KR20100093903A - 가시광 통신 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가시광 통신에 관한 것으로, 가시광 통신 단말은 프레임의 제어 정보를 참조하여, 제어 슬롯을 구성하는 다수의 미니 슬롯 중 임의의 미니 슬롯을 통해 액세스 포인트에 대한 초기 접속을 요청한다. 그리고 이후 프레임의 제어 정보에 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 할당된 업링크 타임 슬롯이 있으면, 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해 상기 액세스 포인트로 연결을 요청하고, 상기 연결 요청에 대응하여 수신한 응답에 포함된 연결 ID와 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해, 현재 프레임의 제어 정보에 포함된 자신의 데이터 전송 속도에 따라 데이터를 전송한다.
가시광 통신, 타임 슬롯, 데이터 전송 속도

Description

가시광 통신 방법 및 시스템{VISIBLE LIGHT COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM}
본 발명은 가시광 통신에 관한 것으로, 특히, MAC(Media Access Control) 프로토콜을 적용한 가시광 통신 방법 및 시스템을 제공한다.
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 가시광을 통신에 사용할 경우 해당 통신 채널을 효율적으로 사용하기 위한 프로토콜이 요구된다. 현재 많이 사용되고 있는 근거리 무선 통신 프로토콜로 무선 LAN(Local Area Network)과 IRDA(Infrared Data Association)가 있다. 그러나 무선 LAN과 IRDA에서 사용하는 통신 프로토콜은 가시광 통신 채널에는 적합하지 않다.
무선 LAN에서는 액세스 포인트(Access point:AP)와 그에 연결된 이동 노드(mobile node:MN) 사이의 우선권이 존재하지 않고 동등하게 자원을 점유하도록 하고 있다. 따라서 통신 부하(traffic)가 집중되는 AP에 적용되는 복잡한 통신 알고리즘이 동일하게에게 MN에게 적용되고 있으며, 이는 비교적 작고 가볍게 설계되어야 하는 MN의 입장에서는 적절하지 못하다.
IRDA는 주로 일대일(point-to-point) 방식에 사용되도록 설계되었기 때문에 복수의 MN들이 채널을 사용하고자 할 때 필요한 매체 접근(medium access) 방식을 제공하지 못한다.
따라서 효율적이면서도, 안정적으로 통신이 이루어 질 수 있는 가시광 통신 프로토콜의 개발이 필수적이다.
본 발명은 효율적이고 안정적인 통신 가능한 가시광 통신 방법 및 시스템을 제공한다.
그리고 본 발명은 MAC 프로토콜이 적용된 가시광 통신 방법 및 시스템을 제공한다.
한편 본 발명은 프레임의 제어 정보를 참조하여, 제어 슬롯을 구성하는 다수의 미니 슬롯 중 임의의 미니 슬롯을 통해 액세스 포인트에 대한 초기 접속을 요청하고, 이후 프레임의 제어 정보에 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 할당된 업링크 타임 슬롯이 있으면, 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해 상기 액세스 포인트로 연결을 요청하고, 상기 연결 요청에 대응하여 수신한 응답에 포함된 연결 ID와 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해, 현재 프레임의 제어 정보에 포함된 자신의 데이터 전송 속도에 따라 데이터를 전송하는 가시광 통신 단말과, 상기 임의의 미니 슬롯을 통해 초기 접속 요청을 수신하면, 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 상기 업링크 타임 슬롯을 할당하고, 상기 업링크 타임 슬롯에 대한 할당 정보를 프레임의 제어 정보에 포함시켜 전송하고, 상기 업링크 타임 슬롯을 통해 상기 연결 요청을 수신하면, 상기 가시광 통신 단말에 상기 연결 ID를 할당하고, 상기 연결 ID를 상기 연결 요청에 대한 응답에 포함시켜 상기 가시광 통신 단말로 전송하고, 상기 가시광 통신 단말에 대한 상기 데이터 전송 속도를 결정하는 액세스 포인트를 포함 한다.
본 발명은 가시광 통신에 적정한 MAC 프로토콜을 제공함으로써, 효율적이고 안정적으로 통신을 제공할 수 있다.
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.
가시광 통신은 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode)를 광원으로 이용하는 새로운 통신 기술이다. 가시광 통신은 크게 둘로 나눌 수 있다. 첫째, 통신 기능을 가진 조명장치 시스템과 가시광 통신이 가능한 단말들 사이에 이루어지는 조명 인프라 기반 가시광 통신이 그것이다. 두 번째로는 가시광 통신이 가능한 단말 장치들 사이에 이루어지는 가시광 통신이다. 본 발명은 주로 조명 인프라 시설과 관련된 가시광 통신에 이용할 수 있는 시스템에 적용될 수 있다. 그렇지만 조명 인프라 시설에 한정하는 것은 아니다.
조명 인프라를 이용한 가시광 통신의 시스템의 구성은 크게, 단방향 통신 시스템과 양방향 통신 시스템으로 나눌 수 있다. 단방향 통신이란 조명 인프라는 정보를 송신할 수 만 있고 단말기는 조명에서 보내오는 데이터를 수신만 할 수 있는 통신방식을 말한다. 양방향 통신이란 조명 인프라와 단말 모두가 가시광 송수신 모듈을 가지고 있고, 단말에서 원하는 정보를 요청할 수 있고, 조명 인프라에선 요청된 정보를 보내 줄 수 있는 양방향 통신이 가능한 시스템을 말한다.
도1은 본 발명의 일 시예에 따른 양방향 가시광 통신(VLC:Visible Light Communication) 시스템을 나타낸 도면이다. 가시광 통신 시스템은 LED 또는 LD(Laser 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(20,30,40)을 포함한다. 상기 가시광 통신 단말(20,30,40)은 휴대폰, PDA와 같은 이동 단말기나 데스크탑 형태의 고정형 단말기 등이 될 수 있다. 부가적으로 가시광 통신은 유,무선의 다른 통신 매체를 사용한 통신 시스템과 결합하여 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
상기한 가시광 통신 시스템에서 광원(10)은 고정된 상태의 액세스 포인트(Access Point, AP)로서, 가시광 통신 네트워크는 액세스 포인트와 가시광 통신 단말(20,30,40)과 같은 이동 노드(Mobile Node:MN) 간에 구성된다. 그리고 액세스 포인트는 인터넷과 같은 기존의 인프라와 연결되는 구조적 특징을 가진다.
이러한 가시광 통신 시스템에서 액세스 포인트는 조명 역할과 동시에 데이터를 송신하는 송신 장치로 사용된다. 액세스 포인트는 조명 램프와 같은 조명기기뿐만 아니라 전광판, 가로등, 신호등 등 LED나 LD사용하는 모든 기기에 응용할 수 있다. 또한 액세스 포인트는 이동 노드, 즉, 가시광 통신 단말로부터 데이터를 수신하여 서버로 제공할 수 있고, 서버로부터 사용자가 원하는 정보를 수신하여 가시광 통신 단말로 전송할 수 있다. 가시광 통신 단말은 가시광 수신 모듈을 구비하여, 액세스 포인트에서 송신되는 데이터를 수신할 수 있어야 하고, 송신 모듈을 구비하여 사용자가 원하는 명령을 송신할 수 있다.
이러한 가시광 통신 단말의 구성을 도2에 도시하였다. 도2를 참조하면, 가시 광 통신 단말은 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 단말의 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 입력되는 데이터를 광변조하고, 전송 데이터가 외부의 장치로 전달될 수 있도록 LED(24)를 구동한다. 그리고 본 발명에 따라 송수신 제어부(21)는 액세스 포인트와의 초기 접속, 연결 과정, 데이터 송수신에 필요한 가시광 통신 단말의 동작을 제어한다.
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.
도1과 같은 가시광 통신 시스템이 구성되는 경우, 하나의 광원(10), 즉, 하나의 액세스 포인트가 복수개의 가시광 통신 단말(20,30,40)과 접속하는 구조로 되어있다. 이 때 액세스 포인트는 조명등 인프라에 포함되어 있으므로 소비전력이나 장치 크기 등 비교적 제한 요건에서 자유로우나, 가시광 통신 단말(20,30,40)은 이동 가능한 단말의 일부 혹은 착탈식 모듈로 존재해야 하므로 저전력 및 작은 크 기로 되는 것이 바람직하다.
이러한 가시광 통신 시스템에서 일 대 다 통신을 지원하기 위해서는 다중 접속 방식(multiple access scheme)이 필요하다. 가시광 영역의 주파수는 3.88 ~ 7.89ㅧ1014 Hz로 RF(Radio Frequency) 통신에 비해서 매우 넓은 대역폭을 가지고 있으며 매우 간단한 변조기법을 이용하여 통신하므로, 시분할 다중 방식이 매우 적합하다고 할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 MAC(Mandatory Access Control) 프로토콜에서는 시분할 다중 방식을 기반으로 하여 시스템 자원의 효율을 높이고 충돌 확률을 최소화 하는 업링크 다중 접속 방식(uplink multiple access scheme)을 적용하였고, 도3과 같은 프레임 구조를 도입하였다.
도3을 참조하여, 프레임은 시작 플래그 구간(Start_flag)(100), 제어 정보가 포함되는 제어 정보 구간(control_info)(110), n개의 타임 슬롯(130)으로 이루어진다. 다수의 가시광 통신 단말과 통신하기 위한 자원할당은 타임 슬롯(time slot)으로 하였고, 각 단말의 대응 타임 슬롯(time slot)의 소유 여부 등에 관한 정보를 제어 정보 구간(110)에 포함시킨다.
이 밖에도 제어 정보 구간(110)에는 접속 슬롯 정보, 액세스 포인트 ID(AP_ID)(111), 서비스 타입(S_type)(112), 듀플렉스 모드(D_monde)(113), 업링크 시작 슬롯(Up_start)(114), 프레임 길이(F_length)(115), 기준 속도(R_rate)(116), 슬롯 정보(Slot#n info.)(117)가 포함된다.
조명 인프라를 이용하는 가시광 통신 시스템에서 액세스 포인트의 ID는 각 액세스 포인트를 구분하는 중요한 역할을 한다. 액세스 포인트 ID를 통해 액세스 포인트의 위치와 더불어 그 액세스 포인트 주변의 가시광 통신 단말의 위치를 파악할 수 있다. 또한 특정한 데이터를 저장 또는 제공하는 중요한 판단이 될 수 있다. 이러한 액세스 포인트의 ID가 액세스 포인트 ID(111)에 표시된다.
본 발명의 실시예에 따라 가시광 통신 시스템에서 지원하는 서비스는 VL(Visible LAN) 서비스, IB(Informational Broadcast) 서비스, PI(Peripheral Interface) 서비스 세 가지로 구분할 수 있으며, 현재 가시광 통신 시스템에서 제공되는 서비스의 종류가 서비스 타입(Service_type)(112)으로 표시된다. PI 서비스는 가시광 통신 단말의 일 대 일(point-to-point) 통신 서비스를 의미하고, IB 서비스는 전광판 등을 통한 브로드캐스팅 방식으로 데이터를 송수신하는 통신 서비스이고, VL 서비스는 무선 LAN 시스템에서 무선 주파수나 적외선 대신 가시광을 전달 매체로서 사용하는 통신 서비스이다.
본 발명에 따라 가시광 통신 시스템은 그 물리적 특성상 전이중(full duplex) 모드 또는 반이중(half duplex) 모드로 동작할 수 있다. 이를 듀플렉스 모드(D_mode)(113)에서 표시한다. 가시광 통신 시스템이 전이중 모드로 동작하는 경우, 다운링크(downlink) 채널과 업 링크(uplink) 채널이 독립적으로 존재하므로 시간 축 상에서 서로 재사용이 가능하다. 가시광 통신 시스템이 반이중 모드로 동작하는 경우 다운링크 채널과 업링크 채널이 동일하므로 시간 축 상에서 이를 구분하여 사용해야 한다.
업링크 시작 슬롯(Up_start)(114)은 업링크가 시작되는 타임 슬롯을 나타 내는 것으로, 가시광 통신 시스템이 반이중 모드로 동작할 경우 업링크 타임 슬롯의 시작 위치를 나타낸다. 따라서 동작 모드가 반 이중 모드인 경우에만 의미를 가진다.
프레임 길이(F-length)(115)는 프레임 길이를 나타내며, 기준은, 예를 들어, 10msec 가 될 수 있다.
기준 속도(R_rate)(116)는 데이터 전송에 있어서 기준 속도가 가변일 경우의 기준 속도를 나타내는데 이용된다.
슬롯 정보(Slot#n info.)(117)는 각 타임 슬롯에 대응하는 종류(Type)(118), 해당 타임 슬롯이 할당된 가시광 통신 단말의 ID(MS_ID)(119), 해당 타임 슬롯의 전송 속도(Data_rate)(120)를 포함한다. 가시광 통신 단말은 자신에게 할당된 타임 슬롯을 이용해 다운링크 또는 업링크를 통해 데이터를 송수신한다.
가시광 통신 시스템에서는 액세스 포인트와 가시광 통신 단말 사이에 손실이 보장되고 액세스 포인트, 즉, 광원을 눈으로 확인할 수 있기 때문에, 높은 SNR(signal-to-noise ratio)을 보장할 수 있다. 또한 RF를 이용한 통신 방식보다 수신기와 송신기간의 거리가 짧아지고, 벽을 통과할 수 없기 때문에 인접 액세스 포인트 간의 간섭(interference)이 기존의 통신 시스템보다 현저히 적다. 그에 반해 가시광 통신은 통신 영역의 경계가 뚜렷하고 단위 거리 당 신호 감쇠의 변화가 크므로, 가시광 통신 단말의 전송 속도를 최대화함과 동시에 전송 에러를 최소화하기 위해서는 적응적 전송률 제어 기법을 사용하는 것이 좋다. 따라서 각 슬롯은 서 로 다른 전송속도로 동작이 가능하도록 설계하였다.
전송속도 변경은 여러 방식으로 구현될 수 있으며, 아래는 그 중 하나의 예를 서술한다. 채널은 8B10B 인코딩 방식으로 코딩되어 전송될 수 있다. 이때 전송 중 채널의 열화에 의해 에러가 발생하면 10B의 테이블에 존재하지 않는 신호가 수신될 수 있으며, 이 경우 수신측에서는 에러가 발생했음을 감지한다. 이는 SER(Symbol Error Rate)로 채널 상태 측정의 근거가 될 수 있으며, 이를 근거로 전송 속도를 조절할 수 있다.
이에 따라, 슬롯 정보(Slot#n info.)(117)에 해당 타임 슬롯의 전송 속도(Data_rate)(120)가 포함되는 것이며, 각 타임 슬롯의 구조는 도4와 같다.
도4를 참조하여, 타임 슬롯은 시작 플래그(Start_flag)(131), MAC 헤더(MAC header)(131), 페이로드(Payload)(133), CRC(cyclic redundancy check)(CRC)(134)로 이루어진다. 그리고 MAC 헤더(MAC header)(131)에는 PSN(Protocol data unit Sequence Number), 서브 헤더의 프레즌스를 나타내는 타입 정보, CI(CRC Indicator), EC(Encryption Control), EKS(Encryption Key seqence), CID(Connection ID), MAC 헤더와 CRC를 포함하는 바이트에서 PDU(Protocol Data Unit) 전체 길이 정보, HCS(Header Check Sequece)가 포함된다.
즉, 액세스 포인트는 무선 자원 할당 상태, 자원을 할당 받은 가시광 통신에게 제공되고 있는 서비스의 종류, 데이터의 종류 등을 고려하여 각 가시광 통신 단말에 할당된 타임 슬롯의 데이터 전송 속도를 결정하고, 이를 기준 속도(R_rate)(116)와, 해당 타임 슬롯의 전송 속도(Data_rate)(120)를 이용하여 프레 임의 제어 정보 구간(110)에 포함시킨다. 이에 따라 각 가시광 통신 단말은 프레임에 포함된 기준 속도(R_rate)(116)와 자신에게 할당된 슬롯 정보(Slot#n info.)(117)에 포함된 타임 슬롯의 전송 속도(Data_rate)(120)를 참조하여, 데이터의 전송 속도를 결정하고, 데이터를 전송한다.
상기와 같은 구조의 프레임을 사용하여, 가시광 통신 단말(20,30,40)이 액세스 포인트(10)에 초기 접속하는 과정을 도5 및 도6을 참조하여 설명한다. 도5는 본 발명의 일 실시에에 따라 초기 접속을 위한 미니 슬롯의 배열을 나타낸 도면이고, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 단말의 동작 과정을 나타낸 도면이다.
접속 슬롯(C_slot)은 N개의 미니 슬롯(mini-slot)으로 구성되며, 액세스 포인트가 제어 정보(control_info)(110)를 통해 브로드캐스팅 한다. 이러한 접속 슬롯을 구성하는 미니 슬롯의 배열을 도5에 나타내었다.
액세스 포인트와 연결(association)이 아직 이루어지지 않은 가시광 통신 단말은 업링크 자원 할당을 위해 이 N개의 미니 슬롯 중 하나를 선택하여 초기 접속(initial access)을 수행한다. 초기 접속은 가시광 통신 단말이 임의의 미니 슬롯을 선택하여, 해당 미니 슬롯에 특정 코드와 함께 자신의 단말 ID를 반복적으로 전송함으로써 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서 가시광 통신 단말은 하나의 미니 슬롯에 8B10B 코드의 제어 심볼인 K28.0, K28.2, K28.3, K28.4, K28.6 중 임의의 코드를 선택하여 반복적으로 전송한다. 예를 들어, 도4에서와 같이, 가시광 통신 단말 STA1은 2번째 미니 슬롯을 선택하여 8B10B 코드의 제어 심볼을 전송할 수 있고, 가시광 통신 단말 STA2는 네 번째 미니 슬롯을 선택하여 8B10B 코드의 제어 심볼을 전송할 수 있다. 이때, 액세스 포인트와 가시광 통신 단말 사이의 전송 지연(delay)을 고려하여, 미니 슬롯의 앞쪽과 뒤쪽에 가드타임(guard time)이 존재하도록 구성할 수 있다.
상기 미니 슬롯을 이용한 초기 접속 과정과, 연결 과정을 도6을 참조하여 설명한다. 아직 연결(association)되지 않은 가시광 통신 단말은 연결을 시도하기 위해 액세스 포인트의 제어 정보(110)를 분석한다. 이를 통해 가시광 통신 단말은 프레임상에서 제어 슬롯의 위치와 미니 슬롯의 개수, 미니 슬롯의 길이 정보를 파악한다. 그리고 가시광 통신 단말은 0에서 최대 백오프 타이머(backoff timer) 중 임의의 백오프 타이머를 선택한다(201단계). 그리고 가시광 통신 단말은 매 프레임 당 백오프 타이머를 확인하여(203단계), 백오프 타이머가 0이 아니면 백오프 타이머를 1씩 감소시킨다(205단계, 207단계). 그리고 백오프 타이머 값이 0이 되는 프레임에서 총 N개의 미니 슬롯 중 하나를 임의로 선택하고(209단계), 선택한 미니 슬롯에 임의의 8B10B 제어 심볼을 전송함으로써, 초기 접속을 요청한다(211단계).
가시광 통신 단말은 다음 프레임의 제어 정보에 포함된 자원 할당 정보에서 자신이 전송한 미니 슬롯에 대한 자원할당이 이루어졌는지 확인한다(213단계, 215단계). 만약 자원할당이 되지 않았다면, 액세스 포인트가 초기 접속 요청을 수신하지 못한 경우이다. 이 경우, 가시광 통신 단말은 상기 201단계로 돌아가서, 백오프 타이머를 다시 임의로 선택한 뒤 203단계 내지 211 단계에 따른 초기 접속 과정을 다시 수행한다.
프레임 확인 결과 자원 할당이 이루어진 경우에 가시광 통신 단말은 할당된 자원을 이용해 액세스 포인트에게 AS-REQ 메시지를 전송하여, 연결을 요청한다(213단계). 그리고 가시광 통신 단말은 AS-REQ 메시지에 대한 응답 메시지인 AS-RSP 메시지에 대한 수신 대기 시간을 설정한다(219단계). 설정된 수신 대기 시간 동안 AS-RSP 메시지를 수신하면, 수신 대기 시간은 만료되고 연결이 성공적으로 이루어진 것으로 판단한다. 하지만, 수신 대기 시간 동안 AS-RSP 메시지가 수신되지 않으면 연결 요청이 실패한 것으로 판단하고 상기 201단계로 돌아가 모든 과정을 재수행한다(221단계, 223단계).
상기와 같은 가시광 통신 단말의 액세스 포인트 연결 동작에 따른 액세스 포인트의 동작을 도7을 참조하여 설명한다.
도7을 참조하여, 가시광 통신 단말이 미니 슬롯을 통해 초기 접속을 요청하면(301단계), 액세스 포인트는 각 미니 슬롯에서 수신된 신호를 분석하여, 신호의 8B10B 제어 심볼을 판단한다. 에러(error)가 아닌 8B10B 제어 심볼이 수신된 경우 액세스 포인트는 다음 프레임에 해당 가시광 통신 단말에 대응한 업링크 타임 슬롯을 할당함으로써 자원을 할당하고, 제어 정보 구간(110)을 통해 자원 할당 정보를 전송한다(303단계). 가시광 통신 단말은 액세스 포인트에게 자신의 존재를 알리기 위해 연결(association) 과정을 수행한다. 즉, 가시광 통신 단말이 AS-REQ 메시지를 자신에게 할당된 업링크 타임 슬롯에 액세스 포인트에게 전송한 후, 수신 대기 시간(T_assoc timer)을 설정하고, AS-RSP 메시지의 수신을 대기한다(305단계, 307단계). 액세스 포인트는 AS-REQ 메시지를 에러 없이 수신하면, 해당 가시광 통 신 단말에 연결 ID(association ID)를 할당하고, 이를 포함한 AS-RSP 메시지를 가시광 통신 단말로 전송한다(309단계). 가시광 통신 단말은 AS-RSP 메시지를 수신하면 연결이 성공적으로 이루어진 것으로 판단하고, 애크로 AS_ACK 메시지를 액세스 포인트로 전송한다.(311단계). 이와 같이 각 가시광 통신 단말은 연결 과정을 통해 서비스 설정(service set) 내의 고유한 연결 ID(association ID)를 부여 받고 이를 이용해 자신에게 할당된 업링크 타임 슬롯에 데이터 전송(data transmission)을 수행한다. 액세스 포인트는 데이터 송수신 과정에서 필요에 따라 각 가시광 통신 단말에 다운 링크 타임 슬롯을 할당, 변경하거나 취소할 수도 있다.
이후, 가시광 통신 단말이 액세스 포인트와 연결을 종료하고 싶은 경우, DAS-REQ 메시지를 전송하여 연결 종료를 요청한다(313단계). 액세스 포인트는 가시광 통신 단말과의 연결을 해제하고, 연결 종료 요청에 대한 응답임을 나타내는 코드를 포함하는 AS_RSP 메시지를 가시광 통신 단말로 전달한다. 예를 들어, AS_RSP 메시지의 응답 코드는 3으로 세팅될 수 있다(315단계). 가시광 통신 단말은 응답 메시지를 수신하면 그에 대한 애크로 DAS_ACK 메시지를 전송한다(317단계).
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 단말의 구성을 나타낸 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 구조를 나타낸 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임 슬롯의 구조를 나타낸 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 슬롯을 나타낸 도면,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 단말의 동작 과정을 나타낸 도면,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 단말과 액세스 포인트의 메시징 과정을 나타낸 도면.

Claims (21)

  1. 가시광 통신 단말의 가시광 통신 방법에 있어서,
    프레임의 제어 정보를 참조하여, 제어 슬롯을 구성하는 다수의 미니 슬롯 중 임의의 미니 슬롯을 통해 액세스 포인트에 대한 초기 접속을 요청하는 과정과,
    이후 프레임의 제어 정보에 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 할당된 업링크 타임 슬롯이 있으면, 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해 상기 액세스 포인트로 연결을 요청하는 과정과,
    상기 연결 요청에 대응하여 수신한 응답에 포함된 연결 ID와 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해, 현재 프레임의 제어 정보에 포함된 자신의 데이터 전송 속도에 따라 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임의 제어 정보에 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 할당된 업링크 타임 슬롯이 없으면, 상기 초기 접속 요청을 재 수행함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연결 요청 후 수신 대기 시간 내에 상기 연결 요청에 대응하는 응답이 없으면, 상기 연결 요청을 재 수행함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 초기 접속을 요청하는 과정은
    프레임의 제어 정보를 확인하여 상기 프레임상에서 제어 슬롯의 위치와 상기 제어 슬롯을 구성하는 미니 슬롯의 개수를 파악하는 단계와,
    임의의 백오프 타이머 값을 선택하는 단계와,
    매 프레임 당 상기 임의의 백오프 타이머의 값에서 1씩 감소시켜, 백오프 타이머 값이 0이 되는 프레임에서 임의의 미니 슬롯을 선택하는 단계와,
    상기 선택한 미니 슬롯에 임의의 제어 심볼을 전송함으로써, 초기 접속을 요청하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전송 속도는 무선 자원의 할당 상태와, 상기 가시광 통신 단말에 제공되고 있는 가시광 통신 서비스의 종류와, 상기 가시광 통신 단말에 전송되고 있는 데이터에 따라 결정됨을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 시작 플래그 구간, 상기 제어 정보가 포함되는 제어 정보 구간, n개의 타임 슬롯 구간을 포함하며,
    상기 제어 정보는 액세스 포인트 ID, 상기 가시광 통신 단말에 제공되는 가시광 통신 서비스의 종류를 나타내는 서비스 타입, 프레임의 업링크 채널과 다운링크 채널 구성 방식에 대한 모드를 나타내는 듀플렉스 모드, 업링크 시작 타임 슬롯, 프레임 길이, 기준 속도, 각 타임 슬롯의 정보를 포함함을 특징으로 하는 가시 광 통신 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 각 타임 슬롯의 정보는 해당 타임 슬롯에 대응하는 종류, 해당 타임 슬롯이 할당된 가시광 통신 단말의 ID, 해당 타임 슬롯의 전송 속도를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 데이터 전송 속도는 상기 기준 속도와 상기 타임 슬롯의 전송 속도의 조합에 의해 파악됨을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  9. 가시광 통신 시스템에서 액세스 포인트의 가시광 통신 방법에 있어서,
    제어 슬롯을 구성하는 다수의 미니 슬롯 중 임의의 미니 슬롯을 통해 초기 접속 요청을 수신하는 과정과,
    상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 업링크 타임 슬롯을 할당하고, 상기 업링크 타임 슬롯에 대한 할당 정보를 프레임의 제어 정보에 포함시켜 전송하는 과정과,
    상기 업링크 타임 슬롯을 통해 연결 요청을 수신하면, 상기 연결 요청을 송신한 가시광 통신 단말에 연결 ID를 할당하고, 상기 연결 ID를 상기 연결 요청에 대한 응답에 포함시켜 상기 가시광 통신 단말로 전송하는 과정과,
    상기 연결 ID와 상기 업링크 타임 슬롯을 통해, 프레임의 제어 정보에 의해 상기 가시광 통신 단말에 지정된 데이터 전송 속도에 따라 전송되는 데이터를 수신 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 데이터 전송 속도는 무선 자원의 할당 상태와, 상기 가시광 통신 단말에 제공되고 있는 가시광 통신 서비스의 종류와, 상기 가시광 통신 단말에 전송되고 있는 데이터에 따라 결정됨을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 프레임은 시작 플래그 구간, 상기 제어 정보가 포함되는 제어 정보 구간, n개의 타임 슬롯 구간을 포함하며,
    상기 제어 정보는 액세스 포인트 ID, 상기 가시광 통신 단말에 제공되는 가시광 통신 서비스의 종류를 나타내는 서비스 타입, 프레임의 업링크 채널과 다운링크 채널 구성 방식에 대한 모드를 나타내는 듀플렉스 모드, 업링크 시작 타임 슬롯, 프레임 길이, 기준 속도, 각 타임 슬롯의 정보를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 각 타임 슬롯의 정보는 해당 타임 슬롯에 대응하는 종류, 해당 타임 슬롯이 할당된 가시광 통신 단말의 ID, 해당 타임 슬롯의 전송 속도를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 데이터 전송 속도는 상기 기준 속도와 상기 타임 슬 롯의 전송 속도의 조합에 의해 파악됨을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  14. 가시광 통신 시스템에 있어서,
    프레임의 제어 정보를 참조하여, 제어 슬롯을 구성하는 다수의 미니 슬롯 중 임의의 미니 슬롯을 통해 액세스 포인트에 대한 초기 접속을 요청하고, 이후 프레임의 제어 정보에 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 할당된 업링크 타임 슬롯이 있으면, 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해 상기 액세스 포인트로 연결을 요청하고, 상기 연결 요청에 대응하여 수신한 응답에 포함된 연결 ID와 상기 할당된 업링크 타임 슬롯을 통해, 현재 프레임의 제어 정보에 포함된 자신의 데이터 전송 속도에 따라 데이터를 전송하는 가시광 통신 단말과,
    상기 임의의 미니 슬롯을 통해 초기 접속 요청을 수신하면, 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 상기 업링크 타임 슬롯을 할당하고, 상기 업링크 타임 슬롯에 대한 할당 정보를 프레임의 제어 정보에 포함시켜 전송하고, 상기 업링크 타임 슬롯을 통해 상기 연결 요청을 수신하면, 상기 가시광 통신 단말에 상기 연결 ID를 할당하고, 상기 연결 ID를 상기 연결 요청에 대한 응답에 포함시켜 상기 가시광 통신 단말로 전송하고, 상기 가시광 통신 단말에 대한 상기 데이터 전송 속도를 결정하는 액세스 포인트를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가시광 통신 단말은 상기 프레임의 제어 정보에 상기 임의의 미니 슬롯에 대응하여 할당된 업링크 타임 슬롯이 없으면, 상기 초기 접속 요청을 재 수행함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 가시광 통신 단말은 상기 연결 요청 후 수신 대기 시간 내에 상기 연결 요청에 대응하는 응답이 없으면, 상기 연결 요청을 재 수행함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 가시광 통신 단말은 상기 초기 접속을 요청하기 위해, 프레임의 제어 정보를 확인하여 상기 프레임상에서 제어 슬롯의 위치와 상기 제어 슬롯을 구성하는 미니 슬롯의 개수를 파악하고, 임의의 백오프 타이머 값을 선택하고, 매 프레임 당 상기 임의의 백오프 타이머의 값에서 1씩 감소시켜, 백오프 타이머 값이 0이 되는 프레임에서 임의의 미니 슬롯을 선택하고, 상기 선택한 미니 슬롯에 임의의 제어 심볼을 전송함으로써, 초기 접속을 요청함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  18. 제14항에 있어서, 상기 데이터 전송 속도는 무선 자원의 할당 상태와, 상기 가시광 통신 단말에 제공되고 있는 가시광 통신 서비스의 종류와, 상기 가시광 통신 단말에 전송되고 있는 데이터에 따라 결정됨을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  19. 제14항에 있어서, 상기 프레임은 시작 플래그 구간, 상기 제어 정보가 포함 되는 제어 정보 구간, n개의 타임 슬롯 구간을 포함하며,
    상기 제어 정보는 액세스 포인트 ID, 상기 가시광 통신 단말에 제공되는 가시광 통신 서비스의 종류를 나타내는 서비스 타입, 프레임의 업링크 채널과 다운링크 채널 구성 방식에 대한 모드를 나타내는 듀플렉스 모드, 업링크 시작 타임 슬롯, 프레임 길이, 기준 속도, 각 타임 슬롯의 정보를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 각 타임 슬롯의 정보는 해당 타임 슬롯에 대응하는 종류, 해당 타임 슬롯이 할당된 가시광 통신 단말의 ID, 해당 타임 슬롯의 전송 속도를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 데이터 전송 속도는 상기 기준 속도와 상기 타임 슬롯의 전송 속도의 조합에 의해 파악됨을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
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