KR20200035651A

KR20200035651A - 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20200035651A
Application number: KR1020180115005A
Authority: KR
Inventors: 이태진; 김경민; 주책
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-06
Also published as: KR102118527B1; US11411420B2; US20200106292A1

Abstract

본 발명은 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법은, 적어도 하나의 단말로 이루어진 각 그룹에 액세스 구간을 할당하는 단계, 상기 할당된 액세스 구간과 대응되는 그룹의 단말로부터 에너지 상태를 수신하는 단계, 및 상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 각 그룹의 단말을 데이터 전송 단말 또는 에너지 수신 단말로 스케줄링하는 단계를 포함한다.

Description

그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법 및 시스템{ENERGY HARVESTING METHODS AND SYSTEMS BASED ON GROUP}

본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법 및 시스템에 관한 것이다.

IoT (Internet-of-Things)의 핵심요소인 M2M (Machine-to-Machine) 단말로 구성된 네트워크는 광범위한 통신 범위를 갖고 자율적으로 작동하는 수많은 단말이 통신을 수행한다. 고밀도 M2M 네트워크에서 기존의 DCF (Distributed Contention Function) 방식의 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 프로토콜을 사용할 경우, 단말과 기지국 간 다수의 충돌로 인해 통신에 한계가 있다. 또한, 단말의 배터리 용량이 제한적이기 때문에 많은 수의 단말이 배치되었을 때 배터리를 교체해야 한다. 이는 비용이 많이 든다. 따라서 처리량을 높이고 네트워크의 수명을 보장하려면, 다수 단말의 경쟁을 완화시키면서 지속적인 에너지가 공급되어야 한다.

종래의 에너지 하베스팅(Energy havesting)이 가능한 단말은 햇빛, 바람, 운동에너지, 열에너지 등 다양한 외부 자원으로부터 에너지를 수확할 수 있다. 수확된 에너지는 전기 에너지로 변환되어 단말이 직접 사용하거나 배터리 또는 커패시터에 저장된다. 따라서 무선 센서 네트워크는 에너지 하베스팅을 통해 단말의 제한적인 배터리 수명을 연장할 수 있다. 하지만, 외부 에너지를 통한 에너지 하베스팅의 경우, 에너지 수확량을 제어하고 예측할 수 없기 때문에, 특정 상황에서 QoS (Quality of Service) 요구 사항이 충족되기 어렵다. 이에 따라 외부 에너지원에서 에너지를 수확하는 종래 방식의 한계점을 극복하고 상대적으로 안정적이며 빠르게 에너지를 전달하기 위해, RF (Radio Frequency) 신호를 활용한 에너지 하베스팅 기술이 연구되고 있다.

하지만, RF 에너지 하베스팅에서 RF 에너지 신호가 단말의 데이터 신호와 동일한 채널에서 전송될 수 있기 때문에, 데이터 전송과 RF 신호 사이의 간섭이 발생할 수 있다. 해당 문제를 해결하기 위해, 전력 비콘(PB, Power beacon)이 에너지를 전송할 때, 빔포밍(beamforming) 기법을 사용하여 RF 신호가 데이터 신호에 미치는 간섭을 최소화하는 연구가 진행 중이다. 이를 통해, 에너지 하베스팅 과정과 데이터 송수신 과정을 동시에 수행함으로써, 데이터 처리율과 에너지 수확률을 높이는 연구가 필요하다. 빔포밍 기술을 활용하여 에너지를 단말에 전달하는 것은 종래 에너지 하베스팅 방법에 비해 이른 시간 내에 에너지를 수확할 수 있다. 따라서, M2M 네트워크에서 다수의 단말이 에너지를 활용해 채널의 접속하여 전송기회를 획득하는 경우가 많아질 수 있다. 하지만, 이는 네트워크 혼잡 상태를 야기할 수 있다.

IEEE 802.11ah는 다수의 M2M 단말이 확장된 통신 범위에서 적은 에너지를 소비하면서 통신을 수행함으로써 M2M 통신의 요구 사항을 충족시키도록 설계된 무선 통신 표준이다. IEEE 802.11ah에서는 액세스 포인트(AP, Access Point)가 단말을 그룹으로 나누어 통신을 수행하는 그룹 기반 MAC (Medium Access Control) 프로토콜을 제안한다. 그룹 기반의 통신을 수행하기 위해 AP는 특정한 타임 슬롯 동안 각 그룹의 단말들이 경쟁을 수행할 수 있는 제한된 액세스 윈도우(RAW, Restricted Access Window)를 설정한다. 각 그룹의 단말들은 정해진 RAW에서만 경쟁을 수행하여 채널에 접근할 수 있으며, 다른 RAW 슬롯에서 전송을 수행하지 못한다. IEEE 802.11ah 표준에서는 단말이 해당 RAW 구간 외에서 슬립(Sleep) 모드로 전환하여 에너지를 절약할 수 있도록 하는 TWT (Target Wakeup Time)을 제공한다.

하지만, IEEE 802.11ah에서는 단말의 위치를 고려하지 않았기 때문에, 다수의 M2M 단말로 구성된 네트워크에서 여전히 데이터 송신 간 충돌이 발생할 확률이 높다. 또한, RF 에너지 전송의 범위가 제한적이다. 데이터 신호와의 간섭문제로 인해 해당 프로토콜에 RF 에너지 하베스팅 기술을 적용하기 어렵다.

본 발명의 실시 예들은 할당된 액세스 구간에서 각 그룹의 단말 간의 경쟁을 통해 수신된 에너지 상태를 기반으로 데이터 전송 단말 및 에너지 수신 단말로 스케줄링하고, 송수신 구간에서 스케줄링 결과에 따라 에너지를 수신받거나 데이터를 전송함으로써, 데이터 전송 처리율을 줄이지 않고 에너지를 지속적으로 수신할 수 있는, 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예들은 고밀도 M2M 네트워크에서 단말들을 그룹으로 나누어서 통신을 수행하기 때문에, 빔포밍 기술을 통해 에너지를 전송하는 전력 비콘(PB)으로부터의 RF 에너지 하베스팅 과정과 동시에 액세스 포인트로의 데이터 전송 과정을 수행함으로써, 데이터 처리율을 줄이지 않고 에너지를 지속적으로 수신할 수 있는, 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법으로서, 적어도 하나의 단말로 이루어진 각 그룹에 액세스 구간을 할당하는 단계; 상기 할당된 액세스 구간과 대응되는 그룹의 단말로부터 에너지 상태를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 각 그룹의 단말을 데이터 전송 단말 또는 에너지 수신 단말로 스케줄링하는 단계를 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법이 제공될 수 있다.

상기 방법은, 상기 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 어느 한 그룹의 데이터 전송 단말로부터 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.

상기 스케줄링하는 단계는, 상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 에너지가 최고인 단말을 데이터 전송 단말로 스케줄링할 수 있다.

상기 방법은, 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 각 그룹의 단말들의 스케줄링 순서를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 스케줄링 순서를 송신하는 단계는, 스케줄링 프레임의 데이터 송신 순서 필드에 그룹 식별자를 포함시켜 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 데이터 송신 순서를 알릴 수 있다.

상기 액세스 포인트에 의해 브로드캐스트되는 비콘 프레임의 평균 주기는 액세스 구간의 길이와 송수신 구간의 길이의 합일 수 있다.

상기 방법은, 각 그룹의 단말의 주소와 각 그룹의 전력 비콘의 주소를 확인 응답 메시지에 포함시켜 각 그룹의 단말에 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법으로서, 액세스 포인트로부터 그룹 내의 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하는 단계; 및 상기 액세스 포인트에 의해 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 결정된 에너지 수신 단말에 에너지를 송신하는 단계를 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법이 제공될 수 있다.

상기 방법은, 상기 전력 비콘이 위치한 그룹 내 데이터 송신 단말의 데이터 전송 중에 에너지 송신을 대기하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 에너지를 송신하는 단계는, 에너지 수신 단말의 위치를 기반으로 하는 빔포밍을 이용하여 에너지 수신 단말에 에너지를 송신할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법으로서, 액세스 구간에서 액세스 포인트에 단말의 에너지 상태를 전송하는 단계; 상기 액세스 포인트로부터 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하는 단계; 및 상기 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 그룹의 전력 비콘으로부터 에너지를 수신하거나 상기 액세스 포인트에 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법이 제공될 수 있다.

상기 에너지 상태를 전송하는 단계는, 상기 액세스 구간에서 그룹의 단말 간의 경쟁을 통해 에너지 상태 및 해당 그룹 내의 전력 비콘의 비콘 정보를 상기 액세스 포인트에 전송할 수 있다.

상기 방법은, 상기 액세스 구간에 대응되는 각 그룹의 단말들 간의 경쟁에서 채널 접속에 실패하면, 다음 비콘 프레임이 수신될 때까지 슬립 모드로 전환되는 단계를 더 포함할 수 있다.

각 그룹의 단말들 간의 경쟁에서 성공한 단말의 수는 전체 그룹의 수 이하로 제한될 수 있다.

상기 방법은, 다른 그룹의 단말 간의 경쟁이 수행되는 동안, 슬립 모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 송수신 구간에서는 데이터 전송 단말이 전송하는 데이터 전송 시간과 에너지 수신 단말이 수신하는 에너지 수신 시간이 동일하게 설정될 수 있다.

상기 데이터를 송신하는 단계는, 상기 송수신 구간에서 데이터 전송 단말로 결정되면, 데이터 송신 순서 필드에 지시된 그룹 식별자 순서에 따라 상기 액세스 포인트에 데이터를 전송할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트로서, 데이터를 저장하는 메모리; 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 메모리 및 상기 송수신부와 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 적어도 하나의 단말로 이루어진 각 그룹에 액세스 구간을 할당하고, 상기 할당된 액세스 구간과 대응되는 그룹의 단말로부터 에너지 상태를 수신하고, 상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 각 그룹의 단말을 데이터 전송 단말 또는 에너지 수신 단말로 스케줄링하는 액세스 포인트가 제공될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 송수신부를 통해 어느 한 그룹의 데이터 전송 단말로부터 데이터를 수신할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 에너지가 최고인 단말을 데이터 전송 단말로 스케줄링할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 송수신부를 통해 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 각 그룹의 단말들의 스케줄링 순서를 송신할 수 있다.

상기 프로세서는, 스케줄링 프레임의 데이터 송신 순서 필드에 그룹 식별자를 포함시켜 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 데이터 송신 순서를 알릴 수 있다.

상기 프로세서는, 각 그룹의 단말의 주소와 각 그룹의 전력 비콘의 주소를 확인 응답 메시지에 포함시켜 각 그룹의 단말에 송신할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘으로서, 데이터를 저장하는 메모리; 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 메모리 및 상기 송수신부와 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 액세스 포인트로부터 그룹 내의 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하고, 상기 액세스 포인트에 의해 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 결정된 에너지 수신 단말에 에너지를 송신할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 전력 비콘이 위치한 그룹 내 데이터 송신 단말의 데이터 전송 중에 에너지 송신을 대기할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 송수신부를 통해 에너지 수신 단말의 위치를 기반으로 하는 빔포밍을 이용하여 에너지 수신 단말에 에너지를 송신할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말로서, 데이터를 저장하는 메모리; 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 메모리 및 상기 송수신부와 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 액세스 구간에서 액세스 포인트에 단말의 에너지 상태를 전송하고, 상기 액세스 포인트로부터 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하고, 상기 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 상기 액세스 포인트에 데이터를 송신하거나 그룹의 전력 비콘으로부터 에너지를 수신할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 액세스 구간에서 그룹의 단말 간의 경쟁을 통해 에너지 상태 및 해당 그룹 내의 전력 비콘의 비콘 정보를 상기 액세스 포인트에 전송할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 액세스 구간에 대응되는 각 그룹의 단말 간의 경쟁에서 채널 접속에 실패하면, 다음 비콘 프레임이 수신될 때까지 슬립 모드로 전환될 수 있다.

각 그룹의 단말 간의 경쟁에서 성공한 단말의 수는 전체 그룹의 수 이하로 제한될 수 있다.

상기 프로세서는, 다른 그룹의 단말 간의 경쟁이 수행되는 동안, 슬립 모드로 전환할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 송수신 구간에서 데이터 전송 단말로 결정되면, 데이터 송신 순서 필드에 지시된 그룹 식별자 순서에 따라 상기 액세스 포인트에 데이터를 전송할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 할당된 액세스 구간에서 각 그룹의 단말 간의 경쟁을 통해 수신된 에너지 상태를 기반으로 데이터 전송 단말 및 에너지 수신 단말로 스케줄링하고, 송수신 구간에서 스케줄링 결과에 따라 에너지를 수신받거나 데이터를 전송함으로써, 데이터 전송 처리율을 줄이지 않고 에너지를 지속적으로 수신할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 고밀도 M2M 네트워크에서 단말들을 그룹으로 나누어서 통신을 수행하기 때문에, 빔포밍 기술을 통해 에너지를 전송하는 전력 비콘(PB)으로부터의 RF 에너지 하베스팅 과정과 동시에 액세스 포인트로의 데이터 전송 과정을 수행함으로써, 데이터 처리율을 줄이지 않고 에너지를 지속적으로 수신할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 그룹 기반의 경쟁을 통해 에너지가 부족한 단말이 에너지를 수신받고 에너지가 충분한 단말이 데이터를 전송하는 GSMAC 프로토콜을 에너지 하베스팅 시스템에 사용함으로써, 다수의 단말이 채널에 접속하는데 발생하는 충돌을 감소시키면서 빔포밍 기법을 통해 에너지를 수신받아 데이터 처리율과 지연시간 및 에너지 관련 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들은 통신 환경에 따라 그룹의 수를 조절하여 통신을 수행함으로써, 네트워크 성능을 최적화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템이 적용되는 네트워크의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 비콘 프레임 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템에서 AP, PB 및 단말의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 PS-폴, AP 스케줄링, ACK1 및 ACK2 프레임 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트에서 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘에서 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말에서 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 단말의 수 변화에 따른 데이터 처리율 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 단말 수와 그룹 수의 변화에 따른 초당 수신된 에너지를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템을 시뮬레이션하기 위해 사용되는 시뮬레이션 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템이 적용되는 네트워크의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템은 액세스 포인트(AP, Access Point), 전력 비콘(PB, Power Beacon) 및 단말(station)을 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템이 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템은 전력 비콘(PB, Power Beacon)이 빔포밍 기술을 활용해 단말에 에너지를 전달하는 M2M 네트워크에서 GSMAC (Group-Scheduled Medium Access Control) 프로토콜을 사용한다. 본 발명의 일 실시 예는 채널에 접근한 단말의 데이터를 그룹별로 전송하여 관리한다. 보다 상세하게는, AP(Access Point)는 그룹의 개수만큼 RAW (Restricted Access Window)를 설정한다. 각 그룹의 단말들은 해당 그룹에게 할당된 RAW에서 데이터 전송을 위한 경쟁을 수행한다. RAW 구간 이후 그룹 경쟁을 통해 채널에 접속한 단말 중 에너지가 최고인 단말은 데이터를 전송한다. 나머지 단말들은 에너지를 수신함으로써 데이터 처리율을 높이면서 에너지 수확률을 높일 수 있다.

이하, 도 1의 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.

본 발명의 일 실시 예가 적용되는 네트워크에서 중앙에 액세스 포인트(100)가 위치할 수 있다. 단말에 RF 에너지를 제공하기 위해 PB는 네트워크에 균등하게 배치될 수 있다. 단말은 많은 수의 M2M(Machine-to-Machine) 단말로 구성될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 네트워크의 구성 예를 보여준다. 실선으로 그려진 큰 원(101)은 AP의 통신범위로서, 그 안에 있는 단말은 AP와 통신을 수행할 수 있다. 점선으로 그려진 작은 원(111, 112 및 113)은 각각 PB1, PB2 및 PB3의 통신범위로서, 그 안에 있는 단말들은 하나의 그룹으로 동작한다. 단말 S1, S2, 및 S3은 그룹 1에 속하고, 단말 S4, S5, 및 S6은 그룹 2에 속하고, 단말 S7, S8, 및 S9은 그룹 3에 속하도록 구성된다. AP(100)는 통신의 시작을 알리기 위해 비콘 프레임(Beacon frame)을 PB를 포함한 모든 단말에 전송하여 각 그룹이 경쟁을 수행할 제한된 액세스 윈도우(RAW, Restricted access window)를 알린다. DIFS(Distributed Interframe Space) 이후 그룹 1에 위치한 단말들은 채널에 접속하기 위한 경쟁을 수행하게 된다. 반면, 나머지 그룹의 단말들은 슬립(Sleep) 모드가 된다.

본 발명의 일 실시 예는 IEEE 802.11ah를 기반으로 RF 에너지 수신과 데이터 전송을 동시에 수행하는 것이 가능하도록 설계한 새로운 MAC 프로토콜에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 MAC 프로토콜에서의 해당 과정을 수행하기 위해, 통신 구간은 각 그룹이 경쟁을 수행하는 액세스 구간과 에너지 및 데이터를 전송하는 송수신 구간으로 분할될 수 있다. 일례로, PB와 단말은 근거리 무선 통신이 가능한 와이 파이(Wi-Fi) 모듈을 통해 통신을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, AP(100)는 RAW 구간의 끝과 시작을 알리기 위해서 종래의 ACK 메시지에 추가적인 정보를 담은 ACK 메시지를 활용한다. 단말은 RAW 구간에서 경쟁을 통해 데이터 전송을 즉시 하지 않고, AP(100)에 PS-Poll 메시지를 전송하여 AP(100)에 단말의 현재 에너지 상태를 알릴 수 있다. RAW 구간이 종료되면, AP(100)는 단말의 에너지 상태를 기반으로 데이터 전송 단말과 에너지 수신 단말로 나누고 해당 정보를 단말과 PB에 알릴 수 있다. 단말은 이후 구간에서 데이터 전송과 에너지 수신을 동시에 수행할 수 있다. PB은 AP(100)가 보내는 정보를 토대로 한 그룹의 단말이 데이터를 전송 중에 있을 때, 다른 그룹의 단말의 위치를 기반으로 빔을 형성하여 에너지를 전송할 수 있다. 또한, RAW 과정에서 경쟁에 참여하였지만 채널에 접속하지 못한 단말은 슬립 모드로 전환하여 데이터/에너지 송수신 구간에서 에너지를 절약할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 비콘 프레임 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 비콘 프레임 포맷에는 비콘 프레임(Beacon frame) 필드(210), 그룹 경쟁 페이즈(Group contention phase) 필드(220), AP 스케줄링 프레임(AP scheduling frame) 필드(230) 및 데이터 및 에너지 전송 페이즈(Data and Energy transfer phase) 필드(240)를 포함한다. 그룹 경쟁 페이즈 필드(220)에는 RAW 1 필드, RAW 2 필드, …, RAW i 필드, …, RAW n 필드가 포함된다.

AP는 먼저 n 개의 그룹이 경쟁을 수행할 수 있는 n 개의 RAW를 할당하고, 각 그룹에 해당하는 RAW를 비콘 프레임을 통해 알린다. 이후, 그룹 내 단말들은 해당 RAW에서 다른 단말과의 DCF(Distributed Coordination Function) 경쟁을 통해 채널 접속을 수행한다. 해당과정이 수행되는 동안 다른 그룹의 단말들은 에너지를 절약하기 위해 슬립(Sleep) 모드로 동작한다. RAW 구간이 종료되면, AP는 각 그룹에서 단말들의 에너지 레벨을 기반으로 데이터 전송 단말과 에너지 수신 단말을 결정한다. 에너지가 최고인 단말이 데이터 전송 단말이 될 수 있다. 데이터 전송 단말을 제외한 모든 단말이 에너지 수신 단말이 될 수 있다. 또한, AP는 이후 통신과정을 원활히 수행하기 위해 RAW 구간에서 각 그룹의 경쟁 성공 노드를 그룹의 수와 같은 n으로 제한할 수 있다. 그룹 경쟁 단계 후에, AP는 AP 스케줄링 프레임을 전송함으로써 데이터 전송 단말과 에너지 수신 단말의 전송 순서를 결정하여 단말에 알릴 수 있다. 또한, AP는 각 그룹의 전력 비콘에 AP 스케줄링 프레임을 전송함으로써, 결정된 데이터 전송 단말과 에너지 수신 단말의 전송 순서를 전력 비콘에 알릴 수 있다. 각 그룹의 데이터 전송 단말은 데이터를 AP로 전송한다. 그 외 나머지 그룹의 에너지 수신 단말은 PB로부터 빔 형성 기법을 통해 데이터 전송 간 에너지를 수신할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그룹 기반의 에너지 하베스팅 시스템에서 AP, PB 및 단말의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 동작 과정을 도 1의 네트워크에서 동작하는 일례로 설명하기로 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그룹 1에는 PB1, 단말 S1, 단말 S2, 및 단말 S3이 포함된다. 그룹 2에는 PB2, 단말 S4, S5, 및 S6이 포함된다. 그룹 3에는 PB3, 단말 S7, S8, 및 S9 단말이 포함된다.

먼저, 그룹 1의 모든 단말들이 백오프 값을 선택하여 경쟁을 수행한다. 단말 S3이 단말 간의 경쟁에서 성공하여 먼저 현재 에너지 레벨을 명시하는 PS-Poll(Power Saving Poll) 프레임 P1을 AP로 전송한다. 여기서, Pi는 그룹 i로부터 전송되는 전력 절감 프레임인 PS-Poll 프레임을 나타내고, i는 그룹 번호를 나타낸다.

이후, SIFS (Short Interframe Space) 후, AP는 ACK1 프레임 A1을 그룹 1의 단말에 전송한다. 여기서, Ai는 AP가 그룹 i에 전송하는 확인응답(Acknowledgement) 메시지를 나타내고, i는 그룹 번호를 나타낸다.

DIFS 이후, 그룹 1의 나머지 단말들인 단말 S1 및 단말 S2가 경쟁을 다시 수행한다. 단말 S1과 단말 S2가 PS-Poll 프레임을 동시에 전송하면 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하면, 각 단말은 경쟁 윈도우(Contention Window)의 크기를 두 배로 증가시키고 새로운 백오프 값을 설정한다. 이와 같은 경쟁과정을 통해, 다음 그룹 2 및 그룹 3 내의 3개의 단말이 PS-Poll 프레임을 전송할 때까지 경쟁을 수행한다. 이후, 그룹 1에서 전송한 3번째 PS-Poll 프레임 P1을 수신한 AP는 현재 RAW의 끝을 알리는 ACK2 프레임 A2를 전송한다. AP는 ACK2 프레임 A2를 통해 에너지 레벨이 가장 높은 노드를 데이터 전송 노드로 설정한다. 이때, 선택되지 않은 다른 노드들은 에너지 수신 노드 설정된다. 이후, 나머지 그룹 2 및 그룹 3이 포함된 모든 그룹의 경쟁이 완료될 때까지 해당 과정을 반복하게 된다.

한편, 첫 번째 구간인 액세스 구간은

으로 n 개의 그룹의 총 경쟁 시간으로 구간의 길이가 정해진다. 도 3에서 첫 번째 구가인 액세스 구간은 각 RAW의 전체 구간인 RAW1, RAW2, RAW3을 더한 구간이다. 각 그룹에서 경쟁시간은 n 개의 단말의 예약 시간으로 구성된다. 따라서

은 아래의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

은 첫 번째 구간인 액세스 구간, n은 단말의 개수,

는 단말이 경쟁을 통해 데이터 전송을 위해 예약하는데 소요되는 시간을 나타낸다.

두 번째 구간인 송수신 구간에서, AP는 각 그룹들로부터 수집한 정보를 기반으로 그룹의 데이터 전송 순서를 할당하기 위해 AP 스케줄링 프레임 AS를 모든 단말들에 전송한다. 데이터 전송 및 에너지 하베스팅 구간의 길이는 동일하게 고정되었다고 가정할 수 있다. 어느 하나의 그룹에서 데이터 전송이 수행되고 있을 때, 나머지 그룹에서는 에너지 하베스팅 과정이 이루어질 수 있다. 예를 들어 그룹 1의 단말 S1이 AP에 데이터를 전송하면, 그룹 2의 PB2와 그룹 3의 PB3은 빔 형성 기법을 통해 각각 단말 S4 및 단말 S9에 에너지를 전송한다. 또한, 다음에 그룹 2의 단말 S5이 데이터를 AP에 전송할 때, 그룹 1과 그룹 3의 단말 S3, 단말 S8은 각각 PB1과 PB3을 통해 에너지 하베스팅 과정을 수행한다. 마지막으로 그룹 3의 단말 S7이 AP로 데이터를 보낼 때, 그룹 1과 그룹 2의 단말 S2 및 단말 S6이 에너지를 수신하게 된다. 변형 예로, 어느 하나의 그룹에서 데이터 전송이 수행되고 있을 때, 해당 그룹의 나머지 단말 중 에너지 전송이 긴급히 필요할 수 있다. 이때, 에너지 전송이 긴급히 필요한 단말과 PB와의 빔 형성 기법을 통해, 데이터 전송과의 간섭량이 기설정된 임계치 이내인 경우, 데이터 전송과 에너지 하베스팅이 동시에 수행될 수 있다. 예컨대, 그룹 1의 단말 S1이 AP에 데이터를 전송하고, 그룹 2의 PB2와 그룹 3의 PB3은 빔 형성 기법을 통해 각각 단말 S4 및 단말 S9에 에너지를 전송하는 경우, 그룹 1의 단말 S2 또는 단말 S3은 PB1과의 빔 형성 기법을 통해 단말 S1에 의해 데이터 전송과의 간섭을 임계치 이내로 줄이면서 PB1으로부터 에너지를 수신받을 수 있다.

두 번째 구간인 송수신 구간은

동안 수행되며 n 개의 데이터가 전송될 때 구간의 길이는 다음의 [수학식 2]와 같다.

여기서,

는 두 번째 구간인 송수신 구간, n은 단말의 개수,

는 단말이 데이터를 전송하는데 걸리는 시간을 나타낸다. 즉, 데이터 전송 단말에 의해 데이터 프레임을 전송하는 시간이다. 이에 따라 평균 비콘 주기는

는 첫 번째 구간인 액세스 구간의 길이

과 두 번째 구간인 송수신 구간의 길이

의 합으로 표현된다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 PS-폴, AP 스케줄링, ACK1 및 ACK2 프레임 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 PS-폴 메시지(PS-Poll message) 포맷이 도시되어 있다. PS-폴 메시지 포맷에는 PHY 헤더 필드(410), MAC 헤더 필드(420), 현재 에너지 필드(430, Current energy), FCS(Frame Check Sequence) 필드(440)가 포함된다. 여기서, MAC 헤더 필드(420)에는 제어 프레임 필드(421), AID 필드(422), AP의 수신기 주소(RA, Receiver address) 필드(423), PB의 수신기 주소(424), 송신기 주소(TA, Transmitter address) 필드(425)가 포함된다.

도 5에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 AP 스케줄링 프레임(AP Scheduling frame) 포맷이 도시되어 있다. AP 스케줄링 프레임 포맷에는 PHY 헤더 필드(510), 제어 프레임(Control frame) 필드(520), 지속시간(Duration) 필드(530), ODT 필드(540) 및 FCS 필드(550)가 포함된다. 여기서, ODT 필드(540)에는 그룹 1 필드(541), 그룹 2 필드(520) 내지 그룹 N 필드(54N)가 포함된다.

도 6에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 확인응답 ACK1 프레임 포맷이 도시되어 있다. ACK1 프레임 포맷에는 PHY 헤더 필드(610), MAC 헤더 필드(620), FCS 필드(630)가 포함된다. 여기서, MAC 헤더 필드(620)에는 제어 프레임 필드(621), 지속시간(Duration) 필드(622), 단말의 수신기 주소(RA of node) 필드(623), 전력 비콘의 수신기 주소(RA of PB) 필드(624)가 포함된다.

도 7에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 사용되는 확인응답 ACK2 프레임 포맷이 도시되어 있다. ACK2 프레임 포맷에는 PHY 헤더 필드(710), MAC 헤더 필드(720), 다음 그룹 ID(Next group ID) 필드(730), FCS 필드(740)가 포함된다. 여기서, MAC 헤더 필드(720)에는 제어 프레임 필드(721), 지속시간(Duration) 필드(722), 단말의 수신기 주소(RA of node) 필드(723), 전력 비콘의 수신기 주소(RA of PB) 필드(724), 최고인 에너지를 가진 단말의 수신기 주소를 나타내는 RANHE(Receiver Address of the Node with Highest Energy) 필드(725)가 포함된다.

상기와 같이, 도 4 내지 도 7에는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 PS-폴, AP 스케줄링, ACK1 과 ACK2 프레임 포맷이 도시된다. 단말은 PS-폴 메시지를 통해 현재 단말의 에너지 수준(Current energy)과 AID (Association ID) 필드에 그룹 ID를 포함시켜 AP에 알릴 수 있다. AID 필드는 그룹 ID를 AP와 PB에 알리기 위함이다. AID 필드에 해당하는 정보를 수신한 AP는 AP 스케줄링 메시지에 ODT (Order of Data Transmission) 필드에서 그룹 ID를 포함시켜 단말에 전송 순서를 알린다. 각 그룹에는 하나의 데이터 전송 단말이 있다. 전송 순서에 해당하는 단말은 ODT 필드에 명시된 그룹 ID 순서에 따라 데이터를 AP로 전송한다. AP는 ACK1, ACK2 메시지를 단말과 PB에 모두 전송해야 한다. 그러므로 단말의 주소와 PB의 주소가 ACK1, ACK2 메시지에 모두 포함되어 있어야 한다. 또한, AP는 ACK2 메시지에 가장 높은 에너지 수준을 갖는 단말의 주소를 포함시켜 해당 단말을 그룹의 단말과 PB에 알린다. AP는 다음 경쟁이 수행될 그룹 ID를 ACK2에 포함시켜 다음 경쟁구간의 시작을 알릴 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트에서 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

단계 S101에서, 액세스 포인트는 에너지 하베스팅 시스템에 속하는 각 그룹 기반으로 제한된 액세스 윈도우(RAW)의 개수를 결정한다.

단계 S102에서, 액세스 포인트는 비콘 프레임을 네트워크에 있는 에너지 하베스팅 시스템에 속하는 각 그룹의 단말 및 전력 비콘에 송신한다.

단계 S103에서, 액세스 포인트는 다음 RAW 구간을 시작한다.

단계 S104에서, 액세스 포인트는 시작되는 RAW 구간에 대응되는 그룹의 단말로부터 PS-Poll 프레임을 수신한다.

단계 S105에서, 액세스 포인트는 수신된 PS-Poll 프레임 수가 단말의 개수와 일치하는지를 확인한다.

단계 S106에서, 액세스 포인트는 수신된 PS-Poll 프레임 수가 단말의 개수와 일치하지 않으면, ACK1 프레임을 전송한다.

단계 S107에서, 액세스 포인트는 수신된 PS-Poll 프레임 수가 단말의 개수와 일치하면, 그룹 내의 단말 중에서 데이터 전송 단말과 에너지 수신 단말을 선택한다.

단계 S108에서, 액세스 포인트는 ACK2 메시지를 전송하고, 해당 그룹에 대한 RAW 구간을 종료한다.

단계 S109에서, 액세스 포인트는 모든 RAW 구간이 종료되는지를 확인한다.

단계 S110에서, 액세스 포인트는 모든 RAW 구간이 종료되면, AP 스케줄링 프레임을 그룹 내의 PB와 단말에 전송한다. 액세스 포인트는 모든 RAW 구간이 종료되지 않으면, 다음 RAW 구간을 시작하는 단계 S103을 수행한다.

단계 S111에서, 액세스 포인트는 스케줄링 결과에 포함된 그룹 순서에 따라 단계 S107에서 선택된 데이터 전송 단말로부터 데이터를 수신한다.

단계 S112에서, 액세스 포인트는 모든 데이터가 수신되는지를 확인한다. 액세스 포인트는 모든 데이터가 수신될 때까지 단계 S111을 수행하고, 모든 데이터가 수신되면 단계 S101부터 다시 수행한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘에서 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

단계 S201에서, 전력 비콘은 액세스 포인트에서 수행된 스케줄링 결과에 따라 그룹별 에너지 수신 단말의 위치 및 순서를 액세스 포인트로부터 수신한다.

단계 S202에서, 전력 비콘은 액세스 포인트로부터 AP 스케줄링 프레임을 수신한다.

단계 S203에서, 전력 비콘은 그룹 내 단말의 데이터 전송이 수행되는지를 확인한다.

단계 S204에서, 전력 비콘은 그룹 내 단말의 데이터 전송이 수행되면, 데이터 전송이 완료될 때까지 대기한다.

단계 S205에서, 전력 비콘은 그룹 내 단말의 데이터 전송이 완료되는지를 확인한다. 전력 비콘은 그룹 내 단말의 데이터 전송이 완료되면, 단계 S201부터 다시 수행한다.

한편, 단계 S206에서, 전력 비콘은 그룹 내 단말의 데이터 전송이 수행되지 않으면, 에너지 수신 단말에 에너지를 전송한다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말에서 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 10 내지 도 12에서 각 도면의 연결관계는 ①, ②, ③, ④ 및 ⑤로 표시되고, 각 숫자별로 서로 연결되는 흐름을 나타낸다.

단계 S301에서, 단말은 액세스 포인트로부터 비콘 프레임을 수신한다.

단계 S302에서, 단말은 수신된 비콘 프레임을 통해 다음 RAW 구간이 시작되는지를 확인한다.

단계 S303에서, 단말은 자신이 속한 해당 그룹의 RAW 구간인지를 확인한다.

단계 S304에서, 단말은 해당 그룹의 RAW 구간이면, 그룹 내의 채널을 센싱한다.

단계 S305에서, 단말은 채널이 비지(busy)인지 즉, 다른 단말이 채널을 점유하고 있는지를 확인한다.

단계 S306에서, 단말은 채널이 비지(busy)가 아니면 분산조정함수 프레임 간 간격(DIFS)을 대기한다. 단말은 채널이 비지(busy)이면 단계 S304를 수행한다.

단계 S307에서, 단말은 채널이 비지(busy)인지를 확인한다.

단계 S308에서, 단말은 채널이 비지(busy)가 아니면 랜덤 백오프를 설정한다. 단말은 채널이 비지(busy)이면 단계 S304를 수행한다.

단계 S309에서, 단말은 RAW 구간이 종료인지를 확인한다.

단계 S310에서, 단말은 RAW 구간이 종료가 아니면 백오프가 0인지를 확인한다.

단계 S311에서, 단말은 백오프가 0이 아니면 채널이 아이들(idle) 상태인지를 확인한다.

단계 S312에서, 단말은 채널이 아이들(idle) 상태가 아니면 백오프를 유지한다.

단계 S313에서, 단말은 채널이 아이들(idle) 상태이면 백오프를 감소시키고 단계 S309를 수행한다.

이후, 단계 S310을 수행하여 단말의 백오프가 0이 되면 도 11 의 S317을 수행한다.

한편, 단계 S314에서, 단말은 RAW 구간이 종료이면, 모든 RAW 구간이 종료인지를 확인한다. 단말은 모든 RAW 구간이 종료가 아니면 단계 S302를 수행한다. 단말은 모든 RAW 구간이 종료이면 도 12의 단계 S326을 수행한다.

단계 S315에서, 단말은 해당 그룹의 RAW 구간이 아니면, 슬립 모드로 동작한다.

단계 S316에서, 단말은 모든 RAW 구간이 종료인지를 확인한다. 단말은 모든 RAW 구간이 종료가 아니면 단계 S302를 수행한다. 단말은 모든 RAW 구간이 종료이면 도 12의 단계 S326을 수행한다.

이하, 도 12를 참조하여 이어서 설명하기로 한다.

단계 S317에서, 단말은 액세스 포인트에 PS 폴 프레임(PS-Poll frame)을 전송한다.

단계 S318에서, 단말은 액세스 포인트로부터 ACK2 프레임을 수신하는지를 확인한다.

단계 S319에서, 단말은 액세스 포인트로부터 ACK2 프레임을 수신하지 않으면, ACK1 프레임을 수신하는지를 확인한다.

단계 S320에서, 단말은 ACK1 프레임을 수신하지 않으면, 백오프 스테이지를 증가시키고 도 10의 단계 S304를 수행한다.

단계 S321에서, 단말은 RAW 구간이 종료인지를 확인한다.

단계 S322에서, 단말은 RAW 구간이 종료가 아니면, RAW 구간이 종료될 때까지 슬립 모드로 동작하고 S321을 수행한다.

단계 S323에서, 단말은 RAW 구간이 종료이면, 각 단말에 대해 데이터 전송 여부를 확인한다.

단계 S324에서, 단말은 데이터 전송이 맞으면, 해당 단말을 데이터 전송 단말로 설정하고, 도 10의 단계 S316을 수행한다.

단계 S325에서, 단말은 데이터 전송이 아니면 에너지 수신 단말로 설정하고, 도 10의 단계 S316을 수행한다.

이하, 도 13을 참조하여 이어서 설명하기로 한다.

단계 S326에서, 단말은 AP로 PS 폴 프레임의 전송 여부를 확인한다.

단계 S327에서, PS 폴 프레임을 전송한 단말은 AP로부터 AP 스케줄링 프레임을 수신한다.

단계 S328에서, 단말은 AP 스케줄링 프레임을 수신하면, 해당 그룹의 데이터 전송 구간인지를 확인한다.

단계 S329에서, 단말은 해당 그룹의 데이터 전송 구간이면, 데이터 전송 단말인지를 확인한다.

단계 S330에서, 단말은 데이터 전송 단말이면, 데이터 전송을 수행한다. 단말은 데이터 전송 단말이 아니면, 단계 S328을 수행한다.

단계 S331에서, 단말은 데이터 전송 이후에 슬립 모드로 동작한다.

단계 S332에서, 단말은 다음 비콘 프레임이 전송될 때까지 대기하고, 도 10의 단계 S301를 수행한다.

한편, 단계 S333에서, 단말은 해당 그룹의 데이터 전송 구간이 아니면, 에너지 수신 여부를 확인한다.

단계 S334에서, 단말은 에너지 수신이면 즉, 자신이 에너지 수신 단말이면, 에너지를 수신한다. 단말은 에너지 수신이 완료된 후 단계 S331를 수행한다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 단말의 수 변화에 따른 데이터 처리율 성능을 설명하기 위한 도면이다.

종래의 방식은 그룹이 하나인 경우로 하나의 AP와 하나의 PB로 구성되어 있는 M2M 네트워크를 고려하였다. 종래 방식에서는 데이터 전송과 에너지 전송 사이에 간섭으로 인해 동시에 에너지/데이터 전송이 불가능하다.

도 13은 단말의 수 변화에 따른 데이터 처리율 성능을 나타낸 그래프이다. 단말의 수가 증가할수록 충돌이 발생하는 확률이 증가하기 때문에, 데이터 처리율이 감소된다. 하지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 종래 방식에 비해 충돌이 발생할 확률이 낮기 때문에, 종래 방식에 비해 높은 처리율을 보인다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크에서 그룹의 수가 많아지면 충돌이 발생할 확률은 줄어들지만, 에너지를 수확할 기회가 또한 줄어들 수 있다. 에너지 전송 기회는 그룹이 2개일 때 1/2, 3개일 때 2/3, 4개일 때 3/4로 증가한다. 단말의 수가 적을 때는 에너지 전송 기회가 충돌 확률보다 성능에 더 많은 영향을 주기 때문에, 그룹의 수가 적을수록 데이터 처리율이 높다. 하지만, 단말의 수가 증가하게 되면 적은 그룹을 갖는 네트워크에서 충돌 확률이 높아지기 때문에 지연시간이 증가하여 처리율이 급격하게 감소하게 된다. 따라서 그룹의 수가 적을수록 단말이 데이터를 전송하는 기회가 증가하지만, 단말의 수가 많아질수록 충돌 확률이 증가하는 단점이 존재한다. 따라서 다수의 단말로 구성된 M2M 네트워크에서는 많은 그룹으로 나누는 것이 필요하다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 단말 수와 그룹 수의 변화에 따른 초당 수신된 에너지를 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 단말 수와 그룹 수의 변화에 따른 초당 수신 된 에너지를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서는 그룹의 수가 많을수록 데이터를 전송하는 구간이 많아진다. 그러므로 단말이 더 많은 에너지를 수확할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예는 다수의 M2M 네트워크에서 단말을 그룹으로 나누어 통신을 수행함으로써, 데이터 처리율을 높여 다수의 단말이 채널에 접근하는 시나리오에 활용될 수 있다. 그룹의 수가 많을수록 빔 형성 기법을 활용한 RF 에너지 수확 효율이 향상하기 때문에, 영구적인 네트워크 유지가 필요한 시나리오에 활용될 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템을 시뮬레이션하기 위해 사용되는 시뮬레이션 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.

네트워크에서 그룹의 수는 1개에서 최대 6개로 설정하였다. 시뮬레이션에 활용된 시뮬레이션 파라미터는 도 15에 도시된 표 1에 나타나있다.

본 발명의 일 실시 예에 사용된 파라미터를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 최소 경쟁 윈도우(CWmin)는 31, 최대 경쟁 윈도우(CWmax)는 255, 패킷 페이로드(Packet Payload)는 8148 bits, MAC 헤더(MAC Header)는 272 bits, PHY 헤더(PHY Header)는 128 bits, PS 폴 프레임 크기(PS-Poll Frame Size)는 288 bits, ACK 프레임 크기(ACK Frame Size)는 240 bits, 슬롯 지속시간(Slot Duration)은 28μs, 전파 지연(Propagation Delay)은 1 μs, SIFS는 28 μs, DIFS는 128 μs, ACK 타임아웃(ACK Timeout)은 300 μs, 채널 레이트(Channel Rate)는 1 Mbps, 비콘 메시지 크기(Beacon Message Size)는 200 bits, AP 스케줄링 프레임 크기(AP Scheduling Frame Size)는 200 bits, 배터리 용량(Battery Capacity)은 1 J, 송신기 전력(TX Power)은 100 mW, 수신기 전력(RX Power)은 60 mW, 빔 포밍 전력(Beamforming power)은 500mW로 설정될 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트(10)는 프로세서(11), 메모리(12), 및 송수신부(13)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 액세스 포인트(10)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 액세스 포인트(10)가 구현될 수 있다.

이하, 도 16의 액세스 포인트(10)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.

메모리(12)는 데이터를 저장한다. 메모리(12)는 액세스 포인트(10)에서 송수신되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(12)는 액세스 포인트(10)에서 생성되거나 처리되는 데이터를 저장할 수 있다.

송수신부(13)는 무선 신호를 송수신한다. 송수신부(13)는 각 그룹과 통신하되, 그룹 내의 PB 또는 단말과 통신할 수 있다.

프로세서(11)는 메모리(12) 및 송수신부(13)와 연결된다.

프로세서(11)는 송수신부(13)를 통해 적어도 하나의 단말로 이루어진 각 그룹에 액세스 구간을 할당하고, 송수신부(13)를 통해 할당된 액세스 구간과 대응되는 그룹의 단말로부터 에너지 상태를 수신하고, 수신된 에너지 상태를 기반으로 각 그룹의 단말을 데이터 전송 단말 또는 에너지 수신 단말로 스케줄링한다.

프로세서(11)는, 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 송수신부(13)를 통해 어느 한 그룹의 데이터 전송 단말로부터 데이터를 수신할 수 있다.

프로세서(11)는, 수신된 에너지 상태를 기반으로 에너지가 최고인 단말을 데이터 전송 단말로 스케줄링할 수 있다.

프로세서(11)는, 송수신부(13)를 통해 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 각 그룹의 단말들의 스케줄링 순서를 송신할 수 있다.

프로세서(11)는, 스케줄링 프레임의 데이터 송신 순서 필드에 그룹 식별자를 포함시켜 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 데이터 송신 순서를 알릴 수 있다.

여기서, 액세스 포인트에 의해 브로드캐스트되는 비콘 프레임의 평균 주기는 상기 액세스 구간의 길이와 상기 송수신 구간의 길이의 합일 수 있다.

프로세서(11)는, 각 그룹의 단말의 주소와 각 그룹의 전력 비콘의 주소를 확인 응답 메시지에 포함시켜 각 그룹의 단말에 송신할 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘(20)은 프로세서(21), 메모리(22), 및 송수신부(23)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 전력 비콘(20)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 전력 비콘(20)이 구현될 수 있다.

이하, 도 17의 전력 비콘(20)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.

메모리(22)는 데이터를 저장한다. 메모리(22)는 전력 비콘(20)에서 송수신되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(22)는 전력 비콘(20)에서 생성되거나 처리되는 데이터를 저장할 수 있다.

송수신부(23)는 무선 신호를 송수신한다. 송수신부(23)는 액세스 포인트(10)와 무선 신호를 송수신하거나, 그룹 내의 단말에 무선 신호를 통해 에너지를 전송할 수 있다.

프로세서(21)는 메모리(22) 및 송수신부(23)와 연결된다.

프로세서(21)는 송수신부(23)를 통해 액세스 포인트(10)로부터 그룹 내의 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하고, 액세스 포인트(10)에 의해 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 송수신부(23)를 통해 스케줄링 결과에 따라 결정된 에너지 수신 단말에 에너지를 송신한다.

프로세서(21)는, 전력 비콘(20)이 위치한 그룹 내 데이터 송신 단말의 데이터 전송 중에 에너지 송신을 대기할 수 있다.

프로세서(21)는, 송수신부(23)를 통해 에너지 수신 단말의 위치를 기반으로 하는 빔포밍을 이용하여 에너지 수신 단말에 에너지를 송신할 수 있다.

도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말(30)은 프로세서(31), 메모리(32), 및 송수신부(33)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 단말(30)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 단말(30)이 구현될 수 있다.

이하, 도 18의 단말(30)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.

메모리(32)는 데이터를 저장한다. 메모리(32)는 단말(30)에서 송수신되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(32)는 단말(30)에서 생성되거나 처리되는 데이터를 저장할 수 있다.

송수신부(33)는 무선 신호를 송수신한다. 송수신부(33)는 액세스 포인트(10) 또는 전력 비콘(20)과 무선 신호를 송수신하거나, 그룹 내의 다른 단말과 무선 신호를 송수신할 수 있다.

프로세서(31)는 메모리(32) 및 송수신부(33)와 연결된다.

프로세서(31)는, 송수신부(33)를 통해 액세스 구간에서 액세스 포인트(10)에 단말의 에너지 상태를 전송하고, 액세스 포인트(10)로부터 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하고, 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 스케줄링 결과에 따라 액세스 포인트(10)에 데이터를 송신하거나 그룹의 전력 비콘(20)으로부터 에너지를 수신한다.

프로세서(31)는, 할당된 액세스 구간에서 그룹의 단말 간의 경쟁을 통해 에너지 상태를 해당 그룹 내의 전력 비콘(20)과 상기 액세스 포인트(10)에 전송할 수 있다.

프로세서(31)는, 할당된 액세스 구간에 대응되는 각 그룹의 단말 간의 경쟁에서 채널 접속에 실패하면, 다음 비콘 프레임이 수신될 때까지 슬립 모드로 전환될 수 있다.

여기서, 각 그룹의 단말 간의 경쟁에서 성공한 단말의 수는 전체 그룹의 수 이하로 제한될 수 있다.

프로세서(31)는, 다른 그룹의 단말 간의 경쟁이 수행되는 동안, 슬립 모드로 전환할 수 있다.

송수신 구간에서는 데이터 전송 단말이 전송하는 데이터 전송 시간과 에너지 수신 단말이 수신하는 에너지 수신 시간이 동일하게 설정될 수 있다.

프로세서(31)는, 송수신 구간에서 데이터 전송 단말로 결정되면, 데이터 송신 순서 필드에 지시된 그룹 식별자 순서에 따라 상기 액세스 포인트에 데이터를 전송할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서, 적어도 하나의 단말로 이루어진 각 그룹에 액세스 구간을 할당하는 단계, 상기 할당된 액세스 구간과 대응되는 그룹의 단말로부터 에너지 상태를 수신하는 단계, 및 상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 각 그룹의 단말을 데이터 전송 단말 또는 에너지 수신 단말로 스케줄링하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서, 액세스 포인트로부터 그룹 내의 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하는 단계, 및 상기 액세스 포인트에 의해 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 결정된 에너지 수신 단말에 에너지를 송신하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서의 단말에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서, 액세스 구간에서 상기 액세스 포인트에 단말의 에너지 상태를 전송하는 단계, 상기 액세스 포인트로부터 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하는 단계, 및 상기 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 그룹의 전력 비콘으로부터 에너지를 수신하거나 상기 액세스 포인트에 데이터를 송신하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.

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 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.

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, 10: 액세스 포인트
20: 전력 비콘
30: 단말
11, 21, 31: 프로세서
12, 22, 32: 메모리
13, 23, 33: 송수신부

Claims

에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법으로서,
적어도 하나의 단말로 이루어진 각 그룹에 액세스 구간을 할당하는 단계;
상기 할당된 액세스 구간과 대응되는 그룹의 단말로부터 에너지 상태를 수신하는 단계; 및
상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 각 그룹의 단말을 데이터 전송 단말 또는 에너지 수신 단말로 스케줄링하는 단계를 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제1항에 있어서,
상기 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 어느 한 그룹의 데이터 전송 단말로부터 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제1항에 있어서,
상기 스케줄링하는 단계는,
상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 에너지가 최고인 단말을 데이터 전송 단말로 스케줄링하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제1항에 있어서,
각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 각 그룹의 단말들의 스케줄링 순서를 송신하는 단계를 더 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제4항에 있어서,
상기 스케줄링 순서를 송신하는 단계는,
스케줄링 프레임의 데이터 송신 순서 필드에 그룹 식별자를 포함시켜 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 데이터 송신 순서를 알리는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제1항에 있어서,
상기 액세스 포인트에 의해 브로드캐스트되는 비콘 프레임의 평균 주기는 액세스 구간의 길이와 송수신 구간의 길이의 합인 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제1항에 있어서,
각 그룹의 단말의 주소와 각 그룹의 전력 비콘의 주소를 확인 응답 메시지에 포함시켜 각 그룹의 단말에 송신하는 단계를 더 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법으로서,
액세스 포인트로부터 그룹 내의 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하는 단계; 및
상기 액세스 포인트에 의해 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 결정된 에너지 수신 단말에 에너지를 송신하는 단계를 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제8항에 있어서,
상기 전력 비콘이 위치한 그룹 내 데이터 송신 단말의 데이터 전송 중에 에너지 송신을 대기하는 단계를 더 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제8항에 있어서,
상기 에너지를 송신하는 단계는,
에너지 수신 단말의 위치를 기반으로 하는 빔포밍을 이용하여 에너지 수신 단말에 에너지를 송신하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
에너지 하베스팅 시스템에서의 단말에 의해 수행되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법으로서,
액세스 구간에서 액세스 포인트에 단말의 에너지 상태를 전송하는 단계;
상기 액세스 포인트로부터 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하는 단계; 및
상기 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 그룹의 전력 비콘으로부터 에너지를 수신하거나 상기 액세스 포인트에 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제11항에 있어서,
상기 에너지 상태를 전송하는 단계는,
상기 액세스 구간에서 그룹의 단말 간의 경쟁을 통해 에너지 상태 및 해당 그룹 내의 전력 비콘의 비콘 정보를 상기 액세스 포인트에 전송하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제11항에 있어서,
상기 액세스 구간에 대응되는 각 그룹의 단말들 간의 경쟁에서 채널 접속에 실패하면, 다음 비콘 프레임이 수신될 때까지 슬립 모드로 전환되는 단계를 더 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제11항에 있어서,
각 그룹의 단말들 간의 경쟁에서 성공한 단말의 수는 전체 그룹의 수 이하로 제한되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제11항에 있어서,
다른 그룹의 단말 간의 경쟁이 수행되는 동안, 슬립 모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제11항에 있어서,
상기 송수신 구간에서는 데이터 전송 단말이 전송하는 데이터 전송 시간과 에너지 수신 단말이 수신하는 에너지 수신 시간이 동일하게 설정되는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
제11항에 있어서,
상기 데이터를 송신하는 단계는,
상기 송수신 구간에서 데이터 전송 단말로 결정되면, 데이터 송신 순서 필드에 지시된 그룹 식별자 순서에 따라 상기 액세스 포인트에 데이터를 전송하는 그룹 기반의 에너지 하베스팅 방법.
에너지 하베스팅 시스템에서의 액세스 포인트로서,
데이터를 저장하는 메모리;
무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및
상기 메모리 및 상기 송수신부와 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 적어도 하나의 단말로 이루어진 각 그룹에 액세스 구간을 할당하고,
상기 할당된 액세스 구간과 대응되는 그룹의 단말로부터 에너지 상태를 수신하고,
상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 각 그룹의 단말을 데이터 전송 단말 또는 에너지 수신 단말로 스케줄링하는 액세스 포인트.
제18항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 송수신부를 통해 어느 한 그룹의 데이터 전송 단말로부터 데이터를 수신하는 액세스 포인트.
제18항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 수신된 에너지 상태를 기반으로 에너지가 최고인 단말을 데이터 전송 단말로 스케줄링하는 액세스 포인트.
제18항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 송수신부를 통해 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 각 그룹의 단말들의 스케줄링 순서를 송신하는 액세스 포인트.
제21항에 있어서,
상기 프로세서는,
스케줄링 프레임의 데이터 송신 순서 필드에 그룹 식별자를 포함시켜 각 그룹의 단말들 및 전력 비콘에 데이터 송신 순서를 알리는 액세스 포인트.
제18항에 있어서,
상기 액세스 포인트에 의해 브로드캐스트되는 비콘 프레임의 평균 주기는 액세스 구간의 길이와 송수신 구간의 길이의 합인 액세스 포인트.
제18항에 있어서,
상기 프로세서는,
각 그룹의 단말의 주소와 각 그룹의 전력 비콘의 주소를 확인 응답 메시지에 포함시켜 각 그룹의 단말에 송신하는 액세스 포인트.
에너지 하베스팅 시스템에서의 전력 비콘으로서,
데이터를 저장하는 메모리;
무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및
상기 메모리 및 상기 송수신부와 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 액세스 포인트로부터 그룹 내의 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하고,
상기 액세스 포인트에 의해 할당된 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 결정된 에너지 수신 단말에 에너지를 송신하는 전력 비콘.
제25항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 전력 비콘이 위치한 그룹 내 데이터 송신 단말의 데이터 전송 중에 에너지 송신을 대기하는 전력 비콘.
제25항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 송수신부를 통해 에너지 수신 단말의 위치를 기반으로 하는 빔포밍을 이용하여 에너지 수신 단말에 에너지를 송신하는 전력 비콘.
에너지 하베스팅 시스템에서의 단말로서,
데이터를 저장하는 메모리;
무선 신호를 송수신하는 송수신부; 및
상기 메모리 및 상기 송수신부와 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 액세스 구간에서 액세스 포인트에 단말의 에너지 상태를 전송하고,
상기 액세스 포인트로부터 단말에 대한 스케줄링 결과를 수신하고,
상기 액세스 구간 이후의 송수신 구간에서, 상기 스케줄링 결과에 따라 상기 액세스 포인트에 데이터를 송신하거나 그룹의 전력 비콘으로부터 에너지를 수신하는 단말.
제28항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 액세스 구간에서 그룹의 단말 간의 경쟁을 통해 에너지 상태 및 해당 그룹 내의 전력 비콘의 비콘 정보를 상기 액세스 포인트에 전송하는 단말.
제28항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 액세스 구간에 대응되는 각 그룹의 단말 간의 경쟁에서 채널 접속에 실패하면, 다음 비콘 프레임이 수신될 때까지 슬립 모드로 전환되는 단말.
제29항에 있어서,
각 그룹의 단말 간의 경쟁에서 성공한 단말의 수는 전체 그룹의 수 이하로 제한되는 단말.
제29항에 있어서,
상기 프로세서는,
다른 그룹의 단말 간의 경쟁이 수행되는 동안, 슬립 모드로 전환하는 단말.
제29항에 있어서,
상기 송수신 구간에서는 데이터 전송 단말이 전송하는 데이터 전송 시간과 에너지 수신 단말이 수신하는 에너지 수신 시간이 동일하게 설정되는 단말.
제29항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 송수신 구간에서 데이터 전송 단말로 결정되면, 데이터 송신 순서 필드에 지시된 그룹 식별자 순서에 따라 상기 액세스 포인트에 데이터를 전송하는 단말.