KR20180050933A - 가시광 통신 시스템에서 그룹 기반의 동시 통신을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

가시광 통신(VLC) 시스템에서, 각 VLC 디바이스는 서비스 영역 내에 위치하는 복수의 이웃 VLC 디바이스에 대한 정보를 수신하여 VLC 코디네이터에 전송하고, VLC 코디네이터는 수신한 이웃 VLC 디바이스 정보에 기초하여 서비스 영역내에 위치하는 VLC 디바이스들을 복수의 VLC 디바이스 그룹으로 분류하고, 각 그룹에 속한 VLC 디바이스의 수에 따라 상이한 BE 값을 할당하는, 그룹기반의 동시 통신(GCT)을 제어하는 방법 및 네트워크 엔티티가 개시된다.

Description

가시광 통신 시스템에서 그룹 기반의 동시 통신을 제어하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING GROUP BASED CONCURRENT TRANSMISSION IN VISIBLE LIGHT COMMUNICATION SYSTEM}

이하의 설명은 가시광 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 VLC 시스템에서 그룹 기반의 동시 통신(Group-based Concurrent Transmission) 을 제어하는 방법 및 그 장치에 대한 것이다.

가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)은 무선 통신의 한 종류로써, 비교적 짧은 거리에서 광원(optical source)을 이용하는 광 무선 통신(optical wireless communication)을 지칭한다. VLC에서는 광원으로써 LED(Light-Emitting Diode), LD(Laser Diode) 등이 이용된다.

도 1은 VLC 환경을 도시하는 도면이다. VLC는 가시광선 스펙트럼(380~780 nm)을 이용한다는 점에서 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 시스템과 구별되며, 이에 따라 VLC는 무선 주파수의 부족이라는 한계를 갖는 RF 방식의 통신 시스템을 대체할 새로운 기술로써 주목받고 있다. VLC는 높은 지향성(high directionality), 넓은 대역폭(wide bandwidth), 무상으로 이용할 수 있는 통신(license-free communication) 이라는 많은 장점을 가지고 있어 여러 가지 분야에서 이용될 수 있다. 예를 들어, VLC는 종래의 RF 시스템과 간섭하지 않기 때문에, 병원이나 비행기와 같이 통신이 한정적인 환경에서도 활용될 수 있다. 나아가, VLC는 이미 존재하는 광 인프라구조(light infrastructure)인 실내등(indoor light), 간판(signboard), 차량(vehicle), 텔레비전 등을 재사용할 수 있다는 장점 또한 갖는다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가시광 통신 시스템에서 가시광 통신 디바이스들 간의 동시 통신을 효율적으로 스케쥴링하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가시광 통신 시스템의 처리량과 전송 확률을 개선하여 종래 대비 통신 성능을 향상시키는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 GCT(Group-based Concurrent Transmission) 제어 방법은, 서비스 영역 내에 위치하는 복수의 VLC 디바이스들 각각으로부터 이웃 디바이스에 대한 정보를 수신하는 단계, 복수의 VLC 디바이스들로부터 수신된 이웃 디바이스에 대한 정보에 기초하여, 복수의 VLC 디바이스들을 복수의 VLC 디바이스 그룹으로 분류하는 단계, 및 복수의 VLC 디바이스 그룹 각각에 대하여 BE(Backoff Exponent) 값을 할당하는 단계를 포함한다.

BE 값은, 복수의 VLC 디바이스 그룹 각각에 속하는 VLC 디바이스의 수에 기초하여 결정될 수 있다.

분류하는 단계는, 복수의 VLC 디바이스들 중에서 이웃한 디바이스들이 공통된 VLC 디바이스들을 같은 VLC 디바이스 그룹으로 분류할 수 있다.

GCT 제어 방법은, 결정된 BE 값을 복수의 VLC 디바이스들로 전송하여 GCT를 스케쥴링하는 단계를 더 포함할 수 있다.

서로 다른 VLC 디바이스 그룹에 속하는 VLC 디바이스들은 동시에 데이터 패킷을 전송하도록 스케쥴링 될 수 있다.

네트워크 엔티티는 VLC 코디네이터일 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 네트워크 엔티티는, 송신부, 수신부, 및 송신부 및 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는, 서비스 영역 내에 위치하는 복수의 VLC 디바이스들 각각으로부터 이웃 디바이스에 대한 정보를 수신하고, 복수의 VLC 디바이스들로부터 수신된 이웃 디바이스에 대한 정보에 기초하여, 복수의 VLC 디바이스들을 복수의 VLC 디바이스 그룹으로 분류하고, 복수의 VLC 디바이스 그룹 각각에 대하여 BE(Backoff Exponent) 값을 할당한다.

본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째로, 가시광 통신 시스템에서 간섭을 최소화하면서도 통신 성능이 개선되어 가시광 통신 디바이스들 간의 효율적인 가시광 통신이 가능하게 된다.

둘째로, 가시광 통신 디바이스들 간의 효율적인 통신으로 인해 가시광 통신 시스템 전체의 성능이 향상되어 종래의 통신을 개선하는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 제안하는 실시 예와 관련된 VLC(Visible Light Communication) 환경을 도시하는 도면이다.
도 2는 제안하는 GCT 방식의 VLC 시스템 아키텍쳐를 도시한다.
도 3은 제안하는 실시 예에 따라 중앙 컨트롤러가 VLC 디바이스 그룹을 생성하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 4는 VLC 디바이스의 FOV와 그룹의 수 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제안하는 실시 예에 따른 동시 전송 스케쥴링의 예시를 도시하는 도면이다.
도 6은 제안하는 GCT 방식의 통신 방법을 구체적으로 설명하는 흐름도이다.
도 7은 제안하는 GCT 방식에 따라 동작하는 VLC 디바이스의 상태 전이도(state transition diagram)를 도시하는 도면이다.
도 8은 제안하는 실시 예의 수치 결과를 얻기 위한 구체적인 파라미터 값들을 설명하는 도면이다.
도 9 내지 도 12는 제안하는 GCT 방식의 수치 결과를 각각 도시하는 그래프들이다.
도 13은 제안하는 실시 예와 관련된 VLC 디바이스 및 VLC 코디네이터의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있으며, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈(module)" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 설명하는 실시 예들은 기지국을 포함하는 네트워크 엔티티들과 사용자 단말 간의 통신 관계를 중심으로 설명된다. 이때, '사용자 단말(User Equipment, UE)'은 이동국(Mobile Station, MS), SS(Subscriber Station), MSS(Mobile Subscriber Station), 이동 단말(Mobile Terminal), 발전된 이동단말(Advanced Mobile Station, AMS), 단말(Terminal) 또는 스테이션(STAtion, STA) 등의 용어로 대체될 수 있다. 또한, 기지국은 네트워크를 구성하는 다른 네트워크 엔티티들과 사용자 단말을 지원하기 위한 여러가지 방식을 수행할 수 있으며, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 발전된 기지국(Advanced Base Station, ABS) 또는 액세스 포인트(access point) 등의 용어로 대체될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템과 3GPP 시스템에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으며, 그 중에서도 IEEE 802.15.7 표준 문서에 의해 구체적으로 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있으며, 본 문서에서 별도로 정의되지 않은 용어들은 상기 표준 문서에 의해 정의되고 설명될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

1. 가시광 통신(Visible Light Communication)

2011년 IEEE 802.15 태스크 그룹(Task Group, TG) 7은 앞서 설명한 VLC를 위한 표준인 IEEE 802.15.7을 제정하였다. 802.15.7은 가시광선을 이용한 단거리 광 무선 통신에 있어서 PHY(Physical) 계층과 MAC(Medium Access Control) 계층에 대한 구체적인 동작을 정의한다. 802.15.7은 i) 피어-투-피어(peer-to-peer), ii) 스타(star), iii) 브로드캐스트(broadcast) 총 3가지 네트워크 토폴로지(topology)를 지원한다.

나아가, 802.15.7은 비콘-인에이블드 VPANs(beacon-enabled Visible light communication Personal Area Networks)에 대하여 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)가 적용되거나 적용되지 않은 슬롯 랜덤 액세스(slotted random access) 방식, 논-비콘-인에이블드 VPANs(non-beacon-enabled VPANs)에 대하여 CSMA/CA가 적용되거나 적용되지 않은 비슬롯 랜덤 액세스(unslotted random access)방식, 총 4 가지 종류의 채널 접속 방식을 정의한다. CSMA/CA가 적용되거나 적용되지 않은 슬롯 랜덤 액세스 방식에 있어서, VPAN 코디네이터(coordinator)는 슬롯(slot)을 정렬하기 위해 주기적으로 비콘 프레임을 전송한다. 비콘-인에이블드 모드에서 VPAN 코디네이터는 자신의 채널 시간을 슈퍼프레임(superframe)으로 분할하며, 슈퍼프레임은 활성 구간(active duration) 및 선택적인 비활성 구간(inactive duration)으로 구성된다. 활성 구간에서 VPAN 코디네이터는 VPAN 내에 위치하는 디바이스들과 통신하는 반면, 비활성 구간에서 디바이스들은 저전력 모드(예를 들어, 슬립 모드)로 진입한다. 활성 구간은 CAP(Contention Access Period) 및 CFP(Contention-Free Period)로 구성되며, CAP에서 VPAN 내의 디바이스들은 채널에 접속하기 위해서 CSMA/CA 메커니즘에 기초하여 서로 경쟁한다. CFP에서는 VPAN 코디네이터에 의해 예약된 GTS(Guaranteed Time Slot)가 사용되어 디바이스들이 전송을 보장된다.

VLC 어플리케이션들이 복수의 디바이스들을 사용한다는 점을 고려할 때, 매체 접속(medium access), 동작 모드(operation mode) 및 디바이스 관계(device association)를 제어하는 것이 필수적이다. 이에 따라, 현재까지 처리량(throughput), 지연, 에너지 소비 등 VLC의 네트워크 성능을 개선하기 위해 많은 연결 계층 기술들이 연구되어 왔다. 또한, VLC에서 채널 용량(channel capacity)을 향상시키기 위해 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 기술 또한 고려되고 있다.

구체적으로, MMbaga 외의 연구진들은 실내 VLC MIMO 채널에서 송신기(transmitter)를 식별하기 위한 NLOS(Non-Line Of Sight) 모델을 제안한 바 있다. 이러한 모델에서는 천정(ceiling)과 벽에 의한 반사광(reflected light)을 이용하는 실내 환경이 고려되었다. Hong 외의 연구진들은 복수의 사용자들을 위한 블록 대각화 프리코딩(block diagonalization precoding) 알고리즘을 이용하는 실내 VLC 시스템을 제안하였으며, 제안된 방식은 복수의 디바이스들의 전력 소모과 복잡도를 개선하도록 디자인되었다. 적응적(adaptive) MAC 프로토콜 또한 떠오르는 이슈로 고려되고 있다. Wang 외의 연구진들은 VLC에 대해 SACW(Self-Adaptive minimum Contention Window) 기반의 전이중(full-duplex) MAC 프로토콜을 제안하였다. SACW은 채널 접속 지연을 줄이기 위해 서로 다른 경쟁 윈도우 크기를 이용하는 개념이다.

VLC는 광학 아토셀(attocell)을 이용하기도 하는데, 아토셀은 RF 통신에서의 펨토셀(femtocell)과 유사한 개념이다. Chen 외의 연구진들은 광학 아토셀 네트워크에서 간섭을 줄이기 위해 FFR(Fractional Frequency Reuse) 기반의 DCO-OFDM(Direct-Current Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 제안한 바 있다. 또 다른 몇몇 연구는 VLC에서 서로 다른 기술들의 공존(coexistence)에 초점을 두고 있다. Wang 외의 연구진들은 사용자들에게 선택적으로 Li-Fi(Light Fidelity) 또는 Wi-Fi(Wireless Fideliity) 성능을 제공하는 하이브리드 동적 LB(Load Balancing) 방식을 제안한 바 있다. 이러한 방식에서는 고정적인 사용자들에게는 Li-Fi를 제공하며 이동하는 사용자들에게는 Wi-Fi를 제공한다.

2. VLC에서 제안하는 GCT (Group-based Concurrent Transmission)

이와 같이 VLC에 대한 수많은 연구가 제안되어 왔고 계속하여 제안되고 있지만, 제한된 서비스 영역 내에서 동시 통신(simultaneous communication)을 가능하게끔 하는 방식에 대해서는 연구된 바가 없다. 특히, 공간 효율(spatial efficiency)을 위한 동시 전송 이슈(concurrent transmission issue)에 대해서는 더욱 그러하다.

따라서, 이하에서는 VLC에서의 GCT(Group-based Concurrent Transmission) 방식을 제안한다. GCT는 인접한 VLC 디바이스 쌍(pair)들을 그룹핑 함으로써 동시 전송이 가능케 하는 방식으로, IEEE802.15.7 기반의 VLC 에서 공간 효율을 최대화할 수 있는 방식이다. 제안하는 GCT는 2 가지의 주요한 동작으로 구성되며, 첫째로는 'VLC 디바이스 그룹핑'이며, 둘째로는 '동시 전송 스케쥴링'이다. 'VLC 디바이스 그룹핑'에 있어서, 각각의 VLC 디바이스는 이웃 발견(neighbor discovery)을 수행하여 VLC 디바이스 테이블을 생성한다. 중앙 컨트롤러(즉, VLC 코디네이터)는 VLC 디바이스 테이블을 통해 이웃한 VLC 디바이스들 간의 간섭을 고려하여 VLC 그룹을 형성한다. '동시 전송 스케쥴링'에 있어서 BE(Backoff Exponent) 결정 과정이 수행되며, 중앙 컨트롤러(즉, VLC 코디네이터)는 생성된 VLC 그룹에 속하는 디바이스들의 수에 따라서 각각의 VLC그룹에 대한 BE 값을 최적화한다.

또한, GCT의 성능을 평가하기 위하여, 제안하는 발명에서는 다차원 이산 시간 마르코프 연쇄(multi-dimensional discrete-time Markov chain)를 이용한 분석 모델(analytical model)을 제안하며, 이러한 분석 모델을 통해서 그룹 내의 VLC 디바이스들의 전송률, 성공률, 실패율 등 여러 가지 확률을 계산할 수 있다. 나아가, 그룹 내의 VLC 디바이스의 포화 처리량(saturation throughput)과 서비스 영역 내의 총 디바이스 수에 따른 합산 처리량(aggregate throughput)도 계산될 수 있다. 제안하는 GCT는 앞서 설명한 IEEE 802.15.7의 방식에 비해서 포화 처리량 및 합산 처리량 관점에서 향상된 성능을 가질 수 있으며, 구체적인 수치 결과에 대해서는 후술한다.

2.1 시스템 모델

이하에서는 도면을 참고하여 VLC에서 제안하는 GCT 방식의 구체적인 실시 예에 대해 설명한다. 먼저, 도 2는 제안하는 GCT 방식의VLC 시스템 아키텍쳐를 도시한다.

도시된 VLC 시스템 아키텍쳐에서는 서비스 영역(210) 내에 위치하는 복수의 VLC 디바이스들과 하나의 중앙 컨트롤러(230)로 구성된다. 중앙 컨트롤러는 앞서 설명한 VLC 코디네이터가 될 수도 있다. 도 2에서 각각의 VLC 디바이스는 송신부(transmitter)로 동작하는 LED와 수신부(receiver)로 동작하는 PD(Photo Diode)를 포함하며, 다른 디바이스와 서로 반이중(half-duplex) 방식으로 통신한다. 도 2에서 VLC 디바이스들은 좁은 부채꼴의 빛(narrow fan shape of light)을 특정 방향으로 송출하며, VLC 디바이스들 간의 통신에는 LOS 특성이 보장되어야 한다.

제안하는 GCT 방식에 의하면, 모든 VLC 디바이스들은 동등한 통신 범위를 유지하기 위해 동일한 시야각(degree of the field of view(FOV))을 갖는 것으로 가정하며, VLC 디바이스들을 제어하는 하나의 중앙 컨트롤러(230)와 연결된다. 중앙 컨트롤러(230)는 동기화, MAC 스케쥴링, 그룹 관리 등을 수행하기 위해 주기적으로 VLC 디바이스들과 통신한다. 또한, 중앙 컨트롤러(230)는 제안하는 실시 예에 따라 VLC 디바이스 그룹을 형성할 수 있다. 중앙 컨트롤러(230)에 의해 생성되는 VLC 디바이스 그룹을 통해서, 인접한 위치의 VLC 디바이스들 간의 간섭 거리를 고려한 동시 전송이 가능하게 된다.

도 2에서는 VLC 에서의 피어-투-피어 토폴로지가 도시되며, VLC 디바이스 그룹(또는, VLC 디바이스 쌍) 중 어느 하나의 VLC 디바이스가 VLC 연결의 마스터로 동작한다. VPAN 내의 VLC 디바이스들은 슈퍼프레임 구조에 기초하여 동작하며, 이러한 슈퍼프레임 구조는 앞서 설명한 중앙 컨트롤러(230)에 의해 활성 구간과 비활성 구간으로 구성된다. 슈퍼프레임에서 VLC 디바이스들은 IEEE 802.15.7 표준에 정의된 비콘-인에이블드 VPANs에 대한 CSMA/CA가 적용된 슬롯 랜덤 액세스 방식을 사용한다.

2.2 구체적인 동작 방식

이하에서는 도면을 참고하여 제안하는 실시 예를 구체적으로 제안한다. 도 3 내지 도 6은 제안하는 GCT 방식의 통신 방법을 구체적으로 설명하는 도면들이다.

앞서 설명했듯이, VLC에 적용되는 GCT 방식은 특정 서비스 영역에 위치하는 VLC 디바이스들의 공간 효율을 최대화한다. 이를 위해, GCT 방식에서는 먼저 VLC 디바이스들 간의 간섭을 고려하여 VLC 디바이스 그룹을 생성하고, 각 VLC 디바이스 그룹마다 그룹 내에 속하는 VLC 디바이스의 수에 따라 서로 다른 BE 값을 적용한다. 앞서 설명했듯이 제안하는 실시 예에 따른 GCT 방식은 'VLC 디바이스 그룹핑' 및 '동시 전송 스케쥴링'의 2가지 동작으로 이루어지며, 이하에서 구체적으로 설명한다.

2.2.1 VLC 디바이스 그룹핑

VLC 디바이스 그룹핑 과정에서, 중앙 컨트롤러는 서비스 영역 내에 위치하는 모든 VLC 디바이스들을 몇몇의 그룹으로 분류한다. 중앙 컨트롤러는 그룹핑된 결과를 VLC 디바이스 테이블(VDT)로써 저장 및 보유하며, VDT는 VLC 디바이스의 각각의 위치, 송출 방향, FOV, 전송 거리, 및 이웃 디바이스 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하도록 구성된다.

비콘 인터벌이 시작되면 각각의 VLC 디바이스들은 VDT를 생성하기 위한 이웃 발견 절차를 수행하며, 자신의 디바이스 ID를 포함하는 소정의 메시지(예를 들어, hello 메시지)를 주기적으로 브로드캐스트한다. 브로드캐스트되는 소정의 메시지를 수신한 VLC 디바이스는 먼저 수신된 메시지로부터 VLC 디바이스의 ID를 확인하며, 이어서 해당 ID를 갖는 VLC 디바이스를 자신의 이웃으로 저장한다. 이웃 발견 절차가 완료되면 VLC 디바이스들은 수집한 정보를 중앙 컨트롤러로 전달하며, 중앙 컨트롤러는 수신한 정보를 이용하여 자신이 보유한 VDT를 갱신한다. 이어서, 중앙 컨트롤러는 갱신된 VDT를 이용하여 VLC 디바이스 그룹을 생성한다.

도 3은 중앙 컨트롤러가 VLC 디바이스 그룹을 생성하는 알고리즘을 구체적으로 도시하는 도면이다. 아래의 수학식 1은 도 3의 알고리즘에 따른 과정 중에서 서비스 영역 내에 위치하는 VLC 디바이스들의 집합을 나타낸다.

수학식 1에서 행렬

는 서비스 영역 내에 위치하는 VLC 디바이스들의 집합을 나타내며,

은 서비스 영역 내의 VLC 디바이스의 총 수를 나타내며,

는 i 번째 VLC 디바이스의 디바이스 ID를 나타낸다.

먼저, 각각의 VLC 디바이스는 자신에게 인접한 이웃 디바이스들과 자신으로 구성되는 임시 그룹을 구성하며, 아래의 수학식 2에서 행렬

은 이웃 디바이스들을 나타내는 행렬이다. 수학식 2의 과정은 도 3의 2 내지 4번째 줄에 해당되는 과정이다.

수학식 2의 행렬

에서

은 VLC 디바이스 자신의 디바이스 ID이며, 나머지 요소(element)들은 VLC 디바이스에 인접한 이웃들을 나타낸다. 제안하는 실시 예에서는 서로 간섭을 주는 VLC 바이스들이 하나의 그룹을 구성하기 때문에, 각각의 VLC 디바이스들은 행렬

을 이용한다. 각각의 VLC 디바이스들은 자신의 이웃을 나타내는 행렬

의 요소들을 다른 VLC 디바이스들의 이웃을 나타내는 행렬

과 비교하며, 이러한 과정은 도 3의 15 내지 21번째 줄에 해당되는 과정이다. 두 행렬의 요소들 간에 교집합이 존재하는 경우(

), 비교된 두 행렬이 하나의 그룹으로 병합(merge)되어 하나의 집합

을 구성한다. 교집합이 존재하지 않는 경우 두 행렬은 병합될 수 없으며, 두 이웃 행렬들은 각각 하나의 그룹을 형성한다. 상술한 과정을 통해서 그룹핑된 VLC 디바이스들의 집합은 아래 수학식 3의 행렬

로 표현된다.

수학식 3에서

는 VLC 디바이스 그룹의 ID를 나타내고,

는 그룹

에 속하는 VLC 디바이스들의 수를 나타내고,

는 그룹

내의

번째 디바이스의 디바이스 ID를 나타낸다.

도 4는 VLC 디바이스의 FOV와 그룹의 수 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4는 VLC 디바이스의 FOV가 60, 90, 120°인 경우의 그룹 수를 나타낸다. 도 4는 VLC 디바이스들이 20*20 제곱미터의 영역 내에 임의로(randomly) 배치되는 경우를 가정하며, VLC 디바이스 각각은 5m의 전송 영역 내에서 특정 방향으로 광신호를 송출한다.

도 4는 정확도를 보장하기 위해 1000번의 반복 과정을 거친 결과를 나타내며, FOV가 증가함에 따라 그룹의 수가 감소함을 알 수 있다. 이는, FOV가 커질수록 서비스 영역 내의 디바이스들이 겪는 간섭의 정도가 증가하기 때문이다. 예를 들어, FOV가 120° 인 경우, FOV가 60° 인 경우와 90°인 경우에 비해서 각각 13.04% 및 24.16%로 적은 수의 그룹이 생성된다. 비슷한 이유로, 도 4에서 단말의 수가 증가하게 되면 그룹의 수도 증가하게 된다. 그러나, 증가된 전체 디바이스의 수는 단일한 그룹에 속하는 디바이스의 수를 증가시키기 때문에, 그룹의 수가 증가되는 비율은 단말의 수가 증가할수록 줄어들게 된다.

2.2.2 동시 전송 스케쥴링

서로 다른 그룹에 속하는 (VLC) 디바이스들은 서로 간섭을 주지 않기 때문에, 동시에 데이터를 전송하더라도 문제가 없다. 반면에, 동일한 그룹에 속하는 디바이스들은 채널을 점유하기 위해 CSMA/CA 알고리즘을 이용하여 서로 경쟁해야 한다. 후자의 경우, 경쟁에서 이긴 디바이스만이 특정 시간에 데이터를 전송할 수 있음을 의미한다.

한편, IEEE 802.15.7 표준은 고정된 BE 값을 사용하는데, 이는 상대적으로 길고 빈번한 백오프 지연을 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 제안하는 실시 예에 따른 GCT 방식은 각각의 그룹에 속하는 디바이스의 수에 따라 다른 BE 값을 적용하는 것을 제안한다. 이러한 방식에 따른 BE 값은 전체 시스템의 공간 효율을 최대화할 수 있게끔 최적화된다.

제안하는 실시 예에 따른 GCT 방식은 BE 결정 과정을 통해서 동시 전송 스케쥴링을 수행하며, 앞서 설명했듯이 동시 전송 스케쥴링 과정에 따라 그룹 내에 속하는 디바이스의 수에 따라 BE 값이 조절된다. 중앙 컨트롤러는 각각의 그룹을 복수의 클래스(class)로 구분하며, 각각의 클래스는 아래의 수학식 4에 따른 클래스 범위(class range)로 정의된다.

수학식 4에서

는 중앙 컨트롤러에 의해 미리 정의된 클래스의 개수를 나타낸다. 중앙 컨트롤러는 각각의 그룹에 속하는 디바이스의 수에 기초하여, 각 그룹에 대해 서로 다른 클래스 ID(즉,

)를 할당하며, 아래의 수학식 5가 이러한 과정을 나타낸다.

수학식 5에서

는 그룹

에 속하는 디바이스의 수를 나타낸다. 예를 들어,

가

범위 내에 속할 때

값은 1로 설정된다. 중앙 컨트롤러는

에 따라서 각각의 그룹에 대해 할당할 서로 다른 BE 값을 선택한다.

에 대한 BE 값(즉, BE[

])은 아래의 수학식 6과 같이 정의된다.

수학식 6에서

는 가중치에 해당하는 상수 값이고

은 BE[

]의 최대 값을 나타낸다.

값과

은 중앙 컨트롤러에 의해 미리 정의되는 값이다. BE 결정이 완료되면, 중앙 컨트롤러는 모든 그룹들에 대해 BE[

]를 각각 할당한다. 슈퍼프레임에서 데이터 전송 구간이 시작되면, 각각의 VLC 디바이스들은 할당된 BE[

]에 따라 서로 통신을 수행한다.

도 5는 상술한 실시 예에 따른 동시 전송 스케쥴링의 예시를 도시한다. 도 5에서 클래스의 수(

)는 3이며, VLC 디바이스의 총 수(

)는 12이며, 4개의 서로 다른 VLC 디바이스 그룹이 존재한다(

). 각각의 VLC 디바이스 그룹은 다음과 같이 표현될 수 있다.

,

,

,

. BE 결정 과정을 통해서 각각의 VLC 디바이스 그룹에 BE[

] 값이 할당되며,

에 대해서는 BE[2]=2,

에 대해서는 BE[2]=2,

에 대해서는 BE[1]=1,

에 대해서는 BE[1]=1이 할당된다. 도 5의 예시에서 가중치

와

값은 각각 0, 5로 설정된다. 도 5에서 작은 BE[

] 값을 가질수록 백오프 지연이 짧음을 알 수 있다.

2.2.3 전체 과정

도 6은 제안하는 실시 예에 따른 GCT 방식의 통신 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 6은 상술한 실시 예들의 전반적인 동작 과정이 시계열적인 흐름에 따라 도시하기 때문에, 도 6에서 구체적인 내용이 도시되거나 설명되지 않더라도 이상에서 설명한 내용들이 동일하거나 유사하게 적용될 수 있다.

먼저, VLC 디바이스는 이웃 발견 절차를 수행한다(S610). 이러한 과정은 이웃한 VLC 디바이스를 발견하기 위한 소정의 메시지를 브로드캐스트하고 이웃 디바이스의 메시지를 수신하는 과정을 통해 수행될 수 있다. 이웃 발견 절차를 통해서 각각의 VLC 디바이스들은 이웃한 VLC 디바이스들의 정보를 수집하여 저장한다. 이어서, 각각의 VLC 디바이스들은 이웃 발견 절차의 결과를 중앙 컨트롤러로 전송한다(S620). 이러한 결과는 각 VLC 디바이스들이 수집한 이웃 디바이스들의 목록이 될 수 있다.

중앙 컨트롤러는 전달받은 결과로부터 VDT를 갱신하며, 갱신된 VDT에 기초하여 VLC 디바이스 그룹핑을 수행한다(S630). VLC 디바이스 그룹핑 과정에 따라 전체 VLC 디바이스들이 VLC 디바이스 그룹으로 분류된다. 그룹핑 과정은 중앙 컨트롤러가 각각의 VLC 디바이스들의 이웃 디바이스를 비교하는 과정을 통해 수행될 수 있으며, 이웃 디바이스가 공통된 디바이스들은 서로 같은 그룹에 속하게 된다.

이어서, 중앙 컨트롤러는 각각의 VLC 디바이스 그룹에 대해 BE 값을 할당한다(S640). 중앙 컨트롤러는 각 VLC 디바이스 그룹 내에 속하는 디바이스의 수에 따라 BE 값을 결정하며, 이러한 과정에서 VLC 디바이스 그룹들은 소정 개수의 클래스로 구분될 수 있다. BE 값은 각 클래스 별로 서로 다르게 설정될 수 있다.

BE 값을 결정하는 과정이 완료되면, 중앙 컨트롤러는 VLC 디바이스들에 대해 동시 전송 스케쥴링을 수행한다(S650). 각 VLC 디바이스들은 중앙 컨트롤러로부터의 스케쥴링에 따라 통신을 수행하며(S660), 서로 간에 간섭을 미치지 않는 디바이스들은 동시에 데이터를 전송할 수 있다.

2.3 분석 모델 및 성능 분석

이어서, 앞서 제안한 GCT 방식에 대한 분석 모델을 설명한다. 제안하는 GCT 방식의 분석 모델에서는 각 VLC 디바이스가 지속적으로 전송할 데이터 패킷을 갖는 포화 조건(saturated condition)을 고려하며, 각 VLC 디바이스들은 고정되고 히든 단말(hidden terminal)이 존재하지 않는 이상적인 조건을 전제로 한다.

도 7은 제안하는 GCT 방식에 따라 동작하는 VLC 디바이스의 상태 전이도(state transition diagram)를 도시한다. 도 7에서 VLC 디바이스에 대해 3개의 임의 변수가 적용되며,

는 백오프 스테이지(NB)에 따른 스토캐스틱(stochastic) 프로세스를 나타내고,

는 CCA(Clear Channel Assessment) 카운터 값을 나타내고,

는

시점에 그룹

에 속하는 단말의 수에 따라 설정되는 백오프 카운터 값을 나타낸다. NB는 [0, m] 범위 내에서의 백오프 스테이지를 나타내며, m은

로 정의된다.

한편, IEEE 802.15.7 표준에서 각각의 VLC 디바이스는 CCA 를 한번만 수행한다. 즉, CCA 카운터는 1로부터 0으로 줄어든다. 타임 슬롯

가 시작되면 각각의 디바이스들의 백오프 카운터 값이 줄어들며, 백오프 카운터의 초기 값은

범위 내에서 임의로 선택된다. 예를 들어, 도 7에서 상태 610은 백오프 카운터의 초기값이 최대일 때를 나타내며, 상태가 전이할 때마다 백오프 카운터 값은 1씩 줄어들어 (0, 1, 0) 상태까지 줄어든다.

한편, 도 7에서 확률

는 전송한 데이터 패킷에 충돌이 발생할 확률을 나타내며, 이러한 충돌은 자신을 제외한

디바이스들 중에서 적어도 하나의 디바이스가 동시에 패킷을 전송했을 때 발생한다. 확률

는 채널이 유휴(idle) 상태로 감지될 확률을 나타낸다.

도 7을 다시 살펴보면, CCA에 성공하면 CCA 카운터 값이 줄어들어 상태 620로 천이하며, 반면에 CCA 에 실패하면 새로운 백오프 스테이지가 시작된다. 새로운 백오프 스테이지에서도 마찬가지로 백오프 카운터의 초기값은

범위 내에서 선택되며, 상태 630은 백오프 카운터의 초기값이 최대로 선택되었을 때를 나타낸다. 한편, CCA에 성공한 상태 620에서 전송한 데이터 패킷이 충돌하는 경우에도 마찬가지로 새로운 백오프 스테이지가 시작된다.

도 7에서의 상태 천이 확률은 아래의 수학식 7 내지 수학식 13에 따라 표현될 수 있다. 설명과 표시의 간략화를 위해, 천이 확률을

대신에

로 표현한다.

수학식 7은 각 타임 슬롯이 시작될 때 백오프 카운터가 줄어들 확률을 나타낸다. 수학식 8은 채널이 유휴 상태로 감지되어 CCA 카운터가 1에서 0으로 줄어들 확률을 나타내며, 수학식 9는 채널이 점유된(busy) 상태로 감지될 확률을 나타낸다. 채널이 점유된 상태인 경우, 다음 백오프 단계에서 디바이스에 의해 새로운 백오프 카운터 값이

범위 내에서 선택된다. 수학식 10은 데이터 전송시 충돌이 발생할 확률을 나타내며, 수학식 11은 현재 전송이 성공적으로 이루어져서 디바이스가 새로운 패킷의 전송을 시도할 확률을 나타낸다. 수학식 12는 현재 전송이 최대 백오프 단계에서도 실패하여 디바이스가 새로운 전송을 시도할 확률을 나타낸다. 수학식 13은 디바이스가 최대 백오프 단계에서 패킷을 전송할 확률을 나타낸다. 데이터 전송이 성공하였는지 여부에 관계 없이 새로운 패킷의 전송이 시작된다.

이하의 수학식 14에 따라 이산 시간 마르코프 연쇄에서의 정상 확률(stationary probability)

이 얻어지며, 수학식 15는

범위 내에서 각 k 값에 대하여 연쇄 규칙성(chain regularity)에 의한 정상 확률의 관계를 나타낸다.

이상에 의하면,

값은 값

, 충돌 확률

, 채널 유휴 확률

에 의해 표현되며 아래의 수학식 16과 같이 표현된다.

수학식 16에서

을

로 치환하면,

값이 수학식 17과 같이 도출된다.

앞서 도출된

값을 이용하면 전송 확률

가 아래의 수학식 18과 같이 표현된다.

수학식 18로부터, 전송 확률

이 충돌 확률

, 채널 유휴 확률

에 의존함을 알 수 있다. 이때, 충돌 확률

, 채널 유휴 확률

은 각각 수학식 19 및 수학식 20에 따라 표현될 수 있다.

이하에서는 앞서 설명한 분석 모델에 따라 제안한 GCT 방식의 성능을 분석한다. 모든 VLC 디바이스 그룹 내의 모든 VLC 디바이스들이

의 전송 확률로 패킷 전송을 시도할 때, 타임 슬롯 내에서 VLC 디바이스 그룹 내의 적어도 하나의 디바이스가 패킷을 전송할 확률을

라 한다. 이때, 확률

은 수학식 21과 같이 정의된다.

이어서, 아래 수학식 22의

는 채널을 통해 전송이 이루어질 때 VLC 디바이스 그룹

에 속하는 하나의 VLC 디바이스만이 전송을 성공할 확률을 나타낸다.

수학식 21 및 수학식 22를 이용하면, 타임 슬롯 내에서 전송된 페이로드의 수 'E'는 평균 패킷 페이로드 사이즈

와

, 로 표현될 수 있다.

,

,

가 각각 빈(empty) 타임 슬롯의 길이, 성공적인 전송으로 인한 채널 감지 평균 시간, 충돌이 발생하는 평균 시간을 나타낼 때,

,

는 수학식 23 및 수학식 24로 표현될 수 있다.

수학식 23 및 수학식 24에서,

및

은 각각 헤더 전송을 위한 시간, 페이로드 전송을 위한 시간, ACK을 수신하기 위해 대기하는 시간, ACK 총 대기 시간, ACK을 전송하는 시간, IFS 시간을 의미한다. 이어서, 앞서 설명했던 수학식들을 이용하여,

및

이 수학식 25 및 수학식 26으로 표현될 수 있다.

2.4 수치 결과

이하에서는 클래스와 BE[

] 값의 변화에 따른 GCT 방식의 성능을 수학적으로 설명한다. 수치 결과를 간단히 하기 위해 몇 가지 가정을 전제로 하며, 모든 VLC 디바이스들은 20*20 제곱미터의 서비스 영역 내에 임의로 배치되어 100 Kbyte의 데이터를 전송하는 것으로 가정한다. 또한, 각각의 VLC 디바이스들은 송신기로써 LED를 이용하고 FOV는 120°이며 5m의 통신 거리를 갖는 것으로 가정한다. 수치 결과에서 클래스의 수(즉,

)는 2 또는 3이며, 클래스 1에 대한 BE 값(즉, BE[1])은 1 및 2로 설정된 것을 가정한다. 이에 더하여, 도 8은 수치 결과를 얻기 위한 구체적인 파라미터 값들에 대해 도시한다.

이어서, 도 9 내지 도 12는 상술한 가정들을 전제로 도 8의 파라미터가 적용된 통신 시스템에의 수치 결과들을 각각 도시한다. 먼저, 도 9는 VLC 디바이스의 포화 처리량을 도시한다.

도 9에서

는 클래스의 수를 나타내며 BE[

]는 클래스 ID가

일 때의 BE 값을 나타낸다. 도 9에 도시된 그래프에 나타나듯이, 전반적으로 제안한 GCT 방식의 포화 처리량 성능이 IEEE 802.15.7에 정의된 방식을 앞선다. 이는, GCT 방식은 IEEE 802.15.7에 정의된 방식에 비해서 짧은 백오프 지연을 얻기 위해 BE[1] 값을 작게 설정하기 때문이다. GCT 방식은 전체 VLC 디바이스 그룹들을

개의 클래스들로 나누고, 각각에 대해 서로 다른 BE[

] 값들을 할당한다. 이에 따라, 그룹 내의 디바이스 수가 21일 때 =2 인 경우의 포화 처리량은 급격하게 변화한다. 이와 유사하게, 그룹 내의 디바이스 수가 14 또는 27일 때

=3 인 경우의 포화 처리량은 급격하게 줄어듬을 알 수 있다.

도 9에서

=2 이고 BE[1]=1인 경우에 가장 높은 포화 처리량을 보이는데, 이는 VLC 디바이스가 채널 접속을 위한 백오프 슬롯을 가장 적게 사용하기 때문이다. 디바이스 수가 증가할수록 잦은 충돌이 발생하여, 채널 접속을 위한 지연이 길어지게 된다. 따라서, 하나의 VLC 디바이스 그룹 내에 속하는 VLC 디바이스의 수가 증가할수록 VLC 디바이스의 처리량은 줄어들게 된다. 이러한 수치 결과로부터, 높은 처리량 성능을 얻기 위해서는

값과 BE[

] 값을 세밀하게 조절하는 것이 필수적임을 알 수 있다.

이어서, 도 10은 디바이스 수에 따른 전송 확률 변화를 도시한다. 도 10에 도시된 바로부터 알 수 있듯이 전송 확률의 변화 경향은 도 9의 포화 처리량과 유사하게 나타나는데, 이는 처리량이 성공적인 전송 확률에 높게 의존하기 때문이다. 따라서, GCT 방식의 전송 확률은 IEEE 802.15.7 표준에 정의된 방식에 비해 평균적으로 높게 나타나며, 그룹 내에 속하는 VLC 디바이스의 수가 증가할수록 전송 확률 또한 감소한다.

한편, 도 10에서 그룹 내에 속하는 디바이스의 수가 14 미만인 경우, BE[1]=1인 경우의 전송 확률이 BE[1]=2인 경우의 전송 확률에 비해 높게 나타난다. 그러나, 그룹 내에 속하는 디바이스의 수가 15 이상인 경우, BE[1]=1인 경우의 전송 확률이 항상 다른 경우에 비해 높은 것은 아니다. 이는, 디바이스들의

값이 달라질 수 있기 때문에, 디바이스들이 BE[

] 값을 높게 유지할 수는 없기 때문이다.

이어서, 도 11은

값과 BE[

] 값을 변화시킴에 따른 전송 성공 및 전송 실패 확률의 변화를 도시한다. 디바이스 그룹 내에서 하나의 VLC 디바이스가 채널을 점유했을 때에 전송이 성공한다. 또한, 그룹 내에서 둘 이상의 디바이스가 동시에 패킷을 전송하려고 시도할 때에 전송이 실패한다. 전송 성공 확률의 경향은 전송 확률의 경향과 동일한 반면에, 전송 실패 확률의 경향은 전송 확률과 반대로 나타난다.

도 11에서는 IEEE 802.15.7 표준에 정의된 방식의 BE 값이 높음에도 불구하고 GCT 방식에 비해 전송 실패 확률이 더 높음을 알 수 있다. 이는, IEEE 802.15.7 표준에 정의된 방식은 GCT 방식에 비해서 낮은 전송 확률을 갖기 때문이다. 또한, IEEE 802.15.7 표준에 정의된 방식의 전송 실패 확률과 GCT 방식의 전송 실패 확률의 차이는 그룹 내의 디바이스 수가 증가함에 따라 줄어드는데, 이는

값이 1씩 증가할수록 GCT 방식의 BE[

] 값이 1씩 증가하기 때문이다.

도 12는 다양한 디바이스 수에 따른 합산 처리량을 나타낸다. 합산 처리량을 계산하기 위해서 도 4에 도시된 그룹핑 결과를 이용한다. 평균적으로, GCT 방식은 IEEE 802.15.7에 정의된 방식에 비해 높은 합산 처리량을 보이는데, 이는 GCT 방식은 그룹 내의 디바이스 수를 고려하여 BE[

] 값을 할당함으로써 백오프 지연을 줄일 수 있기 때문이다. 도 12에서, 그룹 내의 디바이스 수가 21을 초과하고 BE[1]=2 인 경우, GCT 방식의 합산 처리량은 IEEE 802.15.7 표준의 방식과 동일하게 나타난다. 이는, 두 가지 방식 모두 백오프 동작 과정에서 동일한 BE 값을 사용하기 때문이다.

이어서, 슈퍼프레임의 듀티 사이클(duty cycle)을 100%(즉, Beacon Order(BO)=10, Superframe Order(SO)=10) 및 50%(즉, BO=10, SO=9)로 설정하여 합산 처리량에 대한 슬립 구간(sleep duration)의 영향을 확인한다. 듀티 사이클이 길수록 높은 합산 처리량이 명백하게 높게 나타나며, 이는 듀티 사이클이 길 때 디바이스들이 더 긴 시간 동안 데이터를 전송하기 때문이다. 구체적으로, SO=10일 때의 합산 처리량은 SO=9인 경우에 비해 약 50% 정도 높게 나타난다.

이상에서 확인한 바와 같이, 제안한 GCT 방식의 통신 시스템은 IEEE 802.15.7의 VLC 시스템에서의 공간 효율을 최대화함으로써 성능 향상을 도출한다. GCT 방식의 동작은 VLC 디바이스 그룹핑과 동시 전송 스케쥴링 2가지 과정으로 이루어지며, GCT 방식에 따라 VLC 디바이스들 간의 간섭 거리를 고려한 그룹핑이 수행되어 각 그룹마다 서로 다른 BE 값이 할당된다. 이때, 인접한 이웃 디바이스 쌍의 동시 전송을 가능케 하기 위해서 각 그룹에 대해 서로 다른 BE 값이 설정된다.

또한, 앞서 다차원 마르코프 연쇄 기반의 분석 모델을 이용하여 GCT 방식의 성능을 평가한 바 있으며, IEEE 802.15.7의 방식에 비해서 제안하는 GCT 방식은 포화 처리량, 전송 확률, 전송 성공 확률, 전송 실패 확률, 합산 처리량 관점에서 높은 네트워크 성능을 보임을 확인하였다.

3. 장치 구성

도 13은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 VLC 디바이스 및 중앙 컨트롤러(즉, VLC 코디네이터)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 13에서 VLC 디바이스(1300) 및 중앙 컨트롤러(1350)는 각각 송수신부(1310, 1360), 프로세서(1320, 1370), 및 메모리(1330, 1380)를 포함할 수 있다. 도 13에서는 VLC 디바이스(1300)와 중앙 컨트롤러(1350) 간의 1:1 통신 환경만을 도시하였으나, 다수의 VLC 디바이스와 중앙 컨트롤러 간에도 통신 환경이 구축될 수 있다.

각 송수신부(1310, 1360)는 각각 송신부(1312, 1362) 및 수신부(1314, 1364)를 포함한다. VLC 디바이스(1300)의 송수신부(1310)는 중앙 컨트롤러(1350) 및 다른 VLC 디바이스들과 가시광 신호를 송신 및 수신하도록 구성되며, 프로세서(1320)는 송수신부(1310)와 기능적으로 연결되어 송수신부(1310)가 다른 기기들과 가시광 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(1320)는 전송할 가시광 신호에 대한 각종 처리를 수행한 뒤 송신부(1312)로 전송하며, 수신부(1314)가 수신한 신호에 대해서도 처리를 수행한다.

필요한 경우, 프로세서(1320)는 송수신된 신호에 포함된 정보를 메모리(1330)에 저장할 수 있다. 이러한 구조를 가지는 VLC 디바이스(1300)는 이상에서 설명한 GCT 방식의 다양한 실시 형태에 따라 동작할 수 있다.

중앙 컨트롤러(1350, 또는 VLC 코디네이터)의 송수신부(1360)는 다른 네트워크 엔티티 및 VLC 디바이스들과 신호를 송신 및 수신하도록 구성되며, 프로세서(1370)는 송수신부(1360)와 기능적으로 연결되어 송수신부(1360)가 다른 기기들과 신호를 송수신하는 과정을 제어한다. 또한, 프로세서(1370)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행하여 송신부(1362)로 전송하거나 수신부(1364)가 수신한 신호에 대해 각종 처리를 수행할 수 있다. 나아가, 프로세서(1370)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리(1380)에 저장할 수도 있다. 이와 같은 구조를 가지는 중앙 컨트롤러(1350)는 앞서 설명한 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있다.

VLC 디바이스(1300) 및 중앙 컨트롤러(1350) 각각의 프로세서(1320, 1370)는 각각 VLC 디바이스(1300) 및 중앙 컨트롤러(1350)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(1320, 1370)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리(1330, 1380)들과 연결될 수 있다. 메모리(1330, 1380)는 프로세서(1320, 1370)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

본 발명의 프로세서(1320, 1370)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(1320, 1370)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(1320, 1370)에 구비될 수 있다.

한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함한다.

본원 발명의 실시 예 들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

1. 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템에서 네트워크 엔티티가 그룹 기반의 동시 통신(Group-based Concurrent Transmission, GCT)을 제어하는 방법에 있어서,
   서비스 영역 내에 위치하는 복수의 VLC 디바이스들 각각으로부터 이웃 디바이스에 대한 정보를 수신하는 단계;
   상기 복수의 VLC 디바이스들로부터 수신된 이웃 디바이스에 대한 정보에 기초하여, 상기 복수의 VLC 디바이스들을 복수의 VLC 디바이스 그룹으로 분류하는 단계; 및
   상기 복수의 VLC 디바이스 그룹 각각에 대하여 BE(Backoff Exponent) 값을 할당하는 단계를 포함하는, GCT 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 BE 값은, 상기 복수의 VLC 디바이스 그룹 각각에 속하는 VLC 디바이스의 수에 기초하여 결정되는 것인, GCT 제어 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 분류하는 단계는, 상기 복수의 VLC 디바이스들 중에서 이웃한 디바이스들이 공통된 VLC 디바이스들을 같은 VLC 디바이스 그룹으로 분류하는 것인, GCT 제어 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 GCT 제어 방법은, 상기 결정된 BE 값을 상기 복수의 VLC 디바이스들로 전송하여 상기 GCT를 스케쥴링하는 단계를 더 포함하는 것인, GCT 제어 방법.
5. 제4항에 있어서,
   서로 다른 VLC 디바이스 그룹에 속하는 VLC 디바이스들은 동시에 데이터 패킷을 전송하도록 스케쥴링 되는 것인, GCT 제어 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 네트워크 엔티티는 VLC 코디네이터인 것인, GCT 제어 방법.
7. 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템에서 그룹 기반의 동시 통신(Group-based Concurrent Transmission, GCT)을 제어하는 네트워크 엔티티에 있어서,
   송신부;
   수신부; 및
   상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되,
   상기 프로세서는,
   서비스 영역 내에 위치하는 복수의 VLC 디바이스들 각각으로부터 이웃 디바이스에 대한 정보를 수신하고,
   상기 복수의 VLC 디바이스들로부터 수신된 이웃 디바이스에 대한 정보에 기초하여, 상기 복수의 VLC 디바이스들을 복수의 VLC 디바이스 그룹으로 분류하고,
   상기 복수의 VLC 디바이스 그룹 각각에 대하여 BE(Backoff Exponent) 값을 할당하는 것인, 네트워크 엔티티.
8. 제7항에 있어서,
   상기 BE 값은, 상기 복수의 VLC 디바이스 그룹 각각에 속하는 VLC 디바이스의 수에 기초하여 결정되는 것인, 네트워크 엔티티.
9. 제7항에 있어서,
   상기 프로세서는, 상기 복수의 VLC 디바이스들 중에서 이웃한 디바이스들이 공통된 VLC 디바이스들을 같은 VLC 디바이스 그룹으로 분류하는 것인, 네트워크 엔티티.
10. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 결정된 BE 값을 상기 복수의 VLC 디바이스들로 전송하여 상기 GCT를 스케쥴링하는 것인, 네트워크 엔티티.
11. 제10항에 있어서,
    서로 다른 VLC 디바이스 그룹에 속하는 VLC 디바이스들은 동시에 데이터 패킷을 전송하도록 스케쥴링 되는 것인, 네트워크 엔티티.
12. 제7항에 있어서,
    상기 네트워크 엔티티는 VLC 코디네이터인 것인, 네트워크 엔티티.

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