KR101311577B1 - 가시광 통신 시스템에서 가시적인 통신 방법 - Google Patents

가시광 통신 시스템에서 가시적인 통신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선 통신 링크 접속 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터링크 계층에 있어서, 송신측에서 통신하고자 하는 단말을 탐색하기 위하여 D-XID(Discovery exchange station identification)를 브로드캐스트(broadcast)하는 디스커버리(discovery)과정에서, 상기 브로드캐스트된 D-XID에 대한 응답 대기 시간동안 링크의 가시성을 제공하기 위해 상기 송신측과 통신 수행 예정인 수신측에서 가시적인 프레임을 발생하는 과정과, 상기 디스커버리 과정을 통해 통신을 수행할 송수신단말을 식별하고, 상기 송수신단말간의 링크 설정 요청 수행을 위한SNRM(Set Normal Response Mode)및UA(Unnumbered Acknowledgement)프레임을 교환하는 커넥션(Connection)과정에서, 송신 및 수신 각각의 단말에서 상기SNRM과 UA의 수신 대기 시간동안 가시적인 프레임을 발생하는 과정과, 상기 커넥션 과정을 통해 링크가 형성된 송수신 단말간에 I-frame(정보전송프레임)과 이에 대한 응답인 RR(Receive Ready)프레임을 교환하는 NRM(정규응답모드:Normal Response Mode)과정에서, 송신 및 수신 각각의 단말에서 상기 I-frame과 RR프레임의 수신 대기 시간동안 가시적인 프레임을 발생하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
IrLAP, 가시광 통신, 가시적인 프레임

Description

가시광 통신 시스템에서 가시적인 통신 방법{METHOD FOR VISIBLE COMMUNICATION IN A VISIBLE LIGHT CIMMUNICATION}
본 발명은 가시광 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 적외선 통신 시스템의, IrLAP프로토콜을 적용한 데이터 링크 계층에서 송신측과 수신측간의 데이터를 송수신함에 있어서, 상기 데이터가 송수신되는 동안에 링크에 가시성을 제공하여 보다 정확한 통신이 가능하도록 가시적인 신호를 생성하기 위한 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 적외선 무선 통신 시스템의 IrLAP(IrDA Link Access Protocol)에서 데이터 전송 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적외선 무선 통신 시스템의 데이터 링크(Data Link)계층에서 데이터 전송 과정은, 먼저, 적외선 통신을 활성화(Irda Activation)하고(100과정), 외부 적외선 통신장치를 탐색(Device Discovery)하고(102과정), 상기 탐색된 단말간의 통신 방식을 결정(Negotiation)하고(104과정), 상기 통신 방식을 결정한 후, 송수신단말간 링크의 연결(Connection)(106)을 통해, 데이터를 전송(Data Transfer)하고(108과정), 상기 데이터 전송이 완료되면 통신 수행을 위해 연결된 링크의 연결을 해제(Disconnection)하고(110과정), 적외선 통신을 해제(Irda DeActivation)하는 (112과정)과정으로 이루어진다.
상기한 바와 같이, 적외선 통신 시스템의 데이터 링크 계층 즉, IrLAP 링크 접속 프로토콜에서는 적외선 미디어 액서스(Access) 규칙의 규정과, 송수신단말간의 통신 방식 등에 대한 절차에 관련된 적외선 통신 표준규정을 수행하고 있으며, 이는 크게 디스커버리(Discovery, 외부 적외선 통신장치 탐색)과정, 커넥션 셋 업(Connection Set Up)과정, 디스커넥션(Disconnection, 연결해제)과정의 세 가지로 구분되어 진다.
이에 관하여, 도 2는 적외선 통신 시스템의 IrLAP 에서의 디스커버리 과정을 나타낸 신호 흐름도이다. 먼저, 도 2를 참조하면, 통신을 원하는 이니시에이터(Initiator,210)가, D-XID(Discovery exchange station identification)프레임을 브로드캐스트(Broadcast)하여 반복하여 전송하고(214,216,220과정), 슬롯(slot) 구간 동안 대기상태로 상기 D-XID프레임에 대한 응답 신호인 D-R-XID(Discovery Response XID)가 응답되는지 확인한다. 여기서, 상기 슬롯은, 양쪽 방향으로 송수신 가능한 양방향 통신이지만, 한 번에 하나의 전송만 이루어지도록 설정된 반이중방식(Half duplex)으로 인한 구간이다. 상기 슬롯이 종료되면, 상기 이니시에이터(210)는 디스커버리 로그(Log)과정을 통해 통신에 관한 정보를 기록한다. 이는, 이니시에터(210)에서 소정의 송수신이 발생하는 시점마다 수행되는 것으로, 서비스 애플리케이션(Service Application)이 통신하고자 하는지를 확인 가능하다.
그리고, 리스폰더(Responder, 212)가, 상기 이니시에이터(210)으로부터 수신 된 D-XID프레임을 인식하고(222과정), 통신을 원한다면 상기 D-XID프레임에 대한 응답 프레임인 D-R-XID를 전송하여 응답한다. 상기 이니시에이터(210)은 상기 리스폰더(212)으로부터 D-R-XID 프레임을 수신하여(224과정), 디스커버리 로그를 작성하고, 리스폰더가 존재함을 서비스 애플리케이션에 통보하고, 커넥션 셋 업 모드로 전환 한다.
도 3은 적외선 통신 시스템의 IrLAP 에서의 커넥션 셋 업 과정을 나타낸 신호 흐름도이다. 먼저, 도 3을 참조하면, 상기 디스커버리 과정에서의 이니시에이터(210)는 Primary device(310)가 되고, 상기 Secondary Device(212)가 되어 상기 Primary device(310)는 SNRM(Set Normal ResPonder Mode)프레임을 전송한다(311과정). 그리고, 상기 SNRM프레임을 수신한 Secondary Device(212)는, UA(Unnumbered Acknowledgement)프레임 송신(316과정)을 통해, 상기 SNRM에 대한 응답을 보내고, 상기 Primary(310)는 UA 수신 후 RR(Receive Ready)를 송신하여 (318과정), 통신에 필요한 파라미터 설정을 완료하고, 통신의 수행이 가능한 NRM(Normal Response Mode)로 전환한다.
도 4와 도 5는 적외선 통신 시스템의 IrLAP 에서의 커넥션 셋 업 과정 후, 정규응답모드에서의 신호 흐름도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, Primary Device(410)가 I-frame을 전송하고(420과정), Secondary Device(412)는 상기 수신된I-frame에 대한 응답으로 RR(Recevied Ready)프레임으로 응답을 송신한다(424과정). 여기서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 Primary Device(510)와 Secondary Device(512)사이의 링크가 디스커넥트되는 경 우, 상기 I-frame이 Secondary Device(512)에 전송되지 않으므로 상기 Primary Device(510)는 RR을 수신하지 못하고, 상기 Primary Device(510)에서 I-frame의 전송을 반복하여 재전송함에도 불구하고, 상기 I-frame에 대한 응답인 RR프레임을 수신하지 못하고, 상기 과정을 수행하는 동안 미리 설정된 시간이 초과하면 NDM(Normal Disconnect Mode)로 전환되어 링크의 설정이 종료된다.
이와 같이, 상기 도 2 ~ 도5에 도시한 바와 같이, 상기 적외선 통신 시스템의 IrLAP은 반이중방식인 비대칭(Asymmetric)적인 데이터 링크 계층으로, 데이터를 전송함에 있어서, 송신과 수신측의 데이터의 양에 따라 가시성에 제약을 수반할 뿐만 아니라, 적외선(Infrared)을 사용한 프로토콜이므로 사용자가 직접 확인 가능한 가시성을 위한 VLC(Visible Light Communication) 프로토콜에 적용하기에는 한계가 있다.
또한, 종래의 적외선 통신의 경우 통신 링크가 성립하기 전에는 적외선이 송신되지 않으며, 적외선 통신 장치들의 탐색, 상기 탐색 이후 두 장치 간에 링크 연결 과정 또는 두 장치 간에 데이터가 전송되는 과정에서 중간에 링크가 끊어져도 사용자가 알 수 있는 방법이 없다.
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.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 가시광 통신 시스템에서, 데이터를 송수신함에 있어서, 적외선 통신 시스템의 IrLAP 프로토콜을 적용하여 링크에 가시성을 제공하기 위한 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 견지에 따르면, 적외선 통신 링크 접속 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터링크 계층에 있어서, 송신측에서 통신하고자 하는 단말을 탐색하기 위하여 D-XID를 브로드캐스트(broadcast)하는 디스커버리(discovery)과정에서, 상기 브로드캐스트된 D-XID에 대한 응답 대기 시간동안 링크의 가시성을 제공하기 위해 상기 송신측과 통신 수행 예정인 수신측에서 가시적인 프레임을 발생하는 과정과, 상기 디스커버리 과정을 통해 통신을 수행할 송수신단말을 식별하고, 상기 송수신단말간의 링크 설정 요청 수행을 위한SNRM(Set Normal Response Mode)및UA(Unnumbered Acknowledgement)프레임을 교환하는 커넥션(Connection)과정에서, 송신 및 수신 각각의 단말에서 상기SNRM과 UA의 수신 대기 시간동안 가시적인 프레임을 발생하는 과정과, 상기 커넥션 과정을 통해 링크가 형성된 송수신단말간에I-frame(정보전송프레임)과 이에 대한 응답인 RR(Receive Ready)프레임을 교환하는 NRM(정규응답모드:Normal Response Mode)과정에서, 송신 및 수신 각각의 단말에서 상기 I-frame과 RR프레임의 수신 대 기 시간동안 가시적인 프레임을 발생하는 과정을 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 가시광 통신 시스템에서 데이터를 송수신 함에 있어서, 가시적인 신호를 생성하여, 이를 사용자가 실시간으로 확인 가능하도록 함으로써 제한적인 거리의 가시광 통신 네트워크 환경에서 저전력, 저비용으로 고속의 통신을 수행 가능한 가시성 있는 통신 네트워크 환경을 제공하는 효과가 있다.
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 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 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.
먼저, 본 발명은 가시광 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 중에서 네트워크 내에서 물리적인 링크를 통해 데이터가 들어오고 나가는 움직을 관장하는 데이터 링크(Date Link)에서 수행되는 동작에 관한 통신 프로토콜임을 밝혀두는 바이다.
또한, 본 발명은, 상기 가시광 통신 시스템은 가시광 전용 송수신 장치를 구비하고, 상기 송수신 장치간 데이터를 전송함에 있어서 송수신장치의 링크에 가시성을 제공하기 위함이다.
한편, 본 발명의 실시예에서의 IrLAP 링크 접속 프로토콜은 적외선 무선 통신 시스템에서 규정된 데이터 링크 계층에서의 프로토콜로 이는 적외선 무선 통신 분야에서 공지된 기술을 이용하므로 전송 제어 명령에 관한 자세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IrLAP 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터 링크 계층에서 디스커버리 과정에서의 신호 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 통신을 원하는 리스폰더(612)가 원하는 시간에 가시적인 프레임을 출력하고(614과정), 통신을 원하는 이니시에이터(Initiator,610)가, 자체D-XID(Discovery exchange station identification)프레임을 브로드캐스트(Broadcast)하여 미리 설정된 횟수만큼 반복적으로 전송한다(616, 618, 622과정). 여기서, 상기 이니시에이터(610)와, 리스폰더(612)간의 데이터의 송수신은 하나의 전송로에서 데이터 송신과 수신이 양방향으로 동시에 이루어지는 전이중(Full Duples)방식으로 통신하므로, 송수신 대기상태 구간인 슬롯(slot)은 필요없다.
상기 이니시에이터(610)는 디스커버리 로그(Log)과정을 통해 통신에 관한 정보를 기록한다. 이는, 이니시에터(610)에서 소정의 송수신이 발생하는 시점마다 수행되는 것으로, 서비스 애플리케이션(Service Application)이 통신하고자 하는지를 확인 가능하다.
그리고, 리스폰더(Responder, 612)가, 상기 이니시에이터(210)으로부터 수신된 D-XID프레임을 인식하고, 통신을 원한다면 상기 D-XID프레임에 대한 응답 프레임인 D-R-XID를 전송하여 응답한다(620과정). 상기 이니시에이터(610)은 상기 리스폰더(612)으로부터 D-R-XID 프레임을 수신하여(620과정), 디스커버리 로그를 작성하고, 리스폰더가 존재함을 서비스 애플리케이션에 통보하고, 다음 단계인 커넥션 셋 업 모드로 전환한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 IrLAP 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터 링크 계층에서 커넥션 셋 업 과정에서의 신호 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 상기 디스커버리 과정에서의 이니시에이터(610)는 Primary device(710)가 되고, 상기 Secondary Device(712)가 되고, 상기Secondary Device(712)는 링크의 가시성을 위해 상기 Primary device(710)로 가시적인 프레임을 전송한다(714). 상기 Primary device(710)는 상기 Secondary Device(712)로 정규 응답 모드로의 데이터 링크 설정을 요청하는SNRM(Set Normal ResPonder Mode)프레임을 전송한다(716과정). 상기 Secondary Device(712)로부터 수신된 가시적인 프레임에 대한 응답으로 Primary device(710)는 가시적인 프레임을 송신한다(718과정). 이는, 커넥션 셋 업 과정에서 상기 Primary device(710) 가 Secondary Device(712)로 SNRM(Set Normal ResPonder Mode)프레임을 송신하기 전의 시간동안 링크의 가시성을 부여하기 위한 과정으로, 이를 수신한 Secondary Device(712) 또한 수신된 가시적인 프레임의 응답으로 해당 가시적인 프레임을 송신한다(722과정).
그리고, 상기 SNRM프레임을 수신한 Secondary Device(712)는, 비번호제 명령 에 대한 응답인UA(Unnumbered Acknowledgement)프레임 송신(720과정)을 통해, 상기 SNRM에 대한 응답을 보낸다. 여기서, 상기 비번호제 명령이란, 송신 순서 번호를 가지고 있지 않은 명령을 의미한다.
상기 Primary Device(710)는 상기 UA 수신 후 수신 준비가 되어 있다는 것을 알림을 위한 RR(Receive Ready)를 송신하여 (724과정), 통신에 필요한 파라미터 설정을 완료하고, 통신의 수행이 가능한 NRM(Normal Response Mode)로 전환한다.
도 8은 , 본 발명의 실시예에 따른 IrLAP 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터 링크 계층에서 NRM 과정에서의 신호 흐름도이다. 도 8을 참조하면, Secondary Device(812)는 링크 연결된 Primary Device(810)로부터 I-frame을 수신하기 전에 가시적인 프레임을 생성하여 전송하고(830과정), 상기 Primary Device(810)는 상기 Secondary Device(812)와의 통신을 위해 I-frame을 전송한다(832과정). 그리고, 상기 Secondary Device(812)에서 수신된 가시적인 프레임에 대한 응답으로 Primary Device(810) 또한 가시적인 프레임을 Secondary Device(812)송신한다(834과정).
상기 Secondary Device(812)는 상기 수신된I-frame에 대한 응답으로 RR(Recevied Ready)프레임으로 응답을 송신한다(836과정). 상기의 과정(830과정~836과정)은 다수의 프레임으로 구성된 하나의 정보 데이터를 각 프레임별로 차례로 수신하여, 상기 하나의 정보 데이터의 마지막 프레임 수신 시 까지 반복하여 이루어진다.
여기서, I-frame을 차례로 전송하는 중에 상기 Primary Device(810)와 Secondary Device(812)사이의 링크가 디스커넥트(disconnect)되는 경우, 순차적으로 전송되는 I-frame 중에서 이미 전송된 I-frame의 다음 차례의 특정I-frame이 Secondary Device(812)에 전송되지 않으므로 상기 Secondary Device(812)는 상기 특정I-frame의 전송시점에 가시적인 프레임을 발생하여(922과정), 상기 Primary Device(810)로 전송한다. 상기 Primary Device(810)에서 I-frame의 전송을 반복하여 재전송함에도 불구하고, 상기 I-frame에 대한 응답인 RR프레임을 수신하지 못하고, 상기 과정을 수행하는 동안 미리 설정된 시간이 초과하면(Link Disconnect/Threshold Time), 상기 Primary Device(810)와 Secondary Device(812)간의 링크가 해제되어 NDM(Normal Disconnect Mode)로 전환되어 링크의 설정이 종료된다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 가시광 통신 시스템에서 가시적인 통신 방법에 관한 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.
도 1은 일반적인 적외선 무선 통신 시스템의 IrLAP(IrDA Link Access Protocol)에서 데이터 전송 과정을 나타낸 흐름도
도 2는 적외선 통신 시스템의 IrLAP 에서의 디스커버리 과정을 나타낸 신호 흐름도
도 3은 적외선 통신 시스템의 IrLAP 에서의 커넥션 셋 업 과정을 나타낸 신호 흐름도
도 4는 적외선 통신 시스템의 IrLAP 에서의 커넥션 셋 업 과정 후, 정규응답모드에서의 신호 흐름도
도 5는 적외선 통신 시스템의 IrLAP 에서의 커넥션 셋 업 과정 후, 정규응답모드에서의 신호 흐름도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IrLAP 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터 링크 계층에서 디스커버리 과정에서의 신호 흐름도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 IrLAP 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터 링크 계층에서 커넥션 셋 업 과정에서의 신호 흐름도
도 8은 , 본 발명의 실시예에 따른 IrLAP 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터 링크 계층에서 NRM 과정에서의 신호 흐름도

Claims (7)

  1. 적외선 통신 링크 접속 프로토콜을 적용한 가시광 통신 시스템의 데이터링크 계층에 있어서,
    송신측에서 통신하고자 하는 단말을 탐색하기 위하여 D-XID(Discovery exchange station identification)를 브로드캐스트(broadcast)하는 디스커버리(discovery)과정에서, 상기 브로드캐스트된 D-XID에 대한 응답 대기 시간 동안 링크의 가시성을 제공하기 위해 상기 송신측과 통신 수행 예정인 수신측에서 가시적인 프레임을 발생하는 과정과,
    상기 디스커버리 과정을 통해 통신을 수행할 송수신단말을 식별하고, 상기 송수신단말간의 링크 설정 요청 수행을 위한SNRM(Set Normal Response Mode)및UA(Unnumbered Acknowledgement)프레임을 교환하는 커넥션(Connection)과정에서, 송신 및 수신 각각의 단말에서 상기SNRM과 UA의 수신 대기 시간동안 가시적인 프레임을 발생하는 과정과,
    상기 커넥션 과정을 통해 링크가 형성된 송수신단말간에I-frame(정보전송프레임)과 이에 대한 응답인 RR(Receive Ready)프레임을 교환하는 NRM(정규응답모드:Normal Response Mode)과정에서, 송신 및 수신 각각의 단말에서 상기 I-frame과 RR프레임의 수신 대기 시간동안 가시적인 프레임을 발생하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 NRM과정에서,
    송신측에서 I-frame을 전송한 후, 미리 설정된 시간 동안 상기 I-frame의 해당 RR프레임이 수신되지 않은 경우, 상기 RR프레임이 수신될 때까지 해당 I-frame을 반복적으로 재전송함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 NRM과정에서,
    미리 설정된 디스커넥션 시간을 초과하여 NDM (Normal Disconnect Mode) 모드로 전환 시까지 가시적인 프레임을 지속적으로 발생함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 NRM 과정에서,
    특정 I-frame의 전송 시 링크의 디스커넥션(disconnection, 연결해제)이 발생하는 경우, 미리 설정된 시간 동안 상기 디스커넥션된 링크가 복귀되지 않을 경우, 해당 링크의 커넥션을 종료하고, 상기 디스커버리 과정을 재수행함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 송수신 단말간 데이터의 송수신은, 하나의 전송로에서 데이터 송신과 수신이 양방향으로 동시에 이루어지는 전이중(Full duplex)방식임을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 가시적인 프레임은, 수신된 프레임에 해당하는 응답프레임이 생성되는 동안 통신 채널 준비 여부의 확인을 위해 발생됨을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 NRM과정에서, 상기 수신측에서 RR프레임을 송신하는 중에 디스커넥션이 발생한 경우, 상기 송신측은 RR프레임이 수신되기 전까지 가시적인 프레임을 발생하여 통신링크의 가시성을 제공함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 가시적인 통신 방법.
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