초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 최초로 상용 WiFi와 이기종 IoT 간의 다중입력 다중출력 (Cross-technology MIMO)을 제안한다. 현재의 MIMO 기술 및 연구는 동종 기기 (예: 두 개의 WiF 기기) 혹은 전용 통신기기를 사용한다. 반면, 본 연구는 MIMO를 처음으로 WiFi, ZigBee, Bluetooth 상용 기기 간, 소프트웨어만으로 가능케 하는 것을 목표로 하여 크게 차별화된다. 이는 최근 발표되었으며 연구 책임자가 선도하고 있는 이종 통신 (cross-technology communication) 개념

□ 연구개요
본 연구는 최초로 상용 WiFi와 이기종 IoT 간의 다중입력 다중출력 (Cross-technology MIMO)을 제안한다. 현재의 MIMO 기술 및 연구는 동종 기기 (예: 두 개의 WiF 기기) 혹은 전용 통신기기를 사용한다. 반면, 본 연구는 MIMO를 처음으로 WiFi, ZigBee, Bluetooth 상용 기기 간, 소프트웨어만으로 가능케 하는 것을 목표로 하여 크게 차별화된다. 이는 최근 발표되었으며 연구 책임자가 선도하고 있는 이종 통신 (cross-technology communication) 개념에 기초하며, 연구 책임자는 본 연구 수행에 필요한 역량을 지니고 있다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제는 MU-MIMO를 IoT 네트워크에 적용시키는 첫 시도이다. X-MIMO는 현재 널리 배포된 상용 WiFi AP를 IoT MU-MIMO 송신기로 사용하여, 여러 ZigBee 장치에 서로 다른 패킷을 동시에 전달하는 MU-MIMO 기술이다. X-MIMO는 범용성을 위해 가장 흔히 사용되는 802.11n 기반 WiFi AP의 다중 안테나 및 다중 스트림 신호 처리 병렬 전송을 위한 MIMO 기능을 활용한다. X-MIMO의 핵심 기술은 WiFi와 ZigBee 간의 기술 간 채널을 추정하는 Cross-technology channel estmiation이다. 이는 WiFi 및 ZigBee 표준을 모두 따르면서 상용 802.11n WiFi AP와 ZigBee 장치 간의 CSI를 추출함. 특히, WiFi/ZigBee CSMA를 그대로 유지하면서 기술 간 CSI가 coherent time내에 정확히 측정되도록 WiFi의 패킷 framing 기능과 ZigBee의 하드웨어 ACK의 조합을 활용한다. 이는 X-MIMO의 상용 장치와의 호환성을 보장하고 X-MIMO가 인접한 다른 네트워크에 영향이 없도록 한다. 이 기술은 USRP B210, Atheros AR9334 WiFi NIC 및 TelosB CC2420에서 구현되었으며, 성능을 검증하였다. 그 결과, 다양한 환경의 실험에서 각각 2개 및 3개 MU-MIMO 스트림에 대해 각 각 495Kbps (1% Symbol error rate 1% 이하) 및 704.24Kbps (6.1% SER)를 달성하였다. 이처럼 선형에 근접한spectrum efficiency 의 증가는 X-MIMO의 가능성을 잘 보여준다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구는 IoT 주파수 효율을 3배 이상 높임으로써 비면호 대역 주파수 부족 현상을 완화는 역할을 할 것으로 기대된다. 이는 대량 IoT의 기반 기술을 제공함과 동시에 이들의 효율적 운영을 도와 다방면에서 효과를 불러올 것이며 이전보다 많은 IoT 디바이스를 활용할 수 있는 방법을 제시할 것이다. 특히, 본 연구는 기존 기기를 사용하여 비용면에서 경제적이고, 곧바로 적용될 수 있으므로 (소프트웨어 다운로드 및 설치) 빠른 효과를 기대할 수 있다. 앞으로 IoT 디바이스의 폭발적인 증가에 따라 일반 사용자도 더욱 많은 IoT 디바이스를 소유하게 되고, 본 연구결과의 효과는 (산업을 넘어 일반 가정에도) 더욱 커질 것으로 예상된다. 이러한 기술적 효과는 IoT 시장을 더욱 활성화 및 성장시킬 것으로 기대되어, 경제 및 사회적으로도 큰 이득을 가져올 것으로 예상된다. 마지막으로, 본 연구성과가 무선네트워크와 IoT 분야 최고 권위 학회인 ACM MobiCom 2020 및 ACM SenSys 2020에 게재되어 큰 학문적인 임팩트와 더불어 많은 후속 논문들이 발표될 것으로 예상된다. 본 연구 결과물의 핵심 코드를 open source로 공개하여 후속 연구를 용이하게 하였다 (https://github.com/smilelabkaist/X-MIMO). 마지막으로, 본 연구는 엣지 컴퓨팅 등의 학문과의 밀접한 관계로 해당 분야들의 동반 기술 발전 또한 기대할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 22