KR100876725B1 - Communication link connection method in wireless LAN system using visible light communication - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크 연결 방법에 있어서, 모바일 노드(Mobile Node)가 엑세스 포인트(Access Point)에서 발생 되는 가시광 신호를 수신 가능한지 판단하는 과정과, 모바일 노드에서 엑세스 포인트와 동기화(Synchronization) 작업을 수행하는 과정과, 모바일 노드 내의 가시광 송신부에서 통신 링크 정렬을 위한 지시광을 발생시키는 과정과, 지시광을 이용하여 업링크(Uplink) 방향의 통신 링크를 설정하는 과정을 포함한다.The present invention provides a method of connecting a communication link in a wireless LAN system using visible light communication, the method comprising: determining whether a mobile node can receive a visible light signal generated from an access point, and access point from the mobile node. Performing a synchronization operation, generating an indicator light for alignment of a communication link at a visible light transmitter in a mobile node, and establishing a communication link in an uplink direction using the indicator light; do.

가시광 통신, LED, XID, 링크, 무선 랜 Visible light communication, LED, XID, link, wifi

Description

가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크 연결 방법{METHOD FOR COMMUNICATION LINK IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK USING VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}How to connect communication link in wireless LAN system using visible light communication {METHOD FOR COMMUNICATION LINK IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK USING VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}

도 1은 종래의 적외선을 이용한 무선 통신 시스템의 구성도1 is a block diagram of a wireless communication system using a conventional infrared ray

도 2는 종래의 적외선을 이용한 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 과정에 대한 흐름도2 is a flowchart illustrating a data transmission process in a wireless communication system using a conventional infrared ray.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 송수신 장치의 블록 구성도3 is a block diagram illustrating an apparatus for transmitting and receiving visible light according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명이 적용되는 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템 구성도4 is a configuration of a wireless LAN system using visible light communication to which the present invention is applied

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크 연결 동작 흐름도5 is a flowchart illustrating a communication link connection operation in a wireless LAN system using visible light communication according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크의 연결 과정을 나타내는 흐름도6 is a flowchart illustrating a process of connecting a communication link in a wireless LAN system using visible light communication according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 가시광 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication)을 사용하는 무선(Wireless) 랜(LAN: Local Area Network) 시스템에서 엑세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라 칭하기로 한다)와 모바일 노드(Mobile Node)간의 통신 링크 연결 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a visible light communication system, and more particularly, to an Access Point (AP) in a Wireless Local Area Network (LAN) system using Visible Light Communication (VLC). And a communication link connection method between a mobile node and a mobile node.

LED(Light Emitting Diode)의 발광 효율이 개선되고 가격이 떨어짐에 따라 휴대기기, 디스플레이, 자동차, 신호등, 광고판 등의 특수 조명 시장뿐만 아니라 형광등 백열등과 같은 일반 조명 시장에서도 LED가 보편화되고 있다. 특히 백색 LED의 발광 효율은 이미 백열등을 추월하였으며 형광등보다도 우수한 제품들이 출현하고 있다. 또한 최근에는 RF 대역 주파수 고갈, 여러 무선 통신 기술 간의 혼선 가능성, 통신의 보안성 요구 증대, 4G 무선 기술의 초고속 유비쿼터스 통신 환경 도래 등으로 인하여 RF 기술과 상호 보완적인 광무선 기술에 대한 관심이 증가하고 있어 가시광 LED를 이용한 가시광 무선통신에 대한 연구가 여러 기업 및 연구소 등에서 진행되고 있다.As the light emitting efficiency of LEDs improves and prices decrease, LEDs are becoming common in general lighting markets such as fluorescent incandescent lamps as well as special lighting markets such as mobile devices, displays, automobiles, traffic lights, and billboards. In particular, the luminous efficiency of white LEDs has already surpassed incandescent lamps, and products superior to fluorescent lamps have emerged. In addition, due to the depletion of RF band frequency, the possibility of crosstalk between various wireless communication technologies, increased communication security requirements, and the arrival of ultra-fast ubiquitous communication environment of 4G wireless technology, interest in optical wireless technology complementary to RF technology is increasing. Therefore, research on visible light wireless communication using visible light LED is being conducted in various companies and research institutes.

핸드폰이나 PDA와 같은 휴대용 모바일 기기, 디지털 카메라나 mp3 플레이어와 같은 소형 디지털 제품의 경우 적외선을 기반으로 하는 IrDA(Infrared Data Association) 모듈을 장착해서 기기간 통신을 하는 주변기기 인터페이스(Peripheral Interface)에 대해서는 이미 많은 연구가 진행되었고 관련 제품도 개발되어 상용화되어 있다. 블루투스(Bluetooth)나 지그비(Zigbee) 등의 RF(Radio Frequency) 통신과 달리 적외선 무선 통신은 기기간 혼선이 없고 보안이 확실하며 저전력으로 구현 가능하다는 장점이 있다.In the case of portable mobile devices such as mobile phones and PDAs, and small digital products such as digital cameras and mp3 players, the Peripheral Interface, which uses infrared-based Infrared Data Association (IrDA) modules to communicate between devices, is already well known. Research has been conducted and related products have been developed and commercialized. Unlike RF (Radio Frequency) communication such as Bluetooth or Zigbee, infrared wireless communication has the advantage of no crosstalk between devices, security and low power.

도 1은 종래의 적외선을 이용한 무선 통신 시스템의 구성도이다. 도 1에 도 시된 바와 같이, 적외선을 이용한 무선 통신 시스템은 주로 개개의 제1 및 제2적외선 통신 장치(101, 102) 간의 통신(PtoP : Peer to Peer)에 사용되며, 각각의 적외선 통신 단말기(101, 102)는 적외선 송신을 위한 LED(Light Emiiting Diode)와 광 변조부로 이루어진 송신부(Transmitter), 포토 다이오드(Photo Diode)와 복조부로 이루어진 수신부(Receiver)를 포함하는 적외선 송수신기(103, 104)를 장착하여 사용한다. 그리고, 적외선 송수신기(101, 102)간을 마주보게 하여 적외선 연결(110)을 형성한다.1 is a block diagram of a wireless communication system using a conventional infrared ray. As shown in FIG. 1, a wireless communication system using infrared rays is mainly used for communication (PtoP: Peer to Peer) between individual first and second infrared communication devices 101 and 102, and each infrared communication terminal ( 101 and 102 include an infrared transceiver 103 and 104 including a light emitting diode (LED) for infrared transmission and a transmitter including a light modulator, a receiver including a photo diode and a demodulator. Used by mounting. In addition, the infrared transceivers 101 and 102 face each other to form an infrared connection 110.

그런데, 이와 같은 종래의 적외선 통신에서는 다중 접속이 필요한 어플리케이션을 고려하지 않았기 때문에 적외선 통신 프로토콜에서는 하나의 단말과 통신중에 다른 단말과의 연결을 할 수단이 없었다. However, since the conventional infrared communication does not consider an application requiring multiple access, the infrared communication protocol has no means for connecting with one terminal while communicating with one terminal.

도 2는 종래의 적외선을 이용한 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 과정에 대한 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따르면 상기한 바와 같은 적외선 무선 통신 시스템에서는 데이터를 전송할 때 1. Irda Activation(적외선 통신활성화), 2. Device Discovery(외부 적외선 통신장치 탐색), 3. Negotiation(통신 방식 결정), 4. Connection(연결), 5. Data Transfer(데이터 전송), 6. Disconnection(연결 해제), 7. Irda DeActivation(적외선 통신 해제)의 과정들과 같이 1~7의 과정을 거쳐서 하나의 데이터 패킷을 보내도록 되어 있다. 2 is a flowchart illustrating a data transmission process in a wireless communication system using a conventional infrared ray. As shown in Figure 2, according to the prior art, when transmitting data in the infrared wireless communication system as described above 1. Irda Activation (infrared communication activation), 2. Device Discovery (external infrared communication device discovery), 3. Negotiation 1-7 steps, such as (determining communication method), 4. Connection, 5. Data Transfer, 6. Disconnection, 7. Irda DeActivation. One data packet is sent through.

이러한 1~7에 대한 과정을 이용한 데이터 전송에 있어서 제1적외선 통신 장치(101)는 사용자가 적외선 통신의 링크를 설정하기 위해 정렬할 때 적외선이 불연속적 시간 간격(Time delay)을 두고 출력되어 주변에 적외선 무선 인터페이스 장치 즉 제2적외선 통신 장치(102)가 존재하는지 탐색하게 된다. 이렇게 불연속적으로 출력되는 적외선은 사용자가 통신 링크를 정렬하는데 아무런 역할을 하지 않으며 사용자는 적외선 통신 장치를 대략적으로 지향하여 통신 링크를 정렬하게 된다.In the data transmission using the processes for 1 to 7, the first infrared ray communication device 101 outputs an infrared ray at a discontinuous time delay when the user arranges to establish a link of infrared ray communication. It is searched whether an infrared radio interface device, that is, a second infrared communication device 102 exists. This discontinuously output infrared rays do not play any role in the user aligning the communication link, and the user aligns the communication link by roughly oriented the infrared communication device.

이렇게 종래의 적외선 통신의 경우 통신 링크가 성립하기 전에는 적외선이 송신되지 않으며, 적외선 통신 장치들의 탐색, 탐색 이후 두 장치 간(101, 102)에 링크 연결 과정 또는 두 장치 간(101, 102)에 데이터가 전송되는 과정에서 중간에 링크가 끊어져도 사용자가 알 수 있는 방법이 없다.In the case of the conventional infrared communication, infrared rays are not transmitted until a communication link is established, and a process of connecting a link between two devices (101, 102) or data between two devices (101, 102) after the discovery and discovery of infrared communication devices. There is no way for the user to know if the link is broken in the middle of the transmission.

따라서, 앞으로의 근거리 무선 통신 시스템은 가시광선을 이용한 방식이 주도할 것으로 예상되며, 적외선 IrDA(Infrared Data Association) 모듈 대신 기술 측면과 가격 측면에서 큰 발전을 하고 있는 가시광 LED를 사용하여 통신을 하는 방법이 제안되고 있다. 이처럼 가시광 통신과 다른 무선 RF 통신들과의 가장 큰 차이점은 데이터의 송수신 과정을 사용자가 확인할 수 있고, 또한 통신 보안성을 시각적으로 확인할 수 있다는 점이다. 즉, 송수신 단의 위치를 사용자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있으며, 통신의 경로를 눈으로 확인할 수 있다. 이러한 성질을 이용하면 사용자가 직접 눈으로 확인하면서 송수신단 사이의 통신 경로를 열어 줄 수 있다.Therefore, the near-field wireless communication system is expected to be driven by the visible light method in the future, and instead of the infrared IrDA (Infrared Data Association) module, a method of communicating by using the visible light LED, which is greatly developed in terms of technology and price. Is being proposed. As such, the biggest difference between visible light communication and other wireless RF communications is that the user can confirm the transmission and reception of data and visually confirm the security of the communication. That is, the position of the transmitting and receiving end can be easily seen by the user, and the path of communication can be visually confirmed. By using this property, the user can open a communication path between the transmitter and the receiver while visually confirming.

하지만 실제 가시광 통신이 이루어질 때, 다수 단말의 동시에 접속으로 인한 충돌이 발생할 가능성도 존재한다. 충돌이 일어나게 되면 접속 지연이 발생할 뿐만 아니라, 자원의 낭비가 발생하게 되는 문제점이 있다. However, when the actual visible light communication is made, there is a possibility that a collision occurs due to the simultaneous connection of multiple terminals. When a collision occurs, not only a connection delay occurs, but also a waste of resources occurs.

본 발명은 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 가시광 무선 랜 프로 토콜의 호 설정 프로시저(call setup procedure)를 제공하고자 한다. 또한 사용자가 가시광의 위치와 범위를 시각적으로 확인하여 통신 링크를 정렬할 수 있도록 하기 위한 방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a call setup procedure of a visible light WLAN protocol in a wireless LAN system using visible light communication. In addition, it is intended to provide a method for allowing a user to visually check the position and range of visible light to align the communication link.

이를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따르면, 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크 연결 방법에 있어서, 모바일 노드(Mobile Node)가 엑세스 포인트(Access Point)에서 발생 되는 가시광 신호를 수신 가능한지 판단하는 과정과, 상기 모바일 노드에서 상기 엑세스 포인트와 동기화(Synchronization) 작업을 수행하는 과정과, 상기 모바일 노드 내의 가시광 송신부에서 통신 링크 정렬을 위한 지시광을 발생시키는 과정과, 상기 지시광을 이용하여 업링크(Uplink) 방향의 통신 링크를 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다. According to one embodiment of the present invention for achieving this, in a wireless LAN system using visible light communication, a method for connecting a communication link, comprising: determining whether a mobile node can receive a visible light signal generated at an access point; A process of performing synchronization with the access point at the mobile node, generating an indicator light for alignment of a communication link at a visible light transmitter in the mobile node, and using an indicator light And establishing a communication link in an uplink direction.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, specific details such as specific components are shown, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and the specific details may be changed or changed within the scope of the present invention. It is self-evident to those of ordinary knowledge in Esau. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

상기에서 설명한 것처럼 가시광 통신 시스템에서는 다수 단말의 동시에 접 속으로 인한 충돌 발생의 가능성이 존재한다. 충돌이 일어나면 접속 지연이 발생할 뿐만 아니라, 자원의 낭비가 발생하게 된다. 이러한 상황에서는 단순히 빛이 들어온다고 해서 통신을 시작하는 것이 아니라 충돌을 최소화하면서도 자원의 낭비를 줄일 수 있는 초기 접속 과정이 포함된 적절한 호 설정 프로시저(Call Setup Procedure)에 따라서 통신을 시작해야 한다. 또한, 초기 접속을 시도할 경우 해당 광원을 적절하게 제어하여, 다른 접속자의 통신 신호를 방해하지 않도록 설계해야 한다.As described above, in the visible light communication system, there is a possibility of collision due to simultaneous connection of multiple terminals. A collision not only causes connection delays, but also wastes resources. In this situation, communication should not be initiated by simply turning on the light, but by following the appropriate Call Setup Procedure, which includes an initial connection process that minimizes collisions and reduces resources. In addition, when attempting an initial connection, the corresponding light source should be controlled appropriately so as not to disturb the communication signal of other accessors.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 송수신 장치의 블록 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 장치(200)는 제어부(210), 가시광 통신 송신부(212)와 가시광 통신 수신부(214), 펄스 생성부(222) 및 펄스 복구부(224), 변조부(232), 복조부(234)를 포함하여 구성된다. 3 is a block diagram of an apparatus for transmitting and receiving visible light according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the visible light communication apparatus 200 according to an exemplary embodiment may include a controller 210, a visible light communication transmitter 212, a visible light communication receiver 214, a pulse generator 222, and a pulse. It includes a recovery unit 224, a modulator 232, a demodulator 234.

제어부(210)는 가시광 통신 장치(200)의 전반적인 제어 동작을 수행한다. 특히 본 발명에서 제어부(210)는 가시광 통신 모드 수행 시 통신 링크가 성립되기 전에 가시광 통신 송신부(212)에서 미리 설정된 350~700nm의 파장을 가지는 가시광 신호를 연속 또는 불연속적 시간 간격(30ms이하)으로 출력되도록 제어한다. 또한, 가시광 통신을 통해 수신된 데이터를 메모리부(240)에 저장한다.The controller 210 performs an overall control operation of the visible light communication device 200. In particular, in the present invention, the control unit 210 is a visible light signal having a wavelength of 350 ~ 700nm preset by the visible light communication transmitter 212 at a continuous or discontinuous time interval (30ms or less) before the communication link is established when performing the visible light communication mode Control the output. In addition, the data received through the visible light communication is stored in the memory unit 240.

우선, 가시광 통신 장치에서 데이터를 전송하는 동작에 대하여 도 3의 구성을 참조하여 살펴보도록 한다.First, an operation of transmitting data in the visible light communication device will be described with reference to the configuration of FIG. 3.

먼저, 제어부(210)의 제어 하에 펄스 생성부(222)는 전송을 위한 데이터에 대응되는 펄스 신호를 생성하여 변조부(232)로 출력한다. 그러면, 변조부(232)는 입력되는 펄스 신호를 가시광 통신에 적합한 신호로 변조하여 가시광 통신 송신부(212)로 출력한다. First, under the control of the controller 210, the pulse generator 222 generates a pulse signal corresponding to data for transmission and outputs the pulse signal to the modulator 232. Then, the modulator 232 modulates the input pulse signal into a signal suitable for visible light communication and outputs it to the visible light communication transmitter 212.

이때, 가시광 통신 송신부(212)는 제어부(210)의 제어 신호에 따라 해당 가시광 신호를 출력한다. 이러한 가시광 통신 송신부(212)는 350~700nm의 파장을 가지는 광원으로 LD(Laser Diode), LED(Light Emitting Diode) 또는 이들의 집합(Array)으로 구성될 수 있다. 그러면 다음으로, 가시광 통신 장치(200)에서 데이터를 수신하는 동작에 대하여 도 3의 구성을 참조하여 살펴보도록 한다.In this case, the visible light communication transmitter 212 outputs the visible light signal according to the control signal of the controller 210. The visible light communication transmitter 212 is a light source having a wavelength of 350 ~ 700nm may be configured as a laser diode (LD), a light emitting diode (LED) or an array thereof. Next, an operation of receiving data in the visible light communication device 200 will be described with reference to the configuration of FIG. 3.

다른 가시광 통신 장치로부터 전송되는 가시광 신호가 가시광 통신 수신부(214)로 입력되면, 가시광 통신 수신부(214)는 입력된 가시광 신호를 전기 신호로 변환하여 출력한다. 이때, 가시광 통신 수신부(214)는 외부에 빛이 입력되면 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드(Photo Diode)로 구성될 수 있다. When a visible light signal transmitted from another visible light communication device is input to the visible light communication receiver 214, the visible light communication receiver 214 converts the input visible light signal into an electrical signal and outputs the electrical signal. In this case, the visible light communication receiver 214 may be configured as a photo diode converting an electric signal when light is input to the outside.

한편, 복조부(234)는 입력받은 전기 신호를 가시광 통신 방식에 따른 데이터로 복조한 후 펄스 복구부(224)로 출력한다. 그러면, 펄스 복구부(224)는 입력되는 전기 신호를 펄스 신호로 복구하여 제어부(210)로 출력한다. Meanwhile, the demodulator 234 demodulates the received electric signal into data according to the visible light communication method and outputs the demodulated signal to the pulse recovery unit 224. Then, the pulse recovery unit 224 recovers the input electrical signal into a pulse signal and outputs it to the control unit 210.

그러면, 상기의 도 3과 같이 구성되는 가시광 통신 장치를 사용하는 무선 랜 시스템에 대하여 설명하도록 한다.Next, a wireless LAN system using the visible light communication device configured as shown in FIG. 3 will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 링크 연결 방법에서 호 설정 프로시저(Call Setup Procedure)는 모바일 노드 준비(Mobile device preparation) 단계, 다운링크 연결 설정(Down-link connection setup) 단계, 업링크 연결 설정(Up-link connection setup) 단계를 포함하여 구성된다.In a communication link connection method according to an embodiment of the present invention, a call setup procedure may include a mobile device preparation step, a down-link connection setup step, an uplink connection setting. (Up-link connection setup) step.

상기 도 2에서 설명한 것처럼 사용자가 적외선 통신의 링크를 정렬할 때 적외선은 시간 간격을 두고 불연속적으로 송신되어 주변에 적외선 무선 인터페이스 장치가 존재하는지 찾게 된다. 이렇게 불연속적으로 송출되는 적외선은 사용자가 통신 링크를 정렬하는데 아무런 역할을 하지 않는다. 따라서 사용자는 적외선 장치를 대략적으로 지향하여 통신 링크를 정렬하게 된다. As described above with reference to FIG. 2, when the user arranges the link of the infrared communication, the infrared rays are discontinuously transmitted at a time interval to find out whether the infrared wireless interface device exists in the vicinity. This discontinuously emitted infrared light plays no role in the user's alignment of the communication link. Thus, the user approximately aligns the communication link with the infrared device.

도 4는 본 발명이 적용되는 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템은 엑세스 포인트(AP: Access point, 이하 'AP'라 칭하기로 한다)(310)와 모바일 노드(Mobile Node)(320, 330)를 포함하여 구성된다. 상기 AP(310)는 유선 랜과 연결되어 통신 가능 공간 내에 존재하는 모바일 노드(320, 330)와 무선 통신을 수행한다. 통신 수단으로 사용되는 광은 직진성이 있기 때문에 물리적으로 비교적 명확하게 모바일 노드에 포함된 가시광 통신 모듈의 방향에 따라 다음과 같이 세 가지 상태로 나뉠 수 있다. 즉, 업링크와 다운링크가 모두 형성되지 않아 서로간에 데이터 통신이 불가능한 제1상태와, 업링크는 형성되지 않았으나 다운링크가 형성되어 AP(310)가 송신하는 신호는 모바일 노드가 수신할 수 있지만 모바일 노드(330)가 송신하는 신호는 AP(310)가 수신하지 못하는 제2상태와, 그리고 업링크와 다운링크가 모두 형성되어 AP(310)와 모바일 노드(330)가 서로 신호를 주고받을 수 있는 제3상태로 구분할 수 있다.4 is a configuration diagram of a wireless LAN system using visible light communication to which the present invention is applied. Referring to FIG. 4, a wireless LAN system using visible light communication includes an access point (AP) 310 and mobile nodes 320 and 330. do. The AP 310 is connected to the wired LAN and performs wireless communication with the mobile nodes 320 and 330 existing in the communication space. Since the light used as the communication means is straight, it may be divided into three states according to the direction of the visible light communication module included in the mobile node relatively physically. That is, although the uplink and the downlink are not both formed, the first state in which data communication is impossible between each other, and the uplink is not formed, but the downlink is formed, the signal transmitted by the AP 310 may be received by the mobile node. The signal transmitted by the mobile node 330 is a second state that the AP 310 does not receive, and both the uplink and the downlink are formed so that the AP 310 and the mobile node 330 can exchange signals with each other. Can be classified into a third state.

모바일 노드가 초기에 AP에 접속할 때에는 아직 할당된 자원이 없기 때문에 경쟁기반의 방식으로 패킷(Packet)을 전송하여야 한다. 이 경우에는 모바일 노드의 송신기에서 출력된 가시광의 위치를 사용자가 시각적으로 확인할 수 있도록 통신 링크가 성립되기 전에 가시광을 출력하는 과정이 존재한다.When the mobile node initially accesses the AP, there is no resource allocated yet, so the packet must be transmitted in a contention-based manner. In this case, there is a process of outputting the visible light before the communication link is established so that the user can visually confirm the position of the visible light output from the transmitter of the mobile node.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크 연결 동작 흐름도이다. 도 5는 가시광 무선 랜 시스템의 프로토콜의 호 설정 프로시저(call setup procedure)의 동작 순서를 나타낸다. 현재 제 1 모바일 노드가 이미 AP와 연결되어 통신 중이고, 제 2 모바일 노드가 새로이 AP에 접속을 시도한다고 가정할 경우, 405단계에서 AP의 다운링크(Down-link)를 위한 송신부의 LED(Light Emitting Diode)는 이미 작동되고 있는 중이다. 410단계에서 제 2 모바일 노드가 통신을 하기 위한 준비를 하고, 415단계에서 유효한 다운링크를 통해 데이터를 수신할 수 있는지 판별한다. 여기서 다운링크를 통해 데이터를 수신할 수 없으면 상기에서 설명한 도 4의 제1상태에 해당하고, 수신할 수 있으면 제2상태에 해당한다. 5 is a flowchart illustrating a communication link connection operation in a wireless LAN system using visible light communication according to an embodiment of the present invention. 5 shows an operation procedure of a call setup procedure of a protocol of a visible light wireless LAN system. If the first mobile node is already in communication with the AP and the second mobile node attempts to access the AP anew, in step 405, the LED of the transmitter for down-link of the AP (Light Emitting) Diode is already working. In step 410, the second mobile node prepares for communication, and in step 415, it is determined whether data can be received through a valid downlink. Here, if data cannot be received through the downlink, it corresponds to the first state of FIG. 4 described above, and if it can be received, it corresponds to the second state.

만약 수신할 수 없는 상황이면(제1상태) 420단계로 진행하여 모바일 노드는 LED를 ON상태로 바꿔서 방향 정렬을 위한 지시광으로 사용하기 위해 가시광 신호를 발생시킨다. 425단계로 진행하여 사용자는 모바일 노드에 포함된 가시광 통신 모듈을 조정하여 가시광 송신부를 향해 방향을 정렬한다. 이때 사용자는 시각적으로 가시광(지시광)의 위치와 범위를 인식하고 능동적으로 가시광 장치를 지향하여 통신 링크의 정렬을 시도하게 된다. 이때는 가시광이 연속적으로 출력되므로 사용자가 가시광을 인식하기 용이하다 혹은 불연속적으로 출력될 경우에도 30ms의 작은 시간 간격으로 출력되기 때문에 시각적으로 인지하기 쉽다. If it is impossible to receive (first state), the mobile node proceeds to step 420 where the mobile node turns the LED on and generates a visible light signal for use as an indicator light for orientation alignment. In step 425, the user adjusts the visible light communication module included in the mobile node to align the direction toward the visible light transmitter. At this time, the user visually recognizes the position and range of the visible light (directed light) and actively tries to align the communication link to the visible light device. In this case, since the visible light is continuously output, it is easy for the user to recognize the visible light or even when discontinuously output, it is easy to visually recognize because it is output at a small time interval of 30 ms.

가시광 무선 랜 환경의 물리적 구조에 의하여 모바일 노드는 송신부 방향을 AP의 수신부에 일치되는 제3상태 이전에 반드시 제2상태를 먼저 거치게 된다. 따라서 업링크가 형성되기 전에 반드시 다운링크가 먼저 형성되어야 한다. Due to the physical structure of the visible light WLAN environment, the mobile node must first pass the second state before the third state corresponding to the receiver of the AP. Therefore, the downlink must first be formed before the uplink is formed.

다음 430단계로 진행하여 다운링크가 연결됐는지 판단하기 위하여 모바일 노드가 AP로부터 신호의 수신이 가능한지 판단한다. 신호의 수신이 불가능하면 다시 425단계로 진행하여 통신 링크 정렬을 다시 시도하고, 신호의 수신이 가능하면 435단계로 진행하여, 모바일 노드는 송신부의 LED를 OFF한다. 440단계에서는 모바일 노드에서 AP로부터 전달받은 정보를 분석하여 동기화(Synchronization) 작업을 수행하고 접속 시도를 위한 업링크(Up-link) 신호를 언제 송신할지를 파악한다. 그런 후 접속을 위해 할당된 시간이 돌아오면 445단계에서 다시 모바일 노드의 송신부 LED를 켜서 최초 접속에 필요한 가시광 신호를 발생시킨다. 만약 이러한 동기화 과정 없이 제3상태에 다다르게 되면 모바일 노드의 송신광은 AP의 수신부에 잡음으로 인식되어 기존의 업링크를 방해하게 된다.In operation 430, the mobile node determines whether the mobile node can receive a signal from the AP in order to determine whether the downlink is connected. If the signal cannot be received, the process proceeds to step 425 again and attempts to realign the communication link. If the signal can be received, the process proceeds to step 435. The mobile node turns off the LED of the transmitter. In step 440, the mobile node analyzes the information received from the AP to perform a synchronization operation and determine when to transmit an uplink signal for an access attempt. Then, when the time allocated for the connection returns, in step 445, the transmitter LED of the mobile node is turned on again to generate the visible light signal required for the initial connection. If the third state is reached without this synchronization process, the transmission light of the mobile node is perceived as noise at the receiver of the AP, thereby disturbing the existing uplink.

제 2 모바일 노드가 다운링크를 수신할 수 있는 경우(제2상태)에는 415단계에서 바로 440단계로 진행하게 된다. 440단계에서 동기화 작업을 거친 후 할당된 시간에만 신호를 발송하게 된다. 445단계에서 모바일 노드 LED를 ON으로 바꾸고 통신 링크 정렬을 위한 지시광을 발생시킨다. 450단계로 진행하여 다시 시각적으로 확인할 수 있게 된 가시광 신호를 AP의 수신부에 맞추기 위해 가시광 통신 모듈을 회전한다. 사용자가 통신 링크를 정렬할 수 있도록 가시광을 출력할 때 가시광을 불연속적으로 출력하더라도 시간 간격이 충분히 작으면 사용자는 가시광이 연속적으로 출력되는 것으로 느끼게 된다. 다음 455단계에서 업링크가 연결됐는지 판단하기 위해 모바일 노드의 신호를 AP에서 받을 수 있는지 판단한다. AP에서 신호를 받을 수 없다면 다시 450단계로 진행하여 정렬과정을 반복하고, AP에서 신호를 받을 수 있다면 460단계로 진행하여 AP와 모바일 노드간의 통신 링크 정렬이 끝나면 업링크와 다운링크가 모두 형성되어 AP와 모바일 노드가 서로 통신 신호를 주고받을 수 있게 된다. If the second mobile node can receive the downlink (second state), the process proceeds directly to step 440 in step 415. After the synchronization operation in step 440, the signal is sent only at the allocated time. In step 445, the mobile node LED is turned ON and the indicator light for alignment of the communication link is generated. In operation 450, the visible light communication module rotates the visible light communication module to match the visible light signal to the receiver of the AP. When the visible light is discontinuously output when the user outputs the visible light to align the communication link, the user may feel that the visible light is continuously output if the time interval is sufficiently small. In step 455, it is determined whether the AP can receive the signal of the mobile node to determine whether the uplink is connected. If the AP cannot receive the signal, the process proceeds to step 450 again and repeats the alignment process. If the AP can receive the signal, the process proceeds to step 460. After the alignment of the communication link between the AP and the mobile node is completed, both uplink and downlink are formed. The AP and the mobile node can communicate with each other.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크의 연결 과정을 나타내는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, Primary Device와 Secondary Device는 각각 AP와 모바일 노드에 해당한다. Primary Device가 통신을 시작한 이후 지속적으로 교환 식별(XID: Exchange Identification, 이하 'XID'라 칭하기로 한다) 메시지를 주기적으로 전송하게 된다. Secondary Device는 다운링크 연결을 설정하기 위해 Secondary Device의 LED를 ON하고 가시광의 가시성을 이용하여 Primary Device와 정렬을 시도한다. 정렬이 완료되어 Secondary Device가 XID 메시지를 받게 되면 Secondary Device의 LED를 OFF하고, 수신한 메시지를 사용하여 Primary Device와 동기화를 수행한다. Secondary Device의 동기화 작업이 끝나면 업링크 연결을 설정하기 위해 다시 LED를 ON하여 정렬 작업을 마무리할 수 있도록 가시성을 다시 제공한다. 업링크 연결이 완료되기 전에는 Secondary Device에서 내보내는 XID응답(Response)을 잃어버리다가, 정렬이 완료되면 Primary Device는 XID응답을 수신하게 된다. 초기 접속에 성공한 Secondary Device는 자신의 정보를 Primary Device에게 전달하여 Registration의 과정을 거치는 것을 표준 응답 모드 설정(SNRM: Set Normal Response Mode)과 긍정응답(UA: Unnumbered ACK)를 통해 수행한다. 채널이 준비되었음을 알려 주는 RR(Receive Ready) 과정은 선택사항(Optional)이며, 이후 상호 데이터를 전송한다.6 is a flowchart illustrating a connection process of a communication link in a wireless LAN system using visible light communication according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the primary device and the secondary device correspond to the AP and the mobile node, respectively. After the primary device starts communication, it periodically transmits an Exchange Identification (XID) message. The secondary device attempts to align with the primary device by turning on the LED of the secondary device to establish a downlink connection and using the visibility of visible light. When the alignment is completed and the secondary device receives the XID message, the LED of the secondary device is turned off, and the received message is synchronized with the primary device. After the secondary device is synchronized, the LEDs are turned back on to establish the uplink connection, providing visibility again to complete the alignment. Before the uplink connection is completed, the XID response from the secondary device is lost. When the alignment is completed, the primary device receives the XID response. The secondary device, which has successfully completed initial connection, transmits its information to the primary device and performs the registration process through a set normal response mode (SNRM) and an unnumbered ACK (UA). The RR (Receive Ready) process indicating that the channel is ready is optional and then transmits data to each other.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크 연결 방법의 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.As described above, an operation of a communication link connection method may be performed in a wireless LAN system using visible light communication according to an embodiment of the present invention. Meanwhile, in the above description of the present invention, a specific embodiment has been described. It may be practiced without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but by the claims and equivalents of the claims.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 가시광 무선 랜 프로토콜의 호 설정 프로시저(call setup procedure)를 제공한다. 또한 가시광 LED를 사용하는 가시광통신의 특성을 이용하여 사용자가 가시광의 위치와 범위를 시각적으로 확인하여 통신 링크를 정렬할 수 있는 장점이 있다. 또한 통신 경로의 정렬이 쉬우므로 기존의 적외선 통신보다 광의 발산각을 줄일 수 있어서 고속 통신이나 저전력 구동을 구현할 수 있다.The present invention made as described above provides a call setup procedure of a visible light WLAN protocol in a wireless LAN system using visible light communication. In addition, by using the characteristics of visible light communication using the visible light LED, the user can visually check the position and range of the visible light to align the communication link. In addition, since the alignment of the communication paths is easy, the divergence angle of light can be reduced compared to the existing infrared communication, so that high speed communication or low power driving can be realized.

Claims (9)

가시광 통신을 이용한 무선 랜 시스템에서 통신 링크 연결 방법에 있어서,A communication link connection method in a wireless LAN system using visible light communication, 모바일 노드(Mobile Node)가 엑세스 포인트(Access Point)에서 발생 되는 가시광 신호를 수신 가능한지 판단하는 과정과,Determining whether the mobile node can receive the visible light signal generated at the access point; 상기 모바일 노드에서 상기 엑세스 포인트와 동기화(Synchronization) 작업을 수행하는 과정과, Performing a synchronization operation with the access point in the mobile node; 상기 모바일 노드 내의 가시광 송신부에서 통신 링크 정렬을 위한 지시광을 발생시키는 과정과, Generating an indicator light for communication link alignment in a visible light transmitter in the mobile node; 상기 지시광을 이용하여 업링크(Uplink) 방향의 통신 링크를 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법.And establishing a communication link in an uplink direction using the indicator light. 제 1항에 있어서, 상기 판단 결과 수신 가능한 경우, 상기 동기화 작업을 수행하는 과정은, The method of claim 1, wherein if the determination result is received, the performing of the synchronization operation may include: 상기 모바일 노드에서 상기 엑세스 포인트로부터 수신한 가시광 신호를 분석하여 상기 엑세스 포인트와 동기화 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법. And synchronizing with the access point by analyzing the visible light signal received from the access point in the mobile node. 제 1항에 있어서, 상기 판단 결과 수신 불가능한 경우, 상기 동기화 작업을 수행하는 과정은,The method of claim 1, wherein if it is impossible to receive the determination result, the performing of the synchronization operation may include: 다운링크(Downlink) 방향의 통신 링크를 설정하여 상기 엑세스 포인트로부터 가시광 신호를 수신하고, 상기 수신한 가시광 신호를 분석하여 상기 엑세스 포인트와 동기화 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법. And establishing a communication link in a downlink direction, receiving a visible light signal from the access point, and analyzing the received visible light signal to perform synchronization with the access point. 제 3항에 있어서, 상기 다운링크 방향의 통신 링크 설정은,The method of claim 3, wherein the downlink communication link setting, 상기 모바일 노드 내의 가시광 송신부에서 통신 링크 정렬을 위한 지시광을 발생시키는 과정과, Generating an indicator light for communication link alignment in a visible light transmitter in the mobile node; 상기 지시광을 이용하여 다운링크 방향의 통신 링크를 설정하는 과정과, Establishing a communication link in a downlink direction by using the indicator light; 상기 지시광 발생을 중지하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법.And stopping the generation of the indicator light. 제 1항에 있어서, 상기 지시광은 연속적 또는 불연속적으로 출력되며, 불연속적인 경우에는 30ms 이하의 시간 간격으로 출력되는 것을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법.The method of claim 1, wherein the indicator light is continuously or discontinuously output, and in case of discontinuity, the indicator light is output at a time interval of 30 ms or less. 제 1항에 있어서, 상기 가시광 송신부는 광원으로써 LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode) 또는 상기 LED와 상기 LD의 집합을 사용하는 것을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법.The method of claim 1, wherein the visible light transmitting unit uses a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), or a set of the LED and the LD as a light source. 제 1항에 있어서, 상기 가시광 신호 및 상기 지시광은 350nm ~ 700nm의 파 장을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법.The method of claim 1, wherein the visible light and the indicator light have a wavelength of 350 nm to 700 nm. 제 1항에 있어서, 상기 통신 링크 설정 후, 상기 엑세스 포인트에서 표준 응답 모드 설정(SNRM: Set Normal Response Mode) 메시지를 상기 모바일 노드로 전송하고, 상기 모바일 노드에서 긍정응답(UA: Unnumbered ACK) 메시지를 상기 엑세스 포인트로 전송하여 등록(Registration) 절차를 수행하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법.The method of claim 1, wherein after setting up the communication link, the access point sends a Set Normal Response Mode (SNRM) message to the mobile node, and the mobile node receives an Unnumbered ACK message. And performing a registration procedure by transmitting to the access point. 제 8항에 있어서, 상기 등록 절차를 수행 후, 상기 엑세스 포인트와 상기 모바일 노드간에 RR(Receive Ready) 메시지를 주고 받음으로써 채널 준비 여부를 확인하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 통신 링크 연결 방법.The method of claim 8, further comprising, after performing the registration procedure, checking whether the channel is ready by exchanging an RR (Receive Ready) message between the access point and the mobile node. .
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