KR101427725B1 - Ｖｌｃ를 이용한 실내위치 인식 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템에 관한 것으로, 기 설정된 일련번호를 갖는 LED조명에서 발산하는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 이를 패킷으로 코딩하여 단방향 통신으로 발신하는 LED조명장치(100); 및 LED조명장치(100)로부터 수신한 패킷을 디코딩하여 디지털 신호를 추출하여 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 광 수신소자(200);를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 실내에 구비되어 일련번호를 갖는 LED조명 각각에서 발산되는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 단방향 통신을 통해 수신한 광 수신소자가 디지털 신호로부터 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 추출하여 사용자의 실내위치를 인식함으로써, 별도의 주파수 허가가 불필요하고, RF(Radio Frequency) 간섭이 없으며, 넓은 가시광 대역을 사용할 수 있고, 통신여부를 눈으로 확인할 수 있어 물리적 보안성이 높으며, LED 조명이 물리적으로 분리됨에 따라 3차원 인식이 가능하고, 추가적인 인프라가 불필요하며, 막혀있는 공간의 경우 물리적으로 정확한 섹션 구분이 가능한 효과가 있다.

Description

ＶＬＣ를 이용한 실내위치 인식 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR RECOGNIZING INDOOR POSITION USING Visible Light Communication AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 VLC(Visible Light Communication)를 이용한 실내위치 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 일련번호를 갖는 LED조명 각각에서 발산되는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하여 발신하고, 수신한 디지털 신호로부터 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 추출하여 사용자의 실내위치를 인식하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 사용자의 위치를 인식하는 시스템은, GPS를 통해 위치좌표를 수신하여 사용자의 위치를 확인하게 된다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0016795호(실내외 환경에서 GPS를 이용한 위치 측정 방법 및 이를 이용한 위치기반 서비스 제공 방법, 시스템 및 장치)에는, 1) GPS 인공위성으로부터 GPS 전파를 수신하여 측위를 시도하고, 2) 이동통신 단말기가 GPS 전파를 수신할 수 있는 실외 환경에 위치하여 측위에 성공한 경우 현 주기의 위치정보를 저장하고, GPS 전파를 수신할 수 없는 실내 환경에 위치하여 측위에 실패한 경우에는 이전 주기에 산출된 위치 정보를 상기 현 주기의 위치 정보로 하여 저장하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 전술한 선행특허의 경우, 사용자 위치인식 시스템을 구축하기 위해 기지국 AP(Access Point), 와이파이 AP(Access Point), RFID 또는 ZIGBEE 통신을 위한 장비를 포함하는 인프라를 구축해야하기 때문에 막대한 비용이 발생하는 문제점이 있다.
아울러, 사용자가 GPS 전파를 수신할 수 없는 실내 환경에 위치한 경우, 현 주기의 위치 정보를 산출할 수 없는 구조적인 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 실내에 구비되어 일련번호를 갖는 LED조명 각각에서 발산되는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 단방향 통신을 통해 수신한 광 수신소자가 디지털 신호로부터 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 추출하여 사용자의 실내위치를 인식함으로써, 별도의 주파수 허가가 불필요하고, RF(Radio Frequency) 간섭이 없으며, 넓은 가시광 대역을 사용할 수 있고, 통신여부를 눈으로 확인할 수 있어 물리적 보안성이 높으며, LED 조명이 물리적으로 분리됨에 따라 3차원 인식이 가능하고, 추가적인 인프라가 불필요하며, 막혀있는 공간의 경우 물리적으로 정확한 섹션 구분이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템은, 기 설정된 일련번호를 갖는 LED조명에서 발산하는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 이를 패킷으로 코딩하여 단방향 통신으로 발신하는 LED조명장치(100); 및 LED조명장치(100)로부터 수신한 패킷을 디코딩하여 디지털 신호를 추출하여 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 광 수신소자(200);를 포함한다.
그리고, 전술한 시스템을 기반으로 한 본 발명의 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법은, LED조명장치(100)가 기 설정된 일련번호를 갖는 LED조명에서 발산하는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 이를 패킷으로 코딩하여 단방향 통신으로 발신하는 (a) 단계; 및 광 수신소자(200)가 LED조명장치(100)로부터 수신한 패킷을 디코딩하여 디지털 신호를 추출하여 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 (b) 단계;를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 실내에 구비되어 일련번호를 갖는 LED조명 각각에서 발산되는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 단방향 통신을 통해 수신한 광 수신소자가 디지털 신호로부터 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 추출하여 사용자의 실내위치를 인식함으로써, 별도의 주파수 허가가 불필요하고, RF(Radio Frequency) 간섭이 없으며, 넓은 가시광 대역을 사용할 수 있고, 통신여부를 눈으로 확인할 수 있어 물리적 보안성이 높으며, LED 조명이 물리적으로 분리됨에 따라 3차원 인식이 가능하고, 추가적인 인프라가 불필요하며, 막혀있는 공간의 경우 물리적으로 정확한 섹션 구분이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템이 실제로 눈에 보이는 빛의 파장 대역을 이용하는 것을 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템을 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템의 LED조명 ON/OFF를 디지털 2진수로 변환하는 것을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템에 의해 생성되는 패킷을 정의한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템의 LED조명이 깜박임으로 표시할 기준을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템의 패킷검출 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템의 광 수신소자가 수행하는 프로세스를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법을 도시한 순서도.
도 9는 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법의 제S10단계에 대한 세부과정을 도시한 순서도.
도 10은 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법의 제S20단계에 대한 세부과정을 도시한 순서도.
본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 적외선 등을 이용한 통신과는 다르게 실제로 눈에 보이는 빛의 파장 대역을 이용하여 통신을 수행한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템(S)은, 기 설정된 일련번호를 갖는 LED조명에서 발산하는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 이를 패킷으로 코딩하여 단방향 통신으로 발신하는 LED조명장치(100) 및 LED조명장치(100)로부터 수신한 패킷을 디코딩하여 디지털 신호를 추출하여 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 광 수신소자(200)를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템(S)의 LED조명장치(100)에 대한 세부구성을 살피면 아래와 같다.
먼저, LED조명장치(100)의 조명 제어부(110)는 기 설정된 횟수동안 LED조명(130)이 ON/OFF되도록 제어하되, 바람직하게는 초당 100번 내지 150번 깜박이도록 한다.
또한, 디지털 코딩부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, LED조명(130)의 ON/OFF에 따라 빛이 점등되는 경우 '1', 빛이 소등되는 경우 '0'으로 디지털 2진수로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 LED조명(130)의 일련번호와 함께 패킷으로 코딩한다.
이때, 패킷은 도 4에 도시된 바와 같이, LED조명(130)의 일련번호를 포함하는 Data영역, Error detect를 위한 CRC영역, 및 패킷 각각을 구분하기 위한 Guard Interval영역으로 구성되나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
아울러, 디지털 코딩부(120)의 패킷 코딩은 도 5에 도시된 바와 같이, LED조명(130)의 깜박임으로 표시할 '0'과 '1'을 하기와 같은 기준으로 설정하여 코딩한다.
'0'은 T시간만큼 OFF된 후 T시간만큼 ON
'1'은 T시간만큼 OFF된 후 2T시간만큼 ON
그리고, LED조명(130)은 실내에 구비되어 기 설정된 일련번호를 저장하며, 조명 제어부(110)의 제어에 따라 ON/OFF되도록 작동함과 동시에 디지털 코딩부(120)에 의해 코딩된 패킷을 발신한다.
이때, LED조명(130)은 조명 제어부(110)의 제어에 따라 초당 100번 내지 150번 깜박이도록 동작함에 따라 사람의 눈에는 항상 조명이 켜져 있는 것처럼 보이도록 구성된다.
아울러, 본 발명에 따른 LED조명(130)의 ON/OFF의 길이 시간은, LED조명장치(100)와 광 수신소자(200)간에 기 동기화되도록 구성되나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템(S)의 광 수신소자(200)에 대한 세부구성을 살피면 아래와 같다.
먼저, 광 수신소자(200)의 광 수신부(210)는 LED조명장치(100)로부터 단방향 통신에 의해 패킷을 수신하되, 도 6에 도시된 바와 같이, falling edge 검출기법에 따라 수신한 패킷으로부터 전압이 떨어지는 순간을 해당 비트의 시작으로 판단한다.
또한, 노이즈 필터링부(220)는 LED조명장치(100)와 인접한 주변광(태양광 또는 형광등)에 대한 노이즈를 필터링하기 위해, 가변저항을 이용한 비교기를 통해 기 설정된 수치와 부합하도록 기준전압을 높여 광 수신부(210)가 수신한 패킷에 포함된 노이즈를 제거한다.
그리고, 디지털 디코딩부(230)는 노이즈 필터링부(220)에 의해 노이즈가 제거된 패킷을 디코딩하여 패킷에 포함된 Data영역, CRC영역, 및 Guard Interval영역으로부터 디지털 신호를 추출하고, Data영역에 포함된 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력한다.
아울러, 본 발명에 따른 광 수신소자(200)는, 빛을 전기적 신호로 변환하는 PD(Photo Diode) 또는 카메라 중에 어느 하나로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
한편, 도 7을 참조하여 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 수신소자(200)가 수행하는 일련의 프로세스에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, 광 수신소자(200)가 LED조명장치(100)로부터 단방향 통신에 의해 패킷을 수신한다.
이어서, 광 수신소자(200)가 수신한 패킷으로부터 't'를 카운트하며, 이때 't'는 falling edge 검출 후로부터의 시간이고, 'T'는 LED조명장치(100)의 코딩시 정의된 시간이다.
't' 카운트 결과, t>=3T 또는 0<T<T 인 경우, 광 수신소자(200)가 LED조명장치(100)로부터 패킷 수신을 대기한다.
't' 카운트 결과, T<t<3T 인 경우, 광 수신소자(200)가 패킷에 포함된 LED조명(130)의 기 설정된 일련번호를 저장한다.
그리고, 광 수신소자(200)가 수신한 패킷에 포함된 CRC값의 유효성을 판단하여 정확한 경우, LED조명(130)의 일련번호와 대응하는 위치값을 출력한다.
반면에, 광 수신소자(200)가 수신한 패킷에 포함된 CRC값의 유효성을 판단하여 정확하지 않은 경우, LED조명장치(100)로부터 패킷 수신을 대기한다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, LED조명장치(100)가 기 설정된 일련번호를 갖는 LED조명에서 발산하는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 이를 패킷으로 코딩하여 단방향 통신으로 발신한다(S10).
그리고, 광 수신소자(200)가 LED조명장치(100)로부터 수신한 패킷을 디코딩하여 디지털 신호를 추출하고, LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력한다(S20).
이하, 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법의 제S10단계에 대한 세부과정을 살피면 아래와 같다.
먼저, LED조명장치(100)가 기 설정된 횟수동안 LED조명이 ON/OFF되도록 제어한다(S11).
이어서, LED조명장치(100)가 LED조명의 ON/OFF에 따라 빛이 점등되는 경우 '1', 빛이 소등되는 경우 '0'으로 디지털 2진수로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 LED조명의 일련번호와 함께 패킷으로 코딩한다(S12).
그리고, LED조명장치(100)가 LED조명이 ON/OFF되도록 작동함과 동시에 코딩된 패킷을 발신한다(S13).
이하, 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법의 제S20단계에 대한 세부과정을 살피면 아래와 같다.
제S10단계 이후, 광 수신소자(200)가 LED조명장치(100)로부터 단방향 통신에 의해 패킷을 수신한다(S21).
이어서, 광 수신소자(200)가 기 설정된 수치와 부합하도록 기준전압을 높여 수신한 패킷에 포함된 노이즈를 제거한다(S22).
그리고, 광 수신소자(200)가 노이즈가 제거된 패킷을 디코딩하여 패킷으로부터 디지털 신호를 추출하고, LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력한다(S23).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
S: VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템
100: LED조명장치 110: 조명 제어부
120: 디지털 코딩부 130: LED조명
200: 광 수신소자 210: 광 수신부
220: 노이즈 필터링부 230: 디지털 디코딩부

Claims (8)

  1. VLC(Visible Light Communication)를 이용한 실내위치 인식 시스템에 있어서,
    기 설정된 일련번호를 갖는 LED조명에서 발산하는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 이를 패킷으로 코딩하여 단방향 통신으로 발신하는 LED조명장치(100); 및
    상기 LED조명장치(100)로부터 수신한 패킷을 디코딩하여 디지털 신호를 추출하여 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 광 수신소자(200);를 포함하되,
    상기 LED조명장치(100)는,
    기 설정된 횟수동안 LED조명이 ON/OFF되도록 제어하는 조명 제어부(110);
    LED조명의 ON/OFF에 따라 빛의 점등을 디지털 2진수로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 LED조명의 일련번호와 함께 패킷으로 코딩하는 디지털 코딩부(120); 및
    상기 조명 제어부(110)의 제어에 따라 ON/OFF되도록 작동함과 동시에 상기 디지털 코딩부(120)에 의해 코딩된 패킷을 발신하는 LED조명(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 코딩부(120)는,
    상기 LED조명(130)의 일련번호를 포함하는 Data영역, Error detect를 위한 CRC영역, 및 패킷 각각을 구분하기 위한 Guard Interval영역으로 구성된 패킷을 생성하고, 상기 LED조명(130)의 깜박임으로 표시할 '0'과 '1'에 대한 코딩을 수행하되,
    '0'은 T시간만큼 OFF된 후 T시간만큼 ON이고, '1'은 T시간만큼 OFF된 후 2T시간만큼 ON인 것으로 설정하는 것을 특징으로 하는 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 수신소자(200)는,
    상기 LED조명장치(100)로부터 단방향 통신에 의해 패킷을 수신하되, 수신한 패킷으로부터 전압이 떨어지는 순간을 해당 비트의 시작으로 판단하는 광 수신부(210);
    상기 LED조명장치(100)와 인접한 주변광(태양광 또는 형광등)에 대한 노이즈를 필터링하기 위해, 기 설정된 수치와 부합하도록 기준전압을 높여 상기 광 수신부(210)가 수신한 패킷에 포함된 노이즈를 제거하는 노이즈 필터링부(220); 및
    상기 노이즈 필터링부(220)에 의해 노이즈가 제거된 패킷을 디코딩하여 패킷에 포함된 Data영역, CRC영역, 및 Guard Interval영역으로부터 디지털 신호를 추출하고, Data영역에 포함된 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 디지털 디코딩부(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 수신소자(200)는,
    빛을 전기적 신호로 변환하는 PD(Photo Diode) 또는 카메라 중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 VLC를 이용한 실내위치 인식 시스템.
  6. VLC(Visible Light Communication)를 이용한 실내위치 인식 방법에 있어서,
    (a) LED조명장치(100)가 기 설정된 일련번호를 갖는 LED조명에서 발산하는 빛의 파장 대역을 디지털 신호로 변환하고, 이를 패킷으로 코딩하여 단방향 통신으로 발신하는 단계; 및
    (b) 광 수신소자(200)가 상기 LED조명장치(100)로부터 수신한 패킷을 디코딩하여 디지털 신호를 추출하여 LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 단계;를 포함하되,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 광 수신소자(200)가 LED조명장치(100)로부터 단방향 통신에 의해 패킷을 수신하는 단계;
    (b-2) 광 수신소자(200)가 기 설정된 수치와 부합하도록 기준전압을 높여 수신한 패킷에 포함된 노이즈를 제거하는 단계; 및
    (b-3) 광 수신소자(200)가 노이즈가 제거된 패킷을 디코딩하여 패킷으로부터 디지털 신호를 추출하고, LED조명의 일련번호와 대응하는 위치를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) LED조명장치(100)가 기 설정된 횟수동안 LED조명이 ON/OFF되도록 제어하는 단계;
    (a-2) LED조명장치(100)가 LED조명의 ON/OFF에 따라 빛이 점등되는 경우 '1', 빛이 소등되는 경우 '0'으로 디지털 2진수로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 LED조명의 일련번호와 함께 패킷으로 코딩하는 단계; 및
    (a-3) LED조명장치(100)가 LED조명이 ON/OFF되도록 제어함과 동시에 코딩된 패킷을 발신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VLC를 이용한 실내위치 인식 방법.
  8. 삭제
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