전기및전자공학부 김성민, 이융 교수와 한국뉴욕주립대 류지훈 교수 공동연구팀이 후방산란(Backscattering) 기술을 이용해 초저전력 및 저비용으로 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 서비스를 광범위하게 제공하는 무전원 사물인터넷 게이트웨이 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 지난 6월 국제학술대회 <ACM 모비시스(ACM Mobisys)>에서 발표됐다.

유선으로 전력 공급받는 게이트웨이
 사물인터넷은 각종 사물이 센서와 통신기기를 통해 서로 연결돼 양방향으로 소통하고 개별 객체로는 제공하지 못하는 서비스를 제공하는 기술이다. 사물인터넷 기기들을 인터넷에 연결하기 위해서는 다수의 무선 송수신 장치를 장착한 사물인터넷 게이트웨이가 꼭 필요하다. 하지만 무선 송수신 장치에서 발생하는 전력소모량이 크기 때문에 사물인터넷 게이트웨이는 유선 전원공급장치를 통해 전력을 공급받아야 한다. 따라서 자유로운 설치가 어려워 인터넷 연결을 다양한 장소에서 제공하는 것에는 많은 제약이 따른다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 후방산란 기술을 활용했다. 후방산란 기술은 기기의 무선 신호를 직접 만들어내지 않고 공중에 존재하는 방사된 신호를 반사해 정보를 전달하기 때문에 무선 신호를 생성하는데 전력을 소모하지 않아 초저전력 통신이 가능하다.

사물인터넷을 와이파이 기기에 연결해
 연구팀은 이러한 후방산란 기술을 활용해 사물인터넷 기기들이 주로 사용하는 지그비*(ZigBee)와 저전력 블루투스 통신의 규격을 따르는 무선 신호를 와이파이 신호로 변조시키는 기술을 개발했다. 이 기술로 사물인터넷 기기들을 사용자 주변에 흔히 있는 와이파이 기기에 연결함으로써 인터넷 연결성을 제공하는 무전원 사물인터넷 게이트웨이를 제작했다. 또한, 연구팀은 저전력 통신 규격인 지그비와 블루투스 신호를 무전원 사물인터넷 게이트웨이를 통해 변조한 와이파이 신호가 상용 기기에서 수신됨을 확인했다. 이와 함께 다양한 제작사에서 판매하는 스마트 전구, 스마트 스피커와 같은 상용 스마트홈 기기가 사물인터넷 게이트웨이를 통해 와이파이 기기에 상호 연결 가능함을 실험으로 입증하여 통합형 사물인터넷 게이트웨이의 활용 가능성을 확인했다.

다양한 사물인터넷 기기에 적용 가능
 연구팀은 새로운 방법으로 처리연구팀이 개발한 무전원 사물인터넷 게이트웨이 기술은 후방산란 기술을 활용한 에너지 수확**(Energy Harvesting)을 통해 무선으로 동작할 수 있어 설치비용과 유지·보수 비용을 크게 줄일 수 있다. 또한, 후방산란의 특성상 공중에 방사된 무선 신호를 반사하면서 물리적으로 변조하기 때문에 동일한 통신 규격을 사용하는 모든 사물인터넷 기기에 보편적으로 적용할 수 있다는 장점이 있다. 

이번 연구에 제1 저자로 참여한 정진환 박사 과정은 “새로 개발한 무전원 게이트웨이를 이용하면 사물인터넷 기기를 와이파이 네트워크에 쉽게 연결할 수 있기 때문에 인터넷 연결성의 범위가 크게 확장될 것으로 기대된다”며 연구 의의를 전했다. 이어 “향후 끊임없이 규모가 커질 사물인터넷에 대해 효율적으로 인터넷 연결성을 확대, 제공하는 방향으로 연구를 진행할 것”이라고 추후 연구 계획을 밝혔다.
 

지그비*
무선 제어 및 모니터링 등의 목적으로 광범위한 영역에 다량으로 기기를 배치하는 것이 가능한 저전력 무선망 기술.

에너지 수확**
낭비되는 에너지를 다양한 방식으로 수집해 전기 에너지로 재활용하는 기술.