LED 손목 밴드용 2.4GHz 픽셀 수준 제어의 어려움 극복

LongstarGifts 팀 제작

롱스타기프트는 현재 대규모 라이브 이벤트에 사용하도록 설계된 DMX 호환 LED 손목 밴드용 2.4GHz 픽셀 레벨 제어 시스템을 개발 중입니다. 저희의 비전은 야심찹니다. 모든 관객을 거대한 인체 디스플레이 스크린의 픽셀로 간주하여 군중 전체에 걸쳐 동기화된 색상 애니메이션, 메시지 및 역동적인 조명 패턴을 구현하는 것입니다.

이 블로그 게시물에서는 저희 시스템의 핵심 아키텍처와 직면했던 문제점들, 특히 신호 간섭 및 프로토콜 호환성 문제를 공유하고, RF 통신 및 메시 네트워킹 분야에 경험이 있는 엔지니어분들의 의견이나 제안을 기다립니다.

시스템 아키텍처 및 설계 개념

저희 시스템은 "스타 토폴로지 + 존 기반 브로드캐스트"라는 하이브리드 아키텍처를 따릅니다. 중앙 컨트롤러는 2.4GHz RF 모듈을 사용하여 수천 개의 LED 손목 밴드에 제어 명령을 무선으로 전송합니다. 각 손목 밴드는 고유 ID와 미리 저장된 조명 시퀀스를 가지고 있습니다. 해당 그룹 ID와 일치하는 명령을 수신하면 관련 조명 패턴이 활성화됩니다.

파도 애니메이션, 구역별 그라데이션, 음악 동기화 펄스와 같은 전체 장면 효과를 구현하기 위해 관중은 구역별로 나뉩니다(예: 좌석 구역, 색상 그룹 또는 기능별). 이러한 구역은 별도의 채널을 통해 특정 제어 신호를 수신하므로 픽셀 단위의 정밀한 매핑 및 동기화가 가능합니다.

2.4GHz 주파수는 전 세계적으로 사용 가능하고 전력 소비가 적으며 커버리지가 넓기 때문에 선택되었지만, 견고한 타이밍 및 오류 처리 메커니즘이 필요합니다. 모든 손목 밴드가 동기화되어 효과를 실행하도록 타임스탬프가 찍힌 명령과 심장 박동 동기화를 구현하고 있습니다.

활용 사례: 군중을 밝히다

저희 시스템은 콘서트, 스포츠 경기장, 페스티벌 공연과 같은 강렬한 환경에 맞춰 설계되었습니다. 이러한 환경에서 각 LED 손목 밴드는 빛을 발하는 픽셀이 되어 관객을 생동감 넘치는 LED 스크린으로 탈바꿈시킵니다.

이는 가상의 시나리오가 아닙니다. 콜드플레이와 테일러 스위프트 같은 세계적인 아티스트들은 월드 투어에서 이와 유사한 관중 조명 효과를 활용하여 엄청난 감정적 몰입과 잊을 수 없는 시각적 효과를 만들어냈습니다. 음악 비트에 맞춰 움직이는 조명은 특정 메시지를 전달하거나, 라이브 공연에 실시간으로 반응하여 모든 관객이 공연의 일부가 된 듯한 느낌을 선사합니다.

주요 기술적 과제

1. 2.4GHz 신호 간섭

2.4GHz 대역은 악명 높을 정도로 혼잡합니다. Wi-Fi, 블루투스, 지그비, 그리고 수많은 다른 무선 장치들과 대역폭을 공유합니다. 콘서트나 경기장과 같은 곳에서는 관객의 스마트폰, 경기장 공유기, 블루투스 오디오 시스템 등에서 발생하는 간섭으로 인해 전파가 가득 차게 됩니다.

이로 인해 신호 충돌, 명령 손실 또는 지연이 발생하여 원하는 동기화 효과가 손상될 위험이 있습니다.

2. 프로토콜 호환성

표준화된 소비자 제품과 달리, 맞춤형 LED 손목 밴드와 컨트롤러는 종종 독자적인 통신 스택을 사용합니다. 이로 인해 프로토콜이 파편화되어 서로 다른 장치들이 서로를 이해하지 못할 수 있으며, 타사 제어 시스템과의 통합이 어려워집니다.

더욱이, 여러 기지국으로 대규모 군중을 커버할 때, 특히 수천 대의 장치가 배터리 전원으로 실시간으로 조화롭게 대응해야 하는 경우, 채널 간 간섭, 주소 충돌 및 명령 중복이 심각한 문제가 될 수 있습니다.

지금까지 우리가 시도해 본 것들

간섭을 줄이기 위해 주파수 호핑(FHSS) 및 채널 분할 방식을 테스트했으며, 행사장 전체에 걸쳐 서로 다른 기지국에 중복되지 않는 채널을 할당했습니다. 각 컨트롤러는 명령을 이중으로 전송하며, 신뢰성을 위해 CRC 검사를 수행합니다.

기기 측면에서 손목 밴드는 저전력 무선 모듈을 사용하여 주기적으로 깨어나 명령을 확인하고 그룹 ID가 일치하는 경우에만 미리 로드된 조명 효과를 실행합니다. 시간 동기화를 위해 명령에 타임스탬프와 프레임 인덱스를 포함시켜 모든 기기가 명령을 수신한 시점과 관계없이 정확한 순간에 효과를 렌더링하도록 했습니다.

초기 테스트에서 2.4GHz 컨트롤러 하나로 수백 미터 반경을 커버할 수 있었습니다. 행사장 양쪽에 보조 송신기를 설치하여 신호 안정성을 개선하고 사각지대를 없앴습니다. 1,000개 이상의 손목 밴드를 동시에 작동시켜 그라디언트 및 간단한 애니메이션을 구현하는 데 기본적인 성공을 거두었습니다.

하지만 현재 실제 환경에서의 안정성을 향상시키기 위해 구역 할당 로직과 적응형 재전송 전략을 최적화하고 있습니다.

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협업 제안 요청

대량 배포를 위한 픽셀 제어 시스템을 개선하는 과정에서 기술 커뮤니티의 도움을 구하고 있습니다. 다음과 같은 경험이 있으신 분은 연락 주시기 바랍니다.

• 2.4GHz RF 프로토콜 설계

• 간섭 완화 전략

• 경량, 저전력 무선 메시 또는 스타 네트워크 시스템

• 분산 조명 시스템의 시간 동기화

여러분의 의견을 기다립니다.

이것은 단순한 조명 솔루션이 아니라, 기술을 통해 수천 명의 사람들을 연결하는 실시간 몰입형 경험 엔진입니다.

우리 함께 멋진 것을 만들어 봅시다.

— 롱스타기프트 팀