KR20110063035A - 인체 내외 통신에서의 전력 절감 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

인체 내부 또는 외부에 위치하여 생체 정보를 감지하는 복수개의 센서와의 통신에서 전력을 절감하는 시스템은 일정 주기 마다 비콘 신호를 복수개의 센서로 전달하여 동기를 맞추는 관리 장치와, 제1 비콘 신호를 수신한 센서를 포함하며 센서가 생체 정보를 감지하는 활성화 상태인 경우에 제2 비콘 신호를 수신하기까지의 시간이 얼마나 남았는지를 파악하고, 파악한 시간을 토대로 센서의 동작 상태를 결정하는 센서 장치를 포함한다.
센서, 비콘, 패킷, 활성화, 비활성화, 오버히어링

Description

인체 내외 통신에서의 전력 절감 방법 및 그 시스템{System and method for power saving to in-body and on-body communication}
본 발명은 인체 내외 통신에서의 전력 절감 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-S-042-02, 과제명: WBAN In-body 시스템 및 On-body 시스템 개발].
인체 내부 또는 외부에 위치하는 센서 장치는 일반적인 통신 환경에 비해서 외부 관리 장치와 짧은 통신 거리를 가지고 있으며, 짧은 통신 거리를 이용하여 생체 센서 정보를 외부 관리 장치로 전송한다.
인체 내외의 센서 정보를 수집하기 위한 통신 장치는 크게 생체 센서 획득 기능과 무선 통신 기능으로 구분할 수 있다. 이러한 기능은 센서 네트워크에서 사용되는 무선 통신 장치와 유사한 측면이 있다.
센서 네트워크를 위한 무선 통신 장치는 소량의 데이터를 저속의 전송하기 때문에 소형화가 가능하며 별도의 전원 공급없이 배터리가 장시간 사용된다.
즉, 센서 장치가 체내에 이식되거나 아니면 체외에 장착되더라도 배터리를 사용하므로 최대한 오랜 시간 동안 사용하는 것이 중요하다. 하지만, 센서 장치는 주로 배터리로 동작하며, 잦은 통신과 통신이 발생하지 않을 때 불필요하게 장치가 동작하므로, 배터리의 사용 시간이 짧아지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인체 내외 통신에서 전력을 절감하는 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 인체 내부 또는 외부에 위치하여 생체 정보를 수집하는 복수개의 센서 장치와 외부의 관리 장치간의 통신에서 전력을 절감하는 방법은
제1 센서 장치가 생체를 모니터링하는 활성화 상태에서 상기 관리 장치에 접속하는 단계, 제1 센서 장치가 자신의 활성화 주기를 등록하는 단계, 상기 제1 센서 장치의 동작 상태를 상기 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하고, 타이머를 동작시키는 단계, 상기 타이머가 동작되는 동안 상기 활성화 주기가 완료되는 경우, 타이머의 동작을 중지시키고, 상기 동작 상태를 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는 단계, 상기 활성화 상태에서 비콘 구간동안 패킷을 검출하는 단계, 그리고 상기 패킷이 포함하는 시점에서 상기 생체 정보를 상기 관리 장치로 전달하고, 상기 제1 센서 장치의 동작 상태를 다시 비활성화 상태로 변경하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른, 인체 내부 또는 외부에 위치하여 생체 정보를 수집하는 센서 장치와 외부의 관리 장치간의 통신에서 전력을 절감하는 방법은
상기 관리 장치로부터 제1 비콘 신호를 수신하는 단계, 상기 센서 장치가 상 기 생체 정보를 수집하는 활성화 상태에서 패킷을 검출하는 단계, 검출한 패킷이 포함하는 특정 필드를 토대로 제1 비콘 신호의 다음 신호에 해당하는 제2 비콘 신호를 수신하기까지 남은 시간을 계산하는 단계, 상기 센서 장치가 활성화 상태에서 상기 생체 정보를 수집하지 않는 비활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간과 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간을 합친 시간과 상기 남은 시간을 비교하는 단계, 그리고 비교 결과를 토대로 상기 센서 장치의 동작 상태를 결정하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 다른 특징에 따른, 인체 내부 또는 외부에 위치하여 생체 정보를 감지하는 복수개의 센서와의 통신에서 전력을 절감하는 시스템은
일정 주기 마다 비콘 신호를 상기 복수개의 센서로 전달하여 동기를 맞추는 관리 장치, 그리고 제1 비콘 신호를 수신한 센서를 포함하며, 상기 센서가 생체 정보를 감지하는 활성화 상태인 경우에 제2 비콘 신호를 수신하기까지의 시간이 얼마나 남았는지를 파악하고, 파악한 시간을 토대로 상기 센서의 동작 상태를 결정하는 센서 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인체 통신에서 사용되는 장치들은 전력 소비를 줄여서 배터리를 장시간 사용할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 단말(terminal)은 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 인체 내외 통신에서의 전력 절감 방법 및 그 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 인체 내외의 통신에서 사용되는 장치들은 의료용 또는 비의료용 정보를 수집하는 의료용 장치와 비의료용 장치로 구분한다.
의료용 장치는 센서에 연결되어 인체 내부 또는 외부에서 생체 신호를 측정하여, 측정한 생체 신호를 토대로 의료용 정보를 수집하고, 수집한 의료용 정보를 환자 진료에 활용한다.
비의료용 장치는 가속도, 움직임 등의 신체 상태 즉, 비의료용 정보를 수집하고, 비의료용 정보를 운동량 모니터링, 엔터테인먼트와 같이 건강 보조 및 오락의 용도로 사용한다.
즉, 인체 내외의 통신에서 사용되는 장치들은 인체 내부 또는 외부에 부착되어 다른 장치 예를 들어 단말과 통신을 수행한다. 이때, 장치들은 수집한 정보들을 무선 네트워크를 통해 단말로 전송하는 경우, 전송하는 속도, 정보의 주기성, 중요성, 전송 지연 규격 등과 같은 요소를 고려하여야 한다. 이때, 장치들과 단말과의 거리 즉, 전송거리가 수 미터 이내로 상당히 짧다. 그래서, 인체 내외의 통신에서 사용되는 장치들 중 예를 들어, 센서 장치가 체내에 이식되거나 아니면 체외에 장착되는 경우, 센서 장치는 자신이 포함하는 배터리와 같은 전원 장치를 이용하여 전원을 공급받는다.
이러한 인체 내외의 통신에서 사용되는 장치들의 전력을 절감하는 시스템을 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체 내외 통신에서의 전력 절감 시스템이 적용된 환경을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 전력을 절감하는 시스템(이하, "전력 절감 시스템"이라고 함)은 복수개의 센서 장치(100) 및 관리 장치(200)을 포함한다. 여기서, 복수개의 센서 장치(100)는 무선 네트워크를 통해 관리 장치(200)와 연결되어 있다.
복수개의 센서 장치(100) 각각은 몸 속에 이식되거나 또는 몸 밖에 부착되어 생체를 모니터링하고, 모니터링한 결과를 관리 장치(200)로 전송한다. 이를 위하 여, 복수개의 센서 장치(100) 각각은 센서(110), 제어부(120), 통신부(130) 및 전원부(140)를 포함한다.
센서(110)는 인체의 체온, 맥박, 혈압 등을 포함하는 생체 정보를 일정주기로 감지하여, 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 생성한다. 여기서, 센서(110)의 동작 상태는 활성화 상태 또는 비활성화 상태로 구분한다. 활성화 상태는 센서(110)가 생체 정보를 감지할 수 있도록 전원이 공급되고 있는 상태이며, 비활성화 상태는 RF 송수신 기능을 포함한 불필요한 전력 소모를 최소화는 목적을 가지며 경우에 따라서 센서(110)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 센서(110)의 동작 상태는 센서 장치(100)의 동작 상태에 대응한다.
제어부(120)는 비콘 신호의 수신 여부에 따라 센서(110)의 동작 상태를 제어한다.
구체적으로, 제어부(120)는 수신한 비콘 신호(B)를 토대로 비콘 구간 내에 생체 신호에 대응하는 패킷(Packet)을 생성한다. 여기서, 비콘 구간은 비콘 신호(B)를 수신하고 다음 비콘 신호를 수신하기까지의 구간이다. 또한, 생성한 패킷은 비콘 구간에서 어느 시점에 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 관리 장치(200)로 언제 전송 하였는지를 나타내는 상대적인 값에 해당하는 타임 스탬프 필드를 포함한다.
제어부(120)는 센서(110)가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되는 경우에, 다음 비콘 신호(B)를 수신하기까지의 시간이 얼마나 남았는지를 파악하여, 파악한 결과를 토대로 센서(110)를 다시 비활성화 상태로 변경할지 여부를 결정한다.
제어부(120)는 다음 비콘 신호(B)를 수신하기까지 남은 시간(T)과 상기 센서(110)의 동작 상태가 변경되는 시간을 비교하여, 비교 결과를 토대로 센서(110)의 동작 상태를 제어한다.
제어부(120)는 남은 시간(T)이 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간과 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간을 합친 시간보다 길어 지는 경우, 센서(110)의 동작 상태를 비활성화 상태로 변경한다. 반면에, 짧아 지는 경우, 제어부(120)는 센서(110)의 동작 상태를 활성화 상태로 유지한다.
통신부(130)는 일정한 시간 주기 마다 비콘 신호(B)를 관리 장치(200)로부터 수신하고, 상기 제어부(120)가 생성한 패킷을 관리 장치(200)로 전송한다.
전원부(140)는 배터리를 이용하여 센서 장치(100) 내에 전원을 공급한다.
구체적으로, 전원부(140)는 센서(110)의 동작 상태가 활성화 상태인 경우, 센서(110)에 전원을 공급한다. 반면에, 센서(110)의 동작 상태가 비활성화 상태인 경우, 관리 장치(200)로부터 제어 신호를 전달 받을 수 있을 정도의 최소의 전원을 공급한다.
이처럼, 복수개의 센서 장치(100) 각각은 비콘 신호(B)와 패킷을 이용하여 불필요하게 활성화 상태를 유지하는 시간을 감소시켜, 소비되는 전력을 절감시킬 수 있다.
다음, 관리 장치(200)는 동기부(210) 및 통신부(220)를 포함한다.
동기부(210)는 비콘 신호(B)를 일정한 시간 주기로 생성하고, 일정한 시간 주기에 해당하는 비콘 구간에서 생체 정보를 포함하는 생체 신호에 대응하는 패킷(Packet)을 수신한다. 여기서, 패킷은 비콘 신호(B)의 상기 일정한 시간 주기인 비콘 구간에서 어느 시점에 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 언제 수신하였는지를 나타내는 상대적인 값에 해당하는 타임 스탬프 필드를 포함한다.
통신부(220)는 동기부(210)에서 생성한 비콘 신호(B)를 복수개의 센서 장치(100)로 전송하여, 복수개의 센서 장치(100)와의 동기를 맞춘다. 또한, 통신부(220)는 비콘 신호(B)에 대응하는 패킷을 수신한다. 이때, 패킷은 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 포함한다.
복수개의 센서 장치(100)는 몸 속 깊은 곳에 위치 할 수도 있으며, 가시 거리(Line of Sight, LOS)가 확보되지 않는 인체의 앞면과 뒷면에 위치할 수도 있다. 이때, 복수개의 센서 장치(100)는 관리 장치(200)와의 통신 시 전파 감쇄가 발생하여, 통신이 어려운 경우가 있다. 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 센서 장치(100)와 관리 장치(200)는 스타형 토폴로지(star topology) 보다 트리형 토폴로지(tree topology)를 이용하여 네트워크를 형성하는 것이 더 적합하다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 센서 장치(100)의 동작 타이밍을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치의 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
먼저, 복수개의 센서 장치(100) 각각은 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하거나, 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는 경우, 일정한 변경 시간이 소요된다. 다음, 복수개의 센서 장치(100) 중 하나의 센서 장치의 동작 타이밍을 설명한다.
도 2를 참고하면, 센서 장치(100)는 특정 시간 주기로 센서(110)를 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하고, 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치(100)는 특정 시간 주기 즉, 활성화 주기(TPw)를 센서(110)가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되는 시점(t1)부터 다시 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되는 시점(t2)까지 정의해야한다.
센서(110)는 특정 시간 주기(TPw) 동안, 제어부(120)로부터 전달받은 제어 신호에 따라 동작 상태를 변경한다.
구체적으로 제1 제어 신호를 수신한 경우, 센서(110)는 동작 상태를 제1 제어 신호에 대응하게 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는데 제1 시간(Tsw)을 소요한다. 이때, 제1 제어 신호는 센서(110)의 동작을 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하도록 하는 제어 신호이다. 다음, 센서(110)는 제2 시간(Trx)동안 활성화 상태로 유지한다.
제2 제어 신호를 수신한 경우, 센서(110)는 동작 상태를 제2 신호에 대응하게 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 제3 시간(Tws)을 소요한다. 이때, 제2 제어 신호는 센서(110)의 동작을 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하도록 하는 제어 신호이다. 다음, 센서(110)는 제4 시간(Tsleep)동안 비활성화 상태로 유지한다.
다음, 관리 장치(200)에서 복수개의 센서 장치(100)와 네트워크 동기를 맞추 기 위해 비콘 신호를 일정 시간 주기로 송신하는 경우, 일정 시간 주기 내의 타임스탬프 필드를 포함하는 패킷의 포맷을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비콘 구간 내의 타임 스탬프 필드를 포함하는 패킷을 나타내는 도면이다.
먼저, 관리 장치(200)는 비콘 신호(B)를 일정한 시간 주기(Tb)로 센서 장치(100)로 전송하여 동기를 맞추며, 일정한 시간 주기(Tb) 사이에 정보 전송을 위한 패킷(Packet)(300)을 수신한다. 여기서, 일정한 시간 주기(Tb)를 비콘 구간(Tb)이라고 한다.
도 3을 참고하면, 패킷(300)은 패킷 헤더(Packet header)(310), 타임 스탬프 필드(Time stamp field)(320), 패킷 페이로드(Packet payload)(330) 및 패킷 푸터(Packet footer)(340)을 포함한다. 여기서, 패킷 헤더(310), 패킷 페이로드(330) 및 패킷 푸터(340)는 일반적인 패킷(300)의 포맷에 해당하므로 설명을 생략한다.
타임 스탬프 필드(320)는 센서(110)가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되었을 경우, 비콘 구간(Tb)에서 어느 시점에 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 관리 장치(200)로 언제 전송하였는지를 나타내는 상대적인 값을 포함한다.
즉, 센서 장치(100)는 센서(110)가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되는 경우에, 다음 비콘 신호(B)를 수신하기까지의 시간이 얼마나 남았는지를 파악하여, 파악한 결과를 토대로 센서(110)를 다시 비활성화 상태로 변경할지 여부를 결정한다.
센서 장치(100)는 다음 비콘 신호(B)를 수신하기까지의 시간이 설정 시간보 다 많이 남은 경우, 센서(110)의 동작 상태를 비활성화 상태로 변경한다.
본 발명의 실시예에 따른 타임 스탬프 필드(320)가 나타내는 상대적인 값은 8비트 이상으로 구성한다. 예를 들어, 8비트를 할당하는 경우, 타임 스탬프 필드(320)는 256개의 값을 포함한다. 즉, 타임 스탬프 필드(320)는 비콘 구간(Tb)을 256 구간으로 나누어, 패킷이 상대적으로 어느 구간에서 생성되었는지 기록한다.
이와 같은 방식으로 비콘 구간 사이에서 패킷이 생성되는 시점에 대한 상대적인 시간 구간을 포함한 정보가 일반 데이터 프레임에 전송되므로 센서(110)들이 활성화 상태로 되기 위한 시간 동기에 활용할 수 있다. 반면에, 비콘 구간(Tb) 내에서 관리 장치(200)와 센서 장치(100) 사이에 주고받을 정보 내지 신호가 없는 경우, 관리 장치(200)는 임의의 패킷을 생성하여 동기 신호로 활용할 수 있다.
다음, 인체 내외 통신에서 전력을 절감하는 방법을 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 인체 내외 통신에서 전력을 절감하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 인체 내외 통신에서 전력 절감 시스템은 복수개의 센서 장치(100) 및 관리 장치(200)를 포함한다. 이때, 센서 장치(100)는 몸 속에 이식되거나 또는 몸 밖에 부착되어 생체를 모니터링한다. 센서 장치(100)가 포함하는 센서(110)의 동작은 생체 정보를 감지할 수 있는 활성화 상태 또는 동작하지 않는 비활성화 상태로 구분한다.
본 발명의 실시예에서는 센서 장치(100)의 패킷을 중심으로 동작방식을 기술 하지만, 패킷 내의 타임 스탬프 필드(320)은 센서 장치(100)에서 패킷을 발생시킬 때에도 사용할 뿐만 아니라 관리 장치(200)에서 제어 정보를 전송할 때도 동일하게 사용함으로써 다른 장치들이 패킷 전송 시점을 오버히어링 하는데 폭넓게 활용할 수 있다.
도 4를 참고하면, 센서 장치(100)는 생체를 모니터링하는 센서(110)의 동작 상태가 활성화 상태인 경우, 관리 장치(200)와 접속한다(S401). 이때, 센서 장치(100)와 관리 장치(200)는 트리형 토폴로지를 이용하여 네트워크를 형성한다.
관리 장치(200)와 통신을 위한 특정 채널이 형성되면, 센서 장치(100)는 센서(110)의 활성화 주기(TPw)를 등록한다(S402). 여기서, 활성화 주기(TPw)는 센서(110)가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되는 시점(t1)부터 다시 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되는 시점(t2)까지를 의미한다. 또한, 활성화 주기(TPw)는 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는데 소요한 제1 시간(Tsw), 활성화 상태인 제2 시간(Trx), 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 소요한 제3 시간(Tws) 및 비활성화 상태인 제4 시간(Tsleep)을 포함한다.
센서 장치(100)는 관리 장치(200)와 통신을 통해 채널에 다른 네트워크가 사용되는 경우에 채널 충돌을 방지하기 위해서 채널을 이동하기 위한 채널 간의 주파수 호핑 패턴을 저장한다(S403). 이는 센서(110)의 동작 상태가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되었을 경우, 센서 장치(100)가 복수개의 통신 채널 중에서 이전에 활성화 상태에서 접속한 네트워크가 사용하는 채널을 검색하기 위함이다.
다음, 센서 장치(100)는 스스로 센서(110)의 동작 상태를 비활성화 상태로 변경한다(S404). 센서 장치(100)는 동작 상태를 비활성화 상태로 변경한 후, 타이머(도시하지 않음)를 동작 시킨다(S405).
센서 장치(100)는 타이머가 동작되는 동안 활성화 주기(TPw)가 완료 되는 경우 타이머의 동작을 중지하고(S406), 센서(110)의 동작 상태를 활성화 상태로 변경한다(S407). 센서 장치(100)는 동작 상태를 활성화 상태로 변경하고, 정보를 송수신할 준비를 한다.
센서(110)가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되었을 경우, 센서 장치(100)는 비콘 구간(Tb) 동안, 패킷(300) 및 비콘 신호(B)를 검출가능한지 판단한다(S408).
패킷(300) 및 비콘 신호(B)가 검출이 안되는 경우, 센서 장치(100)는 채널 홉핑 패턴에 대응하게 채널을 변경한다(S409). 다음, 센서 장치(100)는 비콘 구간(Tb) 동안, 패킷(300) 및 비콘 신호(B)를 검출가능한지 다시 판단한다.
패킷(300) 및 비콘 신호(B)가 검출되는 경우, 관리 장치(200)는 패킷(300)이 포함하는 시점에서 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 수신하여, 외부로 전송한다(S410). 여기서, 패킷(300)이 포함하는 시점은 다른 센서 장치가 특정 시점에 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 관리 장치(200)로 비콘 구간 내에서 어느 시점에서 전송되었는지를 나타내는 상대적인 값이다. 다음, 센서 장치(100)는 센서(110)의 동작 상태를 비활성화 상태로 변경한다. 그러면, 센서 장치(100)는 최소의 전원을 사용하고, 공급하여 에너지 절감할 수 있다.
다음, 전력을 절감하기 위하여 관리 장치(200)에서 비콘 구간(Tb) 동안, 패 킷(300) 및 비콘 신호(B)를 검출하는 타이밍을 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 및 비콘 신호를 검출하는 타이밍을 나타내는 도면이다.
먼저, 센서 장치(100)는 동작 상태를 전달할 생체 정보가 없는 경우에 비활성화 상태를 최대한 유지하고 전달할 생체 정보가 있는 경우 활성화 상태로 변경하여 전력 절감을 한다. 이를 위해, 센서 장치(100)는 최소한의 비콘 구간(Tb)동안 활성화 상태인 경우에, 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 전송할 수 있는 시점에 해당하는 정보를 획득한다. 그러나, 비콘 구간(Tb)이 상대적으로 긴 경우에는 비콘 구간(Tb) 내에서 임의의 시간에 센서 장치(100)를 활성화 상태로 변경하는 경우 다음 비콘 신호(B)를 수신하기 까지 일정 시간을 지연될 가능성이 높아진다.
센서 장치(100)의 동작 상태가 비활성화 상태에서 P 개의 비콘 구간(Tb) 후에 활성화 상태로 변경되는 경우, 센서 장치(100)는 비콘 구간 내에서 정확하게 어느 시점에서 활성화 상태로 변경할지 판단하기 힘들다. 특히, 센서 장치(100)와 관리 장치(200)의 클럭은 자체적으로 서로 다른 오프셋을 가지므로 비콘 구간(Tb)의 개수와 길이가 증가할수록 활성화 상태로 변경할 시점을 파악하기 어려운 문제가 발생한다.
즉, 전력 절감 시스템은 센서 장치(100)가 활성화 상태로 변경되는 시점에, 비콘 구간(Tb) 사이에 불필요하게 활성화 상태를 유지하는 시간을 줄이기 위해서 언제 동작 상태가 변경되는지를 파악할 필요가 있다.
센서 장치(100)는 비콘 신호(B)를 관리 장치(200)로부터 수신하며, 비콘 신호(B)를 수신하는 일정 시간 주기 즉, 비콘 구간(Tb)에서 생체 정보를 포함하는 패킷(300)을 관리 장치(200)로 전송한다. 이때, 센서 장치(100)는 패킷(300)의 타임 스탬프 필드(320)를 토대로 비콘 구간(Tb)에서 어느 시점에 생체 신호를 관리 장치(200)가 수신하였는지를 판단하여, 센서 장치(100)의 동작 상태를 결정할 수 있다.
이와 같은 방식은 비콘 구간(Tb)에서 패킷(300)이 생성되는 시점에 대한 상대적인 값을 포함한 정보가 일반 정보 프레임에 전송되므로, 이를 시간 동기에 활용하여 복수개의 센서 장치(100)를 활성화 상태로 변경할 수 있다.
타임 스탬프 필드(320)가 포함하는 상대적인 값은 비콘 구간(Tb)의 슬롯 시간과 동일할 필요는 없으며, 단지 비콘 구간(Tb) 내에서 어느 정도 위치에서 패킷이 생성되었는지를 나타낸다. 활성화 상태로 변경되고자 하는 센서 장치(100)는 다른 장치로부터 패킷(300)을 수신하여, 수신한 패킷(300)이 비콘 신호(B)가 어느 비콘 구간(Tb)에서 전송되었는지 타임스탬프 필드를 확인하면 된다.
도 5를 참고하면, 복수개의 센서 장치(100)가 포함하는 제1 센서 장치 및 제2 센서 장치를 이용하여 설명한다.
먼저, 제2 센서 장치의 동작 상태는 비활성화 상태(501)에서 P 개의 비콘 구간(Tb) 후에 활성화 상태(503)로 변경된다. 이때, 관리 장치(200)는 비콘 구간(Tb)마다 비콘 신호를 복수개의 센서 장치(100)로 전송하여, 동기를 맞춘다.
제2 센서 장치는 활성화 상태(503)으로 변경되면 우선 주변 장치들 간의 패 킷 전송을 오버히어링(Packet Overhearing)한다. 즉, 제2 센서 장치는 다른 센서 장치 즉, 제1 센서 장치 또는 관리 장치(200)에서 정보 프레임이 발생할 때까지 오버히어링한다. 이때, 관리 장치(200)와 제1 센서 장치 간의 통신이 발생하는 경우, 제2 센서 장치는 관리 장치(200)와 제1 센서 장치 사이에 송수신되는 패킷(300)을 검출하고, 패킷(300)이 포함하는 타임스탬프 필드(320)를 확인한다. 여기서, 타임 스탬프 필드(320)는 제1 센서 장치에 해당하는 센서(110)가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되었을 경우, 비콘 구간(Tb)에서 어느 시점에 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 관리 장치(200)로 언제 전송하였는지를 나타내는 상대적인 값을 포함한다. 때문에, 비콘 구간(Tb)의 전체 길이를 알고 있는 경우에는 다음 비콘 신호를 수신하기까지 남은 시간(T)을 계산할 수 있다.
상기 남은 시간(T)이 제2 센서 장치가 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 필요한 제3 시간(Tws)과 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는데 필요한 제1 시간(Tsw)보다 길어 지는 경우, 제2 센서 장치는 비활성화 상태로 복귀하여, 다음 비콘 신호를 수신하기까지 남은 시간(T)동안 비활성화 상태를 유지한다. 다음, 제2 센서 장치는 다음 비콘 구간 이전에 동작 상태를 활성화 상태로 변경하여 비콘 신호(B)를 수신하기 위해 대기한다. 이러한 과정을 통해 센서 장치(100)의 동작 상태를 비활성화 상태로 유지하는 시간을 증가시켜, 전력을 절감시킨다.
다음, 인체 내외 통신에서 전력을 절감하는 방법에서 도 5와 같이 패킷(300) 및 비콘 신호(B)를 검출하기 위하여 패킷을 오버히어링하는 방법을 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패킷을 오버히어링하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 센서 장치(100)의 동작 상태는 활성화 상태이다.
도 6을 참고하면, 센서 장치(100)는 비콘 구간(Tb) 동안 패킷(300)을 검출가능한지 판단한다(S601). 패킷(300)을 검출한 경우, 센서 장치(100)는 검출한 패킷(300)의 타임 스탬프 필드(320)를 추출한다(S602). 다음, 센서 장치(100)는 추출한 타임 스탬프 필드(320)를 토대로 다음 비콘 신호를 수신하기까지 남은 시간(T)을 계산한다(S603).
센서 장치(100)는 남은 시간(T)이 제1 시간(Tsw)과 제3 시간(Tws)을 더한 시간을 비교한다(S604). 여기서, 제1 시간(Tsw)은 센서 장치(100)의 동작 상태를 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간이고, 제3 시간(Tws)은 센서 장치(100)의 동작 상태를 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간이다.
제1 시간(Tsw)과 제3 시간(Tws)을 더한 시간이 더 긴 경우, 센서 장치(100)는 동작 상태를 활성화 상태로 유지한다(S605). 다음, 센서 장치(100)는 비콘 신호(B)를 검출한다.
남은 시간(T)이 긴 경우, 센서 장치(100)는 동작 상태를 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하여, 다음 비콘 신호를 수신하기까지 남은 시간(T)동안 비활성화 상태를 유지한다(S606).
센서 장치(100)는 다음 비콘 구간 이전에 동작 상태를 활성화 상태로 변경하 여 비콘 신호(B)를 수신하기 위해 대기한다(S607). 대기 중에 센서 장치(100)는 다음 비콘 신호(B)를 수신하면(S608), 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 전송한다(S609).
패킷(300)을 검출하지 못한 경우, 센서 장치(100)는 비콘 신호(B)를 수신하였는지 판단한다(S610). 여기서, 센서 장치(100)는 비콘 신호(B)를 수신까지 활성화 상태를 유지한다.
비콘 신호(B)를 수신한 경우, 센서 장치(100)는 생체 정보를 포함하는 생체 신호를 전송한다. 반면에, 비콘 신호(B)를 수신하지 않은 경우, 센서 장치(100)는 관리 장치(200)와 통신을 수행하는 채널을 변경한다(S611). 다음, 센서 장치(100)는 변경된 채널을 통해 다시 패킷을 검출한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치는 비콘 구간 내에서 발생하는 패킷 내의 생체 정보가 발생하는 시점을 항상 포함시켜 관리장치로 전송함으로써, 다른 센서 장치가 다음 비콘 신호를 수신하기까지의 잔여 시간을 상대적으로 파악할 수 있도록 한다. 이를 통해, 다른 센서 장치는 데이터를 송수신이 필요 없는 구간에서 비활성화 상태로 동작하게 되어, 전력 사용을 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체 내외 통신에서 전력을 절감하는 시스템이 적용된 환경을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치의 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비콘 구간 내의 타임 스탬프 필드를 포함하는 패킷을 나타내는 도면이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 인체 내외 통신에서 전력을 절감하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 및 비콘 신호를 검출하는 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패킷을 오버히어링하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (14)

  1. 인체 내부 또는 외부에 위치하여 생체 정보를 수집하는 복수개의 센서 장치와 외부의 관리 장치간의 통신에서 전력을 절감하는 방법에 있어서,
    제1 센서 장치가 생체를 모니터링하는 활성화 상태에서 상기 관리 장치에 접속하는 단계,
    제1 센서 장치가 자신의 활성화 주기를 등록하는 단계,
    상기 제1 센서 장치의 동작 상태를 상기 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하고, 타이머를 동작시키는 단계,
    상기 타이머가 동작되는 동안 상기 활성화 주기가 완료되는 경우, 타이머의 동작을 중지시키고, 상기 동작 상태를 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는 단계,
    상기 활성화 상태에서 비콘 구간동안 패킷을 검출하는 단계, 그리고
    상기 패킷이 포함하는 시점에서 상기 생체 정보를 상기 관리 장치로 전달하고, 상기 제1 센서 장치의 동작 상태를 다시 비활성화 상태로 변경하는 단계
    를 포함하는 전력 절감 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패킷을 검출하는 단계는
    검출되는 패킷이 없는 경우, 상기 비콘 구간동안 비콘 신호를 검출 가능한지 판단하는 단계,
    상기 비콘 신호를 검출한 경우, 상기 제1 센서 장치의 동작 상태를 활성화 상태로 판단하는 단계, 그리고
    상기 비콘 신호를 검출하지 못하는 경우, 상기 제1 센서 장치는 상기 관리 장치에 다시 접속하는 단계
    를 더 포함하는 전력 절감 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패킷을 검출하는 단계는
    상기 제1 센서 장치가 아닌 제2 센서 장치가 모니터링한 생체 정보를 상기 관리 장치로 전달한 시점을 포함하는 패킷을 검출하는 단계
    를 포함하는 전력 절감 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성화 주기를 등록하는 단계는
    상기 관리 장치와 통신을 통해 형성된 특정 채널의 패턴을 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 센서 장치가 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경되면, 저장된 패턴을 토대로 상기 특정 채널을 검색하고, 상기 특정 채널을 통해 상기 관리 장치와 다시 통신하는 전력 절감 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관리 장치로부터 상기 비콘 신호를 일정 주기 마다 수신하여 동기를 맞추는 단계를 더 포함하고,
    상기 일정 주기는 상기 비콘 주기에 해당하는 전력 절감 방법.
  6. 인체 내부 또는 외부에 위치하여 생체 정보를 수집하는 센서 장치와 외부의 관리 장치간의 통신에서 전력을 절감하는 방법에 있어서,
    상기 관리 장치로부터 제1 비콘 신호를 수신하는 단계,
    상기 센서 장치가 상기 생체 정보를 수집하는 활성화 상태에서 패킷을 검출하는 단계,
    검출한 패킷이 포함하는 특정 필드를 토대로 제1 비콘 신호의 다음 신호에 해당하는 제2 비콘 신호를 수신하기까지 남은 시간을 계산하는 단계,
    상기 센서 장치가 활성화 상태에서 상기 생체 정보를 수집하지 않는 비활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간과 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 필요한 시간을 합친 시간과 상기 남은 시간을 비교하는 단계, 그리고
    비교 결과를 토대로 상기 센서 장치의 동작 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는 전력 절감 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센서 장치의 동작 상태를 결정하는 단계는
    상기 남은 시간이 긴 경우, 상기 센서 장치의 동작 상태를 상기 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는 단계, 그리고
    상기 제2 비콘 신호를 수신하기까지 남은 시간 동안 상기 센서 장치의 동작 상태를 비활성화 상태로 유지하는 단계
    를 포함하는 전력 절감 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센서 장치의 동작 상태를 결정하는 단계는
    상기 합친 시간이 더 긴 경우, 상기 센서 장치의 동작 상태를 상기 활성화 상태로 유지하는 단계를 포함하는 전력 절감 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 센서 장치가 상기 생체 정보를 수집하는 활성화 상태에서 패킷을 검출하지 못한 경우, 제3 비콘 신호를 수신하였는지 판단하는 단계,
    상기 제3 비콘 신호를 수신한 경우, 상기 생체 정보를 상기 관리 장치로 전달하는 단계, 그리고
    상기 제3 비콘 신호를 수신하지 않은 경우, 상기 관리 장치와 통신을 수행하는 채널을 변경하고 패킷을 검출하는 단계
    를 더 포함하는 전력 절감 방법.
  10. 인체 내부 또는 외부에 위치하여 생체 정보를 감지하는 복수개의 센서와의 통신에서 전력을 절감하는 시스템에 있어서,
    일정 주기 마다 비콘 신호를 상기 복수개의 센서로 전달하여 동기를 맞추는 관리 장치, 그리고
    제1 비콘 신호를 수신한 센서를 포함하며, 상기 센서가 생체 정보를 감지하는 활성화 상태인 경우에 제2 비콘 신호를 수신하기까지의 시간이 얼마나 남았는지를 파악하고, 파악한 시간을 토대로 상기 센서의 동작 상태를 결정하는 센서 장치
    를 포함하는 전력 절감 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 센서의 동작 상태는 상기 활성화 상태와 상기 센서가 생체 정보를 감지하지 않는 비활성화 상태를 포함하며,
    상기 센서의 동작 상태가 상기 비활성화 상태인 경우, 상기 비콘 신호를 수신하는 경우에 필요한 전력만을 사용하는 전력 절감 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센서 장치는
    상기 센서가 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하는데 소요하는 시간과 비활성화 상태에서 활성화 상태로 변경하는데 소요하는 시간을 합한 시간을 파악한 시간을 비교하고, 합한 시간이 긴 경우 상기 센서를 활성화 상태로 유지하는 전력 절감 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 비콘 신호를 수신한 경우, 상기 센서가 감지한 센서 정보를 상기 관리 장치로 전달하는 전력 절감 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 파악한 시간이 긴 경우, 상기 센서의 동작 상태를 활성화 상태에서 비활성화 상태로 변경하여, 제2 비콘 신호를 수신하기까지 상기 비활성화 상태로 유지하는 전력 절감 시스템.
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