一种基于可见光通信的非对称网络传输系统及传输方法

摘要

本发明涉及一种基于可见光通信的非对称网络传输系统及传输方法，该系统包括下、上行网络传输系统；所述下行网络传输系统包含通过下行网络接口接入IP网络的LED通信控制器、与该控制器连接的可见光LED以及连接用户终端的LED光接收器；所述上行网络传输系统包含与所述用户终端连接的红外通信控制器、与该红外通信控制器连接的红外发射管及通过上行网络接口接入IP网络的红外光接收器。其采用红外和LED可见光通信技术实现了不对称网络传输，充分利用了通信应用中普遍存在的数据上下行带宽需求不对称的特点，能够确保双向通信传输质量，节省能源，安全可靠。

说明书

技术领域

本发明专利涉及网络通信技术，具体而言，涉及一种基于可见光通信的非对称网络传输系统及传输方法。

背景技术

LED作为二十一世纪最重要的技术发明之一，正在走入日常百姓的生活。LED照明技术的迅猛发展越来越引起通信技术界的关注，作为下一代照明光源，LED替换目前广泛使用的白炽灯和荧光灯正在成为不可逆转的趋势。利用LED作为载体来实现数字信号的传输，能够实现照明通信一体化，可以避免电磁污染，是高效且绿色环保的通信模式。

目前大多基于可见光通信技术的网络传输系统在上行和下行两条链路上都采用可见光方式，这样做存在两个问题：其一是用户终端上安装LED灯，所发出的光强度较大，容易让用户产生眩目感，影响终端的使用体验；其二是移动用户终端的流行所带来的电池供电问题，LED的功率消耗会进一步加剧原本紧张的电池电力需求。此外，LED通信控制模块的成本较高，而实际使用中上下行数据对于带宽的需求存在显著的差异，所以客观上造成了资源的浪费。

为了解决上述问题，我们提出了LED与红外相结合的可见光非对称网络传输系统。该系统采用“下行LED，上行红外”的技术策略，将可见光的带宽优势和红外的技术成熟性以及成本优势有机地结合在一起，充分利用了通信应用中普遍存在的数据上下行带宽需求不对称的特点，能够有效完成图像、话音等大带宽数据和控制指令等小带宽数据的双向传输，确保通信传输质量，且实现简单，节省能源，安全可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可见光通信的非对称网络传输系统及传输方法，其采用“下行LED，上行红外”的技术策略，能够确保双向通信传输的质量，尽可能充分利用上下行数据负载不对称的特点，且实现简单，节省能源，安全可靠。

本发明提供的基于可见光通信的非对称网络传输系统包括下行网络传输系统和上行网络传输系统。

所述下行网络传输系统包括：

可见光LED灯，用于发送可见光信号和照明；

LED通信控制器，通过下行网络接口接入IP网络，同时通过数据输出接口与所述可见光LED灯连接；用于网络接收，解析网络数据包生成隧道数据包，调制后通过所述可见光LED灯以可见光信号发送；及

LED光接收器，它与所述可见光LED灯通过光信道相连接，通过其第一网络接口连接用户终端；用于接收可见光信号，数据解调，解析隧道数据包生成网络数据包，网络发送到用户终端。

所述上行网络传输系统包括：

红外发射管，用于发送红外光信号；

红外通信控制器，通过其第二网络接口(或其他数据接口)与所述用户终端相连接，同时通过其数据接口与所述红外发射管连接；用于接收来自所述用户终端的待传递网络数据，解析网络数据包生成隧道数据包，调制后通过所述红外发射管以红外光信号发送；及

红外光接收器，它与所述红外发射管通过红外信道相连接，同时通过上行网络接口接入IP网络；用于接收红外光信号，数据解调，解析隧道数据包生成网络数据包，网络上传到IP网络。

本发明基于可见光通信的非对称网络传输方法包括上、下网络传输方法两部分。

通过上述下行网络传输系统实现的下行网络传输方法，包括如下步骤：

LED通信控制器通过下行网络接口从IP网络接收网络数据，将网络数据包拆解后得到数据负载，然后重新生成隧道数据包，经调制后通过可见光LED灯以可见光信号发送；

LED光接收器接收到可见光信号后，解调，解析隧道数据包恢复出数据负载，重新打包为普通网络数据包并经由其第一网络接口发出，用户终端通过普通的网络接收过程获取数据。

所述下行网络传输中，采用纠错与防闪烁二合一的编码方式，以提高传输误码性能并消除LED灯的闪烁。

通过上述上行网络传输系统实现的上行网络传输方法，包括如下步骤：

用户终端发出网络数据，红外通信控制器通过其第二网络接口接收到待传递的网络数据，将网络数据包拆解后得到数据负载，然后重新打包为隧道数据包，经调制后通过 红外管以红外光信号发送；

红外接收器接收到红外光信号后解调并结束隧道传输，恢复出数据负载，重新打包为普通网络数据包并经由上行网络接口发出，用户终端通过普通的网络接收过程获取数据。

一种上行网络传输系统，包括：

用户终端；

红外发射管，用于发送红外光信号；

红外通信控制器，通过其第二网络接口(或其他数据接口)与所述用户终端连接，同时通过其数据接口与所述红外发射管连接；用于接收来自所述用户终端的待传递网络数据，解析网络数据包生成隧道数据包，调制后通过所述红外发射管以红外光信号发送；及

红外光接收器，它与所述红外发射管32通过红外信道相连接，同时通过上行网络接口接入IP网络；用于接收红外光信号，数据解调，解析隧道数据包生成网络数据包，上传到IP网络。

本发明系统中，用户终端与LED光接收器以及红外通信控制器的连接方式包括但不限于网络连接。事实上，如果用户终端能够和LED光接收器以及红外通信控制器进行一体化设计，使之内含LED光接收以及红外发射功能，那么无须使用网络，只要用普通内部数据连接即可。此种设计仍属本申请所提系统的涵盖范围。

本发明所提系统强调网络连接的目的在于使现有网络用户无须对自身软硬件作任何改变，只需接驳具备LED光接收和红外发射能力的硬件插件模块或者坞，即可实现双向不对称网络传输。

本发明方案网络上、下行(相对于用户终端)分别采用红外和LED可见光通信技术实现了不对称网络传输，充分利用了通信应用中普遍存在的数据上下行带宽需求不对称的特点，确保双向通信传输质量，节省能源，安全可靠。

本系统中，采用隧道技术完成光信道的双向信息传递，无论是可见光信道还是红外信道，对于网络传输而言都是透明的。用户无须了解数据传输过程中所经历的物理信道的具体细节。系统自动使用隧道技术来完成网络数据包的转换。因此，用户无需对网络自身的架构以及网络软件作任何调整。只须在传输环节使用本申请所提系统替代普通的有线信道，即可完成网络部署。

其下行网络传输中采用纠错与防闪烁二合一的编码方式，在提高传输误码性能的同 时消除了LED灯的闪烁，改善用户使用体验。

附图说明

图1为基于LED和隧道技术的下行网络传输系统框图；

图2为基于LED和隧道技术的下行网络传输软件流程图；

图3为基于红外和隧道技术的上行网络传输系统框图；

图4为基于红外和隧道技术的上行网络传输软件流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进一步详细说明。理当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。

参见图1，基于LED和隧道技术的下行网络传输系统包含如下硬件部分：

可见光LED灯12，作为网络可见光信号发送设备，具备照明、可见光发送功能。

LED通信控制器11，通过下行网络接口接入IP网络，同时通过数据输出接口与所述可见光LED灯12连接；用于网络接收，网络数据包解析，隧道数据包生成，信号调制，信号发送。

LED光接收器13，与所述可见光LED灯12通过光信道相连接，通过其第一网络接口连接用户终端；用于接收可见光信号，数据解调，解析隧道数据包生成网络数据包，网络发送，由该用户终端接收。

参见图2，基于LED和隧道技术的下行网络传输流程步骤如下：

步骤S201，LED通信控制器11通过下行网络接口从公共IP网络上接收到数据，根据网络数据包的目的地址决定是否转入下一步操作；

步骤S202，LED通信控制器对网络数据包进行拆解，获取数据载荷以及目的地址等关键信息；

步骤S203，LED通信控制器将待传送的数据载荷以及目的地址等重新打包，形成隧道数据包；

步骤S204，LED通信控制器在隧道数据包上增加纠错与防闪烁二合一编码；

步骤S205，LED通信控制器将数字信息经调制后转化为模拟波形，并进而通过可见光LED灯12以可见光信号发送；

步骤S206，LED光接收器接1 3接收可见光信号，并完成解调和数字化；

步骤S207，LED光接收器完成信号的纠错与防闪烁二合一解码；

步骤S208，LED光接收器将隧道数据包拆解，得到数据载荷以及目的地址；

步骤S209，LED光接收器利用目的地址将待传送的数据载荷重新打包，形成标准的网络数据包；

步骤S210，LED光接收器将网络数据包经由其第一网络接口向用户终端发送，用户终端通过普通的网络接收获取数据。

参见图3，基于红外和隧道技术的上行网络传输系统包括以下硬件部分：

红外发射管32，作为网络红外光信号发送设备。

红外通信控制器31，通过其第二网络接口(或者其他数据接口)与所述用户终端相连接，同时通过数据接口与所述红外发射管32相连接。具备功能：网络接收，网络数据包解析，隧道数据包生成，信号调制，信号发送。

红外光接收器33，与红外发射管32通过红外信道相连接，同时通过上行网络接口接入外部公共IP网络。具备功能：红外接收，数据解调，隧道数据包解析，网络数据包生成，网络发送。

图4为基于红外和隧道技术的上行网络传输软件流程，步骤如下：

步骤S401，红外通信控制器31通过第二网络接口或者数据接口从用户终端接收到网络数据；

步骤S402，红外通信控制器对网络数据包进行拆解，获取数据载荷以及目的地址等关键信息；

步骤S403，红外通信控制器将待传送的数据载荷以及目的地址等重新打包，形成隧道数据包；

步骤S404，红外通信控制器在隧道数据包上增加纠错编码；

步骤S405，红外通信控制器将数字信息经调制后转化为模拟波形，并进而通过红外发射管32完成发送；

步骤S406，红外接收器33接收红外光信号，并完成解调和数字化；

步骤S407，红外接收器完成信号的纠错解码；

步骤S408，红外接收器将隧道数据包拆解，得到数据载荷以及目的地址；

步骤S409，红外接收器利用目的地址将待传送的数据载荷重新打包，形成标准的网络数据包；

步骤S410，红外接收器将网络数据包通过上行网络接口向IP网络发送。