가시광을 인터넷 및 상호 간의 통신을 위한 매체로 사용하는 발광다이오드(LED)

가시광을 인터넷 및 상호 간의 통신을 위한 매체로 사용하는 발광다이오드(LED)

가정, 사무실, 공공건물 등에서 범람하는 빛이 단지 조명 수단 이상의 기능을 제공할 수 있다. 디즈니 연구소(Disney Research)와 스위스 취리히 연방 공대(ETH Zurich) 소속의 과학자들은 빛이 전구 상호 간뿐만 아니라 사물이나 인터넷과 통신하도록 만드는 매체가 될 수 있음을 시연하였다. 

빛을 통해 신호를 전송하는 것은 새로운 것이 아니다. 실용적인 전화기를 발명한 것으로 유명한 미국의 과학자인 알렉산더 그레이엄 벨(Alexander Graham Bell)은 음성을 무선으로 최초로 전달되기 몇 년 전인 1880년대에 광전화기(Photo-Phone)를 발명하여 무려 200미터를 전송하여 음성이 빛으로 전달될 수 있음을 보였다. 

이러한 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication) 기술은 무선 주파수(RF) 통신에 밀려 주목을 받지 못하였지만, 최근에 발광다이오드(LED: light emitting diode) 기술의 발전으로 말미암아 발광다이오드(LED)의 융합 기술로 부상하고 있다. 

가시광 통신(VLC)은 380~780나노미터의 가시광 파장을 사용하는 통신방식이다. 가시광 통신(VLC)의 적용 사례로는 디스플레이나 전광판을 통해 정보를 전달하는 방송형 통신, 교통신호나 자동차 전구에 사용하는 지능형 교통 시스템(ITS) 통신, 조명기기를 이용한 통신 등을 포함해 다양한 분야에서 활용될 것으로 예상된다. 

가시광 통신(VLC)의 가장 큰 장점은 무선 주파수(RF) 통신과 달리 추가적인 기반시설을 구축할 필요 없이 조명용 기반시설을 그대로 활용할 수 있다는 것이다. 또한, 주파수 할당의 문제가 없어 국제적으로 호환성이 좋고, 가시광 스펙트럼 사용에 대한 규정이 없어 자유도가 높다. 게다가 전자파가 아닌 빛을 이용하는 통신 방법이라서 병원이나 비행기와 같이 전자파에 민감한 지역에서 쉽게 사용할 수 있다. 더불어 가시광은 기본적으로 벽을 통과하지 못하므로 보완성이 뛰어난 국지적 네트워크 구축에 용이하다. 

다만, 가시광 통신은 다른 빛의 간섭이 있으면 통신 장애를 일으킬 수 있으나, 이는 기술적으로 해결 가능할 것으로 보이며, 최근 실내 통신 시스템의 필요성과 발광다이오드(LED)의 번성으로 말미암아 가시광 기반의 통신 시스템에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 

이러한 상황에서 디즈니 연구소의 연구자들은 발광다이오드(LED)의 빛이 상호 간에 통신하는 것뿐만 아니라 인터넷 및 기술적인 프로토콜과 호환되도록 하는 방식으로 통신하는 것을 가능케 하는 네트워킹 기술을 창안하였다. 

이러한 발전은 성장하고 있는 사물 인터넷(Internet of Things) 부문에서 가시광 통신(VLC)이 중요한 역할을 하게 만들 수 있다고 디즈니 연구소의 무선 연구 그룹을 이끌고 있는 스테판 만골드(Stefan Mangold)는 말했다. 사물 인터넷은 사물들이 스마트 환경을 만들기 위하여 상호 간에 통신하고 정보를 공유하는 아이디어이다. 

“빛을 이용한 통신은 무선 링크가 아닌 발광다이오드(LED)를 갖춘 소비자 전자기기들이 상호작용이 가능한 통신 노드로 전환될 수 있으므로 진정한 사물인터넷을 가능케 한다”고 스테판 만골드가 말했다. “우리는 단지 센서, 스마트폰, 가전기기 등만을 이야기하는 것이 아니다. 여기에는 발광다이오드(LED)를 가지는 장난감이 쉽게 포함될 수 있으며, 가시광 통신(VLC)을 이용하여 장난감을 원격으로 평가하고, 감시하고, 동작할 수 있는 이른바 장난감 인터넷(Internet of Toys)을 만들 수 있다”고 스테판 만골드가 덧붙였다. 

스테판 만골드와 동료 연구자들은 이러한 연구 결과를 2015년 9월 11일에 프랑스 파리에서 개최된 가시광 통신(VLC) 시스템과 관련된 국제학술대회(명칭: 2nd ACM Workshop on Visible Light Communication Systems)에서 발표하였다. 

연구자들은 규격품으로 바로 살 수 있는 발광다이오드(LED) 전구를 사용하였으며, 이를 변경하여 가시광 신호를 보내고 받을 수 있는 가시광 통신(VLC) 네트워크를 만들었다. 이러한 변경에는 리눅스(Linux) 운영 시스템 상에서 돌아가는 단일 칩 시스템(System-on-a-Chip, 하나의 집적회로에 집적된 컴퓨터나 전자 시스템 부품), 프로토콜 소프트웨어를 가지는 가시광 통신(VLC) 제어기 모듈, 부가된 전자기기를 위한 추가적인 전원 공급기 등이 포함된다. 

연구자들은 인터넷 프로토콜과 호환이 가능한 이러한 하드웨어를 통하여 신호가 전송되도록 만드는 소프트웨어를 만들었다. 그리하여 연구자들은 1초당 최대 1킬로비트(kilobit)의 처리 능력을 가지는 네트워크를 만들 수 있었다. 

이처럼 가시광 통신(VLC)이 가능한 전구는 신호를 방송하는 데에 사용될 수 있어 신호 트래픽(signal traffic)을 전송하는 네트워크에 연결되어 물체의 위치를 탐지하거나 물체와 통신하는 데에 사용될 수 있다. 

“가시광 통신(VLC) 기능을 가지도록 개선될 수 있는 발광다이오드(LED) 기반의 전구가 도처에 존재하고, 발광다이오드(LED)를 가진 장치를 쉽게 얻을 수 있다는 것은 광범위한 응용 분야와 가능성을 촉발시키고 있다”고 스테판 만골드가 말했다. 

[관련 논문의 서지 정보] Stefan Schmid, Theodoros Bourchas, Stefan Mangold, and Thomas R. Gross, Linux Light Bulbs: Enabling Internet Protocol Connectivity for Light Bulb Networks, 2nd ACM Workshop on Visible Light Communication Systems, September 11, 2015, Paris, France. 

원문출처 : http://phys.org/news/2015-09-team-visible-internet.html

출처 :  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』