KR101506301B1 - 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캔 통신 네트워크 방식을 적용하여 통신의 안정성 및 데이터 전송속도를 확보하도록 하되 신호등 상태 및 돌발상황 등에 따라 캔 메시지의 우선순위가 능동적으로 변경됨으로써 기존에 우선순위가 낮은 노드의 데이터 전송이 지연되는 문제점을 해결할 수 있는 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템에 관한 것이다.

Description

캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템{Traffic signal control system using CAN communication}
본 발명은 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템에 관한 것으로서, 상세하게로는 컨트롤러 및 상기 컨트롤러의 제어에 따라 구동되는 제어장비들인 교통장비들을 캔 통신 네트워크 방식으로 구현하되 각 노드에서 송신되는 제어메시지의 식별자(Identifier)가 데이터내용에 따라 유동적으로 결정되고, 기 설정된 우선순위에 따라 식별자의 우선순위가 결정됨으로써 노드들 간에 데이터 통신이 자동으로 수행됨과 동시에 안정적인 통신을 확보할 수 있는 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템에 관한 것이다.
최근 교통신호 제어시스템에는 신호를 출력하는 차량 및 보행자 신호등뿐만 아니라 CCTV, 루프검지기, 음향신호기 등의 다양한 교통장비들이 구비되어 있다. 특히 차량이 증가하고, 도로가 복잡해짐에 따라 각 교차로에는 교통정보를 수집하기 위한 다양한 교통장비들이 설치되고 있다.
또한 교통장비들은 종래에 기계적 방식에서 전자적 방식으로 동작하는 구성으로 대체되고 있는 것이 추세이고, 특히 교통정보에 대한 중요도가 증가함에 따라 다양한 기능 및 연산을 처리하는 교통장비들이 설치되었고, 이에 따라 교통장비들이 설치된 일측에는 교통장비에서 검출된 데이터를 수집하여 외부의 교통관제센터로 수집된 데이터를 전송하기 위한 통합제어기(컨트롤러)가 설치된다.
또한 다양한 교통장비들이 증가함에 따라 제어대상인 교통장비들 각각을 나타내는 노드(Node)들 사이의 통신 횟수가 크게 증가하였고, 이러한 통신 횟수의 증가에 따라 효율적이고 안정적인 방식의 통신 기술이 요구되고 있다.
CAN(Controller Area Network)은 안정적이면서도 높은 데이터 송수신 효율을 가진 통신방식으로서, 현재 의료, 자동차, 반도체 등의 다양한 분야에 사용되고 있다.
이러한 캔 통신은 디바이스들 간에 송수신되는 메시지에 기 설정된 우선순위에 따른 고정 식별자(Identifier)를 부여함으로써 고정 식별자들의 크기에 따라 메시지 전송 순위가 고정되는 방식으로 동작되기 때문에 통신상태 및 연산처리 결과값에 따라 빠른 응답이 요구되는 교통신호 제어시스템에 적용되는 경우 우선순위가 낮은 노드(디바이스)는 자신보다 우선순위가 높은 노드들에 의하여 데이터 전송을 수행할 기회를 잃어버리게 됨으로써 신속한 데이터 송수신이 이루어지지 않는 한계를 갖게 된다.
또한 기 설정된 동작 및 연산처리에 따라 중요도가 달라지는 캔 메시지를 항상 일괄적인 기준으로 생성 및 전송함으로써, 교차로 교통상황에 따라서 캔 버스의 부하가 증가하는 단점을 갖는다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 해결과제는 신호등 상태나 주변 환경에 따라 빠른 응답이 요구되는 교통신호 장비들이 신속하게 작동 가능하도록 하는 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 신호등 상태, 돌발상황 등에 따라 캔 메시지의 전송 우선순위가 능동적으로 변경될 수 있는 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 기 설정된 우선순위에 따라 각 노드들의 식별자가 "Op-Code"로 저장됨으로써 기존의 우선순위가 낮은 노드의 데이터 전송이 지연되는 문제점을 획기적으로 해결할 수 있는 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 캔(CAN : Controller Area Network) 통신 방식으로 복수개의 노드 사이의 통신을 중계하는 캔 버스; 상기 캔 버스에 각각 연결되어 서로 캔 메시지를 송수신하여 상기 노드를 형성하는 디바이스들을 포함하고, 상기 디바이스들은 기 설정된 우선순위에 따라 캔 메시지의 식별자를 변경하고, 수신되는 캔 메시지의 수용여부를 결정하고, 상기 우선순위는 이상에 의한 점멸, 센터 통신 이상, 신호점화 통신 이상 정보를 포함하는 긴급메시지(OOB Data)가 가장 높고, 상기 긴급메시지 다음으로 신호 등화 제어메시지, 디바이스 제어 메시지, 신호 등화 상태 및 수동제어 순으로 우선순위가 적용되는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 노드들은 도로를 촬영하는 CCTV, 차량을 감지하는 루프검지기, 음향신호기, 차량 및 보행자 신호등들을 포함하는 교통장비인 것이 바람직하다.
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상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 신호등 상태나 주변 환경에 따라 빠른 응답이 요구되는 교통신호 장비들이 신속하게 작동 가능하게 된다.
또한 본 발명에서 신호등 상태, 돌발상황 등에 따라 캔 메시지의 전송 우선순위가 능동적으로 변경될 수 있게 된다.
또한 본 발명에서 기 설정된 우선순위에 따라 각 노드들의 식별자가 "Op-Code"로 저장됨으로써 기존의 우선순위가 낮은 노드의 데이터 전송이 지연되는 문제점을 획기적으로 해결할 수 있게 된다.
도 1은 캔 통신 네트워크의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 캔 통신 네트워크상의 복수의 노드에서의 캔 메시지 식별자와 캔 버스 점유 사이의 관계를 나타낸 예시도이다.
도 3은 캔 메시지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 캔 메시지 제어 데이터 패킷을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 교통신호 제어시스템에 적용되는 캔 통신 네트워크의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1의 캔(CAN:Controller Area Network) 통신 네트워크(1)는 교통신호 제어시스템에 적용되는 통신 방식이고, 교통신호 제어시스템은 통합 컨트롤러와, 차량신호등, 보행자신호등, 루프검지기, CCTV 및 음향신호기 등을 포함하는 디바이스(이하 교통장비라고 하기로 함)들 간에 데이터를 송수신하기 위한 통신 방식이다.
또한 캔 통신 네트워크(1)는 컨트롤러 및 교통장비들 각각을 나타내는 복수개의 노드(10a), (10b), (10c), (10d)와, 노드(10a), (10b), (10c), (10d)들이 연결되는 캔 버스(CAN Bus)(20)를 포함한다. 이때 도 1에서는 설명의 편의를 위해 노드가 4개인 것으로 예를 들어 설명하였으나 노드의 수량은 교통장비의 수량에 대응하여 더 증가하거나 또는 감소하는 것으로 구성되어도 무방하다.
캔 통신 네트워크(1)는 다중통신망(Multi Master Network)이며, CSMA/CD+AMP (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection with Arbitration on Message Priority) 방식의 통신 네트워크이다.
또한 캔 통신 네트워크(1)는 복수개의 노드(10a), (10b), (10c), (10d)들이 캔 버스(20)에 연결되고, 캔 버스(20)는 연결된 노드(10a), (10b), (10c), (10d)에서 송신되는 캔 메시지를 이동시키는 경로를 제공한다. 즉 노드(10a), (10b), (10c), (10d)들은 캔 버스(20)를 통하여 상호 간에 캔 메시지를 송수신할 수 있게 된다.
또한 노드(10a), (10b), (10c), (10d)들 각각은 캔 메시지를 전송할 때 캔 버스(20)의 사용 상태를 판단하여 캔 메시지를 송신하며, 다른 노드에서 송신된 캔 메시지와의 충돌 여부를 판단하여 캔 메시지를 송신한다.
또한 캔 통신 네트워크(1)는 통상적인 데이터 통신 방식과 같이 에서 사용되는 어드레스(Address) 주소를 이용하여 데이터 통신을 수행하지 않는다. 즉 노드(10a), (10b), (10c), (10d)들에서 송신되는 캔 메시지에는 송신측 및 수신측의 어드레스 주소가 별도로 저장되지 않는다.
또한 캔 통신 네트워크(1)는 통상적인 통신 방식과 달리 캔 메시지가 11비트(bit) 또는 29비트의 식별자(Identifier)를 포함하고, 각 노드는 수신된 캔 메시지에 포함된 식별자를 통해 캔 메시지의 수용 여부를 결정하도록 구성된다.
즉 캔 통신 네트워크(1)는 캔 버스(20)에 연결된 노드들이 캔 버스(20)를 통해 캔 메시지를 수신한 후 자신에게 필요한 메시지인지를 식별자(ID)를 통하여 판단하고, 만약 수신 받은 캔 메시지가 자신에게 필요한 식별자를 포함한 경우 캔 메시지를 수신하고, 만약 수신 받은 캔 메시지가 자신에게 불필요한 식별자를 포함한 경우 캔 메시지를 수신하지 않는다.
또한 캔 통신 네트워크(1)는 적어도 두 개 이상의 노드의 캔 메시지들이 캔 버스(20)를 통해 사용자가 필요로 하는 노드로 동시에 유입될 때 유입된 캔 메시지에 포함된 식별자(ID)의 숫자를 비교하여 우선순위가 결정된다. 이때 캔 메시지는 식별자의 숫자가 낮을수록 우선순위가 높다.
도 2는 도 1의 캔 통신 네트워크의 우선순위 결정방법을 설명하기 위한 예시도이다.
캔 통신 네트워크(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 노드 A, B, C에서 동시에 캔 버스(20)를 통해 캔 메시지를 송신할 때 캔 메시지의 최초 비트에는 모두 '0'(dominant, 우성)이 출력된다. 이때 최초 비트에 출력되는 0은 캔 메시지
최초 비트는 모두 우성(dominant, 0)으로 출력되어 캔 메시지의 시작을 표시한다.
그리고 캔 메시지에 포함된 식별자 정보가 출력되는데, 이때 상기 식별자를 일반적으로 중재 ID(ArbitrationID)라고 하며, 따라서 식별자 정보가 표시되는 영역을 도면에서 중재 영역으로 설명하였다.
중재 영역의 시작 지점을 기점으로 출력되는 첫 번째 비트의 신호를 살펴보면 도 2의 예시에서는 모든 노드에서 열성(recessive, 1) 상태를 출력한다. 따라서 캔 버스에서도 열성 상태(1)가 출력된다. 그 다음 비트의 신호에서도 노드 a, b, c 모두 동일하게 우성 상태(0)를 출력한다. 따라서 캔 버스에서도 우성 상태(0)가 출력된다.
그러나 A 지점에서는 노드 a, c에서는 우성 상태(0)가 출력되는 반면, 노드 b에서는 열성 상태(1)가 출력되므로 상기 캔 버스에서는 노드 a, c를 따라 우성 상태(0)가 출력된다. 따라서 A 지점에서부터는 노드 b가 우선순위에서 밀려나게 된다.
그리고 다시 B 지점에서 노드 a는 우성 상태(0)를 출력하는 반면, 노드 c에서는 열성 상태(1)를 출력하므로 상기 캔 버스는 노드 a에 따라 우성 상태(0)를 출력하게 됨으로써 노드 a가 중재에서 이기게 되고, 최우선순위로 캔 버스를 사용하게 된다.
즉 이와 같이 각 노드 a, b, c에서 송신되는 각 캔 메시지에 포함된 식별자는 서로 다르고, 그 중 가장 낮은 수의 식별자를 갖는 캔 메시지를 송신하는 노드가 캔 버스를 차지하게 된다. 그러므로 캔 메시지의 전송 우선순위를 변경하고자 한다면, 캔 메시지에 포함된 식별자를 변동시켜야 한다.
도 3은 캔 메시지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 보다 우선 캔 메시지의 시작 지점을 나타내는 프레임 시작 (SOF : Start Of Frame) 영역으로부터 시작된다. 프레임 시작 영역은 프레임의 최우선에 위치하며 디폴트 "0" 값을 가진다.
그리고 위에서 설명한 식별자 정보를 나타내는 중재 영역(Arbitration Field)이 마련된다. 상기 중재 영역은 표준 메시지에서는 11 비트, 확장 메시지에서는 29비트를 갖는다.
또한 상기 중재 영역에 이어서 원격 전송 요구(RTR) 비트가 구성되는데, 이는 디폴트 "0"을 가지며 비트값이 "0" 일 때 캔 메시지가 데이터 프레임이라는 것을 나타낸다. 역으로 비트 값이 "1"이면 캔 메시지가 원격전송요청(RTR : Remote Transmission Request) 프레임임을 의미한다. 여기서 원격전송요청 프레임은 데이터 버스상의 어떤 한 노드로부터 다른 노드로 데이터를 전송 요청할 때 사용된다.
또한 6 비트의 제어 영역(Control Field)이 구성되며 향후에 사용되기 위해 예약된 두 개의 "0"의 값을 가지는 R0, R1 과 데이터 필드의 바이트 수를 가리키는 4 비트의 데이터 길이 코드(DLC : Data Length Code)로 구성된다.
이어서 데이터 영역(Data Field)에는, 한 노드로부터 다른 노드로 전하고자 하는 데이터가 포함되고, 0~8 바이트로 구성된다.
또한 CRC(CRC : Cyclic Redundancy Check)영역은 주기적 중복확인(CRC) 코드를 가지며 데이터필드의 끝을 알리는 "1"의 값을 가지는 비트가 이어진다. 그리고 ACK 영역(ACKnowledge Field)은 2 비트로 구성되고, 그 첫 번째 비트는 "0" 값을 가지는 슬롯(Slot)비트이고, 메시지를 성공적으로 수신한 다른 노드로부터 전송된 "1"의 값으로 기록될 수 있다. 두 번째 비트는 "1"의 값을 갖는다.
마지막으로, 프레임 종료 영역(EOF : End Of Frame Filed)은 7 비트로 구성되며 모두 "1"의 값을 가진다. 그리고 뒤이어 모두 "1"의 값을 가진 3 비트의 프레임 중단 영역(INTermission Field)에 의하여 캔 버스는 캔 메시지 종료를 인식하고 아이들(Idle) 상태가 된다.
이와 같은 캔 통신 방식에서 기존에는 이미 설명한 바와 같이 고정된 식별자를 사용하였다. 즉, 하나의 노드에서 다른 하나의 노드로 데이터를 송신하고자 하는 경우, 송신하려는 데이터 내용에 따라 미리 정해진 식별자를 캔 메시지의 상기 중재 영역에 실어 보내고, 이를 수신하는 노드에서도 이미 정해진 식별자를 인식하여 해당 식별자를 포함하는 캔 메시지를 수용할지 여부를 결정하였다.
그러나 본 발명에서는 이와 같이 고정된 식별자를 사용하지 않고 시스템의 상황에 따라 가변되는 식별자를 사용한다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 캔 메시지 제어 데이터 패킷을 나타내는 도면이다.
도 4의 제어데이터 패킷(300)은 11비트(Bit)의 식별자(Identifier)를 가지고, "Op-Code"(301)의 동적 ID 형태로 구성하여 상대적으로 낮은 우선 메시지들의 전송 지연이 증가하는 문제를 보완하였다.
또한 "Op-Code"(301)는 기존 교통신호 제어기 메시지 형태를 그대로 적용한 대신 가장 우선순위가 높은 식별자(Identifier)는 이상에 의한 점멸, 센터 통신 이상, 신호점화 통신 이상 등과 같은 긴급메시지(OOB Data)(303)의 우선순위를 가장 높게 설정하며, 다음 순으로는 신호 등화 제어메시지, 디바이스 제어메시지, 신호 등화 상태, 수동 제어 순으로 우선순위를 부여한다.
이와 같이 본 발명에서는 캔 통신을 적용하여 데이터 송수수신률 및 안정성을 확보함과 동시에 각 교통장비에서 송신되는 제어메시지의 "Op-Code"를 동적 ID로 할당하고, "Op-Code"에 저장될 메시지의 우선순위를 기 설정하여 저장함으로써 우선순위가 낮은 교통장비인 노드가 자신보다 높은 우선순위를 갖는 교통장비의 메시지에 의하여 데이터 전송이 지연되는 종래의 문제점을 획기적으로 해결할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 캔(CAN : Controller Area Network) 통신 방식으로 복수개의 노드 사이의 통신을 중계하는 캔 버스;
    상기 캔 버스에 각각 연결되어 서로 캔 메시지를 송수신하여 상기 노드를 형성하는 디바이스들을 포함하고,
    상기 디바이스들은 기 설정된 우선순위에 따라 캔 메시지의 식별자를 변경하고, 수신되는 캔 메시지의 수용여부를 결정하고, 상기 우선순위는 이상에 의한 점멸, 센터 통신 이상, 신호점화 통신 이상 정보를 포함하는 긴급메시지(OOB Data)가 가장 높고, 상기 긴급메시지 다음으로 신호 등화 제어메시지, 디바이스 제어 메시지, 신호 등화 상태 및 수동제어 순으로 우선순위가 적용되는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 교통신호 제어시스템.
  2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 노드들은 도로를 촬영하는 CCTV, 차량을 감지하는 루프검지기, 음향신호기, 차량 및 보행자 신호등들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 교통장비인 것을 특징으로 하는 캔 버스를 이용한 교통신호 제어시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
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