KR101554687B1

KR101554687B1 - 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법

Info

Publication number: KR101554687B1
Application number: KR1020100083583A
Authority: KR
Inventors: 김선욱; 김종옥; 황석중
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2015-09-21
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: KR20120019949A; US20130113611A1; WO2012026656A1; US9136977B2

Abstract

본 발명은 자체 전원이 없는 수동장치와 상기 수동장치에 무선으로 전원을 공급하며 상기 수동장치와 통신하는 능동장치를 포함한 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수동장치에서 능동장치로 전송하는 전송 메시지에 대해 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 동기신호의 개수를 가변적으로 설정하여 전송함으로써 낮은 신호대 잡음비 및 부정확하고 불안정한 특성이 있는 수동 통신의 주파수에서 동기를 잃는 현상을 해결하여 전송 효율을 높이고, 상기 전송 메시지에 대해 상기 동기신호 사이의 메시지를 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 메시지 단편길이 또는 메시지 단편개수를 가변적으로 설정하여 전송함으로써 높은 전송 효율을 유지하도록 하여 수동장치에서 멀티미디어 스트림 데이터와 같은 대용량의 데이터 전송을 안정적으로 하며, 메시지 단편에 고유번호를 삽입하여 전송함으로써 비트 오류 발생 확률을 쉽게 계산할 수 있으며 수신오류 시 해당 메시지 단편만 재전송하도록 하여 과부하를 방지하고, 능동장치의 요청에 따라 동기신호의 개수, 메시지 단편의 개수, 메시지 단편의 길이를 조절함으로써 다양한 통신 환경에 알맞게 대응하도록 하여 통신 환경에 대한 적응성이 뛰어난 효과가 있다.

Description

수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법{DATA TRANSMISSION METHOD FOR PASSIVE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 특히 수동형RFID(Passive Radio Frequency IDentification) 통신 시스템과 같이 자체 전원을 사용하지 않고 무선으로 전원을 공급받아 수동적으로 동작하여 데이터를 송수신하는 수동 통신 시스템에서 수동장치가 송신하는 메시지를 효과적으로 구성하여 전송 효율을 높인 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

수동 통신 시스템은 자체 전원을 사용하지 않고 무선으로 전원을 공급받아 수동적으로 동작하여 데이터를 송수신하는 장치(이하, 수동장치)와 수동장치에 무선으로 전원을 공급 및 제어하여 데이터를 송수신하는 능동 장치(이하, 능동장치)로 구성된 시스템을 지칭한다. 대표적인 수동 통신 시스템으로는 수동형(Passive) RFID(Radio Frequency IDentification)를 이용한 통신 시스템이 있으며, 이는 수동장치(수동형 RFID)를 특정 물리적 객체에 부착하고 식별코드 등 해당 객체에 관련된 데이터를 저장하여 능동장치(RFID 리더)가 무선으로 전원을 공급하고 동시에 해당 객체에 대한 정보를 수집하기 위한 시스템이다.

최근에는 식별코드와 같은 저용량 데이터뿐만 아니라 고용량 멀티미디어 데이터를 고속으로 전송하는 수동 통신 시스템이 등장하고 있다 (예를 들어, 제이 멕도넬 등(J. McDonnell et.al)의 "메모리 스팟: 라벨링기술" [IEEE Pervasive Computing, vol. 9, no. 2, pp. 11-17, Apr.-Jun. 2010.]).

하지만, 이러한 수동 통신 시스템은 고용량 데이터를 고속으로 전송하는데 불리한 특성들을 지니고 있다. 수동장치는 무선으로 공급받는 전원에 의존하기 때문에 소량의 전원으로 동작하여야 하고 전원 공급 상태가 불안정하여, 이러한 전원 공급의 한계로 인해 수동장치가 전송하는 메시지의 주파수가 불안정하며 신호의 세기도 매우 약해 메시지의 수신에 빈번한 오류가 생기게 되기 때문이다.

수동장치는 상기와 같은 메시지 수신에 발생하는 빈번한 오류로 인해 한 번에 전송하는 메시지의 길이를 제한하게 된다. 메시지 수신에 오류가 생기면 수동 장치가 메시지를 재전송하도록 하여 재수신해야 하는데, 메시지의 길이가 길수록 메시지 수신에 오류가 발생하는 확률이 더욱 커지기 때문이다. 하지만 고용량 데이터를 고속에서 효과적으로 전송하기 위해서는 한 번에 긴 길이의 메시지를 전송해야 한다.

도 1은 일반적인 수동 통신 시스템에서 메시지의 구조도를 도시한 것으로, 능동장치의 데이터 전송 요청(10)에 대해 수동장치는 동기신호(11)와 실제 데이터(12) 및 데이터 전송 오류를 검출하기 위한 체크섬(13:Checksum)을 포함하여 능동장치로 전송하게 된다.

이때, 수동장치에서 하나의 메시지(14)를 전송하기 위해서는 실제 데이터 전송에 소요되는 시간뿐만 아니라, 전송할 능동장치로부터 데이터 전송을 요청받는 시간, 실제 데이터를 전송하기 위해 부가적으로 필요한 메시지의 구성 요소들(능동장치와 수동장치의 메시지 동기를 위한 동기신호, 데이터를 올바르게 수신하였는지 여부를 판단하기 위한 체크섬)을 전송하는 시간이 포함된다.

그러나, 수동 통신 시스템에서는 링크 주파수가 매우 불안정하여 메시지의 길이가 길어짐에 따른 오류의 발생확률이 높아 메시지를 짧게 할 수밖에 없다. 이처럼, 메시지의 길이가 짧으면 상기와 같은 실제 데이터 전송 이외에 소요되는 시간이 상대적으로 증가하기 때문에 데이터 전송 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위해서 일부 능동 통신 시스템(알. 케이. 간티(R. K. Ganti) 등의 "무선 센서 네트워크 내 데이터 스트리밍" [Proc. International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, 2006, pp. 209-222.]에서는 도 2와 같이 하나의 긴 메시지를 여러 개의 메시지 단편(23,24:Framgment)으로 나누고 각 메시지 단편별로 메시지 단편의 순서를 구별하는 번호(21)와 체크섬(22)을 삽입하여 일부의 메시지 단편에서 수신 오류가 발생하더라도 메시지 전체를 다시 전송하지 않고 오류가 발생한 메시지 단편들만을 재전송 및 수신하여 수신 효율을 높이는 방법을 사용한다(이하, 분할 체크섬 방식).

그러나, 이러한 분할 체크섬 방식을 수동 통신 시스템에 적용할 경우, 능동 통신 시스템의 경우에 비해 효과가 크지 않은 문제점이 있다. 수동 통신 시스템은 송신하는 메시지의 주파수가 능동 통신 시스템에 비하여 매우 불안정하므로, 능동장치가 수동장치가 전송한 불안정한 주파수를 갖는 메시지를 수신할 경우 메시지와의 동기를 쉽게 잃어버리게 되어 동기를 잃어버린 시점 이후로는 메시지를 올바르게 수신할 수 없게 된다.

이 경우, 메시지를 여러 개의 메시지 단편으로 나누게 되더라도 동기를 잃어버린 시점 이후에 수신되는 모든 메시지 단편들은 모두 올바르게 수신되지 않기 때문에 전송 효율 향상에 기여할 수 없는 문제점이 있다.

상기와 같이 수동 통신 시스템에서의 불안정한 주파수 문제를 해결하는 방법이 제시되었는데, 미국 특허 공개 제 2007 0035 383A1, "무선 주파수 판독 시스템 및 방법”에서는 도 3과 같이 수동형 RFID에서 메시지 앞에 위치하는 동기신호 이외에 동기신호를 메시지 중간과 끝에, 총 3개의 동기신호를 삽입하는 방법이 기술되어있다. 이는 여러 개의 동기신호(31,32,33)들을 이용하여 메시지 수신시 동기를 잃는 현상을 줄이기 위한 것이다.

하지만, 이와 같이 고정된 수의 동기신호를 사용하는 것은 다양한 통신 상태에 적절히 대응할 수 없는 단점이 있다. 가령 수동장치가 정확한 주파수로 충분한 강도의 신호를 전송하는 경우 여러 개의 동기신호의 전송은 불필요한 시간을 소요하며, 수동장치가 매우 불안정한 주파수로 약한 신호를 전송하는 경우 3개의 동기신호로는 동기를 잃는 현상을 줄이기에 충분하지 않게 된다.

더불어, 이 방법을 통하여 동기를 잃는 현상을 경감시키더라도 메시지 수신 오류가 발생하였을 때 메시지 전체를 다시 전송 및 수신해야하는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예들의 목적은 수동장치에서 능동장치로 전송하는 전송 메시지에 대해 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 동기신호의 개수를 가변적으로 설정하여 전송함으로써 낮은 신호대 잡음비 및 부정확하고 불안정한 특성이 있는 수동 통신의 주파수에서 동기를 잃는 현상을 해결한 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예들의 다른 목적은 상기 전송 메시지에 대해 상기 동기신호 사이의 메시지를 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 메시지 단편길이 또는 메시지 단편개수를 가변적으로 설정하여 전송함으로써 높은 전송 효율을 유지하도록 한 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예들의 또 다른 목적은 메시지 단편에 고유번호를 삽입하여 전송함으로써 비트 오류 발생 확률을 쉽게 계산할 수 있으며 수신오류 시 해당 메시지 단편만 재전송하도록 한 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예들의 또 다른 목적은 능동장치의 요청에 따라 동기신호의 개수, 메시지 단편 개수, 메시지 단편 길이의 조절을 통해 다양한 통신 환경에 알맞게 대응하도록 한 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법은 자체 전원이 없는 수동장치와 상기 수동장치에 무선으로 전원을 공급하며 상기 수동장치와 통신하는 능동장치를 포함한 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법으로서, 상기 능동장치가 통신환경정보에 따라 결정한 동기신호의 수를 포함한 요청 메시지를 전송하는 단계; 상기 수동장치가 동기신호와 하나 이상의 메시지 단편으로 구성되는 메시지 단편 묶음을 상기 능동장치의 요청 메시지에 포함된 동기신호의 수만큼 구성한 응답 메시지를 상기 능동장치로 전송하는 단계를 포함한다.

상기 능동장치는 상기 동기신호 사이의 위치한 메시지 단편의 개수 또는 메시지 단편의 길이를 통신환경에 따라 결정하여 상기 요청 메시지에 포함시킨다.

상기 메시지 단편은 고유 식별번호 및 데이터의 정상 수신 여부를 판단하기 위한 체크섬을 포함한다.

또한, 상기 능동장치가 수신한 상기 메시지 단편에 포함된 데이터에서 오류가 발생할 경우, 상기 능동장치가 상기 메시지 단편의 고유 식별번호를 이용하여 상기 메시지 단편에 대응하도록 오류를 기록하는 단계를 더 포함한다.

더불어, 상기 능동장치가 상기 오류 발생시 상기 메시지 단편의 고유 식별번호에 대응하는 비트 플래그를 포함한 재전송 요청 메시지를 상기 수동장치로 전송하는 단계; 상기 수동장치가 상기 비트 플래그에 대응되는 메시지 단편에 대한 데이터만을 상기 응답 메시지의 구조로 구성하여 상기 능동장치로 전송하는 단계를 더 포함한다.

아울러, 상기 능동장치가 상기 오류 기록을 이용하여 상기 동기신호로부터 같은 거리를 갖는 메시지 단편들에 대한 오류 발생 통계를 수집하는 단계; 상기 능동장치가 상기 오류 발생 통계를 이용하여 상기 같은 거리를 갖는 메시지 단편들에 대해 해당 메시지 단편들의 크기에 따른 비트 오류 발생 확률의 오프셋을 구하는 단계; 상기 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수에 따른 상기 비트 오류 발생 확률의 기울기를 구하는 단계를 더 포함한다.

이때, 상기 능동장치가 상기 비트 오류 발생 확률의 오프셋 및 상기 비트 오류 발생 확률의 기울기를 이용하여, 상기 응답 메시지의 구조가 통신환경에 최적이 되도록 하는 {메시지 단편크기, 동기신호 간격, 동기신호의 개수} 집합을 구하고, 이의 적용을 상기 수동장치로 요청하는 단계를 더 포함한다.

이후, 상기 능동장치가 상기 응답 메시지의 구조가 변경된 이후 오류 기록을 초기화하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 능동장치가 수신한 상기 응답 메시지에서 상기 동기신호를 검출하고 이를 통해 동기를 획득하여 상기 응답 메시지의 데이터를 디코딩하는 단계를 더 포함한다.

상기 수동장치는 수동형 RFID이다.

본 발명의 실시 예에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법은 수동장치에서 능동장치로 전송하는 전송 메시지에 대해 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 동기신호의 개수를 가변적으로 설정하여 전송함으로써 낮은 신호대 잡음비 및 부정확하고 불안정한 특성이 있는 수동 통신의 주파수에서 동기를 잃는 현상을 해결하여 전송 효율을 높이는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법은 상기 전송 메시지에 대해 상기 동기신호 사이의 메시지를 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 메시지 단편길이 또는 메시지 단편개수를 가변적으로 설정하여 전송함으로써 높은 전송 효율을 유지하도록 하여 수동장치에서 멀티미디어 스트림 데이터와 같은 대용량의 데이터 전송을 안정적으로 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법은 메시지 단편에 고유번호를 삽입하여 전송함으로써 비트 오류 발생 확률을 쉽게 계산할 수 있으며 수신오류 시 해당 메시지 단편만 재전송하도록 하여 과부하를 방지하는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법은 능동장치의 요청에 따라 동기신호의 개수, 메시지 단편 개수, 메시지 단편 길이를 조절함으로써 다양한 통신 환경에 알맞게 대응하도록 하여 통신 환경에 대한 적응성이 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 일반적인 수동 통신 시스템에서의 메시지의 구조도.
도 2는 분할 체크섬을 사용하는 통신 시스템에서의 메시지의 구조도.
도 3은 수동통신 시스템에서 3개의 동기신호를 사용하는 메시지의 구조도.
도 4는 낮은 SNR의 링크 주파수에서 동기신호와의 거리에 따른 개별 비트의 비트 에러율의 예.
도 5는 업링크에서 변동을 고려한 링크 주파수의 SNR에 따른 특성의 예.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응답 메시지의 구성변경 요청 메시지의 구조도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동장치에서 송신하는 응답 메시지의 구조도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동장치에서 전송하는 재전송 요청 메시지의 구조도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동장치에서 전송하는 재전송 응답 메시지의 구조도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 전송 방법의 순서도.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시 예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

수동장치와 능동장치를 포함한 수동 통신 시스템에서, 수동장치는 자체 전원이 있지 않기 때문에 상기 수동장치가 전송하는 업링크 주파수는 낮은 신호대잡음비(SNR: Signal-To-Ratio, 이하 SNR이라 한다)뿐만 아니라, 주파수 변동에 따른 불안정하고 부정확한 특성이 있다.

따라서, 이러한 수동 통신 프로토콜에서는 일반적으로 능동형 통신에 비해 2.5% 내외의 주파수 변동폭(Frequency Variation)과 22% 내외의 사용 주파수 에러(nominal frequency error)를 용인하도록 구성된다. 이러한 수동 통신 프로토콜의 예로 수동형 RFID 태그와 RFID 리더기 사이의 프로토콜을 들 수 있다.

본 발명은 이와 같은 수동 통신의 낮은 SNR 및 불안정하고 부정확한 링크 주파수 특성으로 인해 발생하는 비트 에러율(bit error probability)과 동기 손실(synchronization losses)의 문제점을 극복하여 전송 효율을 극대화하는 데이터 전송 방법이다.

도 4는 낮은 SNR의 링크 주파수에서 동기신호와의 거리에 따른 개별 비트의 비트 에러율(Bit Error Probability)을 도시한 것으로서, 1dB 부터 5dB에 해당하는 낮은 SNR의 링크 주파수에서 동기신호와의 비트 거리에 따른 비트 에러 확률과의 상관관계를 도시한 것이다.

이때, 링크 주파수는 에러나 주파수 변동을 고려하지 않은 정확한 주파수이며, 비트 에러율은 동기신호로부터 거리가 멀어짐에 따라 단조 증가한다. 또한, 변동이 없는 정확한 링크 주파수임에도 불구하고, 도시한 비트 에러율 곡선은 완전히 평평하지 않은데 이것은 신호의 잡음이 디코딩에 영향을 주기 때문으로, 이러한 영향은 보다 넓은 변동 범위를 갖는 주파수에서는 더욱 심각해진다.

상기 비트 에러율은 수학식 1과 같이 표현된다.

D: 동기 신호로부터 비트 거리

α: 적절한 타이밍 윈도우(Adequate timing window)에서 심볼 디코딩 확률

β: 적절한 타이밍 윈도우에서 디코딩 타이밍 오프셋(offset)에 있을 확률

상기 수학식 1의 β의 정의에 따라,

는 D번째 비트에서 동기 성공 확률이다.

도 5는 업링크(uplink, 수동장치에서 능동장치로의 전송) 조건에서 변동을 고려한 링크 주파수의 SNR에 따른 상기 α,β를 도시한 것으로, 도시한 바와 같이 α가 SNR의 변화에는 민감하지만 링크 주파수의 변동에 덜 민감한 반면(도 5a), β는 링크 주파수의 변동에 대해서는 매우 민감한 경향(즉, 낮은 SNR의 링크 주파수에서 변동이 커짐에 따라 매우 감소하는)을 보인다(도 5b).

이러한 비트 에러 특성은 도 2에 도시한 분할 체크섬 방식에서 특별히 더 작은 β를 갖는(즉, 보다 높은 동기 손실 확률을 갖는) 메시지 단편의 뒤에 위치한 메시지 단편은 이러한 비트 에러율이 앞선 메시지 단편에 비해 더욱 높아질 수 있다는 것을 보여준다.

따라서, 불안정한 링크 주파수 변동폭을 갖는 수동 통신 시스템의 특성상 β가 본질적으로 매우 작으므로 동기 손실을 효과적으로 제어하여야만 한다.

그러므로, 본 발명에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에서는 수동장치에서 능동장치로의 데이터 전송(업 링크)시, 이러한 메시지 단편간의 연속적으로 높아지는 동기 손실 확률을 없애기 위해서 분할 체크섬 방식의 전송 메시지의 메시지 단편사이에 동기신호를 삽입한다.

이처럼, 수동장치에서 능동장치로 전송하는 전송 메시지에 대해 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 동기신호의 개수를 가변적으로 설정하여 전송함으로써 낮은 신호대 잡음비 및 부정확하고 불안정한 특성이 있는 수동 통신의 주파수에서 동기를 잃는 현상을 해결할 수 있어 전송 효율을 높이게 된다.

즉, 상기 전송 메시지에 삽입된 동기신호는 재 동기지점으로 동작하여, 동기신호와의 거리에 높은 영향을 받는 메시지 단편들의 동기 손실 확률을 낮춰준다.

이때, 상기 수동 통신 시스템에서 업 링크의 전송 효율은 다음과 같이 유도된다.

상기 수학식 2에서 분자는 전송되는 데이터 양이며, 분모는 전체 메시지이 성공적으로 전송되는데 소요되는 시간이다.

상기 전송 효율은 중요한 세 가지 변수를 포함한다.

L: 각 메시지 단편의 비트 단위 길이

I: 동기신호 사이의 메시지 단편개수,즉 메시지 단편단위로 표현한 동기신호의 삽입 간격

N: 전송 메시지 내 동기신호의 총 개수

또한, 상기 수학식 2에서

: r번의 시도 동안 메시지 단편의 수신 실패 확률

: 재시도 횟수의 제한치

: ACK 명령의 전송 요구 시간

: 응답 메시지의 응답 시간

: 재전송 시간

이며, 상기 변수들은 몇 가지 기 설정된 상수들을 제외하면 α,β 및 L,I,N을 포함하는 식으로 유도할 수 있다. 자세한 유도 과정은 생략하기로 한다.

즉, 상기 전송효율을 나타내는 수학식 2에서 L,I,N을 제외한 변수들은 주어진 링크 주파수의 특성(심볼 디코딩 성능과 동기화의 성능을 각각 결정하는 α,β의 특성)하에서, L,I,N을 포함하는 식으로 표현되며 이로 인해, 본 발명에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에서 전송 효율을 최대화하는 최적화된 메시지 구조의 변수들은 다음과 같다.

따라서, 본 발명에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에서는 수동장치로부터 능동장치가 수신한 메시지 단편의 개수와 에러가 난 메시지 단편의 개수 및 동기신호와의 거리를 이용하여 상기 α,β로 결정되는 현재의 링크 주파수 특성을 검사하고, 이를 통해 SNR 및 주파수 변동폭을 추정하여 해당 주파수 특성에 맞는 L,I,N으로 조정하는 것으로 전송 효율을 최대화하는 최적화된 전송 메시지의 구조를 결정할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 10에서 다시 하기로 한다.

결국, 본 발명에 따른 데이터 전송 방법을 통하여 낮은 SNR 및 불안정한 주파수 품질로 인해 수동 통신 시스템에서 흔히 발생하는 개별 비트 에러들의 문제와 동기 손실의 문제를 동시에 극복할 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응답 메시지의 구성변경 요청 메시지의 구조도로서, 상기 능동장치가 상기 수동장치의 응답 메시지의 구성을 변경하도록 상기 수동장치로 요청하는 요청 메시지의 구조도이다.

상기 능동장치의 요청 메시지는 도시한 바와 같이 동기신호(61), 요청코드(62), 체크섬(64) 및 3개의 인자(63: L,I,N)를 포함한다. L은 수동 장치가 전송하는 메시지를 하나 혹은 복수의 메시지 단편으로 나눌 때 하나의 메시지 단편이 포함하는 데이터의 길이를 나타내며, I는 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수 즉 동기신호 간 거리이며, N은 동기신호의 개수이다.

이에 따라서 수동 장치가 전송하는 하나의 메시지는 L*I*N 만큼의 데이터를 포함하며, I*N개의 메시지 단편과 N개의 동기신호를 포함한다. 이때, 메시지 단편의 수가 1개일 경우는 메시지 단편에 붙는 고유 번호는 붙이지 않을 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동장치에서 송신하는 응답 메시지의 구조도로서, 상기 송신 메시지의 구조는 링크 주파수의 특성에 따라 가변적으로 구성되는 하나 이상의 동기신호(71)와 상기 동기신호(71) 사이에 하나 이상의 메시지 단편(72,76)을 포함한다. 상기 메시지 단편은 실제 데이터 단편(73), 각각의 메시지 단편의 식별이 가능한 고유 식별번호(74:메시지 단편고유 번호) 및 데이터 오류를 검사하는 체크섬(75)을 포함한다. 또한, 상기 구성은 능동장치의 요청에 의해 상기 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I:77,78), 동기신호의 개수(N)가 변경될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동장치에서 전송하는 재전송 요청 메시지의 구조도로서, 상기 능동장치는 메시지 내 데이터 수신 오류가 발생하였을 경우, 도시한 바와 같은 재전송 요청 메시지를 전송한다. 상기 재전송 요청 메시지는 수신한 메시지 단편들의 오류 발생 여부를 나타내는 I*N개의 비트 플래그(81: bit flag)를 포함한다. 상기 재전송 요청 메시지를 수신한 수동장치는 그에 해당하는 메시지 단편들만을 다시 재전송한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동장치에서 전송하는 재전송 응답 메시지의 구조도로서, 상기 수동장치가 상기 능동장치로부터 재전송 요청 메시지(도9a)를 수신받을 경우, 상기 능동장치로 응답하는 메시지에 대한 메시지 구조(도9b)를 도시한 것이다. 상기 수동장치는 재전송 요청 메시지를 받으면 상기 비트 플래그를 통해 이에 대응하는 메시지 단편(91,92,93)만을 응답 메시지의 형식에 맞춰 상기 능동장치로 전송한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법의 순서도로서, 도 6 내지 도 9에서 설명한 상기와 같은 메시지 구조를 이용하여 수동장치와 능동장치가 데이터를 복수의 메시지으로 나누어 연속하여 전송하는 방법을 도시한 것이다.

먼저, 상기 능동장치(예를 들어, RFID 리더기)는 상기 수동장치(예를 들어, 수동형RFID)에 데이터 전송 요청을 보낸다(S110). 상기 데이터 전송 요청(S110)은 도 6과 같이 상기 수동장치의 전송 메시지 구성의 제어하는 인자 즉, 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N)를 포함한다. 이때, 수신할 메시지 단편의 오류 발생 유무에 대한 기록을 초기화를 함께 시작한다. 상기 기록은 메시지 수신 오류의 발생 시 재전송 요청을 할 때 사용된다.

즉, 상기 능동장치가 통신환경정보에 따라 결정한 동기신호의 수를 포함한 요청 메시지를 전송하면 상기 수동장치는 동기신호와 하나 이상의 메시지 단편으로 구성되는 메시지 단편 묶음을 상기 능동장치의 요청 메시지에 포함된 동기신호의 수만큼 구성한 응답 메시지를 상기 능동장치로 전송한다.

이처럼, 상기 전송 메시지에 대해 상기 동기신호 사이의 메시지를 현재 링크 주파수의 특성을 고려하여 전송 효율이 최적화되도록 메시지 단편길이 또는 메시지 단편개수를 가변적으로 설정하여 높은 전송 효율을 유지할 수 있으므로 수동장치에서 멀티미디어 스트림 데이터와 같은 대용량의 데이터 전송을 안정적으로 수행할 수 있다.

또한, 상기 메시지 단편은 고유 식별번호 및 데이터의 정상 수신 여부를 판단하기 위한 체크섬을 포함한다.

하나의 응답 메시지를 수신하는 과정(S120)은 중첩된 루프(Nested Loop) 구조를 갖는다. 상기 능동장치는 N개의 동기신호들로 나뉘는 메시지 단편I*N개를 수신하기 위해 동기신호를 검출하여 동기를 획득하고(S121), I개의 메시지 단편을 수신한다(S131).

즉, 상기 능동장치는 수신한 상기 응답 메시지에서 상기 동기신호를 검출하고 이를 통해 동기를 획득하여 상기 응답 메시지의 데이터를 디코딩한다.

또한, 상기 단계(S120) 내에서 I개의 메시지 단편들을 수신하기 위해, 반복적으로 1개의 메시지 단편을 수신한다(S130). 이때, 메시지 단편의 수신 시 오류 발생 여부를 기록(S132,S133)하여 데이터 재전송 요청(S141)을 위해 도 8과 같이 I*N개의 비트 플래그를 생성하는데 사용한다. 상기 데이터 재전송 단계(S141)는 상기 능동장치가 상기 오류 발생시 상기 메시지 단편의 고유 식별번호에 대응하는 비트 플래그를 포함한 재전송 요청 메시지를 상기 수동장치로 전송한다. 이에 상기 수동장치는 상기 비트 플래그에 대응되는 메시지 단편에 대한 데이터만을 상기 메시지의 구조로 구성하여 상기 능동장치로 전송하게 된다.

이처럼, 상기 데이터 재전송 단계(S141)에서 메시지 단편에 고유번호를 삽입하여 전송함으로써 비트 오류 발생 확률을 쉽게 계산할 수 있으며 수신오류 시 해당 메시지 단편만 재전송하도록 하여 과부하를 방지할 수 있다.

하나의 응답 메시지의 수신이 오류 없이 완료(S140)되면 필요 시 다음 데이터의 전송을 요청(S150, S151)하게 되며, 이때 오류 발생 경향 등을 분석하여 현재 통신 환경에 알맞게 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N)를 변경한다(S151).

이때, 현재의 통신 환경에 알맞게 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N)를 변경하는 방법으로 상기 메시지 단편의 수신시 발생하는 오류의 통계를 이용할 수 있다. 이 단계(S151)는 통계를 수집하는 단계와 통계를 이용하여 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N)를 변경하는 단계를 포함한다.

상기 오류 발생 통계의 수집은 메시지 단편수신 단계(S130) 및 오류를 기록하는 단계(S133)에서 수행된다. 상기 오류 기록 단계(S133)는 상기 능동장치가 수신한 상기 응답 메시지의 메시지 단편에 포함된 데이터에서 오류가 발생할 경우, 상기 능동장치가 상기 메시지 단편의 고유 식별번호를 이용하여 상기 메시지 단편에 대응하도록 오류를 기록한다.

이러한 오류 발생 통계의 기록을 위해 배열을 설정하여 수집할 수 있다. 즉, I개의 엔트리(entry)를 갖는 배열 2개(FERC[0:I-1]와 FRXC[0:I-1])를 설정하여 수집할 수 있다. 이때, 두 배열의 각각의 엔트리는 메시지 내 특정 순서 번호(도 9 참고)를 갖는 메시지 단편들의 오류에 대한 통계를 수집한다.

상기 메시지 단편순서 번호와 그에 해당하는 배열 엔트리 번호의 관계는“(메시지 내 메시지 단편순서 번호) mod (I)" 이다. 이는 메시지 단편들 중 해당 메시지 단편의 바로 앞에 위치한 동기신호로부터 같은 거리를 갖는 메시지 단편들에 대한 통계를 함께 수집하기 위한 것으로, 메시지 단편과 동기신호의 거리가 메시지 단편의 오류 경향을 결정하는 중요한 인자이기 때문이다. 즉, 메시지 단편이 동기 신호로부터 멀리 떨어져 있을수록 수신기가 동기를 잃는 확률이 커지고, 따라서 오류 발생 확률이 높아진다.

상기 메시지 단편수신 단계(S130)에서 메시지 단편을 수신할 때마다 상기 메시지 단편에 해당하는 FRXC 배열의 엔트리의 값을 1만큼 증가시킨다. 또한 오류 기록 단계(S133)에서는 상기 메시지 단편의 수신에 오류가 발생할 때마다 해당하는 FERC 배열의 엔트리의 값을 1만큼 증가시킨다.

상기 단계(S130, S133)들에서 수집한 오류 발생 통계를 이용하여 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N) 값을 조절한다. 이 때, 상기 FERC 배열의 총 합이 일정 값이 넘을 경우만 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N) 값을 조절하여 오류 발생 통계를 충분히 수집한 후에만 값을 조절하도록 한다(S151). 먼저, 동기신호로부터 특정 거리를 갖는 메시지 단편들의 비트 오류 발생 확률을 나타내는 임시 배열인 BER[0:B-1]을 생성한다. 메시지 단편의 길이가 L인 메시지 단편의 비트 오류 발생 확률은 변환 테이블을 이용하여 구하거나 1-(1-FERC[n]/FRXC[n])^(1/L)" 와 같은 수식으로 계산할 수 있다.

언급한 바와 같이 메시지 단편이 동기 신호로부터 멀리 떨어져 있을수록 능동장치에서 동기를 잃는 확률이 커지고, 따라서 오류 발생 확률이 높아지는데, 이 정도는 수동장치가 전송하는 응답 메시지의 주파수의 품질(변동폭 등)과 수신되는 응답 메시지 신호의 품질(SNR 등)에 의해 결정된다. 또한 이때, BER[0]으로부터 BER[I-1]의 값의 곡선을 결정하게 된다. 따라서 이 통계 곡선을 모델링하고 모델의 인자를 이용하여 현재 통신 환경에 최적의 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N) 값을 결정할 수 있다.

최적의 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N) 값을 결정하는 바람직한 실시 예로 상기 통계 곡선을 1차 선형 그래프로 모델링하는 경우에 상기 통계 곡선의 기울기(slope)와 오프셋(offset)을 이용할 수 있다. 실험적으로 혹은 계산에 의해 특정 기울기와 오프셋에 대한 최적의 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N) 값을 미리 테이블에 저장해 놓고, 이 테이블을 참조하여 값을 정할 수 있다(예, {L, I, N} = 테이블[기울기][오프셋]). 최적화된 실제 데이터 단편의 길이(L), 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I), 동기신호의 개수(N) 값을 결정하면, 상기 배열은 제거하고 새로운 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수(I) 값에 따라 상기 배열을 생성 및 초기화한다.

즉, 상기 능동장치가 상기 오류 기록을 이용하여 상기 동기신호로부터 같은 거리를 갖는 메시지 단편들에 대한 오류 발생 통계를 수집하고, 상기 오류 발생 통계를 이용하여 상기 같은 거리를 갖는 메시지 단편들에 대해 해당 메시지 단편들의 크기에 따른 비트 오류 발생 확률의 오프셋을 구하며, 상기 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수에 따른 상기 비트 오류 발생 확률의 기울기를 구한다. 이후, 상기 능동장치가 상기 비트 오류 발생 확률의 오프셋 및 상기 비트 오류 발생 확률의 기울기를 이용하여, 상기 메시지의 구조가 통신환경에 최적이 되도록 하는 {메시지 단편크기, 동기신호 간격, 동기신호의 개수} 집합을 구하고, 이의 적용을 상기 수동장치로 요청하게 된다.

상기 단계 이후, 상기 능동장치는 상기 응답 메시지의 구조가 변경된 이후 오류 기록을 초기화한다(S151).

이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법은 능동장치의 요청에 따라 동기신호의 개수, 메시지 단편의 개수, 메시지 단편의 길이를 조절하여 다양한 통신 환경에 알맞게 대응할 수 있어 통신 환경에 대한 적응성이 뛰어나다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

71: 동기신호 72:메시지 단편
73: 데이터 단편 74: 메시지 단편 고유 식별번호
75: 체크섬

Claims

자체 전원이 없는 수동장치와 상기 수동장치에 무선으로 전원을 공급하며 상기 수동장치와 통신하는 능동장치를 포함한 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 있어서,
a) 상기 능동장치가 통신환경정보에 따라 결정한 동기신호의 수를 포함한 요청 메시지를 전송하는 단계;
b) 상기 수동장치가 동기신호와 하나 이상의 메시지 단편으로 구성되는 메시지 단편 묶음을 포함한 응답 메시지를 상기 능동장치로 전송하되,
상기 메시지 단편 묶음은 상기 능동장치의 요청 메시지에 포함된 동기신호의 수만큼 구성되는 것을 특징으로 하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 능동장치는
상기 동기신호 사이의 위치한 메시지 단편의 개수 또는 메시지 단편의 길이를 상기 통신환경정보에 따라 결정하여 상기 요청 메시지에 포함시키는 것을 특징으로 하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 2항에 있어서, 상기 메시지 단편은,
고유 식별번호 및 데이터의 정상 수신 여부를 판단하기 위한 체크섬을 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 3항에 있어서,
c) 상기 능동장치가 수신한 상기 메시지 단편에 포함된 데이터에서 오류가 발생할 경우, 상기 능동장치가 상기 메시지 단편의 고유 식별번호를 이용하여 상기 메시지 단편에 대응하도록 오류를 기록하는 단계를 더 포함하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 4항에 있어서,
d) 상기 능동장치가 상기 오류 발생시 상기 메시지 단편의 고유 식별번호에 대응하는 비트 플래그를 포함한 재전송 요청 메시지를 상기 수동장치로 전송하는 단계;
e) 상기 수동장치가 상기 비트 플래그에 대응되는 메시지 단편에 대한 데이터만을 상기 응답 메시지의 구조로 구성하여 상기 능동장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 4항에 있어서,
f) 상기 능동장치가 상기 오류 기록을 이용하여 상기 동기신호로부터 같은 거리를 갖는 메시지 단편들에 대한 오류 발생 통계를 수집하는 단계;
g) 상기 능동장치가 상기 오류 발생 통계를 이용하여 상기 같은 거리를 갖는 메시지 단편들에 대해 해당 메시지 단편들의 크기에 따른 비트 오류 발생 확률의 오프셋을 구하는 단계;
h) 상기 동기신호 사이의 메시지 단편의 개수에 따른 상기 비트 오류 발생 확률의 기울기를 구하는 단계를 더 포함하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 6항에 있어서,
i) 상기 능동장치가 상기 비트 오류 발생 확률의 오프셋 및 상기 비트 오류 발생 확률의 기울기를 이용하여, 상기 응답 메시지의 구조가 통신환경에 최적이 되도록 하는 {메시지 단편크기, 동기신호 간격, 동기신호의 개수} 집합을 구하고, 이의 적용을 상기 수동장치로 요청하는 단계를 더 포함하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 7항에 있어서, 상기 i)단계 이후
j) 상기 능동장치가 상기 응답 메시지의 구조가 변경된 이후 오류 기록을 초기화하는 단계를 더 포함하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,
k) 상기 능동장치가 수신한 상기 응답 메시지에서 상기 동기신호를 검출하고 이를 통해 동기를 획득하여 상기 응답 메시지의 데이터를 디코딩하는 단계를 더 포함하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 수동장치는 수동형 RFID인 것을 특징으로 하는 수동 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.