KR20100003675A - 가시광 통신 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가시광 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로, 고유한 광원 ID를 가지며, 자신의 서비스 영역에 위치한 하나 이상의 가시광 통신 단말로부터 수신되는 데이터를 통신 제어 장치로 전송하고, 상기 통신 제어 장치로부터 수신되는 데이터를 상기 하나 이상의 가시광 통신 단말로 송신하는 하나 이상의 광원과, 발생된 사용자 서비스에 따라 하나의 셀에 포함될 적어도 하나의 광원을 상기 하나 이상의 광원 중에서 결정하고 그룹핑하여, 셀을 맵핑하고, 상기 셀에 상기 발생된 사용자 서비스를 제공하기 위해 사용할 타임 슬롯을 할당하고, 상기 타임 슬롯을 이용하여 상기 발생된 사용자 서비스와 관련된 데이터를 전송하는 상기 통신 제어 장치를 포함한다.

셀, 타임 슬롯, 광원

Description

가시광 통신 방법 및 시스템{VISIBLE LIGHT COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM}

본 발명은 가시광 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 시분할 방식을 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템에 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.

이러한 가시광 통신 단말(20)의 일반적인 구성을 도에 도시하였다. 도2를 참조하면, 가시광 통신 단말(20)은 송수신 제어부(21), 인코더(22), LED 드라이버(23), LED(24), 포토다이오드(25), 디텍터/수신기(26), 디코더(27)를 포함한다.

송수신 제어부(21)는 가시광 통신을 통한 데이터 송수신을 위해 데이터를 처리하고, 인코더(22)와 디코더(27)를 제어하며, 가시광 통신 단말(20)의 전반적인 동작을 제어한다. 인코더(22)는 송수신 제어부(21)에서 입력되는 전송 데이터를 인코딩하여 LED 드라이버(23)로 출력한다. LED 드라이버(23)는 인코더(22)에서 입력 되는 데이터를 광변조하고, 전송 데이터가 외부의 장치로 전달될 수 있도록 LED(24)를 구동한다.

포토다이오드(25)는 외부의 장치로부터 전달되는 광신호를 감지하여 전기신호로 변환하여 디텍터/수신기(26)로 출력한다. 디텍터/수신기(26)는 포토다이오드(25)에서 입력되는 전기신호를 광무선 통신 방식에 따른 데이터로 복조하여 디코더(27)로 출력한다. 디코더(27)는 입력되는 데이터를 디코딩하여 송수신 제어부(21)로 출력하고, 송수신 제어부(21)는 디코더(27)로부터 입력되는 수신 데이터를 적정 처리한다.

한편, 가시광 통신을 이용한 서비스를 넓은 공간에 제공해야하는 경우에는 각 광원(10)의 서비스 범위에 따라 해당 공간 내에 다수의 광원(10)을 설치한다. 예를 들어, 도3에 도시된 바와 같이 하나의 방 천장에 다수의 광원(10)이 설치될 수 있으며, 이때, 각 광원(10)은 하나의 광원(10)이 광통신 서비스를 제공할 수 있는 서비스 영역을 고려하여 어느 정도 간격을 두고 격자 모양으로 설치 될 수 있다.

도3과 같이 다수의 광원(10)이 간격을 두고 설치되는 경우, 각 광원(10)에 의한 실질적인 각 광원의 서비스 영역은 도4a 내지 도4 c에 도시한 바와 같이 3가지 경우로 나타날 수 있다. 도4a 내지 도4b는 두 개의 광원의 서비스 영역 상태를 나타낸 도면이다. 광원 A(31)와 광원 B(33)가 있는 경우, 각 광원에 따른 서비스 영역은 도4a와 같이 서로 겹쳐지거나, 도4b와 같이 각 광원의 서비스 영역의 경계가 맞닿거나, 도4c와 같이 각 광원의 서비스 영역 사이에 비 서비스 영역이 존재하는 형태가 된다. 이때, 도4b의 경우는 이상적인 상태로서 실질적으로 존재하기 어려우며, 일반적으로 복수의 광원에 따른 서비스 영역은 도4a와 같이 일부 서비스 영역이 중첩되는 중첩 영역을 포함하거나, 도4c와 같이 두 서비스 영역 사이에 비 서비스 영역이 존재하는 형태가 된다.

그런데 광원 A(31)와 광원 B(33)가 서로 다른 종류의 서비스를 제공하는 경우, 중첩 영역에서는 두 서비스에 의해 전송되는 데이터 간에 충돌이 일어나기 때문에 정상적인 서비스가 이루어질 수 없다. 그리고 비 서비스 영역은 어떠한 경우라도 정상적인 가시광 통신이 불가능 하다. 이와 같이 인접한 복수의 광원들이 정상적으로 가시광 통신을 제공하기 위해서는 모든 사용자에게 동일한 서비스를 제공해야 한다는 한계를 가지게 된다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 인접한 복수의 광원들을 이용하여 가시광 통신 서비스를 제공하는 경우, 사용자 별로 다양한 서비스를 제공할 수 있는 가시광 통신 방법 및 시스템을 제공한다.

그리고 본 발명은 서로 다른 서비스를 제공하는 복수의 광원 각각의 서비스 영역이 중첩되는 영역에서도 가시광 통신을 가능하게 하는 가시광 통신 방법 및 시스템을 제공한다.

그리고 본 발명은 가시광 통신 시스템의 광원들을 효율적으로 이용하여 자원 낭비를 방지할 수 있는 가시광 통신 방법 및 시스템을 제공한다.

본 발명은 고유한 광원 ID를 가지며, 자신의 서비스 영역에 위치한 하나 이상의 가시광 통신 단말로부터 수신되는 데이터를 통신 제어 장치로 전송하고, 상기 통신 제어 장치로부터 수신되는 데이터를 상기 하나 이상의 가시광 통신 단말로 송신하는 하나 이상의 광원과, 발생된 사용자 서비스에 따라 하나의 셀에 포함될 적어도 하나의 광원을 상기 하나 이상의 광원 중에서 결정하고 그룹핑하여, 셀을 맵핑하고, 상기 셀에 상기 발생된 사용자 서비스를 제공하기 위해 사용할 타임 슬롯을 할당하고, 상기 타임 슬롯을 이용하여 상기 발생된 사용자 서비스와 관련된 데이터를 전송하는 상기 통신 제어 장치를 포함한다.

그리고 상기 셀에 포함되는 광원은 상기 셀에 관련된 사용자 서비스의 발생 및 종료 또는 상기 셀에서 제공하는 사용자 서비스와 관련된 가시광 통신 단말의 위치 또는 상기 셀에서 제공하는 데이터의 콘텐츠 중 어느 하나로 인해 동적으로 변경된다.

그리고 상기 통신 제어 장치는 상기 타임 슬롯 할당시 상기 맵핑된 셀에 인 접한 셀에 할당된 타임 슬롯을 제외한 타임 슬롯을 할당한다.

그리고 상기 셀에 할당된 타임 슬롯은 상기 셀과 관련된 사용자 서비스의 발생 및 종료 또는 통신 환경 중 어느 하나에 의해 변경된다.

그리고 상기 셀에 포함되는 모든 광원은 동일한 타임 슬롯을 이용하여 동일한 데이터를 전송한다.

그리고 상기 통신 제어 장치는 임의의 타임 슬롯의 할당이 완료되면, 상기의 임의의 타임 슬롯을 이용할 가시광 통신 단말에게 상기 임의의 타임 슬롯이 할당되었음을 통보한다.

그리고 상기 사용자 서비스는 사용자 서비스 제공자의 요청 또는 임의의 가시광 통신 단말의 요청에 의해 발생된다.

본 발명은 인접한 복수의 광원들을 이용하여 가시광 통신 서비스를 제공하는 경우, 사용자 별로 다양한 서비스를 제공할 수 있고, 서로 다른 서비스를 제공하는 복수의 광원 각각의 서비스 영역이 중첩되는 영역에서도 가시광 통신을 가능하게 하고, 가시광 통신 시스템의 광원들을 효율적으로 이용하여 자원 낭비를 방지한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 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.

본 발명은 가시광 통신 시스템이 시분할 다중 방식을 이용하여 데이터를 전송하는 것이다. 다시 말해, 본 발명은 복수의 데이터를 각각 일정한 타임 슬롯(time slot)으로 분할하여 전송함으로서, 하나의 광원 또는 하나의 셀을 복수의 채널로 다중화하는 것이다. 이에 따라 본 발명은 가시광 통신의 사용자 또는 사용자 서비스 또는 콘텐츠에 따른 전송 데이터별로 타임 슬롯을 할당함으로서 다수의 채널을 통해 효율적이고 다양하게 데이터를 전송한다. 그리고 본 발명은 적어도 하나의 광원을 포함하는 셀을 구성하여, 셀 단위로 사용자 서비스를 구분하여 제공한다. 하나의 셀에 포함되는 모든 광원은 동일한 종류의 사용자 서비스를 제공하며, 하나의 셀에서 제공되는 사용자 서비스는 하나 이상일 수 있다. 사용자 서비스는 가시광 통신 단말에게 데이터를 전송하는 것을 기본으로 하며, 전송될 콘텐츠의 종류 또는 브로드캐스팅이나 멀티캐스팅과 같은 데이터 전송 방식 또는 사용자에 따라 구분될 수 있다. 그리고 하나의 셀에 포함되는 모든 광원은 특정 다운링크 타임 슬롯을 이용하여 동일한 데이터를 송신한다. 이에 따라 동일한 셀에 포함되어 있다면, 서로 다른 광원일지라도 동일한 데이터를 전송할 수 있으며, 광원 간에 서비스 영역이 중첩된다 하여도, 데이터의 충돌 없이 데이터 전송이 가능해 진다. 본 발명에 따라 타임 슬롯의 할당은 동일한 사용자 서비스가 수행되는 중에 사용자 서비스의 특성이나 통신 환경에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 그리고 하나의 셀에 포함되는 광원과 광원의 수 또한 동일한 사용자 서비스가 수행되는 중에 사용자 서비스 의 특성이나 통신 환경에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 또한 하나의 셀에 속하는 광원은 물리적으로 이웃할 수도 있고, 이웃하지 않을 수도 있는 것으로, 본 발명에서 셀은 고정되지 않으며, 각 광원이 물리적 위치가 아닌 광원에 대한 논리적 맵핑에 의해 구성된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템을 도5를 참조하여 설명한다. 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도5에 도시된 바와 같이, 가시광 통신 시스템은 하나 이상의 가시광 통신 단말(110,120,130,140,150,160,170,180,190)과, 하나 이상의 광원(210,220,230)과, 통신 제어 장치(200)를 포함한다.

각 가시광 통신 단말(110,120,130,140,150,160,170,180,190)은 도2에 도시된 가시광 통신 단말(10)과 유사하게 구성되며, 통신 제어 장치(200)에 의해 자신에게 할당된 업링크 타임 슬롯과 다운링크 타임 슬롯과 같은 타임 슬롯을 이용하여 가시광 통신에 따른 데이터를 송수신한다.

각 광원(210,220,230)은 광원마다 고유하게 할당되는 식별자인 광원 ID를 가지며, 통신 제어 장치(200)로부터 수신되는 송신 데이터를 자신의 서비스 영역에 위치한 가시광 통신 단말(110,120,130,140,150,160,170,180,190) 로 전송한다. 그리고 각 광원(210,220,230)은 가시광 통신 단말(110,120,130,140,150,160,170,180,190) 각각으로부터 수신되는 수신 데이터를 통신 제어 장치(200)로 전송하며, 이때, 광원은 수신 데이터에 자신의 광원 ID를 포함시켜 통신 제어 장치(200)로 전송한다. 또한 각 광원(210,220,230)은 프레임 동기를 주기적으로 브로드캐스팅하여, 각 광원의 서비스 영역에 위치하는 가시광 통신 단말이 동기를 맞출수 있게 한다.

통신 제어 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. 임의의 광원 또는 임의의 광원이 포함된 셀에서 제공할 사용자 서비스는 사용자 서비스 제공자에 의해 결정될 수도 있고, 임의의 광원의 서비스 영역에 위치하는 사용자에 의해 결정될 수도 있다. 예를 들어, 사용자 서비스 제공자가 콘텐츠를 주기적으로 브로드캐스팅할 수도 있고, 특정 사용자가 특정 광원의 서비스 영역에 위치하는 경우에 특정 콘텐츠를 전송할 수도 있고, 임의의 사용자가 임의의 사용자 서비스를 요청할 수도 있다.

본 발명에서 셀은 광원의 지리적 위치 보다는 광원에서 제공할 사용자 서비스에 따라 결정되기 때문에, 그 크기나 위치 또는 형태가 고정되지 않고, 하나의 셀에 포함되는 광원의 수 또한 고정되지 않으며, 어떠한 셀에도 포함되지 않은 광원이 존재할 수 있으며, 다만, 하나의 셀은 최소 하나의 광원을 포함해야한다. 다시 말해, 사용자 서비스 또는 전송될 콘텐츠에 따라 새로운 셀이 형성되고, 이미 형성된 셀의 크기 및 형태가 변경되고, 셀 형성 자체가 취소되며, 이러한 동작은 광원의 그룹핑에 의해 이루어진다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 셀의 형태를 도9와 도10에 도시하였다. 셀은 도6에 도시된 바와 같이 동일한 개수의 광원을 포함하는 형태(601 내지 619)로 구성될 수도 있고, 도7에 도시된 바와 같이 사각틀 모양(705)이나 다각형(703)의 형태로 구성될 수도 있다.

하나의 셀에 포함되는 모든 광원은 동일한 종류의 사용자 서비스를 제공하며, 이때, 하나의 셀에서 제공되는 사용자 서비스는 하나 이상일 수 있다. 사용자 서비스는 전송될 콘텐츠의 종류 또는 브로드캐스팅이나 멀티캐스팅과 같은 데이터 전송 방식 또는 사용자에 따라 구분될 수 있다. 그리고 하나의 셀에는 복수의 타임 슬롯이 할당될 수 있으며, 하나의 셀에 포함되는 모든 광원은 특정 다운링크 타임 슬롯을 이용하여 동일한 콘텐츠의 데이터를 송신한다.

이에 따라, 통신 제어 장치(200)는 사용자 정보, 셀 패턴 정보 등을 저장하고, 관리한다. 상기 사용자 정보는 가시광 통신 사용자의 특성을 나타낸 정보로서, 사용자들을 식별할 수 있는 사용자 ID, 각 사용자들에게 등록된 가시광 통신 단말 및 그 가시광 통신에 할당된 단말 ID, 각 사용자에게 설정된 사용자 서비스, 사용자 선호도 등을 포함한다. 상기 셀 패턴 정보는 현재 구성된 셀과 타임 슬롯의 할당 상태를 나타내는 정보로서, 현재 구성된 각 셀에 포함된 광원과, 셀에 포함되어 있지 않은 광원과, 각 셀에서 제공하는 사용자 서비스 및 데이터의 종류와, 각 셀에서 제공하는 사용자 서비스, 콘텐츠의 종류, 각 셀에 위치한 사용자 등에게 할당된 각 타임 슬롯과, 현재 사용되지 않고 있는 타임 슬롯에 대한 정보를 포함한다.

통신 제어 장치(200)는 상기한 사용자 정보와 셀 패턴 정보를 참조하여 광원들을 그룹핑하여 셀을 맵핑하고, 적정 타임 슬롯을 할당한다. 이때 통신 제어 장치(200)는 물리적 위치 상 서로 이웃하는 셀에게는 동일한 타임 슬롯을 할당하지 않는다. 다시 말해 서로 이웃하는 셀 각각에 할당된 타임 슬롯은 모두 다른 것이어야 한다. 인접한 셀에서 동일한 타임 슬롯을 사용한다면, 셀 인접 지역에 위치한 광원 각각의 서비스 영역이 중첩되는 곳에서 같은 타임 슬롯을 통해 서로 다른 데이터가 전송될 수 있고, 이에 따라 데이터가 충돌하여 정상적인 가시광 통신을 제공할 수 없기 때문이다. 하지만 서로 이웃하지 않는 셀에는 동일한 타임 슬롯을 할당할 수 있고, 각 셀에서는 해당 타임 슬롯을 이용하여 다른 콘텐츠를 전송할 수 있다. 그리고 하나의 셀은 셀에서 제공하는 사용자 서비스 또는 전송 콘텐츠의 종류, 셀의 서비스 영역에 위치한 사용자에 따라 복수의 타임 슬롯을 할당받을 수 있고, 사용자 서비스, 사용자, 전송 콘텐츠도 각각 복수의 타임 슬롯을 할당 받을 수 있다. 또한 통신 제어 장치(200)는 임의의 셀에서 현재 제공되고 있는 사용자 서비스 이외에 다른 사용자 서비스를 제공해야하거나, 새로운 데이터를 제공해야하는 경우, 임의의 셀에 새로운 타임 슬롯을 할당할 수 있다.

예를 들어, 불특정 다수에게 광고 데이터를 브로드캐스팅하는 광고 사용자 서비스를 제공하는 경우, 통신 제어 장치(200)는 광고 사용자 서비스가 제공될 공간에 위치한 광원들을 하나의 셀 A로 맵핑하고, 광고 데이터를 브로드캐스팅할 때 사용할 타임 슬롯 A를 맵핑된 셀 A에 할당한다. 이때, 타임 슬롯 A는 상기 맵핑된 하나의 셀 A와 이웃하는 셀 B에서 사용되지 않는 것이어야 한다. 이렇게 할당된 타임 슬롯 A는 셀 A의 서비스 영역에 위치한 각 가시광 통신 단말로 통보되고, 상기 할당된 타임 슬롯 A를 이용해 광고 데이터가 브로드캐스팅 된다. 그리고 셀 A의 서비스 영역에 위치하는 특정 가시광 통신 단말이 상세 광고 정보를 요청하는 경우, 통신 제어 장치(200)는 셀 A 및 상기 특정 가시광 통신 단말에게 타임 슬롯 B를 할당하고, 타임 슬롯 B를 이용하여 상세 광고 정보 데이터를 전송한다.

이러한 과정을 통해 가시광 통신 시스템은 셀 사용자 수용 측면에 있어 시스템 용량을 향상 시킬 수 있다.

다른 예를 도5를 참조하여 설명한다. 도5에서 제1광원(210), 제2광원(220), 제3광원(230)이 각각 독립적인 셀을 구성하고 있는 상태를 나타낸 것이다. 제1광원(210)이 포함되는 제1셀은 제1타임 슬롯(TS1)을 이용하여 데이터를 브로드캐스팅하고 있으며, 이에 따라, 제1가시광 통신 단말(110)과, 제2가시광 통신 단말(120)은 제1타임 슬롯(TS1)을 이용해 데이터를 수신한다. 제2광원(220)이 포함되는 제2셀은 복수의 타임 슬롯을 이용하여 각 사용자에게 서로 다른 데이터를 전송하는 개별 사용자 서비스를 제공하는 예이다. 이에 따라, 제2타임 슬롯(TS2)은 제4사용자(140)에게 할당되고, 제3타임 슬롯(TS3)은 제5사용자에게 할당되고, 제4타임 슬롯(TS4)은 제3사용자(130)에게 할당되어, 각각의 데이터 서비스가 제공된다. 제3광원(230)이 포함되는 제3셀은 멀티캐스팅과 개별 데이터 전송이 혼합된 사용자 서비스를 제공하는 것에 대한 예로서, 제1타임 슬롯(TS1)을 통해 제6가시광 통신 단말(160)과 제7가시광 통신 단말(170)에 멀티캐스팅 서비스가 제공되고, 제5타임 슬롯을 제8가시광 통신 단말(180)에 할당하고, 제6타임 슬롯을 제9가시광 통신 단말(190)에 할당하여, 각각 서로 다른 데이터를 제공한다. 이때, 제1타임 슬롯(TS1)은 제1셀에서도 사용되고 있지만, 제1셀과 제3셀이 이웃하고 있지 않기 때문에, 두 셀 모두에서 가시광 통신이 정상적으로 수행될 수 있다.

그리고 통신 제어 장치(200)는 현재 구성된 임의의 셀의 서비스 영역보다 좀더 넓은 지역에 서비스를 제공해야하거나, 서비스가 제공되는 공간을 축소 시켜야한다면, 현재 셀 주변의 광원을 상기 현재 셀에 추가적으로 맵핑하거나, 현재 셀에 포함된 광원 중 일부 광원을 셀에서 제외시킬 수 있다. 즉, 셀에 포함되는 광원은 동적으로 변경될 수 있고, 이에 따라 셀은 동적 구조를 가진다.

예를 들어, 제3셀에만 이웃하고, 제3셀에는 포함되지 않은 제4광원(미도시 함.)의 서비스 영역에 제1타임 슬롯을 통해 제3셀에서 제공하는 멀티캐스팅 서비스를 받아야하는 제10가시광 통신 단말(미도시 함.)이 새롭게 위치한다면, 통신 제어 장치(200)는 제4광원을 제3셀에 추가로 맵핑하고, 제1타임 슬롯을 이용하여 제10가시광 통신 단말에게 멀티 캐스팅 서비스를 제공한다. 이때, 제4광원의 서비스 영역에 제10가시광 통신 단말이 위치하는 것은 각 광원에서 주기적으로 브로드캐스팅되는 프레임 동기에 대한 제10가시광 통신 단말의 애크(ack) 응답으로 파악할 수 있다. 상기 애크 응답에는 가시광 통신 단말의 단말 ID는 물론 상기 애크 응답을 가시광 통신 단말로부터 수신하여 통신 제어 장치(200)로 전송하는 광원의 광원ID가 포함되기 때문이다.

이러한 새로운 셀의 맵핑 또는 기존 셀의 변경, 기존 셀에 새로운 타임 슬롯을 할당등은 해당 셀에서 제공할 사용자 서비스가 변경되거나, 전송 콘텐츠가 변경될 때도 이루어질 수 있지만, 새로운 사용자가 해당 셀의 서비스 영역에 위치함으로서 이루어질 수 있다.

할당이 완료된 타임 슬롯은 타임 슬롯이 할당된 사용자 서비스 또는 데이터 를 제공받을 가시광 통신 단말로 통보되며, 이에 따라, 프레임에는 해당 타임 슬롯을 이용하여 데이터를 전송하는 광원의 광원 ID(Access Point ID)와, 전체 타임 슬롯의 개수, 해당 타임 슬롯의 ID, 관련 가시광 통신 단말의 ID가 포함된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임의 일 예를 도6과 도7에 도시하였다. 도6과 도7에 도시된 프레임은 모두 반 양방향(half duplex) 구조이지만, 본 발명의 다른 실시예어는 양방향(full duplex) 구조로 프레임을 구성할 수도 있다.

도6을 참조하여 제1프레임(300)은 시작 플래그(320), 제어 정보 구간(310), 업링크/다운링크 데이터버스트(330)를 포함한다. 그리고 제어 정보 구간(310)는 본 발명의 일 실시예에 따라 해당 광원의 광원 ID(AP_ID)(311), 전체 타임 슬롯의 개수(S_num_ID)(312), 할당된 타임 슬롯의 ID(S_ID)(313), 타임 슬롯을 할당받은 가사광 통신 단말의 ID(MS_ID)(314)를 포함한다. 상기 타임 슬롯의 ID(S_ID)(313)는 할당된 다운링크 타임 슬롯 ID 및 업링크 타임 슬롯 ID를 모두 포함할 수 있다.

도7에 도시된 제2프레임(400)은 광원의 광원 ID(Access Point ID)와, 전체 타임 슬롯의 개수, 해당 타임 슬롯의 ID, 관련 가시광 통신 단말의 ID 등이 다운링크 맵(D/L MAP)(420)과 업링크 맵(U/L MAP)(430)에 포함되는 경우를 예로든 것이다. 도7을 참조하여, 제2프레임(400)은 시작 플래그(410), 다운링크 맵(D/L MAP)(420), 업링크 맵(U/L MAP)(430), 제어 정보 구간(440), 업링크/다운링크 데이터버스트(450,460)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 다운링크 맵(D/L MAP)(420)은 전체 타임 슬롯의 개수(S_num_ID)(421), 할당된 타임 슬롯의 ID(S_ID)(422)을 포함하고, 업링크 맵(U/L MAP)(430)은 타임 슬롯을 할당받은 가사 광 통신 단말의 ID(MS_ID)(431)를 포함한다. 그리고 제어 정보 구간(440)는 해당 광원의 광원 ID(AP_ID)(441)를 포함한다. 도6과 도7에는 도시하지 않았지만, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 해당 셀에 포함된 광원들에 관한 정보를 나타내는 셀 구성 정보가 프레임에 포함될 수 있으며, 프레임에 타임 슬롯과 관련된 정보들이 포함되는 방식 또한 여러 변형이 있을 수 있다.

도8은 본 발명의 일 실시예에 따라 셀이 구성되고 타임 슬롯이 할당되는 과정을 나타낸 것이다. 도8을 참조하여, 제5광원(240)은 501단계에서 주기적으로 프레임 동기(Frame sync)를 브로드캐스팅한다. 제10가시광 통신 단말(100)은 제5광원(240)의 서비스 영역에 위치하면, 브로드 캐스팅되는 프레임 동기를 수신하여, 동기를 맞추고 애크 응답을 전송한 후 503단계에서 임의의 사용자 서비스 요청(service reqs.)을 제5광원(240)으로 전송한다. 제5광원(240)은 505단계에서 서비스 요청을 통신 제어 장치(200)로 전송한다. 통신 제어 장치(200)는 507단계에서 서비스 요청에 대한 서비스 응답(service resp.)을 제5광원(240)으로 전송한다. 그리고 통신 제어 장치(200)는 제5광원을 포함하는 새로운 셀을 구성하고 타임 슬롯을 할당한 후, 셀 구성 정보와 할당된 타임 슬롯을 509단계, 511단계, 513단계에서 제5광원(240)을 통해 제10가시광 통신 단말(100)로 통보한다. 제10가시광 통신 단말(100)은 셀 구성 정보와 자신에게 할당된 타임 슬롯을 통보 받으면, 515단계에서 준비 응답(ready resp.)을 제5광원(240)으로 전송하고, 제5광원(240)은 이를 통신 제어 장치(200)로 전달한다. 통신 제어 장치(200)는 준비 응답을 수신하면, 519 단계에 제5광원(240)을 통해 데이터 서비스를 시작한다. 데이터를 수신한 제10가시광 통신 단말(100)은 201단계에서 애크 응답을 통신 제어 장치(200)로 전송한다.

도11은 본 발명에 따라 통신 제어 장치(200)가 셀을 구성하고, 변경하는 과정을 나타낸 것이다. 도11을 참조하여, 통신 제어 장치(200)는 801단계에서 새로운 셀 구성 이벤트가 발생하면 803단계에서 새로운 셀에 포함될 광원과 광원 개수를 결정하여 셀을 맵핑한다. 상기 셀 구성 이벤트는 이미 존재하는 셀 외에 새로운 셀의 구성을 요구하는 이벤트로서, 이는 사용자의 요청 또는 새로운 사용자 서비스에 의해 발생할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 사용자 서비스도 제공되고 있지 않은 광원의 서비스 영역에 새로운 가시광 통신 단말이 위치함으로써, 새로운 사용자 서비스가 제공되야하는 경우 등이 있을 수 있다. 통신 제어 장치(200)는 제공할 사용자 서비스 또는 콘텐츠의 특징이나, 사용자 서비스를 받을 사용자의 위치 선호도 등에 따라 새로운 셀에 포함될 광원 및 광원의 개수등을 결정, 그룹핑하여 셀을 맵핑한다. 이후, 통신 제어 장치(200)는 805단계에서 현재 타임 슬롯 할당 상태를 고려하여 적정 타임 슬롯을 할당한다. 타임 슬롯의 할당 역시 사용자 서비스 또는 콘텐츠의 특징이나, 사용자 서비스를 받을 사용자에 따라 결정되며, 상기 결정은 인접셀에서 사용하는 타임 슬롯도 고려하여 이루어진다. 타임 슬롯의 할당이 완료되면 통신 제어 장치(200)는 807단계에서 할당된 타임 슬롯을 해당 가시광 통신 단말에게 통보하고, 할당된 타임 슬롯을 이용해 데이터를 전송한다.

그리고 통신 제어 장치(200)는 809단계에서 셀 변경 이벤트가 발생하는 감지하여, 셀 변경 이벤트가 발생하면 811단계로 진행하여 셀에 포함된 광원을 변경한다. 상기 셀 변경 이벤트는 현재 존재하는 셀의 구조의 변경을 요청하는 이벤트로 서, 예를 들어, 임의의 셀에 포함된 복수의 광원 중 특정 광원의 서비스 영역에 더 이상 가시광 단말이 존재하지 않거나, 상기 특정 광원에서의 사용자 서비스가 완료되어, 상기 특정 광원은 상기 임의의 셀에서 제외해야 하는 경우 발생될 수 있다. 또는 상기 임의의 셀에서 제공하고 있는 사용자 서비스와 관련된 사용자의 가시광 통신 단말이 상기 임의의 셀에 포함되지 않는 다른 광원에 존재하여, 상기 다른 광원을 상기 임의의 셀에 추가해야할 때 발생할 수 있다. 이후, 통신 제어 장치(200)는 81단계로 진행하여 타임 슬롯 변경 이벤트가 발생되는지 확인한다. 상기 타임 슬롯 변경 이벤트는 현존하는 셀에 할당된 타임 슬롯의 변경을 요청하는 이벤트로서, 사용자 서비스의 발생 및 종료, 통신 환경의 변화 등에 따라 발생할 수 있다. 타임 슬롯 변경 이벤트가 발생하면 통신 제어 장치(200)는 상기 805단계로 진행하여, 상기한 과정들을 수행한다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기한 예에서는 사용자 서비스 발생 및 종료 등에 따라서 기존의 셀의 형태를 변경하는 것을 예로 들었으나, 매번 새로운 셀을 맵핑하는 것으로 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

도1은 종래의 가시광 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면,

도2는 일반적인 가시광 통신 단말의 구성을 나타낸 도면,

도3은 한 장소에 다수의 광원이 구비되는 경우를 나타낸 도면,

도4a 내지 도4c는 두 개의 광원의 서비스 영역 상태를 나타낸 도면,

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면,

도6 및 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 구조를 나타낸 도면,

도8은 본 발명의 일 실시예에 따라 셀이 구성되고 타임 슬롯이 할당되는 과정을 나타낸 도면,

도9 및 도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 형태를 나타낸 도면,

도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 제어 장치의 동작 과정을 나타낸 도면.

Claims (15)

1. 시분할 가시광 통신 시스템에 있어서,

   고유한 광원 ID를 가지며, 자신의 서비스 영역에 위치한 하나 이상의 가시광 통신 단말로부터 수신되는 데이터를 통신 제어 장치로 전송하고, 상기 통신 제어 장치로부터 수신되는 데이터를 상기 하나 이상의 가시광 통신 단말로 송신하는 하나 이상의 광원과,

   발생된 사용자 서비스에 따라 하나의 셀에 포함될 적어도 하나의 광원을 상기 하나 이상의 광원 중에서 결정하고 그룹핑하여, 셀을 맵핑하고, 상기 셀에 상기 발생된 사용자 서비스를 제공하기 위해 사용할 타임 슬롯을 할당하고, 상기 타임 슬롯을 이용하여 상기 발생된 사용자 서비스와 관련된 데이터를 전송하는 상기 통신 제어 장치를 포함함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 셀에 포함되는 광원은 상기 셀에 관련된 사용자 서비스의 발생 및 종료 또는 상기 셀에서 제공하는 사용자 서비스와 관련된 가시광 통신 단말의 위치 또는 상기 셀에서 제공하는 데이터의 콘텐츠 중 어느 하나로 인해 동적으로 변경됨을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 통신 제어 장치는 상기 타임 슬롯 할당시 상기 맵핑된 셀에 인접한 셀에 할당된 타임 슬롯을 제외한 타임 슬롯을 할당함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 셀에 할당된 타임 슬롯은 상기 셀과 관련된 사용자 서비스의 발생 및 종료 또는 통신 환경 중 어느 하나에 의해 변경됨을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 셀에 포함되는 모든 광원은 동일한 타임 슬롯을 이용하여 동일한 데이터를 전송함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 통신 제어 장치는 임의의 타임 슬롯의 할당이 완료되면, 상기의 임의의 타임 슬롯을 이용할 가시광 통신 단말에게 상기 임의의 타임 슬롯이 할당되었음을 통보함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 사용자 서비스는 사용자 서비스 제공자의 요청 또는 임의의 가시광 통신 단말의 요청에 의해 발생됨을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 광원은 상기 자신의 서비스 영역에 위치한 특정 가시광 통신 단말로부터 특정 사용자 서비스 요청을 수신하면, 상기 특정 사용자 서비스 요청에 자신의 광원 ID를 첨부하여 상기 통신 제어장치로 전송하고,

   상기 통신 제어 장치는 상기 특정 사용자 서비스 요청을 수신하면, 상기 특정 사용자 서비스 요청에 포함된 광원 ID를 가지는 광원을 적어도 포함하는 특정 셀을 맵핑하고, 상기 특정 셀에 특정 타임 슬롯을 할당하고, 상기 특정 가시광 통신 단말로 상기 특정 타임 슬롯을 이용해 상기 특정 사용자 서비스와 관련된 데이터를 전송함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 시스템.
9. 자신의 서비스 영역에 위치한 하나 이상의 가시광 통신 단말로부터 수신되는 데이터를 통신 제어 장치로 전송하고, 상기 통신 제어 장치로부터 수신되는 데이터를 상기 하나 이상의 가시광 통신 단말로 송신하는 하나 이상의 광원을 포함하는 가시광 통신 시스템에서 상기 통신 제어 장치에 의한 시분할 가시광 통신 방법에 있어서,

   임의의 사용자 서비스 요청이 발생하면, 상기 임의의 사용자 서비스에 따라 하나의 셀에 포함될 적어도 하나의 광원을 결정하고 그룹핑하여, 셀을 맵핑하는 과정과,

   상기 셀에 상기 발생된 사용자 서비스를 제공하기 위해 사용할 타임 슬롯을 할당하는 과정과,

   상기 타임 슬롯을 이용하여 상기 발생된 사용자 서비스와 관련된 데이터를 전송하는 상기 셀에 포함된 광원을 통해 상기 셀의 서비스 영역에 위치한 가시광 통신 단말로 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 셀에 포함되는 광원은 상기 셀에 관련된 사용자 서비스의 발생 및 종료 또는 상기 셀에서 제공하는 사용자 서비스와 관련된 가시광 통신 단말의 위치 또는 상기 셀에서 제공하는 데이터의 콘텐츠 중 어느 하나로 인해 동적으로 변경됨을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 통신 제어 장치는 상기 타임 슬롯 할당시 상기 맵핑된 셀에 인접한 셀에 할당된 타임 슬롯을 제외한 타임 슬롯을 할당함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 셀과 관련된 사용자 서비스의 발생 및 종료 또는 통신 환경 중 어느 하나에 의해 상기 셀에 할당되는 타임 슬롯이 변경됨을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 셀에 포함되는 모든 광원은 동일한 타임 슬롯을 이용하여 동일한 데이터를 전송함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 통신 제어 장치는 임의의 타임 슬롯의 할당이 완료되면, 상기의 임의의 타임 슬롯을 이용할 가시광 통신 단말에게 상기 임의의 타임 슬롯이 할당되었음을 통보함을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 사용자 서비스는 사용자 서비스 제공자의 요청 또는 임의의 가시광 통신 단말의 요청에 의해 발생됨을 특징으로 하는 시분할 가시광 통신 방법.

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