후방산란 기술로 무전원 IoT 게이트웨이 개발
지그비·BLE 신호를 Wi-Fi 신호로 변조
통합형 IoT 게이트웨이로서의 가능성도 확인


국내 연구팀이 전력을 소모하지 않고 무선 신호를 생성할 수 있어 설치 공간의 제약이 적은 IoT 게이트웨이를 개발했다.

KAIST 전기및전자공학부 김성민, 이융 교수와 정진환 박사과정, 한국뉴욕주립대 컴퓨터과학과 류지훈 교수가 참여한 공동 연구팀은 13일, 후방산란(Backscattering) 기술을 이용한 무전원 IoT 게이트웨이 개발에 성공했다고 밝혔다.

후방산란 기술은 기기의 무선 신호를 직접 만들어내지 않고 공중에 존재하는 방사된 신호를 반사해 정보를 전달하는 기술로, 무선 신호를 생성하는데 전력을 소모하지 않는다.

IoT 기기들이 인터넷에 연결되기 위해서는 다수의 무선 송수신 장치를 장착하고 있는 IoT 게이트웨이가 필요하다. 하지만 여러 무선 송수신 장치에서 발생하는 전력소모량이 많아 IoT 게이트웨이는 유선 전원공급장치가 필수이며, 자유로운 설치가 제한될 수밖에 없다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 후방산란 기술을 활용해 IoT 기기들이 주로 사용하는 지그비(ZigBee) 또는 BLE(Bluetooth Low Energy; 저전력 블루투스) 통신 규격을 따르는 무선 신호를 최적의 패턴으로 반사해 Wi-Fi 신호로 변조시키는 기술을 개발했다. 그리고 이 기술을 이용해 IoT 기기들을 Wi-Fi 기기에 연결하여 인터넷 연결성을 제공하는 무전원 IoT 게이트웨이를 제작했다.

연구팀이 개발한 무전원 IoT 게이트웨이 기술은 후방산란 기술로 에너지 수확(Energy harvesting)을 통해 무전원으로 동작할 수 있어, 설치비용과 유지보수 비용을 크게 줄일 수 있다. 또한, 후방산란의 특성상 공중에 방사된 무선 신호를 반사하면서 물리적으로 변조하므로 같은 통신 규격을 사용하는 모든 IoT 기기에 보편적으로 적용할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 저전력 통신 규격인 지그비와 BLE 신호를 무전원 IoT 게이트웨이를 통해 Wi-Fi 신호로 변조해 상용 노트북에서 수신됨을 확인했다. 이와 함께 다양한 제작사에서 판매하는 상용 스마트홈 기기가 IoT 게이트웨이를 통해 Wi-Fi 기기에 상호 연결되는 현상을 실험을 통해 입증함으로써 통합형 IoT 게이트웨이로서의 가능성도 확인했다.

제1 저자인 정진환 연구원은 “후방산란 기술을 활용하면 매우 적은 비용으로 IoT 기기들을 Wi-Fi를 통해 인터넷에 연결할 수 있다”라며, “이번 연구를 통해 기존의 비싸고 전력을 많이 소모하는 IoT 게이트웨이의 한계를 무전원 IoT 게이트웨이로 극복할 수 있다는 점을 확인했다ˮ라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 지난 6월, 캐나다 토론토에서 열린 모바일 컴퓨팅 분야의 최고 권위 학술대회인 ‘ACM 모비시스(MobiSys) 2020’에서 ‘Gateway over the air: Towards Pervasive Internet Connectivity for Commodity IoT’란 제목으로 발표되었으며, 한국연구재단과 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.