KR101360929B1 - 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가시광통신(VLC)을 이용한 방송 시스템에서 채널이 방송 AP에 새로 가입하는 경우 가시광 MAC 프로토콜을 이용하여 데이터 스트림에 기반한 서비스 품질(QoS)에 따라 채널을 할당하여 패킷을 브로드캐스팅하도록 하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법에 관한 것이다.
본 발명은, 가시광통신을 수행하는 브로드캐스팅 액세스 포인트(AP)에서 비콘프레임에 채널정보를 실어 가시광통신을 통해 다수의 단말로 브로드캐스팅하는 단계; 상기 단말에서 상기 브로드캐스팅된 비콘프레임을 수신하여 상기 AP에 새로 조인하기 위한 조인메시지를 상기 AP로 전송하는 단계; 상기 AP에서 상기 조인메시지를 수신하면 트래픽속도(r), 비콘간격(BI), 슈퍼프레임 지속시간(SD), 슈퍼프레임의 슬롯개수(N)를 확인하는 확인하고 요구 타임슬롯의 개수 Nrequirement를 계산하는 단계; 상기 요구 타임슬롯의 개수 Nrequirement가 기설정된 서비스 품질(QoS)을 만족하는지를 판단하는 단계; 상기 서비스 품질(QoS)을 만족하면 상기 단말로 채널을 할당하고 상기 가시광통신을 이용하여 상기 할당된 채널을 통해 상기 단말로 슈퍼프레임을 포함한 패킷을 브로드캐스팅하는 단계; 및 상기 단말에서 상기 수신된 슈퍼프레임으로부터 원하는 데이터 스트림을 추출하는 단계를 포함한다.

Description

가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법{METHOD FOR BROADCATING PACKET USING VLC}
본 발명은 가시광통신(VLC:Visible Light Communication)을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법에 관한 것으로서, 특히 가시광통신을 이용한 방송 시스템에서 새로운 채널이 방송 AP(access point)에 가입되는 경우 가시광 MAC 프로토콜을 이용하여 데이터 스트림에 기반한 서비스 품질(QoS)에 따라 채널을 할당하여 패킷을 브로드캐스팅하도록 하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법에 관한 것이다.
최근 디지털 방송이 진화를 거듭하면서 방송 네트워크와 컴퓨터 네트워크 간의 네트워크 통합이 이루어지고 있다. 이러한 디지털 방송 네트워크를 통해 멀티미디어 데이터 및 다른 컴퓨터 처리 데이터는 분산되고 더 긴밀히 통합될 것이다.
무선은 엄격하게 통제되는 매체(medium)이므로 유선 네트워크의 채널 대역폭보다 훨씬 더 적고 제한된 채널 대역폭을 갖는다. 이러한 무선 매체는 본질적으로 오류발생이 쉽다. 무선이 충분한 채널 대역폭을 가질 수 있다할지라도 멀티액세스, 신호페딩, 노이즈, 간섭 등의 인자는 무선 네트워크에서 효과적인 처리량을 현저히 낮추는 요인이 된다. 무선 노드는 이동성을 가지므로 무선 네트워크 토폴로지는 예고된 패턴 없이 수시로 변경될 수 있다. 이러한 문제는 FOV(field of view) 영향, 장애물, 좁은 커버리지를 갖는 가시광통신(VLC:Visible Light Communication) 환경에서 더 심각하다.
미디어 액세스 제어(MAC:media access control)계층은 네트워크의 둘 이상의 노드 상에 데이터를 전송하는데 필요한 기능과 절차를 포함한다. 이러한 MAC계층은 물리계층에서 발생하는 이상에 대한 오류정정을 수행한다. MAC 프로토콜의 설계는 노드의 이동성과 신뢰할 수 없는 채널변경시간에 의해 야기되는 문제를 해결해야 한다.
광 무선통신의 경우 몇 가지 IrDA(Infrared Data Association) 포인트 투 포인트 프로토콜이 있다. 또한, IEEE 802.15.7 태스크 그룹은 포인트 투 포인트 링크 및 포인트 투 멀티포인트 링크에 대한 표준화 작업을 진행중이다. 유선통신의 MAC 프로토콜 중 하나는 이더넷 프로토콜(IEEE 802.3)이다. 그러나 광섬유 기반의 이더넷을 아날로그 광학 무선 버전으로 직접 변환하는 것은 대역폭 효율 및 서비스 품질(QoS) 문제로 인해 적합하지 않을 수 있다. 이와 같이 MAC계층의 개발은 광 무선 네트워크 시스템의 설계에 있어서 핵심과제이다.
이에, 해당 기술분야에서는 방송 시스템을 위한 가시광 MAC 프로토콜을 이용하여 IEEE 802.15.7의 단거리 무선 광 통신을 향상시키고 높은 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점과 기술개발 요구에 대응하여 제안된 것으로서, 가시광통신을 이용한 방송 시스템에서 새로운 채널이 방송 AP(access point)에 가입되는 경우 가시광 MAC 프로토콜을 이용하여 데이터 스트림에 기반한 서비스 품질(QoS)에 따라 채널을 할당하여 패킷을 브로드캐스팅하도록 하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법은,
가시광통신을 수행하는 브로드캐스팅 액세스 포인트(AP)에서 비콘프레임에 채널정보를 실어 가시광통신을 통해 다수의 단말로 브로드캐스팅하는 단계; 상기 단말에서 상기 브로드캐스팅된 비콘프레임을 수신하여 상기 AP에 새로 조인하기 위한 조인메시지를 상기 AP로 전송하는 단계; 상기 AP에서 상기 조인메시지를 수신하면 트래픽속도(r), 비콘간격(BI), 슈퍼프레임 지속시간(SD), 슈퍼프레임의 슬롯개수(N)를 확인하는 확인하고 요구 타임슬롯의 개수 Nrequirement를 하기와 같이 계산하는 단계;
Figure 112013006382647-pat00001
(여기서, R은 기본 데이터 속도), 상기 요구 타임슬롯의 개수 Nrequirement가 기설정된 서비스 품질(QoS)을 만족하는지를 판단하는 단계; 상기 서비스 품질(QoS)을 만족하면 상기 단말로 채널을 할당하고 상기 가시광통신을 이용하여 상기 할당된 채널을 통해 상기 단말로 슈퍼프레임을 포함한 패킷을 브로드캐스팅하는 단계; 및 상기 단말에서 상기 수신된 슈퍼프레임으로부터 원하는 데이터 스트림을 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 요구 타임슬롯 개수 Nrequirement를 계산하는 단계는, 상기 AP에서 상기 조인메시지를 수신하면 상기 채널할당을 위해 가용할 대역폭이 있는지를 판단하는 단계; 및 상기 판단결과 상기 가용할 대역폭이 없으면 채널의 조인요청을 거절하고 가용할 대역폭이 있으면 상기 채널에 대한 슬롯을 할당하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 슬롯을 할당하는 단계는, 상기 AP에서 가장 최후에 할당된 타임슬롯(L) 및 슬롯목록(slot_list)을 설정하는 단계; 및 i번째 타임슬롯에 대하여 0≤i<Nrequirement의 범위에서는 상기 슬롯목록을 해당 타임슬롯의 고유정보(ID)로 설정한 후, L을 L+ Nrequirement로 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 서비스 품질(QoS)을 만족하는지를 판단하는 단계는, 상기 AP에서 버스트 트래픽 속도(b), 트래픽속도(r), 지연요구(d), 버스트 요구(B), 비콘간격(BI), 슈퍼프레임 지속시간(SD), 최후에 할당된 타임슬롯(L), 슈퍼프레임의 슬롯개수(N), 슬롯목록(slot_list)을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 값에 대하여 하기 조건을 만족하면 상기 서비스 품질(QoS)을 만족하는 것으로 판단하고 그렇지 않으면 서비스 품질(QoS)을 만족하지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
L + Nrequirement > N
D > (b×BI)/(Nrequirement × Ts ×R+BI-SD)
B > b+r(BI-SD)
본 발명에서, 상기 슈퍼프레임은 비콘프레임 구간, 브로드캐스팅 슬롯 구간 및 비활성(inactive) 구간을 포함한다.
본 발명에서, 상기 슈퍼프레임의 길이는 상기 비콘프레임을 전송하는 간격(BI)을 나타내는 macBeaconOrder 값(BO)과 상기 슈퍼프레임의 활성화 구간의 길이를 나타내는 macSuperframeOrder 값(SO)에 의해 결정된다.
본 발명에서, 상기 macBeaconOrder 값(BO)과 비콘프레임의 간격(BI)은 하기의 관계를 갖는다.
0 < BO < 16 일때, BI = aBaseSuperframeDuration 2BO optical clocks
본 발명에서, 상기 macSuperframeOrder 값(SO)과 슈퍼프레임 지속시간(SD)는 하기의 관계를 갖는다.
0 < SO < BO 일때, SD = aBaseSuperframeDuration × 2SO optical clocks
본 발명에서, 상기 슈퍼프레임은 균등하게 이격된 슬롯 NumberSuperframeSlots으로 나누어져 있고 상기 NumberSuperframeSlots 값은 상기 비콘프레임에 정의된 슬롯의 개수(Number of slots)에 대하여 하기 관계를 갖는다.
NumberSuperframeSlots = 2Number of slots
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅방법에서는 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면 방송 시스템을 위한 가시광 MAC 프로토콜을 이용하여 IEEE 802.15.7의 단거리 무선 광통신을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있는 가시광통신 채널 방송을 지원할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 방송 시스템에서 데이터 스트림을 기반으로 한 서비스 품질(QoS)) 요구에 따라 슬롯의 개수를 계산하고 그 계산된 슬롯의 개수에 대응하여 채널을 할당함으로써 서비스 품질(QoS)을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 MAC 프로토콜의 프레임 구조도.
도 2는 본 발명에 적용되는 네트워크 적분 이론을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 브로드캐스팅 액세스 포인트(AP)의 동작과정을 보이는 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 단말의 동작과정을 보이는 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 채널할당 과정을 보이는 절차도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯할당 과정을 보이는 절차도.
도 7은 본 발명에 따른 서비스 품질(QoS)을 체크하는 과정을 보인 절차도.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명은 가시광통신을 기반으로 서비스 품질(QoS)을 보장하는 방송 서비스를 제공할 수 있는 IEEE 802.15.7의 MAC 프로토콜을 제안한다. 이러한 가시광 MAC 프로토콜은 시간분할다중접속(TDMA:Time Division Multiple Access) 프레임 동기화를 기반으로 방송 시스템을 위한 멀티채널을 제공할 수 있다. 하기에서 이를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 MAC 프로토콜의 슈퍼프레임 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 MAC 프로토콜의 슈퍼프레임(Superframe) 구조는 멀티채널을 구성할 수 있다. 이러한 슈퍼프레임은 동기화 작업을 통해 다수의 장치가 초기화된 상태에서 기형성돈 네트워크 토폴로지의 유지보수 및 데이터 전송을 처리하기 위한 구조를 갖는다. 이를 위해 슈퍼프레임은 다수의 슬롯으로 구성된다. 이때, 슬롯은 가장 작은 데이터를 통신하는데 필요한 최소의 시간으로 정의된다. 채널 액세스의 동기화는 슈퍼프레임을 기반으로 한다.
본 발명에 따른 MAC 프로토콜의 슈퍼프레임 구간에서는 초기화 구간에서 획득한 장치들에 대한 정보를 통해 적절한 타임슬롯을 할당하고 비콘프레임을 발송한다. 여기서 할당할 수 있는 타임슬롯의 개수는 가변적이다.
도면에서 본 발명의 슈퍼프레임은 비콘프레임(beacon frame) 구간(110), 브로드캐스팅 슬롯 구간(120) 및 비활성(inactive)(130) 구간으로 구분된다. 비콘프레임 구간(110)은 네트워크 장치간의 동기화를 위한 동기화 신호(synchronization signal)를 포함하고 비활성(130)은 가시성 기능(visibility function)을 포함한다. 도면에서와 같이 슈퍼프레임의 길이는 macBeaconOrder 값과 macSuperframeOrder 값에 의해 결정된다. 여기서, macBeaconOrder(BO) 값은 비콘프레임(110)을 전송하는 간격(interval)을 나타낸다. macBeaconOrder(BO) 값과 비콘프레임 간격(BI:beacon frame nterval)은 다음과 같은 관계가 있다.
0 < BO < 16 일때, BI = aBaseSuperframeDuration 2BO optical clocks
또한, macSuperframeOrder(SO) 값은 슈퍼프레임의 활성화(active) 구간의 길이를 나타내며, 이는 비콘프레임 구간(110)을 포함한다. macSuperframeOrder(SO) 및 슈퍼프레임 지속시간(duration)(SD)는 다음과 같은 관계가 있다.
0 < SO < BO 일때, SD = aBaseSuperframeDuration × 2SO optical clocks
본 발명의 슈퍼프레임은 균등하게 이격된 슬롯 NumberSuperframeSlots으로 나누진다. NumberSuperframeSlots 값은 비콘프레임(110)에 정의된 슬롯개수(N: Number of slots)를 나타낸다. 이때, NumberSuperframeSlots = 2Number of slots 이다.
비콘프레임(110)은 방송 시스템에 참여한 장치(노드)의 정보, 타임슬롯의 할당정보, 슈퍼프레임의 간격 및 반복주기, 활성화 및 비활성화 정보 등을 포함한다. 따라서, 방송 시스템에서는 장치(노드)의 위치정보를 이용하여 다음 슈퍼프레임의 각 장치에 관한 적절한 타임슬롯을 할당하게 된다. 이러한 비콘프레임(110)은 하기와 같은 구조를 갖는다. 본 비콘프레임(110)은 프레임 제어(Frame control), 슈퍼프레임 설명(Superframe specification), 채널할당(channel allocation)의 세 개의 메인 필드를 갖는다.
Octets : 2 2 Variable
MAC Header Superframe specification 채널할당
MAC 헤더는 하기와 같이 프레임 타입(Frame type), 시퀀스 번호(Sequence number), 액세스 포인트 식별정보(AP ID)로 구성된다.
Bits 0-1 Octets : 1 Bits 3-7
Frame type 시퀀스 번호 AP ID
여기서, 프레임 타입은 MAC 계층에서 하기와 같이 3개의 브로드캐스팅 프레임으로 정의된다. 프레임 타임이 00이면 비콘을 나타내고, 01이면 브로드캐스팅 데이터를 나타내고, 10이면 가시성을 나타낸다. 가시성 프레임(Visibility frame)은 비활성화 데이터 전송시 시스템 시간 동안 시스템의 조명을 제어하는데 이용된다.
Frame type Description
00 Beacon
01 Broadcasting data
10 Visibility
시퀀스 번호 필드는 macDSN의 현재 값을 나타낸다. 그리고, AP ID는 가시광통신(VLC) 브로드캐스팅 액세스 포인트 슈퍼프레임 내용의 ID를 나타낸다.
Bits 0-3 Bits 4-7 Octets : 1
Beacon Order Superframe Order Number of slots
여기서, 상기한 Beacon Order, Superframe Order, Number of slots는 각각 하기와 같다.
Field Description
Beacon Order 4 bits
Superframe Order 4 bits
Number of slots 1 byte
또한, 채널할당을 살펴보면 하기와 같다.
Octets : 1 1 1
Channel ID Starting slot Channel length
여기서, 상기한 Channel ID, Starting slot, Channel length는 각각 하기와 같다.
Field length Description
Channel ID 1 byte Information of channel
Starting slot 1 byte Starting slot of ith 채널
Channel length 1 byte Number of slots of ith 채널
상기에서 알 수 있듯이, 채널 ID(Channel ID)는 해당 채널의 고유정보이고, 시작슬롯(Starting slot)은 i번째 채널의 시작슬롯이고, 채널길이는 i채널의 슬롯의 개수를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 적용되는 네트워크 미적분 이론을 설명하는 도면이다.
본 발명에 적용되는 네트워크 미적분 이론(Network Calculus theory)은 네트워크에서 발생할 수 있는 흐름 문제를 고려하는 것으로 최근 발전했다. 이러한 네트워크 미적분을 이용하여 통합 서비스 네트워크의 일부 근본적인 특징, 윈도우 흐름 제어, 스케쥴링 및 버퍼, 또는 전송 지연 치수 등을 이해할 수 있게 된다. 도 2에 도시된 데이터 흐름에 대한 도착 곡선(arrival curve)과 서비스 곡선(service curver)의 관계는 통합 서비스 네트워크의 서비스 품질(QoS)을 보장하는데 중요한 인자가 된다.
누적도착함수(cumulative arrival function) R(t)로 데이터 흐름이 주어지면 도착 곡선 α(t)은 0≤s≤t일 때 R(t)-R(s)≤α(t-s)을 만족한다. 이러한 부등식은 임의의 간격 [s,t]에서 서비스를 수신하기 위해 도착하는 트래픽의 합을 의미한다. 속도 지연 서비스 곡선 βR,T 로 서비스된 선형적 도착 곡선 α(t)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
α(t) = b + rt
여기서, b는 도착 곡선이 소스에서 한번에 b 비트를 보내도록 허용하는 버스트 허용오차를 의미한다. 이러한 흐름 비트 속도는 r bit/s에 의해 제한된다.
근사 서비스는 다음과 같다.
βR,T(t) = R(t-T)+
여기서, R은 일정한 서비스 속도이고, (x)+=max(0,x)이다. 이는 r≤R일 때만 발생한다. 그렇지 않다면 바운드는 무한대가 된다. T는 버스트가 서비스를 기다릴 수 있는 최대 지연시간이다.
전송 지연 바운드는 도착 곡선과 서비스 곡선 간의 최대 수직 거리(d=T+b/R)로 나타난다. 그리고, 서비스 곡선의 버퍼 바운드는 최대 수직 거리(x=b+rT)로 나타난다.
도 3은 본 발명에 따른 브로드캐스팅 액세스 포인트(AP)의 동작과정을 보이는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가시광통신(VLC)을 이용한 패킷 브로드캐스팅을 위해서는 VLC AP와 단말 간에 동기화 과정이 필요하다. AP는 비콘프레임에 모든 채널의 정보를 실어 브로드캐스팅한다. 그러면 단말은 브로드캐스팅된 비콘프레임을 수신하여 슈퍼프레임 데이터 스트림으로부터 원하는 데이터를 추출한다. 새로운 채널이 브로드캐스팅 AP에 조인하고자 하는 경우 도 3의 과정을 수행한다.
도면에서와 같이 AP에서 단말로부터 채널등록을 위해 AP에 조인하고자 하는 조인메시지를 수신하였는지를 판단하고(S100), 새로운 채널등록을 위한 조인 메시지를 수신하면 가용할 대역폭이 있는지를 판단한다(S101). 만약, 가용할 대역폭이 없으면 채널의 조인요청을 거절하는 메시지를 전송하고(S102), 가용할 대역폭이 있으면 해당 채널에 대한 슬롯을 할당하기 위한 슈퍼프레임을 구성하여(S103) 비콘프레임을 다음 비콘주기에 브로드캐스팅한다(S104).
도 4는 본 발명에 따른 단말의 동작과정을 보이는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 단말은 매 슈퍼프레임 주기마다 AP로부터 브로드캐스팅된 비콘프레임을 수신한다(S200). 이러한 단말은 AP에 조인하기 위한 새로운 채널을 등록할 것인지를 판단한다(S201). 채널등록을 하는 경우는 새로운 채널에 대한 동기화과정을 수행한 후(S202), 상기에서 수신된 슈퍼프레임으로부터 데이터 스트림을 추출한다(S203). 그러나, 기등록된 채널인 경우 이미 동기화가 이루어져 있으므로 바로 슈퍼프레임에서 데이터 스트림을 수신하도록 한다(S203).
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 채널할당 과정을 보이는 절차도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 채널할당 과정은 단말이 AP에 새로 조인하는 경우 방송 데이터를 수신하기 위해 새로운 채널을 할당받는 과정에 대하여 설명한다. 먼저, 단말에서 트래픽 속도(r), 비콘 간격(BI), 슈퍼프레임 지속시간(SD), 슈퍼프레임의 슬롯개수(N:Number of slots)를 설정한다(S300). 이어, 다음과 같이 요구 타임슬롯 개수 Nrequirement를 계산한다(S301).
Figure 112013006382647-pat00002
여기서, R은 기설정된 기본 데이터 속도이다.
이러한 요구 타임슬롯 개수 Nrequirement가 기설정된 서비스 품질(QoS)을 만족하는지를 판단하고(S302), 만족하면 채널을 할당하고(S303) 만족하지 않으면 채널할당을 거절한다(S304). 이후 할당된 채널을 이용하여 소정의 패킷을 브로드캐스팅한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯할당 과정을 보이는 절차도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 슬롯할당 과정은 요구 타임슬롯 개수 Nrequirement를 확인한다(S400). 이어 최후에 할당된 타임슬롯(L), 슈퍼프레임의 슬롯 개수(N), 슈퍼프레임 슬롯의 어레이를 포함하는 슬롯 목록(slot_list)을 설정한다(S401). i를 0으로 설정하고(S402), i를 1씩 증가시켜 i가 Nrequirement보다 작을 경우(S403) 슬롯 목록을 해당 타임슬롯의 고유정보(ID)로 설정한 후(S404), L=L+ Nrequirement로 설정하고(S405), 클 경우에는 바로 L=L+ Nrequirement로 설정한다(S405).
도 7은 본 발명에 따른 서비스 품질(QoS)을 체크하는 과정을 보인 흐름도이다.
도 7를 참조하면, 본 발명에 따른 서비스 품질(QoS) 체크과정에서는 먼저 버스트 트래픽 속도(b), 트래픽 속도(r), 지연요구(d), 버스트 요구(B), 비콘 간격(BI), 슈퍼프레임 지속시간(SD)을 설정한다(S500). 이어 최종 할당된 타임슬롯(L), 슈퍼프레임의 슬롯 개수(N), 슬롯 목록(slot_list)을 확인한다(S501).
이어, 하기 조건을 만족하는지를 판단하고(S502), 하기 조건을 만족하는 경우는 서비스 품질(QoS)을 만족하는 것으로 판단하고(S503), 하기 조건을 만족하지 않으면 서비스 품질(QoS)을 만족하지 않는 것으로 판단한다(S504).
L + Nrequirement > N
D > (b×BI)/(Nrequirement × Ts ×R+BI-SD)
B > b+r(BI-SD)
이와 같이 본 발명에서는 가시광통신을 이용한 방송 서비스를 위한 새로운 MAC 프로토콜을 통해 새로운 채널 할당, 슬롯 할당, 서비스 품질(QoS) 체크 과정을 통해 패킷을 브로드캐스팅하도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 방송 시스템을 위한 가시광통신 MAC 프로토콜을 이용하여 단거리 무선 광통신의 성능을 향상시킬 수 있따. 특히 TDMA 및 네트워크 미적분 기반의 프레임 동기화를 이용함으로써 가시광 통신 멀티채널 방송에서 서비스 품질(QoS)을 지원할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 가시광 통신 방송 서비스를 위한 새로운 개념의 MAC 프로토콜을 제안하기 때문에 방송분야에 매우 유용하게 적용될 수 있다.
110 : 비콘프레임 구간 120 : 슈퍼프레임 슬롯 구간
130 : 비활성화(inactive) 구간

Claims (9)

  1. 가시광통신을 수행하는 가시광 브로드캐스팅 액세스 포인트(AP)에서 비콘프레임에 채널정보를 실어 가시광통신을 통해 다수의 단말로 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 단말에서 상기 브로드캐스팅된 비콘프레임을 수신하여 상기 AP에 새로 조인하기 위한 조인메시지를 상기 AP로 전송하는 단계;
    상기 AP에서 상기 조인메시지를 수신하면 트래픽속도(r), 비콘간격(BI), 슈퍼프레임 지속시간(SD), 슈퍼프레임의 슬롯개수(N:Number of slots)를 확인하고 요구 타임슬롯 개수 Nrequirement를 하기와 같이 계산하는 단계;
    Figure 112013006382647-pat00003

    (여기서, R은 기설정된 기본 데이터 속도)
    상기 요구 타임슬롯의 개수 Nrequirement가 기설정된 서비스 품질(QoS)을 만족하는지를 판단하는 단계;
    상기 서비스 품질(QoS)을 만족하면 상기 단말로 채널을 할당하고 상기 가시광통신을 이용하여 상기 할당된 채널을 통해 상기 단말로 슈퍼프레임을 포함한 패킷을 브로드캐스팅하는 단계; 및
    상기 단말에서 상기 수신된 슈퍼프레임으로부터 원하는 데이터 스트림을 추출하는 단계; 를 포함하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 요구 타임슬롯 개수 Nrequirement를 계산하는 단계는,
    상기 AP에서 상기 조인메시지를 수신하면 상기 채널할당을 위해 가용할 대역폭이 있는지를 판단하는 단계; 및
    상기 판단결과 상기 가용할 대역폭이 없으면 채널의 조인요청을 거절하고 가용할 대역폭이 있으면 상기 채널에 대한 슬롯을 할당하는 단계; 를 포함하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 슬롯을 할당하는 단계는,
    상기 AP에서 가장 최후에 할당된 타임슬롯(L) 및 슬롯목록(slot_list)을 설정하는 단계; 및
    i번째 타임슬롯에 대하여 0≤i<Nrequirement의 범위에서는 상기 슬롯목록을 상기 타임슬롯의 고유정보(ID)로 설정한 후, 상기 L을 L+ Nrequirement로 설정하는 단계; 를 포함하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 서비스 품질(QoS)을 만족하는지를 판단하는 단계는,
    상기 AP에서 버스트 트래픽 속도(b), 트래픽속도(r), 지연요구(d), 버스트 요구(B), 비콘간격(BI), 슈퍼프레임 지속시간(SD), 최후에 할당된 타임슬롯(L), 슈퍼프레임의 슬롯개수(N), 슬롯목록(slot_list)을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 값에 대하여 하기 조건을 만족하면 상기 서비스 품질(QoS)을 만족하는 것으로 판단하고 그렇지 않으면 서비스 품질(QoS)을 만족하지 않는 것으로 판단하는 단계; 를 포함하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
    L + Nrequirement > N
    D > (b×BI)/(Nrequirement × Ts ×R+BI-SD)
    B > b+r(BI-SD)
  5. 제1항에 있어서, 상기 슈퍼프레임은 비콘프레임 구간, 브로드캐스팅 슬롯 구간 및 비활성(inactive) 구간을 포함하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 슈퍼프레임의 길이는 상기 비콘프레임을 전송하는 간격(BI)을 나타내는 macBeaconOrder 값(BO)과 상기 슈퍼프레임의 활성화 구간의 길이를 나타내는 macSuperframeOrder 값(SO)에 의해 결정되는 가시광통신을 이용한 패킷 브로트캐스팅 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 macBeaconOrder 값(BO)과 비콘프레임의 간격(BI)은 하기의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
    0 < BO < 16 일때, BI = aBaseSuperframeDuration 2BO optical clocks
  8. 제6항에 있어서,
    상기 macSuperframeOrder 값(SO)과 슈퍼프레임 지속시간(SD)는 하기의 관계를 가즌 것을 특징으로 하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
    0 < SO < BO 일때, SD = aBaseSuperframeDuration × 2SO optical clocks
  9. 제5항에 있어서,
    상기 슈퍼프레임은 균등하게 이격된 슬롯 NumberSuperframeSlots으로 나누어져 있고 상기 NumberSuperframeSlots 값은 상기 비콘프레임에 정의된 슬롯의 개수(Nnumber of slots)에 대하여 하기 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 가시광통신을 이용한 패킷 브로드캐스팅 방법.
    NumberSuperframeSlots = 2Number of slots
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