KR100993927B1 - 차량용 무선 통신 장치 및 방법 - Google Patents

차량용 무선 통신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량용 무선 통신 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치는, 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환하는 복수의 무선 모뎀 및 복수의 무선 모뎀으로부터 변환된 데이터들을 수신하여 운전자 통합 정보 시스템(Driver Information System, DIS)으로 전송하는 무선 통신 허브를 포함하며, 복수의 무선 모뎀과 무선 통신 허브는 SPI(Serial peripheral interface) 통신을 통해 변환된 데이터들을 전송한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 무선 통신 방법은, 복수의 무선 모뎀이 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환하는 단계와, 무선 통신 허브가 SPI 통신을 통해 복수의 무선 모뎀으로부터 변환된 데이터들을 수신하는 단계 및 변환된 데이터들을 운전자 통합 정보 시스템으로 전송하는 단계를 포함한다.
Figure R1020080081563
차량용 무선 통신, 무선 모뎀, SPI, 리눅스

Description

차량용 무선 통신 장치 및 방법{Apparatus and method for wireless communication for vehicle}
본 발명은 차량용 무선 통신 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 무선 통신 방식에 적용할 수 있는 차량용 무선 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 무선 통신, 정보 처리와 같은 정보 통신 기술의 발달로 인해 자동차는 단순한 이동 수단에서 가상 공간과 물리 공간이 융합된 디지털 공간으로 기술 중심이 변화하고 있다. 이동 수단이 주목적으로 개발되어 온 자동차는 CALM(Continuous Air Interface for Long and Medium Range)과 같은 유무선 정보 통신 기술이 접목됨에 따라 이제는 이종 네트워크 간의 통신 매개체로서의 지능형 자동차라는 새로운 기술 및 서비스 영역을 구축해 나가고 있다.
이러한 지능형 자동차의 안전 및 교통 정보 수집 범위를 확장하고 다가올 지능형 교통 시스템(Intelligent transport systems, ITS) 환경에 대처하기 위해서는 자동차와 도로간 데이터 교환을 위한 단/근거리 무선통신 및 네트워크 지원을 위한 무선 통신 허브 단말 장치가 필요하다.
현재까지, 차량 환경을 위해 고안된 무선 통신 기술로는 도로변과 차량 간의 통신을 위한 DSRC(Dedicated Short Range Communication, TTAS.KO-06.0025/R1, IEEE std 1455-1999)와 Mobile WiMAX(IEEE 802.16e)가 상용화 단계에 이르렀으며, 현재 주행 차량간 무선 통신을 위한 Advanced DSRC(IEEE 802.11p) 기술이 개발 중이다. 하지만, 각각의 무선 통신 기술은 사용하는 주파수나 프로토콜이 달라 각각의 무선 통신 기술에 따라 개별적인 처리를 필요로 한다.
현재 출시된 통신 방식에 따른 단말 장치의 일 예로, DSRC 방식이 적용된 전자 지불 단말 장치(Electronic Toll Collection System On-Board Equipment, ETCS OBE)가 있으나, ETCS라는 특정 목적 및 방식에 맞추어 설계되어 CPU의 성능과 입출력 포트의 개수 등 하드웨어의 확장성에 제한을 받게 된다. 또한, ETCS OBE 상에 채용된 소프트웨어의 경우 펌웨어(Firmware), 또는 Nucleus OS, Velos와 같은 상용 실시간 운영체제(Real-Time Operating System, RTOS)를 채용하기 때문에 다중 프로세스를 지원하지 않거나 제품 비용의 상승을 초래하고 있다.
따라서, 무선 통신 환경에서 다양한 무선 데이터를 수용해야 하는 차량에 있어서, 빠르고 정확하게 송수신 데이터를 처리하고 다양한 무선 통신 방식에 적용할 수 있는 무선 통신 장치가 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 빠르고 정확하게 송수신 데이터를 처리하고 다양한 무선 통신 방식에 적용할 수 있는 차량용 무선 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치는, 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환하는 복수의 무선 모뎀 및 상기 복수의 무선 모뎀으로부터 상기 변환된 데이터들을 수신하여 운전자 통합 정보 시스템(Driver Information System, DIS)으로 전송하는 무선 통신 허브를 포함하며, 상기 복수의 무선 모뎀과 상기 무선 통신 허브는 SPI(Serial peripheral interface) 통신을 통해 상기 변환된 데이터들을 전송한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 무선 통신 방법은, 복수의 무선 모뎀이 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환하는 단계와, 무선 통신 허브가 SPI 통신을 통해 상기 복수의 무선 모뎀으로부터 상기 변환된 데이터들을 수신하는 단계 및 상기 변환된 데이터들을 운전자 통합 정보 시스템으로 전송하는 단계를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 차량용 무선 통신 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 복수의 무선 모뎀과 무선 통신 허브 간의 데이터 통신에 SPI 통신을 사용함으로써 무선 통신 방식에 따라 다양한 데이터 전송 속도를 가지는 데이터들을 빠르고 정확하게 실시간으로 처리할 수 있으므로 다양한 무선 통신 방식에 적용할 수 있는 장점이 있다.
둘째, SPI는 다수의 슬레이브를 채용할 수 있으므로 충분한 확장성을 가질 수 있는 장점도 있다.
셋째, SPI 통신을 제어하기 위한 운영체제 커널로서 리눅스 커널을 사용함으로써 비용을 절감할 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 차량용 무선 통신 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치의 경우, 복수의 무선 모뎀(10, 20) 및 무선 통신 허브(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 무선 모뎀(10, 20)은 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환할 수 있다. 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각은 무선 신호들 중 소정의 주파수를 가지는 무선 신호를 수신하는 RF(Radio Frequency) 모듈(100) 및 수신된 무선 신호로부터 베이스밴드 신호(Baseband signal)를 추출하여 데이터로 변환하는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 2 개의 무선 모뎀(10, 20)이 무선 통신 허브(300)에 연결된 예를 들고 있으나, 무선 모뎀의 개수는 당업자에 의해 변경 가능하다.
각각의 RF 모듈(100a, 100b)은 서로 다른 프로토콜과 무선 주파수를 가지는 다양한 무선 통신 방식을 지원할 수 있는데, 예를 들어, DSRC 방식, Mobile WiMAX 방식의 무선 통신 방식 등의 무선 통신 방식을 지원할 수 있다. DSRC 방식은 L2, L7 등의 프로토콜을 사용하고 무선 주파수는 약 5.8 GHz ~ 5.9 GHz의 범위를 가지며, Mobile WiMAX 방식의 경우, IEEE 802.16e 국제 표준 프로토콜을 사용하고, 무선 주파수는 약 2 ~ 6 GHz의 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 제1 RF 모듈(100a)은 DSRC 방식을 이용하는 무선 신호를 수신하고, 제2 RF 모듈(100b)은 Mobile WiMAX 방식을 이용하는 무선 신호를 수신할 수 있다. RF 모듈(100)을 통해 특정 주파수를 가지는 무선 신호를 수신하는 방법은 잘 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
각각의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)은 수신된 무선 신호들로부터 베이스밴드 신호(저대역 아날로그 신호)들을 추출하여 디지털 형식의 데이터로 변환할 수 있다.
각각의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)은 서로 다른 프로토콜을 사용하는 다양한 무선 통신 방식을 지원할 수 있도록 FPGA(Field Programmable Gate Array) 칩 또는 프로토콜 전용 SoC(System on Chip)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치의 경우, 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)은 SPI(Serial Peripheral Interface) 슬레이브(210)를 포함할 수 있다. SPI 슬레이브(210)는 무선 통신 허브(300)의 메인 프로세서(310)에 연결된 SPI 마스터(320)와 SPI 통신을 통해 데이터를 전송할 수 있다. 또한, SPI 슬레이브(210)와 인터럽트 요청 신호 발생부(220)는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)에 연결될 수 있다. 이에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.
도 1에서는 DSRC 방식과 Mobile WiMAX 방식의 무선 통신 방식을 지원하는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)을 예로 들고 있다. 제1 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a)은 DSRC 방식을 이용하는 무선 신호로부터 데이터를 변환하고, 제2 베이스밴드 신호 처리 모듈(200b)은 Mobile WiMAX 방식을 이용하는 무선 신호로부터 데이터를 변환할 수 있다.
무선 통신 허브(300)는 복수의 무선 모뎀(10, 20)으로부터 변환된 데이터들을 수신하여 운전자 통합 정보 시스템(Driver Information System, DIS)(400)으로 전송할 수 있다. 즉, 무선 통신 허브(300)는 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)에서 변환된 데이터들을 판별하여 사용 목적에 따라 운전자 통합 정보 시스템(400)으로 전송하는 허브(Hub) 또는 게이트웨이(Gateway) 역할을 수행할 수 있다.
무선 통신 허브(300)는 변환된 데이터들을 사용 목적에 따라 판별하는 메인 프로세서(310) 및 판별된 결과에 따라, 변환된 데이터들을 운전자 통합 정보 시스템(400)으로 전송하는 IVN(In-Vehicle Network) 인터페이스(340)를 포함할 수 있다.
메인 프로세서(310)는 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)에서 변환된 데이터들을 처리할 수 있는데, 바람직하게는, 메인 프로세서(310)는 다중 프로세스 처리를 위한 32 ~ 64 비트의 리스크(Reduced Instruction Set Computer, RISC) 프로세서를 사용할 수 있다. 메인 프로세서(310)는 운전자 통합 정보 시스템(400)으로 전송할 데이터들을 판별하는 역할을 할 수 있다. 또한, 메인 프로세서(310)는 후술할 SPI 마스터(320)를 통해 SPI 슬레이브(210)를 포함하는 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)을 제어할 수 있다. 또한, 메인 프로세서(310)는 후술할 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)도 제어할 수 있다. 이와 같이, 리스크 프로세서를 사용함으로써 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)에서 변환된 데이터들을 실시간으로 처리할 수 있다.
IVN(In-Vehicle Network) 인터페이스(340)는 무선 통신 허브(300) 내 메인 프로세서(310)와 외부의 운전자 통합 정보 시스템(400)을 연결하는 인터페이스로서, IVN 인터페이스(340)는 차량 내의 한정된 신호 라인을 이용해 차량 내의 전자 제어 시스템들 사이에 다중 통신 체계를 구현하는 것이다. 이를 통해 메인 프로세서(310)에서 판별된 데이터는 그 목적에 따라 운전자 통합 정보 시스템(400)으로 전송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치의 경우, 복수의 무선 모뎀(10, 20)과 무선 통신 허브(300)는 SPI(Serial peripheral interface, 직렬 주변 장치 인터페이스) 통신을 통해 변환된 데이터들을 전송할 수 있다.
SPI는 두 개의 주변 장치 간에 직렬 통신으로 데이터를 교환할 수 있도록 하는 인터페이스로서, 그 중 하나의 주변 장치가 마스터(Master)가 되고 다른 하나의 주변 장치가 슬레이브(Slave)가 되어 동작할 수 있다. SPI는 전이중 방식(Full-duplex)으로 동작할 수 있는데, 이는 데이터가 양 방향으로 동시에 전달될 수 있음 을 의미한다. 또한, SPI는 복수의 슬레이브를 채용할 수 있다.
바람직하게는, 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각은 변환된 데이터를 무선 통신 허브(300)로 전송하는 SPI 슬레이브(210)를 포함하고, 무선 통신 허브(300)는 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각의 SPI 슬레이브(210)로 변환된 데이터의 전송을 요청하고 변환된 데이터를 전송 받는 SPI 마스터(320)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, SPI 슬레이브(210)는 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각에 포함된 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)에 연결될 수 있다. 따라서, 무선 통신 허브(300)의 SPI 마스터(320)는 각각의 SPI 슬레이브(210)를 통해 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)들을 제어하여 데이터를 SPI를 통해 고속으로 무선 통신 허브(300)의 메인 프로세서(310)로 전달할 수 있다.
한편, 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각은 무선 신호의 수신이 완료되었을 때 인터럽트 요청 신호를 발생시키는 인터럽트 요청 신호 발생부(220)를 포함하고, 무선 통신 허브(300)는 인터럽트 요청 신호 발생부(220)로부터 인터럽트 요청 신호를 수신하는 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)를 포함할 수 있다. 보다 정확하게는, 인터럽트 요청 신호 발생부(220)는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)에 연결되고, 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)는 메인 프로세서(310)에 연결되어 제어될 수 있다. 인터럽트 요청(Interrupt Request, IRQ) 신호는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)이 메인 프로세서(310)의 요청이 없을 때에도 데이터를 전송하고자 할 때에 사용할 수 있다. 이 때, SPI 마스터(320)는 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)가 인터럽트 요청 신호를 수신한 경우, SPI 슬레이브(210)로 데이터의 전송을 요청할 수 있다.
복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)과 무선 통신 허브(300) 간의 데이터 통신에 SPI 통신을 사용함으로써 무선 통신 방식에 따라 다양한 데이터 전송 속도를 가지는 데이터를 제어할 수 있다. 예를 들어, DSRC 방식의 경우, 데이터 전송 속도가 1 Mbps이고, Mobile WiMAX 방식의 경우, 데이터 전송 속도가 15 Mbps이며, WAVE 방식의 경우, 데이터 전송 속도가 3 ~ 54 Mbps인데, SPI를 사용하면 이처럼 다양한 데이터 전송 속도를 용이하게 제어할 수 있다. 또한, SPI는 다수의 슬레이브를 채용할 수 있으므로 충분한 확장성을 가질 수 있다. 또한, SPI를 이용함으로써 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)에서 변환된 복수의 데이터들을 실시간으로 처리할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 SPI를 이용한 통신 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치에서 하나의 베이스밴드 신호 처리 모듈과 메인 프로세서 사이에 구현된 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 통신 허브(300)의 메인 프로세서(310)와 하나의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200) 간의 인터페이스 구성은 크게 SPI 통신을 위한 인터페이스와 실시간 신호 처리를 위한 인터럽트 인터페이스로 나눌 수 있다. 상술한 바와 같이, 무선 통신 허브(300)의 메인 프로세서(310)는 SPI 마스터(320)와 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)를 포함하고, 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)은 SPI 슬레이브(210)와 인터럽트 요청 신호 발생부(220)를 포함할 수 있다.
SPI 인터페이스는 무선 통신 허브(300)의 메인 프로세서(310)에 포함된 SPI 마스터(320)와 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)의 SPI 슬레이브(210) 간의 인터페이스를 의미할 수 있다. SPI 인터페이스는 기본적인 SPI 통신을 위한 MISO(Master In Slave Out), MOSI(Master Out Slave In), SCK(Serial Clock), SS(Select Slave) 단자를 포함할 수 있다. 이외에도 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)의 구현 방법에 따라 베이스밴드 신호 처리 모듈(200) 내 FPGA 레지스터 또는 데이터 저장 공간(FIFO)의 메모리부로의 접근 제어를 위한 모드 단자와 같은 단자들(단자 1 ~ N)이 할당될 수도 있다.
SPI 인터페이스 내에서, MISO의 경우, SPI 마스터(320)는 데이터를 입력 받고 SPI 슬레이브(210)는 데이터를 전송하며, MOSI의 경우, SPI 마스터(320)는 데이터를 전송하고 SPI 슬레이브(210)는 데이터를 입력 받을 수 있다. 또한, SCK의 경우, 데이터 전송을 하는 타이밍을 SPI 마스터(320)에서 SPI 슬레이브(210)로 알려주는데 사용하며, SPI 마스터(320)는 클럭(Clock)을 전송하고 SPI 슬레이브(210)는 클럭을 입력 받을 수 있다. 또한, SS의 경우, 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b) 각각에 포함된 복수의 SPI 슬레이브(210) 중에서 하나의 SPI 슬레이브(210)를 선택할 때 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치에서 SPI를 이용한 데이터 전송을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, SPI 마스터(320)와 SPI 슬레이브(210)는 각각에 포함된 쉬프트 레지스터(Shift Register)를 통해 데이터를 교환할 수 있다. 이 때, SPI 슬레이브(210)와 SPI 마스터(320) 간의 데이터 통신 속도는 SPI 마스터(320)의 설정에 따라 결정될 수 있다. 쉬프트 레지스터를 이용한 데이터 전송에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다시 도 2를 참조하면, 인터럽트 인터페이스는 무선 통신 허브(300)의 메인 프로세서(310)에 포함된 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)와 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)의 인터럽트 요청 신호 발생부(220) 간의 인터페이스를 의미할 수 있다. 도 2에서는 DSRC 방식의 무선 통신 방식을 지원하는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)에 대한 예를 나타내고 있다.
지능형 교통 체제를 위해 고안된 DSRC 방식은 노변 기지국과 차량 단말 간 100 m 이하의 양방향 근거리 통신 거리를 지원하며, 일 대 다(Point to Multi-point) 통신 방식을 지원하나, 필요에 따라 일 대 일(Point to Point) 통신 방식도 지원할 수 있다. DSRC 방식의 시스템은 차량 장치인 차량 탑재 장치와 노변 장치인 노변 장치 간의 통신으로 수집된 자료는 네트워크로 연결된 기존 인프라를 통해 도로 정보, 날씨 정보, 과금 정보 등의 다양한 정보를 송수신할 수 있다.
DSRC 방식에 사용되는 데이터 프레임의 경우, 나라별 상황에 맞게 개발되어 있으며, 국내의 경우 TTA(Telecommunication Technology Association)의 규정에 따라 3 개의 프레임 슬롯, 즉, 프레임 제어 슬롯(Frame Control Message Slot, FCMS), 메시지 데이터 슬롯(Message Data Slot, MDS), 접속 요구 슬롯(Activation Slot, ACTS)을 통해 데이터의 송수신은 이루어진다.
프레임 제어 슬롯은 노변 장치(Road Side Unit, RSU)로부터 차량 탑재 장치 로 채널 사용에 대한 제반 정보를 제공하고, 메시지 데이터 슬롯은 노변 장치와 차량 탑재 장치 간에 실제적인 데이터를 교환하며, 접속 요구 슬롯은 차량 탑재 장치로부터 노변 장치로 메시지 데이터 슬롯의 할당을 요구할 때에 사용될 수 있다.
차량용 무선 통신 허브(300)가 주로 차량 탑재 장치(On-Board Equipment, OBE)의 기능을 수행하게 되므로, 차량 탑재 장치가 수신하는 DSRC 프레임 슬롯 중 프레임 제어 슬롯(FCMS), 메시지 데이터 슬롯(MDS), 접속 요구 슬롯(ACTS)에 대한 인터럽트 요청 신호를 설계하여 수신 데이터에 대한 판별을 최대한 빠르게 처리할 수 있도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치에서 베이스밴드 신호 처리 모듈의 세부 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4에서는 DSRC 방식의 무선 통신 방식을 지원하는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)이 구현된 예를 설명하기로 한다. 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)은 수신된 데이터 프레임을 처리하기 위한 데이터 처리부(230), 무선 통신 허브(300)와의 SPI 통신을 위한 SPI 슬레이브(210) 및 데이터 프레임의 처리가 끝난 후 무선 통신 허브(300)로 인터럽트 요청 신호를 발생시키는 인터럽트 요청 신호 발생부(220)를 포함할 수 있다.
데이터 처리부(230)는 송수신 데이터를 인코딩 또는 디코딩하는 인코더/디코더(231), 개별 링크 주소로 송수신되는 메시지 데이터 채널(MDC)에 대하여 데이터 암호화를 수행하는 디스크램블러/스크램블러(232) 및 송수신 데이터의 에러 검출을 위한 CRC 체크부(232)를 포함할 수 있다. SPI 슬레이브(210)는 데이터 처리부(230) 에 전달된 데이터를 비트(Bit) 도메인을 바이트(Byte) 도메인으로 변환하는 도메인 변환부(211), 데이터를 저장하는 FPGA 레지스터 또는 데이터 저장 공간(FIFO)과 같은 메모리부(212) 및 데이터를 무선 통신 허브(300)와 송수신하는 송수신부(213)를 포함할 수 있다. 인터럽트 요청 신호 발생부(220)에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 이하 생략한다.
도 4의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)의 구성은 예시적인 것이며, 그 구성은 당업자에 의해 변경 가능하다. 또한, DSRC 방식 이외의 무선 통신 방식을 지원하는 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)의 구성은 도 4와 유사하게 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치의 경우, SPI 통신을 제어하기 위한 운영체제 커널로서 리눅스 커널을 사용할 수 있다. 리눅스 커널은 커널 이식에 따른 추가 비용 부담이 없을 뿐만 아니라, 선점형 스케줄링(Preemptive Scheduling) 방식을 적용하여 실시간 처리 속도를 높일 수 있다. 즉, 리눅스 커널을 이용하여 프로세스의 잠든 상태(Sleep state) 제어를 통해서 하나의 프로세스에 할당된 시간을 다른 프로세스가 나누어 쓸 수 있도록 되어 있어 더욱 빠른 처리 시간을 확보할 수 있다.
도 2와 같은 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)과 메인 프로세서(310) 간의 인터페이스를 위한 소프트웨어는 데이터 송수신을 위해 SPI 마스터(320)를 제어하는 SPI 디바이스 드라이버와 인터럽트 요청 신호의 실시간 수신을 위해 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)를 제어하는 인터럽트 처리 핸들러를 고려하여 구현될 수 있다.
바람직하게는, SPI 디바이스 드라이버는 리눅스 커널에서 제공하는 봉쇄 입 출력(Blocking I/O)을 이용하여 데이터의 전송을 제어할 수 있다.
봉쇄 입출력 구조는 디바이스 드라이버 등에서 입출력에 필요한 데이터 등이 준비되기 전에 메인 프로세서(310)가 대기하지 않고 다른 프로세스를 수행할 수 있도록 할 수 있다. 해당 프로세스는 read나 write 등의 함수 호출에서 디바이스 드라이버가 인터럽트 등에 의해서 프로세스를 깨울 때까지 봉쇄(Sleep 상태)될 수 있다.
SPI 디바이스 드라이버에 리눅스 커널에서 제공하는 봉쇄 입출력 구조를 사용함으로써, 복수의 베이스밴드 신호 처리 모듈(200a, 200b)의 SPI 슬레이브(210)를 지원하는 환경에서 데이터 처리에 있어서 실시간성을 확보할 수 있다.
한편, 인터럽트 처리 핸들러는 리눅스 커널에서 제공하는 인터럽트 핸들러(Interrupt Handler)를 이용하여 인터럽트 요청 신호의 전송을 제어할 수 있다. 인터럽트 처리 핸들러에 리눅스 커널에서 제공하는 인터럽트 핸들러를 사용함으로써, 수신된 데이터의 신호 도착 시간과 해당 데이터의 처리 시간의 차이를 줄일 수 있으므로 즉각적으로 신호 처리를 할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량용 무선 통신 장치 및 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 방법을 나타내는 블록도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 복수의 무선 모뎀(10, 20)이 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환할 수 있다. 이 때, 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각에 포함된 RF 모듈(100)은 수신된 무선 신호들 중 소정의 주파수를 가지는 무선 신호를 수신할 수 있다(S501). 그리고, 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각에 포함된 베이스밴드 신호 처리 모듈(200)은 수신된 무선 신호로부터 베이스밴드 신호를 추출하여 데이터로 변환할 수 있다(S502).
베이스밴드 신호 처리 모듈(200)이 디지털 형식의 데이터를 변환하고 나면, 무선 통신 허브(300)는 SPI 통신을 통해 복수의 무선 모뎀(10, 20)으로부터 변환된 데이터들을 수신할 수 있다. 먼저, 복수의 무선 모뎀(10, 20) 각각에 포함된 인터럽트 요청 신호 발생부(220)가 무선 신호의 수신이 완료되었을 때에 인터럽트 요청 신호를 발생시키고(S503), 무선 통신 허브(300)에 포함된 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)가 인터럽트 요청 신호 발생부(220)로부터 인터럽트 요청 신호를 수신할 수 있다(S504). 그리고, 무선 통신 허브(300)에 포함된 SPI 마스터(320)는 인터럽트 요청 신호 핸들러(330)가 인터럽트 요청 신호를 수신한 경우, SPI 마스터(320)가 복수의 모뎀 각각에 포함된 SPI 슬레이브(210)로 변환된 데이터의 전송을 요청하고(S505), SPI 슬레이브(210)로부터 변환된 데이터를 전송 받을 수 있다(S506).
마지막으로, 무선 통신 허브(300)에 포함된 메인 프로세서(310)가 변환된 데이터들을 사용 목적에 따라 판별하고(S507), 판별된 결과에 따라, 무선 통신 허브(300)에 포함된 IVN 인터페이스(340)를 통해 변환된 데이터들을 운전자 통합 정보 시스템(400)으로 전송할 수 있다(S508).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치의 경 우, 복수의 무선 모뎀(10, 20)과 무선 통신 허브(300) 간의 데이터 통신에 SPI 통신을 사용함으로써 무선 통신 방식에 따라 다양한 데이터 전송 속도를 가지는 데이터들을 실시간으로 처리할 수 있다. 또한, SPI는 다수의 슬레이브를 채용할 수 있으므로 충분한 확장성을 가질 수 있다. 또한, SPI 통신을 제어하기 위한 운영체제 커널로서 리눅스 커널을 사용함으로써 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치 및 방법은 차량용 무선 통신 장치에만 국한되지 않고, 다양한 무선 통신 장치에 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치에서 하나의 베이스밴드 신호 처리 모듈과 메인 프로세서 사이에 구현된 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치에서 SPI를 이용한 데이터 전송을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 장치에서 베이스밴드 신호 처리 모듈의 세부 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 통신 방법을 나타내는 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 20: 무선 모뎀 100: RF 모듈
200: 베이스밴드 신호 처리 모듈 210: SPI 슬레이브
220: 인터럽트 요청 신호 발생부 230: 데이터 처리부
300: 무선 통신 허브 310: 메인 프로세서
320: SPI 마스터 330: 인터럽트 요청 신호 핸들러
340: IVN 인터페이스 400: 운전자 통합 정보 시스템

Claims (13)

  1. 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환하는 복수의 무선 모뎀; 및
    상기 복수의 무선 모뎀으로부터 상기 변환된 데이터들을 수신하여 운전자 통합 정보 시스템(Driver Information System, DIS)으로 전송하는 무선 통신 허브를 포함하며,
    상기 복수의 무선 모뎀과 상기 무선 통신 허브는 SPI(Serial peripheral interface) 통신을 통해 상기 변환된 데이터들을 전송하며,
    상기 복수의 무선 모뎀 각각은 상기 무선 신호의 수신 완료시 인터럽트 요청 신호를 상기 무선 통신 허브로 송신하고, 상기 무선 통신 허브는 상기 인터럽트 요청 신호를 송신한 무선 모뎀으로 데이터의 전송을 요청하는 차량용 무선 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 모뎀 각각은 상기 변환된 데이터를 상기 무선 통신 허브로 전송하는 SPI 슬레이브를 포함하고, 상기 무선 통신 허브는 상기 복수의 무선 모뎀 각각의 상기 SPI 슬레이브로 상기 변환된 데이터의 전송을 요청하고 상기 변환된 데이터를 전송 받는 SPI 마스터를 포함하는 차량용 무선 통신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 모뎀 각각은 상기 무선 신호의 수신이 완료되었을 때 인터럽트 요청 신호를 발생시키는 인터럽트 요청 신호 발생부를 포함하고,
    상기 무선 통신 허브는 상기 인터럽트 요청 신호 발생부로부터 상기 인터럽 트 요청 신호를 수신하는 인터럽트 요청 신호 핸들러를 포함하며,
    상기 SPI 마스터는 상기 인터럽트 요청 신호 핸들러가 상기 인터럽트 요청 신호를 수신한 경우, 상기 SPI 슬레이브로 상기 데이터의 전송을 요청하는 차량용 무선 통신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 모뎀 각각은,
    상기 무선 신호들 중 소정의 주파수를 가지는 무선 신호를 수신하는 RF(Radio Frequency) 모듈; 및
    상기 수신된 무선 신호로부터 베이스밴드 신호(Baseband signal)를 추출하여 상기 데이터로 변환하는 베이스밴드 신호 처리 모듈을 더 포함하며,
    상기 SPI 슬레이브와 상기 인터럽트 요청 신호 발생부는 상기 베이스밴드 신호 처리 모듈에 연결되는 차량용 무선 통신 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 무선 통신 허브는,
    상기 변환된 데이터들을 사용 목적에 따라 판별하는 메인 프로세서; 및
    상기 판별된 결과에 따라, 상기 변환된 데이터들을 상기 운전자 통합 정보 시스템으로 전송하는 IVN(In-Vehicle Network) 인터페이스를 더 포함하며,
    상기 SPI 마스터와 상기 인터럽트 요청 신호 핸들러는 상기 메인 프로세서에 의해 제어되는 차량용 무선 통신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 프로세서는 32 ~ 64 비트의 리스크(Reduced Instruction Set Computer, RISC) 프로세서인 차량용 무선 통신 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 무선 통신 허브는 상기 SPI 통신을 제어하기 위한 운영체제 커널로서 리눅스 커널을 사용하는 차량용 무선 통신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 SPI 마스터를 제어하는 SPI 디바이스 드라이버는 상기 리눅스 커널에서 제공하는 봉쇄 입출력(Blocking I/O)을 이용하여 상기 데이터의 전송을 제어하고,
    상기 인터럽트 요청 신호 핸들러를 제어하는 인터럽트 처리 핸들러는 상기 리눅스 커널에서 제공하는 인터럽트 핸들러를 이용하여 상기 인터럽트 요청 신호의 전송을 제어하는 차량용 무선 통신 장치.
  9. 복수의 무선 모뎀이 다양한 주파수를 가지는 무선 신호들을 수신하여 디지털 형식의 데이터로 변환하는 단계;
    무선 통신 허브가 SPI 통신을 통해 상기 복수의 무선 모뎀으로부터 상기 변환된 데이터들을 수신하는 단계; 및
    상기 변환된 데이터들을 운전자 통합 정보 시스템으로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 변환된 데이터들을 수신하는 단계는, 상기 복수의 무선 모뎀 중 상기 무선 신호를 수신 완료한 무선 모뎀이 인터럽트 요청 신호를 상기 무선 통신 허브로 송신하고, 상기 무선 통신 허브가 상기 인터럽트 요청 신호를 송신한 무선 모뎀으로 데이터의 전송을 요청하는 단계를 포함하는 차량용 무선 통신 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 디지털 형식의 데이터로 변환하는 단계는,
    상기 복수의 무선 모뎀 각각에 포함된 RF 모듈이 상기 무선 신호들 중 소정의 주파수를 가지는 무선 신호를 수신하는 단계;
    상기 복수의 무선 모뎀 각각에 포함된 베이스밴드 신호 처리 모듈이 상기 수신된 무선 신호로부터 베이스밴드 신호를 추출하여 상기 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 차량용 무선 통신 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 변환된 데이터들을 수신하는 단계는,
    상기 무선 통신 허브에 포함된 SPI 마스터가 상기 복수의 모뎀 각각에 포함된 SPI 슬레이브로 상기 변환된 데이터의 전송을 요청하는 단계; 및
    상기 SPI 마스터가 상기 SPI 슬레이브로부터 상기 변환된 데이터를 전송 받는 단계를 포함하는 차량용 무선 통신 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 SPI 마스터가 상기 변환된 데이터의 전송을 요청하는 단계는,
    상기 복수의 무선 모뎀 각각에 포함된 인터럽트 요청 신호 발생부가 상기 무선 신호의 수신이 완료되었을 때에 인터럽트 요청 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 무선 통신 허브에 포함된 인터럽트 요청 신호 핸들러가 상기 인터럽트 요청 신호 발생부로부터 상기 인터럽트 요청 신호를 수신하는 단계를 포함하며,
    상기 SPI 마스터는 상기 인터럽트 요청 신호 핸들러가 상기 인터럽트 요청 신호를 수신한 경우, 상기 SPI 슬레이브로 상기 데이터의 전송을 요청하는 차량용 무선 통신 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 변환된 데이터들을 전송하는 단계는,
    상기 무선 통신 허브에 포함된 메인 프로세서가 상기 변환된 데이터들을 사용 목적에 따라 판별하는 단계; 및
    상기 판별된 결과에 따라, 상기 무선 통신 허브에 포함된 IVN 인터페이스를 통해 상기 변환된 데이터들을 상기 운전자 통합 정보 시스템으로 전송하는 단계를 포함하는 차량용 무선 통신 방법.
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