VLC 기반 전송시스템 및 응용기술 분석

안병구 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.3

본 논문에서는 최근 VLC 기반 전송 시스템 및 응용 기술들에 대하여 주요한 이슈들 측면에서 성능평가 파라 미터들을 사용하여 분석을 한다. 첫째, VLC의 특징 및 다른 기술들과의 비교를 기술한다. 둘째, VLC 기술의 최근 이 슈를 설명한다. 셋째, 지금까지 연구개발 발표된 VLC 기반 전송 시스템들 중에서 대표적인 것들을 통신 및 전송 측면 에서 분류하고 각각의 전송 시스템들을 특징 및 장단점들을 중심으로 설명한다. 넷째, 분류 설명된 VLC 기반 전송 시 스템들을 정성적으로 그 성능을 평가 한다. 그리고 마지막으로 VLC의 주요한 응용 기술들에 대하여 설명을 한다. In this paper, we summarize and analyze recent VLC based transmission systems and application technologies by identifying the main issues and challenges and by using several performance parameters. First, we explain the main characteristics of VLC as well as the comparisons of VLC with other technologies. Second, we describe the current issues for VLC technology. Third, we classify and explain the several technologies among VLC based transmission systems in the state of arts in the view points of features, advantages and disadvantages. Fourth, we make a quantitative comparison table for the selected current VLC based transmission systems. Finally, we explain the main application technologies of VLC.This paper.

LED조명을 이용한 수중환경에서의 VLC 연구

정희석(Hui-Sok Jung),양연모(Yeon-Mo Yang),허경무(Kyung Moo Huh) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.48 No.5

LED(Light Emitting Diode) 소자는 현대 기술의 발달로 형광등이나 전구보다 수명이 길고 전력소모가 작으며 제어가 쉽다는 장점을 가지고 있다. 이러한 이유로 LED 소자를 이용한 조명이 많이 사용되고 있다. 최근 LED 소자의 고속응답특성을 이용한 통신기법인 가시광통신(Visible Light Communication, 이하 VLC)이 주목받기 시작하였다. VLC의 경우 전파를 사용하지 않아 주파수 할당이 필요가 없으며, 데이터전송에 ISM(Industrial Scientific Medical band)과 같은 간섭 또한 존재하지 않는다. 그렇기 때문에 VLC에 관한 연구 결과가 많이 나오고 있다. 본 논문에서는 기존의 LED 조명을 사용한 VLC와 수중환경에서의 VLC에 대한 survey를 진행하고 활용방법을 살펴보았다. LED(Light Emitting Diode) components have advantages of longer lifetime, lower power consumption and easy-to-control, compare to normal lamp and fluorescent light, according to the development of recent technologies. Thus, lots of illuminations which utilize LED components could be used. Recently, Visible Light Communication(VLC) which is a part of communication technologies, utilizing high speed response characteristic of LED components, started receiving public attention. In case of VLC, there is no need of frequency allocation due to no use of radio, but also no interference exists during data transmission, much different in ISM((Industrial Scientific Medical band). This is the reason why a lot of research results about VLC are becoming issued. In this paper, a survey of feasibility for using VLC utilizing an original LED illumination for underwater applications has been done and a primitive possibility of its application has been examined.

가시광 통신 채널의 취약성 및 공격 방법

박소현(So-Hyun Park),주소영(Soyoung Joo),이일구(Il-Gu Lee) 한국정보통신학회 2021 한국정보통신학회 종합학술대회 논문집 Vol.25 No.2

무선 통신 기술이 방대한 양의 데이터를 빠른 속도로 높은 정확도와 안전성을 보장하여 전송하는 방식에 초점을 맞추어 발전하면서 기존의 무선 주파수(RF, Radio Frequency)를 이용한 무선 통신 기술의 대안으로 가시광 통신(VLC, Visible Light Communication) 기술의 연구개발이 가속화되었다. RF 무선 통신의 전파 스펙트럼이 더욱 혼잡해지고, 대역폭에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 규제되지 않은 대역폭을 사용할 수 있는 VLC가 해결책으로 제시되고 있다. 하지만, VLC 채널은 LOS(Line of Sight) 전파 특성으로 중간자 공격(MITM, Man-In-The-Middle)에 취약하고 도청과 재밍 공격에 쉽게 노출될 수 있다는 문제점이 있다. 이러한 VLC 채널에 대한 공격은 통신 링크 및 데이터의 기밀성, 무결성 및 가용성을 훼손하고, 데이터 재전송률이 높아져 스루풋이 감소하고 전력 소모량이 증가하여 데이터 전송 효율성이 낮아지는 문제점이 있다. 본 연구에서는 취약한 VLC 채널을 모델링하여 악의적인 재머에 의한 공격 영향과 통신 취약성을 분석한다. As wireless communication technology advances to ensure high accuracy and safety at high speeds, research and development of Visible Light Communication (VLC) technology has been accelerated as an alternative to traditional radio frequency (RF) technology. As the radio spectrum of RF communication becomes more congested and demand for bandwidth continues to increase, VLCs that can use unlicensed frequency band are proposed as a solution. However, VLC channels have broadcasting characteristics that make them easily exposed to eavesdropping and jamming attacks, and are vulnerable to MITM (Man-In-The-Middle) due to their line of sight (LOS) propagation characteristics. These attacks on VLC channels compromise the confidentiality, integrity, and availability of communications links and data, resulting in higher data retransmission rates, reducing throughput and increasing power consumption, resulting in lower data transmission efficiency. In this work, we model vulnerable VLC channels to analyze the impact of attacks and communications vulnerabilities by malicious jammers.

온-오프 변/복조를 이용한 가시광 통신 시스템 구현

김진호(Jinho Kim),조현묵(Hyun Mook Cho) 대한전자공학회 2017 전자공학회논문지 Vol.54 No.9

본 논문에서는 온-오프 변/복조 기반의 가시광 통신 시스템을 구현하였다. 송/수신 플랫폼은 30MHz 클럭으로 데이터를 전송/복원할 수 있도록 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 구현하였으며, 발광 다이오드/포토 다이오드 드라이버는 1m 의 거리에서 30MHz 의 가시광 통신 채널을 형성할 수 있도록 구현하였다. 구현된 시스템은 발광 다이오드 드라이버와 포토 다이오드 드라이버의 가시광 통신 채널과 송/수신 플랫폼의 유선기반 VLC 신호 생성 및 복원에 대한 기능 검증을 통해 데이터 전송속도가 30MHz를 만족함을 확인하였다. 결과적으로, 가시광 통신이 깜빡거림 방지를 위해서 8B10B RLL 코드를 사용하는 특성상 통합 VLC 시스템에서 안정적으로 전송되는 속도는 15MHz 임을 확인하였다. A VLC system based on OOK(On-Off Keying) modulation/demodulation were implemented in this paper. The Tx/Rx platform were implemented using FPGA to transmit/receive data at a rate of 30MHz data clock and LED/Photo diode driver were implemented to form 30MHz VLC channel at a distance of 1m. The implemented system was confirmed that the data transmission rate is 30MHz by verifying the VLC communication channel of LED/photodiode driver and the function of transmitting/receiving the wired based VLC signal of the Tx/Rx platform. As a result, it was confirmed that the speed of stable transmission in the integrated VLC system is 15 MHz because 8B10B RLL code is used for preventing flicker of VLC.

LED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 2-step 인터리빙을 통한 BER 성능 향상

이종현,서효덕,한두희,이계산,이규진 한국위성정보통신학회 2015 한국위성정보통신학회논문지 Vol.10 No.2

Visible Light Communication (VLC)은 Light Emitting Diode (LED)를 사용하여 조명의 역할과 통신의 기능을 동시에 구현할 수 있는 효과적인 방법이다. VLC는 통신 가능 영역인 Field Of View (FOV)를 가져 높은 보안성을 가지고, 가시광을 이용해 고속의 데이터 전송이 가능하다. VLC 시스템에서 RGB 채널에 데이터를 분할하여 전송하는 방법은, RGB 채널에 동일한 데이터를 전송하는 방법에 비해 빠른 데이터 전송 속도를 가지고 있으나, 가시광의 산란 및 반사로 인한 데이터의 burst 에러가 발생할 시 복원이 불가 능하여 BER 성능의 열화가 발생한다는 단점이 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 VLC에서 빠른 데이터 전송률을 가지면서 BER 성능 향상을 만족하는 2-step 인터리빙 기법을 제안한다. 제안 시스템의 Cyclic 인터리빙과 convolutional 인터리빙을 통해 RGB 채널의 성능 평준화 및 데이터 에러율의 감소로 전체 시스템의 BER 성능이 향상됨을 확인 할 수 있다. Visible Light Communication (VLC) is effective way to realize the light device and communication device using a Light Emitting Diode (LED) simultaneously. VLC has high security for Field Of View (FOV) communication area, also which is possible to transmit the high data rate using visible light. In VLC, transmitting the divided data by the RGB channels is higher data rate than transmitting the same data by RGB channels. However, it occurred the burst error by scattering and reflection of visible light which is impossible to restore that. To solve the problem, we proposed the 2-step interleaving scheme that high data rate and improve the performance of BER in VLC. The proposed system implements cyclic interleaving and convolutional interleaving that is able to be standardized the performance of RGB channels and improve the performance of BER using error correction.

VLC 기반 멀티 홉 멀티미디어 데이터 전송 네트워크 시스템

박인철,신정진,박주영,리데덩,안병구 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.3

본 논문에서는 VLC를 이용한 멀티 홉 멀티미디어 데이터 전송 시스템을 제안개발 한다. 제안된 시스템의 주 요한 기여도 및 특징은 다음과 같다. 첫째, 본 연구의 기여도는 LED 통신 기반으로 멀티 홉 기술을 사용하여 멀티미 디어 데이터를 장거리 전송이 가능한 전송네트워크 시스템을 개발하는 것이다. 둘째, 개발된 시스템은 다음과 같은 주 요한 특징이 있다. 전송부에서 오디오 데이터와 비디오 데이터를 두 개의 채널을 통하여 멀티 홉을 경유하여 전송된다. 오디오 채널의 릴레이에서는 전송된 신호를 포토다이오드로 데이터를 수신 받아 에러체크 및 증폭을 하여 수신부로 전 송한다. 수신부에서는 포토다이오드로부터 받은 인코딩된 오디오 데이터를 디코딩 및 증폭을 하여 아날로그 오디오 신 호로 컨버팅을 하여 스피커를 통해 오디오 데이터를 출력한다. 비디오 채널의 릴레이에서는 전송된 신호를 포토다이오 드로 데이터를 수신 받아 OP-AMP로 신호를 증폭하여 LED를 통하여 수신부로 신호를 전송한다. 수신부에서는 포토 다이오드로부터 받은 비디오 데이터 신호를 OP-AMP로 증폭을 하여 모니터를 통해서 비디오 데이터를 출력한다. 제 안된 시스템의 성능평가는 형광등이 켜져 있는 실험실에서 진행되었다. 성능평가 결과 제안된 시스템은 멀티미디어 데 이터를 멀티 홉 네트워크를 경유하여 효과적으로 전송할 수 있음을 보여 주었다. 반면에 사용된 색깔에 따라서 전송된 멀티미디어 성능에 약간의 차이가 있음을 알 수 있었다. In this paper, we propose VLC(visible light communication) based multi-hop multimedia data transmission system. The main contributions and features of the proposed system are as follows. First, the contribution of this research is to develope the LED communication based multi-hop transmission network system which can transmit multimedia data(audio data, video data) with long distance. Second, the developed system has the following features: In transmitter, audio data and video data are transmitted via multi-hops using two channels. The relay in audio channel receives digital audio signal by using photo diode and then transmits the signal to receiver after error checking and amplifying. The receiver receives the encoded audio data via photo diode and then converts to analog audio signal by using decoding and amplifying. The relay in video channel receives video signal by using photo diode and then amplify the video signal using OP-AMP and then transmits the signal to receiver. The receiver amplifies the received signal from photo diode and then sends it to the monitor. The performance evaluation of the proposed system is conducted in the laboratory with fluorescent light source. The results of the performance evaluation confirm that the system can provide high quality multimedia data transmission from transmiter to receiver via multi-hop relays in a long distance while we can see there are differences in the transmitted multimedia(audio and video) quality according to the used LED colors.

가시광통신을 위한 색채공간매핑과 MAC 기법 연구

모하마드 사이퍼 라만,김병연,방민석,박영일,김기두 한국인터넷방송통신학회 2009 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.9 No.4

가시광통신(VLC)은 가까운 장래에 각광받을 무선 통신 기술로서 전자파 간섭 없이 무료로 넓은 대역폭을 사용할 수 있기 때문에 RF에 민감한 운용 환경에 유용성이 매우 기대된다. 무선통신에 제약을 받는 병원 등에서 의료장비들 운용에 유용하게 쓰일 수 있는 음성인식 시스템을 포함한 LED 기반의 VLC 시스템을 제안한다. 특히 주변 빛에 의한 잡음 영향을 극복하기위해 색채공간을 기반으로 한 새로운 변조기법을 제안하고, 또한 BER을 줄이기 위해 심벌 수에 따른 다양한 색채공간 성좌도의 가능성을 제시한다. 끝으로 VLC에서의 다중 사용자 접속을 위해 Slotted ALOHA 및 TDMA MAC 프로토콜의 정당성을 기술하였다. Visible Light Communication (VLC) is a promising wireless communication technology. It offers huge, worldwide available and free bandwidth without electro-magnetic interference, which makes it very attractive for RF-sensitive operating environments. We propose colored LED-based VLC system for hospital use which includes voice recognition system for operating the medical equipments. New Mr hlation Scheme based on the Light Color Space is suggested to overcome the effect of noise generated by background light. Different color space constellations for different symbol sizes are also suggested which would give better bit error rate performance. Finally, Slotted ALOHA or TDMA medium access control protocols are suggested for multi-user operations.

Leveling: an Efficient VLC for Lossless Data Compression

Javier Joglar Alcubilla 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Signal Processing, Image Vol.9 No.3

Many of the standard compression methods are based, at their lowest level, in coding digital words of variable length or VLC, Huffman type, designed in 1952 or in any of its versions, as canonical. This article presents an VLC with greater efficiency than Huffman encoding, named as “Leveling”, which uses two variants, “Leveled Reordering” for low redundancy, e.g. for text and, “Segmented Leveling” for middle and high redundancy, for image processing. Leveling, developed by Javier Joglar in 1995, uses the concepts of “meaning” and “ordering” of the VLC codes generated, to get optimum performance in terms of “compression ratio”, higher than any other non-adaptive VLC.

머신러닝을 사용한 양방향 LED-to-LED 가시광통신시스템

최일원(Ilwon Choi),김기훈(Kihun Kim),박수빈(Soovin Park),이윤기(Yungi Lee),심규성(Kyusung Shim),안병구(Beongku An) 대한전자공학회 2019 전자공학회논문지 Vol.56 No.3

본 논문에서는 머신러닝을 이용한 양방향 LED-to-LED 가시광통신 시스템을 제안한다. 제안된 시스템의 주요한 특징과 기여도는 다음과 같다. 첫째, 제안된 시스템은 가시광통신 중 환경적 요인으로 인해 발생될 수 있는 불규칙하게 변화하는 무선채널 상태의 데이터 오류를 머신러닝을 통해 개선하고 보완한다. 둘째, 머신러닝 기법을 사용한 채널 개선과 보완을 통하여 LED-to-LED 양방향 시스템에서 데이터 송신 및 수신율을 높일 수 있다. 셋째, 제안된 시스템은 머신러닝 기법을 통해 외부환경 요인에 민감한 가시광통신의 데이터 전송 시 발생되는 현상을 데이터베이스에 저장하여 데이터 상태를 보완하고 데이터를 안정화하며, 채널링 변화를 확인할 수 있으며, 가시광통신의 데이터 통신상태를 효과적으로 향상 시킨다. 성능평가를 통하여 제안된 시스템은 가시광통신에서 사용되는 환경적 요인에 민감한 빛이라는 단점을 보완할 수 있으며, 거리가 증가할 시 송신 및 수신 효율이 떨어지는 문제점을 보완할 수 있다는 것을 확인하였다. In this paper, we propose a two-way LED-to-LED Visible Light Communication(VLC) system using machine learning. The main features and contributions of the proposed system are as follows. First, using machine learning, the proposed system can reduce and improve the data error rate of the randomly varying wireless VLC channel conditions. Second, the proposed system can increase the data reception rate in LED-to-LED bidirectional system by channel correction and improvement using the machine learning. Third, the proposed system can store the phenomenon that occurs during data transmission through channel learning in the database, and the changes of the channeling data can be confirmed through the stored data in the database. It compensates and stabilizes the data channeling state of VLC, which is sensitive to external environment factors. This can effectively improves the data communication state of the VLC. From the performance of the proposed system, we can see the proposed system can compensate and improve the disadvantages of the VLC using light that is so sensitive to the external environment effects. Also, we can confirm the proposed system can improve the rate of transmission and reception when the transmission distance is increased.

Multiple bio-monitoring system using visible light for electromagnetic-wave free indoor healthcare

An, Jinyoung,Pham, Ngoc Quan,Chung, Wan-Young Elsevier 2017 OPTICS COMMUNICATIONS - Vol.405 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>In this paper, a multiple biomedical data transmission system with visible light communication (VLC) is proposed for an electromagnetic-wave-free indoor healthcare. VLC technology has emerged as an alternative solution to radio-frequency (RF) wireless systems, due to its various merits, e.g., ubiquity, power efficiency, no RF radiation, and security. With VLC, critical bio-medical signals, including electrocardiography (ECG), can be transmitted in places where RF radiation is restricted. This potential advantage of VLC could save more lives in emergency situations. A time hopping (TH) scheme is employed to transfer multiple medical-data streams in real time with a simple system design. Multiple data streams are transmitted using identical color LEDs and go into an optical detector. The received multiple data streams are demodulated and rearranged using a TH-based demodulator. The medical data is then monitored and managed to provide the necessary medical care for each patient.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> A VLC-based multiple medical-data monitoring system for RF-free indoor Healthcare. </LI> <LI> A simple and cost-effective optical transmission system based on Time hopping (TH). </LI> <LI> Real-time medical signal monitoring with self-designed transmitter and receiver. </LI> <LI> A reliable transmission with high-resolution healthcare information for room-space. </LI> </UL> </P>