디즈니의 리눅스 기반 LED 전구가 가정에 Li-Fi 연결성을 가져옵니다

목차

• 디즈니, 상호 연결된 홈 네트워크를 위한 리눅스 기반 “리눅스 전구” 출시 - 디즈니 리서치, 장난감, 웨어러블 기기, 스마트폰 등을 상호 연결하는 LED-LED 네트워킹 방법 시연
• OpenWRT-on-Atheros가 아두이노 제어 조명 제어
• 추가 참고자료

디즈니, 상호 연결된 홈 네트워크를 위한 리눅스 기반 “리눅스 전구” 출시

디즈니 리서치, 장난감, 웨어러블 기기, 스마트폰 등을 상호 연결하는 LED-LED 네트워킹 방법 시연

디즈니 리서치는 전구와 장난감이 서로 통신할 수 있게 해주는 LED-LED “리눅스 전구” 네트워킹 기술을 시연하였으며, 이를 통해 디즈니/픽사의 토이 스토리의 현실에 한 걸음 더 다가가게 되었습니다.

이 혁신의 기본 아이디어는 디즈니가 스위스의 ETH 대학(취리히에 위치)와 협력하여 개발하였습니다. 이 시스템은 LED에 내장된 리눅스 코딩 칩을 사용하여 유사한 기능을 가진 장치와 통신할 수 있도록 합니다. 적합한 후보는 장난감, 웨어러블 기기, 전화기, 컴퓨터, 자동차 및 기타 사물인터넷 기기일 수 있습니다.

이 시스템은 오늘날 급속히 발전하고 있는 VLC(가시광 통신) 기술을 사용하며, 최근 몇 년간 진화의 단계를 거쳐왔습니다. 이 기술은 현대 LED가 디지털 시스템과 상호작용하여 빛의 밝기와 주파수를 빠르게 변경할 수 있는 능력을 활용합니다. LED는 또한 포토다이오드처럼 작용할 수 있습니다(포토다이오드는 가시광선이 떨어지면 활성화되는 p-n 접합 다이오드입니다). 이러한 과정에서 LED에서 발생하는 변조는 인간의 눈이 감지할 수 있는 범위 내에 있으므로, 사용자는 조명의 깜박임이나 기타 안전 문제를 느끼지 못할 것이라고 디즈니는 설명합니다.

이 프로젝트의 VLC 분야에 대한 주요 기여는 네트워킹 기술의 추가입니다. 디즈니 리서치는 스마트 전구 프로토타입을 개발하였고, 이를 기반으로 인터넷 프로토콜(IP) 통신을 위한 VLC 네트워킹 프레임워크를 정의하였습니다.

네트워크화된 VLC 기술은 장난감 및 기타 저비용 기기에 WiFi, Bluetooth, ZigBee 또는 기타 단거리 무선 기술을 내장하는 것보다 훨씬 저렴할 것입니다. 리눅스 전구 칩을 구현함으로써, 많은 현대 장난감에 내장된 LED는 정밀하게 제어되는 스마트 조명으로 변모할 것입니다. 이 조명은 메쉬 네트워크에 연결되어 장치 활동을 조정하고 직접적인 시야 없이도 통신을 설정할 수 있습니다.

디즈니 리서치와 ETH 취리히는 네트워킹 시스템과 개념 증명 하드웨어 플랫폼을 설명하는 학술 논문 [PDF]를 공동 발표하였습니다.

이 논문은 새로운 VLC 네트워크 드라이버 모듈을 사용하는 리눅스용 VLC 링크 계층을 설명합니다. 이 모듈은 이전에 디즈니 리서치에 의해 개발된 VLC 매체 접근 제어(MAC) 및 물리적(PHY) 계층 위에 위치합니다. 네트워크 드라이버는 IP 프로토콜과 VLC 계층 간의 인터페이스 역할을 합니다.

OpenWRT-on-Atheros가 아두이노 제어 조명 제어

디즈니의 하드웨어 테스트 베드는 MIPS 기반의 Qualcomm Atheros AR9331 SoC에서 경량의 네트워킹 친화적인 OpenWRT 리눅스를 실행하는 모듈을 중심으로 구축되었습니다. 이 조합은 많은 저가형 IoT 장치, 무선 지원 컴퓨터 모듈 및 아두이노 Yún과 같은 간단한 해커 SBC에 사용되고 있습니다.

리눅스 측에서 VLC 컨트롤러는 표준 이더넷 인터페이스로 추상화되어 커널 드라이버 모듈로 구현됩니다. 이는 인터넷 제어 메시지 프로토콜(ICMP), 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP) 및 전송 제어 프로토콜(TCP)을 사용한 통신을 가능하게 한다고 합니다.

Atheros 지원 컨트롤러 모듈은 별도의 VLC 펌웨어 모듈과 통신하며, 테스트 베드에서는 ATmega328p MCU가 장착된 아두이노 우노 보드에서 구현됩니다. 리눅스 컨트롤러 모듈은 직렬 인터페이스를 사용하여 아두이노 기반 펌웨어 모듈과 통신합니다. 아두이노 모듈은 LED와 센서를 직접 구동합니다. 연결된 LED 전구는 네 개의 포토다이오드 센서와 함께 열 방출기 및 전원 공급 장치가 추가되어 집약적인 빛 통신을 지원하도록 수정되었습니다.

위 이미지는 리눅스 전구의 통찰력을 보여줍니다.

디즈니 리서치는 GPIO 연결을 사용하여 리눅스 모듈에서 전구를 직접 제어하는 별도의 아두이노 기반 모듈을 건너뛰는 것을 고려했다고 밝혔습니다. 그러나 이는 본질적으로 리눅스 모듈이 다른 작업을 수행하는 것을 방해하게 되며, 논문에 따르면 “VLC에 운영 체제를 추가해야 하는 동기를 부여한 추가 가치“입니다. 별도의 VLC 펌웨어 설계는 실시간 중요한 성능을 보장하면서 Atheros 모듈을 다른 작업에 할당할 수 있도록 한다고 합니다.

https://www.disneyresearch.com/wp-content/uploads/Pub_InvisibleLightCommunication_Siggraph14_video.mp4

리눅스 전구의 Atheros 칩에는 내장 WiFi가 있으며, 디즈니 리서치는 이를 테스트 목적으로 사용했습니다. 그러나 조명은 서로 VLC만을 사용하여 통신하도록 설계되었다고 디즈니 논문은 언급합니다. 아마도 메쉬 네트워킹 기능은 네트워크 내에서 단 하나의 엔드포인트만 무선이 필요하도록 지원할 것이며, 이는 이미 무선이 장착된 스마트폰일 수 있습니다.

최대 200바이트의 페이로드로 인해 최대 1Kbps의 대역폭을 제공하는 디즈니의 VLC 기술은 미디어 스트리밍에 사용되지 않고 단순한 명령을 전송하고 수신하는 데만 사용될 것입니다. 그러나 훨씬 더 정교한 VLC 시스템은 최대 800Mbps의 속도로 점대점 통신을 시연했지만, 네트워킹 스마트 기능은 없습니다. 디즈니가 제안한 저비용 플랫폼은 유용한 다이얼업 수준의 Kbps 대역폭으로 증가할 가능성이 있지만, 단일 자릿수 Mbps 속도를 달성할 수 있을지는 불확실합니다.

VLC에 네트워킹을 추가함으로써 디즈니는 기술의 주요 한계인 범위와 신호 간섭을 극복한 것으로 보입니다. 무선 통신에 대한 장점은 낮은 비용과 전력 소비뿐만 아니라 더 나은 보안도 포함됩니다.

디즈니 리서치는 이 기술이 차세대 디즈니 장난감을 넘어 다른 저대역폭 IoT 애플리케이션으로 확장될 것으로 예상합니다. 논문에서는 기존 조명 인프라를 사용하는 VLC 기반 위치 서비스, 제어 가능한 LED 조명, 식별 및 실내 추적의 잠재력을 언급합니다.

광 통신의 더 넓은 역할은 이른바 III-V 재료를 통합한 미래 프로세서를 기다리고 있을 수 있습니다. 이러한 광학 친화적인 칩은 컴퓨터 내에서뿐만 아니라 장치 간의 고속 광 통신을 가능하게 할 수 있어야 합니다.

추가 참고자료

추가 정보는 이 링크와 이 링크(PDF)에서 확인할 수 있습니다.