KR102393233B1 - Visible light communication device and method for detecting malicious interferers - Google Patents

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Abstract

The present invention is to provide a visible light notification device and method for detecting a malicious interferer. The visible light notification device according to the present invention comprises: a light source management unit which transmits data by controlling a lighting lamp for visible light communication; a receiving unit which receives a signal fed back from a terminal having received data from the lighting lamp; and a control unit which determines whether a malicious interferer exists based on the feedback signal.

Description

가시광 통신 장치 및 악의적 간섭자 검출 방법{VISIBLE LIGHT COMMUNICATION DEVICE AND METHOD FOR DETECTING MALICIOUS INTERFERERS}VISIBLE LIGHT COMMUNICATION DEVICE AND METHOD FOR DETECTING MALICIOUS INTERFERERS

본 발명은 가시광 통신 장치 및 악의적 간섭자 검출 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 가시광 통신 네트워크 상의 악의적 간섭자를 검출하고 악의적 간섭자의 간섭을 완화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것입니다. The present invention relates to a visible light communication device and a method for detecting a malicious interferer, and more particularly, to an apparatus and method for detecting a malicious interferer on a visible light communication network and mitigating the interference of the malicious interferer.

가시광 무선통신은 백열전구와 형광등과 같은 조명이 디지털 반도체에 의한 Light Emitting Diode (LED) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 LED의 빠른 깜박임을 이용한 모듈레이션 기술을 적용하여 통신하는 기술이다. 즉, 가시광 통신은 반도체가 조명으로도 사용하기 시작하면서 조명 빛을 통신 광원으로 사용할 수 있는 기술로써의 조명과 통신의 융합된 실체라고 할 수 있다. 현재 IEEE 802.15 VLC, TTA 가시광통신 서비스 실무반 등 표준을 추진하고 있고, LED 조명 인프라를 활용하여 광 ID, 광센서, 초정밀 실내 측위, 위치 방송 등의 신규 통신 서비스를 제공할 수 있다.Visible light wireless communication is a communication technology by applying modulation technology using fast blinking of LEDs using infrastructure in which lighting such as incandescent bulbs and fluorescent lamps is replaced with Light Emitting Diode (LED) lighting by digital semiconductors. That is, visible light communication is a technology that can use illumination light as a communication light source as semiconductors begin to use it as lighting, and it can be said that it is a fusion of lighting and communication. Currently, standards such as IEEE 802.15 VLC and TTA visible light communication service working group are being promoted, and new communication services such as optical ID, optical sensor, ultra-precision indoor positioning, and location broadcasting can be provided by utilizing LED lighting infrastructure.

가시광 무선 통신은 400nm(750THz)에서 700nm(400THz)에 이르는 가시광 대역에서 통신이 이루어지고 가시광 무선 통신과 유사한 통신으로 IrDA(적외선 통신) 이 있으나 가시광 통신의 경우 조명과 동시에 통신을 할 수 있다는 특징을 갖고 있다.Visible light wireless communication communicates in the visible light band from 400nm (750THz) to 700nm (400THz), and there is IrDA (infrared communication) as a communication similar to visible light wireless communication. have it

가시광 통신은 크게 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 첫째, LED는 통신 뿐만 아니라 조명 기능으로써의 역할도 중요하므로, 가시성(Visibility)이라는 특징이 있다. 둘째, 가시광 통신은 빛이 도달하는 거리까지 통신이 가능하고 이에 따라 RF 통신과 달리 통신의 보안이 이루어질 수 있으므로, 보안성 (Security)이라는 특징이 있다. 셋째, 눈보호(eye safety)를 고려한 조건 하에서 빛은 인체에 무해하므로, 무해성(Health)이라는 특징이 있다.Visible light communication has the following characteristics. First, since the LED plays an important role as a lighting function as well as communication, it has a characteristic of visibility. Second, since visible light communication can communicate up to the distance that light reaches, and thus, unlike RF communication, communication security can be achieved, so it has a feature of security. Third, since light is harmless to the human body under conditions in consideration of eye safety, it has the characteristic of being healthy.

무선 가시광 통신대역에서 변복조가 이루어질 때 사용되는 광원(LED & Photodetector)으로는 낮은 전력소비량과 긴 수명을 지닌 LED가 각광 받고 있다. LED 광원의 장점으로 낮은 전력 소비량과 긴 수명을 들 수 있다. 백열전구는 전력의 10%만을 빛으로 전환시키지만, LED 는 90%를 빛으로 변환시켜 전력 소모가 현저히 낮다. 또한 기존 전구의 수명이 최대 4,000 시간인데 반해, LED 의 수명은 10 만시간 정도로 긴 수명을 갖는다.As a light source (LED & Photodetector) used for modulation/demodulation in the wireless visible light communication band, LEDs with low power consumption and long lifespan are in the spotlight. Advantages of LED light sources include low power consumption and long lifespan. Incandescent bulbs convert only 10% of power into light, whereas LEDs convert 90% of power into light, so power consumption is significantly lower. In addition, while the lifespan of conventional light bulbs is up to 4,000 hours, the lifespan of LEDs is as long as 100,000 hours.

도 1은 발광다이오드를 이용한 가시광 통신의 통신 개념을 설명하기 위한 것이다. 가시광 통신의 송신부(100)는 LED에 입력되는 전기적 신호를 빛으로 변조시켜주어 빛의 세기 변조(Intensity modulation)된 신호를 광원을 통해 전송하고 수신부(110)는 수신된 광 신호를 광다이오드(photodiode)에 직접 전류 크기의 변화로써 검출(direct detection)한다. 이러한 전송 방식을 세기변조/직접검파(IM/DD : Intensity modulation/direct detection) 방식이라고 한다.1 is for explaining the communication concept of visible light communication using a light emitting diode. The transmitting unit 100 of the visible light communication modulates an electrical signal input to the LED into light to transmit the intensity-modulated signal through the light source, and the receiving unit 110 transmits the received optical signal to a photodiode. ) as a change in the current magnitude directly to detect (direct detection). This transmission method is called an intensity modulation/direct detection (IM/DD) method.

도 1의 가시광 통신의 송신부와 수신부에 사용된 대표적인 변복조 기법은 크게 기저대역에서 변조가 이루어지는 기저대역 변조 기법(Baseband modulation) 과 부반송파(Subcarrier)를 이용하여 전송하는 서브캐리어 변조(Subcarrier modulation) 기법으로 분류할 수 있다. 대표적인 기저대역 변조 기법에는 라인 코딩과 펄스의 특성 예컨대, 위치, 넓이, 간격을 이용하는 펄스 변조 기법이 있고, 부반송파에 정보를 실어 보내는 변조 기법으로 일반적인 M-ary PSK/PAM/QAM 변조 기법 등을 살펴볼 수 있다. 현재 가시광 통신에서 고려되고 있는 변조 기법으로는 적외선 통신에서도 이미 사용되고 있는 온-오프 키잉(On-off keying: 이하, OOK) 변조 기법과 펄스 위치 변조(PPM : Pulse Position Modulation) 가 있다.The representative modulation/demodulation techniques used in the transmitter and receiver of visible light communication in FIG. 1 are largely a baseband modulation method in which modulation is performed in a baseband and a subcarrier modulation method in which a subcarrier is used to transmit. can be classified. Representative baseband modulation techniques include line coding and pulse modulation using pulse characteristics such as position, width, and interval. can Modulation techniques currently being considered in visible light communication include an on-off keying (hereinafter referred to as OOK) modulation technique and Pulse Position Modulation (PPM), which are already used in infrared communication.

도 2는 가시광 통신에 사용되는 변조기법을 보여주고 있다. 도 2(a)는 OOK변조 기법을 예시하고 있는 데. 진폭 변조 기법의 기본적인 형태라고 할 수 있다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 이진 정보에 따라 전기적인 신호를 온/오프시킴으로써 데이터를 전송하는 방식이다. OOK 변조 기법은 다른 변조 기법에 비해 구현이 비교적 단순하고 주파수 효율성이 높기 때문에 높은 잡음 면역성이 요구되지 않는 경우에 사용되고, 전기적인 신호를 오프시켰을 경우 송신 전력을 절감할 수 있기 때문에 휴대용 어플리케이션에서 많이 고려되는 방식이다.2 shows a modulation technique used for visible light communication. 2(a) illustrates an OOK modulation technique. It can be said to be the basic form of the amplitude modulation technique. As shown in Fig. 2(a), it is a method of transmitting data by turning an electrical signal on/off according to binary information. OOK modulation technique is used when high noise immunity is not required because of its relatively simple implementation and high frequency efficiency compared to other modulation techniques. way to be

도 2(b)는 펄스 위치 변조(Pulse Position Modulation, 이하 PPM)방식을 예시하고 있는데, 그 중에서도 4-PPM을 예시하고 있다. PPM은 이진 정보에 따라 펄스의 위치를 변화시켜 전송하는 방식으로 에너지 효율성이 뛰어나 적외선 통신의 표준 변복조 방식으로도 이용되고 있다.FIG. 2(b) illustrates a pulse position modulation (PPM) method, and among them, 4-PPM is illustrated. PPM is a method of transmitting a pulse by changing the position of a pulse according to binary information. It has excellent energy efficiency and is used as a standard modulation/demodulation method for infrared communication.

도 2(c)는 인버터 펄스 위치 변조(이하, Inverted 4-PPM)를 보이고 있다. 이는 M-ary 펄스 위치 변조 기법의 펄스를 반전시켜 광출력을 높여 조명기능을 향상시키는 방법으로 제안되었다. OOK 변조 기법의 첨두값은 4-PPM의 첨두값의 절반으로 줄어들어 비트 오류율 성능이 저하되고, 또한 광출력 또한 절반으로 줄어드는 단점이 있다. Inverted 4-PPM 방법을 사용할시, 4-PPM과 비교할 때 첨두값을 A로 동일하게 가정하였을 경우 평균 광출력을 기존의 A/4에서 3A/4로 3배 향상시킬 수 있는 장점이 있다.2(c) shows inverter pulse position modulation (hereinafter, Inverted 4-PPM). This was proposed as a method to improve the lighting function by inverting the pulse of the M-ary pulse position modulation technique to increase the light output. The peak value of the OOK modulation technique is reduced to half of the peak value of 4-PPM, so bit error rate performance is degraded, and optical output is also reduced by half. When using the inverted 4-PPM method, compared with 4-PPM, if the peak value is assumed to be the same, there is an advantage that the average light output can be improved 3 times from A/4 to 3A/4.

한편, 가시광통신은 RF 무선통신과 달리 인체에 무해하고 규제되지 않는 스펙트럼 자원, 높은 데이터 전송률, 낮은 전력 소모로 인한 높은 에너지 효율성 등 여러 이점을 가지만 성능 저하를 유발하는 채널의 간섭에 취약하다.On the other hand, unlike RF wireless communication, visible light communication has several advantages, such as harmless to the human body, unregulated spectrum resources, high data rate, and high energy efficiency due to low power consumption, but is vulnerable to channel interference that causes performance degradation.

가시광통신 시스템의 구성요소인 광탐지기는 동일한 주파수를 사용하여 데이터를 전송하는 인근의 송신기에 유발하는 동일 채널 간섭을 받을 수 있다.A light detector, a component of a visible light communication system, may receive co-channel interference caused by a nearby transmitter that transmits data using the same frequency.

가시광통신 시스템에서 동일 채널 간섭을 줄이기 위해 다양한 접근법이 연구되고 있다. 색상 편이 변조를 적용하여 동일 채널 간섭을 줄이고 심볼당 비트율을 증가시킬 수 있다. 가시광통신 시스템에 직교 주파수 분할 다중화 기술을 활용하여 동일 채널 간섭을 제거할 수 있다. 제로 포싱 이퀄라이저(Zero Forcing Equalizer)를 추가하여 간섭을 완화할 수 있다. 가시광통신 시스템의 광탐지기(수신기)를 각도 다양성 수신기(Angular Diversity Receiver, ADR)로 대체하여 동일 채널 간섭을 줄일 수 있다.Various approaches are being studied to reduce co-channel interference in a visible light communication system. Color shift modulation can be applied to reduce co-channel interference and increase the bit rate per symbol. Co-channel interference can be eliminated by using orthogonal frequency division multiplexing technology in a visible light communication system. Interference can be mitigated by adding a Zero Forcing Equalizer. Co-channel interference can be reduced by replacing the optical detector (receiver) of the visible light communication system with an Angular Diversity Receiver (ADR).

이와 같이 동일 채널 간섭을 줄이기 위해 다양한 접근법이 연구되었으나 의도적으로 통신 성능 저하를 유발할 수 있는 악의적 간섭이 존재하는 실제 환경을 고려한 접근법은 존재하지 않는다.Various approaches have been studied to reduce co-channel interference as described above, but there is no approach considering the actual environment in which malicious interference that may intentionally cause degradation of communication performance exists.

[선행문헌] [Prior literature]

[비특허 문헌] [Non-patent literature]

선행문헌 1 :T. V. Pham, H. Le-Minh, and A. T. Pham, "Multi-user visible light communication broadcast channels with zero-forcing precoding," IEEE Trans. Commun., vol. 65, no. 6, pp. 2509-2521, June 2017Prior Document 1: TV Pham, H. Le-Minh, and AT Pham, "Multi-user visible light communication broadcast channels with zero-forcing precoding," IEEE Trans. Commun. , vol. 65, no. 6, pp. 2509-2521, June 2017

선행문헌 2: H. B. Eldeeb et al., "Co-channel interference cancellation using constraint field of view ADR in VLC channel," 2017 IEEE Photonics Conf. (IPC) Part II, Orlando, FL, USA, pp. 1-2, Oct. 2017.Prior Document 2: HB Eldeeb et al., “Co-channel interference cancellation using constraint field of view ADR in VLC channel,” 2017 IEEE Photonics Conf. (IPC) Part II , Orlando, FL, USA, pp. 1-2, Oct. 2017.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 악의적 간섭자를 감지하는 가시광 통지 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a visible light notification apparatus and method for detecting a malicious interferer.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 장치는, 가시광 통신을 위해 조명램프를 제어하여 데이터를 전송하는 광원 관리부; 상기 조명램프로부터 데이터를 수신받은 단말로부터 피드백되는 신호를 수신하는 수신부; 및 피드백되는 신호에 기초하여 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A visible light communication device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the light source management unit for transmitting data by controlling an illumination lamp for visible light communication; a receiver for receiving a signal fed back from a terminal receiving data from the lighting lamp; and a control unit that determines whether a malicious interferer exists based on the feedback signal.

일 실시예에서, 가시광 통신 장치는, 상기 피드백되는 신호는 상기 단말이 수신받은 데이터의 에러 체크 결과이고, 상기 제어부는 상기 에러 체크 결과 에러가 미리 설정된 제1 임계값 이상이면 악의적인 간섭자가 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, in the visible light communication device, the fed back signal is an error check result of data received by the terminal, and the controller determines that a malicious interferer exists if the error check result error is greater than or equal to a preset first threshold value characterized by judging.

일 실시예에서, 상기 제어부는 악의적 간섭자가 존재한다고 판단되는 경우, 통신 채널을 변경하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, when it is determined that a malicious interferer exists, the controller changes the communication channel.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 지능형 간섭자가 존재한다고 판단되는 경우, 미리 저장된 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘과 가시광통신 네트워크 알고리즘을 반복적으로 수행하여 가시광통신의 전송 효율성을 최대로 하는 전송 전력 및 서브 채널을 추정하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, when it is determined that the intelligent interferer exists, the control unit repeatedly performs a pre-stored interferer utility maximization algorithm and a visible light communication network algorithm to maximize transmission efficiency of visible light communication and transmit power and sub-channels. It is characterized by estimating.

일 실시예에서, 상기 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘은 미리 설정된 간섭자 배터리 에너지에 기초하여 가시광 통신 네트워크의 SINR을 최대로 감소시키는 간섭 전력을 찾는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the interferer utility maximization algorithm is characterized in that it finds the interference power that maximizes the SINR reduction of the visible light communication network based on a preset interferer battery energy.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른, 가시광 통신을 위해 조명램프를 제어하는 가시광 통신 장치의 악의적 간섭자 검출 방법으로서, 상기 조명램프로부터 데이터를 수신받은 단말로부터 피드백되는 신호를 수신하는 단계; 및 상기 피드백되는 신호에 기초하여 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a method for detecting a malicious interferer of a visible light communication device for controlling an illumination lamp for visible light communication, wherein a signal fed back from a terminal receiving data from the illumination lamp is provided. receiving; and determining whether a malicious interferer exists based on the fed back signal.

일 실시예에서, 상기 피드백되는 신호는 상기 단말이 수신받은 데이터의 에러 체크 결과이다. In an embodiment, the fed back signal is an error check result of data received by the terminal.

일 실시예에서, 상기 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 단계는 상기 에러 체크 결과 에러가 미리 설정된 제1 임계값 이상이면 악의적인 간섭자가 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the determining of the presence of the malicious interferer may include determining that the malicious interferer exists when the error is greater than or equal to a preset first threshold as a result of the error check.

일 실시예에서, 상기 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 단계는 상기 악의적 간섭자의 존재여부를 판단 결과에 따라 활성화 채널을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the determining of the presence of the malicious interferer may further include changing an activation channel according to a result of determining whether the malicious interferer exists.

일 실시예에서, 상기 통신 채널을 변경하는 단계는 상기 지능형 간섭자가 존재한다고 판단되는 경우, 미리 저장된 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘과 가시광통신 네트워크 알고리즘을 반복적으로 수행하여 가시광통신의 전송 효율성을 최대로 하는 전송 전력 및 서브 채널을 추정하여, 추정된 서브 채널로 통신 채널을 변경하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, when it is determined that the intelligent interferer exists, in the step of changing the communication channel, a previously stored interferer utility maximization algorithm and a visible light communication network algorithm are repeatedly performed to maximize transmission efficiency of visible light communication. It is characterized in that the communication channel is changed to the estimated sub-channel by estimating the power and the sub-channel.

본 발명의 일 실시예에 따르면 악의적 간섭자를 용이하게 검출하여 간섭을 완화할 수 있다는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, there is an effect that the interference can be mitigated by easily detecting a malicious interferer.

또한, 가시광통신 시스템에서의 게임 이론을 적용하여 가시광통신 네트워크 성능을 개선시키고, 최적의 자원할당을 이용하여 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect of improving the performance of the visible light communication network by applying game theory in the visible light communication system, and using the optimal resource allocation to efficiently use power.

도 1은 일반적인 가시광 통신의 송수신부 도면이다.
도 2는 일반적인 가시광 통신에 적용되는 변조기법이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 악의적 간섭자를 가지는 가시광통신 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 장치의 구성을 블록으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 장치의 악의적 간섭자 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 가시광 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7 본 발명의 일 실시예에 따른 게임 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 게임 알고리즘의 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
1 is a diagram of a transceiver of general visible light communication.
2 is a modulation technique applied to general visible light communication.
3 is a view for explaining the configuration of a visible light communication system having a malicious interferer according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating the configuration of a visible light communication device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method for detecting a malicious interferer in a visible light communication device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of an indoor visible light system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a game algorithm according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph for comparing the performance of a game algorithm according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same components in the drawings are denoted by the same reference numbers and reference numerals as much as possible even though they are indicated in different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 악의적 간섭자를 가지는 가시광통신 시스템의 구성을 설명하는 도면이다. 3 is a view for explaining the configuration of a visible light communication system having a malicious interferer according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 가시광통신 시스템은 하나 이상의 조명 램프(20), 그 조명 램프들(20)을 제어하여 데이터를 전송하는 가시광 통신 장치(200) 및 가시광 통신을 수행하는 하나 이상의 가시광 수신단말(300)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 3 , the visible light communication system includes one or more lighting lamps 20 , a visible light communication device 200 for controlling the lighting lamps 20 to transmit data, and one or more visible light reception for performing visible light communication. It is configured to include the terminal 300 .

그 중에서도 조명 램프(20)는 일반적인 조명 역할과 동시에 신호를 송신하는 송신 장치로 사용된다. LED 또는 LD 등을 예로 들 수 있다.Among them, the lighting lamp 20 serves as a general lighting function and is used as a transmitter for transmitting a signal at the same time. LED or LD, etc. are exemplified.

본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신 장치(200)는 조명 램프(20)와 연결되어 그 조명 램프를 관리하는 역할을 한다. 이러한 가시광 통신 장치(200)로는 가시광 통신용 엑세스포인트(AP:Access Point)를 예로 들 수 있다. 이러한 가시광 통신 장치(200)는 조명 램프(20)를 제어하여 조명 램프(20)의 조사 범위 내에 위치하는 가시광 수신단말(300)에게 가시광을 이용하여 데이터 서비스를 제공한다. The visible light communication device 200 according to an embodiment of the present invention is connected to the lighting lamp 20 and serves to manage the lighting lamp. As the visible light communication device 200 , an access point (AP) for visible light communication may be exemplified. The visible light communication device 200 controls the illumination lamp 20 to provide a data service using visible light to the visible light receiving terminal 300 located within the irradiation range of the illumination lamp 20 .

가시광 수신단말(300)은 조명 램프(20)로부터 가시광 형태로 데이터를 수신하는 단말이다. 가시광 수신단말(300)은 IOT 단말기를 포함할 수 있다. The visible light receiving terminal 300 is a terminal for receiving data in the form of visible light from the lighting lamp 20 . The visible light receiving terminal 300 may include an IOT terminal.

일 실시예에서, 가시광 수신단말(300)은 수신된 데이터의 에러를 체크하여 가시광 통신 장치(200)에 피드백한다. In an embodiment, the visible light receiving terminal 300 checks the error of the received data and feeds it back to the visible light communication device 200 .

가시광 통신 장치(200)는 가시광 수신단말(300)의 피드백에 기초하여, 악의적인 간섭자의 존재여부를 판단한다. The visible light communication device 200 determines the presence of a malicious interferer based on the feedback of the visible light receiving terminal 300 .

가시광 통신 장치(200)는 판단결과 간섭자(X)가 존재한다고 판단되면, 조명 램프(20)의 가시광 채널을 변경할 수 있다. When it is determined that the interferer X exists as a result of the determination, the visible light communication apparatus 200 may change the visible light channel of the lighting lamp 20 .

가시광 통신 장치(200)는 게임이론이 적용된 알고리즘을 이용하여, 간섭자 판단 및 가시광통신 네트워크 성능을 개선시키고, 최적의 자원할당을 이용하여 전력을 효율적으로 사용할 수 있다. The visible light communication device 200 may use an algorithm to which game theory is applied, improve interferer determination and visible light communication network performance, and efficiently use power by using optimal resource allocation.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 장치의 구성을 블록으로 나타낸 도면이다. 4 is a block diagram illustrating the configuration of a visible light communication device according to an embodiment of the present invention.

가시광 통신 장치(200)는 광원 관리부(210), 수신부(220) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다. The visible light communication device 200 may include a light source manager 210 , a receiver 220 , and a controller 230 .

광원 관리부(210)는 조명 램프(20)를 관리한다. The light source management unit 210 manages the lighting lamp 20 .

일 실시예에서, 광원 제어부(210)는 전송할 데이터를 조명 램프(20)에 전송하여, 조명 램프(20)를 통해 신호를 전송하게 된다. In an embodiment, the light source controller 210 transmits data to be transmitted to the lighting lamp 20 to transmit a signal through the lighting lamp 20 .

수신기(220)는 포토 다이오드(221)를 포함할 수 있다. 포토 다이오드(221)는 포토 채널 외부로부터 가시광 신호가 입력되면 전기적인 신호로 변환한다. 수신기(220)는 포토 다이오드(221)를 통해 전기적 신호로 바뀐 신호로부터 데이터를 복원하고, 복원된 데이터를 통해 원래 전송신된 신호로 복원할 수 있다. The receiver 220 may include a photodiode 221 . The photodiode 221 converts an electrical signal when a visible light signal is input from outside the photo channel. The receiver 220 may restore data from a signal converted into an electrical signal through the photodiode 221 , and may restore an original transmitted signal through the restored data.

제어부(230)는 수신부(220)를 통해 수신된 신호에 기초하여, 악의적 간섭자의 존재 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 통신 채널을 유지 또는 변경한다. The control unit 230 determines whether a malicious interferer exists based on the signal received through the reception unit 220, and maintains or changes the communication channel according to the determination result.

즉, 제어부(230)는 가시광 수신단말(300)에 의해 송신된 신호에 기초하여, 악의적 간섭자의 존재 여부를 판단할 수 있다. That is, the control unit 230 may determine whether there is a malicious interferer based on the signal transmitted by the visible light receiving terminal 300 .

일 실시예에서, 제어부(230)는 간섭자 판단 및 가시광통신 네트워크 성능을 개선시키고, 최적의 자원할당을 이용하여 전력을 효율적으로 사용하기 위하여 미리 저장된 게임이론이 적용된 알고리즘을 이용할 수 있다. In an embodiment, the control unit 230 may use an algorithm to which a game theory stored in advance is applied to improve interferer determination and visible light communication network performance, and to efficiently use power using optimal resource allocation.

이러한 제어부(230)의 동작은 하기 도 5에서 구체적으로 설명하기로 한다.The operation of the control unit 230 will be described in detail with reference to FIG. 5 below.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 장치의 악의적 간섭자 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a method for detecting a malicious interferer in a visible light communication device according to an embodiment of the present invention.

단계 S110에서 가시광 통신 장치는 조명램프로부터 데이터를 수신받은 단말로부터 피드백되는 신호를 수신한다. In step S110, the visible light communication device receives a signal fed back from the terminal receiving data from the lighting lamp.

단계 S120에서 가시광 통신 장치는 상기 단말로부터 수신받은 피드백되는 신호에 기초하여 악의적 간섭자의 존재여부를 판단한다. In step S120, the visible light communication device determines whether a malicious interferer exists based on the feedback signal received from the terminal.

여기서, 상기 피드백되는 신호는 상기 단말이 수신받은 데이터의 에러 체크 결과이다. 즉, 단말은 조명램프로부터 데이터를 포함한 가시광을 수신하고, 복조하여 데이터를 복원하고, 복원된 데이터로부터 에러를 체크한다. 단말은 에러 체크 결과를 상기 가시광 통신 장치에 피드백한다. 이때도 가시광 통신을 사용할 수 있으며, 이를 위하여 단말은 광원을 가시광 통신 장치는 포토 다이오드를 포함하여야 한다. Here, the fed back signal is an error check result of data received by the terminal. That is, the terminal receives the visible light including data from the lighting lamp, restores the data by demodulation, and checks the error from the restored data. The terminal feeds back an error check result to the visible light communication device. In this case, visible light communication can also be used, and for this, the terminal must include a light source and the visible light communication device must include a photodiode.

단계 S120에서, 가시광 통신장치는 상기 에러 체크 결과 에러가 미리 설정된 제1 임계값 이상이면 악의적인 간섭자가 존재한다고 판단할 수 있다. In step S120 , the visible light communication device may determine that a malicious interferer exists if the error is greater than or equal to a preset first threshold as a result of the error check.

또한, 가시광 통신장치는 상기 악의적 간섭자의 존재여부를 판단 결과에 따라 통신 채널을 변경할 수 있다. 즉, 악의적 간섭자가 존재한다고 판단되면 현재 통신중인 채널을 변경할 수 있다. Also, the visible light communication device may change the communication channel according to a result of determining whether the malicious interferer exists. That is, if it is determined that a malicious interferer exists, the current communication channel may be changed.

가시광 통신 장치는 상기 통신 채널을 변경 시, 후술되는 미리 저장된 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘과 가시광통신 네트워크 알고리즘을 반복적으로 수행하여 가시광통신의 전송 효율성을 최대로 하는 전송 전력 및 서브 채널을 추정할 수 있다. 가시광 통신 장치는 추정된 서브 채널로 통신 채널을 변경함으로써, 간섭자의 간섭을 벗어나거나 영향을 완화시킬 수 있다. When the visible light communication device changes the communication channel, it is possible to estimate the transmission power and sub-channel maximizing the transmission efficiency of the visible light communication by repeatedly performing the previously stored interferer utility maximization algorithm and the visible light communication network algorithm to be described later. The visible light communication device may escape the interference of the interferer or mitigate the influence by changing the communication channel to the estimated sub-channel.

상기 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘은 미리 설정된 간섭자 배터리 에너지에 기초하여 가시광 통신 네트워크의 SINR을 최대로 감소시키는 간섭 전력을 찾는다. The interferer utility maximization algorithm finds an interference power that maximizes the SINR reduction of the visible light communication network based on a preset interferer battery energy.

유틸리티 최대화 알고리즘과 가시광통신 네트워크 알고리즘을 포함하는 게임 알고리즘에 대하여는 도 6 및 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. A game algorithm including a utility maximization algorithm and a visible light communication network algorithm will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7 .

게임 알고리즘을 설명하기에 앞서, 게임 알고리즘에 필요한 factor에 대하여 살펴본다. Before explaining the game algorithm, let's look at the factors required for the game algorithm.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 가시광 시스템의 일 예를 도시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating an example of an indoor visible light system according to an embodiment of the present invention.

도 6를 참조하면, 조명 램프(20)와 가시광 수신단말(300)의 수평거리(230), 조명 램프(20)와 가시광 수신단말(300)의 수직거리(h), 조명 램프의 가시광 방사 각도(ψ), 가시광 입사각도(φ)를 나타낸다. Referring to FIG. 6 , the horizontal distance 230 between the lighting lamp 20 and the visible light receiving terminal 300 , the vertical distance h between the lighting lamp 20 and the visible light receiving terminal 300 , and the visible light emission angle of the lighting lamp (ψ), the visible light incident angle (ϕ).

도 2를 참조하면, LoS 및 반사 성분을 포함하는 실내 가시광통신 채널 이득을 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the gain of an indoor visible light communication channel including a LoS and a reflection component may be expressed as [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020131730573-pat00001
Figure 112020131730573-pat00001

여기서,

Figure 112020131730573-pat00002
는 램버시안(Lambertian) 지표로 절반 강도 각도(half-intensity angle)
Figure 112020131730573-pat00003
로 표현되고,
Figure 112020131730573-pat00004
는 포토다이오드(photo-diode, PD)의 물리적 면적,
Figure 112020131730573-pat00005
수신기 시야(Field of View, FoV)의 절반 각도,
Figure 112020131730573-pat00006
는 광필터의 이득,
Figure 112020131730573-pat00007
는 concentrator 이득을 의미한다.here,
Figure 112020131730573-pat00002
is a Lambertian index and is the half-intensity angle.
Figure 112020131730573-pat00003
is expressed as
Figure 112020131730573-pat00004
is the physical area of the photodiode (PD),
Figure 112020131730573-pat00005
Half angle of receiver Field of View (FoV),
Figure 112020131730573-pat00006
is the gain of the optical filter,
Figure 112020131730573-pat00007
is the concentrator gain.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020131730573-pat00008
Figure 112020131730573-pat00008

도 6 참조하면, 가시광통신 액세스 포인트로부터 사용자 k의 신호 대 간섭 및 잡읍비(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio, SINR)는 [수학식 3]과 같이 정의할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) of user k from the visible light communication access point may be defined as in [Equation 3].

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020131730573-pat00009
Figure 112020131730573-pat00009

여기서,

Figure 112020131730573-pat00010
는 척도 함수로
Figure 112020131730573-pat00011
는 채널 n이 사용자 k에 할당된 것을 의미하고,
Figure 112020131730573-pat00012
는 광학적 특성을 전기적 특성으로 전환하는 계수,
Figure 112020131730573-pat00013
는 가시광통신 액세스 포인트에서 사용자 k에 대한 평균 송신전력,
Figure 112020131730573-pat00014
는 잡음 전력,
Figure 112020131730573-pat00015
는 간섭자로부터의 간섭 전력,
Figure 112020131730573-pat00016
는 간섭자에서 사용자 k까지의 채널 이득으로 [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.here,
Figure 112020131730573-pat00010
is a scale function
Figure 112020131730573-pat00011
means that channel n is assigned to user k,
Figure 112020131730573-pat00012
is the coefficient that converts optical properties into electrical properties,
Figure 112020131730573-pat00013
is the average transmit power for user k in the visible light communication access point,
Figure 112020131730573-pat00014
is the noise power,
Figure 112020131730573-pat00015
is the interference power from the interferer,
Figure 112020131730573-pat00016
can be defined as [Equation 4] as the channel gain from the interferer to the user k.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112020131730573-pat00017
Figure 112020131730573-pat00017

여기서,

Figure 112020131730573-pat00018
는 간섭자와 사용자 사이의 수평거리,
Figure 112020131730573-pat00019
는 간섭자의 높이,
Figure 112020131730573-pat00020
는 방사 각도,
Figure 112020131730573-pat00021
는 입사 각도이다.here,
Figure 112020131730573-pat00018
is the horizontal distance between the interferer and the user,
Figure 112020131730573-pat00019
is the height of the interferer,
Figure 112020131730573-pat00020
is the radiation angle,
Figure 112020131730573-pat00021
is the angle of incidence.

도 1를 참조하면, 악의적 간섭자가 가시광통신 네트워크를 간섭하기 위해 사용하는 전력

Figure 112020131730573-pat00022
와 가시광통신 네트워크가 동작하기 위해 사용하는 전력
Figure 112020131730573-pat00023
는 [수학식 5], [수학식 6]으로 각각 표현할 수 있다.Referring to FIG. 1 , power used by a malicious interferer to interfere with a visible light communication network
Figure 112020131730573-pat00022
and the power used by visible light communication networks to operate
Figure 112020131730573-pat00023
can be expressed by [Equation 5] and [Equation 6], respectively.

[수학식 5] [Equation 5]

Figure 112020131730573-pat00024
Figure 112020131730573-pat00024

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112020131730573-pat00025
Figure 112020131730573-pat00025

도 7 본 발명의 일 실시예에 따른 게임 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a diagram for explaining a game algorithm according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 게임 알고리즘은, 도 1 내지 도 5에서 설명한 가시광 네트워크 시스템에 게임이론을 적용하여 가시광 통신 Stackelberg 게임 모델이다. The game algorithm according to an embodiment of the present invention is a visible light communication Stackelberg game model by applying game theory to the visible light network system described with reference to FIGS. 1 to 5 .

도 7에 도시한 바와 같이, 알고리즘은 tackelberg 게임 모델은 간섭자 유틸리티 최대 알고리즘(S310), 가시광 통신 네트워크 유틸리티 최대 알고리즘(S320), Stackelberg 게임 알고리즘(S330)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 7 , the algorithm may include a Takelberg game model, an interferer utility max algorithm (S310), a visible light communication network utility max algorithm (S320), and a Stackelberg game algorithm (S330).

여기서 두 게임자는 가시광 통신 장치와 악의적 간섭자가 될 수 있다. Here, the two players can be a visible light communication device and a malicious interferer.

악의적 간섭자가 리더(leader)이고, 가시광 통신 장치가 팔로워(follower)가 될 수 있다. A malicious interferer may be a leader, and a visible light communication device may be a follower.

악의적 간섭자는 간섭자 유틸리티 최대 알고리즘(S310)에 따라 가시광 통신 네트워크의 송신전력과 채널을 관찰하여 자신의 유틸리티를 최대화할 수 있다. The malicious interferer may maximize his/her utility by observing the transmission power and channel of the visible light communication network according to the interferer utility maximum algorithm ( S310 ).

가시광 통신 장치는 가시광 통신 네트워크 유틸리티 최대 알고리즘(S320)에 따라 악의적 간섭자의 간섭 전력을 관찰하여 자신의 유틸리티를 최대화할 수 있다.The visible light communication device may maximize its utility by observing the interference power of the malicious interferer according to the visible light communication network utility maximum algorithm ( S320 ).

Stackelberg 게임 모델은 [수학식 7]과 같이 정의할 수 있다.The Stackelberg game model can be defined as in [Equation 7].

[수학식 7][Equation 7]

G = (N, A, U)G = (N, A, U)

여기서, N은 악의적 간섭자와 가시광통신 네트워크로 구성되는 플레이어의 집합, A는 제한조건의 집합, U는 유틸리티의 집합이다. Here, N is a set of players composed of a malicious interferer and a visible light communication network, A is a set of constraints, and U is a set of utilities.

악의적 간섭자의 유틸리티는 악의적 간섭자가 자신의 제한된 배터리 전력을 고려하여 가시광통신 네트워크의 SINR을 감소시키는 정도를 의미한다. 악의적 간섭자의 유틸리티는 제한된 배터리 전력을 고려하여 가시광통신 네트워크의 SINR을 최대로 감소시키는 간섭 전력을 찾고자 한다. The utility of the malicious interferer refers to the degree to which the malicious interferer reduces the SINR of the visible light communication network in consideration of its limited battery power. A malicious interferer's utility seeks to find an interference power that maximizes the SINR reduction of a visible light communication network in consideration of limited battery power.

제한된 배터리 전력을 고려한 악의적 간섭자의 유틸리티 최대화 문제는 [수학식 8]과 같이 표현할 수 있다. 실제 Stackelberg 게임 모델을 구현할 때, 악의적 간섭자의 베터리 전력 등의 변수는 설계자에 의해 상정된 값으로 설정될 수 있다. The utility maximization problem of a malicious interferer considering limited battery power can be expressed as [Equation 8]. When implementing the actual Stackelberg game model, variables such as battery power of the malicious interferer may be set to values assumed by the designer.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112020131730573-pat00026
Figure 112020131730573-pat00026

subject to:

Figure 112020131730573-pat00027
{
Figure 112020131730573-pat00028
}subject to:
Figure 112020131730573-pat00027
{
Figure 112020131730573-pat00028
}

여기서,

Figure 112020131730573-pat00029
는 악의적 간섭자의 최대 간섭 전력이고
Figure 112020131730573-pat00030
는 단위 송신전력의 비용이다. here,
Figure 112020131730573-pat00029
is the maximum interference power of the malicious interferer,
Figure 112020131730573-pat00030
is the cost of unit transmit power.

가시광통신 네트워크의 유틸리티는 가시광통신 네트워크의 전송 효율성을 의미한다. 가시광통신 네트워크의 유틸리티는 제한된 환경에서 가시광통신 네트워크의 전송 효율성을 최대로 증대시키는 전송 전력과 서브 채널을 찾고자 한다. The utility of the visible light communication network means the transmission efficiency of the visible light communication network. A utility of a visible light communication network seeks to find a transmission power and sub-channel that maximizes the transmission efficiency of a visible light communication network in a limited environment.

제한된 환경에서 가시광통신 네트워크의 유틸리티 최대화 문제는 [수학식 9]와 같이 표현할 수 있다.The utility maximization problem of a visible light communication network in a limited environment can be expressed as [Equation 9].

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112020131730573-pat00031
Figure 112020131730573-pat00031

subject to:

Figure 112020131730573-pat00032
subject to:
Figure 112020131730573-pat00032

여기서,

Figure 112020131730573-pat00033
는 가시광통신 액세스 포인트의 최대 전송 전력,
Figure 112020131730573-pat00034
는 신뢰성 있는 가시광통신을 가능하게 하는 최소 SINR이다.here,
Figure 112020131730573-pat00033
is the maximum transmit power of the visible light communication access point,
Figure 112020131730573-pat00034
is the minimum SINR that enables reliable visible light communication.

Stackelberg 게임 알고리즘(S330)은 악의적 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘(S310)과 가시광통신 네트워크 유틸리티 최대화 알고리즘(S320)으로부터 최적의 매개변수를 전달받아 최적의 자원할당을 할 수 있다.The Stackelberg game algorithm (S330) may perform optimal resource allocation by receiving optimal parameters from the malicious interferer utility maximization algorithm (S310) and the visible light communication network utility maximization algorithm (S320).

Stackelberg 게임 알고리즘(S330)은 악의적 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘(S310)과 가시광통신 네트워크 유틸리티 최대화 알고리즘(S320)으로부터 간섭 전력, 전송 전력, 서브 채널를 주고받아 2개의 알고리즘을 반복적으로 수행한다. The Stackelberg game algorithm (S330) repeatedly performs two algorithms by exchanging interference power, transmission power, and sub-channels from the malicious interferer utility maximization algorithm (S310) and the visible light communication network utility maximization algorithm (S320).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 게임 알고리즘의 성능을 비교하기 위한 그래프이다. 8 is a graph for comparing the performance of a game algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 8의 매 게임 시행에서의 SINR 값을 나타낸다. The SINR values at each game trial in Fig. 8 are shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래프의 신호대 잡음비가 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 반면, 척도 함수를 고정하거나, 가시광 통신 장치에서 수신 단말(k)에 대한 평균 송신 전력을 고정한 경우 또는 아무것도 적용하지 않은 경우와 비교하여 가장 높게 나타난다. It can be seen that the signal-to-noise ratio of the graph according to an embodiment of the present invention is the highest. On the other hand, it is the highest compared to the case where the scale function is fixed, the average transmission power for the reception terminal k is fixed in the visible light communication device, or nothing is applied.

반복 회수가 6일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 SINR은 아무것도 적용하지 않은 경우보다 9.3dB 높아졌다. When the number of repetitions is 6, the SINR according to an embodiment of the present invention is 9.3 dB higher than that in which nothing is applied.

또한, 반복 횟수가 일정횟수(6) 이상이 넘어가면 SINR에 큰 이득이 없음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that when the number of repetitions exceeds a certain number of times (6) or more, there is no significant gain in SINR.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the computer readable medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the computer software field. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - Includes magneto-optical media and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. In addition, the above-mentioned medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire or waveguide including a carrier wave for transmitting a signal designating a program command, a data structure, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 실행된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations may be made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments implemented in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

20 : 조명 램프
200 : 가시광 통신 장치
210 : 광원 관리부
220 : 수신부
230 : 제어부
300 : 가시광 수신단말
20: lighting lamp
200: visible light communication device
210: light source management unit
220: receiver
230: control unit
300: visible light receiving terminal

Claims (10)

가시광 통신을 위해 조명램프를 제어하여 데이터를 전송하는 광원 관리부;
상기 조명램프로부터 데이터를 수신받은 단말로부터 피드백되는 신호를 수신하는 수신부; 및
피드백되는 신호에 기초하여 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 제어부
를 포함하고,
상기 제어부는 상기 악의적 간섭자가 존재한다고 판단되는 경우, 미리 저장된 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘과 가시광통신 네트워크 알고리즘을 반복적으로 수행하여 가시광통신의 전송 효율성을 최대로 하는 전송 전력 및 서브 채널을 추정하고, 통신 채널을 상기 서브 채널로 변경하고,
상기 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘은 미리 설정된 간섭자 배터리 에너지에 기초하여 가시광 통신 네트워크의 신호 대 간섭 및 잡읍비(SINR)를 최대로 감소시키는 간섭 전력을 찾는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.
a light source management unit for transmitting data by controlling the lighting lamp for visible light communication;
a receiver for receiving a signal fed back from a terminal receiving data from the lighting lamp; and
A control unit that determines the presence of a malicious interferer based on the feedback signal
including,
When it is determined that the malicious interferer exists, the control unit repeatedly performs a pre-stored interferer utility maximization algorithm and a visible light communication network algorithm to estimate transmission power and sub-channel maximizing transmission efficiency of visible light communication, and a communication channel to the sub-channel,
wherein the interferer utility maximization algorithm finds an interference power that maximizes a signal-to-interference and noise ratio (SINR) of a visible light communication network based on a preset interferer battery energy.
제1항에 있어서,
상기 피드백되는 신호는 상기 단말이 수신받은 데이터의 에러 체크 결과이고,
상기 제어부는 상기 에러 체크 결과 에러가 미리 설정된 제1 임계값 이상이면 악의적인 간섭자가 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.
According to claim 1,
The feedback signal is an error check result of data received by the terminal,
The control unit determines that a malicious interferer exists when the error is greater than or equal to a preset first threshold as a result of the error check.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
신호 대 간섭 및 잡읍비(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio, SINR)는 다음과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 장치.
Figure 112022004346511-pat00043

여기서,
Figure 112022004346511-pat00044
는 척도 함수로
Figure 112022004346511-pat00045
는 채널 n이 사용자 k에 할당된 것을 의미하고,
Figure 112022004346511-pat00046
는 광학적 특성을 전기적 특성으로 전환하는 계수,
Figure 112022004346511-pat00047
는 가시광통신 액세스 포인트에서 사용자 k에 대한 평균 송신전력,
Figure 112022004346511-pat00048
는 잡음 전력,
Figure 112022004346511-pat00049
는 간섭자로부터의 간섭 전력,
Figure 112022004346511-pat00050
는 간섭자에서 사용자 k까지의 채널 이득임.
According to claim 1,
Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio (SINR) is a visible light communication device, characterized in that defined as follows.
Figure 112022004346511-pat00043

here,
Figure 112022004346511-pat00044
is a scale function
Figure 112022004346511-pat00045
means that channel n is assigned to user k,
Figure 112022004346511-pat00046
is the coefficient that converts optical properties into electrical properties,
Figure 112022004346511-pat00047
is the average transmit power for user k in the visible light communication access point,
Figure 112022004346511-pat00048
is the noise power,
Figure 112022004346511-pat00049
is the interference power from the interferer,
Figure 112022004346511-pat00050
is the channel gain from interferer to user k.
가시광 통신을 위해 조명램프를 제어하는 가시광 통신 장치의 악의적 간섭자 검출 방법에 있어서,
상기 조명램프로부터 데이터를 수신받은 단말로부터 피드백되는 신호를 수신하는 단계; 및
상기 피드백되는 신호에 기초하여 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 단계
를 포함하고,
상기 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 단계에서,
상기 악의적 간섭자가 존재한다고 판단되는 경우, 미리 저장된 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘과 가시광통신 네트워크 알고리즘을 반복적으로 수행하여 가시광통신의 전송 효율성을 최대로 하는 전송 전력 및 서브 채널을 추정하여, 추정된 서브 채널로 통신 채널을 변경하고,
상기 간섭자 유틸리티 최대화 알고리즘은 미리 설정된 간섭자 배터리 에너지에 기초하여 가시광 통신 네트워크의 SINR을 최대로 감소시키는 간섭 전력을 찾는 것을 특징으로 하는 악의적 간섭자 검출 방법.
A method for detecting a malicious interferer in a visible light communication device for controlling an illumination lamp for visible light communication, the method comprising:
receiving a signal fed back from a terminal receiving data from the lighting lamp; and
determining whether a malicious interferer exists based on the fed back signal
including,
In the step of determining the existence of the malicious interferer,
When it is determined that the malicious interferer exists, the pre-stored interferer utility maximization algorithm and the visible light communication network algorithm are repeatedly performed to estimate the transmission power and sub-channel that maximizes the transmission efficiency of visible light communication, and the estimated sub-channel is used. change the communication channel;
wherein the interferer utility maximization algorithm finds an interference power that maximally reduces the SINR of a visible light communication network based on a preset interferer battery energy.
제6항에 있어서,
상기 피드백되는 신호는 상기 단말이 수신받은 데이터의 에러 체크 결과이고,
상기 악의적 간섭자의 존재여부를 판단하는 단계는 상기 에러 체크 결과 에러가 미리 설정된 제1 임계값 이상이면 악의적인 간섭자가 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 하는 악의적 간섭자 검출 방법.
7. The method of claim 6,
The feedback signal is an error check result of data received by the terminal,
The determining of the existence of the malicious interferer may include determining that the malicious interferer exists if the error is greater than or equal to a preset first threshold as a result of the error check.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170060955A (en) * 2015-11-25 2017-06-02 경희대학교 산학협력단 Visible light communication system and method for controlling transmission in the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302813A (en) * 2008-06-12 2009-12-24 Hitachi Communication Technologies Ltd Optical communication system and optical line concentrating apparatus
KR20170060955A (en) * 2015-11-25 2017-06-02 경희대학교 산학협력단 Visible light communication system and method for controlling transmission in the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
홍승관 외 5명, "게임이론 기반 백스케터 통신의 악의적인 간섭 회피를 위한 성능 분석,"한국위성정보통신학회논문지 제12권 제4호, (2017)* *

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