KR101683881B1 - 가시광 통신 시스템에서 송수신측 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가시광 통신 시스템에서 가시 프레임을 출력하기 위한 방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 제1가시광 통신 장치에서 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법에 있어서, 제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 출력 허용 여부를 결정하는 과정과, 상기 결정된 가시 프레임 출력 허용 여부를 나타내는 가시 프레임 정보를 상기 제2가시광 통신 장치로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

가시 프레임, 타임 슬롯, P2P

Description

가시광 통신 시스템에서 송수신측 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING DECISION OF VISIBILITY FRAME IN TRANSMITTER AND RECEIVER OF VISIBLE LIGHT COMMUNICATIONS}

본 발명은 가시광 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 가시광 통신 시스템에서 통신환경에 따라 가시 프레임 출력 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 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 보편화되어가고 있다. 또한 최근에는 RF(Radio Frequency) 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.

눈에 보이는 가시광선을 이용해서 정보를 전달하는 가시광 통신은 안전하며 그 사용 대역이 넓고 규제를 받지 않고 자유롭게 사용할 수 있다는 점 외에도 광이 도달하는 장소나 진행하는 방향을 볼 수 있기 때문에 정보의 수신범위를 정확하게 알 수 있다는 장점이 있다. 따라서 보안 측면에서도 신뢰할 수 있고, 전력소모 측면에서도 저전력으로 구동시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서 가시광 통신은 RF(Radio Frequency) 사용이 제한된 병원, 비행기에서도 적용이 가능하며, 또한 전광판을 이용한 부가 정보 서비스도 제공 가능하다. 이러한 가시광 통신 시스템에 대하여 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1은 일반적인 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication)을 이용한 가시광 통신 시스템의 구성도이다. 일반적인 가시광 통신 시스템은 LED 또는 LD(Laer Diode)로 구성되어 조명의 역할과 동시에 가시광을 사용하여 데이터 송수신을 수행하는 광원(10)과 가시광 송수신 모듈을 구비하여 상기 광원(10)과 데이터 송수신을 수행하는 가시광 통신 단말(20)을 포함하여 구성된다. 상기 가시광 통신 단말은 휴대폰, PDA와 같은 이동 단말기나 데스크탑 형태의 고정형 단말기 등을 포함할 수 있다. 부가적으로 가시광 통신은 유,무선의 다른 통신 매체를 사용한 통신 시스템과 결합하여 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.

일반적으로 가시광 통신을 수행 시 복수개의 광원(10)이 설치될 수 있다. 복수의 광원(10)이 일정 간격을 두고 설치되는 경우, 각 광원(10)에 의한 실질적인 각 광원의 서비스 영역은 도 2a 내지 도 2c에 도시한 바와 같이 3가지 경우로 나타날 수 있다. 도 2a 내지 도 2c는 두 개의 광원의 서비스 영역 상태를 나타낸 도면이다. 광원 A(31)와 광원 B(33)가 있는 경우, 각 광원에 따른 서비스 영역은 도 2a와 같이 서로 겹쳐지거나, 도 2b와 같이 각 광원의 서비스 영역의 경계가 맞닿거 나, 도 2c와 같이 각 광원의 서비스 영역 사이에 비 서비스 영역이 존재하는 형태가 된다. 이때, 도 2b의 경우는 이상적인 상태로서 실질적으로 존재하기 어려우며, 일반적으로 복수의 광원에 따른 서비스 영역은 도 2a와 같이 일부 서비스 영역이 중첩되는 중첩 영역을 포함하거나, 도 2c와 같이 두 서비스 영역 사이에 비 서비스 영역이 존재하는 형태가 된다.

가시광 통신을 이용하여 복수의 사용자에게 유니캐스트,멀티캐스트나 브로드캐스트 방식의 통신 서비스를 제공하는 경우에는 하나의 광원에 복수의 사용자 단말이 위치할 수 있으며 각 단말마다 동일한 데이터 혹은 개별적인 다른 데이터를 수신할 수 있다. 가시광 통신은 가시광을 이용한다는 전달 매체의 특성상 송신측과 수신측의 통신 링크가 양방향으로 정렬되어야만 송수신이 원활하게 수행될 수 있다. 또한 한쪽 방향으로의 통신의 경우에도 송신측의 가시광 송신부에서 출력되는 가시광 신호가 수신측의 가시광 수신부에 정확히 지향되도록 통신 링크가 형성되어야만 한다. 이러한 이유로 인해 광원으로부터 데이터를 수신하는 단말들은 외부 환경적인 요인이나 단말의 위치 이동, 장애물 등으로 인해 통신 링크가 단절되거나 가시광 신호가 제대로 전달되지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 하나의 광원으로부터 데이터를 수신하는 복수의 단말이 존재하는 경우에도, 여러 단말들 중 하나의 단말에서 통신 링크의 연결이 해제되는 경우가 발생할 수 있다.

따라서 가시광 통신시스템에서 가시 프레임을 출력하기 위한 방법에 있어서 가시광 통신을 구성하는 단말간, 조명, 인프라등 다양한 통신 환경에 따라 가시 프레임의 출력을 결정하는 방법이 다양해질 필요가 있다. 또한 데이터를 전송하지 않을 때와 부정합, Nack, 사용자 선택 등을 고려하여 가시 프레임의 출력을 결정하는 방법도 필요하다.

따라서 본 발명은 가시광 통신시스템에서 다양한 통신 환경에 따라 가시 프레임의 출력을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

상기한 바를 달성하기 위한 본 발명은, 제1가시광 통신 장치에서 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법에 있어서, 제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 출력 허용 여부를 결정하는 과정과, 상기 결정된 가시 프레임 출력 허용 여부를 나타내는 가시 프레임 정보를 상기 제2가시광 통신 장치로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 제2가시광 통신 장치에서 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법에 있어서, 제1가시광 통신 장치로부터 상기 제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 출력 허용 여부를 나타내는 가시 프레임 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신된 가시 프레임 정보를 확인하는 과정과, 상기 확인된 가시 프레임 정보에 따라 가시 프레임의 사용 여부를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 가시 프레임을 출력하기 위한 가시광 통신 장치에 있어서, 가시광 신호의 송수신을 위한 가시광 송수신부와, 상기 가시광 통신 장치가 송신측으로 동작 시, 상대방 가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 출력 허용 여부를 결정하고, 상기 결정된 가시 프레임 출력 허용 여부를 나타내는 가시 프레임 정보 상기 가시광 송수신부를 통해 상기 상대방 가시광 통신 장치로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 유니캐스트, 브로드캐스트, 멀티캐스트 통신 모드가 가능한 다중 모드 가시광 통신 시스템에서 통신 링크의 연결이 해제된 경우 통신 링크 정렬 연결을 알리기 위한 가시 프레임을 출력할 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명은 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 통신 모드와 같이 하나의 광원으로부터 할당받은 타임 슬롯을 통해 데이터를 수신하는 복수의 단말 중 한 단말에서 통신 링크가 해제된 경우 수신측 단말에서 통신 링크 해제를 알리며, 통신 링크 정렬을 돕기 위한 가시 프레임을 출력하도록 하여 나머지 다른 단말의 통신에 영향을 끼치지 않으며 통신 링크 정렬을 수행하도록 할 수 있다.

또한 P2P(peer to peer)와 같은 유니캐스트 모드에서는 송신측과 수신측에서 모두 가시 프레임을 출력하거나 수신측만 가시 프레임을 출력하도록 동작한다.

본 발명의 가시광 통신 시스템은 유니캐스트, 브로드캐스트, 멀티캐스트 통신 모드를 효과적으로 수행할 수 있으며, 이에 따라 VLAN(Visible LAN), IB(Information broadcasting), P2P(peer to peer), P2M(point to multi point), VB(Vehicular broadcasting) 등의 가시광 통신을 이용한 통신 서비스를 제공할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구성하는 장치 및 동작 방법을 본 발명의 실시 예를 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 에게는 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.

본 발명은 가시광 통신 시스템에서 가시 프레임을 출력하기 위한 방법에 있어서, 가시광 통신을 구성하는 단말간, 조명, 인프라 등 다양한 통신 환경에 따라 송신측 가시광 통신 장치가 가시 프레임 출력 방식을 결정하며, 결정된 가시 프레임 출력 방식을 상기 수신측 가시광 통신 장치로 전송하는 과정과, 상기 수신측 가시광 통신 장치에서 상기 가시 프레임 출력 방식을 수신하여 확인하는 과정과, 상기 송신측 가시광 통신 장치와 상기 수신측 가시광 통신 장치가 통신을 수행하며 상기 수신측 가시광 통신 장치에서 가시 프레임 출력이 허용되는 경우 가시 프레임을 출력하는 과정을 포함한다.

이러한 가시 프레임 출력 방식에는 송신측만 가시프레임을 출력하는 방식, 수신측만 가시프레임을 출력하는 방식, 송신측과 수신측이 가시 프레임을 출력하는 방식 및 송신측과 수신측이 가시 프레임을 사용하지 않는 방식 등이 있으며, 또한 가시프레임을 전송함에 있어서 송신측과 수신측이 데이터를 전송하지 않는 구간에 가시 프레임을 출력하는 방식, 송신측과 수신측이 통신 중 링크가 부정합(misalignment)되었을 때 가시 프레임을 출력하는 방식, 송신측과 수신측이 통신 중 데이터에 문제가 있어 Nack와 같은 상황이 발생하였을 때 가시 프레임을 출력하는 방식이 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 다양한 통신 환경을 고려한 가시 프레임 출 력 방식을 제안하는 것이다. 이에 따라 이하의 설명에서는 적어도 하나의 사용자에게 통신 링크 연결(정렬)을 돕기 위해 송신단에서는 가시 프레임 전송 방식을 결정하여 전송 후 수신단은 그 결정된 가시 프레임 전송 방식에 따라 가시 프레임(visibility frame)을 출력하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에서 가시 프레임의 출력 유무를 결정해야 할 필요성이 있는 상황을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유니캐스트(unicast) 방식의 P2P(peer to peer) 환경에서는 가시 프레임을 전송할 경우 가시광 통신 장치 입장에서는 전력이 많이 필요하게 된다. 만일 전원 절약이 필요한 상태이어서 가시 프레임 전송을 선택적으로 할 수 있다면 P2P 환경의 가시광 통신 장치들 간에는 보다 지속적인 데이터 전송이 가능할 것이다. 이에 대해 하기 도 9에서 상세히 후술하기로 한다.

또한, 가시프레임을 전송함에 있어서 송신측과 수신측이 데이터를 전송하지 않는 구간에 가시 프레임을 출력한다고 할 때, 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast), 브로드캐스트(broadcast) 방식의 VLAN 환경에서는 복수의 가시광 통신 장치에서 각 가시광 통신 장치에 타임 슬롯을 할당하는 방식을 이용하여 데이터를 수신하는 가시광 통신 장치 이외의 다른 가시광 통신 장치에서는 가시 프레임을 전송하게 된다. 이러한 가시 프레임 전송은 데이터 통신 중인 가시광 통신 장치 입장에서는 간섭으로 작용하게 된다.

이유는 가시광 통신 장치에 할당된 타임 슬롯외에는 통신에 관여하지 않아 그 가시광 통신 장치가 가시프레임을 전송하기 때문에 실제 데이터 통신중인 다른 가시광 통신 장치에서는 간섭이 되기 때문이다. 즉, 데이터 통신외에는 가시 프레임을 전송함으로써 타 통신중인 가시광 통신 장치에게 있어 가시 프레임은 간섭이 된다. 또한 이러한 통신 장치가 많아질수록 가시 프레임은 가시광 통신 장치의 수에 비례하여 많아지기 때문에 실제 데이터 통신중인 가시광 통신 장치에서 타 가시광 통신 장치에 의한 가시 프레임이 많아질수록 간섭은 더 커지게 된다. 이는 통신 장치가 많을수록 각 가시광 통신 장치가 전송하는 가시프레임도 함께 증가하기 때문이다.

만일 VLAN 환경에서 수신측 가시광 통신 장치가 하나일 경우에는 유니캐스트 방식과 같이 동작하여, 송신측과 수신측 간의 가시 프레임을 이용한 데이터 통신이 아무런 간섭없이 이루어질 수 있다. 다만, 수신측 가시광 통신 장치가 둘 이상일 경우에는 가시 프레임의 전송을 선택적으로 할 필요성이 있다. 이러한 복수의 가시광 통신 장치가 존재하는 환경에 대해 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 통신 모드를 지원하는 가시광 통신 시스템은 하나 이상의 광원(210, 220, 230)을 통해 가시광 통신을 수행하는 가시광 통신 장치(200)와 가시광 신호를 수신하기 위한 가시광 송수신부를 구비한 가시광 통신 단말 (101),(102),(103),(104),(105),(106),(107),(108),(109)을 포함한다.

복수의 각 가시광 통신 단 말(101),(102),(103),(104),(105),(106),(107),(108),(109)은 가시광 통신 장치(200)에 의해 자신에게 할당된 업링크 타임 슬롯과 다운링크 타임 슬롯과 같은 타임 슬롯을 이용하여 데이터를 송수신한다. 각 가시광 통신 단말(101),(102),(103),(104),(105),(106),(107),(108),(109)은 자신에게 할당된 타임 슬롯 구간에서만 데이터 송수신을 수행한다.

도 3을 참조하면 제1사용자의 단말(101)과 제2사용자의 단말(102)은 타임 슬롯 1을 이용하여 제1광원(210)과 통신을 수행하며, 제3사용자의 단말(103)은 타임 슬롯 4를 이용하여 제2광원(220)과 통신을 수행하며, 제4사용자의 단말(104)은 타임 슬롯 2를 이용하여 제2광원(220)과 통신을 수행하며, 제5사용자의 단말(105)은 타임 슬롯 3을 이용하여 제2광원(220)과 통신을 수행하며, 제6사용자의 단말(106)과 제7사용자의 단말(107)은 타임 슬롯 1을 이용하여 제3광원(230)과 통신을 수행하며, 제8사용자의 단말(108)은 타임 슬롯 5를 이용하여 제3광원(230)과 통신을 수행하며, 제9사용자의 단말(109)은 타임 슬롯 6을 이용하여 제3광원(230)과 통신을 수행한다.

각 광원(210,220,230)은 광원마다 고유하게 할당되는 식별자인 광원 ID를 가지며, 가시광 통신 장치(200)로부터 전달받은 데이터를 자신의 서비스 영역에 위치한 가시광 통신 단말(101),(102),(103),(104),(105),(106),(107),(108),(109)로 전송한다. 그리고 각 광원(210,220,230)은 가시광 통신 단말(101),(102),(103),(104),(105),(106),(107),(108),(109)로부터 송신되는 업링크 데이터를 가시광 통신 장치(200)로 전달한다. 또한 각 광원(210,220,230)은 프레임 동기를 주기적으로 브로드캐스팅하여, 각 광원의 서비스 영역에 위치하는 가시광 통신 단말이 동기를 맞출 수 있다.

가시광 통신 장치(200)는 임의의 광원에서 제공할 사용자 서비스에 따라서, 상기 임의의 광원을 포함하는 셀을 구성하고, 각 셀에서 제공될 사용자 서비스와 데이터, 그리고 각 셀에 위치한 사용자에 따라 업링크 타임 슬롯 또는 다운링크 타임 슬롯과 같은 타임 슬롯을 할당한다.

도 4는 송신기(401)와 수신기(403)간 가시 프레임을 전송하는 방법을 예시하고 있으며, 우선 송신기(401)와 수신기(403)는 통신을 하기 위한 링크를 셋업하고, 이후 송신기(401)는 수신기(403)에 제어정보(control)(402)를 전송한다. 그리고나서 송신기(401)는 가시 프레임(405)을 수신기(403)로 전송한다. 반면 수신기(403)는 제어 정보 수신에 대응하여 ack(407)를 송신기(401)로 전송한다. 이때, 송신기(401)는 데이터 프레임(411)을 전송하기 전까지는 가시 프레임(405)을 계속해서 전송하고 있는 것이다. 마찬가지로 수신기(403)에서도 ack(407)를 보낸 이후에는 계속해서 가시 프레임(409)을 송신기(401)로 보내게 된다. 이때, 가시 프레임(409)는 데이터 프레임(411) 수신에 대응하는 ack 신호를 보내기 전까지 송신기(401)로 지속적으로 보내지게 된다.

상기한 바와 같이 송신기(401) 및 수신기(403)에서는 데이터 프레임이나 ack 신호 등을 전송하는 경우 이외에는 가시 프레임을 전송함을 알 수 있다. 이렇게 함으로써 송수신측이 가시성 프레임을 전송하여 가시광 통신 시스템 가시성을 확보한다. 또한 이러한 정보나 데이터 비 전송 구간에는 가시광 통신 시스템에 대한 광원 세기가 약해서 가시성이 떨어지기 때문에 데이터 및 정보 등을 전송하지 않는 비 전송 구간에 가시 프레임을 전송하여 송수신 밝기를 고르게 유지하는 것이 가능하다. 또한 이러한 가시광 통신시스템은 송수신측이 LOS(line of sight)통신 환경에서 동작하는 시스템이기 때문에 송수신측 부정합 상황에서도 이러한 가시 프레임을 전송할 수 있으며, 송수신단 데이터 전송에 대한 nack 발생 시 링크 상태에 대한 가시 프레임 전송이 가능하다.

그러나 데이터를 전송하지 않는 구간에는 데이터와 관련없는 가시 프레임을 전송함으로써 단말측에 대한 에너지 소모를 증가킬 수 있다. 또한 도 5와 같이 다중 사용자를 수용하기 위해 통신 프레임을 시간 슬롯 단위로 나누어 다중 사용자를 서비스하는 가시광 통신시스템에서는 데이터가 전송되지 않는 구간에 가시 프레임을 전송함으로써 타 단말 사용자에 대한 간섭이 발생할 수 있다.

도 5는 여러 사용자를 수용하기 위한 버츄얼 타임 슬롯(virtual time slot)을 이용한 가시광 통신시스템을 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, 억세스포인트(503)와 연결되어 네트워크를 이용한 통신이 가능한 시스템을 예시하고 있는 데, 그 중에서도 조명과 같은 가시광 통신 장치(501)에서의 가시광 통신이 네트워크 접속 가능한 서비스임을 예시하고 있다. 다르게는 가시광 통신 장치(501)는 조명과 같은 가시광 통신이 가능한 송수신기가 장치된 시스템이다. 가시광 통신 장치(501)를 이용하여 네트워크에 접속 가능한 사용자 단말(U1,U2,U3,U4,U5,U6)이 있다고 가정할 때, 제1영역(509)은 가시광 통신 가능한 셀 단위 광원영역이 된다. 제1영역(509)에 속한 단말은 통신을 위해 각자 단 말에 할당된 통신 시간인 버츄얼 타임슬롯(virtual time slot: 이하 vs)에서 가시광 통신 장치(501)와 연결된다.

이러한 가시광 통신 장치(501)는 가시광 신호의 송수신을 위한 가시광 송수신부와, 가시광 통신 환경을 고려하여 가시 프레임 출력 방식을 결정하며, 상기 가시광 송수신부를 통해 상기 가시 프레임 출력 방식을 수신측 가시광 통신 장치로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

한편, 이러한 각 단말들은 이러한 가시광 통신 시스템에서 이용되는 통신프레임(507)을 기반으로 시간 슬롯 단위로 사용자들이 할당되어 가시광 통신을 수행한다. 이러한 가시광 통신 시스템 환경에서 제2영역(505)은 여러 단말(U1,U2,U3)이 하나의 시간 슬롯인 vs n을 이용하여 광원과 통신을 하는 멀티캐스트 통신 환경을 나타낸 것이다. 만일 단말(U4)은 통신프레임(507)의 vs n+1 시간 슬롯을 사용하고, 단말(U5)은 vs n+2, 단말(U6)은 vs n+n 시간 슬롯을 할당받아 통신한다고 가정해볼 때, 가시광 통신 시스템이 전송하는 가시 프레임 전송 방법은 타 사용자 간섭을 고려하여 전송하여야 한다. 가시광 통신시스템에서 가시 프레임의 전송 방법은 송수신측이 데이터를 전송하지 않는 구간 동안 가시 프레임 전송이 가능하며, 송수신기측이 부정합되었을 때 가시 프레임 전송 가능하며, 송수신기측이 Nack 신호 상태일 때 가시 프레임 전송이 가능하다고 할 수 있다.

만약 도 5에서 제2영역(505)과 같이 다중 사용자가 동일한 시간 슬롯 vs n을 이용하여 통신 후, 다음 시간 슬롯 즉, vs n+1 시간 슬롯 사용자인 단말(U4)이 통신할 경우, 제2영역(505)에 속한 단말들은 데이터를 전송하지 않기 때문에 기존 방 식을 이용한 가시 프레임을 전송하므로 이는 단말(U4) 사용자에게 간섭원이 된다. 즉 시간 슬롯 vs n+1은 단말(U4)에게 할당되어 광원에 해당하는 가시광 통신 장치(501)가 단말(U4)로 사용자 데이터를 하향 전송하고 있는데 제2영역(505)에 속한 다중 단말들이 데이터를 전송하지 않아 가시프레임을 전송한다면, 이로 인해 단말(U4) 사용자에 대한 상향링크 간섭이 발생하여 단말(U4) 사용자에게 통신을 방해하게 된다.

또한 상기 과정에서 단말(U5)과 단말(U6)도 통신에 참여하지 않기 때문에 영역(505)와 동일하게 단말(U4)이 통신하는 시간 슬롯에서 가시 프레임을 전송한다. 가시 프레임 전송 시 셀에 속한 단말이 많으면 많을수록 간섭량은 커진다라고 할 수 있다. 또한 다음 시간 슬롯 사용자인 단말(U5)에 대해 vs n+2 시간 슬롯이 할당되어 가시광 통신 장치(501)가 단말(U5)에게 하향링크 서비스할 때, vs n을 사용하는 제2영역(505)에 속한 단말과 vs n+1을 사용하는 단말(U4)과 vs n+n을 사용하는 단말(U6)이 데이터를 전송하지 않기 때문에 상향링크방향으로 가시 프레임을 전송하게 된다. 이로 인해 더 많은 사용자가 상향링크 가시 프레임을 전송하게 되어 단말(U5)에게 통신 간섭이 발생된다.

이러한 데이터를 전송하지 않을 때 가시 프레임을 전송하는 방법은 사용자가 많아질수록 상향링크 간섭이 그 사용자수에 따라 비례해지기 때문에 이러한 통신환경에서는 가시 프레임을 전송하는 방법은 문제가 있게 된다. 또한 송수신측에서 가시 프레임을 전송하기 위한 방법에서 제2영역(505)과 같은 다중 단말이 동일 시간 슬롯을 이용하여 통신할 때, 단말(U1)이 nack 이나 부정합이 발생했을 때 가시광 통신 장치(501)는 단말(U1)에 대해서는 가시프레임을 전송해야 하지만, 단말(U2), 단말(U3)과 같은 타 사용자 단말에 대해서는 가시 프레임을 전송할 필요가 없는 상황이 된다. 따라서 이러한 가시 프레임을 전송하기 위해 가시광 통신 환경에 따라 가시 프레임을 전송하는 방법이 필요하게 된다.

표 1은 이러한 가시광 통신 환경에서 가시 프레임을 전송하기 위한 가시 프레임 전송 결정방법을 나타내었다.

표 1을 설명하면, 시간 슬롯을 나누어 통신하는 가시광 통신시스템에서 데이터를 전송하지 않을 때 가시 프레임 전송은 시간 슬롯 기반 통신 시스템에서는 타 사용자에 대해서는 간섭이 생기기 때문에 가시 프레임을 전송하지 않는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 또한 데이터를 전송하지 않을 때 가시 프레임 전송은 단말 소비전력을 증가시키는 단점도 있다. 따라서 이를 고려하여 시간 슬롯을 나누어 통신하는 시스템에서 데이터 전송하지 않을 때에는 가시 프레임 전송금지를 적용할 수 있다.

또한 조명 환경을 이용한 통신시스템에서 송수신기 부정합 및 Nack 상태일 때 광원이 조명 특성상 가시 프레임 전송에 따른 빛의 on/off 현상에 따라 조명 효과가 없기 때문에 조명을 이용한 가시광 통신시스템은 송신측 광원이 가시 프레임을 보내지 않도록 제한을 해야한다. 만약 송수신측 부정합이 있을 때, 가시 프레임 전송은 유니캐스트(UCAST)와 멀티캐스트(MCAST), 브로드캐스트(BCAST)에 제한하여 수신측에서 전송함으로써 타 단말에 대한 간섭을 줄일 수 있다. 또한 가시 프레임 전송금지는 어떠한 가시광 통신 환경에서도 적용이 가능하다.

따라서 조명을 이용한 가시광 통신시스템에서 수신측에서 가시 프레임을 전송하도록 하거나 전송하지 않도록 제어하는 방법이 필요하다.

P2P(Peer to Peer)를 이용한 가시광 통신 전송 시스템에서는 단말간 전송 및 Kiosk와 같은 인프라를 위한 구성이 가능하다. Kiosk와 같은 시스템은 P2P 구성이 가능한 인프라 시스템이기 때문에 다른 사용자에 대한 간섭을 고려하여 가시 프레임을 전송하여야 한다. 표 2는 표 1과 같이 통신 환경에 따라 가시 프레임을 전송하는 방법을 나타내었다. 또한 Kiosk는 인프라를 이용한 타 사용자와 통신이 가능한 시스템이기 때문에 타 사용자 간섭을 고려하여 데이터를 전송하는 구간뿐만 아니라 가시프레임을 전송하면 안되지만, P2P일 때는 가시 프레임 전송이 가능하게 된다. P2P를 이용한 단말 간 통신 환경일 때 데이터를 전송하지 않을 때 가시 프레임을 전송하면 단말 소비 전력이 높아지기 때문에 이러한 가시 프레임 전송을 제한을 고려하여 단말 소비전력을 줄이는 방법이 필요하다. 따라서 표 2와 같이 가시 프레임 전송 시 통신 환경에 따라 가시 프레임 전송을 선택적 적용이 필요하다. 표 2에서 가시 프레임 전송에 대한 적용 방법은 표 1과 같다.

P2P 에서도 송신기가 수신기에 데이터를 전송하고 있을 때, 수신기는 데이터를 전송하지 않으므로 가시 프레임을 전송하면, 가시 프레임이 송신기 데이터 전송 구간동안 간섭을 일으키게 된다. 즉, 도 5에서 송신기(513)가 수신기(515)에게 데이터 프레임 전송 중(509)에는, 수신기(515)는 데이터 전송을 하지 않기 때문에 가시 프레임을 전송하게 된다.

그러나 이러한 수신기(515)로부터의 가시 프레임은 하향링크를 이용하여 송신기(513)가 수신기(515)에게 데이터 프레임 전송 중 전송된 가시 프레임이므로 송신기(513)로부터의 데이터 프레임에 대한 간섭원(511)이 된다. 그러나 P2P에서는 사용자와 통신 환경에 따라 이러한 가시 프레임 전송을 선택할 수 있다. 또한 P2P에서 데이터 전송하지 않을 때 가시 프레임을 전송하면 간섭 발생이 될 수 있기 때문에 송수신기에서 가시 프레임에 대한 전송방법을 정해준다면 효과적인 통신이 될 것이다. 따라서 가시 프레임의 사용 여부를 나타내는 정보 즉, 가시 프레임 전송 방식을 전달하기 위해 도 6에서와 같은 프레임이 이용된다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신에서 사용되는 프레임을 나타낸 도면이다. 도 6(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 사용자를 위한 타임 슬롯 할당 방식의 가시광 통신에서의 프레임의 구조를 도시하며, 도 6(b)는 유니캐스트 방식의 통신 모드로 통신 수행시의 도 6(a)에서 도시한 프레임 구조가 간략화된 형태를 도시한다.

도 6(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시 사용되는 프레임은 송수신측의 동기 및 프레임 해석을 위한 정보를 포함한 비컨(beacon) 필드(710)와, 가시광 통신을 위한 제어 정보를 포함한 제어(management) 필드(720)와, 데이터를 포함한 데이터 프레임(730)로 구성된다.

상기 비컨 필드(710)는 프리앰블(711), 헤더(712), HCS(Header Check Sequence)(713), PDU(Protocol Data Unit)(714), FCS(Frame Check Sequence)(715)를 포함한다. 상기 프리앰블(711)에는 상기 가시광 통신 프레임(700)이 복수개의 타임 슬롯을 사용하여 통신을 수행할 지 여부를 결정하는 정보가 포함된다. 따라서 가시광 통신 프레임(700)을 수신하는 수신측은 프레임(700) 수신 시 비컨 필드(710)의 프리앰블(711)을 검사하여 타임 슬롯을 사용하지 않는 경우에는 도 6(b)에 도시된 프레임 형태로 프레임을 해석한다.

상기 제어 필드(720)는 프리앰블(721), 헤더(722), HCS(723), MAC 헤더(724), PDU(725), FCS(726)을 포함한다. 본 발명은 본 발명의 특징에 따라 상기 MAC 헤더(724)에 통신 모드가 유니캐스트 모드인지 브로드캐스트 모드인지 멀티캐스트 모드인지를 나타내는 모드 타입정보와, 가시 프레임을 출력하는 장치를 나타내는 정보를 포함한다.

상기 데이터 프레임(730)은 하나의 경쟁 슬롯(contention slot)(731)과 미리 설정된 갯수의 다운 링크용 가상 슬롯(virtual slot)(732)과 업링크용 가상 슬롯(733)으로 구성된다. 상기 가상 슬롯(732, 733)은 멀티캐스트나 브로드캐스트 모드로 통신 동작 시 복수의 사용자에게 개별적으로 할당된다.

한편, 도 6(a)에서 상기 하나의 가상 슬롯(732, 733)은 프리앰블(741), 헤더(742), HCS(743), 데이터 필드(744)로 구성된다. 상기 데이터 필드(744)는 하나의 MAC 헤더(751)와 복수개의 PDU(752)와 FCS(753)의 쌍으로 구성된다.

도 6(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 유니캐스트 방식의 통신 모드 예컨대, P2P 통신시의 가시광 통신 프레임은 프리앰블(741), 헤더(742), HCS(743), 데이터 필드(744)를 포함하여 구성된다. 도 6(b)의 헤더(742)는 도 10a에서와 같은 구조를 가지며, 이 헤더(742)에는 가시 프레임 전송 방식에 대한 정보가 포함된다. 데이터 필드(744)는 하나의 MAC 헤더(751)와 복수개의 PDU(752)와 FCS(753)의 쌍으로 구성된다.

도 7a는 도 6에서 설명한 프레임구조에 대해 표 1과 표 2를 적용하기 위한 프레임 구조를 나타내었다. 도 7b는 상기 도 7a의 데이터 프레임의 상세 구조도이며, 도 7c는 상기 도 7a의 가시 프레임의 상세 구조도를 예시하고 있다. 도 7a에서 프레임(755)와 프레임(757)은 표 1에서 설명한 다중 사용자를 지원하기 위해 프레임을 시간 슬롯 단위로 나누어 가시 프레임 적용하는 방법을 나타낸 프레임이다. 또한 시간 슬롯이 할당된 단말은 가시 프레임을 전송 시 할당된 시간 슬롯 구간동안 가시 프레임을 전송하여 타 사용자에 대한 간섭을 줄여야 한다. 만약 데이터 전송하지 않는 동안에 가시 프레임을 전송하면, 시간 슬롯을 할당되지 아니한 시간 슬롯에서는 가시 프레임 전송에 따른 단말 간섭이 발생하기 때문에 가시 프레임 전송 시 통신 환경에 따른 가시 프레임 전송 방법이 필요하다.

도 7a는 표 2에서 설명한 가시 프레임 전송에 대한 방법을 나타내었다. 프레임(759)와 프레임(761)에서와 같이 전송 프레임 전체에 가시 프레임이 전송된다. 이러한 경우 가시 프레임 길이가 크기 때문에 단말이 데이터를 전송하지 않는 구간에 가시 프레임 전송은 단말 소비 전력이 높아지기 때문에 가시 프레임 선택적 전송이 필요하다.

도 7b와 도 7c는 도 6a 와 도 6b와 같은 용도라고 할 수 있다. 즉, 도 7b는 프레임이 시간 슬롯으로 나누어져 각 시간 슬롯을 다중 사용자에게 할당하여 서비스를 할 수 있는 구조이고, 도 7c는 프레임이 시간 슬롯으로 나누어져 있지 않아 P2P와 같은 통신환경에서 적용 가능한 프레임 구조라고 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 유니캐스트(unicast) 방식의 P2P(peer to peer) 환경에서는 가시 프레임 전송의 허용 여부를 나타내는 가시 프레임 전송 방식을 어느 하나의 가시광 통신 장치에서 결정하여 전달하면, 이를 수신한 가시광 통신 장치에서 그 결정된 가시 프레임 전송 방식에 따라 데이터를 전송하지 않는 구간 동안 가시 프레임을 사용하거나 사용하지 않은 채 대기한다.

반면, 시간 슬롯 방식을 사용하는 VLAN 환경에서는 송신측 가시광 통신 장치가 가시 프레임 전송을 허용한 경우에 한해 나머지 수신측 가시광 통신 장치에서는 가시 프레임을 사용할 수 있게 된다. 이때, 수신측 가시광 통신 장치가 복수개이므로, 이러한 경우에는 간섭을 줄이기 위해 밝기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 셀 내의 수신측 가시광 통신 장치가 많아질수록 밝기를 낮춤으로써 밝기 조절이 이루어진다. 이러한 밝기 조절과 관련하여 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

도 8은 가시 프레임을 전송하기 위해 가시 프레임 내에 전송되는 가시 프레임 패턴 예를 나타내었다. 또한 각 패턴에 있는 '%'는 각 패턴에 대한 밝기(brightness)를 나타내는데 밝기가 높을수록 가시 프레임에 대한 밝기가 높아지고 단말 소비 전력은 같이 높아지게 된다. 만약 가시 프레임 내 가시 패턴이 도 8과 같이 구성되어 있다라고 할 때 11111 11111은 가장 밝기가 높은 가시 프레임 패턴이다.

이것은 가시 프레임에 1이 얼마나 많이 있느냐에 의존하는데, 표 1과 표 2에서와 같이 데이터 전송을 하지 않을 구간 동안의 가시 프레임 전송 방법을 다중 사용자를 고려하는 시간 슬롯 프레임 통신 예컨대, VLAN(Visible LAN) 통신 서비스의 경우에 적용한다면 이러한 프레임 패턴이 높은 밝기는 낮은 밝기 보다 타 사용자에 대한 간섭량이 높아진다. 또한 이러한 가시 프레임을 여러 단말이 사용 한다면 광원에서는 단말이 전송한 가시 프레임에 대한 출력이 합으로 나타나 간섭은 늘어나게 된다.

즉, 도 5와 같이 제2영역(505)의 단말들이 타 사용자에게 할당된 시간 슬롯에서 데이터를 전송하지 않을 때 가시 프레임 전송 시 제2영역(505)에 있는 단말들의 높은 가시 프레임 전송은 타 간말 사용자 시간 슬롯에서는 간섭량이 가시 프레임 밝기의 합과 같이 나타나 타 사용자에게 간섭량이 늘어나며, 이러한 제2영역(505)의 단말들이 전송한 가시 프레임에 대한 상향링크 간섭은 타 사용자 U4,U5,U6 단말에게 가시 프레임 반사 간섭이 된다.

가시광 통신 시스템은 도 8에서 가시 프레임 패턴 중 한 패턴을 설정하여 사용한다. 또한 11111 11111에 가까울수록 빛 세기가 커지기 때문에 그만큼 단말 전력 소비뿐만 아니라 시간 슬롯을 나누어 사용하는 가시광 통신 환경에서는 타 사용자에 대한 간섭도 크게 된다.

따라서 셀 내에 사용자가 많은 가시광 통신 환경에서는 각 단말 간 간섭을 줄이기 위해 가시 프레임 전송 시, 가시 밝기가 낮은 가시 프레임 패턴을 할당 함으로써 간섭을 줄이는 효과를 가질 수 있다.

특히 표 1과 같이 시간 슬롯 단위로 프레임을 구분하여 다중 사용자를 구성하는 가시광 통신 시스템은 이러한 가시 프레임 패턴에 대한 밝기를 낮추어 제공함으로써 간섭도 줄이며 동시에 단말 소비 전력도 감소시키는 효과가 있다. 구체적으로, 데이터를 전송하지 않는 구간 동안 가시 프레임을 전송하는 방법을 사용하는 가시광 통신 셀 내에 다중 사용자 단말의 경우 각 단말별로 밝기를 조절함으로써 데이터 송수신 중인 단말에 대한 간섭을 줄일 수 있게 된다. 이러한 밝기를 조절하는 방법은 P2P 통신 환경 모드에서도 적용 가능하다.

도 8에서 각 패턴에 대한 퍼센트 표현은 가시 프레임 패턴에 대한 밝기를 나타낸다. 도 8에서 00000 00000는 가시 프레임을 보내지 않는 것이 아니라 도 7a에 있는 가시 프레임(761)에 전송되는 가시 프레임 패턴이 00000 00000으로 채워져 정보 프레임인 Management 프레임(720)과 같이 전송된다. 이것은 가지 프레임을 전송 제한한다는 것과 다른 뜻을 가지다. 즉, 가시 프레임을 제한하는 경우에는 이러한 가시 프레임을 전송하지 않는 것이고 도 8에 있는 00000 00000는 가시 프레임을 전송을 하지만 실제 전송되는 가시 프레임에 00000 00000이 전송되기 때문에 가시 프레임에 대한 밝기가 낮다고 할 수 있다.

만약 가시광 통신 셀 내에 단말 사용자가 많을 때 도 8에서는 11001 11100를 사용하지만, 단말 사용자가 적거나 P2P만 고려할 때는 11111 11111 과 같은 높은 밝기를 가진 가시 프레임을 전송할 때 간섭을 효과적으로 줄일 수 있다. 도 8에 있는 패턴에서 우측 %를 나타내는 것은 밝기를 나타낸다.

도 8은 이러한 간섭환경에서 가시 프레임을 적용하기 위한 방법 예를 나타내었다. 만약 표 1과 같은 통신 환경일 때 가시 프레임을 적용 시 도 10a에서 0101 0000 ~ 0000 0000 까지 밝기가 낮은 다중 단말 통신 모드를 적용하고, 사용자간 간섭이 낮거나 없을 때 0110 0100 ~ 0101 1010 까지 높은 밝기를 가지는 P2P 통신 환경 모드를 적용하여 통신을 한다.

도 8에서 적용 모드는 통신 환경에 따라 다양하게 바꾸어 사용할 수 있다. 따라서 간섭을 줄이면서 낮은 밝기를 가지는 가시 패턴을 적용하여 단말 전력 소비도 줄일 수 있다.

한편, 타 단말에 대한 간섭을 줄이기 위한 방법으로 전술한 바에서는 밝기 조절 방법을 설명하였으나, 다르게는 가시 프레임 전송 여부를 선택적으로 적용하는 방법을 제안한다. 이는 가시광 통신 시스템에서 가시 프레임 전송 시 전력 절약 모드와 슬립 모드 등 단말에 대한 전력 소모 및 타 단말에 대한 간섭을 줄이기 위함이다.

만약 이러한 가시 프레임 패턴을 적용시 다른 방법은 각 밝기를 정해놓고 이것을 ID 또는 비트를 표현하여 도 10(a)또는 도 10(b)에 있는 'Visible frame pattern'에 표현 가능하다. 즉, 밝기가 100% 이면 ID 1(0001), 90% 이면 ID 1(0010), 80% 이면 ID 1(0011), 70% 이면 ID 1(0100), 60% 이면 ID 1(0101), 50% 이면 ID 1(0110), 40% 이면 ID 1(0111), 30% 이면 ID 1(1000), 20% 이면 ID 1(1001), 10% 이면 ID 1(1010), 0% 이면 ID 1(1011) 등으로 적용이 가능하다.

이하, 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 단말(900)이 둘 이상의 다른 단말(905, 910)과 각각 가시광 통신(915, 920)을 하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 멀티플 동시 협상(multiple simultaneous association)을 예시하고 있다. 여기서, 멀티플 동시 협상이란 하나의 제1단말(900)이 둘 이상의 다른 제2, 제3단말(905,910)과 각각 P2P 통신하는 상황을 말한다.

만일 제1단말(900)과 제2단말(905)간의 데이터 송수신이 진행되고 있을 때, 제3단말(910)이 가시 프레임을 전송한다면, 제1단말(900)과 제2단말(905)간의 통신 링크에 간섭이 생기게 된다. 이러한 멀티플 동시 협상 상황에서 제1단말(900)은 제2, 제3단말(905,910)에서의 가시 프레임의 사용 여부에 대해 지정할 수 있다. 이에 따라 제1단말(900)이 도 10a, 도 10b 및 도 11의 'VF info type'을 이용하여 제2, 제3단말(905,910)의 가시 프레임 전송 여부를 선택할 수 있다. 즉, 가시 프레임의 선택적 전송이 가능하다.

이때, 제1단말(900)에서 설정한 'VF info type' 정보는 제2단말(905)에서 적용되는 정보로써 송신 입장의 제1단말(900)에서의 가시 프레임 전송 여부와는 관련이 없다. 이에 따라 제1단말(900)은 가시 프레임을 전송하면서도 제2단말(905)에서는 제1단말(900)에 의해 설정된 'VF info type' 정보에 따라 가시 프레임을 전송하거나 전송하지 않게 된다. 반대로 제1단말(900)이 가시 프레임을 전송하지 않더라도 제2단말(905)에서는 제1단말(900)에 의해 설정된 'VF info type' 정보에 따라 가시 프레임을 전송하거나 전송하지 않게 된다. 이와 같이 제2단말(905)에서는 제1단말(900)에서의 가시 프레임의 전송 여부와 상관없이 'VF info type' 정보에 따라 가시 프레임 전송 여부를 결정할 뿐이므로, 송신 입장의 제1단말(900)에서 가시 프레임을 전송하는지의 여부를 알 필요는 없다.

이러한 선택적 가시 프레임 전송 방법은 시간 슬롯을 이용하여 다중 사용자에게 통신 서비스를 제공하는 경우에 발생하는 상향링크 간섭을 줄이는 것이 가능할 뿐만 아니라 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.

도 10a는 제어헤더 정보를 도시하고 있는데, 제어헤더 정보의 스키마를 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 제1단말(900)과 제2단말(905)간의 데이터 송수신을 보면, 송신기 ID(Transmitter ID)는 데이터를 송신하는 단말의 ID이며, 제1단말(900)이 데이터를 송신하는 경우 송신기 ID 로는 제1단말(900)의 ID가 설정되며, 수신기 ID(Receiver ID)로는 제2단말(905)의 ID가 설정된다. 이와 같이 데이터를 송신하는 입장의 단말이 되면 선택적 가시 프레임 전송 방법을 이용할 수 있다.

이어, 도 10a에서 가시 프레임 길이(frame length)는 가시 프레임 전송을 위한 길이에 해당된다. 만약 도 6과 도 7a에서 사용자별 시간슬롯 단위 자원할당을 고려하면, 도 7a의 프레임(759), 프레임(761)과 같이 프레임 전체를 가시 프레임을 사용하는 것이 아니라 시간 슬롯별 가시 프레임만을 사용해야 한다.

또한 도 10a에서 가시 프레임 패턴(visible frame pattern)은 도 8과 같은 방법과 같이 통신 환경에 따라 변경할 수 있거나, 사전 고정된 가시 프레임 패턴으로 통신할 수 있다. 도 10a에서 VF(Visible Frame) 정보 타입(VF info type)은 1비트로 설정되며, 데이터를 수신하는 단말로 하여금 가시 프레임을 전송하도록 허가할 지의 여부를 나타낸다. 예를 들어, 제2단말(905)이 제1단말(900)로부터 데이터를 수신하는 경우 VF 정보 타입이 1로 설정되면 제2단말(905)은 제1단말(900)로 가시 프레임 전송을 허가하는 것으로 인지하여 제1단말(900)로 데이터를 전송하지 않는 구간에는 가시 프레임을 전송한다. 이와 달리 VF 정보 타입이 1로 설정되면 제2단말(905)은 제1단말(900)로의 가시 프레임 전송이 금지되었음을 인지하여 제1단말(900)로 가시광 전송을 하지 않는다. 도 10a에서는 1비트를 이용한 VF 정보 타입의 경우 데이터를 수신하는 단말의 가시 프레임 전송의 허가 여부를 나타내는 용도로 사용된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

예를 들어, 가시 프레임을 송신기만 사용하는 방법, 수신기만 사용하는 방법, 송수신기가 사용하는 방법, 가시 프레임을 사용하지 않는 방법 등을 나타내기 위해 10, 01, 11, 00 으로 표현되는 2비트를 사용하여 VF 정보 타입을 지정할 수도 있다. 도 10c와 10d는 각각 송수신기 각각 나누어 전송하는 방법을 나타내었다. 도 10c와 10d는 송신단이 하향링크 수신단이 상향링크를 사용하는 도 6(a)에서와 같은 시간 슬롯 구조에서 10c는 하향링크 10d는 상향링크 프레임을 나타내었다. 또한 도 10a와 10b와 같이 상향과 하향이 나누어져 있지 않은 프레임 구조에 적용할 때도 문제없이 적용이 가능하다. 도 10a 내지 도 10d는 가시광 통신시스템에서 비콘 정보 또는 제어정보 또는 MS ID(단말 사용자 ID), 특정적인 사용자에 적용하는 정보에도 사용 가능하다.

도 11은 도 10a의 또 다른 적용을 위한 프레임 구조를 나타내었다. 이러한 프레임은 도 6에 있는 제어 필드(Management payload field)(720)에 있는 구조이다. 도 11도 마찬가지로 도 10a 및 도 10b에서와 같이 프레임 길이, 프레임 패턴, VF 정보 타입 등을 정의하여 가시 프레임이 다양하게 적용되기 위한 방법을 나타내었다. 다만, 도 11의 MS_ID의 지정은 선택적일 수 있다. 예를 들어, 제1단말(900)과 제2단말(905) 서로 간의 통신이 수행되는 상태일 경우에는 상대방을 알 수 있으므로, 도 11의 MS_ID는 불필요할 수 있다. 그러나 제1단말(900)이 제2단말(905)과 통신하다가 제3단말(910)과 통신할 경우에는 각 단말을 구분하기 위해 MS_ID가 필요할 수 있다. 이러한 경우를 고려하여 MS_ID 지정이 이루어질 수 있다. 도 12는 가시 프레임을 전송하기 위한 송신기측 동작을 나타내었다. 도 12에서는 송신기측 동작을 나타내고 있지만, 수신기측 동작은 도 13에서와 같다. 다만, 도 13에서의 수신기에서의 동작은 도 12에서의 송신기측 동작 설명과 유사하므로, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

우선, 수신기가 송신기에 초기 접속을 한 후(1101), 송수신기가 동기 및 송신기는 수신기에 통신을 하기 위한 자원을 할당 후(1103), 송신기는 가시 프레임을 전송하기 위한 전송방법을 결정한다(1105). 이때, 송신기는 전송방법을 결정함에 있어서 송신측이 가시 프레임을 전송할 것인지, 수신측에서 가시 프레임을 전송할 것인지, 송수신측이 모두 가시 프레임을 전송할 것인지, 송수신측이 모두 가시 프레임을 사용하지 않을 것인지를 결정한다. 이러한 과정은 단말 사용자가 결정할 수도 있고 송신기가 가시광 통신 환경(조명, P2P, 인프라 등)에 따라 사전 가시 프레임을 결정할 수도 있다.

그리고나서 가시 프레임을 전송 시 가시 프레임이 가지고 있는 다양한 밝기를 통신 환경에 따라 결정할 것인가 아니면 밝기를 고정하여 쓸 것인가를 결정한다(1107). 만약 다양한 밝기를 사용하지 않을 때 이러한 가시 프레임 밝기 결정 과정은 무시되고 결정된 가시 프레임 전송 방법을 수신측에 전송한다(1109). 이어, 수신기 측에서 가시 프레임 전송 방법을 확인하는 신호를 송신기측에 전송한 후(1111), 송수신기가 가시프레임을 교환한다(1113).

반면, 가시프레임 밝기를 통신 환경에 따라 결정하겠다고 선택한 경우 송신기가 가시 프레임에 대해 통신 환경에 맞는 가시 프레임 밝기를 결정하여 수신기에 전송하고(1115), 수신기는 송신기가 전송한 가시 프레임 전송 방법 및 결정된 가시 프레임 밝기 사용에 대한 확인 신호를 송신기에 전송한다(1117). 이러한 과정 후 송수신기는 가시 프레임을 교환한다(1119). 만약 가시광 통신 환경에서 사용자 증가에 따른 간섭을 줄이기 위해 가시 프레임 밝기를 낮추거나 다른 이유에 따라 가시 프레임 밝기를 변경하여 가시 프레임을 전송할 사유가 있을 때 송신기는 가시 프레임 밝기 변경이 필요한지를 판단한다(1121).

만일 밝기 변경이 필요하다고 판단되면, 송신기 가시프레임 밝기를 변경하고(1125), 송신기 가시 프레임 밝기 변경에 대한 정보를 수신기에 전송한다(1127). 수신기는 송신기에서 전송한 가시 프레임 변경에 대한 정보를 확인한 후 확인 신호를 송신기에 전송하면, 송신기는 수신기 가시 프레임 전송 방법을 확인하고(1129), 송수신기가 변경된 가시 프레임을 교환한다(1131). 만약 가시 프레임 밝기에 대한 변경이 필요 없을 때 송수신기는 기존 가시 프레임 밝기를 이용하여 송수신기 가시 프레임을 교환한다(1123).

이러한 가시 프레임 변경에 대한 정보 및 가시 프레임 밝기 선택에 대한 정보는 도 9와 도 10에 있는 가시 프레임 패턴(visible frame pattern)을 이용한다. 도 9와 도 10은 이러한 가시 프레임 적용에 대한 한 예를 나타내는 프레임구조를 나타내었으며, 제어 정보 등 다양한 전송 프레임이나 신호를 방법을 이용하여 가시 프레임 정보를 교환 가능하다.

한편, 전술한 바에서는 시간 슬롯 방식의 가시광 통신 환경에서 송신기에서 가시 프레임 사용을 허용하는 경우 그 가시 프레임을 허용할 경우에 발생하는 간섭을 줄이기 위해 밝기를 조절하는 방법을 사용함으로써 간섭을 줄이는 경우를 설명하였다.

이하의 설명에서는 도 9에서와 같이 어느 하나의 단말이 다른 단말과 1:1로 통신하는 경우 그 어느 하나의 단말에서 가시 프레임 전송 방식을 결정하고, 그 결정된 가시 프레임 전송 방식에 따라 통신하는 과정을 각각 설명하기로 한다.

도 14는 가시 프레임 전송 방법을 결정하여 제공하는 가시광 통신 장치에서의 동작 흐름도이며, 도 15는 그 결정된 가시 프레임 전송 방법을 수신하여 그에 따른 동작을 수행하는 가시광 통신 장치에서의 동작 흐름도이다.

먼저 도 14를 참조하면, 도 14의 1401단계 내지 1405단계는 도 12의 1101단계 및 1105단계에서의 동작과 동일하며, 가시프레임 전송 방법이 결정되면 1407단계에서 이를 전송하고, 1409단계에서 결정된 가시프레임 전송 방법에 따른 통신을 수행하게 된다. 즉, 송신기에서 가시 프레임 전송을 허용한 경우에는 데이터를 전송하는 않는 구간 동안에는 수신기로부터 가시 프레임을 수신하게 되며, 가시 프레임 전송을 허용하지 않은 경우에는 데이터 전송 여부와 상관없이 가시 프레임을 아예 수신하지 않게 된다.

한편, 이러한 가시프레임 전송 방법을 수신한 수신기에서의 동작을 도 15를 참조하여 살펴보면, 도 15의 1501단계 및 1503단계는 도 13의 1201단계 및 1203단계와 동일하며, 1505단계에서 송신기로부터 가시프레임 전송방법이 수신된 경우 1507단계에서 이를 확인하고, 1509단계에서 그 확인 결과 가시 프레임 사용이 가능한지를 판단한다. 만일 가시 프레임 사용이 가능한 경우 즉, 송신기에 의해 가시 프레임 사용이 허가된 경우 1511단계에서 송신기와 가시 프레임 교환을 하며, 가시 프레임 사용이 허가되지 않은 경우 1513단계에서 가시프레임을 사용하지 않은 상태로 통신을 수행한다.

도 1은 일반적인 가시광 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면,

도 2a 내지 도 2c는 두 개의 광원의 서비스 영역 상태를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 송신기와 수신기간 가시 프레임을 전송하는 방법을 예시한 도면,

도 5는 본 발명에서 이용되는 여러 사용자를 수용하기 위한 버츄얼 타임 슬롯(virtual time slot)을 이용한 가시광 통신시스템을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시 사용되는 프레임을 나타낸 도면,

도 7a는 상기 도 6에서 설명한 프레임구조에 대해 표 1과 표 2를 적용하기 위한 프레임 구조도,

도 7b는 상기 도 7a의 데이터 프레임 구조도,

도 7c는 상기 도 7a의 가시 프레임 구조도,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가시 프레임을 전송하기 위해 가시 프레임 내에 전송되는 가시 프레임 패턴 예시도,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 멀티플 동시 협상을 예시한 도면,

도 10a 내지 도 10d는 본 발명에서 이용되는 프레임 구조도,

도 11은 상기 도 10a의 또 다른 적용을 위한 프레임 구조도,

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가시 프레임을 전송하기 위한 송신기측 동작 흐름도,

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 가시 프레임을 전송하기 위한 수신기측 동작 흐름도,

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가시 프레임을 전송하기 위한 송신기측 동작 흐름도,

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가시 프레임을 전송하기 위한 수신기측 동작 흐름도.

Claims (17)

1. 제1가시광 통신 장치를 제어하기 위한 방법에 있어서,

   제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 전송 허용 여부를 결정하는 과정과,

   상기 제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 전송 허용 여부를 나타내는 비트를 포함하는 가시 프레임을 상기 제2가시광 통신 장치로 전송하는 과정을 포함함하며,

   상기 비트는, '0' 또는 '1'로 설정되며, 상기 비트의 값은 상기 제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 전송을 허용하는 정보 또는 상기 제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 전송을 허용하지 않는 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 제1가시광 통신 장치를 제어하기 위한 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 가시광 통신 장치가 시간 슬롯 단위로 둘 이상의 가시광 통신 장치들과 통신하는 경우 상기 둘 이상의 가시광 통신 장치들에 대한 가시 프레임 출력 방식을 결정하는 과정과,

   상기 둘 이상의 가시광 통신 장치들에 대한 가시 프레임 전송 허용 여부를 결정하는 과정과,

   상기 둘 이상의 가시광 통신 장치들에 대한 상기 가시 프레임 전송 허용 여부를 나타내는 비트를 포함하는 가시 프레임을 시간 슬롯이 할당된 가시광 통신 장치로 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 제1가시광 통신 장치를 제어하기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 가시 프레임 출력 방식은,

   상기 제1가시광 통신 장치만 가시 프레임을 전송하는 방식, 상기 제2 가시광 통신 장치만 가시 프레임을 전송하는 방식, 상기 제1 가시광 통신 장치와 상기 제2 가시광 통신 장치 모두 가시 프레임을 전송하는 방식 및 상기 제1 가시광 통신 장치와 상기 제2 가시광 통신 장치 모두 가시 프레임을 사용하지 않는 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 제1가시광 통신 장치를 제어하기 위한 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 가시 프레임의 비트가 상기 둘 이상의 가시광 통신 장치들에 대한 상기 가시 프레임 전송을 허용하는 정보일 경우 상기 둘 이상의 가시광 통신 장치들의 상기 가시 프레임의 밝기를 조절하는 과정과,

   상기 조절된 밝기에 대한 정보를 상기 가시 프레임과 함께 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 제1가시광 통신 장치를 제어하기 위한 방법.
6. 제2가시광 통신 장치에서 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법에 있어서,

   제1가시광 통신 장치로부터 상기 제2가시광 통신 장치에 대한 가시 프레임 전송 허용 여부를 나타내는 비트를 포함하는 가시 프레임을 수신하는 과정과,

   상기 수신된 가시 프레임의 비트를 확인하는 과정과,

   상기 확인된 가시 프레임의 비트에 따라 상기 가시 프레임의 전송 여부를 결정하는 과정과,

   상기 비트의 값이 상기 제2가시광 통신 장치에 대한 상기 가시 프레임 전송을 허용하는 것을 나타내면 상기 가시 프레임을 전송하는 과정을 포함하며,

   상기 비트는, '0' 또는 '1'로 설정되며, 상기 비트의 값은 상기 제2가시광 통신 장치에 대한 상기 가시 프레임 전송을 허용하는 정보 또는 상기 제2가시광 통신 장치에 대한 상기 가시 프레임 전송을 허용하지 않는 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서, 상기 비트가 상기 제2가시광 통신 장치에서의 상기 가시 프레임 전송을 허용하는 정보인 경우,

   둘 이상의 가시광 통신 장치들에 대한 가시 프레임 밝기 정보가 수신되는지 판단하는 과정과,

   상기 가시 프레임 밝기 정보에 기반하여 상기 가시 프레임의 밝기를 조절함으로써 상기 가시 프레임을 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법.
9. 가시 프레임을 전송하기 위한 가시광 통신 장치에 있어서,

   가시광 신호의 송수신을 위한 가시광 송수신부와,

   상기 가시광 통신 장치가 송신측으로 동작 시, 상대방 가시광 통신 장치에 대한 상기 가시 프레임 전송 허용 여부를 결정하고, 상기 상대방 가시광 통신 장치에 대한 상기 가시 프레임 전송 허용 여부를 나타내는 비트를 포함하는 가시 프레임을 상기 가시광 송수신부를 통해 상기 상대방 가시광 통신 장치로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하며,

   상기 비트는, '0' 또는 '1'로 설정되며, 상기 비트의 값은 상기 상대방 가시광 통신 장치에 대한 상기 가시 프레임 전송을 허용하는 정보 또는 상기 상대방 가시광 통신 장치에 대한 상기 가시 프레임 전송을 허용하지 않는 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.
10. 삭제
11. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,

    상기 가시광 통신 장치가 시간 슬롯 단위로 둘 이상의 상대방 가시광 통신 장치들과 통신하는 경우 상기 둘 이상의 상대방 가시광 통신 장치들에 대한 가시 프레임 출력 방식을 결정하고, 상기 둘 이상의 상대방 가시광 통신 장치들에 대한 가시 프레임 전송 허용 여부를 결정하고, 상기 둘 이상의 상대방 가시광 통신 장치들에 대한 상기 가시 프레임 전송 허용 여부를 나타내는 비트를 시간 슬롯이 할당된 가시광 통신 장치로 전송하도록 제어함을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 가시 프레임 출력 방식은,

    상기 가시광 통신 장치만 가시 프레임을 전송하는 방식, 상기 상대방 가시광 통신 장치만 가시 프레임을 전송하는 방식, 상기 가시광 통신 장치와 상기 상대방 가시광 통신 장치 모두 가시 프레임을 전송하는 방식 및 상기 가시광 통신 장치와 상기 상대방 가시광 통신 장치 모두 가시 프레임을 사용하지 않는 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,

    상기 비트의 값이 상기 둘 이상의 상대방 가시광 통신 장치들에 대한 상기 가시 프레임 전송을 허용하는 정보일 경우, 상기 둘 이상의 상대방 가시광 통신 장치들에 대한 상기 가시 프레임의 밝기를 조절하고, 상기 조절된 밝기에 대한 정보를 전송하도록 제어함을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 제1가시광 통신 장치는,

    광원 및 이동 단말기를 포함하는 디바이스 중 하나인 것을 특징으로 하는 제1가시광 통신 장치를 제어하기 위한 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 제1가시광 통신 장치 및 상기 제2가시광 통신 장치는,

    상기 장치들이 데이터 프레임들을 보내지 않는 경우에 가시 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 제1가시광 통신 장치를 제어하기 위한 방법.
16. 제6항에 있어서, 상기 제1가시광 통신 장치 및 상기 제2가시광 통신 장치는,

    상기 장치들이 데이터 프레임들을 보내지 않는 경우에 가시 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 가시 프레임 출력을 결정하기 위한 방법.
17. 제9항에 있어서, 상기 가시광 통신 장치 및 상기 상대방 가시광 통신 장치는,

    상기 장치들이 데이터 프레임들을 보내지 않는 경우에 가시 프레임을 전송하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.

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