KR20090090525A

KR20090090525A - 가시광 통신을 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090090525A
Application number: KR1020080015789A
Authority: KR
Inventors: 최정석; 오윤제; 정대광; 신홍석; 이경우; 신동재; 박성범
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2009-08-26
Also published as: EP2245765B1; EP2245765A2; JP4922458B2; KR101009803B1; JP2011517868A; EP2245765A4; CN101953097A; US8463134B2; WO2009104921A2; WO2009104921A3; US20110002695A1; CN101953097B

Abstract

본 발명은 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치에 있어서, 수신 동작시 수광소자를 이용하여 상대방측으로부터 수신한 가시광 신호를 전기신호로 변환하여 출력하며, 송신 동작시 발광소자를 이용하여 정보를 담은 전기신호를 가시광 신호로 변환하여 상대방측으로 송신하는 가시광 송수신기(VLC Transceiver)와, 가시 프레임을 생성하여 가시광 송수신기로 출력하는 VEF(Visible Frame Engine)를 포함하며, 송신측 및 수신측에서 통신을 위한 각 프레임을 전송하지 않는 시간에 통신 링크에 가시성을 제공하기 위하여 VEF에서 가시 프레임(Visible Frame)을 생성하여 상대방 측으로 전송하는 가시광 컨트롤러(VLC controller)와, 가시광 컨트롤러를 제어하며 상기 가시광 컨트롤러와 데이터를 송수신하는 호스트 컨트롤러(Host controller)를 포함한다.

가시광 통신, VFE, ACK, 프리앰블, OSI, 가시 프레임(Visible Frame)

Description

가시광 통신을 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING/RECEIVING DATA USING A VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}

본 발명은 가시광 통신에 관한 것으로서, 특히 가시광 통신을 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

OSI(Open Systems Interconnection) 모델에서 데이터 링크(Data Link) 계층(Layer)은 통신 링크를 담당하며 이와 관련한 기능을 수행한다. 따라서 통신에 사용되는 프레임(Frame)을 구성하고 이를 효과적으로 전송하기 위해 여러 가지 사항들을 정의한다. 대표적으로 프레임의 어드레스(address) 구조 및 기본적인 흐름 제어와 오류(Error) 제어 그리고 통신 매체에 대한 접근을 제어하는 기능을 수행한다.

도 1은 일반적인 이더넷(Ethernet) 시스템에서 데이터 전송시 일 예시 프레임 구성도이다. 도 1을 참조하여 살펴보면, 일반적인 이더넷 시스템에서 데이터 전송시의 프레임의 구성은, 송신기와 수신기 간의 동기화 정보를 전달하는 아날로그(Analog) 프리앰블(Preamble)과, 실제 전송하는 정보를 담은 데이터의 페이로드(Payload)인 데이터(Data) 프레임과, 상기 데이터 프레임의 시작을 알리는 디지 털(Digital) 프리앰블과, 통신 링크 제어를 위한 컨트롤(Control) 프레임과, 상대방의 데이터 전송에 대한 응답을 알리는 ACK(Acknowledge) 프레임을 포함하여 구성된다. 상기 도 1의 설명을 참조하여 일반적인 이더넷 시스템에서 데이터 송수신시 각 프레임의 송수신 동작을 살펴보기로 한다.

도 2는 일반적인 이더넷 시스템의 일 예시 데이터 송수신 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 2의(a)는 일반적인 이더넷 시스템의 데이터 송수신 과정에서 송신측과 수신측 간의 데이터의 흐름을 보여준다. 도 2의(a)에 도시한 바와 같이 송신측(Sender)은 컨트롤 프레임을 수신측(Receiver)으로 전송한다. 그러면 수신측은 컨트롤 프레임을 수신한 후에 수신한 컨트롤 프레임에 대한 응답을 하기 위해 ACK 프레임을 송신측으로 전송하여 송신측과 수신측간의 링크를 설정한다. 송신측은 설정된 링크를 사용하여 실제적인 데이터 통신을 시작하기 위해 데이터 프레임을 수신측으로 전송하고 수신측은 수신한 데이터 프레임에 대한 응답을 위해 ACK 프레임을 송신측으로 전송하여 데이터 통신을 수행한다. 상기 전송되는 컨트롤 프레임과 ACK 프레임 및 링크가 설정된 후에 전송되는 데이터 프레임과 그에 대한 응답 프레임인 ACK 프레임은 전송시에 디지털 프리앰블과 같이 전송되며 디지털 프리앰블 뒤에 전송된다.

도 2의(b)는 일반적인 이더넷 시스템의 데이터 전송과정에서 송수신되는 프레임의 흐름을 나타낸다. 송신측과 수신측 사이에 통신을 하고자 할 때 데이터링크는 아래와 같이 구성된다. 도 2의(a)에서 설명한 바와 마찬가지로, 먼저 송신측에 서 수신측으로 링크 설정을 위하여 디지털 프리앰블과 컨트롤 프레임을 전송하면 수신측은 컨트롤 프레임을 수신한 후에 송신측으로 디지털 프리앰블과 ACK 프레임 전송하여 링크가 설정이 되었음을 알린다. 송신측은 설정된 링크를 통해서 디지털 프리앰블과 데이터 프레임을 전송하고 수신측에서는 전송받은 데이터에 대한 응답을 위하여 디지털 프리앰블과 ACK 프레임을 송신측에 전송하여 링크 설정 및 데이터 전송과정을 수행한다.

도 2의(c)는 상기에 설명한 도 2의(b)의 전송 과정 중에서 점선으로 표시된 일부분(210)의 데이터 흐름을 나타낸다. 도 2의(c)에 도시한 바와 같이 일반적인 이더넷 시스템의 데이터 전송과정에서는 송신측에서 수신측 또는 수신측에서 송신측으로 데이터를 전송중일때 뿐만 아니라 데이터를 전송중이지 않는 시점에서도 송신측과 수신측은 각 상대방 측으로 아날로그 프리앰블을 전송하여 송수신기 간에 동기를 유지하도록 동작한다.

상기에 설명한 바와 같은 통신 프로토콜의 형태를 가시광 통신 시스템에 적용하면 상기 아날로그 프리앰블로 인하여 가시광 송신기 및 수신기는 가시광 신호의 출력을 계속 'ON' 상태로 유지하여야 한다. 송신기와 수신기 출력 신호가 항상 'ON' 상태가 되기 때문에 통신의 가시성에 변화를 줄 수 없으며 가시적으로 정보의 차이를 확인할 수 없다. 또한 전력(Power)에 대한 고려가 없는 유선상에 적합한 프로토콜이기 때문에 항상 송수신기 출력 상태를 'ON' 상태로 유지하여 불필요한 전력이 소모되는 문제점이 있다.

따라서 가시광 통신 시스템에서 기존의 데이터 링크 계층에서 제공하는 기 능을 수행하며 동시에 통신 채널에 가시성을 제공할 수 있는 가시광 통신 시스템에 적합한 통신 프로토콜 및 통신 링크에서 가시성 확보 및 그에 대한 조절이 가능한 가시광 통신 시스템이 요구된다.

본 발명은 가시광 통신을 위해 기존의 데이터 링크(Data link) 계층(Layer)에서 제공하는 기능을 수행하며, 통신 채널에 가시성을 부여하고 필요에 따라 이를 조절 가능한 가시광 통신 시스템 및 데이터 송수신 방법을 제공하고자 한다.

이를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따르면, 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치에 있어서, 수신 동작시 수광소자를 이용하여 상대방측으로부터 수신한 가시광 신호를 전기신호로 변환하여 출력하며, 송신 동작시 발광소자를 이용하여 정보를 담은 전기신호를 가시광 신호로 변환하여 상대방측으로 송신하는 가시광 송수신기(VLC Transceiver)와, 가시 프레임을 생성하여 상기 가시광 송수신기로 출력하는 VEF(Visible Frame Engine)를 포함하며, 송신측 및 수신측에서 통신을 위한 각 프레임을 전송하지 않는 시간에 통신 링크에 가시성을 제공하기 위하여 상기 VEF에서 가시 프레임(Visible Frame)을 생성하여 상대방 측으로 전송하는 가시광 컨트롤러(VLC controller)와, 상기 가시광 컨트롤러를 제어하며 상기 가시광 컨트롤러와 데이터를 송수신하는 호스트 컨트롤러(Host controller)를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 있어서, 송신측에서 링크 제어를 위한 컨트롤 프레임(Control Frame)을 수신측으로 전송하는 과정과, 상기 수신측에서 상기 컨트롤 프레임을 수신하고 응답 을 위해 ACK(Acknowledge) 프레임을 상기 송신측으로 전송하는 과정과, 상기 송신측에서 정보를 담은 데이터 프레임을 상기 수신측으로 전송하는 과정과, 상기 수신측에서 상기 데이터 프레임을 수신하고 응답을 위해 ACK 프레임을 상기 송신측으로 전송하는 과정을 포함하며, 상기 송신측 및 상기 수신측에서 통신을 위한 각 프레임을 전송하지 않는 시간에 통신 링크에 가시성을 제공하기 위하여 가시 프레임(Visible Frame)을 상대방측으로 전송하는 것을 특징으로 하며,

상기 가시 프레임은 미리 설정된 비트 수만큼 '1'과 '0'이 반복되는 신호로 구성되는 프리앰블(Preamble)과, 특정 비트열로 구성되어 프레임의 시작을 알리는 STA와, 가시 패턴 블록의 정보를 나타내는 인포(Info) 블록과, 8B10B 부호화 방식에서 사용하지 않는 코드로 정의하는 가시 패턴(Visible Pattern) 블록과, 특정 비트열로 구성되어 프레임의 끝을 알리는 STO를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 가시광 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법의 동작 절차를 통해서 가시광을 이용한 통신 채널에서 통신의 고유의 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 가시광을 이용한 통신 채널에 가시성 확보 및 가시성 조절이 가능하며, 통신 링크에 가시성을 제공하면서 통신하고자 할 때만 송수신기를 동작시키므로 전력 소모가 적은 가시광 통신 채널을 구현할 수 있는 효과가 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 자에게는 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.

가시광 통신 시스템의 통신 링크는 LED 등의 가시성을 갖는 소자를 사용하기 때문에 사용자가 직접 눈으로 확인할 수 있다. 본 발명은 이와 같은 가시광통신 시스템에서 VFE(Visible Frame Engine)를 사용하여 링크의 가시성을 표현할 수 있는 가시광 통신 시스템 및 데이터의 송수신 방법을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 송수신 장치의 블록 구성도이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템은 크게 가시광 송수신기(VLC Transceiver)(310)와, 가시광 컨트롤러(VLC controller)(320)와, 호스트 컨트롤러(Host controller)(330)를 포함한다.

상기 가시광 송수신기(310)는 LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode) 등의 발광소자 또는 포토 다이오드(Photo Diode) 등의 수광소자를 이용하여, 수신 동작시 수광 소자를 이용하여 수신한 가시광 신호를 전기신호로 변환하여 가시광 컨트롤러(320)로 출력하거나, 송신 동작시 발광소자를 이용하여 정보를 포함한 전기신호를 가시광 신호로 변환하여 송신하는 동작을 수행한다.

상기 호스트 컨트롤러(330)는 가시광 컨트롤러(320)와 CPU 인터페이스를 사 용하여 연결된다. 호스트 컨트롤러(330)에 일반적으로 윈도우(Windows) 또는 리눅스(Linux) 등의 운영체제(Operating System)가 설치되어 시스템을 제어하게 되고 여기에 가시광 컨트롤러(320)를 위한 디바이스 드라이버(Device Driver) 및 가시광 통신을 위한 프로토콜(Protocol)과 가시광 어플리케이션(Application)을 통해서 통신을 하게 된다.

가시광 컨트롤러(320)는 송수신 버퍼(TRx Buffer)(323)와, 8B/10B 인코더/디코더(EnDec: Encoder/Decoder)(322)와, 직렬/비직렬화기(SerDes: Serializer/ Deserializer)(321)와, 컨트롤 레지스터(Control Register)(324)와 VEF(Visible Frame Engine)(325)를 포함하며, 가시광 통신 수행시 하기에 설명하는 가시 프레임을 미리 설정된 간격으로 출력되도록 제어한다.

상기 송수신 버퍼(323)는 통신을 위해 전송하고자 하는 데이터나 수신한 데이터를 저장해 두는 메모리 공간이다.

상기 8B/10B 인코더/디코더(322)는 전송하고자하는 데이터형을 8B/10B에 맞도록 변환하는 기능을 수행한다.

상기 직렬/비직렬화기(321)는 직렬 신호와 병렬 신호를 변환하는 기능을 수행한다.

상기 컨트롤 레지스터(324)는 호스트 컨트롤러(330)로부터 가시광 컨트롤러(320)의 제어에 필요한 정보를 받아서 처리하거나, 가시광 컨트롤러(320)의 제어에 필요한 정보를 제공한다.

상기 VFE(Visible Frame Engine)(325)는 가시 프레임을 생성하고 통신 링크 로 전송하여 링크의 가시성을 확보한다.

가시광 링크에서 가시 프레임을 운영하는 방식은 하기와 같다.

가시 프레임은 통신 링크에서 양방향으로 전송이 가능하여 데이터 프레임의 전송과 무관하게 전송가능하다. 즉 수신측에서 데이터를 수신 중일 경우에도 송신측은 가시 프레임을 전송하여 가시성을 확보할 수 있다.

가시 프레임은 데이터 프레임보다 우선 순위가 낮아서, 호스트 컨트롤러(330)에서 가시광 컨트롤러(320)에 데이터 전송을 요청하면 가시 프레임을 전송 중이더라도 이를 즉시 중지하고 , 호스트 컨트롤러(330)에서 요청한 데이터 프레임을 전송한다. 도면을 참조하여 가시 프레임의 송수신 방식을 더욱 상세히 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서 가시 프레임의 송신 동작 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 먼저 410단계에서 통신을 시작하여 가시 프레임의 형태 및 전송 주기를 설정한다. 다음 420단계에서 전송할 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임이 있는지 판단한다. 상기 420단계에서 판단 결과 전송할 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임이 있는 경우, 430단계로 진행하여 해당되는 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임을 송신하고 450단계로 진행한다. 450단계에서는 상기 430단계에서 송신한 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임의 송신이 종료됐는지 판단한다. 상기 450단계에서 판단 결과 송신한 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임의 송신이 종료됐으면 440단계로 진행하여 상기 410단계에서 설정한 가시 프레임의 형태와 전송 주기에 따라 가시 프레임을 송신하고 460단계로 진행한다. 상기 450단계 에서 상기 송신한 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임의 송신이 종료되지 않았으면, 430단계로 진행하여 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임을 계속 송신한다.

상기 420단계에서 판단 결과 전송할 데이터 프레임 또는 컨트롤 프레임이 없는 경우에는 440단계로 진행하여 상기 410단계에서 설정한 가시 프레임의 형태와 전송 주기에 따라 가시 프레임을 상대방 측으로 송신하고 460단계로 진행한다. 다음 460단계에서는 호스트 컨트롤러로부터 가시 프레임의 송신 중지 명령(Stop Sending VF)이 발생 한지 판단한다. 상기 460단계에서 판단결과 가시 프레임의 송신 중지 명령이 발생하면 420단계로 진행하며, 상기 460단계에서 판단결과 가시 프레임의 송신 중지 명령이 발생하지 않았으면 440단계로 진행한다. 이후 모든 통신이 종료하게 되면 VFE를 종료한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 수신 동작 흐름도이다. 도 5를 참조하면 먼저 510단계에서 프레임을 수신하면 다음 520단계로 진행하여 수신한 프레임이 가시 프레임인지 판단한다. 여기서 프레임의 종류는 프레임의 헤더 정보를 보고 판단할 수 있다. 상기 520단계에서 수신한 프레임이 가시 프레임인 경우에는 530단계로 진행한다. 530단계에서 수신한 가시 프레임은 실제 통신에서 필요하지 않기 때문에 가시 프레임을 수신 버퍼에 전달하지 않고 삭제한다. 상기 520단계에서 수신한 프레임이 가시 프레임이 아닌 경우에는 540단계로 진행한다. 540단계에서 수신한 프레임은 통신에 필요한 요소이기 때문에 수신 버퍼로 전송하여 프레임을 처리하여 프로토콜까지 전달 되도록 한다.

도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 가시 프레임 구성 방법 및 가시 프레임 전송 방법에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 전송시 일 예시 프레임 구성도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 프레임은 실제 전송하는 정보를 담은 데이터의 페이로드(Payload)인 데이터(Data) 프레임과, 수신단의 CDR(Clock-Data Recovery)을 위한 신호 제공 및 데이터 프레임의 시작을 알리는 기능을 수행하는 디지털(Digital) 프리앰블(Preamble)과, 상대방의 데이터 전송에 대한 응답을 알리는 ACK(Acknowledge) 프레임과, 통신 링크 제어를 위한 컨트롤(Control) 프레임과, 가시광 통신 동작시 통신 링크의 가시성을 제공하기 위한 가시 프레임(Visible Frame)을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 따르면 상기에 설명한 가시 프레임을 사용하여 송수신시에 계속적으로 신호를 전송하지 않아도 가시성을 갖는 데이터링크를 구현할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 전송 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 7의(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 데이터 송수신 과정에서 송신측과 수신측 간의 데이터의 흐름을 보여준다. 도 7의(a)에 도시한 바와 같이, 먼저 송신측(Sender)은 통신 링크 제어를 위해 컨트롤 프레임을 수신측(Receiver)으로 전송한다. 그러면 수신측은 상기 컨트롤 프레임을 수신한 후에 수신한 컨트롤 프레임에 대한 응답을 위해 ACK 프레임을 송신측으로 전송하여 송신측과 수신측간의 링크를 설정한다. 송신측은 설정된 링크를 사용하여 실제적인 데이터 통신을 시작하기 위해 정보가 담긴 데이터 프레임을 수신측으로 전송하고 수신측은 수신한 데이터 프레임에 대한 응답을 위해 ACK 프레임을 송신측으로 전송하여 데이터 통신을 수행한다. 상기 전송되는 컨트롤 프레임과 ACK 프레임 및 링크가 설정된 후에 전송되는 데이터 프레임과 그에 대한 응답 프레임인 ACK 프레임은 전송시에 디지털 프리앰블과 같이 전송되며 디지털 프리앰블 뒤에 전송된다.

도 7의(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 데이터 전송과정에서 송수신되는 프레임을 나타낸다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 송수신 동작은 본 발명의 특징에 따라 통신링크에 가시성을 제공하기 위하여 가시(Visible) 프레임을 사용하는 것을 특징으로 한다. 상세히 설명하면, 송신측과 수신측은 가시성을 제공하기 위하여 가시 프레임을 미리 설정된 간격으로 계속적으로 전송한다.

도 7의(b)를 참조하여 설명하면, 송신측은 상기 가시 프레임을 전송하다가 링크 설정을 위하여 가시 프레임의 송신을 중단하고 디지털 프리앰블과 컨트롤 프레임을 전송한다. 디지털 프리앰블과 컨트롤 프레임의 전송이 완료되면 가시성 확보를 위해 계속하여 가시 프레임을 수신측으로 전송한다. 수신측도 송신측으로부터 컨트롤 프레임을 수신하기 전부터 가시 프레임을 주기적으로 송신측으로 전송하고 있다가 컨트롤 프레임을 송신측으로부터 수신하게 되면 가시 프레임의 전송을 중지하고 상기 컨트롤 프레임에 대한 응답을 위해 디지털 프리앰블과 ACK 프레임을 송 신측으로 전송하게 되고, 상기 ACK 프레임을 전송한 후에는 또다시 가시성 확보를 위해 계속하여 가시 프레임을 전송하게 된다. 다음 송신측은 가시 프레임을 전송하고 있다가 수신측으로부터 ACK 프레임을 수신하게 되면 가시 프레임의 전송을 중지하고 실제적인 데이터 전송을 위하여 디지털 프리앰블과 데이터 프레임을 수신측에게 전송한다. 상기 데이터 프레임의 전송이 완료하면 다시 가시성 확보를 위해 가시 프레임을 수신측으로 전송한다. 수신측은 가시 프레임을 전송하고 있다가 상기 데이터 프레임을 수신하게 되면 가시 프레임의 송신을 멈추고 응답을 위한 ACK 프레임을 송신한다. ACK 프레임을 송신한 후에는 또다시 가시성 확보를 위하여 가시 프레임을 전송하게 된다.

도 7의(c)는 상기의 도 7의(a)의 데이터 전송과정에서의 점선으로 표시된 일부분(710)의 데이터 흐름을 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이고, 도 7의(d)는 상기의 도 7의(a)의 데이터 전송과정에서의 점선으로 표시된 일부분(720)의 데이터 흐름을 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이다.

도 7의(c)와 도 7의(d)를 참조하여 송신측의 동작을 먼저 살펴 보기로 한다. 도 7의(c)를 참조하면, 송신측은 수신측으로 컨트롤 프레임을 전송하고 컨트롤 프레임의 전송이 끝나면, 송신측은 통신 링크의 가시성을 위해 가시 프레임을 수신측으로 전송한다. 송신측은 가시 프레임을 전송하는 중에 수신측으로부터 컨트롤 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 수신하면, 가시 프레임의 전송을 중지하고 데이터 프레임을 전송한다.

계속하여 도 7의(d)를 참조하면, 송신측은 수신측으로 데이터 프레임을 전 송하고 데이터 프레임의 전송이 끝나면, 또다시 가시 프레임을 수신측으로 전송한다. 가시 프레임을 전송하는 동안 수신측으로부터 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 수신하면, 송신측은 가시 프레임의 전송을 중단하고 다음 데이터 프레임을 전송한다.

다음 도 7의(c)와 도 7의(d)를 참조하여 수신측의 동작을 살펴보면, 수신측은 가시 프레임을 송신측으로 전송하다가 송신측으로부터 컨트롤 프레임을 수신하면 가시 프레임의 전송을 중지하고 상기 수신한 컨트롤 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 송신측으로 전송한다. ACK 프레임의 전송이 끝나면 다시 가시 프레임을 송신측으로 출력한다.

도 7의(d)를 참조하면, 수신측은 가시 프레임을 송신측으로 전송하다가 데이터 프레임을 수신하면 가시 프레임의 전송을 중지하고 수신한 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK 프레임을 송신측으로 전송한다. ACK 프레임의 전송이 끝나면 다시 가시 프레임을 송신측으로 전송한다.

상기 도 7의(c)와 (d)에 대한 설명에서 디지털 프리앰블은 생략한다.

도 7의(c)와 (d)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 데이터 송수신 과정에서는 송신측에서 수신측으로 또는 수신측에서 송신측으로 데이터를 전송중일때 뿐만 아니라 데이터를 전송중이지 않는 시점에서도 송신측과 수신측은 상대방 측으로 미리 설정된 간격으로 가시 프레임을 계속 전송하여 통신 채널의 가시성을 제공한다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 가시 프레 임(Visible Frame)의 구성도이다. 도 8에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 가시 프레임은 프리앰블(Preamble)(810)과, STA(820), 인포(Info)블록(830), STO(850), 가시 패턴(Visible Pattern)블록(840)을 포함하여 구성한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시 프레임은 구현방법에 따라 도 8에 도시한 바와 같이 두 가지 형태의 다른 방식으로 구성될 수 있고, 상기 구현방법에 따라 송수신기 구조도 또한 변할 수 있다.

상기 프리앰블(Preamble)(810)은 '1010101010'의 '1'과 '0'이 반복되는 신호이며 이는 수신단의 CDR(Clock Data Recovery)이 클럭(Clock)과 데이터(Data)를 복구(Recovery)하기에 충분한 시간만큼의 비트 길이로 설정되며 바람직하게는 10비트(Bit)로 설정한다. 상기 CDR은 수신한 패킷을 기초로, 수신신호로부터 클록 신호와 데이터 신호를 추출(리커버리)하는 기능을 수행한다.

상기 STA(820)는 프레임의 시작을 알리는 기능(Begin Flag)을 수행하고 특정 비트(Bit)열로 표시되며 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 프로토콜(VLC protocol)에서는 UFIR(Ultra fast IrDa)과 동일하게 설정한다.

상기 STO(850)는 Frame의 끝을 알리는 기능(End Flag)을 수행하고 특정 비트열로 표시되며 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 프로트콜에서는 UFIR과 동일하게 설정한다.

상기 인포 블록(830)은 가시 패턴 블록(740)의 정보를 나타내는 플래그(Flag)이다. 상기 인포 블록(830)은 1Byte 크기를 가지고 가시 프레임을 표시(Marking)하는 페킷 타입 부분과, 1Byte의 크기를 가지고 페이로드(Payload)의 패턴을 정의하는 페이로드 패턴 부분과, 2Byte의 크기를 가지고 가시 패턴의 길이를 정의하는 길이(Length) 부분을 포함한다. 상기 길이 부분은 가시 프레임의 최대 길이를 32KByte로 설정한다.

상기 가시 패턴 블록(840)은 8B10B 부호화 방식에 사용하지 않는 코드로 정의한다. 상기 코드는 아래와 같다.

- 11111 11111 - 11110 11111

- 11110 11110 - 11101 11100

- 11001 11100 - 10001 11100

- 00001 11100 - 00001 11000

- 00001 10000 - 00001 00000

- 00000 00000

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서 가시 프레임의 주기를 보여주는 도면이다. 가시 프레임의 주기를 정하는 방법은 가시광 통신 모듈의 광 밝기를 측정하여 하기의 수학식 1을 사용하여 정할 수 있다.

Visible Frame Gap Time = Visible Frame Length * Visible Threshold

상기 Visible Frame Gap Time은 상기 가시 프레임 간의 간격이고, 상기 Visible Frame Length는 상기 가시 프레임의 길이이고, Visible Threshold는 가시 문턱값이다.

도 9에 도시한 바와 같이 상기 가시 문턱값이 0.3인 가시광 송신기로 가시 광 링크를 구성하였을 경우 가시 프레임 길이의 30% 이내로 가시 프레임 간의 간격(Gap)을 제어하게 되고, 상기의 간격으로 가시 프레임을 전송하여 가시성을 갖는 데이터링크 계층(Data Link Layer)을 형성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치의 동작 및 구성이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.

도 1은 종래의 이더넷(Ethernet) 시스템에서 데이터 전송시 일 예시 프레임 구성도

도 2는 종래의 이더넷 시스템의 일 예시 데이터 송수신 과정을 보여주는 흐름도

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 송수신 장치의 블록 구성도

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 동작 흐름도

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 수신 동작 흐름도

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서의 데이터 전송시 일 예시 프레임 구성도

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서 데이터 송수신 과정을 보여주는 흐름도

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 가시 프레임(Visible Frame)의 구성도

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서 가시 프레임의 주기를 보여주는 도면

Claims

가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치에 있어서,

수신 동작시 수광소자를 이용하여 상대방측으로부터 수신한 가시광 신호를 전기신호로 변환하여 출력하며, 송신 동작시 발광소자를 이용하여 정보를 담은 전기신호를 가시광 신호로 변환하여 상대방측으로 송신하는 가시광 송수신기(VLC Transceiver)와,

가시 프레임을 생성하여 상기 가시광 송수신기로 출력하는 VEF(Visible Frame Engine)를 포함하며, 송신측 및 수신측에서 통신을 위한 각 프레임을 전송하지 않는 시간에 통신 링크에 가시성을 제공하기 위하여 상기 VEF에서 가시 프레임(Visible Frame)을 생성하여 상대방 측으로 전송하는 가시광 컨트롤러(VLC controller)와,

상기 가시광 컨트롤러를 제어하며 상기 가시광 컨트롤러와 데이터를 송수신하는 호스트 컨트롤러(Host controller)를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 가시광 컨트롤러는

통신을 위해 전송하고자 하는 데이터나 수신한 데이터를 저장하는 송수신 버퍼(TRx Buffer)와,

전송하고자하는 데이터형을 8B/10B에 맞도록 변환하는 8B/10B 인코더/디코 더(Encoder/Decoder)와,

직렬 신호와 병렬 신호를 변환하는 직렬/비직렬화기(Serializer/ Deserializer)와,

상기 호스트 컨트롤러로부터 상기 가시광 컨트롤러의 제어에 필요한 정보를 받아서 처리하며, 상기 가시광 컨트롤러의 제어에 필요한 정보를 제공하는 컨트롤 레지스터(Control Register)를 더 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 통신을 위한 각 프레임은 컨트롤 프레임(Control Frame), ACK(Acknowledge) 프레임, 데이터 프레임임을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 호스트 컨트롤러는 상기 가시광 컨트롤러와 CPU 인터페이스를 사용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 장치.
가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 있어서,

송신측에서 링크 제어를 위한 컨트롤 프레임(Control Frame)을 수신측으로 전송하는 과정과,

상기 수신측에서 상기 컨트롤 프레임을 수신하고 응답을 위해 ACK(Acknowledge) 프레임을 상기 송신측으로 전송하는 과정과,

상기 송신측에서 정보를 담은 데이터 프레임을 상기 수신측으로 전송하는 과정과,

상기 수신측에서 상기 데이터 프레임을 수신하고 응답을 위해 ACK 프레임을 상기 송신측으로 전송하는 과정을 포함하며,

상기 송신측 및 상기 수신측에서 통신을 위한 각 프레임을 전송하지 않는 시간에 통신 링크에 가시성을 제공하기 위하여 가시 프레임(Visible Frame)을 상대방측으로 전송하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
제 5항에 있어서, 상기 가시 프레임은 미리 설정된 간격으로 반복하여 전송하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
제 6항에 있어서, 상기 가시 프레임 간의 간격은,

하기의 수학식 2를 사용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.

[수학식 2]

Visible Frame Gap Time = Visible Frame Length * Visible Threshold

상기 Visible Frame Gap Time은 상기 가시 프레임 간의 간격이고, 상기 Visible Frame Length는 상기 가시 프레임의 길이이고, Visible Threshold는 문턱 값임.
제 5항에 있어서, 상기 컨트롤 프레임 및 상기 데이터 프레임 및 상기 ACK 프레임은 디지털 프리앰블(Digital Preamble)과 같이 전송되며 상기 디지털 프리앰블 뒤에 전송하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
제 5항에 있어서, 상기 가시 프레임의 길이는 최대 32 KBytes로 설정하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
제 5항에 있어서, 상기 가시 프레임은

미리 설정된 비트 수만큼 '1'과 '0'이 반복되는 신호로 구성되는 프리앰블(Preamble)과,

특정 비트열로 구성되어 프레임의 시작을 알리는 STA와,

가시 패턴 블록의 정보를 나타내는 인포(Info) 블록과,

8B10B 부호화 방식에서 사용하지 않는 코드로 정의하는 가시 패턴(Visible Pattern) 블록과,

특정 비트열로 구성되어 프레임의 끝을 알리는 STO를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
제 10항에 있어서, 상기 프리앰블의 길이는 수신측의 CDR(Clock-Data Recovery)이 클럭과 데이터를 복구하는 시간을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
제 10항에 있어서, 상기 프리앰블의 길이는 10비트로 설정하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
제 10항에 있어서, 상기 인포 블록은,

가시 프레임을 표시하는 패킷 타입 부분과, 페이로드(Payload)의 패턴을 정의하는 페이로드 패턴 부분과, 가시 프레임의 길이를 표시하는 길이 부분의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법.