 상기 전력 전송 제어부는 상기 수신된 스케줄링 메시지에 따라 선택된 전력부족 센서 노드에 상기 배터리의 충전 전력을 이용한 무선전력전송을 수행하는, 무선 네트워크 환경에서 에너지 하비스팅을 위한 파워 비콘이 제공될 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, a battery for storing charging power; a power converter converting the power charged in the battery into an RF signal; a transceiver for receiving a wireless power transmission request message from a cellular base station located in a wireless network environment; and a power transmission control unit configured to transmit an acknowledgment message for the wireless power transmission request message to the cellular base station through the transceiver if the battery power level of the provided battery is greater than or equal to a preset threshold, wherein the transceiver unit includes the cellular Receives a scheduling message for wireless power transmission from the base station, and the power transmission control unit performs wireless power transmission using charging power of the battery to a selected power shortage sensor node according to the received scheduling message, in a wireless network environment A power beacon may be provided for energy harvesting.

상기 파워 비콘은, 상기 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작할 수 있다.The power beacon may be installed in a vehicle moving around a sensor node located in the wireless network environment to operate as a mobile power beacon.

상기 전력 전송 제어부는, 상기 송수신부를 통해 상기 셀룰러 베이스 스테이션에 상기 파워 비콘의 위치 정보를 주기적으로 전송할 수 있다.The power transmission control unit may periodically transmit the location information of the power beacon to the cellular base station through the transceiver.

상기 전력 전송 제어부는, 상기 구비된 배터리의 배터리 전력 수준이 기설정된 임계치 미만이면, 상기 송수신부를 통해 상기 셀룰러 베이스 스테이션에 상기 확인응답 메시지를 전송하지 않을 수 있다.The power transmission controller may not transmit the acknowledgment message to the cellular base station through the transceiver when the battery power level of the provided battery is less than a preset threshold.

상기 전력 전송 제어부는, 상기 송수신부의 스위칭 제어를 통해 상기 전력 변환부를 안테나에 연결시켜 상기 변환된 RF 신호를 상기 전력부족 센서 노드에 전송할 수 있다.The power transmission control unit may connect the power conversion unit to the antenna through switching control of the transceiver unit to transmit the converted RF signal to the power shortage sensor node.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited thereby.

본 발명의 실시예들은 독립된 전원에 의한 제한적인 배터리 용량을 가진 센서 노드에 전력을 공급하기 위한 솔루션으로 센서 노드 주변에 위치한 최적의 파워 비콘을 통해 센서 노드에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.Embodiments of the present invention are solutions for supplying power to a sensor node having a limited battery capacity by an independent power source, and may wirelessly transmit power to the sensor node through an optimal power beacon located around the sensor node.

본 발명의 실시예들은 모바일 파워 비콘(MPB, Mobile Power Beacon)의 역할을 하는 운송 수단(예컨대, 이동 차량 등)의 무선전력전송 기능을 통해 센서 노드에 RF 에너지를 공급함으로써, 전력이 부족한 센서 노드를 편리하게 충전할 수 있다.Embodiments of the present invention supply RF energy to the sensor node through a wireless power transmission function of a vehicle (eg, a mobile vehicle, etc.) serving as a mobile power beacon (MPB, Mobile Power Beacon), thereby providing a sensor node with insufficient power. can be conveniently charged.

본 발명의 실시예들은 센서 노드를 충전하기 위한 전용 파워 비콘과 같은 추가적인 인프라를 설치하지 않아도 되므로 인프라 구축 비용을 절감할 수 있다.Embodiments of the present invention may reduce infrastructure construction costs because additional infrastructure such as a dedicated power beacon for charging a sensor node does not need to be installed.

또한, 본 발명의 실시예들은 종래의 이동식 차량을 이동식 파워 비콘으로 사용하여 센서 노드를 셀룰러 베이스 스테이션에서 구현된 컨트롤러를 통해 스케줄링함으로써 센서 노드를 재충전할 수 있다. Further, embodiments of the present invention may use a conventional mobile vehicle as a mobile power beacon to recharge the sensor node by scheduling the sensor node through a controller implemented in the cellular base station.

또한, 본 발명의 실시예들은 차량 경로를 계획하는 데 사용되는 전용 RF 에너지원이나 전용 RF 자원이 더 필요하지 않기 때문에, 자본지출과 운영비용을 감소시킬 수 있다.In addition, the embodiments of the present invention may reduce capital expenditure and operating costs because no more dedicated RF energy sources or dedicated RF resources used to plan vehicle routes are required.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 시스템이 적용된 무선 네트워크 환경의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스팅 시스템에서의 파워 비콘의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스팅 시스템에서의 셀룰러 베이스 스테이션의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 비콘에서의 에너지 하비스팅 방법을 나타는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰러 베이스 스테이션에서의 에너지 하비스팅 방법을 나타는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드에서의 에너지 하비스팅 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스팅 시스템에서 무선전력전송 동작을 나타낸 도면이다.
1 is a diagram illustrating an example of a wireless network environment to which an energy harvesting system using a power beacon according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a configuration diagram for explaining the configuration of a power beacon in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram illustrating a configuration of a cellular base station in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an energy harvesting method in a power beacon according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an energy harvesting method in a cellular base station according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating an energy harvesting method in a sensor node according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a wireless power transmission operation in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it can be understood to include all transformations, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들이 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명에서 사용한 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 판례, 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of those skilled in the art, precedents, or emergence of new technology. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 시스템이 적용된 무선 네트워크 환경의 예시를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of a wireless network environment to which an energy harvesting system using a power beacon according to an embodiment of the present invention is applied.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 네트워크 환경에서 파워 비콘을 이용한 에너지 하비스팅 시스템은 셀룰러 베이스 스테이션(110), 차량(120)에 설치된 파워 비콘 및 센서 노드(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , an energy harvesting system using a power beacon in a wireless network environment according to an embodiment of the present invention is a cellular base station 110 , a power beacon installed in a vehicle 120 and a sensor node 130 . includes

무선 네트워크 환경은 일례로, 셀룰러 베이스 스테이션(110)의 영역 내 밀집된 도시 환경에서 도로의 구조물에 센서 노드(Sensor Node)(130)가 배치되는 셀룰러 네트워크(Cellular Network)를 고려한다. 센서 노드(130)의 위치는 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 의해 확인되고 있음을 가정한다. 센서 노드(130)는 주기적으로 상태 정보가 포함된 데이터 패킷을 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 송신한다. 전력부족 센서 노드(131)는 에너지 하비스팅 요청 메시지를 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 전송하거나, 데이터 패킷 전송을 중지한다. 후자의 경우, 셀룰러 베이스 스테이션(110)이 특정 시간 동안 센서 노드(130)로부터 데이터 패킷을 수신하지 않으면, 해당 센서 노드(130)의 배터리가 고갈된 것으로 간주한다. As an example of the wireless network environment, consider a cellular network in which a sensor node 130 is disposed on a structure of a road in a dense urban environment within the area of the cellular base station 110 . It is assumed that the location of the sensor node 130 is being verified by the cellular base station 110 . The sensor node 130 periodically transmits a data packet including status information to the cellular base station 110 . The power shortage sensor node 131 transmits an energy harvesting request message to the cellular base station 110 or stops transmitting data packets. In the latter case, if the cellular base station 110 does not receive a data packet from the sensor node 130 for a specific time, it is considered that the battery of the corresponding sensor node 130 is exhausted.

셀룰러 베이스 스테이션(110)은 다운 링크 전송을 위한 자원을 예약한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)의 에너지 하비스팅 영역 내에 있는 센서 노드(130)는 셀룰러 베이스 스테이션(110)의 다운 링크 전송 동안 수신된 신호로부터 에너지를 얻을 수 있다. 그러나 센서 노드(130)는 셀룰러 베이스 스테이션(110)의 에너지 충전 영역 외부에 배치될 수 있으며 주변 신호로부터 충분한 에너지를 획득하지 못할 수 있다.The cellular base station 110 reserves resources for downlink transmission. A sensor node 130 that is within an energy harvesting area of the cellular base station 110 may obtain energy from a signal received during downlink transmission of the cellular base station 110 . However, the sensor node 130 may be disposed outside the energy charging area of the cellular base station 110 and may not obtain sufficient energy from the surrounding signal.

센서 노드(130)를 충전하기 위해서는 무선전력전송에 등록하려는 차량의 정보가 필요하며 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 등록된 차량의 정보를 저장한다. 본 발명의 일 실시예에서는 등록된 차량(120)을 "무선전력전송(WPT, Wireless Power Transfer) 가능 차량(Vehicles capable of WPT)"이라고 명명한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 등록된 차량은 에너지 전송 유닛(ETU, Energy Transmit Unit)이 장착되어 있어 모바일 파워 비콘과 같은 역할을 한다. 또한, 무선전력전송 가능 차량(120)은 주기적으로 셀룰러 베이스 스테이션(110)과 통신하여 자신의 위치를 알린다. 반면, 파워 비콘이 설치되지 않은 차량은 무선전력전송 불가 차량(121)으로 지정될 수 있다. In order to charge the sensor node 130 , information on a vehicle to be registered for wireless power transmission is required, and information on the vehicle registered in the cellular base station 110 is stored. In one embodiment of the present invention, the registered vehicle 120 is called "Wireless Power Transfer (WPT) capable vehicle (Vehicles capable of WPT)". The vehicle registered in the cellular base station 110 is equipped with an Energy Transmit Unit (ETU) and functions as a mobile power beacon. In addition, the wireless power transmission capable vehicle 120 periodically communicates with the cellular base station 110 to notify its location. On the other hand, a vehicle in which a power beacon is not installed may be designated as the vehicle 121 incapable of wireless power transmission.

셀룰러 베이스 스테이션(110)은 전력부족 센서 노드(131)에 전력을 공급하기 위한 최적의 차량을 선별한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예는 셀룰러 베이스 스테이션(110) 내에 위치한 컨트롤러(C)로 구현될 수 있다. 또는 컨트롤러(C)는 셀룰러 베이스 스테이션(110)과 통합하여 구현될 수 있다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 센서 노드(130)의 상태 정보를 컨트롤러(C)로 전달한다. 제한된 시간 내에 센서 노드(130)로부터의 정보가 수신되지 않으면 컨트롤러(C)는 무응답 센서 노드의 위치 정보 및 에너지 하비스팅 영역에 있는 “무선전력전송 가능 차량”의 위치 정보를 셀룰러 베이스 스테이션(110)을 통해 수신한다. 그런 다음 컨트롤러(C)는 셀룰러 베이스 스테이션(110)을 통해 무선전력전송 요청을 “무선전력전송 가능 차량”에 송신한다.The cellular base station 110 selects an optimal vehicle for supplying power to the power shortage sensor node 131 . Here, an embodiment of the present invention may be implemented with the controller C located in the cellular base station 110 . Alternatively, the controller C may be implemented by being integrated with the cellular base station 110 . The cellular base station 110 transmits the state information of the sensor node 130 to the controller C. If information from the sensor node 130 is not received within a limited time, the controller C transmits the location information of the non-responsive sensor node and the location information of the “wireless power transmission capable vehicle” in the energy harvesting area to the cellular base station 110 . receive through Then, the controller C transmits a wireless power transmission request to the “wireless power transmission capable vehicle” through the cellular base station 110 .

차량 배터리에 있는 전력을 통하여 센서 노드(130)를 충전하기 위해, 전력부족 센서 노드(131)의 에너지 하비스팅 영역 근처에 있는 차량은 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 확인 메시지를 전송하여 응답한다. 확인응답 메시지에는 차량 배터리 상태 정보가 포함된다. 배터리 수준 및 위치 정보를 사용하여 컨트롤러는 전력부족 센서 노드(131)에 전력을 공급하기 위해 후보 차량으로부터 최적의 차량을 선택한다. 컨트롤러는 선택된 차량 정보를 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로 보낸다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 스케줄링 메시지를 선택된 차량의 파워 비콘으로 전송하여 센서 노드(130)를 충전한다.To charge the sensor node 130 via the power in the vehicle battery, a vehicle near the energy harvesting area of the low power sensor node 131 responds by sending an acknowledgment message to the cellular base station 110 . The acknowledgment message includes vehicle battery status information. Using the battery level and location information, the controller selects an optimal vehicle from the candidate vehicles to power the low power sensor node 131 . The controller sends the selected vehicle information to the cellular base station 110 . The cellular base station 110 charges the sensor node 130 by sending a scheduling message to the power beacon of the selected vehicle.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 에너지가 부족한 센서 노드 1(Sensor Node: 1)은 에너지 하비스팅 영역에 무선전력전송이 가능한 두 대의 차량을 가지고 있지만, 다른 전력부족 센서 노드 N(Sensor Node: N)은 에너지 하비스팅 영역에 무선전력전송이 가능한 차량이 없다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 전력부족 센서 노드 1(Sensor Node: 1)에 근접한 차량에 무선전력전송 요청 메시지를 전송하고, 차량 배터리가 충분한 후보 차량은 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 확인 메시지를 보내 응답한다. 최적의 차량은 컨트롤러에 의해 선택되고 스케줄링 메시지를 수신한다. 메시지를 수신받은 최적의 차량은 고전력 RF 신호를 전송하여 전력부족 센서 노드 1(Sensor Node: 1)을 충전한다.For example, as shown in FIG. 1 , a sensor node 1 (Sensor Node: 1) lacking energy has two vehicles capable of wireless power transmission in the energy harvesting area, but another sensor node N (Sensor Node) lacking power. Node: N) does not have a vehicle capable of wireless power transmission in the energy harvesting area. The cellular base station 110 transmits a wireless power transfer request message to a vehicle close to the sensor node 1 (Sensor Node: 1) lacking power, and a candidate vehicle with sufficient vehicle battery responds by sending a confirmation message to the cellular base station 110 . do. The optimal vehicle is selected by the controller and receives a scheduling message. The optimal vehicle receiving the message transmits a high-power RF signal to charge the insufficient power sensor node 1 (Sensor Node: 1).

RF 신호의 거리적 한계와 센서 노드(130)의 제한적인 배터리 용량의 문제점을 해결하기 위해 전력부족 센서 노드(131) 근처에 있는 모바일 파워 비콘 기능 차량을 통해 셀룰러 베이스 스테이션(110) 내에 있는 컨트롤러와 통신하여 전력부족 센서 노드(131)와 모바일 파워 비콘 기능 차량이 정의된 거리 내에 있을 때 전력부족 센서 노드(131)에 무선전력전송을 수행한다.In order to solve the problems of the distance limit of the RF signal and the limited battery capacity of the sensor node 130, the controller in the cellular base station 110 through the mobile power beacon function vehicle near the power shortage sensor node 131 and When the power shortage sensor node 131 and the mobile power beacon function vehicle are within a defined distance by communicating, wireless power transmission is performed to the power shortage sensor node 131 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스팅 시스템에서의 파워 비콘의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a configuration diagram for explaining the configuration of a power beacon in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 비콘(200)은 배터리(210), 전력 변환부(220), 송수신부(230) 및 전력 전송 제어부(240)를 포함한다. 여기서, 파워 비콘(200)은 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드(130) 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작할 수 있다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 파워 비콘(200)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 파워 비콘(200)이 구현될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the power beacon 200 according to an embodiment of the present invention includes a battery 210 , a power converter 220 , a transceiver 230 , and a power transmission controller 240 . Here, the power beacon 200 may be installed in a vehicle moving around the sensor node 130 located in a wireless network environment to operate as a mobile power beacon. However, not all illustrated components are essential components. The power beacon 200 may be implemented by more components than the illustrated components, and the power beacon 200 may be implemented by fewer components than that.

이하, 도 2의 파워 비콘(200)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the power beacon 200 of FIG. 2 will be described.

배터리(210)는 충전 전력을 저장한다. The battery 210 stores charging power.

전력 변환부(220)는 배터리(210)에 충전된 전력을 RF 신호로 변환한다. The power converter 220 converts the power charged in the battery 210 into an RF signal.

송수신부(230)는 셀룰러 베이스 스테이션(110) 및 센서 노드(130)와 통신한다. 송수신부(230)는 무선 네트워크 환경에 위치한 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 무선전력전송 요청 메시지를 수신한다. 또한, 송수신부(230)는 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 수신한다. 전력 전송 제어부(240)는 송수신부(230)를 통해 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 파워 비콘(200)의 위치 정보를 주기적으로 전송할 수 있다. The transceiver 230 communicates with the cellular base station 110 and the sensor node 130 . The transceiver 230 receives a wireless power transmission request message from the cellular base station 110 located in a wireless network environment. In addition, the transceiver 230 receives a scheduling message for wireless power transmission from the cellular base station 110 . The power transmission controller 240 may periodically transmit location information of the power beacon 200 to the cellular base station 110 through the transceiver 230 .

전력 전송 제어부(240)는 구비된 배터리(210)의 배터리 전력 수준이 기설정된 임계치 이상이면, 송수신부(230)를 통해 상기 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 상기 무선전력전송 요청 메시지에 대한 확인응답 메시지를 전송한다. 반면, 전력 전송 제어부(240)는 구비된 배터리(210)의 배터리 전력 수준이 기설정된 임계치 미만이면, 송수신부(230)를 통해 상기 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 상기 확인응답 메시지를 전송하지 않을 수 있다.When the battery power level of the provided battery 210 is greater than or equal to a preset threshold, the power transmission control unit 240 sends an acknowledgment message to the cellular base station 110 through the transceiver 230 in response to the wireless power transmission request message. to send On the other hand, when the battery power level of the provided battery 210 is less than a preset threshold, the power transmission control unit 240 may not transmit the acknowledgment message to the cellular base station 110 through the transceiver 230 . have.

전력 전송 제어부(240)는 송수신부(230)에서 수신된 스케줄링 메시지에 따라 선택된 전력부족 센서 노드(131)에 배터리(210)의 충전 전력을 이용한 무선전력전송을 수행한다. 전력 전송 제어부(240)는 송수신부(230)의 스위칭 제어를 통해 전력 변환부(220)를 안테나(233)에 연결시켜 상기 변환된 RF 신호를 상기 전력부족 센서 노드(131)에 전송할 수 있다. The power transmission control unit 240 performs wireless power transmission using the charging power of the battery 210 to the selected insufficient power sensor node 131 according to the scheduling message received from the transceiver 230 . The power transmission control unit 240 may connect the power conversion unit 220 to the antenna 233 through the switching control of the transceiver unit 230 to transmit the converted RF signal to the power shortage sensor node 131 .

본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 파워 비콘(200)은 차량에 설치되고 무선 에너지 전송 유닛(ETU, RF Energy Transmit Unit)으로 구현될 수 있다. 무선 에너지 전송 유닛(ETU)은 무선전력전송(WPT)이 가능한 차량에 설치된다. 전력 전송 제어부(240)는 제어부(241), 정보 처리부(242) 및 신호 처리부(243)로 구성될 수 있다. 송수신부(230)는 스위치 1(SW1, 231), 스위치 2(SW2, 232) 및 안테나(233)로 구성될 수 있다. 스위치 1(SW1, 231)은 안테나와의 정보 송신 또는 정보 수신 연결을 스위칭한다. 스위치 2(SW2, 232)는 안테나와의 정보 송수신 또는 전력 전송 연결을 스위칭한다. The mobile power beacon 200 according to an embodiment of the present invention may be installed in a vehicle and implemented as a wireless energy transmission unit (ETU). A wireless energy transmission unit (ETU) is installed in a vehicle capable of wireless power transmission (WPT). The power transmission control unit 240 may include a control unit 241 , an information processing unit 242 , and a signal processing unit 243 . The transceiver 230 may include switches 1 (SW1, 231), switches 2 (SW2, 232), and an antenna 233. Switch 1 (SW1, 231) switches the information transmission or information reception connection with the antenna. Switch 2 (SW2, 232) switches the information transmission/reception or power transmission connection with the antenna.

무선 에너지 전송 유닛은 반이중 모드, 즉 RF 신호를 송신하거나 정보 신호를 송수신하는 방식으로 동작한다.The wireless energy transmission unit operates in a half-duplex mode, ie, transmitting an RF signal or transmitting and receiving an information signal.

무선 에너지 전송 유닛의 제어부(241)에는 무선 에너지 전송 유닛의 작동을 제어하는 디지털 로직이 포함되어 있다.The control unit 241 of the wireless energy transmission unit includes digital logic for controlling the operation of the wireless energy transmission unit.

정보 처리부(242)는 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 수신한 메시지를 복호화하고 정보를 처리하며 승인 메시지를 부호화한다.The information processing unit 242 decodes a message received from the cellular base station 110 , processes information, and encodes an acknowledgment message.

신호 처리부(243)는 변복조, AC/DC 변환 등을 수행한다.The signal processing unit 243 performs modulation/demodulation, AC/DC conversion, and the like.

전력 변환부(220)는 DC 전력을 안테나(233)가 전송하는 고전력 RF 신호로 변환한다.The power converter 220 converts DC power into a high-power RF signal transmitted by the antenna 233 .

파워 비콘(200)은 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 무선전력전송 요청 메시지를 수신한다. 무선전력전송 요청 메시지에 응답하여 정보 처리부(242)는 차량의 배터리 수준 정보를 수집한다. 차량 배터리(210)에 RF 신호를 전송하기에 충분한 전력이 있는 경우 정보 처리부(242)는 차량 배터리 수준의 현재 상태를 포함하는 승인 메시지를 부호화한다. 이 정보는 신호 처리부(243)에 의해 처리되고, 송수신부(230)의 안테나(233)를 통해 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로 전송된다. 후보 차량 중 최적의 차량은 RF 신호를 전송하기 위해 컨트롤러에 의해 스케줄링 된다. 선택된 차량의 무선 에너지 전송 유닛은 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 스케줄링 메시지를 수신한다.The power beacon 200 receives a wireless power transmission request message from the cellular base station 110 . In response to the wireless power transmission request message, the information processing unit 242 collects vehicle battery level information. When the vehicle battery 210 has sufficient power to transmit the RF signal, the information processing unit 242 encodes an acknowledgment message including the current state of the vehicle battery level. This information is processed by the signal processing unit 243 and transmitted to the cellular base station 110 through the antenna 233 of the transceiver 230 . The optimal vehicle among the candidate vehicles is scheduled by the controller to transmit the RF signal. The wireless energy transfer unit of the selected vehicle receives the scheduling message from the cellular base station 110 .

셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 스케줄링 메시지가 수신되면 제어부(241)는 제어 신호를 스위치로 보내고 직류 전력을 전력 변환부(220)로 보낸다. 그러면 스위치에서 연결이 전환되고, 차량 배터리(210)의 에너지를 RF 에너지로 변환하기 위해 전력 변환부(220)가 작동된다. 이 RF 에너지는 전력부족 센서 노드(131)에 전력을 공급하기 위해 전송된다.When a scheduling message is received from the cellular base station 110 , the control unit 241 sends a control signal to the switch and transmits DC power to the power converter 220 . Then, the connection is switched in the switch, and the power converter 220 is operated to convert the energy of the vehicle battery 210 into RF energy. This RF energy is transmitted to power the underpowered sensor node 131 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스팅 시스템에서의 셀룰러 베이스 스테이션의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.3 is a configuration diagram illustrating a configuration of a cellular base station in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스팅 시스템에서의 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 통신 모듈(310), 노드 판단부(320), 메시지 관리부(330) 및 스케줄링부(340)를 포함한다. 여기서, 에너지 하비스팅 동작은 셀룰러 베이스 스테이션(110) 내에서 컨트롤러라는 별도의 장치를 통해 수행될 수 있다. 또는 컨트롤러는 셀룰러 베이스 스테이션(110)과 통합하여 구현될 수 있다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 셀룰러 베이스 스테이션(110)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 셀룰러 베이스 스테이션(110)이 구현될 수 있다.As shown in FIG. 3 , the cellular base station 110 in the energy harvesting system according to an embodiment of the present invention includes a communication module 310 , a node determination unit 320 , a message management unit 330 , and a scheduling unit. (340). Here, the energy harvesting operation may be performed through a separate device called a controller within the cellular base station 110 . Alternatively, the controller may be implemented by integrating with the cellular base station 110 . However, not all illustrated components are essential components. The cellular base station 110 may be implemented by more components than the illustrated components, or the cellular base station 110 may be implemented by fewer components.

이하, 도 3의 에너지 하비스팅 시스템에서의 셀룰러 베이스 스테이션(110)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the cellular base station 110 in the energy harvesting system of FIG. 3 will be described.

통신 모듈(310)은 무선 네트워크 환경에서 센서 노드(130) 및 파워 비콘(200)과 통신한다. The communication module 310 communicates with the sensor node 130 and the power beacon 200 in a wireless network environment.

노드 판단부(320)는 통신 모듈(310)을 통해 상태 정보가 주기적으로 수신되지 않는 센서 노드(130)를 전력부족 센서 노드(131)로 판단한다. 노드 판단부(320)는 에너지 하비스팅 요청 메시지를 전송한 센서 노드(130)를 전력부족 센서 노드(131)로 판단할 수 있다. The node determination unit 320 determines the sensor node 130 to which the state information is not periodically received through the communication module 310 as the power shortage sensor node 131 . The node determining unit 320 may determine the sensor node 130 that has transmitted the energy harvesting request message as the power shortage sensor node 131 .

메시지 관리부(330)는 통신 모듈(310)을 통해, 노드 판단부(320)에서 판단된 전력부족 센서 노드(131) 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하고, 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신한다. 여기서, 메시지 관리부(330)는 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신받지 못하면, 판단된 전력부족 센서 노드(131) 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보를 재확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송할 수 있다. 메시지 관리부(330)는 판단된 전력부족 센서 노드(131) 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘이 없는 경우, 에너지 하비스팅 영역 밖에 위치한 파워 비콘의 경로 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송할 수 있다. The message management unit 330 wirelessly transmits power by confirming the location information of the candidate power beacon located in the energy harvesting area around the power shortage sensor node 131 determined by the node determination unit 320 through the communication module 310 . It transmits a request message and receives an acknowledgment message including battery level information from the candidate power beacon. Here, when the message management unit 330 does not receive an acknowledgment message including the battery level information from the candidate power beacon, the position information of the candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined insufficient power sensor node 131 is By rechecking, the wireless power transmission request message can be transmitted. When there is no candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined power shortage sensor node 131, the message management unit 330 checks the path information of the power beacon located outside the energy harvesting area to send a wireless power transmission request message. can be transmitted

스케줄링부(340)는 메시지 관리부(330)에서 확인된 후보 파워 비콘의 위치 정보 및 수신된 배터리 수준 정보를 기반으로 최적 파워 비콘을 선택하여 무선전력전송을 스케줄링한다. 그리고 스케줄링부(340)는 선택된 최적 파워 비콘에 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 전송한다. 여기서, 스케줄링부(340)는 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘 중에서 기설정된 배터리 수준 이상인 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송할 수 있다. The scheduling unit 340 schedules wireless power transmission by selecting an optimal power beacon based on the received battery level information and the location information of the candidate power beacon confirmed by the message management unit 330 . The scheduling unit 340 transmits a scheduling message for wireless power transmission to the selected optimal power beacon. Here, the scheduling unit 340 may transmit a wireless power transmission request message by confirming location information of a candidate power beacon having a battery level higher than or equal to a preset battery level among candidate power beacons located in the energy harvesting area.

후보 파워 비콘은 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드(130) 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작할 수 있다. The candidate power beacon may be installed in a vehicle moving around the sensor node 130 located in a wireless network environment and may operate as a mobile power beacon.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 비콘에서의 에너지 하비스팅 방법을 나타는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an energy harvesting method in a power beacon according to an embodiment of the present invention.

도 4에는 일례로 차량에 설치된 모바일 파워 비콘을 통해 에너지 하비스팅 동작을 수행하는 방법이 나타나 있다. 파워 비콘(200)은 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 파워 비콘(200)의 위치 정보를 주기적으로 전송할 수 있다. 일례로, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 파워 비콘(200)이 설치된 차량의 위치 정보를 주기적으로 수신할 수 있다. 4 illustrates a method of performing an energy harvesting operation through a mobile power beacon installed in a vehicle as an example. The power beacon 200 may periodically transmit location information of the power beacon 200 to the cellular base station 110 . For example, the cellular base station 110 may periodically receive location information of a vehicle in which the power beacon 200 is installed.

단계 S101에서, 파워 비콘(200)은 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 요청 메시지를 수신한다. 또는 모바일 파워 비콘이 설치된 차량이 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 무선전력전송 요청 메시지를 수신할 수 있다. In step S101 , the power beacon 200 receives a request message from the cellular base station 110 . Alternatively, the vehicle in which the mobile power beacon is installed may receive a wireless power transmission request message from the cellular base station 110 .

단계 S102에서, 파워 비콘(200)은 배터리로부터 배터리 수준 정보를 획득한다. In step S102, the power beacon 200 obtains battery level information from the battery.

단계 S103에서, 파워 비콘(200)은 배터리 수준이 기설정된 임계치를 초과하는지를 확인한다. In step S103 , the power beacon 200 checks whether the battery level exceeds a preset threshold.

단계 S104에서, 파워 비콘(200)은 배터리 수준이 기설정된 임계치를 초과하면, 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 확인응답 메시지를 전송한다. 반면, 배터리 수준이 기설정된 임계치를 이하이면, 파워 비콘(200)은 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 확인응답 메시지를 전송하지 않는다. 이와 같이, 파워 비콘(200)은 차량에 설치된 배터리의 배터리 수준 정보를 확인하여 기설정된 임계값보다 배터리 수준이 충분하다면 확인응답 메시지를 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 전송한다. 만약, 차량 배터리가 충분하지 않다면, 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 무선전력전송 스케줄링 메시지를 수신하지 못한다.In step S104 , when the battery level exceeds a preset threshold, the power beacon 200 transmits an acknowledgment message to the cellular base station 110 . On the other hand, if the battery level is less than or equal to the preset threshold, the power beacon 200 does not transmit an acknowledgment message to the cellular base station 110 . In this way, the power beacon 200 checks the battery level information of the battery installed in the vehicle and transmits an acknowledgment message to the cellular base station 110 if the battery level is sufficient than a preset threshold value. If the vehicle battery is not sufficient, the wireless power transmission scheduling message cannot be received from the cellular base station 110 .

단계 S105에서, 파워 비콘(200)은 무선전력전송을 위해 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 스케줄링 메시지를 수신하는지를 확인한다. In step S105 , the power beacon 200 checks whether a scheduling message is received from the cellular base station 110 for wireless power transmission.

단계 S106에서, 파워 비콘(200)은 무선전력전송을 위해 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 스케줄링 메시지를 수신하면, 스케줄링 메시지에 따라 선택된 센서 노드(130)에 무선전력전송을 수행한다. 여기서, 파워 비콘(200)은 배터리의 충전 전력을 무선전력전송을 위한 RF 신호로 변환하고, 스위칭 제어를 통해 연결된 안테나(233)를 통해 변환된 RF 신호를 전력부족 센서 노드(131)에 전송할 수 있다. 반면, 파워 비콘(200)은 셀룰러 베이스 스테이션(110)으로부터 스케줄링 메시지를 수신하지 않으면 무선전력전송을 시작하지 않는다.In step S106 , when the power beacon 200 receives a scheduling message from the cellular base station 110 for wireless power transmission, the power beacon 200 performs wireless power transmission to the selected sensor node 130 according to the scheduling message. Here, the power beacon 200 converts the charging power of the battery into an RF signal for wireless power transmission, and transmits the converted RF signal through the antenna 233 connected through the switching control to the power shortage sensor node 131. have. On the other hand, the power beacon 200 does not start wireless power transmission unless it receives a scheduling message from the cellular base station 110 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰러 베이스 스테이션(110)에서의 에너지 하비스팅 방법을 나타는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an energy harvesting method in the cellular base station 110 according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 셀룰러 베이스 스테이션(110)의 에너지 하비스팅 동작은 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 의해 수행되거나, 셀룰러 베이스 스테이션(110) 내의 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다. The energy harvesting operation of the cellular base station 110 illustrated in FIG. 5 may be performed by the cellular base station 110 or by a controller in the cellular base station 110 .

단계 S201에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 센서 노드(130)의 상태 정보를 수신한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 주기적으로 센서 노드(130)의 상태 정보를 수신한다. In step S201 , the cellular base station 110 receives status information of the sensor node 130 . The cellular base station 110 periodically receives status information of the sensor node 130 .

단계 S202에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 센서 노드(130)로부터 상태 정보가 수신되는지를 확인한다. In step S202 , the cellular base station 110 checks whether status information is received from the sensor node 130 .

단계 S203에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 센서 노드(130)로부터 상태 정보가 수신되지 않으면, 미응답 센서 노드(130)의 센서 ID를 확인한다. 이와 같이, 센서 노드(130)의 데이터 패킷이 수신되지 않으면 무응답 센서로 간주되고, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 무응답 센서 노드의 ID를 확인한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 무선 네트워크 환경에서 상태 정보가 주기적으로 수신되지 않는 센서 노드(130)를 전력부족 센서 노드(131)로 판단한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 센서 노드(130)로부터 상태 정보가 수신되면, 센서 노드(130)의 상태 정보를 수신하는 단계 S201을 다시 수행한다. In step S203 , when the status information is not received from the sensor node 130 , the cellular base station 110 checks the sensor ID of the non-responsive sensor node 130 . As such, if the data packet of the sensor node 130 is not received, it is regarded as a non-responsive sensor, and the cellular base station 110 checks the ID of the non-responsive sensor node. The cellular base station 110 determines that the sensor node 130 from which status information is not periodically received in the wireless network environment is the insufficient power sensor node 131 . When the cellular base station 110 receives the state information from the sensor node 130 , the cellular base station 110 again performs step S201 of receiving the state information of the sensor node 130 .

단계 S204에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 미응답 센서 노드(130)의 에너지 하비스팅 영역 주변의 무선전력전송 차량의 위치 정보를 확인한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 셀룰러 네트워크를 통해 무응답 센서 노드의 에너지 하비스팅 역 근처에 있는 무선전력전송 가능 차량의 위치 정보를 수신할 수 있다. 여기서, 위치 정보는 전력부족 센서 노드(131) 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보가 된다.In step S204 , the cellular base station 110 checks the location information of the wireless power transmission vehicle around the energy harvesting area of the non-responsive sensor node 130 . The cellular base station 110 may receive location information of a vehicle capable of wireless power transmission in the vicinity of an energy harvesting station of a non-responsive sensor node through a cellular network. Here, the location information becomes location information of a candidate power beacon located in the energy harvesting area around the power shortage sensor node 131 .

단계 S205에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 셀룰러 네트워크를 통해 무선전력전송 차량에 무선전력전송 요청 메시지를 전송한다. In step S205, the cellular base station 110 transmits a wireless power transmission request message to the wireless power transmission vehicle through the cellular network.

단계 S206에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 무선전력전송 차량으로부터 확인응답 메시지를 수신하는지를 확인한다. 즉, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신한다. In step S206 , the cellular base station 110 determines whether an acknowledgment message is received from the wireless power transmission vehicle. That is, the cellular base station 110 receives an acknowledgment message including battery level information from the candidate power beacon.

단계 S207에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 무선전력전송 차량으로부터 확인응답 메시지를 수신하면, 후보 차량 중에서 무선전력전송을 위한 최적 차량을 선택한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 확인응답 메시지를 수신한다면 그 차량은 후보 차량이 되며, 이러한 후보 차량 중에서 최적의 차량을 선택한다. 만약, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 무선전력전송 가능 차량으로부터 확인응답 메시지를 받지 못하면 다시 에너지 하비스팅 영역 근처에 있는 무선전력전송 가능 차량의 위치 정보를 수신한다. In step S207, upon receiving the acknowledgment message from the wireless power transmission vehicle, the cellular base station 110 selects an optimal vehicle for wireless power transmission among candidate vehicles. If the cellular base station 110 receives the acknowledgment message, the vehicle becomes a candidate vehicle, and selects an optimal vehicle from among these candidate vehicles. If the cellular base station 110 does not receive an acknowledgment message from the wireless power transmission capable vehicle, it again receives location information of the wireless power transmission capable vehicle near the energy harvesting area.

단계 S208에서, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 선택된 최적 차량에 스케줄링 메시지를 전송한다. 이와 같이, 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 확인된 후보 파워 비콘의 위치 정보 및 수신된 배터리 수준 정보를 기반으로 최적 파워 비콘을 선택하여 무선전력전송을 스케줄링하고, 스케줄링 메시지를 전송할 수 있다. In step S208 , the cellular base station 110 transmits a scheduling message to the optimal vehicle selected to the cellular base station 110 . As such, the cellular base station 110 may schedule wireless power transmission by selecting an optimal power beacon based on the identified candidate power beacon location information and received battery level information, and may transmit a scheduling message.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드에서의 에너지 하비스팅 방법을 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an energy harvesting method in a sensor node according to an embodiment of the present invention.

단계 S301에서, 센서 노드(130)는 센서 노드(130)의 상태 정보가 포함된 데이터 패킷을 생성한다. In step S301 , the sensor node 130 generates a data packet including state information of the sensor node 130 .

단계 S302에서, 센서 노드(130)는 배터리 수준을 확인한다. 즉, 센서 노드(130)는 센서 노드(130)의 배터리 상태를 검사한다. In step S302, the sensor node 130 checks the battery level. That is, the sensor node 130 checks the battery state of the sensor node 130 .

단계 S303에서, 센서 노드(130)는 배터리 수준이 임계치 이상인지를 확인한다. In step S303, the sensor node 130 checks whether the battery level is equal to or greater than a threshold.

단계 S304에서, 센서 노드(130)는 배터리 수준이 임계치 이상이면, 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 상태 정보가 포함된 데이터 패킷을 전송한다. In step S304 , if the battery level is greater than or equal to the threshold, the sensor node 130 transmits a data packet including status information to the cellular base station 110 .

단계 S305에서, 센서 노드(130)는 배터리 수준이 임계치 미만이면, 무선전력전송 차량을 위해 슬립 모드로 전환하고 대기한다.In step S305, if the battery level is less than the threshold, the sensor node 130 switches to the sleep mode for the wireless power transmission vehicle and waits.

단계 S306에서, 센서 노드(130)는 무선전력전송 가능 차량으로부터 RF 신호를 수신한다. In step S306, the sensor node 130 receives an RF signal from the vehicle capable of wireless power transmission.

단계 S307에서, 센서 노드(130)는 에너지 하비스팅을 수행한다. In step S307, the sensor node 130 performs energy harvesting.

이와 같이, 센서 노드(130)는 배터리 상태가 임계치보다 크다면 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 상태 정보를 송신하고, 배터리의 상태가 임계치보다 낮으면 무선전력전송 가능 차량을 기다려 차량으로부터 RF 신호를 수신한다. 따라서 센서 노드(130)는 센서 노드(130)의 배터리를 충전 할 수 있게 된다.In this way, the sensor node 130 transmits state information to the cellular base station 110 if the battery state is greater than the threshold value, and if the battery state is lower than the threshold value, waits for a wireless power transmission capable vehicle and receives an RF signal from the vehicle do. Accordingly, the sensor node 130 can charge the battery of the sensor node 130 .

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스팅 시스템에서 무선전력전송 동작을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a wireless power transmission operation in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 센서 노드(130)가 규칙적인 간격으로 즉, 시간 슬롯 T마다 상태 정보가 포함된 센서 데이터 패킷을 생성한다. 또한, 무선전력전송에 등록된 차량(Vehicle)은 주기적으로 자신의 위치를 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 보낸다고 가정한다.As shown in FIG. 7 , the sensor node 130 generates sensor data packets including state information at regular intervals, that is, every time slot T. Also, it is assumed that a vehicle registered for wireless power transmission periodically transmits its location to the cellular base station 110 .

센서 노드(130)는 주기적으로 상태 정보가 포함된 센서 데이터 패킷(Sensor data packet)을 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 보낸다. 특정 시간 동안 센서 노드(130)에서 메시지가 수신되지 않는 경우 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 센서 노드(130)의 배터리가 부족하다고 가정한다. 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 전력부족 센서 노드(Energy depleted sensor)(131)에 근접한 무선전력전송이 가능한 차량으로 무선전력전송 요청 메시지(WPT request message)를 전송한다. The sensor node 130 periodically transmits a sensor data packet including state information to the cellular base station 110 . If a message is not received from the sensor node 130 for a specific period of time, the cellular base station 110 assumes that the battery of the sensor node 130 is low. The cellular base station 110 transmits a WPT request message to a vehicle capable of wireless power transmission close to an energy depleted sensor 131 .

첫 번째 무선전력전송 요청 메시지가 전송될 때 차량 1, 2, 3(Vehicle 1, 2, 3)은 전력부족 센서 노드(131)에 근접해 있다. 이 차량들은 파워 비콘에서 무선전력전송 요청 메시지(WPT request message)를 수신하고 무선전력전송 요청 메시지가 포함된 정보 신호를 해독한다. 차량에 고전력 RF 신호, 즉 차량 1, 3은 센서 노드(130)에 전송하기에 충분한 전력이 있는 경우, 현재 배터리 수준 정보(Battery level information)를 포함하는 확인응답 메시지(ACK message)를 전송하여 응답한다.When the first wireless power transmission request message is transmitted, vehicles 1, 2, and 3 (Vehicles 1, 2, 3) are close to the power shortage sensor node 131 . These vehicles receive a WPT request message from the power beacon and decode the information signal including the wireless power transmission request message. When the vehicle has a high-power RF signal, that is, vehicles 1 and 3 have sufficient power to transmit to the sensor node 130 , the vehicle responds by sending an acknowledgment message including current battery level information (ACK message) do.

도 7에서 차량 1, 3(Vehicle 1, 3)은 무선전력전송 후보 차량이다. 차량 1(Vehicle 1)은 차량 3(Vehicle 3)보다 배터리 전력이 더 많고 전력부족 센서 노드(131)에 더 가까운 것으로 간주한다. 따라서 무선전력전송을 위한 최적 차량으로 선택되고 셀룰러 베이스 스테이션(110)은 차량 1에 스케줄링 메시지(Scheduling message)를 전송한다. 차량 1은 정의된 시간 슬롯, 도 7에서 3개의 시간 슬롯에 대해 고전력 RF 신호를 전송하여 전력부족 센서 노드(131)를 충전한다. 충분히 충전되면 센서 노드(130)는 주기적으로 상태 정보가 포함된 데이터 패킷 전송을 시작한다. In FIG. 7 , vehicles 1 and 3 (Vehicles 1 and 3) are candidate vehicles for wireless power transmission. It is considered that vehicle 1 has more battery power than vehicle 3 and is closer to the low power sensor node 131 . Therefore, it is selected as an optimal vehicle for wireless power transmission, and the cellular base station 110 transmits a scheduling message to vehicle 1 . Vehicle 1 charges the power shortage sensor node 131 by transmitting high-power RF signals for the defined time slots, three time slots in FIG. 7 . When sufficiently charged, the sensor node 130 periodically starts transmitting data packets including state information.

센서 노드(130)의 에너지가 다시 고갈될 때 차량 4(Vehicle 4)는 전력부족 센서 노드(131)에 근접해 있다. 차량 4는 충분한 배터리 전력이 있다고 가정하면, 셀룰러 베이스 스테이션(110)에 의해 스케줄링 메시지(Scheduling message)를 수신하여 센서 노드(130)를 재충전한다.When the energy of the sensor node 130 is depleted again, the vehicle 4 is close to the power shortage sensor node 131 . Assuming that vehicle 4 has sufficient battery power, it receives a scheduling message by the cellular base station 110 to recharge the sensor node 130 .

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치(예: 전자 장치(A))를 포함할 수 있다. 명령이 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 프로세서의 제어 하에 다른 구성요소들을 이용하여 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the various embodiments described above are implemented as software including instructions stored in a machine-readable storage media readable by a machine (eg, a computer). can be The device is a device capable of calling a stored command from a storage medium and operating according to the called command, and may include an electronic device (eg, the electronic device A) according to the disclosed embodiments. When the instruction is executed by the processor, the processor may perform a function corresponding to the instruction by using other components directly or under the control of the processor. Instructions may include code generated or executed by a compiler or interpreter. The device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, 'non-transitory' means that the storage medium does not include a signal and is tangible, and does not distinguish that data is semi-permanently or temporarily stored in the storage medium.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 온라인으로 배포될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the methods according to the various embodiments described above may be provided by being included in a computer program product. Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities. The computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg, compact disc read only memory (CD-ROM)) or online through an application store (eg, Play Store™). In the case of online distribution, at least a part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a storage medium such as a memory of a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the various embodiments described above are stored in a recording medium readable by a computer or a similar device using software, hardware, or a combination thereof. can be implemented in In some cases, the embodiments described herein may be implemented by the processor itself. According to the software implementation, embodiments such as the procedures and functions described in this specification may be implemented as separate software modules. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein.

한편, 상술한 다양한 실시예들에 따른 기기의 프로세싱 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시예에 따른 기기에서의 처리 동작을 특정 기기가 수행하도록 한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.Meanwhile, computer instructions for performing the processing operation of the device according to the above-described various embodiments may be stored in a non-transitory computer-readable medium. The computer instructions stored in the non-transitory computer-readable medium, when executed by the processor of the specific device, cause the specific device to perform the processing operation in the device according to the various embodiments described above. The non-transitory computer-readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently, rather than a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, memory, etc., and can be read by a device. Specific examples of the non-transitory computer-readable medium may include a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.

또한, 상술한 다양한 실시예들에 따른 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램) 각각은 단수 또는 복수의 개체로 구성될 수 있으며, 전술한 해당 서브 구성 요소들 중 일부 서브 구성 요소가 생략되거나, 또는 다른 서브 구성 요소가 다양한 실시예에 더 포함될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 일부 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 개체로 통합되어, 통합되기 이전의 각각의 해당 구성 요소에 의해 수행되는 기능을 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.In addition, each of the components (eg, a module or a program) according to the above-described various embodiments may be composed of a singular or a plurality of entities, and some sub-components of the above-described corresponding sub-components may be omitted, or other Sub-components may be further included in various embodiments. Alternatively or additionally, some components (eg, a module or a program) may be integrated into a single entity to perform the same or similar functions performed by each corresponding component prior to integration. According to various embodiments, operations performed by a module, program, or other component are executed sequentially, parallel, iteratively, or heuristically, or at least some operations are executed in a different order, are omitted, or other operations are added. can be

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and it is common in the technical field pertaining to the present disclosure without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by those having the knowledge of, of course, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

110: 셀룰러 베이스 스테이션
120: 무선전력전송 가능 차량
121: 무선전력전송 불가 차량
130: 센서 노드
131: 전력부족 센서 노드
200: 파워 비콘
210: 배터리
220: 전력 변환부
230: 송수신부
231: 스위치 1
232: 스위치 2
233: 안테나
240: 전력 전송 제어부
241: 제어부
242: 정보 처리부
243: 신호 처리부
310: 통신 모듈
320: 노드 판단부
330: 메시지 관리부
340: 스케줄링부
110: cellular base station
120: vehicle capable of wireless power transmission
121: wireless power transmission impossible vehicle
130: sensor node
131: lack of power sensor node
200: power beacon
210: battery
220: power conversion unit
230: transceiver
231: switch 1
232: switch 2
233: antenna
240: power transmission control unit
241: control unit
242: information processing unit
243: signal processing unit
310: communication module
320: node determination unit
330: message management unit
340: scheduling unit

Claims (20)

무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에 의해 수행되는 에너지 하비스팅 방법에 있어서,
무선 네트워크 환경에서 상태 정보가 주기적으로 수신되지 않는 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단하는 단계;
상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는 단계;
상기 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신하는 단계;
상기 확인된 후보 파워 비콘의 위치 정보 및 상기 수신된 배터리 수준 정보를 기반으로 파워 비콘을 선택하여 무선전력전송을 스케줄링하는 단계; 및
상기 선택된 파워 비콘에 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 전송하는 단계를 포함하는, 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에서의 에너지 하비스팅 방법.
An energy harvesting method performed by a cellular base station in a wireless network environment, the method comprising:
determining a sensor node to which status information is not periodically received in a wireless network environment as a power shortage sensor node;
transmitting a wireless power transmission request message by confirming location information of a candidate power beacon located in an energy harvesting area around the determined power shortage sensor node;
receiving an acknowledgment message including battery level information from the candidate power beacon;
scheduling wireless power transmission by selecting a power beacon based on the identified candidate power beacon location information and the received battery level information; and
and transmitting a scheduling message for wireless power transmission to the selected power beacon.
제1항에 있어서,
상기 후보 파워 비콘은,
상기 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작하는, 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에서의 에너지 하비스팅 방법.
According to claim 1,
The candidate power beacon is
An energy harvesting method in a cellular base station in a wireless network environment, which is installed in a vehicle moving around a sensor node located in the wireless network environment and operates as a mobile power beacon.
제1항에 있어서,
상기 전력부족 센서 노드로 판단하는 단계는,
에너지 하비스팅 요청 메시지를 전송한 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단하는, 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에서의 에너지 하비스팅 방법.
According to claim 1,
The step of determining the power shortage sensor node is,
An energy harvesting method in a cellular base station in a wireless network environment, in which a sensor node that has transmitted an energy harvesting request message is determined as a power shortage sensor node.
제1항에 있어서,
상기 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는 단계는,
상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘이 없는 경우, 상기 에너지 하비스팅 영역 밖에 위치한 파워 비콘의 경로 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는, 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에서의 에너지 하비스팅 방법.
According to claim 1,
Transmitting the wireless power transmission request message comprises:
If there is no candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined power shortage sensor node, check the path information of the power beacon located outside the energy harvesting area and transmit a wireless power transmission request message in a wireless network environment A method of energy harvesting in a cellular base station.
제1항에 있어서,
상기 무선전력전송을 스케줄링하는 단계는,
상기 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘 중에서 기설정된 배터리 수준 이상인 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는, 무선 네트워크 환경에서 셀룰러 베이스 스테이션에서의 에너지 하비스팅 방법.
According to claim 1,
Scheduling the wireless power transmission comprises:
An energy harvesting method in a cellular base station in a wireless network environment for transmitting a wireless power transmission request message by confirming location information of a candidate power beacon having a battery level or higher among candidate power beacons located in the energy harvesting area.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 무선 네트워크 환경에서 센서 노드 및 파워 비콘과 통신하는 통신 모듈;
상기 통신 모듈을 통해 상태 정보가 주기적으로 수신되지 않는 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단하는 노드 판단부;
상기 통신 모듈을 통해 상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하고 상기 후보 파워 비콘으로부터 배터리 수준 정보가 포함된 확인응답 메시지를 수신하는 메시지 관리부; 및
상기 확인된 후보 파워 비콘의 위치 정보 및 상기 수신된 배터리 수준 정보를 기반으로 파워 비콘을 선택하여 무선전력전송을 스케줄링하고, 상기 선택된 파워 비콘에 무선전력전송을 위한 스케줄링 메시지를 전송하는 스케줄링부를 포함하는, 무선 네트워크 환경에서 에너지 하비스팅을 위한 셀룰러 베이스 스테이션.
a communication module for communicating with the sensor node and the power beacon in a wireless network environment;
a node determination unit that determines a sensor node to which status information is not periodically received through the communication module as a power shortage sensor node;
Through the communication module, the position information of the candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined power shortage sensor node is checked, the wireless power transmission request message is transmitted, and the acknowledgment response including the battery level information from the candidate power beacon a message management unit for receiving a message; and
A scheduling unit configured to schedule wireless power transmission by selecting a power beacon based on the identified location information of the candidate power beacon and the received battery level information, and transmitting a scheduling message for wireless power transmission to the selected power beacon , a cellular base station for energy harvesting in a wireless network environment.
제11항에 있어서,
상기 후보 파워 비콘은,
상기 무선 네트워크 환경에 위치한 센서 노드 주변을 이동하는 차량에 설치되어 모바일 파워 비콘으로 동작하는, 무선 네트워크 환경에서 에너지 하비스팅을 위한 셀룰러 베이스 스테이션.
12. The method of claim 11,
The candidate power beacon is
A cellular base station for energy harvesting in a wireless network environment, which is installed in a vehicle moving around a sensor node located in the wireless network environment and operates as a mobile power beacon.
제11항에 있어서,
상기 노드 판단부는,
에너지 하비스팅 요청 메시지를 전송한 센서 노드를 전력부족 센서 노드로 판단하는, 무선 네트워크 환경에서 에너지 하비스팅을 위한 셀룰러 베이스 스테이션.
12. The method of claim 11,
The node determination unit,
A cellular base station for energy harvesting in a wireless network environment, which determines that a sensor node that has transmitted an energy harvesting request message is a sensor node lacking in power.
제11항에 있어서,
상기 메시지 관리부는,
상기 판단된 전력부족 센서 노드 주변의 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘이 없는 경우, 상기 에너지 하비스팅 영역 밖에 위치한 파워 비콘의 경로 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는, 무선 네트워크 환경에서 에너지 하비스팅을 위한 셀룰러 베이스 스테이션.
12. The method of claim 11,
The message management unit,
If there is no candidate power beacon located in the energy harvesting area around the determined power shortage sensor node, check the path information of the power beacon located outside the energy harvesting area and transmit a wireless power transmission request message in a wireless network environment Cellular base station for energy harvesting.
제11항에 있어서,
상기 스케줄링부는,
상기 에너지 하비스팅 영역에 위치한 후보 파워 비콘 중에서 기설정된 배터리 수준 이상인 후보 파워 비콘의 위치 정보를 확인하여 무선전력전송 요청 메시지를 전송하는, 무선 네트워크 환경에서 에너지 하비스팅을 위한 셀룰러 베이스 스테이션.
12. The method of claim 11,
The scheduling unit,
A cellular base station for energy harvesting in a wireless network environment, which transmits a wireless power transmission request message by confirming location information of a candidate power beacon having a battery level or higher among candidate power beacons located in the energy harvesting area.
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