가시광 통신에서 통신 링크의 정렬을 위한 장치 및 방법 document_id A220623034170

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 보편화되고 있다. 특히 백색 LED의 발광 효율은 이미 백열등을 추월하였으며 형광등보다도 우수한 제품들이 출현하고 있다. 또한 최근에는 RF(Radio Frequency) 대역 주파수 고갈, 여러 무선 통신 기술 간의 혼선 가능성, 통신의 보안성 요구 증대, 4세대(4 Generation) 무선 기술의 초고속 유비쿼터스(Ubiquitous) 통신 환경 도래 등으로 인하여 RF 기술과 상호 보완적인 광-무선(Radio over Fiber) 기술에 대한 관심이 증가하고 있어 가시광 LED를 이용한 가시광 무선 통신에 대한 연구가 여러 기업 및 연구소 등에서 진행되고 있다. 휴대폰이나 PDA(Personal Digital Assistants)와 같은 휴대용 모바일 기기, 디지털 카메라나 mp3(MPeg audio layer 3) 플레이어와 같은 소형 디지털 제품의 경우 적외선을 기반으로 하는 IrDA(Infrared Data Association) 모듈을 장착해서 기기간 통신을 하는 주변기기 인터페이스(Peripheral Interface)에 대해서는 이미 많은 연구가 진행되었고 관련 제품도 개발되어 상용화되어 있다. 블루투스(Bluetooth)나 지그비(Zigbee) 등의 RF 통신과 달리 적외선(Infrared ray) 무선 통신은 기기간 혼선이 없고 보안이 확실하며 저전력으로 구현 가능하다는 장점이 있다. 무선 통신 기술이 발전하면서 IrDA 모듈 대신 기술 측면과 가격 측면에서 큰 발전을 하고 있는 가시광 LED를 사용하여 기기간 통신을 하는 방법 또한 제안되고 있다. 가시광 LED를 주변장치 인터페이스(Peripheral Interface) 통신에 이용하는 경우에는 사용자가 통신 경로를 눈으로 확인할 수 있으므로 통신 보안성을 시각적으로 확인할 수 있다는 장점이 있다. 또한 통신 경로의 정렬이 쉬우므로 기존의 적외선 통신보다 광의 확산각을 줄일 수 있어서 고속 통신이나 저전력 구동을 구현할 수 있다. 따라서 앞으로의 근거리 무선 통신 시스템은 가시광을 이용한 방식이 주도할 것으로 예상되며, 적외선을 기반으로 하는 IrDA 모듈 대신 기술 측면과 가격 측면에서 큰 발전을 하고 있는 가시광을 이용하여 통신을 하는 방법이 계속적으로 제안되고 있다. 이처럼 무선 RF 통신과 가시광을 이용한 통신과의 가장 큰 차이점은 데이터의 송수신 과정을 사용자가 확인할 수 있고, 통신 보안성을 시각적으로 확인할 수 있다는 점이다. 즉, 송수신단의 위치를 사용자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있으며, 통신의 경로를 눈으로 확인할 수 있다. 도 1은 기존의 적외선 통신에서 외부 적외선 통신 장치들을 탐색하는 절차를 시간 슬롯의 순서에 따라 나타낸 일 예시 도면이다. 도 1을 살펴보면, 최초 적외선 통신을 시작하는 송신측(Primary) 장치는 자신과 통신을 수행하기 위한 수신측(Secondary) 장치의 정확한 개수 파악을 위해, 첫 교환 식별(Exchange Identification : XID)(A, 0) 프레임을 송신한다. 송신한 프레임을 수신한 수신측 장치의 개수가 확인되면, 송신측 장치는 확인된 수신측 장치 개수 만큼의 숫자를 정하여, 첫 XID(A, 0) 프레임을 수신하는 수신측 장치들로 하여금 정하여진 숫자들 중 하나를 랜덤하게 선택하게 한다. 예를 들어 발견되어진 수신측 장치가 모두 5개라면 0부터 4까지의 숫자를 정하여, 발견되어진 수신측 장치에서 0에서 4중 하나의 숫자를 랜덤하게 정하게 된다. 이러한 방법으로 XID(A, 0) 프레임을 수신하는 m 개의 수신측 장치들로 하여금 0에서 m-1까지의 숫자들 중 하나를 랜덤하게 수신하게 한다. 이 후, 송신측 장치에서 사전에 결정된 시간 슬롯에 따라 전송되는 XID 프레임 중 XID(n)(여기서 n은 0보다 크고 m-1보다 작은 값으로 정의한다.) 프레임을 수신측 장치들에게 송신하면, 0에서 m-1까지의 숫자들 중 n을 선택한 수신측 장치가 XID(n) 프레임을 수신하여, n 번째 시간 슬롯에서 XID 응답(Response) 프레임을 다시 송신측 장치에게 송신하게 된다. 만약 2개 이상의 수신측 장치가 같은 숫자를 선택하여 동일한 시간 슬롯에 XID 응답을 송신측 장치로 송신하게 되면, 다시 랜덤 넘버를 발생하여 다른 시간 슬롯을 선택할 때까지 반복 수행한다. 이러한 방식을 통하여 다수로 존재할 수 있는 수신측 장치들 간의 충돌을 피하면서 해당되는 모든 수신측 장치들을 발견할 수 있다. 그러나 상기에서 설명한 적외선 통신의 경우 외부의 적외선 통신 장치를 탐색하는 프레임, 즉 디바이스 디스커버리(Device Discovery) 프레임을 수행할 때, 할당된 하나의 시간 슬롯에 비하여 디바이스 디스커버리 프레임의 길이가 짧아 프레임의 전송이 완료되면 다음 시간 슬롯의 프레임이 시작될 때까지 가시성이 떨어지는 문제점이 발생한다. 이러한 적외선 통신의 디바이스 디스커버리 프레임을 그대로 가시광 통신에 적용하게 되면 디바이스 디스커버리 절차에서 통신 링크의 가시성이 떨어지게 되므로 사용자가 가시광을 눈으로 보고 통신 링크를 정렬할 수 없게 되는 문제점이 발생한다.