뉴스 - LED 손목 밴드용 2.4GHz 픽셀 수준 제어의 과제 극복

LongstarGifts 팀 제공

LongstarGifts에서는 현재 대규모 라이브 이벤트용으로 설계된 DMX 호환 LED 손목밴드용 2.4GHz 픽셀 레벨 제어 시스템을 개발하고 있습니다. 이 시스템의 비전은 야심적입니다. 모든 관객을 거대한 인간 디스플레이 화면의 픽셀처럼 인식하여 군중 전체에 동기화된 컬러 애니메이션, 메시지, 그리고 역동적인 조명 패턴을 구현하는 것입니다.

이 블로그 게시물에서는 우리 시스템의 핵심 아키텍처와 우리가 직면한 과제(특히 신호 간섭 및 프로토콜 호환성)를 공유하고, RF 통신 및 메시 네트워킹에 경험이 있는 엔지니어에게 통찰력이나 제안을 공유하도록 요청합니다.

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시스템 아키텍처 및 설계 개념

저희 시스템은 하이브리드 "스타 토폴로지 + 구역 기반 브로드캐스트" 아키텍처를 따릅니다. 중앙 컨트롤러는 2.4GHz RF 모듈을 사용하여 수천 개의 LED 손목밴드에 제어 명령을 무선으로 브로드캐스트합니다. 각 손목밴드에는 고유 ID와 사전 설정된 조명 시퀀스가 있습니다. 그룹 ID와 일치하는 명령을 수신하면 해당 조명 패턴이 활성화됩니다.

웨이브 애니메이션, 섹션 기반 그라데이션, 음악 동기화 펄스와 같은 전체 장면 효과를 구현하기 위해 군중은 구역(예: 좌석 영역, 색상 그룹 또는 기능별)으로 나뉩니다. 이러한 구역은 별도의 채널을 통해 특정 제어 신호를 수신하여 정밀한 픽셀 단위 매핑 및 동기화를 가능하게 합니다.

2.4GHz는 전 세계적으로 사용 가능하고, 전력 소모가 적으며, 넓은 커버리지를 제공하기 때문에 선택되었지만, 강력한 타이밍 및 오류 처리 메커니즘이 필요합니다. 모든 손목 밴드가 동기화된 효과를 실행하도록 타임스탬프가 적용된 명령과 심박수 동기화를 구현하고 있습니다.

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사용 사례: 군중을 밝히다

저희 시스템은 콘서트, 스포츠 경기장, 축제 공연 등 강렬한 인상을 주는 환경에 적합하도록 설계되었습니다. 이러한 환경에서 각 LED 손목밴드는 발광 픽셀로 작동하여 관객을 마치 움직이는 LED 화면으로 바꿔줍니다.

이는 가상의 시나리오가 아닙니다. 콜드플레이나 테일러 스위프트 같은 세계적인 아티스트들은 월드 투어에서 이와 유사한 군중 조명 효과를 사용하여 엄청난 감정적 참여와 잊을 수 없는 시각적 효과를 이끌어냈습니다. 동기화된 조명은 비트에 맞춰 움직이거나, 조화로운 메시지를 전달하거나, 라이브 공연에 실시간으로 반응하여 모든 관객이 쇼의 일부인 것처럼 느끼게 합니다.

주요 기술적 과제

1. 2.4GHz 신호 간섭

2.4GHz 대역은 매우 혼잡합니다. Wi-Fi, 블루투스, 지그비 등 수많은 무선 기기와 대역폭을 공유합니다. 어떤 콘서트나 경기장에서든, 전파는 관객의 스마트폰, 공연장 라우터, 블루투스 오디오 시스템의 간섭으로 가득 차 있습니다.

이로 인해 신호 충돌, 명령 삭제 또는 지연이 발생하여 원하는 동기화 효과가 망가질 위험이 있습니다.

2. 프로토콜 호환성

표준화된 소비자 제품과 달리, 맞춤형 LED 손목밴드와 컨트롤러는 종종 독점적인 통신 스택을 사용합니다. 이로 인해 프로토콜 단편화가 발생하여 서로 다른 기기가 서로를 이해하지 못할 수 있으며, 타사 제어 시스템을 통합하는 것이 어려워집니다.

게다가 여러 기지국으로 대규모 군중을 포괄하는 경우 교차 채널 간섭, 주소 충돌, 명령 중복이 심각한 문제가 될 수 있습니다. 특히 수천 대의 장치가 조화롭게, 실시간으로, 배터리 전원으로 응답해야 하는 경우 더욱 그렇습니다.

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지금까지 시도한 것

간섭을 완화하기 위해 주파수 호핑(FHSS)과 채널 분할을 테스트하여, 각 기지국을 경기장 내 겹치지 않는 채널에 할당했습니다. 각 컨트롤러는 신뢰성을 위해 CRC 검사를 실시하여 명령을 중복해서 방송합니다.

기기 측면에서, 손목 밴드는 저전력 무선 모듈을 사용하여 주기적으로 활성화하고, 명령을 확인하며, 그룹 ID가 일치할 때만 미리 로드된 조명 효과를 실행합니다. 시간 동기화를 위해, 모든 기기가 명령을 언제 수신했는지와 관계없이 정확한 순간에 조명 효과를 렌더링할 수 있도록 명령에 타임스탬프와 프레임 인덱스를 내장했습니다.

초기 테스트에서는 단일 2.4GHz 컨트롤러가 수백 미터 반경을 커버할 수 있었습니다. 보조 송신기를 경기장 반대편에 배치함으로써 신호 안정성을 높이고 사각지대를 없앴습니다. 1,000개가 넘는 손목밴드를 동시에 작동시켜 경사도와 간단한 애니메이션 구현에서 기본적인 성과를 달성했습니다.

하지만 이제 우리는 실제 시나리오에서 안정성을 개선하기 위해 영역 할당 논리와 적응형 재전송 전략을 최적화하고 있습니다.

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