KR101585207B1 - 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법 및 mac 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법 - Google Patents

차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법 및 mac 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법 Download PDF

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Abstract

차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법은 차량 네트워크의 노변기(RSU)가 상기 노변기의 커버리지에 위치한 타겟 차량들로부터 각각 차량 위치, 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 이동 정보를 수신하는 단계, 상기 노변기가 상기 운행 정보를 이용하여 상기 타겟 차량들 각각이 다른 차량에 운행 정보를 전송하기 위한 타임 슬롯, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 방향 정보, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 전송 파워를 포함하는 전송 정보를 결정하여 상기 타겟 차량들에 브로드캐스팅하는 단계 및 상기 타겟 차량들은 상기 전송 정보에 기반하여 하나의 타임 슬롯에 자신에게 이웃한 인접 차량에게 상기 운행 정보를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법 및 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법{INFORMATION TRANSFERRING METHOD USING ROAD SIDE UNIT IN VEHICULAR NETWORKS ANN INFORMATION TRANSFERRING METHOD IN VEHICULAR NETWORKS BASED ON MAC PROTOCOL}
이하 설명하는 기술은 차량 네트워크에서 차량 간 정보 전달을 위한 방법에 관한 것이다.
최근 소위 지능형 차량(intelligent vehicle)에 대한 요구와 연구가 활발하게 진행되고 있다. 지능형 차량을 관리하기 위한 시스템은 차량의 정보를 획득해야하고, 나아가 차량 사이에도 정보를 주고 받을 수 있는 통신 네트워크가 필요하다.
2010년에 제정된 IEEE 802.11p 표준은 DSRC(Dedicated Short Range Communications)을 사용하는 통신 방식을 제시하고 있다. 기존의 차량용 매체접근제어(Media Access Control, MAC) 프로토콜은 노변기(Road Side Unit, RSU)를 무선공유기로 이용하여 데이터를 전송하는 PCF(Point Coordination Function) 모드 또는 각각의 차량이 노변기와 같은 중재자 없이 직접 정보를 전송하는 DCF(Distributed Coordination Function) 모드를 이용한다. 대표적 PCF 모드 차량용 MAC 프로토콜은 WPCF(WAVE PCF)이고, 대표적 DCF 모드 차량용 MAC 프로토콜은 LMA(location and mobility-aware MAC protocol)이다.
ETSI, "DSRC Standardization," http://www.etsi.org/WebSite/Technologies /DSRC.aspx. K.-T. Feng, "LMA: Location- and Mobility-Aware Medium-Access Control Protocols for Vehicular Ad Hoc Networks Using Directional Antenna," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 56, no. 6, pp. 3324-3336, Nov. 2007. J.-M. Chung, M. Kim, Y.-S. Park, M. Choi, S. W. Lee, and H. S. Oh, "Time Coordinated V2I Communications and Handover for WAVE Networks," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 29, no. 3, pp. 545-558, Mar. 2011.
WPCF는 차량 간의 통신이 항상 노변기를 거치므로 정보 전달에 대한 지연시간이 길다. 그리고 LMA는 노변기없는 분산기법으로 RTS/CTS를 이용하는데 차량 밀도가 높은 상황에서는 RTS 프레임의 충돌 확률이 높아져서 안전운행에 필요한 정보교환에 대한 지연시간이 길어진다는 문제점이 있다.
이하 설명하는 기술은 각 차량이 직접 안정운행에 필요한 정보를 교환하되, 노변기가 해당 정보 교환을 스케줄링하는 기법을 제공하고자 한다. 이하 설명하는 기술은 PCF 모드와 DCF 모드가 결합된 하이브리드(Hybrid) 모드를 제공하는 새로운 차량용 MAC 프로토콜을 제공하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법은 차량 네트워크의 노변기(RSU)가 상기 노변기의 커버리지에 위치한 타겟 차량들로부터 각각 차량 위치, 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 이동 정보를 수신하는 단계, 상기 노변기가 상기 이동 정보를 이용하여 상기 타겟 차량들 각각이 운행 정보를 전송하기 위한 타임 슬롯, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 방향 정보, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 전송 파워를 포함하는 전송 정보를 결정하여 상기 타겟 차량들에 브로드캐스팅하는 단계 및 상기 타겟 차량들은 상기 전송 정보에 기반하여 하나의 타임 슬롯에 자신에게 이웃한 인접 차량에게 상기 운행 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법은 제1 노변기가 자신의 커버리지에 위치한 차량들에게 제1 타이밍 광고 프레임을 브로드캐스팅하는 단계, 상기 제1 타이밍 광고 프레임을 전송받은 차량이 상기 제1 노변기에 차량 위치, 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 이동 정보를 차량 등록 프레임으로 전송하는 단계, 상기 제1 노변기가 상기 이동 정보를 전송한 차량을 타겟 차량으로 등록하고, 상기 이동 정보를 이용하여 상기 타겟 차량들 각각이 운행 정보를 전송하기 위한 타임 슬롯, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 방향 정보, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 전송 파워를 포함하는 전송 정보를 결정하고, 상기 전송 정보를 포함하는 제2 타이밍 광고 프레임을 브로드캐스팅하는 단계 및 상기 타겟 차량들은 상기 전송 정보에 기반하여 할당된 타임 슬롯에 자신에 이웃한 인접 차량에게 자신의 위치, 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 상기 운행 정보를 안전 정보 프레임으로 전송하는 단계를 포함한다.
이하 설명하는 기술은 주변차량의 이동정보를 노변기를 통해 공유하여 PCF 모드의 장점인 MAC 프레임 충돌방지 기능을 제공하면서, 동시에 DCF 모드의 장점인 차량 간 직접통신에 의한 빠른 통신을 제공한다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 노변기 및 차량으로 구성된 차량 네트워크를 도시한 예이다.
도 2는 차량 네트워크에 노변기를 중재자로 사용하여 정보를 전달하는 순서도에 대한 예이다.
도 3은 인접 차량의 이동을 고려하여 타겟 차량이 인접 차량에 운행 정보를 전송하기 위한 영역을 결정하는 예이다.
도 4는 동일 시간에 서로 다른 차량에서 전송하는 운행 정보가 중첩되는 예를 도시한다.
도 5는 동일 시간에 서로 다른 차량에서 전송하는 운행 정보가 중첩되지 않는 예를 도시한다.
도 6은 하나의 노변기와 노변기의 커버리지에 위치하는 차량이 MAC 프레임을 통해 정보를 전송하는 예를 도시한다.
도 7은 차량이 하나의 노변기에서 다른 노변기로 핸드오버되는 과정을 도시한 흐름도의 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 이하 설명하는 차량 네트워크 시스템 내지 차량 네트워크에서의 정보 전송 방법의 구성은 이하 설명하는 기술의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 대응하는 도면과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하 설명하는 기술은 IEEE 802.11p에서 규정한 MAC 프로토콜에 기반한 것으로 전제하고 설명한다. 다만 반드시 특정 통신 프로토콜을 사용해야만 이하 설명하는 기술의 목적이 달성되는 것은 아니다. 이하 설명하는 기술은 통신 프로토콜의 종류에 관계 없이 안전 운행을 위해 필요한 정보는 차랑 간 직접 전송하고, 노변기(RSU)가 차량 간의 정보 교환을 위한 중재자 역할을 수행하는 것이다.
먼저 차량 네트워크의 기본적은 구성에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 노변기 및 차량으로 구성된 차량 네트워크를 도시한 예이다. 일반적으로 차량 네트워크(VANET)는 무선 통신이 가능한 차량(50) 및 도로 주변에 배치되어 차량과 통신하는 노변기(100)를 포함한다. IEEE 802.11p에서는 차량(50)과 노변기(100) 사이 및 차량(50) 사이의 통신에 DSRC 방식을 사용한다고 규정하고 있다. 이 경우 차량(50) 및 노변기(100)에는 모두 DSRC 통신 모듈을 포함해야 한다. 한편 노변기(100)와 연결된 TCC(Traffic Control Center)가 존재할 수 있다. TCC는 일반적으로 차량에 특정 서비스를 제공하기 위한 객체에 해당한다. 예컨대, TCC는 차량에 대한 내비게이션 서비스를 제공할 수 있다.
소위 스마트 자동차 시스템 또는 지능형 자동차 시스템에서는 차량이 주변의 차량에 특정 정보나 명령을 전달할 수 있다. 이 경우 특정 차량은 자신의 차량 주변에 위치한 차량에 전달하는 정보를 이하 운행 정보라고 명명한다. 예컨대 운행 정보는 차량의 위치, 이동 방향, 이동 속도 등과 같이 이동에 관련된 정보를 포함할 수 있다. 또한 운행 정보는 차량의 안전 운행과 관련된 다양한 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 운행 정보는 차량의 상태 정보(브레이크, 기어, 차축 등 구성의 상태), 차량의 성능 정보(브레이크 성능, 가속 성능 등) 등과 같은 정보를 포함할 수 있다. 나아가 운행 정보는 차량의 식별자 정보, 주변 차량의 식별자 정보, 주변 차량의 이동 정보, 주변 차량의 상태 등과 같이 다양한 정보를 포함할 수 있다. 운행 정보는 차량 네트워크의 서비스 형태에 따라 다양한 정보를 포함할 수 있다.
한편 차량이 전달하는 정보 중 위치, 이동 방향 또는 이동 속도 등과 같은 정보를 따로 이동 정보라고 명명한다.
전술한 PCF 모드는 항상 노변기(100)가 차량 사이의 정보 전달에 관여한다. 예컨대, 차량 50B가 차량 50A에 운행 정보를 전달하기 위해서는 항상 노변기(100)를 통해 차량 50에 운행 정보를 전달해야 한다. 한편 DCF 모드는 노변기(100)의 관여 없이 차량 50B가 차량 50A에 직접 운행 정보를 전달한다.
이하 설명하는 기술은 PCF 모드와 DCF 모드의 하이브리드 기법이라고 할 수 있다. 노변기(100)는 자신의 커버리지에 속하는 모든 차량(50)에 대해 각 차량(50)이 다른 차량에 운행 정보를 전송할 타임 슬롯을 결정한다. 각 차량은 자신에게 할당된 타임 슬롯에 자신에게 인접한 차량에게 운행 정보를 전송한다. 노변기(100)의 커버리지에 포함되어 해당 노변기(100)가 관리하는 차량을 이하 타겟 차량(50)이라고 명명한다. 또한 타겟 차량(50) 중 자신에 이웃한 차량을 인접 차량이라고 명명한다. 인접 차량은 기본적으로 동일한 노변기(100)가 관리하는 다른 타겟 차량에 해당한다. 이하 설명에서는 노변기(100)가 핸드 오버를 포함해서 자신의 커버리지에 위치하는 모든 차량(50)을 관리한다고 전제한다. 따라서 차량(50)이나 타겟 차량(50)은 모두 기본적으로 노변기의 커버리지에 위치하고, 노변기(100)가 관리하는 대상을 의미한다.
노변기(100)가 타겟 차량(50)에 대한 타임 슬롯을 결정하기 위해서는 각 타겟 차량이 운행 정보를 전송할 대상이 어떤 차량인지 파악해야 한다. 일반적으로 특정 차량에서 운행 정보를 전송해야 하는 대상 차량은 특정 차량에 인접한 차량이다. 예컨대, 특정 차량이 안전한 운전을 위해 인접 차량에 운행 정보를 전송하는 경우이다. 노변기가 특정 차량이 운행 정보를 전송해야하는 차량을 결정하기 위해 특정 차량 및 특정 차량의 주변에 위치한 차량의 이동 정보를 획득하고 분석해야 한다.
도 1에서 차량 50B는 50A와 50C에 운행 정보를 전송해야 하고, 차량 50G는 50F에 운행 정보를 전송해야 하고, 차량 50D는 50E에 운행 정보를 전송해야 하는 상황이다. 이를 위해 노변기(100)는 사전에 모든 또는 적어도 운행 정보 전송과 관련된 차량의 이동 정보를 수신하고, 분석해야한다. 노변기(100)는 차량의 이동 정보 분석을 통해 특정 차량이 운행 정보를 전송해야 하는 차량을 파악한다. 이후 노변기(100)는 운행 정보를 전송해야 하는 차량인 50B, 50D 및 50G에게 운행 정보를 전송할 타임 슬롯을 할당한다.
한편 차량(50)이 항상 일정한 방향으로 일정한 전송 파워로 운행 정보를 전송한다면 운행 정보 전송이 필요없는 차량에게 전송하거나, 운행 정보 전송이 제대로 되지 못하거나, 운행 정보 전송이 효율적이지 못할 수 있다. 예컨대, 도 1에서 차량 50G는 사거리에서 우회전할 예정이고 이에 따라 자신의 현재 이동 방향에서 직선 방향이 아닌 방향에 위치한 차량 50F에게 운행 정보를 전송해야 한다. 이 경우 자신의 직선 방향으로 운행 정보를 전송한다면 운행 정보 전송이 실패할 수도 있다. 따라서 차량 50F가 방향성 안테나를 갖고 있다면, 안테나의 방향을 조절하여 차량 50F 방향으로 운행 정보를 전송해야 할 것이다. 또한 차량 50B가 자신의 주행 방향으로 앞서가는 차량 50C에 운행 정보를 전송하는데 전송 파워를 매우 크게 설정하여 운행 정보를 전송한다면 차량 50F, 50D 등에도 운행 정보가 전송될 수 있다. 이 경우 50F 및 50D는 다른 차량에서 전송한 운행 정보와 동시에 차량 50B에서 전송한 운행 정보를 수신할 수 있고, 이 경우 서로 다른 운행 정보가 무선 채널에서 충돌할 수 있다. 따라서 차량 50B가 운행 정보를 전송할 때 전송하려는 차량의 위치 등에 따라 적절한 전송 파워를 설정하는 것이 바람직하다.
노변기(100)는 타겟 차량(50)에 대한 타임 슬롯을 할당할 뿐만 아니라 각 타겟 차량의 안테나 방향 및 전송 파워도 결정하여 타겟 차량에게 전송할 수 있다. 이와 같이 타겟 차량(50)이 상대 차량에게 운행 정보를 전송하기 위해 필요한 정보를 전송 정보라고 명명한다. 전송 정보는 기본적으로 노변기(100)에서 생성한다. 전송 정보는 타임 슬롯, 안테나 방향 및 전송 파워 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 안테나 방향 및/또는 전송 파워를 고려하는 경우 노변기(100)가 타겟 차량(50)에 대한 타임 슬롯을 결정하기 위해서 사전에 안테나 방향 및/또는 전송 파워가 결정되여야 할 것이다. 구체적인 내용을 후술한다.
도 2는 차량 네트워크에 노변기를 중재자로 사용하여 정보를 전달하는 순서도에 대한 예이다. 도 2는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법(200)에 대한 순서도에 해당한다.
먼저 노변기(100)는 자신의 커버리지에 위치한 차량(50)을 확인하기 위하여 먼저 주변 차량에 등록 요청을 브로드캐스팅할 수 있다(210). 이후 설명하겠지만, IEEE 802.11p를 기반으로 한 WPCF에 규정된 타이밍 광고 프레임(Timing Advertisement Frame,TAF)을 통해 등록 요청을 전송할 수 있다.
등록 요청을 수신한 주변 차량(50)은 자신의 이동 정보 및/또는 식별자 정보를 포함하는 등록 정보를 노변기(100)에 전송할 수 있다(220). 차량(50)은 WPCF에 규정된 차량 등록 프레임(Vehicle Registration Frame, VRF)를 통해 등록 정보를 전송할 수 있다.
노변기(100)는 등록 정보를 전송한 차량을 자신이 관리하는 타겟 차량(50)으로 등록한다(230). 이후 노변기(100)는 전송받은 이동 정보에 기반하여 타겟 차량(50) 각각에 대해 운행 정보 전송을 위한 안테나 방향 및/또는 전송 파워를 결정할 수 있다(260). 안테나 방향은 타겟 차량(50)이 방향성(지향성) 안테나를 갖는 경우에만 필요한 정보이다.
타겟 차량(50)의 안테나 방향 및/또는 전송 파워를 결정하기 위해서는 타겟 차량(50)이 운행 정보를 전송해야 하는 차량의 이동 정보를 고려해야 한다. 도 3은 인접 차량의 이동을 고려하여 타겟 차량이 인접 차량에 운행 정보를 무선으로 전송하기 위한 영역을 결정하는 예이다. 도 4에서 화살표는 차량의 이동 방향 또는 이동 예상 방향을 의미한다.
타겟 차량 50K가 운행 정보를 인접 차량 50J에 전송해야 하는 경우라고 전제한다. 노변기(도 3에서는 미도시)는 인접 차량 50J의 이동 정보를 수신하여, 시간에 따른 이동 가능 경로를 결정할 수 있다. 이를 토대로 일정한 시간 동안 인접 차량 50J가 위치할 수 있는 영역(Tracking contour)을 결정할 수 있다. 즉 타겟 차량 50K는 인접 차량 50J가 일정한 시간 동안에 위치하는 영역에만 자신의 운행 정보를 전송하면 충분한 것이다. 타겟 차량이 운행 정보를 전송할 인접 차량의 이동 정보를 고려하여, 운행 정보가 전송(도달)되어야 하는 영역을 전송 영역이라고 명명한다. 도 3에서 타겟 차량 50K의 전송 영역은 부채꼴 모양의 점선 영역이다. 이와 같이 노변기(100)는 타겟 차량의 전송 영역이 모두 커버될 수 있도록 타겟 차량에 대한 안테나 방향 및/ 전송 파워를 결정해야 한다.
도 2 설명으로 돌아가면 이후 노변기(100)는 타겟 차량(50)이 운행 정보를 전송할 수 있는 타임 슬롯을 결정한다(260). 타임 슬롯 결정은 기본적으로 어느 인접 차량이 동시에 서로 다른 차량으로부터 운행 정보를 받지 않도록 결정한다.
도 4는 동일 시간에 서로 다른 차량에서 전송하는 운행 정보가 중첩되는 예를 도시한다. 도 4에서 타겟 차량 50M은 인접 차량 50N에 운행 정보를 전송(①)하고, 동시에 타겟 차량 50P가 인접 차량 50Q에 운행 정보를 전송(②)하는 예이다. 이 경우 타겟 차량 50M과 50P가 운행 정보를 전송해야 하는 전송 영역이 서로 중첩되는 것을 알 수 있다. 따라서 인접 차량 50N 및 50Q에는 동시에 서로 다른 운행 정보가 도착할 수 있다. 이 경우 인접 차량은 잘못된 운행 정보를 수신하거나, 운행 정보가 포함된 신호가 충돌하여 운행 정보를 수신하지 못할 수도 있다. 따라서 이 경우 노변기(100)는 타겟 차량 50M과 50P가 서로 다른 타임 슬롯에 운행 정보를 전송하게 해야 할 것이다.
도 5는 동일 시간에 서로 다른 차량에서 전송하는 운행 정보가 중첩되지 않는 예를 도시한다. 도 5에서 타겟 차량 50N은 인접 차량 50M에 운행 정보를 전송(④)하고, 동시에 타겟 차량 50Q가 인접 차량 50P에 운행 정보를 전송(③)하는 예이다. 이 경우 타겟 차량 50N과 50Q가 운행 정보를 전송해야 하는 전송 영역이 서로 중첩되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서 이 경우 노변기(100)는 타겟 차량 50N과 50Q가 동일한 타임 슬롯에 운행 정보를 전송하게 할 수도 있다.
노변기(100)가 타임 슬롯을 결정하는데 추가적으로 고려할 수 있는 변수가 있다. 무선 통신에서 발생할 수 있는 간섭 문제를 고려할 수 있다. 도 5를 기준으로 설명하면, 타겟 차량 50N은 인접 차량 50M에만 운행 정보를 전송하게 된다. 그러나 타겟 차량 50N에 가까운 다른 인접 차량 50P는 타겟 차량 50N의 운행 정보를 수신하지 못하지만, 타겟 차량 50N의 운행 정보 전송에 따라 간섭을 받을 수 있다. 이와 같이 다른 타겟 차량의 운행 정보 전송에 따라 간섭을 받을 수 있는 영역을 간섭 영역이라고 명명한다. 특정 타임 슬롯에서 간섭 영역에 위치하게 되는 인접 차량 50P는 타겟 차량 50Q의 운행 정보를 제대로 전송받지 못할 수도 있다. 따라서 특정 타임 슬롯에서 간섭 영역이 발생하는 경우, 간섭 영역에 존재하는 차량은 운행 정보를 받지 않도록 조정하는 것이 바람직하다. 따라서 타겟 차량 50N과 50Q가 동시에 운행 정보를 전송하는 경우 특정한 인접 차량 50P에 간섭이 발생한다면, 노변기(100)은 타겟 차량 50N과 50Q가 서로 다른 타임 슬롯에 운행 정보를 전송하도록 할 수 있다.
도 2의 설명으로 돌아가서, 노변기(100)는 최종적으로 결정된 전송 정보를 브로드캐스팅한다(260). 전송 정보는 WPCF에 규정된 TAF를 통해 브로드캐스팅할 수 있다.
한편 노변기(100)는 타겟 차량(50)의 이동 정보 갱신이 필요한지 확인할 수 있다(240). 갱신이 필요 없다면(No) 노변기(100)는 자신이 결정한 전송 정보를 그대로 브로드캐스팅한다(260). 만약 갱신이 필요하다면(Yes) 노변기(100)는 타겟 차량에 이동 정보 갱신을 요청하고, 갱신된 이동 정보를 수신할 수 있다(250).
이동 정보 갱신이 필요한지 여부는 다양한 방법으로 결정할 수 있다. 예컨대, 노변기(100)가 일정한 시간 간격으로 이동 정보 갱신을 요청할 수 있다. 이 경우 노변기(100)는 이동 정보 갱신 요청을 TAF를 통해 브로드캐스팅할 수 있다. 또는 타겟 차량(50)이 자신의 이동 정보가 갱신된 경우에 자신의 이동 정보를 노변기(100)에 전송할 수도 있을 것이다.
최종적으로 전송 정보를 수신한 타겟 차량(50)들 각각은 자신에게 할당된 타임 슬롯에 인접 차량에 운행 정보를 전송한다(270). 전송 정보에 안테나 방향 및/또는 전송 파워가 포함된 경우 타겟 차량(50)은 자신의 안테나 방향 및/또는 전송 파워를 조절하여 운행 정보를 전송한다(270).
도 6은 하나의 노변기와 노변기의 커버리지에 위치하는 차량이 MAC 프레임을 통해 정보를 전송하는 예를 도시한다. WPCF에 규정된 MAC 프로토콜은 수퍼 프레임(superframe) 단위로 구성된다. 도 6은 시간 순서에 따라 2개의 수퍼프레임과 1개의 수퍼 프레임 일부를 도시한다.
각 수퍼프레임은 노변기(RSU)가 차량에 특정 정보 내지 요청을 전달하는 단계(TAF phase), 차량이 서로 운행 정보를 전송하는 단계(Data phase, CFP) 및 차량이 노변기(RSU)에 등록하는 단계(Registration phase, CP)를 포함한다. CFP(Contention-Free Period)는 전달하는 신호가 서로 충돌하지 않는 과정을 의미하고, CP(Contention Period)는 신호가 동시에 전달되어 서로 충돌할 수도 있는 과정을 의미한다. 즉 차량이 노변기에 등록하는 과정은 CP 과정이므로, 한번에 많은 차량이 등록을 요청하면 한번에 등록이 되지 않을 수도 있다. 따라서 차량은 등록될 때까지 반복적으로 등록을 요청할 수도 있다.
도 6의 좌측에서 우측 방향으로 시간 흐름에 대응한다. 시간 순서에 따라 도 6의 신호 전달 과정을 설명한다. 최초에는 노변기(RSU)에 차량이 등록되지 않은 상태라고 가정한다. 먼저 첫 번째 수퍼프레임에서 노변기(RSU)가 TAF를 통해 등록 요청을 브로드캐스팅한다. 최초 전송하는 TAF에는 전송 정보가 포함될 수 없기 때문에 차량 간 정보 교환은 수행되지 않는다. 등록 요청을 수신한 차량 V1, V2, V3 및 V4는 VRF를 통해 등록 정보를 노변기(RSU)에 전송한다. 전술한 바와 같이 등록 정보에는 각 차량의 이동 정보가 포함된다. 등록 과정은 CP 과정이라고 전제하였기 때문에 서로 다른 시간에 각각의 차량이 등록 정보를 노변기에 전송한다. 첫 번째 수퍼프레임을 통해 노변기(RSU)는 타겟 차량(V1, V2, V3 및 V4)을 등록하였다. 이동 정보가 포함된 등록 정보를 수신한 노변기(RSU)는 각 타겟 차량에 대한 타임 슬롯 등을 포함하는 전송 정보를 결정한다(첫 번째 Schedule Computation time).
두 번째 수퍼프레임에서 노변기(RSU)가 전송 정보를 TAF를 통해 브로드캐스팅한다. 이후 각 타겟 차량은 수신한 전송 정보에 기반하여 인접 차량에 운행 정보를 전송한다. 먼저 타겟 차량 V1은 인접 차량 V2에 운행 정보를 전송하고(①), 이후 타겟 차량 V3가 인접 차량 V4에 운행 정보를 전송한다(②). 예컨대, 타겟 차량이 도 4와 같이 동일한 타임 슬롯에 운행 정보를 전송하지 못하는 경우이다.
이후 타겟 차량 V2는 인접 차량 V1에 운행 정보를 전송하고(③), 동일한 타임 슬롯에 타겟 차량 V4가 인접 차량 V3에 운행 정보를 전송한다(④). 예컨대, 타겟 차량이 도 5와 같이 동일한 타임 슬롯에 운행 정보를 전송할 수 있는 경우이다. 한편 운행 정보는 SIF를 통해 전송할 수 있다.
두 번째 수퍼프레임에는 등록 과정이 수행되지 않는다. 세 번째 수퍼프레임에서 노변기는 다시 전송 정보를 TAF를 통해 브로드캐스팅한다. 도 6에서는 전송 정보에 따라 타겟 차량 V1이 인접 차량 V2에 운행 정보를 SIF을 통해 전송하는 과정까지 도시하였다. 한편 세 번째 수퍼프레임의 TAF를 통해 브로드캐스팅한 전송 정보는 두 번째 수퍼프레임의 TAF를 통해 전송한 전송 정보와 다를 수 있다. 도 2에서 설명한 것과 같이 노변기(RSU)가 갱신된 이동 정보를 수신하지 못하더라고, 노변기(RSU)는 자신이 최초 수신한 이동 정보에 기반하여 각 타겟 차량의 이동을 추정할 수 있고, 추정된 타겟 차량의 위치 및 이동 방향 등에 근거하여 전송 정보를 갱신할 수 있는 것이다.
도 7은 차량이 하나의 노변기에서 다른 노변기로 핸드오버(handover)되는 과정을 도시한 흐름도의 예이다. 도 7에서 제1 노변기(RSU1)에 타겟 차량 V2가 등록되어 있고, 제2 노변기(RSU2)에 타겟 차량 V3가 등록되어 있는 상태라고 가정한다. 즉 V1은 초기에 등록되지 않은 상태이다. 제1 노변기(RSU1)와 제2 노변기(RSU2)는 서로 중첩된 커버리지를 갖고, 타겟 차량 V2가 제1 노변기(RSU1)의 커버리지에서 제2 노변기(RSU2)의 커버리지로 이동하는 경우를 설명한 것이다. 종래 차량 네트워크에서의 핸드오버 기법과 상이한 것은 핸드오버를 위한 정보를 노변기(RSU)가 전달한다는 것이다. 한편 제1 노변기(RSU1)와 제2 노변기(RSU2)는 중첩된 커버리지를 갖지만, 신호 간섭을 배제하기 위해 서로 다른 채널을 사용한다고 가정한다. 차량은 TCC를 통해 자신이 위치하는 지점을 커버하는 RSU가 어떤 채널을 사용하고 있는지 알고 있다고 가정한다. 따라서 차량이 이동하면서 자신의 위치에 따라서 RSU로부터 브로드캐스트되는 TAF를 수신할 수 있다고 가정한다.
먼저 제1 노변기(RSU1)는 등록 요청을 타겟 차량 V2에 TAF를 브로드캐스팅한다(311). 이때 전송하는 TAF는 V2에 대한 전송 정보를 포함한다.
이후 제1 노변기(RSU1)은 등록 요청이 포함된 TAF를 브로드캐스팅한다(312). 등록 요청을 수신한 타겟 차량 V1은 등록 정보를 VRF로 전송한다(321).
제1 노변기(RSU1)는 새로운 타겟 차량을 포함하게 되었고, 따라서 타겟 차량 V1에 대한 전송 정보를 전달해야 하고, 동시에 V1의 등장으로 다른 타겟 차량의 전송 정보가 갱신될 수 있으므로, 다시 전송 정보를 결정해야할 것이다. 제1 노변기(RSU1)는 갱신된 전송 정보를 갱신 TAF를 통해 타겟 차량 V1 및 V2에 브로드캐스팅한다(331 및 332).
도 7에서 331 및 332로 서로 다른 과정으로 도시하였으나 일반적으로 제1 노변기(RSU1)는 자신의 커버리지에 존재하는 타겟 차량에 대해 한번에 전송 정보를 브로드캐스팅한다. 즉, 하나의 TAF에 복수의 타겟 차량에 대한 전송 정보가 포함되는 것이다. 경우에 따라서는 제1 노변기(RSU1)가 여러 번 전송 정보를 TAF로 브로드캐스팅할 수도 있을 것이다. 예컨대, 크기 제한을 갖는 TAF에 모든 타겟 타량에 대한 전송 정보를 담을 수 없는 경우이다.
이후 타겟 차량 V1 및 V2는 운행 정보를 SIF를 통해 교환할 수 있다(341).
제1 노변기(RSU1)는 타겟 차량 V2이 계속 이동하여 제1 노변기(RSU1)의 커버리지를 벗어나리라는 것을 예측할 수 있다. 즉 이동 방향에 위치하는 제2 노변기(RSU2)에 타겟 차량 V2에 대한 핸드오버를 해야하는 상황이다. 제1 노변기(RSU1)는 타겟 차량 V2에 대한 핸드오버 정보를 제2 노변기(RSU2)에 전송한다(351). 핸드오버 정보는 타겟 차량 V2의 식별 정보 및 이동 정보 등을 포함할 수 있다.
이제 V2는 제2 노변기(RSU2)의 커버리지에 위치하였다. 이 과정에서 타겟 차량 V2는 제2 노변기(RSU2)에 등록하는 과정을 거칠 필요가 없다. 등록에 필요한 정보를 제1 노변기(RSU1)가 제2 노변기(RSU2)에 이미 전달하였기 때문이다(351).
제2 노변기(RSU2)는 새로운 타겟 차량 V2가 등장하였기 때문에 타겟 차량 V2에 대한 전송 정보를 결정해야 한다. 나아가 V2의 등장으로 자신의 커버리지에 위치하는 다른 타겟 차량 V3에 대한 전송 정보가 달라질 수 있기 때문에 제2 노변기(RSU2)는 전체 타겟 대한 전송 정보를 다시 결정해야 할 것이다.
이후 제2 노변기(RSU2)는 갱신된 전송 정보를 타겟 차량 V2 및 V3에 브로드캐스팅한다(361 및 362). 이후 타겟 차량 V2 및 V3은 운행 정보를 교환할 수 있다(371).
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
50 : 타겟 차량 100 : 노변기

Claims (16)

  1. 차량 네트워크의 노변기(RSU)가 상기 노변기의 커버리지에 위치한 타겟 차량들로부터 각각 차량 위치, 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 이동 정보를 수신하는 단계;
    상기 노변기가 상기 이동 정보를 이용하여 상기 타겟 차량들 각각이 운행 정보를 전송하기 위한 타임 슬롯, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 방향 정보, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 전송 파워를 포함하는 전송 정보를 결정하여 상기 타겟 차량들에 브로드캐스팅하는 단계; 및
    상기 타겟 차량들은 상기 전송 정보에 기반하여 하나의 타임 슬롯에 자신에게 이웃한 인접 차량에게 상기 운행 정보를 전송하는 단계를 포함하는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 상기 이동 정보를 통해 상기 타겟 차량들 각각에 대해 상기 타겟 차량의 위치 및 이동에 따라 상기 인접 차량을 결정하고, 상기 이동 정보를 통해 상기 인접 차량의 위치 및 이동에 따라 상기 타겟 차량의 방향성 안테나에 대한 상기 방향 정보 및 상기 전송 파워를 결정하는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 상기 브로드캐스팅하는 단계에서
    상기 방향 정보 및 상기 전송 파워를 기준으로 동일한 타임 슬롯에 동시에 상기 운행 정보를 전송하여도 상기 인접 차량 중 서로 다른 차량에 상기 운행 정보가 전송되지 않는 경우에만 상기 동일한 타임 슬롯에 복수의 타겟 차량이 운행 정보를 전송하도록 상기 타겟 차량들 각각에 대해 상기 운행 정보를 전송할 타임 슬롯을 할당하는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 상기 브로드캐스팅하는 단계에서
    상기 타겟 차량들 중 제1 차량이 상기 운행 정보를 전송하는 경우, 상기 제1 차량의 운행 정보를 전송받지 못하지만 상기 운행 정보 전송에 따른 간섭 영역에 상기 타겟 차량들 중 제2 차량이 위치하는 경우, 상기 제1 차량이 상기 운행 정보를 전송하는 타임 슬롯에서는 상기 제2 차량이 다른 차량으로부터 운행 정보를 전송받지 못하도록 상기 타겟 차량들 각각에 대해 상기 운행 정보를 전송할 타임 슬롯을 할당하는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계 전에
    상기 타겟 차량이 ID 및 자신의 운행 정보를 포함하는 등록 정보를 전송하고, 상기 노변기가 자신의 커버리지에 있는 상기 타겟 차량을 등록하는 단계를 더 포함하는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노변기는 상기 타겟 차량의 이동 정보를 업데이트하라는 요청을 주기적으로 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함하는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노변기는 이동 정보를 전송했던 차량이 상기 요청에 응답하지 않는 경우 이후 상기 차량에 대한 전송 정보를 결정하지 않는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노변기와 상기 타겟 차량 사이 또는 상기 타겟 차량과 상기 인접 차량 사이의 데이터 전송은 IEEE 802.11p 표준에 따르는 통신 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 노변기를 이용한 정보 전달 방법.
  9. IEEE 802.11p에 기반한 WPCF MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법에 있어서,
    제1 노변기가 자신의 커버리지에 위치한 차량들에게 제1 타이밍 광고 프레임을 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 제1 타이밍 광고 프레임을 전송받은 차량이 상기 제1 노변기에 차량 위치, 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 이동 정보를 차량 등록 프레임으로 전송하는 단계;
    상기 제1 노변기가 상기 이동 정보를 전송한 차량을 타겟 차량으로 등록하고, 상기 이동 정보를 이용하여 상기 타겟 차량들 각각이 운행 정보를 전송하기 위한 타임 슬롯, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 방향 정보, 상기 운행 정보를 전송하기 위한 전송 파워를 포함하는 전송 정보를 결정하고, 상기 전송 정보를 포함하는 제2 타이밍 광고 프레임을 브로드캐스팅하는 단계; 및
    상기 타겟 차량들은 상기 전송 정보에 기반하여 할당된 타임 슬롯에 자신에 이웃한 인접 차량에게 자신의 위치, 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 상기 운행 정보를 안전 정보 프레임으로 전송하는 단계를 포함하는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 노변기는 상기 이동 정보를 기준으로 상기 타겟 차량 중 자신의 커버리지를 벗어나는 핸드오버 차량을 예측하고, 상기 제1 노변기의 커버리지와 중첩되는 커버리지를 갖는 제2 노변기에 상기 핸드오버 차량의 식별 정보 및 이동 정보를 포함하는 핸드오버 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 노변기와 상기 제2 노변기는 서로 다른 통신 채널을 사용하여 차량과 통신을 수행하는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 노변기는 상기 핸드오버 차량을 포함하여 제2 노변기의 커버리지에 위치하는 모든 차량들 각각이 운행 정보를 전송하기 위한 타임 슬롯, 각 차량의 안테나 방향 정보 및 각 차량의 전송 파워를 포함하는 타이밍 광고 프레임을 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함하는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 노변기는 상기 이동 정보를 통해 상기 타겟 차량들 각각에 대해 상기 타겟 차량의 위치 및 이동에 따라 상기 인접 차량을 결정하고, 상기 이동 정보를 통해 상기 인접 차량의 위치 및 이동에 따라 상기 타겟 차량의 방향성 안테나에 대한 상기 방향 정보 및 상기 전송 파워를 결정하는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 타겟 차량들은 상기 전송 정보에 따라 하나의 타임 슬롯에 상기 인접 차량에 상기 운행 정보를 전송하는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 안전 정보 프레임은 하나의 타임 슬롯에 서로 다른 인접 차량에게 동시에 전송되어 무선 채널 충돌이 발생하지 않는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 안전 정보 프레임을 전송하는 단계에서 하나의 타임 슬롯에 상기 안전 정보 프레임을 직접 전송받지 못하지만 상기 안전 정보 프레인 전송으로 간섭을 받는 차량이 있는 경우, 상기 타겟 차량들 중 어느 하나의 타겟 차량도 상기 하나의 타임 슬롯에 상기 안전 정보 프레임을 전송하지 않는 MAC 프로토콜을 사용하는 차량 네트워크에서 정보를 전달하는 방법.
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