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제5장: 무선 통신
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[목차]
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5.1 체내 전송 기술
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체내에서 외부로 데이터를 전송하는 것은 스마트 알약의 가장 큰 기술적
도전 중 하나입니다.
[ID] 체내 통신 도전 과제:
InBodyCommunicationChallenges {
signalAttenuation: {
description: "신체 조직에 의한 신호 감쇠"
tissueProperties: {
conductivity: {
muscle: "0.6 S/m"
fat: "0.04 S/m"
bone: "0.02 S/m"
blood: "0.7 S/m"
}
permittivity: {
frequency_dependent: "높은 주파수 → 높은 손실"
}
}
attenuationFactors: {
frequency: {
low_mhz: "10-50 dB 손실"
high_ghz: "50-100+ dB 손실"
optimal: "10-500 MHz (낮은 감쇠)"
}
depth: {
stomach: "5-15 cm (복벽까지)"
intestine: "10-20 cm"
colon: "15-25 cm"
}
bodyComposition: {
lean: "낮은 감쇠"
obese: "높은 감쇠 (지방층)"
factor: "10-30 dB 차이"
}
}
strategies: [
"최적 주파수 선택",
"고효율 안테나 설계",
"적응형 전력 제어",
"오류 정정 코딩"
]
}
antennaConstraints: {
sizeVsEfficiency: {
ideal: "λ/4 (파장의 1/4)"
at_400mhz: "λ/4 = 18.75 cm (불가능)"
capsule: "< 3 cm"
compromise: "효율 < 1% (극도로 낮음)"
}
miniaturization: {
techniques: [
"고유전율 기판 (세라믹)",
"미앤더링 (구불구불한 경로)",
"패치 안테나",
"루프 안테나",
"나선형 안테나"
]
tradeoff: "크기 ↓ → 효율 ↓, 대역폭 ↓"
}
impedanceMatching: {
challenge: "조직 임피던스 가변"
solution: "광대역 매칭 네트워크"
}
}
powerConstraints: {
batteryLimited: {
capacity: "10-100 mAh"
txPower: "< 1-10 mW (대부분 < 1 mW)"
dutyCycle: "< 1-5% (배터리 수명 위해)"
}
regulatoryLimits: {
eirp: {
name: "유효등방성복사전력"
mics: "25 μW (402-405 MHz)"
ism: "가변 (주파수 대역에 따라)"
}
sar: {
name: "비흡수율"
limit: "1.6 W/kg (1g 평균)"
concern: "낮은 전력에서 무시 가능"
}
}
}
mobility: {
capsuleMovement: {
rotation: "연동 운동에 의한 회전"
translation: "위치 변화"
impact: "안테나 패턴, 링크 변동"
}
patientMovement: {
walking: "수신기-캡슐 거리 변화"
bodyPosture: "조직 경로 변화"
mitigation: "다이버시티, 적응형 전력"
}
}
}
[ID] 무선 기술:
WirelessTechnologies {
mics: {
fullName: "Medical Implant Communication Service"
frequency: "402-405 MHz"
bandwidth: "300 kHz"
advantages: [
"의료 기기 전용 (간섭 적음)",
"우수한 조직 투과",
"전 세계 규제 승인",
"낮은 전력 소비"
]
disadvantages: [
"낮은 데이터 속도 (< 400 kbps)",
"제한된 EIRP (25 μW)",
"짧은 범위 (< 2m)"
]
applications: [
"심박 조율기",
"이식형 센서",
"스마트 알약 (센서 데이터)"
]
dataRate: {
typical: "100-400 kbps"
sufficient: "센서 데이터 (kbps 수준)"
insufficient: "이미징 (Mbps 필요)"
}
}
ism: {
fullName: "Industrial, Scientific, Medical"
bands: {
"433mhz": {
frequency: "433.05-434.79 MHz"
advantages: "좋은 투과, 낮은 감쇠"
use: "유럽 주로"
}
"915mhz": {
frequency: "902-928 MHz"
advantages: "더 작은 안테나"
disadvantages: "더 높은 감쇠"
use: "북미"
}
"2.4ghz": {
frequency: "2400-2483.5 MHz"
advantages: [
"전 세계 사용 가능",
"높은 데이터 속도",
"표준 프로토콜 (BLE, Zigbee)"
]
disadvantages: [
"높은 조직 감쇠 (30-50 dB)",
"혼잡한 대역 (WiFi, BT)",
"더 높은 전력 소비"
]
dataRate: "250 kbps - 2 Mbps"
}
}
}
ultrawideband: {
abbreviation: "UWB"
frequency: "3.1-10.6 GHz"
bandwidth: "매우 넓음 (> 500 MHz)"
advantages: [
"정밀한 위치 추적 (cm 수준)",
"높은 데이터 속도 (Mbps)",
"낮은 스펙트럼 밀도 (간섭 ↓)"
]
disadvantages: [
"매우 높은 주파수 → 극심한 감쇠",
"복잡한 회로",
"높은 전력 (비교적)"
]
feasibility: "체내 통신에 제한적"
research: "피부 투과 응용 연구 중"
}
magneticInduction: {
principle: "자기 유도 (근거리장)"
frequency: "저주파 (< 1 MHz)"
advantages: [
"조직 감쇠에 거의 영향 없음",
"물, 혈액 투과 우수",
"신체 안전 (낮은 SAR)"
]
disadvantages: [
"매우 짧은 범위 (< 10 cm)",
"큰 코일 필요 (mm-cm)",
"낮은 데이터 속도 (< 1 Mbps)"
]
applications: [
"RFID 태그",
"초근접 통신",
"무선 전력 전송 (WPT)"
]
smartPillUse: "보조 채널 또는 WPT"
}
acousticCommunication: {
principle: "초음파 변조"
frequency: "20 kHz - 10 MHz"
advantages: [
"조직/액체 투과 우수",
"낮은 전력 소비",
"동시 이미징 + 통신 가능"
]
disadvantages: [
"음향 잡음 간섭",
"다중 경로 (반사)",
"조직 비균질성",
"낮은 데이터 속도"
]
research: "수중 통신 응용 탐색 중"
potential: "스마트 알약 대안 채널"
}
galvanicCoupling: {
principle: "신체를 전도 매질로 사용"
frequency: "10 kHz - 1 MHz"
advantages: [
"극저전력",
"신체 내 신호 제한 (보안)",
"안테나 불필요"
]
disadvantages: [
"접촉 전극 필요",
"매우 짧은 범위",
"낮은 데이터 속도"
]
application: "체표 전극과 통신"
smartPillFit: "제한적 (전극 배치 어려움)"
}
}
[ID] 프로토콜 스택:
ProtocolStack {
ble: {
fullName: "Bluetooth Low Energy"
version: "4.0 - 5.3"
frequency: "2.4 GHz ISM"
characteristics: {
dataRate: "125 kbps - 2 Mbps"
range: "10-100m (공기 중)"
latency: "< 6 ms"
power: "초저전력 (μW-mW)"
}
modes: {
advertising: {
purpose: "브로드캐스트 비콘"
interval: "20 ms - 10.24 s"
payload: "최대 31 바이트"
power: "매우 낮음"
}
connection: {
purpose: "양방향 데이터 교환"
interval: "7.5 ms - 4 s"
throughput: "최대 1.4 Mbps (BLE 5)"
power: "더 높음 (연결 유지)"
}
}
advantages: [
"스마트폰 지원 보편적",
"저전력",
"표준화된 프로파일",
"쉬운 개발"
]
challenges: [
"2.4 GHz 체내 감쇠",
"연결 유지 전력",
"간섭 (WiFi 등)"
]
smartPillUse: {
feasibility: "가능하지만 제한적"
best: "체표 근처 또는 외래 모니터링"
}
}
zigbee: {
standard: "IEEE 802.15.4"
frequency: "2.4 GHz, 915 MHz, 868 MHz"
characteristics: {
dataRate: "20-250 kbps"
range: "10-100m"
topology: "메시 네트워크"
power: "저전력"
}
advantages: [
"메시 → 확장된 범위",
"다중 주파수 대역",
"신뢰성 (재전송)"
]
smartPillUse: "드물게 (BLE 선호)"
}
proprietaryProtocols: {
description: "맞춤형 PHY/MAC 레이어"
reasons: [
"특정 요구사항 최적화",
"지적 재산권",
"기존 인프라와 통합"
]
examples: {
given Imaging: {
device: "PillCam"
frequency: "430 MHz (유럽) / 434 MHz"
dataRate: "2.7 Mbps"
purpose: "비디오 스트리밍"
}
proteus: {
device: "Proteus Patch"
method: "체표 감지 (전기 신호)"
wireless: "BLE (패치 → 스마트폰)"
}
}
tradeoffs: {
advantages: [
"최적 성능",
"경쟁 우위"
]
disadvantages: [
"호환성 제한",
"개발 비용",
"규제 복잡성"
]
}
}
errorCorrection: {
importance: "신뢰할 수 없는 채널 대응"
fec: {
fullName: "Forward Error Correction"
codes: [
"Reed-Solomon",
"Convolutional",
"Turbo",
"LDPC (저밀도 패리티 검사)"
]
overhead: "10-50% (코딩 비율에 따라)"
benefit: "재전송 없이 오류 수정"
}
arq: {
fullName: "Automatic Repeat Request"
method: "ACK/NACK 피드백"
overhead: "재전송 시간, 전력"
benefit: "높은 신뢰성"
}
hybrid: {
name: "HARQ (Hybrid ARQ)"
combine: "FEC + ARQ"
strategy: "FEC 먼저, 실패 시 재전송"
}
}
}
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5.2 외부 수신기 시스템
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체내 송신기와 쌍을 이루는 외부 수신기는 데이터 수집의 핵심입니다.
[ID] 수신기 유형:
ReceiverTypes {
bodyWornReceiver: {
formFactor: "웨어러블 장치"
designs: {
belt: {
description: "복부 벨트에 장착"
antennas: "다중 안테나 어레이"
positioning: "캡슐 최대 근접"
advantages: [
"안정적인 위치",
"좋은 신호 수신",
"다이버시티 가능"
]
disadvantages: [
"환자 불편 (장시간)",
"활동 제한"
]
}
patch: {
description: "피부 부착 패치"
size: "5-10 cm"
adhesive: "의료용 접착제"
advantages: [
"편안함",
"이산적 (눈에 띄지 않음)",
"밀착 → 강한 신호"
]
disadvantages: [
"단일 위치 (다이버시티 제한)",
"피부 자극 가능"
]
example: "Proteus Patch"
}
pendant: {
description: "목걸이 또는 허리에 착용"
advantages: "편리함, 휴대 가능"
disadvantages: "위치 변동, 약한 신호"
}
}
components: {
antenna: {
type: "패치, 루프, 또는 모노폴"
diversity: "2-4 안테나 (최선 선택)"
}
receiver: {
architecture: "슈퍼헤테로다인 또는 직접 변환"
sensitivity: "-90 to -110 dBm"
selectivity: "인접 채널 간섭 제거"
}
processor: {
function: [
"복조",
"오류 정정",
"데이터 디코딩",
"타임스탬핑"
]
}
storage: {
capacity: "수 MB - GB (며칠 데이터)"
type: "플래시 메모리"
}
communication: {
toSmartphone: "BLE 또는 USB"
toCloud: "셀룰러 (일부 모델)"
}
battery: {
capacity: "500-2000 mAh"
life: "24-72시간"
recharge: "USB"
}
}
}
smartphoneBased: {
description: "스마트폰을 수신기로 사용"
approaches: {
directBLE: {
condition: "캡슐이 BLE 사용"
method: "스마트폰 네이티브 BLE"
range: "제한적 (체내 감쇠)"
feasibility: "체표 근처만"
}
externalDongle: {
description: "USB/Lightning 수신기 동글"
function: "특정 주파수 수신 → 스마트폰"
example: "SDR (Software Defined Radio) 동글"
}
gatewayDevice: {
description: "중간 BLE 게이트웨이"
flow: "캡슐 → 게이트웨이 → BLE → 스마트폰"
advantage: "최적화된 수신 + 스마트폰 편의성"
}
}
advantages: [
"추가 하드웨어 최소화",
"사용자 친숙성",
"앱 생태계",
"연결성 (클라우드 업로드)"
]
app Functions: {
dataCollection: "실시간 수신 및 저장"
visualization: "그래프, 추세"
alerts: "이상치 알림"
diary: "증상, 식사 기록"
upload: "클라우드 동기화"
}
}
bedsideMonitor: {
description: "침상 모니터 (병원 설정)"
features: {
continuous: "24/7 모니터링"
display: "실시간 파형 표시"
integration: "EMR (전자의무기록) 연결"
alarms: "임계값 초과 시 경보"
}
applications: [
"중환자실 모니터링",
"수술 후 회복",
"임상 연구"
]
}
room levelReceivers: {
description: "방 전체 커버리지"
deployment: {
ceiling: "천장 장착 안테나"
walls: "벽면 분산 안테나"
coordination: "다중 수신기 조정"
}
advantages: [
"환자 이동 자유",
"지속적 커버리지",
"위치 추적 (삼각측량)"
]
applications: [
"병원 병동",
"재활 센터",
"장기 모니터링 시설"
]
}
}
[ID] 다이버시티 기법:
DiversityTechniques {
spatialDiversity: {
description: "다중 안테나 공간 분산"
method: {
multiple_rx: "2-4 수신 안테나"
spacing: "> λ/2 (10-20 cm @ 400 MHz)"
selection: "최강 신호 선택"
}
benefit: {
fading: "다중 경로 페이딩 완화"
improvement: "3-10 dB 신호 이득"
}
implementation: "웨어러블 벨트에 적용"
}
frequencyDiversity: {
description: "다중 주파수 채널"
method: {
channels: "2-3 주파수 (예: 433, 915 MHz)"
selection: "최적 채널 선택 또는 결합"
}
benefit: "주파수 선택적 페이딩 회피"
challenge: "다중 RF 프론트엔드 필요"
}
timeDiversity: {
description: "시간 간격을 두고 재전송"
method: {
repetition: "동일 데이터 여러 번 전송"
interval: "수 ms - 초"
combining: "수신된 복사본 결합"
}
benefit: "일시적 페이딩/간섭 극복"
tradeoff: "대역폭, 전력 소비 증가"
}
polarizationDiversity: {
description: "다른 편파 안테나"
method: {
polarizations: "수직 + 수평"
selection: "더 강한 편파 선택"
}
benefit: "편파 불일치 손실 감소"
application: "회전하는 캡슐에 유용"
}
}
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5.3 데이터 암호화 및 보안
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환자 건강 데이터의 프라이버시와 무결성은 필수적입니다.
[ID] 보안 위협:
SecurityThreats {
eavesdropping: {
threat: "무선 전송 도청"
risk: "민감한 건강 데이터 노출"
attacker: {
proximity: "수신기 범위 내 (수 미터)"
equipment: "SDR, 스펙트럼 분석기"
difficulty: "낮음-중간 (암호화 없으면 쉬움)"
}
mitigation: [
"강력한 암호화",
"짧은 범위 (근거리장)",
"지향성 안테나"
]
}
tampering: {
threat: "데이터 변조"
risk: "잘못된 진단/치료"
attack: {
manInMiddle: "신호 가로채기 및 수정"
replay: "이전 데이터 재전송"
}
mitigation: [
"메시지 인증 코드 (MAC)",
"시퀀스 번호",
"타임스탬프"
]
}
deviceImpersonation: {
threat: "가짜 캡슐/수신기"
risk: "잘못된 데이터 주입"
mitigation: [
"상호 인증",
"고유 장치 ID",
"인증서 기반 신뢰"
]
}
denial of service: {
threat: "서비스 거부"
attack: {
jamming: "RF 재밍"
flooding: "과도한 패킷"
}
risk: "데이터 손실, 진단 불가"
mitigation: [
"주파수 호핑",
"스펙트럼 확산",
"속도 제한",
"재전송 메커니즘"
]
}
privacyViolation: {
threat: "개인정보 침해"
risk: "환자 신원 노출"
regulation: "HIPAA, GDPR"
mitigation: [
"익명화",
"최소 데이터 전송",
"동의 관리"
]
}
}
[ID] 암호화 방법:
EncryptionMethods {
symmetricEncryption: {
description: "동일한 키로 암호화/복호화"
algorithms: {
aes: {
fullName: "Advanced Encryption Standard"
keySize: "128, 192, 256 bit"
blockSize: "128 bit"
security: "매우 높음 (AES-256)"
performance: "하드웨어 가속 가능"
overhead: "낮음"
}
chacha20: {
type: "스트림 암호"
keySize: "256 bit"
advantage: "소프트웨어 구현 빠름"
use: "저전력 장치"
}
}
keyManagement: {
preShared: {
method: "제조 시 키 프로그래밍"
advantage: "간단"
disadvantage: "키 유출 시 위험"
}
sessionKey: {
method: "세션마다 새 키"
generation: "키 합의 프로토콜"
advantage: "전방향 보안"
}
}
modes: {
ctr: {
name: "Counter Mode"
advantage: "병렬 처리 가능"
use: "높은 처리량"
}
gcm: {
name: "Galois/Counter Mode"
feature: "암호화 + 인증"
advantage: "단일 패스"
recommended: "현대 시스템"
}
}
}
authentication: {
mac: {
fullName: "Message Authentication Code"
algorithms: {
hmac: {
fullName: "Hash-based MAC"
hash: "SHA-256"
size: "32 bytes (256 bit)"
}
gmac: {
fullName: "Galois MAC"
pairedWith: "GCM 암호화"
}
}
function: "데이터 무결성 검증"
protection: "변조 탐지"
}
digitalSignatures: {
asymmetric: "공개키 암호"
algorithms: [
"ECDSA (Elliptic Curve)",
"EdDSA (Ed25519)"
]
use: "장치 인증, 펌웨어 검증"
overhead: "높음 (계산 복잡도)"
}
}
lightweight Crypto: {
motivation: "제한된 자원 (저전력, 작은 메모리)"
algorithms: {
present: {
type: "블록 암호"
blockSize: "64 bit"
keySize: "80 bit"
gates: "1570 (매우 작음)"
}
tiny_aes: {
description: "AES 최적화 구현"
ram: "< 200 bytes"
flash: "< 2 KB"
}
simon_speck: {
designer: "NSA"
efficiency: "소프트웨어/하드웨어 모두"
}
}
tradeoff: "보안 vs. 효율성 균형"
}
}
[ID] 보안 프로토콜:
SecurityProtocols {
pairingAuthentication: {
description: "캡슐과 수신기 페어링"
methods: {
outOfBand: {
description: "대역 외 채널로 키 교환"
examples: [
"QR 코드 스캔",
"NFC 탭",
"일련번호 입력"
]
security: "피싱 공격 방지"
}
pin: {
description: "PIN 코드 입력"
display: "캡슐 포장 또는 삽입 후 생성"
entry: "수신기/앱에 입력"
}
certificate: {
description: "공장 설치 인증서"
authority: "제조업체 CA"
validation: "신뢰 체인 검증"
}
}
process: [
"1. 장치 발견",
"2. 인증 (OOB/PIN/인증서)",
"3. 키 합의 (ECDH)",
"4. 세션 키 도출",
"5. 암호화된 통신 시작"
]
}
dataEncryption: {
layer: "응용 계층 또는 링크 계층"
packet: {
structure: [
"헤더 (평문 - 라우팅)",
"페이로드 (암호화)",
"MAC/태그 (인증)"
]
example: {
header: "4 bytes (장치 ID, 시퀀스)"
payload: "20 bytes (센서 데이터)"
encrypted: "20 bytes (AES-128-GCM)"
tag: "16 bytes (인증 태그)"
total: "40 bytes"
}
}
overhead: {
encryption: "0% (동일 크기)"
authentication: "+50-100% (태그, IV)"
tradeoff: "보안 vs. 전력/대역폭"
}
}
secureStorage: {
onCapsule: {
keyStorage: "암호화된 플래시"
protection: "물리적 변조 방지 (가능 시)"
}
onReceiver: {
encryption: "AES-256 파일 암호화"
keychain: "OS 보안 저장소 (iOS/Android)"
}
cloud: {
transit: "TLS 1.3"
rest: "AES-256 암호화"
access: "역할 기반 제어"
}
}
compliance: {
hipaa: {
region: "미국"
requirements: [
"전송 중 암호화",
"저장 시 암호화",
"접근 로그",
"감사 추적"
]
}
gdpr: {
region: "유럽"
requirements: [
"데이터 최소화",
"목적 제한",
"저장 제한",
"무결성 및 기밀성"
]
}
mdcg: {
name: "Medical Device Coordination Group"
guidance: "의료기기 사이버보안"
requirements: "위험 관리, 보안 설계"
}
}
}
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5.4 신호 최적화
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제한된 전력과 가혹한 채널에서 신뢰할 수 있는 통신을 달성하는 것이 핵심입니다.
[ID] 링크 예산 분석:
LinkBudgetAnalysis {
equation: {
received: "Pr = Pt + Gt + Gr - PL - L"
terms: {
pr: "수신 전력 (dBm)"
pt: "송신 전력 (dBm)"
gt: "송신 안테나 이득 (dBi)"
gr: "수신 안테나 이득 (dBi)"
pl: "경로 손실 (dB)"
l: "기타 손실 (dB)"
}
}
example: {
transmitter: {
pt: "0 dBm (1 mW)"
gt: "-20 dBi (소형 안테나)"
}
pathLoss: {
distance: "15 cm (위→복벽)"
frequency: "400 MHz"
tissue: "혼합 (근육, 지방)"
pl: "60 dB (측정값)"
}
receiver: {
gr: "2 dBi (외부 안테나)"
sensitivity: "-100 dBm"
}
margin: {
pr: "0 - 20 + 2 - 60 = -78 dBm"
required: "-100 dBm"
margin: "22 dB (양호)"
}
worstCase: {
obese: "+20 dB 손실"
pr: "-98 dBm"
margin: "2 dB (최소)"
}
}
optimization: {
increasePt: {
limit: "규제 (EIRP), 배터리"
practical: "0-10 dBm"
}
improveGt: {
method: "더 효율적인 안테나"
limit: "크기 제약"
gain: "5-10 dB"
}
improveGr: {
method: "고이득 외부 안테나"
gain: "5-10 dBi"
}
reduceL: {
methods: [
"고품질 구성요소",
"임피던스 매칭",
"케이블 손실 최소화"
]
gain: "2-5 dB"
}
diversity: {
spatialDiversity: "+5-10 dB"
frequencyDiversity: "+3-6 dB"
}
}
}
[ID] 적응형 기법:
AdaptiveTechniques {
powerControl: {
closedLoop: {
method: [
"수신기가 RSSI 측정",
"피드백 → 송신기",
"송신 전력 조정"
]
benefit: "배터리 절약, 간섭 감소"
challenge: "피드백 채널 필요"
}
openLoop: {
method: [
"송신기가 수신 ACK 모니터",
"ACK 없으면 전력 증가",
"ACK 있으면 전력 감소"
]
benefit: "단방향 통신 가능"
}
}
rateAdaptation: {
principle: "채널 품질에 따라 데이터 속도 조정"
goodChannel: {
modulation: "높은 차수 (16-QAM, 64-QAM)"
coding: "높은 코드율 (3/4, 5/6)"
rate: "높음 (Mbps)"
}
poorChannel: {
modulation: "낮은 차수 (BPSK, QPSK)"
coding: "낮은 코드율 (1/2, 1/3)"
rate: "낮음 (kbps)"
robustness: "높음"
}
metrics: {
rssi: "수신 신호 강도"
snr: "신호 대 잡음 비"
ber: "비트 오류율"
per: "패킷 오류율"
}
}
channelEstimation: {
pilot: {
description: "알려진 시퀀스 전송"
receiver: "채널 응답 추정"
use: "등화, 복조"
}
tracking: {
description: "연속적인 채널 추정"
method: "데이터 보조 (판정 피드백)"
benefit: "시간 변화 채널 대응"
}
}
retransmission: {
arq: {
method: "오류 시 재전송"
timeout: "ACK 대기 시간"
maxRetries: "3-5회"
tradeoff: "신뢰성 vs. 지연/전력"
}
harq: {
method: "증분 중복"
rounds: [
"1차: 높은 코드율",
"2차: 추가 패리티 (낮은 코드율)",
"결합: 소프트 결합"
]
efficiency: "ARQ보다 나음"
}
}
frequencyHopping: {
description: "주파수 채널 빠르게 전환"
slowHopping: {
rate: "패킷당"
use: "간섭 회피"
}
fastHopping: {
rate: "심볼당"
use: "스펙트럼 확산 (보안)"
example: "Bluetooth"
}
patterns: {
pseudo random: "의사 난수 시퀀스"
adaptive: "간섭 채널 회피"
}
benefit: [
"간섭 견고성",
"주파수 다이버시티",
"재밍 저항"
]
}
spreadSpectrum: {
dsss: {
fullName: "Direct Sequence Spread Spectrum"
principle: "칩핑 시퀀스로 확산"
processing_gain: "10 dB - 20 dB"
benefit: "간섭 억제, 보안"
}
fhss: {
fullName: "Frequency Hopping Spread Spectrum"
principle: "주파수 호핑"
benefit: "간섭 회피"
}
tradeoff: "대역폭 vs. 처리 이득"
}
}
[ID] 실시간 처리:
RealTimeProcessing {
onCapsuleProcessing: {
compression: {
lossless: "무손실 (센서 데이터)"
lossy: "손실 (이미징)"
ratio: "2:1 - 10:1"
}
buffering: {
size: "1-10 KB"
strategy: "FIFO (선입선출)"
overflow: "오래된 데이터 폐기"
}
prioritization: {
critical: "알람 데이터 (즉시)"
normal: "연속 센서 (정기)"
low: "진단 (지연 가능)"
}
}
onReceiverProcessing: {
decoding: {
realtime: "수신 즉시 복조/디코딩"
latency: "< 100 ms"
}
aggregation: {
windowing: "시간 창 데이터 집계"
statistics: "평균, 최소/최대"
}
display: {
update: "1-10 Hz"
plotting: "실시간 파형"
}
storage: {
local: "즉시 플래시 저장"
upload: "주기적 클라우드 동기화"
}
alerting: {
threshold: "임계값 초과 탐지"
notification: "즉시 사용자 알림"
latency: "< 1초"
}
}
latency: {
sensing: "센서 응답 (< 1초)"
processing: "캡슐 처리 (< 100 ms)"
transmission: "무선 전송 (10-100 ms)"
reception: "수신/디코딩 (< 100 ms)"
total: "< 2초 (end-to-end)"
acceptable: "대부분 응용에 충분"
}
}
[!] 중요: 무선 통신은 전력 소비의 주요 부분입니다. 최적화는 배터리 수명과
데이터 신뢰성 간의 균형이 필요합니다.
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장 요약
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핵심 개념:
[OK] 체내 무선 통신은 감쇠, 전력, 크기로 인한 도전
[OK] MICS, ISM 대역, BLE 등 다양한 기술 사용
[OK] 외부 수신기는 웨어러블, 스마트폰, 침상 모니터
[OK] 암호화 및 인증으로 데이터 보안 보장
[OK] 적응형 전력, 속도, 재전송으로 신호 최적화
[OK] 실시간 처리로 즉각적인 피드백 및 알림
[다음: 제6장]
[목차]
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