KR20190073056A - 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템 - Google Patents

무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20190073056A
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Abstract

본 발명은 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법은, 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법에 있어서, 상기 에너지 제한 단말의 주변에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 단계, 무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 단계, 및 상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.

Description

무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템{Wireless power communication method and system in wireless power communication network}
본 발명은 무선전력 통신 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다.
와이파이(WiFi) 기반 무선전력 전송 기술을 PoWiFi라고 한다. WiFi 환경에서 무선전력 전송을 통해 에너지 제한 단말에 에너지를 공급하기 위한 연구가 진행되고 있다. 종래 기술에서 WiFi 무선 접속 장치는 채널을 사용하지 않을 경우에 무선전력 전송을 위해 전력 패킷을 직교한 채널을 통해 확률적으로 전송한다. 무선 통신 시스템이 채널을 사용하지 않을 경우에만 전력 패킷을 전송하기 때문에 무선 통신 시스템의 성능에는 영향을 미치지 않는다. 하지만, 채널이 혼잡할 경우는 에너지 제한 단말에 안정적인 에너지 공급에 한계가 있다.
WiFi 환경에서 무선전력 전송 장치를 이용하여 무선전력 전송을 하는 기술이 제안되고 있다. 이 종래기술에서는 무선전력 전송 장치가 무선전력 전송을 위해 다른 WiFi 단말과 경쟁에서 참여하여 무선 접속 장치로부터 자원을 할당받는다.
무선전력 통신 네트워크 환경에서는 무선전력 전송 장치와 무선 통신 시스템의 공존으로 인해 무선 통신 시스템에 간섭을 일으킨다. 이를 해결하기 위해 종래기술에서는 무선전력 전송 장치가 무선 통신 단말과 DCF(Distributed coordination function) 기반 경쟁 과정을 수행한다. 무선전력 전송 장치가 경쟁에서 이길 경우 무선 접속 장치로 ERTS(Energy Request-to-Send) 프레임을 전송하는 단계와 ERTS 프레임을 수신한 상기 무선 접속 장치로부터 ECTS(Energy Clear-to-Send) 프레임을 수신하는 단계를 수행한다. 상기 단계에서 ERTS 프레임 및 ECTS 프레임 전송을 감지한 다른 무선전력 전송 장치들은 동시에 에너지 제한 단말들에 에너지 공급을 수행한다.
한국 등록특허공보 제10-1746020호 (2017년06월05일 등록)
무선 통신 환경에서 종래의 무선전력 전송 기술은 무선 접속 장치와 무선전력 전송 장치가 같은 무선통신 채널을 공유함으로써 무선 통신 단말의 경쟁이 가중될 수 있다. 상기 경쟁 방식의 종래 기술에서는 무선전력 전송 장치가 DCF(Distributed Coordination Function) 기반 경쟁 과정에 참여하기 때문에 단말의 채널 접속을 위한 경쟁이 가중될 수 있다. 무선통신의 채널 혼잡으로 인해 무선 통신 시스템의 성능이 열화 될 수 있다. 또한, 새로운 ERTS 및 ECTS 프레임의 추가가 요구되기 때문에, 종래의 IEEE 802.11 기반 무선 통신 시스템 구조의 변경이 요구될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 무선전력 통신 네트워크 환경에서 무선전력 전송이 무선 통신 시스템에 미치는 간섭을 최소화할 수 있는, 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들은 무선전력 전송으로 인한 간섭을 최소화하기 위해 무선전력 전송 장치의 채널을 선택하고, 에너지 제한 단말과 무선전력 전송 장치가 에너지 요청 메시지와 확인 응답 메시지 전송을 위하여 백스캐터(backscatter) 통신을 이용하여 무선 통신 시스템과의 경쟁을 회피할 수 있는, 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들은 최소 간섭 채널을 무선전력 전송 채널로 선택하기 위한 에너지 제한 단말과 무선전력 전송 장치의 구성 및 무선전력 전송 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들은 무선전력 전송 장치 및 에너지 제한 단말을 통해 수집된 주변의 무선 접속 장치의 주변 채널 정보를 기반으로 무선전력 전송 장치의 채널을 선택하여 에너지 제한 단말에 미치는 간섭을 최소화할 수 있으며, 동시에 인접한 무선 접속 장치에 발생하는 노출 단말 문제를 완화할 수 있는, 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법에 있어서, 에너지 제한 단말의 주변에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 단계; 무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 주변 채널 정보를 수집하는 단계는, 상기 에너지 제한 단말과 무선통신하는 주변의 무선 통신 단말 또는 주변의 무선 접속 장치에 의해 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집할 수 있다.
상기 에너지 요청 메시지를 전송하는 단계는, 상기 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만이면, 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송할 수 있다.
상기 배터리를 충전하는 단계는, 상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하면, 에너지 하베스팅 모드로 전환하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다.
상기 무선전력 전송 방법은, 상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하지 못하면 랜덤 백오프 시간 동안 대기하고, 상기 무선전력 전송 장치에 백스캐터 통신을 통해 상기 에너지 요청 메시지를 재전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법에 있어서, 에너지 제한 단말로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하는 단계; 상기 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 상기 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 상기 에너지 제한 단말로 전송하는 단계를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법이 제공될 수 있다.
상기 무선전력 전송 방법은, 상기 에너지 제한 단말로 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 무선전력 전송 방법은, 주변의 무선접속 장치 또는 주변의 무선 통신 단말에 의해 사용되는 제2 주변 채널 정보를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 최소 간섭 채널을 선택하는 단계는, 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
상기 최소 간섭 채널을 선택하는 단계는, 복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 다른 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
상기 최소 간섭 채널을 선택하는 단계는, 복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 직교하는 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 무선전력 통신 네트워크에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 무선 통신부; 무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 백스캐터 통신부; 및 상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 에너지 하베스팅부를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말이 제공될 수 있다.
상기 무선 통신부는, 상기 에너지 제한 단말과 무선통신하는 주변의 무선 통신 단말 또는 주변의 무선 접속 장치에 의해 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집할 수 있다.
상기 에너지 하베스팅부는, 상기 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만이면, 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송할 수 있다.
상기 에너지 하베스팅부는, 상기 백스캐터 통신부가 상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하면, 에너지 하베스팅 모드로 전환하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다.
상기 백스캐터 통신부는, 상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하지 못하면 랜덤 백오프 시간 동안 대기하고, 상기 무선전력 전송 장치에 백스캐터 통신을 통해 상기 에너지 요청 메시지를 재전송할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하는 백스캐터 통신부; 및 상기 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 상기 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하고, 상기 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 상기 에너지 제한 단말로 전송하는 무선전력 전송부를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치가 제공될 수 있다.
상기 백스캐터 통신부는, 상기 에너지 제한 단말로 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 전송할 수 있다.
상기 무선전력 전송부는, 주변의 무선접속 장치 또는 주변의 무선 통신 단말에 의해 사용되는 제2 주변 채널 정보를 수집할 수 있다.
상기 무선전력 전송부는, 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
상기 무선전력 전송부는, 복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 다른 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
상기 무선전력 전송부는, 복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 직교하는 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 무선전력 통신 네트워크에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하고, 무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 에너지 제한 단말; 및 상기 에너지 제한 단말로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하고, 상기 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 상기 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하고, 상기 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 상기 에너지 제한 단말로 전송하는 무선전력 전송 장치를 포함하고, 상기 에너지 제한 단말은, 상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 무선전력 통신 네트워크 환경에서 무선전력 전송이 무선 통신 시스템에 미치는 간섭을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 무선전력 전송으로 인한 간섭을 최소화하기 위해 무선전력 전송 장치의 채널을 선택하고, 에너지 제한 단말과 무선전력 전송 장치가 에너지 요청 메시지와 확인 응답 메시지 전송을 위하여 백스캐터(backscatter) 통신을 이용하여 무선 통신 시스템과의 경쟁을 회피할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 최소 간섭 채널을 무선전력 전송 채널로 선택하기 위한 에너지 제한 단말과 무선전력 전송 장치의 구성 및 무선전력 전송 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 무선전력 통신 네트워크에서 무선전력 전송 장치가 무선 통신 시스템에 미치는 간섭을 최소화하고, 인접한 무선 접속 장치에 발생하는 노출 단말 문제를 용이하게 해결할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 실시 예들은 새로운 RF 에너지 하베스팅 구성을 포함한다. 본 발명의 실시 예들은 무선전력 전송 장치가 에너지 제한 단말로부터 전송받은 인접 무선 통신 시스템의 주변 채널 정보를 이용하여 최소 간섭 채널을 선택할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 상기 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 전송을 수행함으로써, 무선 통신 시스템에 미치는 간섭을 최소화할 수 있으며, 인접 무선 접속 장치의 노출 단말 문제를 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서의 에너지 제한 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서의 무선전력 전송 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 무선전력 통신 네트워크를 대상으로 한다. 다수의 무선 접속 장치, 무선전력 전송 장치 및 무선 통신 단말들이 하나의 매체에서 같은 자원을 공유할 경우, 서로에게 간섭을 미쳐 무선 통신 시스템의 성능에 열화가 발생한다. 따라서 본 발명의 실시 예들은 서로의 간섭을 최소화하고자 한다. 여기서, 무선 통신 시스템은 무선통신 서비스를 제공하거나 제공받는 구성들인 무선 접속 장치, 무선 통신 단말, 에너지 제한 단말 및 무선전력 전송 장치 등이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명은 태양광, 진동, 열, 풍력, RF 신호 등과 같이 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 전기 에너지로 전환시켜 수확하는 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기술을 대상으로 한다. 특히 RF 에너지 하베스팅 기술은 라디오 혹은 TV 기지국과 같은 RF 소스로부터 RF 신호를 통해 에너지를 수확하는 기술을 나타낸다. RF 에너지 하베스팅에서는 다수의 무선 통신 단말이 배치되며, 소량의 전력이 요구되는 IoT(Internet of Things) 혹은 센서 네트워크에 동작 가능한 전력을 공급하기 위해 사용되고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템은 에너지 제한 단말(100) 및 무선전력 전송 장치(200)를 포함한다. 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템에는 제1 무선 접속 장치(300), 제1 무선 통신 단말(310), 제2 무선 접속 장치(400) 및 제2 무선 통신 단말(410)이 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서, 제1 무선 접속 장치의 서비스 영역(301)에는 에너지 제한 단말(100), 무선전력 전송 장치(200), 제1 무선 통신 단말(310)이 포함될 수 있다. 제2 무선 접속 장치의 서비스 영역(401)에는 제2 무선 통신 단말(410)이 포함될 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)의 서비스 영역(201)에는 에너지 제한 단말(100), 제1 무선 접속 장치(300), 제1 무선 통신 단말(310) 및 제2 무선 통신 단말(410)이 포함될 수 있다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템은 구현될 수 있다.
이하, 도 1의 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
본 발명의 일 실시 예는 무선전력 통신 네트워크에서의 다수의 무선 접속 장치 및 무선전력 전송 장치(200)가 배치된 환경을 기반으로 한다. 무선전력 전송 장치(200)는 도 1과 같이 무선 접속 장치의 서비스 영역에 배치된다. 무선전력 전송 장치(200)는 RF 신호를 통한 무선 전력 전송을 위해 무선 통신 시스템과 주파수 대역을 공유할 수 있다. 여기서, 무선 통신은 근거리 통신일 수 있으며, 근거리 통신은 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra-wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), 및 NFC(Near Field Communication) 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템은 무선통신(예컨대, WiFi) 기반의 무선전력 통신 네트워크에서 최소 간섭 채널을 선택하고 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력을 전송하는 장치 및 구성에 관한 것이다. 무선전력 통신 네트워크는 에너지 제한 단말(100)에 에너지를 공급하는 무선전력 전송 장치(200)와 무선통신을 사용하는 무선 통신 시스템을 통해 통신하는 무선 통신 단말들이 존재하는 네트워크를 말한다.
본 발명의 일 실시 예는 무선전력 통신 네트워크에서 무선 통신 시스템과 무선전력 전송 장치(200)의 주파수 대역 공유로 인한 간섭을 최소화하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시 예는 무선전력 전송 장치(200)의 채널 탐색 및 선택을 위한 무선통신 기반의 에너지 하베스팅 구성에 관한 것이다. 무선전력 전송 장치(200)로부터 에너지를 받아야 하는 무선 통신 단말들은 무선 접속 장치의 신호를 백스캐터를 이용하여 에너지 요청 메시지를 무선전력 전송 장치(200)에 전송할 수 있다. 무선 통신 단말들은 동시에 무선전력 전송 장치(200)의 RF 신호 송신으로 발생하는 주변의 무선 접속 장치와의 간섭을 최소화하기 위하여 인접 무선 접속 장치의 주변 채널 정보를 함께 전송할 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)는 전력 요청 단말인 에너지 제한 단말(100)이 전송한 에너지 요청 메시지를 이용하여 최소 간섭 채널을 탐색하여 선택하고, 그 선택된 최소 간섭 채널을 통해 에너지 제한 단말(100)로 무선전력 신호를 전송한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 구성을 구체적으로 살펴보면, 에너지 제한 단말(100)은 무선전력 통신 네트워크에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집한다. 에너지 제한 단말(100)은, 에너지 제한 단말(100)과 무선통신하는 주변의 무선 통신 단말 또는 주변의 무선 접속 장치에 의해 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집할 수 있다. 에너지 제한 단말(100)은 무선전력 전송 장치(200)에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송한다. 에너지 제한 단말(100)은, 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만이면, 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송할 수 있다.
무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신한다. 무선전력 전송 장치(200)는, 에너지 제한 단말(100)로 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 전송할 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)로부터 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택한다. 한편, 무선전력 전송 장치(200)는, 주변의 무선접속 장치 또는 주변의 무선 통신 단말이 사용하는 제2 주변 채널 정보를 수집할 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)는, 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)는, 복수의 채널 중에서 제1 주변 채널 정보 및 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 다른 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)는, 복수의 채널 중에서 제1 주변 채널 정보 및 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 직교하는 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다. 그리고 무선전력 전송 장치(200)는 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 에너지 제한 단말(100)로 전송한다.
에너지 제한 단말(100)은, 무선전력 전송 장치(200)에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전한다. 에너지 제한 단말(100)은, 무선전력 전송 장치(200)로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하고, 확인 응답 메시지를 수신하면 에너지 하베스팅 모드로 전환하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다. 에너지 제한 단말(100)은, 무선전력 전송 장치(200)로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하지 못하면 랜덤 백오프 시간 동안 대기하고, 무선전력 전송 장치(200)에 백스캐터 통신을 통해 상기 에너지 요청 메시지를 재전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
종래 기술에서는 무선전력 전송 장치(200)가 전력 전송을 위해 다른 무선 통신 단말들과 경쟁을 수행한다. 따라서 무선 통신 단말들의 경쟁이 가중되며, 채널의 혼잡이 발생한다.
이에 비하여 본 발명의 일 실시 예에서는 무선전력 전송 장치(200)는 경쟁을 수행하지 않고, 백스캐터 통신을 통해 에너지 요청 메시지와 확인 응답 메시지를 전송한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 백스캐터 통신은 무선 접속 장치의 무선전력 신호(예컨대, RF 신호)를 반사시키고, 해당 반사 신호를 통해 정보를 변조시킨다. 따라서, 백스캐터 통신은 무선전력 통신 네트워크에서의 무선 통신 시스템에 추가적인 다중 경로를 생성한다. 하지만, 일반적인 무선 통신 단말은 다중 경로에 의한 왜곡을 보상할 수 있기 때문에 백스캐터 통신에 의한 간섭을 상쇄시킬 수 있다. 따라서 백스캐터 통신은 무선 통신 시스템에 미치는 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 백스캐터 통신은 무선 통신 단말과의 경쟁을 피할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 방법의 메시지 흐름을 나타낸다.
단계 S101에서, 제1 무선 접속 장치(300)가 A 채널(CH.A)을 사용하여 제1 무선 통신 단말(310)로 데이터를 전송한다. 이와 같이 데이터를 전송하는 과정에서, 에너지 제한 단말(100)의 에너지 레벨이 임계치 이하인 시나리오를 가정하기로 한다. 에너지 제한 단말(100)은 무선전력 전송 장치(200)로부터 에너지 공급이 요구된다.
또한, 단계 S102에서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 제한 단말(100)에 인접한 제2 무선 통신 단말(410)이 제2 무선 접속 장치(400)를 향해 데이터를 전송하고 있다고 가정하기로 한다. 따라서 에너지 제한 요청 메시지에는 제2 무선 통신 단말(410)이 채널 B(CH.B)를 사용하고 있다는 정보를 포함한다.
단계 S103에서, 에너지 제한 단말(100)은 백스캐터 통신을 통해 에너지 요청 메시지를 무선전력 전송 장치(200)로 전송한다. 에너지 요청 메시지에는 무선전력 전송 장치(200)의 무선전력 전송 채널 선택을 돕기 위해, 에너지 제한 단말(100)과 인접한 무선 통신 시스템의 주변 채널 정보를 포함한다. 예컨대, 무선 통신 시스템의 주변 채널 정보는 제2 무선 접속 장치(400)나 제2 무선 통신 단말(410)이 사용하는 채널 B에 대한 주변 채널 정보를 나타낸다. 이러한 주변 채널 정보는 제1 무선 접속 장치(300)나 제1 무선 통신 단말(310)이 사용하는 채널 A에 대한 주변 채널 정보도 적용될 수 있다.
단계 S104에서, 무선전력 전송 장치(200)는 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 주변 채널 정보를 기반으로 최소 간섭 채널을 선택한다.
단계 S105에서, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)로부터 에너지 요청 메시지를 수신할 경우, 백스캐터 통신을 이용하여 확인 응답 메시지를 전송한다.
단계 S106에서, 무선전력 전송 장치(200)는 무선전력 신호인 RF 신호를 에너지 제한 단말(100)로 전송한다.
단계 S107에서, 에너지 제한 단말(100)은 상기 확인 응답 메시지를 수신하면 RF 신호를 이용한 에너지 하베스팅 모드로 전환한다. 그리고 에너지 제한 단말(100)은 무선전력 전송 장치(200)로부터 송신된 RF 신호를 통해 에너지 하베스팅을 수행하여 배터리를 충전한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법은, 무선통신(예컨대, WiFi) 기반의 무선전력 통신 네트워크에서 무선전력 전송 장치(200)의 채널 탐색 및 선택 방법에 관한 것이다. 상기 무선전력 전송 장치(200)의 채널 탐색 및 선택 방법은 에너지 제한 단말(100)이 에너지 요청 메시지와 인접 무선 통신 시스템의 주변 채널 정보를 전송하는 단계와 무선전력 전송 장치(200)가 상기 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하고 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 에너지 제한 단말(100)이 에너지 요청 메시지와 인접 무선 접속장치의 주변 채널 정보를 전송하는 단계는 무선 접속 장치의 신호를 백스캐터(backscatter) 통신을 이용하여 에너지 제한 단말(100)의 정보를 DCF 기반 경쟁에 참여하지 않고 무선전력 전송 장치(200)에 전송하는 단계를 포함한다. 예컨대, 에너지 제한 단말(100)은 n 개의 와이파이 모듈을 통해 3개의 직교한 채널을 탐색하여 인접 무선 통신 시스템의 주변 채널 정보과 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 주파수 대역의 공유로 인한 간섭을 최소화하거나 피하기 위해 무선전력 전송은 도 2와 같은 메시지 흐름으로 진행된다. 제1 무선 접속 장치(300)가 제1 무선 통신 단말(310)에 데이터를 전송하는 동안 에너지 제한 단말(100)의 에너지가 임계치 미만일 경우, 에너지 제한 단말(100)은 에너지 요청 메시지를 백스캐터 통신을 이용하여 무선전력 전송 장치(200)에 전송한다. 이때, 에너지 제한 단말(100)과 인접한 제2 무선 통신 단말(410)이 데이터를 제2 무선 접속 장치(400)에 전송하기 때문에, 에너지 제한 단말(100)은 제2 무선 통신 단말(410)이 채널 B를 사용한다는 주변 채널 정보를 에너지 요청 메시지에 포함하여 무선전력 전송 장치(200)에 전송한다. 에너지 요청 메시지를 수신한 무선전력 전송 장치(200)는 수신된 주변 채널 정보와 수집한 주변 채널 정보를 기반으로 무선전력 전송을 위한 채널로 최소 간섭 채널인 채널 C를 선택할 수 있다. 또한, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)에 확인 응답 메시지를 백스캐터(backscatter) 통신을 이용하여 전송한다. 에너지 제한 단말(100)은 확인 응답 메시지를 수신할 경우, 에너지 하베스팅 모드로 전환하여 무선전력 전송 장치(200)가 전송하는 RF 신호를 통해 에너지 하베스팅을 수행하여 배터리를 충전한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 S201에서, 에너지 제한 단말(100)은 구비된 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만인지 확인한다.
상기 확인 결과(S201), 구비된 배터리의 에너지 레벨이 임계치 이상이면, 에너지 제한 단말(100)은 임계치 미만인지 확인하는 단계 S201를 다시 수행한다.
단계 S202에서, 상기 확인 결과(S201), 구비된 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만이면, 에너지 제한 단말(100)은 인접한 무선 접속 장치의 주변 채널을 탐색한다. 또한, 에너지 제한 단말(100)은 채널 탐색 결과를 이용하여 주변의 제2 무선접속 장치의 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 생성하여 에너지 요청 메시지를 백스캐터 통신을 통해 무선전력 전송 장치(200)에 전송한다.
단계 S203에서, 단계 S201에서, 에너지 제한 단말(100)은 무선전력 전송 장치(200)로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 수신하는지를 확인한다.
단계 S204에서, 상기 확인 결과(S203), 무선전력 전송 장치(200)로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 수신하지 못하면, 에너지 제한 단말(100)은 랜덤 백오프 시간 동안 대기한다. 랜덤 백오프 시간이 지나면, 에너지 제한 단말(100)은 무선전력 전송 장치(200)에 백스캐터 통신을 통해 에너지 요청 메시지를 재전송하는 단계 S202를 수행한다.
단계 S205에서, 상기 확인 결과(S203), 무선전력 전송 장치(200)로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 수신하면, 에너지 제한 단말(100)은 에너지 하베스팅 모드로 전환하고, 무선전력 전송 장치(200)로부터 수신된 무선전력 신호를 통해 에너지 하베스팅을 수행하여 배터리를 충전한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 S301에서, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)로부터 백스캐터 통신을 통해 에너지 제한 단말(100)과 인접한 무선접속 장치의 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하는지를 확인한다.
상기 확인 결과(S301), 인접한 무선접속 장치의 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하지 않으면, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 요청 메시지를 수신하는지 확인하는 단계 S301를 수행한다.
단계 S302에서, 상기 확인 결과(S301), 인접한 무선접속 장치의 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하면, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)로 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 송신한다.
단계 S303에서, 무선전력 전송 장치(200)는 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 인접 무선접속 장치의 주변 채널 정보를 확인한다. 여기서, 주변 채널 정보에는 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보가 포함될 수 있다. 변형 예로, 주변 채널 정보에는 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보와, 무선전력 전송 장치(200)가 주변의 무선 접속 장치로부터 수집한 제2 주변 채널 정보가 포함될 수 있다.
단계 S304에서, 무선전력 전송 장치(200)는 단계 S303에서의 채널 확인 결과를 이용하여 최소 간섭 채널을 선택한다. 여기서, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 최소 간섭 채널을 선택할 수 있다. 변형 예로, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보와, 무선전력 전송 장치(200)가 주변의 무선 접속 장치로부터 수집한 제2 주변 채널 정보를 기반으로 최소 간섭 채널을 선택할 수 있다. 이때, 무선전력 전송 장치(200)는 제1 주변 채널 정보 및 제2 주변 채널 정보와 서로 다른 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다. 또는, 무선전력 전송 장치(200)는 제1 주변 채널 정보 및 제2 주변 채널 정보와 서로 직교하는 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
단계 S305에서, 무선전력 전송 장치(200)는 선택된 채널에 따라 무선전력 신호(RF 신호)를 에너지 제한 단말(100)로 송신한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서의 에너지 제한 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서의 에너지 제한 단말(100)은 에너지 하베스팅부(110), 무선 통신부(120) 및 백스캐터 통신부(130)를 포함한다.
무선 통신부(120)는 무선전력 통신 네트워크에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집한다. 무선 통신부(120)는 에너지 제한 단말(100)과 무선통신하는 주변의 무선 통신 단말 또는 주변의 무선 접속 장치에 의해 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집할 수 있다. 백스캐터 통신부(130)는 무선전력 전송 장치(200)에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송한다. 백스캐터 통신부(130)는 무선전력 전송 장치(200)로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하지 못하면 랜덤 백오프 시간 동안 대기하고, 무선전력 전송 장치(200)에 백스캐터 통신을 통해 에너지 요청 메시지를 재전송할 수 있다. 에너지 하베스팅부(110)는 무선전력 전송 장치(200)에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전한다. 에너지 하베스팅부(110)는 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만이면, 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송할 수 있다. 에너지 하베스팅부(110)는 백스캐터 통신부(130)가 무선전력 전송 장치(200)로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하면, 에너지 하베스팅 모드로 전환하여 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다.
이를 위해, 에너지 하베스팅부(110)는 제1 스위치(111), 임피던스 정합기(112), 정류기(113), 전압 증폭기(114), 배터리(115) 및 제어기(116)를 포함한다.
무선 통신부(120)는 제2 스위치(121), 무선 송신기(122), 무선 수신기(123) 및 무선통신 인터페이스(124)를 포함한다. 여기서, 제1 스위치(121)는 에너지 하베스팅부(110) 및 무선 통신부(120)에 모두 포함되어 있다. 또한, 무선통신 인터페이스(124)는 에너지 하베스팅부(110) 및 무선 통신부(120)와 제1 스위치(121)를 통해 각각 연결될 수 있다. 제1 스위치(121)는 무선통신 모드인 경우, 스위칭을 통해 무선통신 인터페이스(124)를 무선 통신부(120)와 연결시킬 수 있다. 제1 스위치(121)는 에너지 하베스팅 모드인 경우, 스위칭을 통해 무선통신 인터페이스(124)를 에너지 하베스팅부(110)와 연결시킬 수 있다.
백스캐터 통신부(130)는 백스캐터 송신기(131), 백스캐터 수신기(132), 제3 스위치(133) 및 백스캐터 인터페이스(134)를 포함한다. 백스캐터 송신기(131)는 디지털 로직 회로를 포함한다. 백스캐터 수신기(132)는 포락선 검출기, 임계치 계산기, 비교기 및 비트(Bit) 시퀀스를 포함한다. 제3 스위치(133)는 스위칭을 통해 백스캐터 인터페이스(134)를 백스캐터 송신기(131) 또는 백스캐터 수신기(132)에 연결시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에서 에너지 제한 단말(100) 및 무선전력 전송 장치(200)는 백스캐터 통신을 이용하기 때문에, 종래의 RF 에너지 하베스팅 장치와는 다른 구조를 갖는다. 여기서, 백스캐터(Backscatter) 통신은 종래 통신 시스템의 송신기가 송신한 RF(radio frequency) 신호를 백스캐터 송신기가 임피던스를 변화시켜 해당 신호를 반사 또는 수신하여 백스캐터 송신기의 정보를 변조하는 기법이다. 따라서 종래 통신 시스템의 수신기에서 백스캐터 신호는 송신기의 신호가 추가적인 다중 경로를 통해 수신되는 것과 같은 영향을 미친다. 일반적인 무선 통신 단말에서 수신기들은 이미 다중 경로 왜곡을 보상하는 기능들이 존재하기 때문에 백스캐터 신호에 의한 간섭은 종래의 통신 방법에 비해 상대적으로 적다.
먼저, 에너지 제한 단말(100)은 복수 개의 무선통신 인터페이스(124)를 포함한다. 일례로, 에너지 제한 단말(100)은 3개의 근거리 무선통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 근거리 무선통신 인터페이스에는 와이파이(WiFi) 인터페이스가 포함될 수 있다.
이러한 복수 개의 무선통신 인터페이스(124)는 제1 스위치(111)를 통해 선택되어 RF 에너지 하베스팅 혹은 와이파이(WiFi) 통신을 위해 이용된다. 또한, 에너지 제한 단말(100)은 백스캐터 통신부(130)에 의해 수행되는 백스캐터 통신을 통해 에너지 요청 메시지를 무선전력 전송 장치(200)에 전송한다. 백스캐터 통신부(130)는 제3 스위치(133)를 통해 백스캐터 송신기(131)와 백스캐터 수신기(132)를 선택한다. 백스캐터 송신기(131)와 백스캐터 수신기(132)는 각각 에너지 요청 메시지의 전송과 확인 응답 메시지의 수신에 사용된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서의 무선전력 전송 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서의 무선전력 전송 장치(200)는 무선전력 전송부(210) 및 백스캐터 통신부(220)를 포함한다.
백스캐터 통신부(220)는 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말(100)로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신한다. 백스캐터 통신부(220)는 에너지 제한 단말(100)로 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 전송할 수 있다. 무선전력 전송부(210)는 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하고, 그 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 에너지 제한 단말(100)로 전송한다. 무선전력 전송부(210)는 주변의 무선접속 장치 또는 주변의 무선 통신 단말에 의해 사용되는 제2 주변 채널 정보를 수집할 수 있다. 무선전력 전송부(210)는 제1 주변 채널 정보 및 수집된 제2 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다. 무선전력 전송부(210)는 복수의 채널 중에서 제1 주변 채널 정보 및 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 다른 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다. 무선전력 전송부(210)는 복수의 채널 중에서 제1 주변 채널 정보 및 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 직교하는 채널을 최소 간섭 채널로 선택할 수 있다.
이를 위해, 무선전력 전송부(210)는 제1 스위치(211), 채널 선택기(212), 무선전력 전송기(213) 및 무선통신 인터페이스(214)를 포함한다. 제1 스위치(211)는 무선전력 전송기(213)의 제어에 따라, 채널 선택기(212)에서 선택된 채널에 대응되는 무선통신 인터페이스(214)를 무선전력 전송기(213)에 연결시킬 수 있다.
백스캐터 통신부(220)는 백스캐터 송신기(221), 백스캐터 수신기(222), 제2 스위치(223) 및 백스캐터 인터페이스(224)를 포함한다. 백스캐터 송신기(221)는 디지털 로직 회로를 포함한다. 백스캐터 수신기(222)는 포락선 검출기, 임계치 계산기, 비교기 및 비트(Bit) 시퀀스를 포함한다. 제2 스위치(223)는 스위칭을 통해 백스캐터 인터페이스(224)를 백스캐터 송신기(221) 또는 백스캐터 수신기(222)에 연결시킬 수 있다.
도 6에 도시된 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)과 같이 복수 개의 무선통신 인터페이스(214)를 포함한다. 일례로, 복수 개의 무선통신 인터페이스(214)는 3개의 와이파이(WiFi) 인터페이스를 포함할 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)는 3개의 와이파이(WiFi) 인터페이스를 통해 인접한 무선 통신 시스템에서의 무선 접속 장치 또는 무선 통신 단말의 채널 정보를 수집한다. 무선전력 전송 장치(200)는 수집된 채널 정보 중에서 하나의 와이파이 인터페이스를 선택하여 무선전력 전송에 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)이 송신한 에너지 요청 메시지에 포함된 인접한 무선 통신 단말의 제1 주변 채널 정보와, 자신의 3개의 와이파이 인터페이스로부터 수집한 인접한 무선 통신 시스템의 제2 주변 채널 정보를 종합하여 최소로 혼잡한 채널인 최소 간섭 채널을 선택한다.
일례로, 도 2의 메시지 흐름 예에서, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 요청 메시지를 통해 제2 무선 통신 단말(410)이 현재 채널 B를 사용한다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 무선전력 전송 장치(200)는 제1 무선 접속 장치(300)의 서비스 영역(301) 내에 존재하기 때문에, 제1 무선 접속 장치(300)가 현재 채널 A를 사용한다는 것을 인지하고 있다. 따라서 무선전력 전송 장치(200)는 최소 간섭 채널을 선택하기 위해 채널 A와 B인 두 채널과 직교하는 채널 C를 선택하여 무선전력 전송을 수행할 수 있다. 에너지 제한 단말(100)에는 3개의 와이파이 인터페이스가 존재한다. 그러므로 무선전력 전송 장치(200)가 채널을 채널 C로 변경하여 무선전력 신호인 RF 신호를 전송하더라도, 에너지 제한 단말(100)은 채널 A 및 채널 B보다 간섭이 최소화되는 채널 C를 통해 RF 신호를 수신하여 RF 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다. 이를 통해, 에너지 제한 단말(100)은 최소 간섭 채널인 채널 C를 통해 수신된 RF 신호를 이용하므로 서로 다른 채널에 비해 배터리를 더욱 많이 충전할 수 있다.
한편, 에너지 제한 단말(100)과 무선전력 전송 장치(200)가 각각 3개의 무선통신(예컨대, WiFi) 인터페이스를 사용할 때의 일례가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 상기 에너지 제한 단말(100)은 직교한 3개의 WiFi 채널 탐색 및 에너지 하베스팅을 위해 n 개의 와이파이 인터페이스를 포함한다. 에너지 제한 단말(100)의 에너지 하베스팅 모드 혹은 WiFi 무선통신 모드로의 전환은 무선전력 전송 장치(200)로부터의 확인 응답 메시지의 수신 여부에 따라 제1 스위치를 통해 이루어진다. 또한, 에너지 제한 단말(100)은 에너지 요청 메시지의 송신 과정과 확인 응답 메시지의 수신 과정을 위한 1개의 백스캐터 통신부(130)를 포함한다. 백스캐터 통신부(130)는 제3 스위치(133)를 통해 백스캐터 송신기(131) 또는 백스캐터 수신기(132)로 동작한다. 무선전력 전송 장치(200)는 n 개의 와이파이 인터페이스를 통해 직교한 3개의 와이파이 채널을 탐색하며, 무선전력 전송 채널이 선택될 경우 제2 스위치(223)를 통해 해당 채널을 사용하여 무선전력 전송을 수행한다. 또한, 무선전력 전송 장치(200)는 에너지 제한 단말(100)로부터 전송된 에너지 요청 메시지의 수신과 확인 응답 메시지 전송을 위하여 1개의 백스캐터 통신부(220)를 포함한다.
상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시 예들에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법은, 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서, 상기 명령어들은 상기 프로세서로 하여금, 에너지 제한 단말의 주변에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 단계, 무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 단계, 및 상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 단계를 포함하여 실행하도록 구성되는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예들에 따른 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법은, 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서, 상기 명령어들은 상기 프로세서로 하여금, 에너지 제한 단말로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하는 단계, 상기 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 상기 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하는 단계, 및 상기 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 상기 에너지 제한 단말로 전송하는 단계를 포함하여 실행하도록 구성되는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시 예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.
지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 실시 예들의 조합은 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.
전술한 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시 예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 에너지 제한 단말
200: 무선전력 전송 장치
300: 제1 무선 접속 장치
310: 제1 무선 통신 단말
400: 제2 무선 접속 장치
410: 제2 무선 통신 단말
110: 에너지 하베스팅부
111, 211: 제1 스위치
112: 임피던스 정합기
113; 정류기
114: 전압 증폭기
115: 배터리
116: 제어기
120: 무선 통신부
121, 223: 제2 스위치
122: 무선 송신기
123; 무선 수신기
124: 무선통신 인터페이스
130, 220; 백스캐터 통신부
131, 221: 백스캐터 송신기
132, 222: 백스캐터 수신기
133: 제3 스위치
134: 백스캐터 인터페이스
212; 채널 선택기
213: 무선 전력 전송기

Claims (23)

  1. 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법에 있어서,
    에너지 제한 단말의 주변에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 단계;
    무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주변 채널 정보를 수집하는 단계는,
    상기 에너지 제한 단말과 무선통신하는 주변의 무선 통신 단말 또는 주변의 무선 접속 장치에 의해 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 요청 메시지를 전송하는 단계는,
    상기 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만이면, 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리를 충전하는 단계는,
    상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하면, 에너지 하베스팅 모드로 전환하여 에너지 하베스팅을 수행하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하지 못하면 랜덤 백오프 시간 동안 대기하고, 상기 무선전력 전송 장치에 백스캐터 통신을 통해 상기 에너지 요청 메시지를 재전송하는 단계를 더 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  6. 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치에 의해 수행되는 무선전력 전송 방법에 있어서,
    에너지 제한 단말로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하는 단계;
    상기 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 상기 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 상기 에너지 제한 단말로 전송하는 단계를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 제한 단말로 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    주변의 무선접속 장치 또는 주변의 무선 통신 단말에 의해 사용되는 제2 주변 채널 정보를 수집하는 단계를 더 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 최소 간섭 채널을 선택하는 단계는,
    상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 최소 간섭 채널로 선택하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 최소 간섭 채널을 선택하는 단계는,
    복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 다른 채널을 최소 간섭 채널로 선택하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 최소 간섭 채널을 선택하는 단계는,
    복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 직교하는 채널을 최소 간섭 채널로 선택하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 방법.
  12. 무선전력 통신 네트워크에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 무선 통신부;
    무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 백스캐터 통신부; 및
    상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 에너지 하베스팅부를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무선 통신부는,
    상기 에너지 제한 단말과 무선통신하는 주변의 무선 통신 단말 또는 주변의 무선 접속 장치에 의해 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하는 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅부는,
    상기 배터리의 에너지 레벨이 임계치 미만이면, 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅부는,
    상기 백스캐터 통신부가 상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하면, 에너지 하베스팅 모드로 전환하여 에너지 하베스팅을 수행하는 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 백스캐터 통신부는,
    상기 무선전력 전송 장치로부터 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 수신하지 못하면 랜덤 백오프 시간 동안 대기하고, 상기 무선전력 전송 장치에 백스캐터 통신을 통해 상기 에너지 요청 메시지를 재전송하는 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말.
  17. 무선전력 통신 네트워크에서의 에너지 제한 단말로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하는 백스캐터 통신부; 및
    상기 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 상기 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하고, 상기 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 상기 에너지 제한 단말로 전송하는 무선전력 전송부를 포함하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 백스캐터 통신부는,
    상기 에너지 제한 단말로 백스캐터 통신을 통해 확인 응답 메시지를 전송하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 무선전력 전송부는,
    주변의 무선접속 장치 또는 주변의 무선 통신 단말에 의해 사용되는 제2 주변 채널 정보를 수집하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 무선전력 전송부는,
    상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 최소 간섭 채널로 선택하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 무선전력 전송부는,
    복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 다른 채널을 최소 간섭 채널로 선택하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 무선전력 전송부는,
    복수의 채널 중에서 상기 제1 주변 채널 정보 및 상기 수집된 제2 주변 채널 정보와 서로 직교하는 채널을 최소 간섭 채널로 선택하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 장치.
  23. 무선전력 통신 네트워크에서 사용되는 제1 주변 채널 정보를 수집하고, 무선전력 전송 장치에 백스캐터(backscatter) 통신을 통해 상기 수집된 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 전송하는 에너지 제한 단말; 및
    상기 에너지 제한 단말로부터 백스캐터 통신을 통해 제1 주변 채널 정보가 포함된 에너지 요청 메시지를 수신하고, 상기 수신된 에너지 요청 메시지에 포함된 제1 주변 채널 정보를 기반으로 채널을 탐색하되, 상기 제1 주변 채널 정보와 간섭이 최소화되는 최소 간섭 채널을 선택하고, 상기 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 상기 에너지 제한 단말로 전송하는 무선전력 전송 장치를 포함하고,
    상기 에너지 제한 단말은, 상기 무선전력 전송 장치에서 선택된 최소 간섭 채널을 통해 무선전력 신호를 수신하여 에너지 하베스팅을 수행하고, 에너지 하베스팅을 통해 구비된 배터리를 충전하는 무선전력 통신 네트워크에서의 무선전력 전송 시스템.
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