KR20210007781A

KR20210007781A - 무선 통신 시스템에서 UWB(Ultra Wide Band)를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스 및 전자 디바이스의 동작 방법

Info

Publication number: KR20210007781A
Application number: KR1020190095182A
Authority: KR
Inventors: 정성아; 윤강진; 전해영; 한세희
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2021-01-20

Abstract

본 개시는 UWB를 이용하여 레인징을 수행함에 있어서, 부당한 사용자에 의한 공격을 방지함으로써 부당한 사용자의 접근을 막을 수 있는 안전한 레인징 방법에 관한 것이다. 또한, 레인징의 정확도를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 동작 방법은, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는 단계; 상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하는 단계; 및 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 UWB(Ultra Wide Band)를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스 및 전자 디바이스의 동작 방법 {ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR PERFORMING RANGING THROUGH UWB IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 개시는 무선 통신 시스템에서 UWB(Ultra Wide Band)를 이용하여 안전하고 정확하게 레인징을 수행하는 전자 디바이스 및 전자 디바이스의 동작 방법에 관한 것이다.

인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT (Internet of Things, 사물 인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터 (Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE(Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서는, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구된다. 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신 (Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication) 등의 기술이 연구되고 있다.

IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는, 기존의 IT(information technology) 기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여, 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

무선 통신 시스템의 발전에 따라 다양한 서비스를 제공할 수 있게 됨으로써, 이러한 서비스들을 효과적으로 제공하기 위한 방안이 요구되고 있다. 예를 들어, 매체 접근 제어(medium access control, MAC)에 있어서, UWB(Ultra Wide Band)를 이용하여 전자 디바이스들 간의 거리를 측정하는 레인징(ranging) 기술이 사용될 수 있다. UWB는, 무선 반송파를 사용하지 않고 기저 대역에서 수 GHz이상의 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 기술이다.

UWB를 이용하여 레인징을 수행함에 있어서, 부당한 사용자에 의한 공격을 방지함으로써 부당한 사용자의 접근을 막을 수 있는 안전한 레인징 방법이 요구된다. 또한, 레인징의 정확도를 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 동작 방법은, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는 단계; 상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하는 단계; 및 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스는, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는, 통신부; 및 상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하고, 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행하는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 동작 방법을 수행하도록 하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서, 상기 방법은, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는 단계; 상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하는 단계; 및 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 동작 방법은, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는 단계; 상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하는 단계; 및 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스는, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는, 통신부; 및 상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하고, 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 결정하는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 동작 방법을 수행하도록 하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서, 상기 방법은, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는 단계; 상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하는 단계; 및 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 레인징 값들에 대한 무결성 검사를 수행함으로써, 레인징의 보안 레벨을 향상 시킬 수 있고, 결과적으로 UWB 서비스의 보안 레벨을 향상 시킬 수 있다. 또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 레인징 값들을 이용하여 레인징 값의 교정(calibration)을 수행함으로써, 레인징의 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 D2D(Device-to-Device) 통신 절차를 설명하는 도면이다.
도 2는 복수의 전자 디바이스들의 통신 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 UWB(ultra wideband) PHY 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 HRP-ERDEV(High Rate Pulse Repetition Frequency-Enhanced Ranging Device)의 PPDU(Physical layer Protocol Data Unit)의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 STS(Scrambled timestamp sequence)를 이용하여 프레임이 수신된 시점을 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 전자 디바이스들의 단면 양방향(single-sided two-way, SS-TWR) 레인징 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 전자 디바이스들의 양면 양방향(double-sided two-way, DS-TWR) 레인징 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 릴레이 공격(relay attack)에 의해 공격자(attacker)가 전자 디바이스에 대한 접근 권한을 획득하는 시나리오를 도시한다.
도 9a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 UWB를 통해 레인징을 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 9b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 UWB를 통해 레인징을 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 10a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 STS 및 프리앰블을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.
도 10b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 STS 및 프리앰블을 이용하여 레인징 교정을 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 DS-TWR 방식을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 DS-TWR 방식을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 DS-TWR 방식을 이용하여 레인징을 수행함에 있어서, 공격자에 의해 공격받을 수 있는 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 13c는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 공격에 보다 안전하도록 응용된 DS-TWR 방식을 이용하여 레인징을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 DS-TWR 방식을 이용하여 레인징 교정을 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.
도 15는 HRP(High Rate Pulse) UWB의 PHY(Physical layer)에서 정의된 STS 세그먼트를 설명하기 위한 도면이다.
도 16a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 복수의 STS 세그먼트들을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.
도 16b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 복수의 STS 세그먼트들을 이용하여 레인징 교정을 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.
도 16c는 레인징 교정을 위한 클러스터링(clustering)을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 복수의 전자 디바이스들이 레인징 파라미터를 변경하는 과정을 도시한 도면이다.
도 18a 및 18b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스의 블록도를 도시한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 개시에서 사용되는 용어는, 본 개시에서 언급되는 기능을 고려하여 현재 사용되는 일반적인 용어로 기재되었으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 다양한 다른 용어를 의미할 수 있다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 용어의 명칭만으로 해석되어서는 안되며, 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 이 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다.

또한, 본 개시에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것이며, 본 개시를 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수를 뜻하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 “상기” 및 이와 유사한 지시어는 단수 및 복수 모두를 지시하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 방법을 설명하는 단계들의 순서를 명백하게 지정하는 기재가 없다면, 기재된 단계들은 적당한 순서로 행해 질 수 있다. 기재된 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일 실시 예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시 예를 가리키는 것은 아니다.

본 개시의 일 실시 예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어 질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.

또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어 질 수 있다.

일반적으로 무선 센서 네트워크 기술은 인식 거리에 따라 크게 무선랜(WLAN; Wireless Local Area Network; WLAN) 기술과 무선 사설망(Wireless Personal Area Network; WPAN) 기술로 구분된다. 이 때 무선랜은 IEEE 802.11에 기반한 기술로서, 반경 100m 내외에서 기간망(backbone network)에 접속할 수 있는 기술이다. 그리고 무선 사설망은 IEEE 802.15에 기반한 기술로서, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 초광대역 통신(ultra wide band, UWB) 등이 있다. 이러한 무선 센서 네트워크 기술이 구현되는 무선 센서 네트워크는 다수 개의 통신 전자 장치들로 이루어질 수 있다. 이 때 다수 개의 통신 전자 장치들은 단일 채널(channel)을 이용하여 액티브 구간(ACTIVE period)에서 통신을 수행한다. 즉 통신 전자 장치들은 액티브 구간에서, 패킷을 수집할 수 있고, 수집된 패킷을 전송할 수 있다.

UWB는 기저 대역 상태에서 수 GHz 이상의 넓은 주파수 대역, 낮은 스펙트럼 밀도 및 짧은 펄스 폭(1~4 nsec)을 이용하는 단거리 고속 무선 통신 기술을 의미할 수 있다. UWB는 UWB 통신이 적용되는 대역 자체를 의미할 수도 있다. 이하에서는 전자 디바이스들의 통신 방법을 UWB를 기초로 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과하고 실제로는 다양한 무선 통신 기술들에 적용될 수 있다.

본 개시의 실시 예들에 따른 전자 디바이스에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 이동 단말기, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털 방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿PC(tablet PC), 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 냉장고, 프로젝터, 자동차, 스마트 카, 프린터 등이 포함될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 D2D(Device-to-Device) 통신 절차를 설명하는 도면이다.

D2D 통신이란 기지국과 같은 인프라를 거치지 않고 지리적으로 근접한 전자 디바이스들이 직접적으로 통신하는 방식을 말한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스들은 1:1, 1:다(多), 다(多):다(多)로 통신할 수 있다. D2D 통신은 와이파이 다이렉트(Wi-Fi Direct), 블루투스(bluetooth)와 같이 비면허 주파수 대역을 사용할 수 있다. 또는, D2D 통신은 면허 주파수 대역을 활용하여 셀룰러 시스템의 주파수 이용 효율을 향상시킬 수도 있다. D2D 통신은 사물과 사물 간의 통신이나 사물 지능 통신을 지칭하는 용어로 제한적으로 사용되기도 하지만, 본 개시에서의 D2D 통신은 통신 기능이 장착된 단순한 전자 디바이스는 물론, 스마트 폰이나 개인용 컴퓨터와 같이 통신 기능을 갖춘 다양한 형태의 전자 디바이스들 간의 통신을 모두 포함할 수 있다.

도 2는 복수의 전자 디바이스들의 통신 과정을 도시한 도면이다.

제1 전자 디바이스(210)와 제2 전자 디바이스(220)는, 장치 탐색 과정(230), 링크 생성 과정(240) 및 데이터 통신 과정(250)을 통해, 통신을 서로 수행할 수 있다.

장치 탐색 과정(230)에서, 제1 전자 디바이스(210)와 제2 전자 디바이스(220) 각각은, 자신의 주변에 있는 전자 디바이스들 중 D2D 통신이 가능한 다른 전자 디바이스들을 탐색할 수 있다. 이를 통해, 제1 전자 디바이스(210)와 제2 전자 디바이스(220) 각각은 D2D 통신을 하기 위한 링크 생성 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 디바이스(210)는 제2 전자 디바이스(220)가 제1 전자 디바이스(210)를 탐색할 수 있도록 탐색 신호를 송신할 수 있다. 또한, 제1 전자 디바이스(210)는 제2 전자 디바이스(220)가 송신하는 탐색 신호를 수신하여 D2D 통신이 가능한 다른 전자 디바이스들이 D2D 통신 범위 내에 있음을 확인할 수 있다.

링크 생성 과정(240)에서, 제1 전자 디바이스(210)와 제2 전자 디바이스(220) 각각은 장치 탐색 과정(230)에서 발견한 전자 디바이스들 중 데이터를 전송하고자 하는 전자 디바이스와 데이터 전송을 위한 링크를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 디바이스(210)는 장치 탐색 과정(230)에서 발견된 제2 전자 디바이스(220)와 데이터 전송을 위한 링크를 생성할 수 있다.

데이터 통신 과정(250)에서, 제1 전자 디바이스(210)와 제2 전자 디바이스(220) 각각은 링크 생성 과정(240)에서 링크를 생성한 장치들과 데이터를 서로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 디바이스(210)는 링크 생성 과정(240)에서 생성된 링크를 통해 제2 전자 디바이스(220)와 데이터를 서로 송수신할 수 있다. 이하에서, 제1 전자 디바이스(210)는 개시자(initiator)로, 제2 전자 디바이스(220)는 응답자(responder)로 지칭될 수 있다.

도 3은 UWB PHY(Physical layer) 프레임 구조를 도시한 도면이다.

UWB PHY 프레임(300)은 SHR Preamble(310), PHY Header(PHR, 320) 및 데이터 필드(Data field)(330)를 포함할 수 있다.

SHR 프리앰블(Synchronization header preamble, 310)은, AGC(Automatic Gain Control), 신호 획득, 주파수 옵셋(offset) 추정, 패킷 동기 및 채널 추정 등을 위해 사용될 수 있으며, 특히 레인징(ranging)을 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, SHR 프리앰블(310)은, AGC 설정(Automatic Gain Control setting, AGC setting), 안테나 다이버시티 선택(antenna diversity selection), 타이밍 획득(timing acquisition), 주파수 복구(frequency recovery), 패킷 및 프레임 동기화(packet and frame synchronization), 채널 측정(channel estimation) 및 레인징(ranging)을 위한 리딩-엣지 신호 추적(leading-edge signal tracking)과 관련된 수신부 알고리즘을 위해, PHR(320) 이전에 추가될 수 있다. SHR 프리앰블(310)은 프리앰블 코드(Preamble code)라고 지칭될 수 있다.

PHR(320)은 PPDU(PHY protocol data unit)의 내용과 PPDU를 전송하는 데 사용된 프로토콜에 대한 정보를 포함할 수 있다.

데이터 필드(330)는 송수신되는 데이터를 포함할 수 있다.

UWB 통신에서는 송신부와 수신부 간에 동기를 획득하기 위하여, 프레임의 앞부분에 SHR 프리앰블이 전송될 수 있다. SHR 프리앰블은 송신부와 수신부 간에 약속된 신호일 수 있다. 무선 통신 시스템에서 프레임의 시작점을 통해 송신부와 수신부가 빠르게 동기화될 수 있도록, SHR 프리앰블이 결정될 수 있다. 도 3에 UWB PHY 프레임 구조가 도시되었으나, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 UWB PHY 프레임 구조는 도 3에 도시된 내용에 한정되지 않는다.

본 개시의 다양한 실시 예들은 매체 접근 제어(medium access control, MAC)에 관한 것으로서, UWB에서의 매체 접근 제어를 위해서는 전자 디바이스들 간의 거리가 측정될 필요가 있다. 이때, 전자 디바이스들 간의 거리를 측정하기 위하여 레인징(ranging) 기술이 사용될 수 있다.

UWB를 이용한 레인징 기술은 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(bluetooth), BLE(Bluetooth low energy) 및 초음파에 기반하여 거리를 측정하는 기술에 비하여 넓은 대역을 활용할 수 있으므로, 높은 정확도를 제공할 수 있다. 예를 들면, UWB를 이용한 레인징 기술은 약 ±10cm의 오차 정확도를 제공할 수 있다. 반면, Wi-Fi를 이용한 거리 측정 기술은 약 ±1m의 오차 정확도를 제공할 수 있다.

예를 들면, UWB 레인징을 활용한 문(door) 개폐 시나리오의 경우, 사용자가 외출 시 또는 외출 후 문 근처에 접근하는 경우, 사용자의 개입 없이 모바일 기기와 문에 내재된 전자 디바이스 간의 거리가 측정될 수 있다. 이때, 측정된 전자 디바이스 간의 거리가 임계 값을 만족하는 경우, 문에 내재된 잠금 장치가 잠기거나, 풀릴 수 있다.

한편, IEEE 802.15.4z는 보안(security) 측면에서 legacy spec (IEEE 802.15.4) 대비 강화된 UWB 레인징(UWB enhanced ranging)을 지원하는 PHY/MAC규격이다. IEEE 802.15.4z의 HRP(High rate pulse repetition frequency) UWB PHY는, 기존 legacy spec이 프리앰블 기반 제1 경로 검출(first path detection)을 수행할 때 릴레이 공격(relay attack) 또는 마피아 공격/무작위 대입 공격(Mafia attack /Brute force attack)에 취약한 점을 보완한 방법이다. HRP UWB PHY는, 취약한 공격에 대한 보안 방책으로 두 레인징 디바이스만이 아는 암호화 시퀀스(ciphered sequence) 또는 스크램블 타임 스탬프 시퀀스(scrambled timestamp sequence, STS)를 이용하여, 무결성(integrity) 및 레인징 측정 타임 스탬프(ranging measurement timestamps)의 정확도(accuracy) 향상을 고려한 방법이다. 이하에서는, HRP UWB PHY 모드를 지원하는 UWB 레인징 디바이스를 HRP-ERDEV(Enhanced ranging device)라고 명명한다.

도 4는 HRP-ERDEV의 PPDU의 구조를 도시한 도면이다.

도 4는 레인징 마커(ranging marker, RMARKER)가 표시된 HRP-ERDEV의 PPDU 포맷들을 도시한다. RMARKER는, 기준 시점을 정의하기 위한 프레임 내의 정보를 의미할 수 있다. 도 4에서 RMARKER는 화살표로 표시된다. HRP-ERDEV는 STS가 포함된 패킷의 전송 및 수신이 가능한 디바이스로서, STS를 활용하여 레인징을 위한 first path detection을 수행할 수 있다. HRP-ERDEV가 레인징을 수행하기 위해서는 통상적으로 PHR(physical layer header)의 레인징 필드(Ranging field) 비트가 세팅된 레인징 프레임(Ranging frame, RFRAME)이 이용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, SoF 구분자(Start-of-Frame delimiter, SFD) 후에 발생하는 첫 번째 칩/심볼(chip/symbol)의 UWB 펄스의 피크 위치인 RMARKER를 기준으로 레인징을 위한 시점(timing)이 측정될 수 있다. HRP-ERDEV는, 도착 시점(Time of arrival) 측정 시 STS를 활용하여 RMARKER 시점에 대한 측정을 수행할 수 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 HRP-ERDEV가 STS를 활용한 상관도(correlation) 분석을 통해 first path detection을 수행하는 과정을 설명하는 도면이다. STS는, 레인징에 참여하는 두 전자 디바이스들 만이 아는 암호화 시퀀스(cipher sequence)이다. 두 전자 디바이스들은, 난수생성기 (Deterministic Random Bit Generator; DRBG)를 이용하여 각각 STS를 계산할 수 있다. 트랜스미터(transmitter) 역할을 하는 ERDEV가 STS를 포함한 RFRAME을 전송하게 되면, 리시버(receiver) 역할을 하는 ERDEV는, 수신된 STS와 직접 계산한 STS가 동일한 값인지 검증할 수 있다. 수신된 STS와 직접 계산한 STS가 동일한 값인 것으로 검증되는 경우, 리시버 역할을 하는 ERDEV는 수신된 정보를 신뢰하고, 레인징에 사용할 수 있다. 리시버 역할을 하는 ERDEV는, 수신된 STS와 직접 계산한 STS의 교차 상관(cross correlation)의 피크 값을 기준으로 STS가 수신된 시점을 찾아 first path detection을 수행할 수 있다. 이 first path를 기준으로 측정된 시점에 기초하여, 단면 양방향(single-sided two-way, SS-TWR) 레인징 및/또는 양면 양방향(double-sided two-way, DS-TWR) 레인징을 통해 두 ERDEV간의 거리가 측정될 수 있다.

도 6은 전자 디바이스들의 SS-TWR 레인징 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 제1 전자 디바이스(210)는 개시자 디바이스라고 지칭되고, 제2 전자 디바이스(220)는 응답자 디바이스라고 지칭될 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1 전자 디바이스(210)가 제2 전자 디바이스(220)에게 제1 RFRAME(601)을 전송하게 되면, 제2 전자 디바이스(220)는 STS 기반 first path detection을 통해 제1 RFRAME(601)의 수신 시점을 측정할 수 있다. 제2 전자 디바이스(220)는 제1 전자 디바이스(210)에게 제2 RFRAME(602)을 전송하고, 레인징 응답 시간(T_reply)를 측정할 수 있다. 제2 RFRAME(602)을 수신한 제1 전자 디바이스(210)는, STS 기반 first path detection을 통해 제2 RFRAME(602)의 수신 시점을 측정하고 레인징 라운드 시간(T_round)을 측정할 수 있다.

구체적으로, 제1 전자 디바이스(210)는 제2 전자 디바이스(220)에게 송신한 제1 RFRAME(601)에 포함된 제1-1 RMARKER(611)와, 제2 전자 디바이스(220)로부터 수신한 제2 RFRAME(602)에 포함된 제1-2 RMARKER(612) 사이의 시간을 T_round로 측정할 수 있다. 제2 전자 디바이스(220)는 제1 전자 디바이스(210)로부터 수신한 제1 RFRAME(601)에 포함된 제2-1 RMARKER(621)와 제1 전자 디바이스(210)에게 송신한 제2 RFRAME(602)에 포함된 제2-2 RMARKER(622) 사이의 시간을 T_reply로 측정할 수 있다.

제2 전자 디바이스(220)는, T_reply 값을 제1 전자 디바이스(210)에게 데이터 프레임을 이용하여 전송하여, 제1 전자 디바이스(210)가 아래의 [수학식 1]에 따라 ToF(time of flight) 시간(T_prop)을 계산할 수 있게 한다. 제1 전자 디바이스(210)는, T_prop에 빛의 속도(예를 들어, 3

m/s)를 곱함으로써 제1 전자 디바이스(210) 및 제2 전자 디바이스(220) 간의 거리 추정(Ranging)을 수행할 수 있다.

[수학식 1]

도 7은 전자 디바이스들의 양면 양방향(double-sided two-way, DS-TWR) 레인징 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 7에서 제1 전자 디바이스(210)는 개시자 디바이스라고 지칭되고, 제2 전자 디바이스(220)는 응답자 디바이스라고 지칭될 수 있다.

DS-TWR는, 앞서 설명한 SS-TWR과 유사한 방식을 이용하여 세 번의 RFRAME 전송을 통해 수행될 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 전자 디바이스(210)가 제2 전자 디바이스(220)에게 제1 RFRAME(701)을 전송하게 되면, 제2 전자 디바이스(220)는 STS 기반 first path detection을 통해 제1 RFRAME(701)의 수신 시점을 측정할 수 있다. 제2 전자 디바이스(220)는 제1 전자 디바이스(210)에게 제2 RFRAME(702)을 전송할 수 있다. 제2 전자 디바이스(220)는 레인징 응답 시간(T_reply1)를 측정할 수 있다. 제2 RFRAME(702)을 수신한 제1 전자 디바이스(210)는, STS 기반 first path detection을 통해 제2 RFRAME(702)의 수신 시점을 측정하고 레인징 라운드 시간(T_round1)을 측정할 수 있다.

제2 RFRAME(702)을 수신한 제1 전자 디바이스(210)가 제2 전자 디바이스(220)에게 제3 RFRAME(703)을 전송하게 되면, 제2 전자 디바이스(220)는 STS 기반 first path detection을 통해 제3 RFRAME(703)의 수신 시점을 측정할 수 있다. 제1 전자 디바이스(210)는 레인징 응답 시간(T_reply2)를 측정할 수 있다. 제3 RFRAME(703)을 수신한 제2 전자 디바이스(220)는, STS 기반 first path detection을 통해 제3 RFRAME(703)의 수신 시점을 측정하고 레인징 라운드 시간(T_round2)을 측정할 수 있다.

구체적으로, 제1 전자 디바이스(210)는 제2 전자 디바이스(220)에게 송신한 제1 RFRAME(701)에 포함된 제1-1 RMARKER(711)와, 제2 전자 디바이스(220)로부터 수신한 제2 RFRAME(702)에 포함된 제1-2 RMARKER(712) 사이의 시간을 T_round1으로 측정할 수 있다. 제2 전자 디바이스(220)는 제1 전자 디바이스(210)로부터 수신한 제1 RFRAME(701)에 포함된 제2-1 RMARKER(721)와 제1 전자 디바이스(210)에게 송신한 제2 RFRAME(702)에 포함된 제2-2 RMARKER(722) 사이의 시간을 T_reply1으로 측정할 수 있다.

제2 전자 디바이스(220)는 제1 전자 디바이스(210)에게 송신한 제2 RFRAME(702)에 포함된 제2-2 RMARKER(722)와, 제1 전자 디바이스(210)로부터 수신한 제3 RFRAME(703)에 포함된 제2-3 RMARKER(723) 사이의 시간을 T_round2로 측정할 수 있다. 제1 전자 디바이스(210)는 제2 전자 디바이스(220)로부터 수신한 제2 RFRAME)702)에 포함된 제1-2 RMARKER(712)와 제2 전자 디바이스(220)에게 송신한 제3 RFRAME(703)에 포함된 제1-3 RMARKER(713) 사이의 시간을 T_reply2로 측정할 수 있다.

제2 전자 디바이스(220)는, 제1 전자 디바이스(210)로부터 T_round1 및 T_reply2를 데이터 프레임을 이용하여 전달받을 수 있다. 제2 전자 디바이스(220)는 아래의 [수학식 2]에 따라 T_prop을 계산하고, T_prop에 빛의 속도(예: 3

10⁶ m/s)를 곱함으로써 제1 전자 디바이스(210) 및 제2 전자 디바이스(220) 간의 거리를 측정할 수 있다.

[수학식 2]

한편, 레인징과 관련된 파라미터는, 컨트롤러(Controller)라고 불리는 ERDEV에 의해 결정되고 컨트롤리(Controllee)라고 불리는 ERDEV에게 통보된다. 레인징 측정 기간(Ranging Measurement Period) 중에 컨트롤리가 Ranging Change Request IE(Information Element)를 통해 컨트롤러에게 레인징과 관련된 파라미터에 대한 변화를 요청 할 수 있으나, 최종적으로 컨트롤러가 컨트롤리의 요구 사항을 수락할 지 여부를 결정한다. 레인징과 관련된 파라미터는, SS-TWR 방식과 DS-TWR 방식 중 어느 것을 사용할 지를 나타내는 레인징 방식, 레인징 주기, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수, 및 하나의 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수 중 적어도 하나와 관련된 파라미터를 포함할 수 있다. 도 6 및 도 7에서 제1 전자 디바이스(210) 및 제2 전자 디바이스(220) 중 하나가 컨트롤러 역할을 하고, 다른 하나가 컨트롤리 역할을 할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, STS를 이용한 first path detection에 의하면 비교적 안전한 레인징(secure ranging) 수행이 가능하다. 하지만, 조기 경로 삽입 전략(early path insertion strategy)을 사용하는 공격자에 의한 보안 공격(security attack) 가능성이 여전히 존재한다는 문제점이 있다.

Early path insertion strategy에 따르면, 공격자가 송신한 신호의 SNR(signal-to-noise ratio)이 레인징에 참여한 디바이스가 송신한 신호의 SNR보다 높을 경우 공격의 성공 가능성이 높아진다. 예를 들어, 공격자가 수신 디바이스에 좀 더 가까이 위치하거나 혹은 더 높은 전력으로 신호를 송신하면, 보안 공격 성공 가능성이 높아질 수 있다.

공격자는, 공개된 표준 문서인 IEEE 802.15.4z를 통해서 HRP UWB PHY의 PPDU 포맷 및 프리앰블 구조를 알 수 있다. 공격자는, 프리앰블에 기초하여 동기화를 수행함으로써 STS가 전달되는 시점을 알 수 있다. 공격자는, STS가 전달되는 구간 동안 랜덤 노이즈를 이용하여, 리시버 역할을 하는 ERDEV가 first path detection 수행할 때 빠른 피크(early peak)가 발생하게 만들 수 있다.

따라서, 리시버 역할의 ERDEV는, 공격자의 전파 방해(jamming)에 의해, 레인징 결과로서 실제 거리보다 짧은 거리를 추정하게 될 수 있다. 따라서, 디지털 키를 소지한 사용자가 차에 접근하는 지 여부를 판단하는 시나리오 또는 그 밖에 물리적 접근 여부를 판단하는 시나리오와 같이, 레인징 결과 값에 의해 자격(authentication)이 보장되는 사용 예(use case)에 있어서, 릴레이 공격 또는 마피아 공격 등이 발생할 수 있는 안전 취약점(security hole)이 발생할 수 있다.

이하에서는 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 릴레이 어택에 대해 설명하도록 한다.

도 8은, 트랜스미터 역할을 하는 디바이스인 T-A가 리시버 역할을 하는 디바이스인 R-A와 UWB 레인징을 통해 거리 측정 기반 접근 권한을 획득하는 경우를 예로 들어 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 공격자 T-B는, 릴레이 어택 디바이스인 R-B를 이용함으로써, 마치 T-A가 접근 권한이 부여되는 범위(range) 내에 존재하는 것처럼 R-A가 착각하게 하여 R-A에 대한 접근 권한을 획득할 수 있다.

도 8에 도시된 릴레이 공격과 유사한 원리로, early path insertion strategy를 이용하여 HRP-ERDEV에 대한 보안 공격의 위험성이 있는 시나리오도 생각해 볼 수 있다. 공격자는, early path insertion strategy를 이용함으로써, 접근 권한을 가진 사용자가 접근 권한이 부여되는 범위 내에 존재하는 것처럼 HRP-ERDEV가 착각하게 하여 접근 권한을 획득할 수 있다.

한편, 공격자에 의한 고의적인 공격이 없는 경우에도, 지속적 또는 일시적 간섭으로 인해 레인징 정확도(Ranging accuracy)가 낮아 질 수 있다. 이러한 레인징 정확도의 저하는, 간섭 신호의 SNR이 레인징에 참여한 디바이스가 송신한 신호의 SNR 보다 높을 때 발생 할 가능성이 높아진다. 예를 들어, 다수의 HRP-ERDEV가 같은 채널을 통해 동시에 레인징을 진행 할 경우 신호 충돌 가능성이 있다.

일반적으로, HRP-ERDEV의 수가 증가할수록, 또는 레인징 주기가 짧아질수록 신호 충돌 가능성이 높아져 레인징 정확도가 낮아질 수 있다. 따라서, 레인징 정확도를 높이기 위하여 레인징 주기를 길게 하는 경우, 신호 충돌 가능성은 줄어들지만 새로운 레인징을 시도하기 위해 더 오랜 시간을 기다려야 한다는 문제점이 있다.

본 개시는, HRP UWB PHY에 기반한 STS를 이용하여 디바이스들 간의 거리를 계산하는 전자 디바이스에 있어서, early path insertion strategy를 사용하는 공격자에 의한 릴레이 어택 또는 마피아 어택을 방지하는 다양한 실시 예들을 제시한다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면 프리앰블을 활용한 무결성 검사(integrity check)를 수행함으로써 early path insertion attack을 방지하여 ERDEV의 레인징 보안 레벨(ranging security level)을 향상시킬 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면 DS-TWR을 활용한 무결성 검사를 수행함으로써 early path insertion attack을 방지하여 ERDEV의 레인징 보안 레벨을 향상시킬 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면 STS 세그먼트를 활용한 무결성 검사를 수행함으로써 early path insertion attack을 방지하여 ERDEV의 레인징 보안 레벨을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 보안 레벨의 향상 뿐만 아니라 레인징 정확도를 함께 향상 시킬 수 있는 방법이 제안된다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 송신 측 전자 디바이스는, UWB 통신 기술을 이용하여 외부 전자 디바이스와 연결할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 프리앰블 및 STS를 이용하여 레인징을 수행함으로써 무결성 검사를 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 프리앰블 및 STS를 이용하여 레인징을 수행함으로써 레인징 교정(ranging calibration)을 수행할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 DS-TWR을 수행할 경우, DS-TWR에 포함되는 두 번의 라운드 트립(Round-trip) 측정에서 두 번의 SS-TWR을 수행함으로써 무결성 검사를 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 DS-TWR을 수행할 경우, DS-TWR에 포함되는 두 번의 라운드 트립 측정에서 두 번의 SS-TWR을 수행함으로써 레인징 교정을 수행할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 여러 개의 STS 세그먼트를 활용하여 레인징을 수행하여 무결성 검사를 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 여러 개의 STS 세그먼트를 이용하여 획득된 레인징을 수행함으로써 레인징 교정을 수행할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따라 수신 측 전자 디바이스는, UWB 통신 기술을 이용하여 외부 전자 디바이스와 연결할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 프리앰블 및 STS를 이용하여 레인징을 수행함으로써 무결성 검사를 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 프리앰블 및 STS를 이용하여 레인징을 수행함으로써 레인징 교정을 수행할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 DS-TWR을 수행할 경우, DS-TWR에 포함되는 두 번의 라운드 트립 측정에서 두 번의 SS-TWR을 수행하고, DS-TWR 레인징을 수행함으로써 무결성 검사를 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 DS-TWR을 수행할 경우, DS-TWR에 포함되는 두 번의 라운드 트립 측정에서 두 번의 SS-TWR을 수행함으로써 레인징 교정을 수행할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 복수의 STS 세그먼트를 활용하여 레인징을 수행하여 무결성 검사를 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, 여러 개의 STS 세그먼트를 이용하여 획득된 레인징을 수행함으로써 레인징 교정을 수행할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따라 컨트롤러 역할을 수행 하는 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, DS-TWR에 이용되는 프레임의 개수 또는 하나의 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수를 결정하고, 결정된 결과를 컨트롤리에게 알려주는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따라 컨트롤러 역할을 수행 하는 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, DS-TWR에 이용되는 프레임의 개수 또는 하나의 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수를 변경할 것을 컨트롤리로부터 요청 받을 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따라 컨트롤리 역할을 수행 하는 전자 디바이스는, 외부 전자 장치와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행할 경우, DS-TWR에 이용되는 프레임의 개수 또는 하나의 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수를 컨트롤러로부터 수신할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따라 컨트롤리 역할을 수행 하는 전자 디바이스는, 외부 전자 디바이스와 UWB RFRAME을 통해 레인징을 수행하는 경우, 컨트롤리가 희망하는 DS-TWR에 이용되는 프레임의 개수 또는 희망하는 STS 세그먼트의 개수를 컨트롤러에게 전송할 수 있다.

도 9a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 전자 디바이스가 UWB를 통해 레인징을 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 9a에 도시된 방법은, 개시자 역할을 수행하는 전자 디바이스 또는 응답자 역할을 수행하는 전자 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 또는, 도 9a에 도시된 방법은, 리시버 역할을 수행하는 전자 디바이스 또는 트랜스미터 역할을 수행하는 전자 디바이스에 의해 수행될 수 있다.

단계 S910에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신할 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 다른 전자 디바이스와의 레인징을 위해서 레인징 프레임인 RFRAME을 주고 받을 수 있다.

단계 S920에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다.

일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, STS를 활용하여 레인징을 수행할 수 있다. 전자 디바이스가 다른 전자 디바이스에게 제1 프레임을 송신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 다른 전자 디바이스로부터 수신하는 경우, 전자 디바이스는, 수신된 제2 프레임에 포함되는 STS와 미리 계산된 STS의 교차 상관(cross correlation)의 피크 값을 기준으로 수신된 제2 프레임의 수신 시점을 결정할 수 있다. 전자 디바이스는 결정된 시점에 기초하여 레인징 값을 계산할 수 있다.

예를 들어, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 프레임을 송신하는 시점으로부터 제2 프레임을 수신하는 시점까지의 제1 시간(T_round)을 계산할 수 있다. 전자 디바이스는, 다른 전자 디바이스가 제1 프레임을 수신하는 시점으로부터 제2 프레임을 송신하는 시점까지의 제2 시간(T_reply)을 다른 전자 디바이스로부터 수신할 수 있다. 전자 디바이스는, 계산된 제1 시간(T_round) 및 수신된 제2 시간(T_reply)에 기초하여, 전자 디바이스에게 프레임을 송신하기 위해 소요되는 제3 시간(T_prop)을 계산할 수 있다. 전자 디바이스는, 제3 시간(T_prop)에 기초하여, 전자 디바이스와 상기 다른 전자 디바이스 간의 예측 거리로서 레인징 값을 계산할 수 있다. SS-TWR 또는 DS-TWR 방식에 따라 레인징 값을 계산하는 구체적인 방법은, 도 5 내지 7을 참조하여 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.

일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산하고, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

일 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스가 SS-TWR의 개시자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는, 단계 S910에서 제1 프레임을 송신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 수신할 수 있다. 전자 디바이스는, 제1 프레임 및 제2 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산하고, 제1 프레임 및 제2 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

다른 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스가 DS-TWR의 응답자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는, 단계 S910에서 제1 프레임을 수신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 송신하고, 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 수신할 수 있다. 전자 디바이스는, 제1 프레임, 제2 프레임, 및 제3 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산할 수 있다. 전자 디바이스는, 제1 프레임, 제2 프레임, 및 제3 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

STS와 프리앰블을 이용하여 안전하고 정확한 레인징을 수행하는 실시 예에 대해서는 후에 도 10a 및 도 10b를 참조하여 보다 자세하게 설명하도록 한다.

한편, 다른 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, DS-TWR을 수행함에 있어서 두 번의 SS-TWR을 수행함으로써 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다.

일 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스가 DS-TWR의 개시자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는, 단계 S910에서 제1 프레임을 송신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 수신하고, 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 송신할 수 있다. 전자 디바이스는, 제1 프레임 및 제2 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산할 수 있다. 전자 디바이스는, 제2 프레임 및 제3 프레임에 기초하여 계산된 제2 레인징 값을 응답자 디바이스로부터 수신할 수 있다.

다른 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스가 DS-TWR의 응답자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는, 단계 S910에서 제1 프레임을 수신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 송신하고, 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 수신할 수 있다. 전자 디바이스는, 제1 프레임 및 제2 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 계산된 제1 레인징 값을 개시자 디바이스로부터 수신할 수 있다. 전자 디바이스는, 제2 프레임 및 제3 프레임에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

DS-TWR을 이용하여 안전하고 정확한 레인징을 수행하는 실시 예에 대해서는 후에 도 11 내지 도 14를 참조하여 보다 자세하게 설명하도록 한다.

한편, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 포함하는 복수의 레인징 값들을 연속적으로 획득할 수 있다. 획득되는 복수의 레인징 값들은, 단계 S930의 무결성 검사를 위해 이용될 수 있다. 연속적인 레인징 간의 시간 간격은, 가간섭성 시간(可干涉性時間, coherence time) 이하의 간격으로 설정됨으로써, 전자 디바이스의 움직임에 따른 채널 변화를 방지할 수 있다.

복수의 연속적인 레인징에 기초하여 무결성 검사를 수행하는 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 단계 S920에서 제1 레인징을 위한 복수의 프레임들을 포함하는 제1 프레임 세트를 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신하고, 제2 레인징을 위한 복수의 프레임들을 포함하는 제2 프레임 세트를 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신할 수 있다. 이 때, 연속적인 제1 레인징이 수행되는 시간 및 제2 레인징이 수행되는 시간 간의 시간 간격은, 기 설정된 시간 간격 이하일 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 시간 간격은, 가간섭성 시간을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 프레임 세트에 포함되는 복수의 프레임들을 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산하고, 제2 프레임 세트에 포함되는 복수의 프레임들을 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

한편, 다른 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 복수의 STS 세그먼트를 이용하여 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다.

일 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제1 STS 세그먼트를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산할 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제2 STS 세그먼트를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다. 복수의 STS 세그먼트를 이용하여 안전하고 정확한 레인징을 수행하는 실시 예에 대해서는 후에 도 15 및 도 16c를 참조하여 보다 자세하게 설명하도록 한다.

단계 S930에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행할 수 있다.

일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 범위 내에 포함되는 경우, 접근 권한이 부여된 디바이스에 의해 레인징이 올바르게 수행되었다고 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 미만인 경우, 인가 과정(authorization process)을 지속함으로써 다른 전자 디바이스에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 미만인 경우, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값에 기초하여, 교정된 레인징 값으로서 제3 레인징 값을 결정할 수 있다. 전자 디바이스는 제3 레인징 값에 기초하여 다른 전자 디바이스에게 접근 권한을 부여할 수 있다. 제3 레인징 값은, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 가중 치 합일 수 있다.

반면에, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 범위 내에 포함되지 않는 경우, 접근 권한이 부여되지 않은 디바이스에 의한 공격이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 이상인 경우, 인가 과정을 중단할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 단계 S930에서 수행된 무결성 검사 결과에 기초하여, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다.

레인징 파라미터는, 레인징 방식, 레인징 주기, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수, 및 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스는, 레인징 보안 레벨 및/또는 레인징 정확도를 향상 시켜야 된다고 판단하는 경우, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수 또는 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수를 증가시킬 수 있다.

일 예로서, 컨트롤러 역할을 수행하는 전자 디바이스는, 무결성 검사 결과에 기초하여, 레인징 값의 신뢰도가 낮다고 판단하거나, 보다 높은 보안 레벨 및/또는 정확도가 요구된다고 판단할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 레인징 값의 신뢰도가 낮다고 판단하거나, 보다 높은 보안 레벨 및/또는 정확도가 요구된다고 판단하는 경우, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경을 통보할 수 있다.

다른 예로서, 컨트롤러 역할을 수행하는 전자 디바이스는, 컨트롤리 역할을 수행하는 전자 디바이스로부터 레인징 파라미터의 변경에 대한 요청을 수신할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 무결성 검사 결과에 기초하여, 컨트롤리 디바이스의 요청이 수용 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스의 요청이 수용 가능하다고 판단하는 경우, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경을 통보할 수 있다.

또 다른 예로서, 컨트롤리 역할을 수행하는 전자 디바이스는, 무결성 검사 결과에 기초하여, 레인징 파라미터의 변경이 필요하다고 판단할 수 있다. 컨트롤리 디바이스는, 컨트롤러 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경에 대한 요청을 전송할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스의 요청이 수용 가능한지 여부를 판단하여, 판단 결과를 컨트롤리 디바이스에게 응답할 수 있다.

도 9b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 전자 디바이스가 UWB를 통해 레인징을 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 9b의 단계 S910 및 단계 S920은 도 9a의 단계 S910 및 S920에 각각 대응된다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.

일 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, STS 및 프리앰블을 활용하여 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다. 다른 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, DS-TWR을 수행함에 있어서 두 번의 SS-TWR을 수행함으로써 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다. 다른 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 복수의 STS 세그먼트를 이용하여 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다. 다른 예로서, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 복수의 연속적인 레인징을 이용하여 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다.

단계 S970에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값에 기초하여 레인징 교정을 수행할 수 있다. 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 결정할 수 있다.

일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 범위 내에 포함되는 경우, 접근 권한이 부여된 디바이스에 의해 레인징이 올바르게 수행되었다고 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 미만인 경우, 레인징 교정을 수행함으로써 최종 레인징 결과 값으로서 제3 레인징 값을 도출할 수 있다. 제3 레인징 값은, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 가중치 합으로 표현될 수 있다. 전자 디바이스는 제3 레인징 값에 기초하여 다른 전자 디바이스에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

반면에, 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 범위 내에 포함되지 않는 경우, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값 중 적어도 하나가 간섭에 크게 영향을 받았다고 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 이상인 경우, 레인징 교정 과정을 중단할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 단계 S970에서 수행된 레인징 교정 결과에 기초하여, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다.

일 예로서, 컨트롤러 역할을 수행하는 전자 디바이스는, 레인징 값의 신뢰도가 낮다고 판단하거나, 보다 높은 레인징 정확도가 요구된다고 판단할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 레인징 값의 신뢰도가 낮다고 판단하거나, 보다 높은 정확도가 요구된다고 판단하는 경우, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경을 통보할 수 있다.

다른 예로서, 컨트롤러 역할을 수행하는 전자 디바이스는, 컨트롤리 역할을 수행하는 전자 디바이스로부터 레인징 파라미터의 변경에 대한 요청을 수신할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 레인징 교정 결과에 기초하여, 컨트롤리 디바이스의 요청이 수용 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스의 요청이 수용 가능하다고 판단하는 경우, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경을 통보할 수 있다.

또 다른 예로서, 컨트롤리 역할을 수행하는 전자 디바이스는, 레인징 교정 결과에 기초하여, 레인징 파라미터의 변경이 필요하다고 판단할 수 있다. 컨트롤리 디바이스는, 컨트롤러 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경에 대한 요청을 전송할 수 있다. 컨트롤러 디바이스는, 컨트롤리 디바이스의 요청이 수용 가능한지 여부를 판단하여, 판단 결과를 컨트롤리 디바이스에게 응답할 수 있다.

이하에서는, 도 10a 내지 도 17을 참조하여 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 구체적인 동작 방법을 설명한다.

먼저, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, early path insertion strategy를 활용하는 공격에 대한 방지책으로 프리앰블 및 STS를 모두 활용하여 레인징을 수행하는 방법을 이용할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 프리앰블을 이용하여 계산된 레인징 값과 STS를 활용하여 계산된 레인징 값을 비교하여, 무결성 검사를 수행함으로써 공격 여부를 판단할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 무결성 검사를 통해 HRP-ERDEV의 보안 레벨을 향상시킬 수 있다.

도 10a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 STS 및 프리앰블을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.

단계 S1010에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, UWB 통신을 통해 다른 HRP-ERDEV와 통신 연결을 셋업하고 거리 측정을 위한 RFRAME을 송수신할 수 있다.

단계 S1020에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 레인징 방법을 판단하고, 레인징 방법에 따라 RFRAME을 송수신할 수 있다.

SS-TWR이 수행되는 경우, 단계 S1040에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 프리앰블 기반 레인징 결과값 T_p와 STS 기반 레인징 결과값 T_sts를 측정한 후 T_p를 T_sts와 비교할 수 있다. 단계 S1040에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 첫 번째 RFRAME을 송신한 개시자 ERDEV일 수 있다.

DS-TWR이 수행되는 경우, 단계 S1030에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 프리앰블 기반 레인징 결과값 T_p와 STS 기반 레인징 결과값 T_sts를 측정한 후 T_p를 T_sts와 비교할 수 있다. 단계 S1040에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 첫 번째 RFRAME을 수신한 응답자 ERDEV일 수 있다.

단계 S1050에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 T_p와 T_sts의 차이가 임계 값 이상인지 판단할 수 있다.

예를 들어, 무결성 검사를 위한 임계 값 V_th가 주어지고 |T_p - T_sts| ≥ V_th를 만족하는 경우, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 상대 ERDEV가 공격자라고 판단할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 상대 디바이스가 공격자라고 판단되는 경우, 단계 S1060에서 인가(Authorization) 과정을 중단하고 상대 디바이스에게 접근 권한을 부여하지 않을 수 있다. 만약 |T_p - T_sts| ≥ V_th 조건을 만족하지 않을 경우, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 상대 ERDEV를 공격자가 아닌 타겟 ERDEV로 판단하고, 단계 S1070에서 인가 과정을 지속하여 상대 ERDEV에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

기존에 STS만 레인징에 이용하는 방법과 비교하여, 본 개시의 일 실시 예에 따라 프리앰블 및 STS를 함께 레인징에 이용하는 방법은, 공격자의 공격 성공 가능성을 낮출 수 있다는 장점이 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따라 프리앰블 및 STS를 이용하는 레인징에 대한 공격이 성공하기 위해서는, 공격자는 동일한 early path insertion을 프리앰블 구간에서 한번, STS 구간에서 한번 발생시키는 공격을 수행 하여야 한다.

예를 들어, STS만 이용하는 레인징 방법에 대해서 early path insertion을 이용한 공격이 성공할 확률을 p_sts(p_sts ≤1)라고 가정하고, 프리앰블만 이용하는 레인징 방법에 대해서 early path insertion을 이용한 공격이 성공할 확률을 p_p(p_p ≤1)라고 가정하고, |T_p - T_sts| ≤ V_th 조건을 만족할 확률을 p_th (p_th ≤1)라고 가정한다. 이 때, 기존에 STS만 레인징에 이용하는 환경에서 공격자의 공격 성공 가능성은 p_sts이지만, 본 개시의 일 실시 예에 따라 프리앰블 및 STS를 함께 레인징에 이용할 경우, 공격자의 공격 성공 가능성은 p_sts _·p_p _·p_th로 공격 성공 가능성을 감소시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 레인징 결과값인 ToF를 계산하는 주체는, 전자 디바이스들이 이용하는 레인징 방식에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, SS-TWR 방식을 이용할 경우 개시자 디바이스가 ToF를 계산하고, DS-TWR을 이용할 경우 응답자 디바이스가 ToF를 계산할 수 있다. 그러므로, 이용하는 레인징 방식에 따라 무결성 검사의 주체도 달라질 수 있다. 그러나 레인징에 참여하는 두 디바이스가 레인징 결과 값을 주고 받는다면, 무결성 검사는 어느 디바이스에서나 가능하다. 레인징 결과 값을 주고 받는 동작은, in-band 또는 out-of-band에서 모두 가능하다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 레인징 교정을 위한 방법으로 프리앰블과 STS를 모두 활용하여 레인징을 수행하고, 두 레인징 값을 기반으로 레인징 교정을 수행하여 HRP-ERDEV의 레인징 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 10b의 단계 S1010, S1020, S1030, S1040, 및 S1050은 도 10a의 단계 S1010, S1020, S1030, S1040, 및 S1050 각각에 대응되므로 중복되는 설명은 생략한다.

예를 들어, 레인징 교정을 위한 임계 값이 V_th로 미리 결정된 경우를 가정하여 설명한다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 프리앰블 기반 레인징 결과 값 T_p와 STS 기반 레인징 결과 값 T_sts를 측정 후, |T_p - T_sts| ≥ V_th 조건을 만족하면 두 레인징 값들 중 적어도 하나가 간섭에 크게 영향을 받았다고 판단하여 교정 과정을 중단할 수 있다(S1080). 만약, 레인징 결과 값이 |T_p - T_sts| ≥ V_th 조건을 만족하지 않는다면, 전자 디바이스는 T_p와 T_sts에 기초하여 레인징 교정을 수행할 수 있다(S1090).

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 아래의 [수학식 3]을 통해 레인징 교정을 수행함으로써 최종 레인징 결과 값으로서 T_result를 사용할 수 있다. [수학식 3]의 a는 레인징 채널 및 노이즈 등과 밀접한 파라미터이고, 전자 디바이스를 구현함에 있어서 목표로 하는 효용 함수(utility function)에 기초하여 최적화된 값으로 정해진다.

[수학식 3]

한편, 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 도 11 및 12는 전자 디바이스가 DS-TWR을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법을 도시한다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, early path insertion strategy를 활용하는 공격에 대한 방지책으로, 3 개의 프레임을 활용하는 DS-TWR에서 고려될 수 있는 두 번의 SS-TWR을 수행하여 무결성 검사를 수행하는 방법이 이용될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 두 번의 SS-TWR을 수행하여 계산된 두 레인징 값들을 비교하여, 무결성 검사를 수행함으로써 공격 여부를 판단할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 무결성 검사를 통해 HRP-ERDEV의 보안 레벨을 향상시킬 수 있다.

도 11은 DS-TWR용 무결성 검사 방법의 개념도를 도시한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 3 개의 프레임을 이용하는 DS-TWR의 경우, 두 번의 라운드 트립 측정이 고려될 수 있다. 첫 번째 라운드 트립 측정을 통해 개시자 디바이스(I)가 T_reply1 값을 획득하게 되면, 개시자 디바이스(I)는 수학식 T_r1=(T_round1 - T_reply1)/2를 통해 레인징 결과 값 T_r1을 계산할 수 있다. 또한, 두 번째 라운드 트립 측정을 통해 응답자 디바이스(R)가 T_reply2 값을 가지게 되면 응답자 디바이스(R)는 수학식 T_r2= (T_round2 - T_reply2)/2를 통해 레인징 결과 값 T_r2를 계산할 수 있다.

무결성 검사를 위한 임계 값 V_th가 주어지고 |T_r1 - T_r2| ≥ V_th 조건을 만족하는 경우, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 상대 ERDEV가 공격자라고 판단할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 상대 디바이스가 공격자라고 판단되는 경우, 인가 과정을 중단하고 상대 디바이스에게 접근 권한을 부여하지 않을 수 있다. 만약 |T_r1 - T_r2| ≥ V_th 조건을 만족하지 않는 경우, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 상대 ERDEV를 공격자가 아닌 타겟 ERDEV로 판단하고 인가 과정을 지속하여 상대 ERDEV에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 DS-TWR을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다.

단계 S1210에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, UWB 통신을 통해 다른 HRP-ERDEV와 통신 연결을 셋업하고 거리 측정을 위한 RFRAME을 송수신할 수 있다.

단계 S1220에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 첫 번째 라운드 트립 측정을 통해 레인징 결과 값 T_r1 값을 획득할 수 있다.

일 예로서, 전자 디바이스가 개시자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는 직접 계산한 T_round1 값 및 응답자 디바이스로부터 수신한 T_reply1을 이용하여 T_r1 값을 계산할 수 있다.

다른 예로서, 전자 디바이스가 응답자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는 개시자 디바이스로부터 T_r1 값을 수신할 수 있다.

단계 S1230에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 두 번째 라운드 트립 측정을 통해 레인징 결과 값 T_r2 값을 획득할 수 있다.

일 예로서, 전자 디바이스가 개시자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는 응답자 디바이스로부터 T_r2 값을 수신할 수 있다.

다른 예로서, 전자 디바이스가 응답자 디바이스인 경우, 전자 디바이스는 직접 계산한 T_round2 값 및 개시자 디바이스로부터 수신한 T_reply2을 이용하여 T_r2 값을 계산할 수 있다.

단계 S1240에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 T_p와 T_sts의 차이가 임계 값 이상인지 판단할 수 있다. 두 디바이스에서 계산되는 SS-TWR의 레인징 결과 값은 서로 교환될 수 있으며, 따라서 두 디바이스 중 누구든지 무결성 검사를 수행할 수 있다.

일 예로서, 무결성 검사를 개시자 디바이스에서 수행하는 경우, 응답자 디바이스는 개시자 디바이스에게 두 번째 SS-TWR 레인징 결과 값 T_r2를 in-band 또는 out-of-band를 통해 전송할 수 있다. 개시자 디바이스는, 개시자 디바이스가 계산한 첫 번째 SS-TWR 레인징 결과 값인 T_r1 및 응답자 디바이스로부터 수신한 두 번째 SS-TWR 레인징 결과 값인 T_r2에 기초하여 공격 여부를 판단할 수 있다.

다른 예로서, 무결성 검사를 응답자 디바이스에서 수행하는 경우, 개시자 디바이스는 응답자 디바이스에게 첫 번째 SS-TWR 레인징 결과 값 T_r1을 in-band 또는 out-of-band를 통해 전송할 수 있다. 응답자 디바이스는, 개시자 디바이스로부터 수신한 첫 번째 SS-TWR 레인징 결과 값인 T_r1 및 응답자 디바이스가 직접 계산한 두 번째 SS-TWR 레인징 결과 값인 T_r2에 기초하여 공격 여부를 판단할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, T_r1과 T_r2의 차이가 임계 값 V_th 이상인 경우 공격이 감지된 것으로 판단하고 단계 S1250에서 인가 과정을 중단할 수 있다. T_p와 T_sts의 차이가 임계 값 미만인 경우, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 공격이 감지되지 않은 것으로 판단하고, 단계 S1260에서 인가 과정을 지속하여 상대 디바이스에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

도 11 및 도 12에 도시된 실시 예에 따른 레인징 방법에는, 프리앰블 기반 레인징 및 STS 기반 레인징이 모두 적용될 수 있다. 또한, 도 11 및 도 12에 도시된 실시 예는, 도 10a에 도시된 프리앰블을 이용하여 무결성 검사를 수행하는 실시 예와 함께 사용이 가능하다. 즉, 본 개시의 일 실시 예에 따라 DS-TWR에 포함되는 두 번의 SS-TWR을 통해 두 레인징 값들을 계산함에 있어서, STS 기반 레인징이 수행되거나, 프리앰블 기반 레인징이 수행되거나, STS 기반 레인징 및 프리앰블 기반 레인징이 함께 수행될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 DS-TWR에 포함되는 두 번의 라운드 트립 측정을 이용해 레인징 무결성 검사를 수행하는 방법은, 공격의 성공 가능성을 낮출 수 있다는 장점이 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 DS-TWR 중에 고려될 수 있는 두 번의 SS-TWR에 대해서 공격자가 공격을 성공하기 위해서는, 공격자는 동일한 early path insertion을 첫 번째 라운드 트립 측정에서 한번, 두 번째 라운드 트립 측정에서 한번 발생시키는 공격을 수행하여야 한다.

예를 들어, 기존 DS-TWR에서 early path insertion으로 인해 공격이 성공할 확률을 p_r(p_r ≤1)라고 가정하고, 첫 번째 라운드 트립 측정에서 early path insertion으로 인해 공격이 성공할 확률을 p_r1 (p_r1 ≤1)이라고 가정하고, 두 번째 라운드 트립 측정에서 early path insertion으로 인해 공격이 성공할 확률을 p_r2 (p_r2 ≤1)라고 가정하고, |T_r1 - T_r2| ≤ V_th 조건을 만족할 확률을 p_th(p_th ≤1)라고 가정한다. 이 때, 기존 DS-TWR을 이용하는 환경에서 공격자의 공격 성공 가능성은 p_r이지만, 본 개시의 일 실시 예에 따라 두 번의 라운드 트립 측정을 이용하여 무결성 검사를 수행할 경우, 공격자의 공격 성공 가능성은 p_r1 _·p_r2 _·p_th로 대폭 감소될 수 있다.

다만, 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 DS-TWR 방식을 이용하여 레인징을 수행함에 있어서, 도 13a 및 도 13b에 도시된 시나리오에 따라 공격자에 의해 공격 받을 가능성이 있다.

도 13a를 참조하면, 정상적인 DS-TWR이 수행되는 경우 개시자 디바이스(I)와 응답자 디바이스(R)는 제1 프레임(1301), 제2 프레임(1303) 및 제3 프레임(1305)을 송수신함으로써 레인징을 수행할 수 있다.

그러나, 도 13a에 도시된 바와 같이 공격자 디바이스(A)가 T_round1에 대해서 early path insertion을 이용한 공격을 하게 되면, T_round2에 대해서도 early path insertion 효과를 가져와 무결성 검사를 피해 갈 수 있게 된다.

구체적으로 설명하면, 개시자 디바이스(I)는 응답자 디바이스(R)에게 제1 프레임(1301)을 송신하고, 응답자 디바이스(R)로부터 제2 프레임(1303)을 수신 하기에 앞서 공격자 디바이스(A)의 공격 프레임(1302)을 수신할 수 있다. 개시자 디바이스(I)는, 공격 프레임(1302)에 응답하여 제4 프레임(1304)을 응답자 디바이스(R)에게 전송할 수 있다.

개시자 디바이스(I)는, 제1 프레임(1301)의 송신 시점 및 공격 프레임(1302)의 수신 시점에 기초하여 T_round1(1307)를 계산하고, 공격 프레임(1302)의 수신 시점 및 제4 프레임(1304)의 송신 시점에 기초하여 T_reply2(1308)를 계산할 수 있다. 응답자 디바이스(R)는, 제1 프레임(1301)의 수신 시점 및 제2 프레임(1303)의 송신 시점에 기초하여 T_reply1(1306)를 계산하고, 제2 프레임(1303)의 송신 시점 및 제4 프레임(1304)의 수신 시점에 기초하여 T_round2(1309)를 계산할 수 있다. 응답자 디바이스(R)는, 개시자 디바이스(I)로부터 T_round1(1307) 및 T_reply2(1308)를 수신할 수 있다. 응답자 디바이스(R)는, T_reply1(1306), T_round1(1307), T_reply2(1308), 및 T_round2(1309)에 기초하여 응답자 디바이스(R)와 개시자 디바이스(I) 간의 거리를 추정할 수 있다.

따라서, 응답자 디바이스(R)는, 공격자(I)의 전파 방해에 의해, 실제 거리보다 짧은 거리를 추정하게 된다. 그러나, 공격자(I)에 의한 전파 방해가 발생했음에도 불구하고, 첫 번째 라운드 트립에 기초하여 계산된 레인징 결과 값 T_r1과 두 번째 라운드 트립에 기초하여 계산된 레인징 결과 값 T_r2은, 실제 거리에 대한 ToF보다는 짧지만 동일한 값으로 추정될 수 있다. 그러므로, 도 13a에 도시된 시나리오에 따른 공격은, 도 11 및 도 12에 도시된 본 개시의 일 실시 예에 따른 무결성 검사를 통과할 수 있다.

도 13a에 도시된 공격 시나리오와 달리, 도 13b에 도시된 시나리오에 따른 공격은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무결성 검사에 의해 공격 가능성이 경감(mitigation) 될 수 있다. 도 13b를 참조하면, 정상적인 DS-TWR이 수행되는 경우 개시자 디바이스(I)와 응답자 디바이스(R)는 제1 프레임(1311), 제2 프레임(1313) 및 제3 프레임(1317)을 송수신함으로써 레인징을 수행할 수 있다.

그러나, 도 13b에 도시된 바와 같이 공격자 디바이스(A)가 T_round2에 대해서 early path insertion을 이용한 공격을 할 수 있다. 공격자 디바이스(A)에 의한 공격에 의해, 응답자 디바이스(R)는, T_reply1(1314), T_round1(1316), T_reply2(1319) 및 T_round2(1318)에 기초하여 응답자 디바이스(R)와 개시자 디바이스(I) 간의 거리를 추정할 수 있다.

따라서, 응답자 디바이스(R)는, 공격자(I)의 전파 방해에 의해, 실제 거리보다 짧은 거리를 추정하게 된다. 또한, 첫 번째 라운드 트립에 기초하여 계산된 레인징 결과 값 T_r1과 두 번째 라운드 트립에 기초하여 계산된 레인징 결과 값 T_r2이 상이하므로, 응답자 디바이스(R)는 공격이 감지되었다고 판단하고 인증 과정을 중단할 수 있다. 도 13a에 도시된 시나리오에 따른 공격과 달리, 도 13b에 도시된 시나리오에 따른 공격은 도 11 및 도 12에 도시된 본 개시의 일 실시 예에 따른 무결성 검사를 통과하기 어렵다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 도 13a에 도시된 공격 가능 시나리오에 대한 보완책으로서 4개의 프레임을 이용한 DS-TWR을 수행하는 방법을 이용할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 도 13c에 도시된 바와 같이 4개의 프레임(1410, 1421, 1422, 1430)을 이용한 DS-TWR을 수행함으로써 무결성 검사를 강화할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따라 제안되는 4개의 프레임을 이용한 DS-TWR 방법은, 무결성 검사를 수행하는 주체에 따라 다양한 경우를 고려하여 수행될 수 있다.

일 예로서, 무결성 검사를 개시자 디바이스에서 수행하는 경우, 응답자 디바이스는 개시자 디바이스에게 두 번째 SS-TWR 레인징 결과 값 T_r2을 in-band 또는 out-of-band를 통해 전송할 수 있다. 개시자 디바이스는, 개시자 디바이스가 계산한 첫 번째 SS-TWR 레인징 결과 값인 T_r1 및 응답자 디바이스로부터 수신한 두 번째 SS-TWR 레인징 결과 값인 T_r2에 기초하여 공격 여부를 판단할 수 있다.

도 13c에 도시된 실시 예에 따른 레인징 방법에는, 프리앰블 기반 레인징 및 STS 기반 레인징이 모두 적용될 수 있다. 또한, 도 13c에 도시된 실시 예는, 도 10a에 도시된 프리앰블을 이용하여 무결성 검사를 수행하는 실시 예와 함께 사용이 가능하다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, DS-TWR에서 얻을 수 있는 2개의 SS-TWR 레인징 결과 값들과 DS-TWR 레인징 결과 값에 기초하여 레인징 교정을 수행함으로써 HRP-ERDEV의 레인징 정확도를 향상 시킬 수 있는 레인징 교정 방법을 수행할 수 있다. 도 11을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 2개의 SS-TWR 레인징 결과 값 T-_r1 및 T_r2와 DS-TWR 레인징 결과 값 T_r3를 모두 활용하여 레인징을 수행하고, 3 개의 레인징 값 T-_r1, T_r2, T_r3에 기초하여 레인징 값을 기반으로 레인징 교정을 수행할 수 있다.

도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 DS-TWR을 이용하여 레인징을 수행하고 레인징 교정을 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다.

도 14의 단계 S1210, S1220, S1230, 및 S1240은 도 12의 단계 S1210, S1220, S1230, 및 S1240 각각에 대응되므로 중복되는 설명은 생략한다.

단계 S1240에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 T_r1와 T_r2의 차이가 임계 값 이상인지 판단할 수 있다.

예를 들어, 레인징 교정을 위한 임계 값이 V_th로 미리 결정된 경우를 가정하여 설명한다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 첫 번째 SS-TWR 레인징 결과 값 T-_r1과 두 번째 SS-TWR 레인징 결과 값 T-_r2를 측정 후, |T_r1 - T_r2| ≥ V_th 조건을 만족하면 두 레인징 값들 중 적어도 하나가 간섭에 크게 영향을 받았다고 판단하여 교정 과정을 중단할 수 있다(S1480). 만약, 레인징 결과 값이 |T_r1 - T_r2| ≥ V_th 조건을 만족하지 않는다면, 전자 디바이스는 T_r1 및 T_r2에 기초하여 레인징 교정을 수행할 수 있다(S1490).

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 아래의 [수학식 4]를 통해 레인징 교정을 수행함으로써 최종 레인징 결과 값으로서 T_result를 사용할 수 있다. [수학식 4]의 a, b는 레인징 채널 및 노이즈 등과 밀접한 파라미터이고, 전자 디바이스를 구현함에 있어서 목표로 하는 효용 함수에 기초하여 최적화된 값으로 정해진다.

[수학식 4]

도 14에 도시된 실시 예에 따른 레인징 방법에는, 프리앰블 기반 레인징 및 STS 기반 레인징이 모두 적용될 수 있다. 또한, 도 14에 도시된 실시 예는, 도 10b에 도시된 프리앰블을 이용하여 레인징 교정을 수행하는 실시 예와 함께 사용이 가능하다. 즉, 본 개시의 일 실시 예에 따라 DS-TWR에 포함되는 두 번의 SS-TWR을 통해 두 레인징 값들을 계산함에 있어서, STS 기반 레인징이 수행되거나, 프리앰블 기반 레인징이 수행되거나, STS 기반 레인징 및 프리앰블 기반 레인징이 함께 수행될 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 도 15, 도 16a, 도 16b 및 도 16c는 전자 디바이스가 복수의 STS 세그먼트들을 이용하여 레인징을 수행하는 방법을 도시한다. 복수의 STS 세그먼트들을 활용하는 본 개시의 일 실시 예에 따르면, early path insertion strategy를 활용하는 공격을 방지 하고, 레인징 정확도를 높일 수 있다.

IEEE 802.15.4z의 HRP UWB PHY에는 STS 세그먼트라는 개념이 정의되어 있다. STS 펄스 시퀀스 블록은, 하나의 데이터 유닛 내에 1개에서 4개까지 포함될 수 있고, silent 1us정도(512 chip)의 인터벌을 의미하는 갭과 함께 포함될 수 있다. 도 15의 예시(1510)는 2개의 STS 세그먼트가 고려되었을 경우의 그림이다. 도 15의 표에는 IEEE 802.15.4z의 HRP UWB PHY에서 지원되는 BPRF (base pulse repetition frequency)mode와 HPRF (higher pulse repetition frequency) mode가 지원하는 STS 세그먼트와 관련된 정보가 명시되어 있다. 도 15의 표의 두 번째 열(1520)을 참조하면, IEEE 802.15.4z의 HRP UWB PHY에서 지원되는 HPRF mode가 지원하는 STS 세그먼트는 1개에서 4개까지 포함될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 다수 개의 STS 세그먼트를 활용하여 각각의 세그먼트 별로 레인징 결과값을 측정하고, 측정된 값들을 서로 비교함으로써 무결성 검사를 수행하는 방법이 제안된다. 도 16a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 전자 디바이스가 복수의 STS 세그먼트들을 이용하여 레인징을 수행하고 무결성 검사를 수행하는 방법의 구체적인 흐름도를 도시한다.

단계 S1610에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, UWB 통신을 통해 다른 HRP-ERDEV와 통신 연결을 셋업하고 거리 측정을 위한 RFRAME을 송수신할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수 N_STS를 확인할 수 있다.

단계 S1621에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스가 N_STS=2라고 판단하는 경우, 단계 S1623에서 전자 디바이스는 첫 번째 STS 세그먼트를 이용하여 레인징 결과 값 T_r1을 측정하고, 두 번째 STS 세그먼트를 이용하여 레인징 결과 값 T_r2를 측정할 수 있다.

단계 S1631에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스가 N_STS=3이라고 판단하는 경우, 단계 S1633에서 전자 디바이스는 첫 번째 STS 세그먼트를 이용하여 레인징 결과 값 T_r1을 측정하고, 두 번째 STS 세그먼트를 이용하여 레인징 결과 값 T_r2를 측정하고, 세 번째 STS 세그먼트를 이용하여 레인징 결과 값 T_r3를 측정할 수 있다.

단계 S1641에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스가 N_STS=4라고 판단하는 경우, 단계 S1643에서 전자 디바이스는 첫 번째 STS 세그먼트를 이용하여 T_r1을 측정하고, 두 번째 STS 세그먼트를 이용하여 T_r2를 측정하고, 세 번째 STS 세그먼트를 이용하여 T_r3를 측정하고, 네 번째 STS 세그먼트를 이용하여 T_r4를 측정할 수 있다.

단계 S1650에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 측정된 레인징 결과 값들 간의 차이가 임계 값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 측정된 레인징 결과 값들 간의 차이가 임계 값 이상인 경우가 존재하면, 단계 S1660에서 공격이 감지된 것으로 판단하고 인가 과정을 중단할 수 있다. 측정된 레인징 결과 값들 간의 차이가 임계 값 이상인 경우가 존재하지 않으면, 단계 S1670에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 공격이 감지되지 않은 것으로 판단하고 인가 과정을 지속하여 상대 디바이스에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

도 16a에 도시된 실시 예에 따른 방법을 이용하여 레인징 무결성 검사를 수행하는 방법은, 공격 성공 가능성을 낮출 수 있다는 장점이 있다.

예를 들어, i 가 {1, 2, 3, 4} 중 하나의 값인 경우, 인덱스 i를 갖는 STS 세그먼트가 공격자의 early path insertion에 의해 공격 당할 확률을 p_ri라고 가정한다. 이 때, 기존에 하나의 STS 세그먼트만을 레인징에 이용하는 환경에서 공격자의 공격 성공 가능성은 p_r1이지만, 본 개시의 일 실시 예에 따라 2 개의 STS 세그먼트를 이용하여 측정된 레인징 값들에 대한 무결성 검사를 수행할 경우, 공격자의 공격 성공 가능성은 p_r1 _·p_r2 _·p_th로 감소될 수 있다. p_th(p_th ≤1)는, 첫 번째 STS 세그먼트를 이용하여 측정된 레인징 값 T_r1과 두 번째 STS 세그먼트를 이용하여 측정된 레인징 값 T_r2의 차이가 임계 값 V_th 이하인 조건을 만족할 확률이라고 가정한다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따라 3 개의 STS 세그먼트를 이용하여 측정된 레인징 값들에 대한 무결성 검사를 수행할 경우, 공격자의 공격 성공 가능성은 p_r1 _·p_r2·p_r3·p_th로 감소될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따라 4 개의 STS 세그먼트를 이용하여 측정된 레인징 값들에 대한 무결성 검사를 수행할 경우, 공격자의 공격 성공 가능성은 p_r1 _·p_r2 _·p_r3 _·p_r4 _·p_th 로 감소될 수 있다. 즉, 레인징에 이용하는 STS 세그먼트 수를 증가시킬수록, STS의 레인징 보안 레벨은 증가한다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레인징에 참여하는 디바이스의 처리 속도를 고려하여, STS 세그먼트에 따라 레인징 결과 값의 신뢰도(reliability)가 달라질 수 있다. 그러므로, 도 16a의 단계 S1650에서 공격이 감지되었는지 여부를 판단하는 기준이 되는 V_th에 대해서는, STS 세그먼트에 따라 서로 다른 값이 적용될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 도 16a에 도시된 방법을 수행함으로써, 레인징 정확도를 위한 복수의 STS 세그먼트를 레인징 보안(ranging security) 향상을 위해서도 이용할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 복수의 레인징 값들을 획득하기 위하여 복수의 STS 세그먼트들을 이용하는 방법 뿐만이 아니라, 복수의 연속적인 레인징을 수행하는 방법이 이용될 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 복수의 연속적인 레인징 과정을 통해 획득되는 복수의 레인징 값들을 기반으로, 도 16b의 단계 S1670에서 수행되는 것과 같은 무결성 검사를 수행할 수 있다. 연속적인 레인징 간의 간격은, 가간섭성 시간(coherence time) 이하의 간격으로 설정됨으로써, 전자 디바이스의 움직임에 따른 채널 변화를 방지할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, STS 세그먼트를 활용한 레인징 교정 방법을 수행할 수 있다. 도 16b를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, STS 세그먼트 별 레인징 결과 값 T_ri(i는 {1, …, K} 내에 포함되고, N_sts=K 이고, K는 {2, 3, 4} 내에 포함됨)를 얻기 위해 레인징을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, K개의 레인징 값을 기반으로 레인징 교정을 수행함으로써 HRP-ERDEV의 레인징 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 16b의 단계 S1610, S1621, S1623, S1631, S1633, S1641, S1643, 및 S1650은 도 16a의 단계 S1610, S1621, S1623, S1631, S1633, S1641, S1643, 및 S1650 각각에 대응되므로 중복되는 설명은 생략한다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 측정된 레인징 결과 값들 간의 차이가 임계 값 이상인 경우가 존재하면, 단계 S1680에서 레인징 결과 값들이 간섭에 크게 영향을 받은 것으로 판단하고 레인징 교정 과정을 중단할 수 있다. 측정된 레인징 결과 값들 간의 차이가 임계 값 이상인 경우가 존재하지 않으면, 단계 S1690에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, 간섭에 크게 영향을 받지 않은 것으로 판단하고 레인징 교정 과정을 수행할 수 있다.

레인징 교정 과정을 수행함에 있어서, 단계 S1690에서 일 실시 예에 따른 전자 디바이스는 레인징 결과 값 T_r1,…,T_rK (K in {2, 3, 4})를 측정 후, k-평균(means) 클러스터링 기법 등을 통해 측정된 레인징 결과 값 중 일부 값이 다른 값과 큰 차이를 보이는 지 여부를 판단할 수 있다. 전자 디바이스는, 레인징 결과 값 중 일부 값이 다른 값과 큰 차이를 보인다면, 해당 레인징 결과 값은 간섭에 크게 영향을 받았다고 판단하여 교정 과정에서 제외할 수 있다.

예를 들어, 도 16c에 도시된 바와 같이, N_STS = 4이고, 레인징 결과 값 중 T_r3가 다른 값들 T_r1, T_r2, T_r4과 큰 차이를 보인다면, 전자 디바이스는, T_r3가 간섭에 크게 영향을 받은 값이라고 판단할 수 있다. 따라서, T_r3는 레인징 교정 과정에서 이용이 제외될 수 있다.

일 실시 예에 따른 전자 디바이스는, K개의 레인징 값들 중에서 제외되지 않은 M개의 레인징 값들과 아래의 [수학식 5]를 이용하여, 레인징 교정을 수행함으로써 최종 레인징 결과 값으로 T_result를 사용할 수 있다.

[수학식 5]의 a_i (i는 {1, …, M} 내에 포함됨)는, 레인징 채널 및 노이즈 등과 밀접한 파라미터이고, 전자 디바이스를 구현함에 있어서 목표로 하는 효용 함수에 기초하여 최적화된 값으로 정해진다.

[수학식 5]

도 16b에 도시된 실시 예에 따른 레인징 방법에는, 프리앰블 기반 레인징 및 STS 기반 레인징이 모두 적용될 수 있다. 또한, 도 16b에 도시된 실시 예는, 도 10b에 도시된 실시 예 또는 도 14에 도시된 실시 예와 함께 사용이 가능하다. 즉, 본 개시의 일 실시 예에 따라 DS-TWR에 포함되는 두 번의 SS-TWR을 통해 두 레인징 값들을 계산함에 있어서, STS 기반 레인징이 수행되거나, 프리앰블 기반 레인징이 수행되거나, STS 기반 레인징 및 프리앰블 기반 레인징이 함께 수행될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면 전자 디바이스는, 도 9a, 도 10a, 도 12, 및 도 16a에 도시된 레인징 방법들을 유동적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면 전자 디바이스는, 도 9b, 도 10b, 도 14, 및 도 16b에 도시된 레인징 방법들을 유동적으로 사용할 수 있다. .

본 개시의 일 실시 예에 따르면 전자 디바이스는, DS-TWR 방법에 있어서 이용되는 프레임의 개수 및 STS 세그먼트를 이용한 레인징에 있어서 이용되는 STS 세그먼트의 개수를 가변적으로 이용할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따라 DS-TWR을 수행함에 있어서 3 개의 프레임 대신 4 개의 프레임을 사용하거나, 두 개 이상의 STS 세그먼트를 사용하면, 레인징 보안 레벨 및 레인징 정확도는 증가하지만 한 번의 레인징을 위해 더 많은 자원을 사용해야 하므로 시간 효율 및 에너지 효율이 감소한다.

따라서 DS-TWR을 위해 이용되는 프레임의 개수, STS 세그먼트의 개수, 및 레인징 주기 등을 포함하는 레인징과 관련된 파라미터는 필요에 따라 가변적으로 결정되는 것이 바람직하다.

도 17은 복수의 전자 디바이스들이 레인징 파라미터를 결정하는 과정을 도시한 도면이다. 컨트롤러 디바이스(1701)와 컨트롤리 디바이스(1702)는, 서로 통신함으로써 레인징을 수행할 수 있다.

단계 S1710에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 컨트롤러 디바이스(1701)와 컨트롤리 디바이스(1702)는, 레인징을 수행할 수 있다. 컨트롤러 디바이스(1701)와 컨트롤리 디바이스(1702)는, 미리 결정된 레인징 파라미터에 기초하여 레인징을 수행할 수 있다. 레인징 파라미터는, 레인징 방식, 레인징 주기, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수, 및 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 디바이스(1701)와 컨트롤리 디바이스(1702)는, DS-TWR 방법 또는 STS 세그먼트를 활용하여 레인징을 수행할 수 있다.

단계 S1720에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 컨트롤러 디바이스(1701)는, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다.

예를 들어, 컨트롤러 디바이스(1701)는, 레인징 보안 레벨 또는 레인징 정확도를 향상 시켜야 된다고 판단하는 경우, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수 또는 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수를 증가시킬 수 있다.

일 예로서, 본 개시의 일 실시 예에 따른 컨트롤러 디바이스(1701)는, DS-TWR을 위한 프레임 개수의 변경을 결정할 수 있다. 세 개의 프레임의 송수신으로 이루어진 DS-TWR을 사용하는 컨트롤러 디바이스(1701)들에 있어서, 컨트롤러 디바이스(1701)들은, 레인징 보안 레벨 및 레인징 정확도 증가를 위해 DS-TWR을 위한 프레임 수를 증가시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 컨트롤러 디바이스(1701)는, 세 개의 프레임을 이용한 두 번의 SS-TWR 결과 값들을 이용하여 레인징 결과 값을 도출했음에도 불구하고, 레인징 결과 값의 신뢰도가 낮다고 판단하거나 또는 더 높은 레인징 보안 레벨 및 더 높은 레인징 정확도가 요구된다고 판단할 수 있다. 높은 레인징 보안 레벨 및 높은 레인징 정확도가 요구되는 경우, 컨트롤러 디바이스(1701)는 직접 판단하여 프레임 수를 증가 시킬 수 있다. 또는, 컨트롤러 디바이스(1701)는, 컨트롤리 디바이스(1702)로부터 요청 받아, 프레임 수를 증가 시킬 수 있다. 컨트롤리 디바이스(1702)는, DS-TWR을 수행하기 위한 프레임 수를 증가시키도록 컨트롤러 디바이스(1701)에게 요청할 수 있다.

다른 예로서, 본 개시의 일 실시 예에 따른 컨트롤러 디바이스(1701)는, STS 세그먼트 개수의 변경을 결정할 수 있다. 컨트롤러 디바이스(1701)들은 레인징 보안 레벨 및 레인징 정확도의 증가를 위해 N개의 STS 세그먼트를 사용 했음에도 불구하고 레인징 결과 값의 신뢰도가 낮다고 판단하거나, 또는 더 높은 레인징 보안 레벨 및 더 높은 레인징 정확도가 요구된다고 판단할 수 있다. 높은 레인징 보안 레벨 및 높은 레인징 정확도가 요구되는 경우, 컨트롤러 디바이스(1701)는 직접 판단하여 STS 세그먼트의 개수를 증가 시킬 수 있다. 또는, 컨트롤러 디바이스(1701)는, 컨트롤리 디바이스(1702)로부터 요청 받아, STS 세그먼트의 개수를 증가 시킬 수 있다. 컨트롤리 디바이스(1702)는, STS 세그먼트의 개수를 증가시키도록 컨트롤러 디바이스(1701)에게 요청할 수 있다.

단계 S1730에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 컨트롤러 디바이스(1701)는, 레인징 파라미터의 변경을 컨트롤리 디바이스(1702)에게 통보할 수 있다.

단계 S1740에서 컨트롤러 디바이스(1701)와 컨트롤리 디바이스(1702)는, 변경된 레인징 파라미터를 이용하여 레인징을 다시 수행할 수 있다.

도 18a 및 18b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스의 블록도를 도시한다. 도 18a 및 18b에 도시된 전자 디바이스는, 상술한 다양한 실시 예들에서 개시자 역할을 수행하는 전자 디바이스이거나 또는 응답자 역할을 수행하는 전자 디바이스일 수 있다. 또는, 도 18a 및 18b에 도시된 전자 디바이스는, 상술한 다양한 실시 예들에서 리시버 역할을 수행하는 전자 디바이스이거나 또는 트랜스미터 역할을 수행하는 전자 디바이스일 수 있다. 또는, 도 18a 및 18b에 도시된 전자 디바이스는, 상술한 다양한 실시 예들에서 컨트롤러 역할을 수행하는 전자 디바이스이거나 또는 컨트롤리 역할을 수행하는 전자 디바이스일 수 있다.

도 18a를 참조하면, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 UWB 레인징을 수행하는 전자 디바이스(100)는 통신부(110) 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 18a에 도시된 구성 요소 모두보다 많은 구성 요소에 의해 전자 디바이스(100)가 구현될 수 있다.

도 18a에서는 전자 디바이스(100)가 하나의 프로세서를 포함하는 것으로 도시되었으나, 실시 예는 이에 제한되지 않으며, 전자 디바이스(100)는 복수의 프로세서들을 포함할 수 있다. 이하, 서술되는 프로세서(140)의 동작 및 기능들의 적어도 일부는 복수의 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 도 18a에 도시된 전자 디바이스(300)는, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 UWB를 통한 레인징 방법을 수행할 수 있으며, 도 9a 내지 도 17에 대한 설명들이 적용될 수 있다. 따라서, 상술한 바와 중복되는 내용은 생략한다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 통신부(110)는, 다른 디바이스 또는 네트워크와 유무선 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신부(110)는 다양한 유무선 통신 방법 중 적어도 하나를 지원하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈은 칩셋(chipset)의 형태일 수도 있고, 또는 통신에 필요한 정보를 포함하는 스티커/바코드(e.g. NFC tag를 포함하는 스티커)등일 수도 있다.

무선 통신은, 예를 들어, 셀룰러 통신, Wi-Fi(Wireless Fidelity), Wi-Fi Direct, 블루투스(Bluetooth), UWB(Ultra Wide Band) 또는 NFC(Near Field Communication) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유선 통신은, 예를 들어, USB 또는 HDMI(High Definition Multimedia Interface) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서 통신부(110)는 근거리 통신(short range communication)을 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(110)는 위에서 설명한 UWB, Wi-Fi, Wi-Fi Direct, 블루투스, NFC 외에 적외선 통신, MST(Magnetic Secure Transmission, 마그네틱 보안 통신과 같은 다양한 근거리 통신을 수행하기 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는 전자 디바이스(100)의 전체적인 동작을 제어하며, CPU, GPU 등과 같은 프로세서를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 프로세서(140)는 UWB 레인징을 수행하도록 전자 디바이스(100)에 포함된 다른 구성들을 제어할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 통신부(110)는, 레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는, 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하고, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행하거나 레인징 교정을 수행 할 수 있다.

프로세서(140)가 레인징 값을 획득하는 구체적인 방법에 대해서는 도 6 및 도 7에 대한 설명이 적용될 수 있고 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 프로세서(140)가 레인징 값들을 비교한 결과에 기초하여 무결성 검사 또는 레인징 교정을 수행하는 구체적인 방법에 대해서는, 도 9a 내지 도 16c에 대한 설명이 적용될 수 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

안전한 UWB 레인징을 수행하기 위한 무결성 검사를 위하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산하고, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

일 예로서 전자 디바이스(100)가 SS-TWR을 수행하는 개시자 디바이스인 경우, 통신부(110)는, 제1 프레임을 송신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 수신할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 프레임 및 제2 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산할 수 있다. 프로세서(140)는, 제2 프레임에 포함되는 STS와 미리 계산된 STS의 교차 상관의 피크 값을 기준으로 제1 레인징 값을 계산하기 위한 시점을 결정할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 프레임 및 제2 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

다른 예로서 전자 디바이스(100)가 DS-TWR을 수행하는 응답자 디바이스인 경우, 통신부(110)는, 제1 프레임을 수신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 송신하고, 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 수신할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 프레임, 제2 프레임, 및 제3 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산하고, 제1 프레임, 제2 프레임, 및 제3 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

한편, 안전한 UWB 레인징을 수행하기 위한 무결성 검사를 위하여, 본 개시의 다른 일 실시 예에 따른 전자 디바이스(100)는, DS-TWR에 포함되는 두 번의 라운드 트립 측정에서 두 번의 SS-TWR을 수행할 수 있다.

일 예로서 전자 디바이스(100)가 DS-TWR을 수행하는 개시자 디바이스인 경우, 통신부(110)는, 제1 프레임을 송신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 수신하고, 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 송신할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 프레임 및 제2 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산하고, 제2 프레임 및 제3 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 계산된 제2 레인징 값을 응답자 디바이스로부터 수신할 수 있다. 프로세서(140)는, 첫 번째 라운드 트립 측정을 통해 계산된 제1 레인징 값 및 두 번째 라운드 트립 측정을 통해 계산된 제2 레인징 값을 비교함으로써, 레인징 동작의 무결성 검사를 수행할 수 있다.

다른 예로서 전자 디바이스(100)가 DS-TWR을 수행하는 응답자 디바이스인 경우, 통신부(110)는, 제1 프레임을 수신하고, 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 송신하고, 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 수신할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 프레임 및 제2 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 응답자 디바이스로부터 수신하고, 제2 프레임 및 제3 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다. 프로세서(140)는, 첫 번째 라운드 트립 측정을 통해 계산된 제1 레인징 값 및 두 번째 라운드 트립 측정을 통해 계산된 제2 레인징 값을 비교함으로써, 레인징 동작의 무결성 검사를 수행할 수 있다.

한편, 안전한 UWB 레인징을 수행하기 위한 무결성 검사를 위하여, 본 개시의 또 다른 일 실시 예에 따른 전자 디바이스(100)는, 복수의 STS 세그먼트들을 이용하여 계산된 복수의 레인징 값들을 비교할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제1 STS 세그먼트를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 제1 레인징 값을 계산하고, 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제2 STS 세그먼트에 포함된 시점 정보에 기초하여 제2 레인징 값을 계산할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 범위 내에 포함되는 경우, 접근 권한이 부여된 디바이스에 의해 레인징이 올바르게 수행되었다고 판단할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 미만인 경우, 인가 과정을 지속함으로써 상대 전자 디바이스에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 획득하고, 제3 레인징 값에 기초하여 접근 권한을 부여할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 미만인 경우, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 획득하고, 제3 레인징 값에 기초하여 접근 권한을 부여할 수 있다.

제3 레인징 값은 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 가중치 합일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 범위 내에 포함되는 경우, 접근 권한이 부여된 디바이스에 의해 레인징이 올바르게 수행되었다고 판단할 수 있다.

프로세서(140)는, 레인징 정확도를 높이기 위하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 획득하는 레인징 교정을 수행할 수 있다. 제3 레인징 값은, [수학식 3] 내지 [수학식 5] 등을 통해 계산될 수 있다. 중복되는 설명은 생략한다. 프로세서(140)는, 제3 레인징 값에 기초하여 다른 전자 디바이스에게 접근 권한을 부여할 수 있다.

반면에, 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 범위 내에 포함되지 않는 경우, 접근 권한이 부여되지 않은 디바이스에 의한 공격이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 이상인 경우, 인가 과정을 중단할 수 있다. 프로세서(140)는, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 이상인 경우, 레인징 교정 과정을 중단할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는, 무결성 검사 결과에 기초하여, 레인징 파라미터의 변경을 결정할 수 있다. 레인징 파라미터는, 레인징 방식, 레인징 주기, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수, 및 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 일 실시 예에 따른 프로세서(140)는, 레인징 보안 레벨 또는 레인징 정확도를 향상 시켜야 된다고 판단하는 경우, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수 또는 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수를 증가시킬 수 있다. 통신부(110)는, 다른 전자 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경을 통보할 수 있다.

한편, 도 18b에 도시된 바와 같이, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스(100)는, 메모리(120), 보안 요소(130) 및 각 구성을 연결하는 버스(150)를 더 포함할 수 있다.

프로세서(140)는, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 UWB 레인징을 수행하기 위하여, 메모리(120) 및 보안 요소(130)에 저장된 프로그램을 실행시키거나, 저장된 파일을 읽어오거나, 새로운 파일을 저장할 수도 있다. 메모리(120)에 저장된 인스트럭션들이 프로세서(140)에 의해 실행되어, 본 개시의 실시 예들이 구현될 수 있다.

메모리(120)에는 애플리케이션과 같은 프로그램 및 파일 등과 같은 다양한 종류의 데이터가 설치 및 저장될 수 있다. 프로세서(140)는 메모리(120)에 저장된 데이터에 접근하여 이를 이용하거나, 또는 새로운 데이터를 메모리(120)에 저장할 수도 있다. 일 실시 예에서, 메모리(120)에는 레인징을 안전하고 (securely) 정확하게 수행하기 위한 프로그램 및 데이터가 설치 및 저장될 수 있다.

보안 요소(130)는 전자 디바이스(100)의 독립된 보안 저장 장치로, 인증된 애플리케이션만 접근 가능한 보안 영역이다. 보안 요소(130)는 다른 하드웨어 구성과 물리적으로 분리(isolate)되도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면 보안 요소(130)는 embedded Secure Element(eSE), Universal integrated Circuit Card(UICC), Secure Digital Card(SD Card), embedded UICC (eUICC) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

보안 요소(130)는 별도의 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있고, 보안 요소(130)의 프로세서는 보안 요소(130)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 보안 요소(130)의 프로세서는 UWB 레인징을 안정하게 수행하도록 보안 요소(130)에 포함된 구성들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 보안 요소(130)의 프로세서는 보안 요소(130)의 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키거나, 메모리에 저장된 데이터를 읽어 들이거나, 메모리에 새로운 데이터를 저장할 수 있다. 보안 요소(130)의 메모리에 저장된 인스트럭션들 또는 프로그램이 보안 요소(130)의 프로세서에 의해 실행되어, 본 개시의 실시 예들이 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 레인징 동작에 대한 무결성 검사를 통해 디바이스에 대한 안전한 접근 제어를 수행하기 위한 프로그램 및 데이터가 보안 요소(130)에 설치 및 저장될 수도 있다.

버스(BUS, 150)는 통신부(110), 메모리(120), 보안 요소(130) 및 프로세서(140)를 연결하는 공통 데이터 전송 통로이다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스(100)는, 레인징 값들에 대한 무결성 검사를 수행함으로써 HRP UWB PHY를 이용하는 ERDEV의 레인징 안전성을 향상 시킬 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스(100)는, 릴레이 공격 또는 마피아 공격 등 early path insertion strategy를 사용하는 공격을 감지함으로써, 레인징 안전성 레벨을 증가 시킬 수 있다. 결과적으로 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, UWB 레인징에 기반한 UWB의 보안 레벨도 증가 될 수 있다.

또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스(100)는, 레인징 값들에 대한 레인징 교정을 수행함으로써 레인징 정확도를 향상 시킬 수 있다. HRP UWB PHY를 고려하는 ERDEV의 레인징 정확도 향상을 위해 상술한 다양한 실시 예들이 이용될 수 있다.

개시된 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 S/W 프로그램으로 구현될 수 있다.

컴퓨터는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 개시된 실시 예에 따른 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시 예들에 따른 영상 전송 장치 및 영상 수신 장치를 포함할 수 있다.

컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장 매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.

또한, 개시된 실시 예들에 따른 전자 장치 또는 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 S/W 프로그램, S/W 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 제품은 전자 장치의 제조사 또는 전자 마켓을 통해 전자적으로 배포되는 S/W 프로그램 형태의 상품(예, 다운로더블 앱)을 포함할 수 있다. 전자적 배포를 위하여, S/W 프로그램의 적어도 일부는 저장 매체에 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다. 이 경우, 저장 매체는 제조사의 서버, 전자 마켓의 서버, 또는 SW 프로그램을 임시적으로 저장하는 중계 서버의 저장 매체가 될 수 있다.

컴퓨터 프로그램 제품은, 서버 및 단말(예로, 백엔드 서버 및 디바이스)로 구성되는 시스템에서, 서버의 저장 매체 또는 단말의 저장 매체를 포함할 수 있다. 또는, 서버 또는 단말과 통신 연결되는 제3 장치(예, 스마트 폰)가 존재하는 경우, 컴퓨터 프로그램 제품은 제3 장치의 저장 매체를 포함할 수 있다. 또는, 컴퓨터 프로그램 제품은 서버로부터 단말 또는 제3 장치로 전송되거나, 제3 장치로부터 단말로 전송되는 S/W 프로그램 자체를 포함할 수 있다.

이 경우, 서버, 단말 및 제3 장치 중 하나가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시 예들에 따른 방법을 수행할 수 있다. 또는, 서버, 단말 및 제3 장치 중 둘 이상이 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시 예들에 따른 방법을 분산하여 실시할 수 있다.

예를 들면, 서버(예로, 클라우드 서버 또는 인공 지능 서버 등)가 서버에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 서버와 통신 연결된 단말이 개시된 실시 예들에 따른 방법을 수행하도록 제어할 수 있다.

또 다른 예로, 제3 장치가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 제3 장치와 통신 연결된 단말이 개시된 실시 예에 따른 방법을 수행하도록 제어할 수 있다. 구체적인 예로, 제3 장치는 영상 전송 장치 또는 영상 수신 장치를 원격 제어하여, 패킹 영상을 전송 하거나 수신하도록 제어할 수 있다.

제3 장치가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하는 경우, 제3 장치는 서버로부터 컴퓨터 프로그램 제품을 다운로드하고, 다운로드 된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행할 수 있다. 또는, 제3 장치는 프리로드된 상태로 제공된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시 예들에 따른 방법을 수행할 수도 있다.

Claims

무선 통신 시스템에서 UWB(Ultra Wide Band)를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 동작 방법에 있어서,
레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는 단계;
상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하는 단계; 및
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프레임을 송수신 하는 단계는,
제1 프레임을 송신하는 단계; 및
상기 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 수신하는 단계를 포함하고,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하는 단계; 및
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프레임을 송수신 하는 단계는,
제1 프레임을 수신하는 단계;
상기 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 송신하는 단계; 및
상기 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 수신하는 단계를 포함하고,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임, 및 상기 제3 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하는 단계; 및
상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임, 및 상기 제3 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프레임을 송수신 하는 단계는,
제1 프레임을 송신하는 단계;
상기 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 수신하는 단계; 및
상기 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 송신하는 단계를 포함하고,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하는 단계; 및
상기 제2 프레임 및 상기 제3 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 계산된 상기 제2 레인징 값을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프레임을 송수신 하는 단계는,
제1 프레임을 수신하는 단계;
상기 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 송신하는 단계; 및
제3 프레임을 수신하는 단계를 포함하고,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 계산된 상기 제1 레인징 값을 수신하는 단계; 및
상기 제2 프레임 및 상기 제3 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제1 STS 세그먼트를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제2 STS 세그먼트를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프레임을 송수신 하는 단계는,
제1 레인징을 위한 복수의 프레임들을 포함하는 제1 프레임 세트를 상기 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신하는 단계; 및
제2 레인징을 위한 복수의 프레임들을 포함하는 제2 프레임 세트를 상기 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신하는 단계를 포함하고,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 제1 프레임 세트에 포함되는 상기 복수의 프레임들을 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하는 단계; 및
상기 제2 프레임 세트에 포함되는 상기 복수의 프레임들을 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 무결성 검사를 수행하는 단계는,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 이상인 경우, 인가 과정(authorization process)을 중단하는 단계; 및
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 미만인 경우, 인가 과정(authorization process)을 지속함으로써 접근 권한을 부여하는 단계를 포함하는, 방법.
제9 항에 있어서,
상기 접근 권한을 부여하는 단계는,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 획득하는 단계; 및
상기 제3 레인징 값에 기초하여, 접근 권한을 부여하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 무결성 검사 결과에 기초하여, 레인징 파라미터의 변경을 결정하는 단계; 및
상기 다른 전자 디바이스에게 레인징 파라미터의 변경을 통보하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제11 항에 있어서,
상기 레인징 파라미터는,
레인징 방식, 레인징 주기, 레인징을 위해 이용되는 프레임의 개수, 및 프레임에 포함되는 STS 세그먼트의 개수 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프레임을 송수신 하는 단계는,
다른 전자 디바이스에게 제1 프레임을 송신하는 단계; 및
상기 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 상기 다른 전자 디바이스로부터 수신하는 단계를 포함하고,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 제2 프레임에 포함되는 STS와 미리 계산된 STS의 교차 상관(cross correlation)의 피크 값을 기준으로 상기 제1 레인징 값을 계산하기 위한 시점을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프레임을 송수신 하는 단계는,
다른 전자 디바이스에게 제1 프레임을 송신하는 단계; 및
상기 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 상기 다른 전자 디바이스로부터 수신하는 단계를 포함하고,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 획득하는 단계는,
상기 제1 프레임을 송신하는 시점으로부터 상기 제2 프레임을 수신하는 시점까지의 제1 시간(T_round)을 계산하는 단계;
상기 다른 전자 디바이스가 상기 제1 프레임을 수신하는 시점으로부터 상기 제2 프레임을 송신하는 시점까지의 제2 시간(T_reply)을 상기 다른 전자 디바이스로부터 수신하는 단계;
상기 제1 시간(T_round) 및 상기 제2 시간(T_reply)에 기초하여, 상기 전자 디바이스에게 프레임을 송신하기 위해 소요되는 제3 시간(T_prop)을 계산하는 단계; 및
상기 제3 시간(T_prop)에 기초하여, 상기 전자 디바이스와 상기 다른 전자 디바이스 간의 예측 거리로서 상기 제1 레인징 값을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스에 있어서,
레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는, 통신부; 및
상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하고, 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값을 비교한 결과에 기초하여, 무결성 검사를 수행하는, 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 전자 디바이스.
제15 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 STS를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하고,
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 프리앰블에 포함된 시점 정보에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는, 전자 디바이스.
제15 항에 있어서,
상기 통신부는,
제1 프레임을 송신하고,
상기 제1 프레임에 응답하여 제2 프레임을 수신하고,
상기 제2 프레임에 응답하여 제3 프레임을 송신하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하고,
상기 제2 프레임 및 상기 제3 프레임에 기초하여 결정된 시점들에 기초하여 계산된 상기 제2 레인징 값을 수신하는, 전자 디바이스.
제15 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제1 STS 세그먼트를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제1 레인징 값을 계산하고,
상기 적어도 하나의 프레임에 포함되는 제2 STS 세그먼트를 이용하여 결정된 시점들에 기초하여 상기 제2 레인징 값을 계산하는, 전자 디바이스.
무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스의 동작 방법에 있어서,
레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는 단계;
상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하는 단계; 및
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제19 항에 있어서,
상기 제3 레인징 값을 결정하는 단계는,
상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값의 차이가 임계 값 미만인 경우, 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값의 가중치 합을 상기 제3 레인징 값으로서 결정하는, 방법.
무선 통신 시스템에서 UWB를 통해 레인징을 수행하는 전자 디바이스에 있어서,
레인징을 위한 적어도 하나의 프레임을 적어도 하나의 다른 전자 디바이스와 송수신 하는, 통신부; 및
상기 적어도 하나의 프레임에 기초하여, 제1 레인징 값 및 제2 레인징 값을 획득하고, 상기 제1 레인징 값 및 상기 제2 레인징 값에 기초하여 제3 레인징 값을 결정하는, 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 전자 디바이스.
제1 항 또는 제19 항의 방법을 수행하도록 하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.