KR101663656B1 - V2v 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법 - Google Patents

V2v 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법 Download PDF

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cluster
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vehicles
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권정혁
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한림대학교 산학협력단
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Abstract

본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법은 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법은 이전 비콘 구간(Beacon interval)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수 및 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여, 평균 RTT 값을 계산하는 단계, 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 단계, 상기 계산된 평균 RTT 값과 상기 결정된 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 상기 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정하는 단계, 상기 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 상기 결정된 클러스터 멤버 차량과 가입 관련 메시지를 송수신하는 단계, 상기 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정하는 단계, 및 상기 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법 {Clustering Period Adaptation SYSTEM AND METHOD for Vehicle-to-Vehicle Communications}
본원은 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 교통안전(road safety), 보안(security), 주행 보조기능(driving assistance), 인포테인먼트(infotainment), 자가 운전(self-driving)과 같은 차량 서비스의 수요가 증가하면서 V2X 통신 기술이 많은 관심을 받고 있으며, 특히, 텔레매스틱(telematics), 지능형 교통시스템(intelligent transportation system, ITS), 커넥티드 카(connected car)를 포함하는 차량 시스템 영역에서는 V2X가 지능형 차량 환경의 실현을 위한 가장 중요한 기술이라 할 수 있다.
V2X 통신은 V2I(Vehicle to Infra)와 V2V(Vehicle to Vehicle) 등으로 구분될 수 있다. V2I에서는 차량들이 도로 위에서 빠르게 이동함에도 불구하고 고정된 인프라를 통해 통신을 수행함에 따라 빈번한 연결 끊김이 발생되는 문제가 있으며, 이러한 문제는 차량간 직접 통신을 수행할 수 있게 하는 V2V 통신으로 해결될 수 있다. 그러나 V2V도 차량들의 서로 다른 속도와 예측 불가능한 이동 방향으로 인하여 짧은 네트워크 라이프 타임(Network Lifetime)이 발생되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 유망한 솔루션으로서 차량 네트워크에서의 클러스터링 기법이 산업계와 학계에서 고려되고 있으며, 그 이유는 클러스터링 기법이 V2V 통신을 더 관리하기 쉽고, 안정적으로 만들어 주기 때문이다. 차량 네트워크에서 클러스터링 기법을 이용하면, 도로 위에 많은 수의 클러스터 헤더 중심 네트워크가 형성될 수 있다. 이러한 네트워크 환경에서 클러스터 헤더는 클러스터 멤버를 관리하고, 동기화 및 데이터 교환을 위해서 스케줄링을 수행하는 등 네트워크 조정자 역할을 수행하므로, V2V 네트워크 성능 향상을 위해서는 적절한 클러스터 헤더 선정이 매우 중요하다.
차량 환경에서의 클러스터링을 위한 종래의 기술들은 대부분 클러스터 헤더 선정에 초점을 맞추고 있으며, 이러한 종래 기술들은 V2V에서 클러스터 형성을 위한 오버헤드를 고려하지 않고 있어 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 이에 따라 V2V 통신에서 채널 효율을 높여 불필요한 오버헤드 시간을 줄일 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1022876호(등록일: 2011.03.09)에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, V2V 통신에서 채널 효율을 높여 불필요한 오버헤드 시간을 줄임으로써 네트워크 성능 및 효율성을 보다 향상시킬 수 있는, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 불필요한 오버헤드 시간을 줄이기 위한 최적화된 클러스터링 주기를 제공할 수 있는, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 V2V 통신에서 채널 효율, 전체 throughput, 및 end-to-end latency 등의 성능이 개선된 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법은 이전 비콘 구간(Beacon interval)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수 및 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여, 평균 RTT 값을 계산하는 단계, 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 단계, 상기 계산된 평균 RTT 값과 상기 결정된 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 상기 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정하는 단계, 상기 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 상기 결정된 클러스터 멤버 차량과 가입 관련 메시지를 송수신하는 단계, 상기 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정하는 단계, 및 상기 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 현재 RTT 값은 다음 비콘 구간에서의 평균 RTT 값을 계산하기 위해 측정되는 것일 수 있다.
또한, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 단계는 상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한지의 여부에 기초하여 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다.
또한, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 단계는 상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일하지 않은 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 전체의 수로 결정하고, 상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 상기 이전 비컨 구간에서 상기 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터를 형성하지 않은 새로운 차량의 수로 결정할 수 있다.
또한, 상기 평균 RTT 값을 계산하는 단계는 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여 평균 RTT 값을 계산하되, 상기 예측 RTT 값은 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각에서 측정된 최근 업데이트된 RTT 값 및 RTT 값의 측정 횟수에 기초하여 산출된 업데이트된 RTT 값들의 평균 값에 기초하여 계산된 값일 수 있다.
또한, 상기 현재 비콘 구간은 이전 비콘 구간에 대한 정보를 수신하는 비콘 기간, 새로운 클러스터 헤더 차량의 선출 여부를 결정하는 클러스터링 결정 서브 기간, 새로운 클러스터 헤더 선출을 위해 차량간 헤더 선정 관련 메시지를 송수신하는 클러스터 헤더 차량 선출 서브 기간, 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터 멤버 차량 간에 가입 관련 메시지를 송수신하는 클러스터 형성 서브 기간 및 데이터 전송 기간 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템은 이전 비콘 구간(Beacon interval)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수 및 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여, 평균 RTT 값을 계산하는 평균 RTT 값 계산부, 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 차량 수 결정부, 상기 계산된 평균 RTT 값과 상기 결정된 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 상기 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정하는 길이 결정부, 상기 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 상기 결정된 클러스터 멤버 차량과 가입 관련 메시지를 송수신하는 가입 관련 메시지 송수신부, 상기 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정하는 현재 RTT 값 측정부, 및 상기 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트하는 클러스터 정보 전송부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 현재 RTT 값은 다음 비콘 구간에서의 평균 RTT 값을 계산하기 위해 측정되는 것일 수 있다.
또한, 상기 차량 수 결정부는 상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한지의 여부에 기초하여 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다.
또한, 상기 차량 수 결정부는 상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일하지 않은 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 전체의 수로 결정하고, 상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 상기 이전 비컨 구간에서 상기 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터를 형성하지 않은 새로운 차량의 수로 결정할 수 있다.
또한, 상기 평균 RTT 값 계산부는 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여 평균 RTT 값을 계산하되, 상기 예측 RTT 값은 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각에서 측정된 최근 업데이트된 RTT 값 및 RTT 값의 측정 횟수에 기초하여 산출된 업데이트된 RTT 값들의 평균 값에 기초하여 계산된 값일 수 있다.
또한, 상기 현재 비콘 구간은 이전 비콘 구간에 대한 정보를 수신하는 비콘 기간, 새로운 클러스터 헤더 차량의 선출 여부를 결정하는 클러스터링 결정 서브 기간, 새로운 클러스터 헤더 선출을 위해 차량간 헤더 선정 관련 메시지를 송수신하는 클러스터 헤더 차량 선출 서브 기간, 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터 멤버 차량 간에 가입 관련 메시지를 송수신하는 클러스터 형성 서브 기간 및 데이터 전송 기간 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원은 현재 비콘 구간에 포함된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 정보를 평균 RTT 값(Round Trip Time)과 클러스터 멤버 차량의 수를 고려하여 계산함으로써, 불필요한 오버헤드 시간을 줄일 수 있는 최적화된 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본원은 서로 다른 속도와 예측 불가능한 이동 방향을 갖는 복수 차량들 간에 V2V 통신을 함에 있어서, 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 주변 환경에 따라 적응적으로 조절함으로써, 채널 효율을 높여 불필요한 오버헤드 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본원은 V2V 통신에서 채널 효율, 전체 throughput, 및 end-to-end latency 등의 성능이 개선된 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 V2V(Vehicle to Vehicle) 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 비콘 메시지의 슈퍼프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법의 개략적인 전체 동작 흐름도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 클러스터링 주기 조절 방법에서, 현재 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량과 이전 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량이 다른 경우의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 클러스터링 주기 조절 방법에서, 현재 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량과 이전 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량이 같은 경우의 예를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 V2V 통신에서 불필요한 오버헤드 시간을 줄여 최적화된 클러스터링 주기를 제공할 수 있는, 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법에 관한 것이다.
우선, 본격적인 설명에 앞서, 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법에서 차량과 차량 간에 전송되는 비콘 메시지의 슈퍼프레임(Superframe) 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 비콘 메시지의 슈퍼프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 차량과 차량 간에 전송되는 비콘 메시지는 전체 주기인 비콘 구간(beacon interval, 10) 내에 크게 비콘 기간(Beacon period, 20), 클러스터링 기간(Clustering Period, 30), 및 데이터 전송 기간(Data Transmission Period, 40)을 포함할 수 있다. 이때, 클러스터링 기간(30)은 클러스터링 결정 서브 기간(Clustering Decision sub-period, 31), 클러스터 헤더 차량 선출 서브 기간(Cluster Head Election sub-period, 32) 및 클러스터 형성 서브 기간(Cluster Formation sub-period, 33)을 포함할 수 있다.
비콘 기간(20)에서는 이전 비콘 메시지에 대한 정보가 수신될 수 있다. 이전 비콘 메시지에 대한 정보로는 이전 비콘 메시지에서 선정된 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터 멤버 차량의 ID 정보, 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값 정보 등이 있을 수 있다. 이밖에 이전 비콘 메시지에 대한 정보로는 클러스터 헤더 차량과 클러스터 멤버 차량들 각자의 위치정보 및 교통 상황 정보, 주변 차량들의 위치, 방향, 속도 정보 등이 있을 수 있다.
클러스터링 기간(30)은 클러스터링(Clustering)을 형성하기 위한 기간으로서, 클러스터링 결정 서브 기간(31)에서는 클러스터 헤더 차량을 새롭게 선출할지의 여부가 결정될 수 있다. 클러스터 헤더 차량 선출 서브 기간(32)은 옵셔널(optional) 기간으로서, 새로운 클러스터 헤더 차량을 선출할 때 이용될 수 있다. 클러스터 형성 서브 기간(33)에서는 클러스터 헤더 차량에 이웃한 차량들이 클러스터 헤더 차량이 관장하는 클러스터에 속하기 위하여, 클러스터 헤더 차량과 이웃한 차량 간에 가입 관련 메시지가 송수신될 수 있다. 이때, 송수신되는 가입 관련 메시지라 함은 가입 관련 메시지의 교환을 의미하는 것일 수 있으며, 이는 클러스터 헤더 차량의 커버리지(coverage) 내에 이웃한 차량이 클러스터 헤더 차량으로 가입 요청(join request) 메시지를 송신하고, 그에 대한 가입 응답(join response) 메시지를 클러스터 헤더 차량으로부터 수신하는 개념을 포함하는 것일 수 있다.
또한, V2V 통신에서는 차량과 차량 간에 무선통신으로 데이터를 주고 받을 수 있으므로, 가입 관련 메시지의 교환은 클러스터 헤더 차량을 기준으로 한 무선통신의 허용 범위, 즉 일정 범위(또는 커버리지) 내에 있는 차량들 간에 이루어질 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템에서는, V2X 통신을 위하여, WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)라고 알려져 있는 IEEE 802.11p/1609표준이 이용될 수 있다.
데이터 전송 기간(40)에서는 현재의 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, 현재의 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터 멤버 차량의 ID 정보, 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값 정보 및 예측 RTT 값 정보 등이 전송될 수 있다. 이밖에 현재의 클러스터 헤더 차량과 클러스터 멤버 차량들 각자의 위치정보 및 교통 상황 정보, 주변 차량들에 대한 위치, 방향, 속도 정보 등이 전송될 수 있다.
종래에는 V2V 통신에서 차량과 차량 간에 비콘 메시지 전송 시, 고정된 클러스터링 기간(30) 내에서 가입 관련 메시지의 송수신이 이루어졌으며, 이를 통해 클러스터가 형성되었다. 이러한 종래 기술은 클러스터링 형성을 위한 클러스터링 기간(30)이 고정되어 있기 때문에, 네트워크의 성능 저하가 발생하는 문제가 있었다.
이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법은 클러스터 멤버 차량의 수와 송수신되는 가입 관련 메시지의 RTT(Round Trip Time) 값을 고려하여 클러스터링 기간(30)의 길이를 조절하도록 디자인되며, 이를 통해 불필요한 오버헤드 시간을 줄여 최적화된 클러스터링 주기를 제공할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 V2V(Vehicle to Vehicle) 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템(100)은 크게 클러스터 헤더 차량(110)과 클러스터 멤버 차량(120)을 포함할 수 있으며, 클러스터 헤더 차량(110)은 평균 RTT 값 계산부(111), 차량 수 결정부(112), 길이 결정부(113), 가입 관련 메시지 송수신부(114), 현재 RTT 값 측정부(115) 및 클러스터 정보 전송부(116)를 포함할 수 있다. 클러스터 멤버 차량(120)은 가입 요청 메시지 송신부(121), RTT 측정부(122), RTT 예측부(123) 및 데이터 전송부(124)를 포함할 수 있다.
도 1의 일 예에서는 클러스터 멤버 차량(120)이 하나인 것으로 예시하였으나, 이에 한정된 것은 아니고, 복수의 클러스터 멤버 차량이 존재할 수 있다. 또한, 도 1의 실시예에서는 클러스터 헤더 차량(110)이 현재 비콘 메시지 내에서 선정된 클러스터 헤더 차량인 것으로 예시하기로 한다.
비콘 메시지의 주기인 비콘 구간(Beacon interval)에서 클러스터링 결정 서브 기간(31) 동안에는 새로운 클러스터 헤더 차량이 선출될지의 여부가 결정될 수 있다. 이때, 클러스터 헤더 차량은 복수의 차량들 중 주변 차량 수의 변화량이 가장 적은 차량, 즉 주변 차량의 변화율이 가장 적은 차량이 클러스터 헤더 차량으로 선출될 수 있다. 일예로, 4대의 차량 중 차량 1의 주변 차량의 변화율이 초당 6대, 차량 2의 주변 차량의 변화율이 초당 2대, 차량 3의 주변 차량의 변화율이 초당 7대, 차량 4의 주변 차량의 변화율이 초당 10대인 경우, 주변 차량의 변화율이 가장 적은 차량 2가 클러스터 헤더 차량으로 선출될 수 있다.
이하 본원의 설명에서는 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량이 선정된 이후의 상황에 대하여 기술하기로 한다. 이때, 클러스터 헤더 차량은 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일할 수도 있고, 또는 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과는 다른 새로운 클러스터 헤더 차량일 수도 있다.
평균 RTT 값 계산부(111)는 이전 비콘 구간(Beacon interval)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수 및 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여, 평균 RTT 값을 계산할 수 있다.
이때, 평균 RTT 값 계산부(111)는 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여 평균 RTT 값을 계산하되, 상기 예측 RTT 값은 이전 클러스터 멤버 차량 각각에서 측정된 최근 업데이트된 RTT 값 및 RTT 값의 측정 횟수에 기초하여 산출된 업데이트된 RTT 값들의 평균 값에 기초하여 계산된 값일 수 있다. 이는 후술할 수학식 2 내지 수학식 3의 설명을 통해 보다 쉽게 이해될 수 있다.
평균 RTT 값 계산부(111)는 수학식 1을 이용하여 평균 RTT 값을 계산할 수 있으며, 평균 RTT 값은 AR(i,j)로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015113276932-pat00001
이때, m은 클러스터 멤버 차량의 수, i는 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, j는 클러스터 멤버 차량의 ID 정보, ER(i,j)는 예측 RTT 값을 의미한다.
더 자세히 말하자면, m은 이전 비콘 구간에서 형성된 클러스터 멤버 차량의 수(즉, 이전 클러스터 멤버 차량의 수), i는 이전 비콘 구간에서 선정된 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, j는 이전 클러스터 멤버 차량의 ID 정보, ER(i,j)는 이전 클러스터 멤버 차량들 각각에 의하여 측정된 예측 RTT 값을 의미한다.
이때, 예측 RTT 값은 클러스터 헤더 차량이 관장하는 클러스터에 속하기 위한 클러스터 멤버 차량들 각각에 의하여 계산된 값으로서, 이해를 돕기 위하여, 먼저 클러스터 멤버 차량들의 개략적인 구성도를 살펴보면 다음과 같다.
클러스터 멤버 차량(120)은 가입 요청 메시지 송신부(121), RTT 측정부(122), RTT 예측부(123) 및 데이터 전송부(124)를 포함할 수 있다.
클러스터 멤버 차량(120)은 클러스터 헤더 차량(110)이 관장하는 클러스터에 속하기 위하여, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량(110)이 선정되면, 가입 요청 메시지 송신부(121)를 통해 상기 선정된 클러스터 헤더 차량(110)으로 가입 요청(join request) 메시지를 송신한다.
이후, 클러스터 멤버 차량(120)은 클러스터 헤더 차량(110)으로부터 가입 요청 메시지에 대한 가입 응답(join response) 메시지를 수신한다.
이때, 클러스터 멤버 차량(120)은, RTT 측정부(122)를 통해, 클러스터 헤더 차량(110)과 매번 가입 관련 메시지를 송수신 할 때마다 걸리는 메시지 교환 시간인 RTT(Round Trip Time)을 측정하여 기록할 수 있다.
예를 들어, 클러스터 멤버 차량 a가 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량 A와 가입 관련 메시지를 송수신한 경우, 클러스터 멤버 차량 a는 클러스터 헤더 차량 A 와 가입 관련 메시지를 송수신하는데 걸린 RTTA 값을 측정하여 RTT 측정부(122)에 기록할 수 있다. 이후 다음 비콘 구간에서 클러스터 멤버 차량 a가 클러스터 헤더 차량 A 가 아닌 클러스터 헤더 차량 B와 가입 관련 메시지를 송수신한 경우(즉, 다른 차량과 가입 관련 메시지를 송수신한 경우), 클러스터 멤버 차량 a는 클러스터 헤더 차량 B와 가입 관련 메시지를 송수신하는데 걸린 RTTB 값을 측정하여 RTT 측정부(122)에 기록할 수 있다. 이때, 클러스터 멤버 차량 a는 RTT 측정부(122)에 이전에 측정한 RTTA 값을 이미 저장하고 있으므로, 이를 가장 최근에 측정한 RTTB 값으로 업데이트하여 기록할 수 있다.
즉, 클러스터 멤버 차량(120)은 RTT 측정부(122)에 이미 저장된 RTT 측정값이 있을 경우, 이를 새로 측정된 RTT 값으로 업데이트할 수 있다.
이후 클러스터 멤버 차량(120)은 최근 업데이트된 RTT 값과 RTT 값의 측정 횟수에 기초하여, RTT 예측부(123)를 통해 예측 RTT 값을 계산할 수 있다.
클러스터 멤버 차량(120)에 의하여 계산 가능한 예측 RTT 값은 ER(i,j)로 나타낼 수 있으며, 이는 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112015113276932-pat00002
이때, 여기서 α는 상수값을 의미하고, Avg_RTT(i,j)는 Sample_ RTT(i,j)의 평균(즉, 업데이트된 RTT 값들의 평균)을 의미하며, Sample_ RTT(i,j)는 가장 최근에 업데이트된 RTT 값을 의미한다.
일예로, 상수값 α는 0.125일 수 있으며, 업데이트된 RTT 값들의 평균인 Avg_RTT(i,j)는 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112015113276932-pat00003
이때, K는 RTT값의 측정 횟수를 의미한다.
데이터 전송부(124)는 수학식 2 내지 수학식 3을 통해 계산된 예측 RTT 값을 클러스터 헤더 차량(110)으로 송신할 수 있다. 이때 데이터 전송부(124)에서 송신되는 예측 RTT 값은 다음 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량(110)의 평균 RTT 값 계산부(111)에서 평균 RTT 값 계산 시 이용될 수 있다.
이처럼, 클러스터 멤버 차량(120)은 클러스터 헤더 차량과 가입 관련 메시지를 송수신할 때마다 측정된 RTT 값을 고려하여, RTT 예측부(123)에 저장된 예측 RTT 값을 새로 업데이트하여 저장할 수 있다.
이에 따라 클러스터 헤더 차량(110)의 평균 RTT 값 계산부(111)는 이전 클러스터 멤버 차량 각각에서 측정된 예측 RTT 값과 이전 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 평균 RTT 값을 계산할 수 있다.
차량 수 결정부(112)는 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량(110)의 커버리지 내에 있는 차량들 중 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다.
이때, 차량 수 결정부(112)는 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한지의 여부에 기초하여 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다.
보다 자세하게는, 차량 수 결정부(112)는 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일하지 않은 경우, 현재 비콘 구간에서 새롭게 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 전체의 수로 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다.
예를 들어, 이전 비콘 구간에서 차량 A가 클러스터 헤더 차량이었고, 차량 a, b, c, d, e가 차량 A와 클러스터를 형성한 클러스터 멤버 차량이었다고 가정하자. 이후, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량이 b 차량으로 새롭게 선출되고, 현재 클러스터 헤더 차량 b의 커버리지 내에 차량 A, a, c, d, e가 존재하는 경우, 차량 수 결정부(112)는, 현재 클러스터 헤더 차량인 b에 의하여, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 5(즉, 차량 A, a, c, d, e)으로 결정할 수 있다.
다른 예를 들어, 이전 비콘 구간에서 차량 A가 클러스터 헤더 차량이었고, 차량 a, b, c가 차량 A와 클러스터를 형성한 클러스터 멤버 차량이었다고 가정하자. 이후, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량이 b 차량으로 새롭게 선출되고, 현재 클러스터 헤더 차량 b의 커버리지 내에 차량 A, b 및 새로운 차량 d, e, f, g가 존재하는 경우(이때 차량 c는 현재의 클러스터 헤더 차량 b의 커버리지에서 벗어나 있는 것으로 가정함), 차량 수 결정부(112)는, 현재 클러스터 헤더 차량인 b에 의하여, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 6(즉, 차량 A, b, d, e, f, g)로 결정할 수 있다.
또한, 차량 수 결정부(112)는 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한 경우, 현재 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 이전 비컨 구간에서 현재 클러스터 헤더 차량과 클러스터를 형성하지 않은 새로운 차량의 수로 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다. 이에 대한 보다 실시예의 설명은 후술하기로 한다.
예를 들어, 이전 비콘 구간에서 차량 A가 클러스터 헤더 차량이었고, 차량 a, b, c가 차량 A와 클러스터를 형성한 클러스터 멤버 차량이었다고 가정하자. 이후, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량이 이전 클러스터 헤더 차량과 동일한 차량 A이고, 현재 클러스터 헤더 차량 A의 커버리지 내에 차량 a, b, c 외에 새로운 차량 d, e가 존재하는 경우, 차량 수 결정부(112)는, 현재 클러스터 헤더 차량인 A에 의하여, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 2(즉, 차량 A와 기존에 클러스터를 형성한 차량 a, b, c는 제외하고, 새로운 차량 d, e만 고려함)로 결정할 수 있다.
다른 예를 들어, 이전 비콘 구간에서 차량 A가 클러스터 헤더 차량이었고, 차량 a, b, c, d가 차량 A와 클러스터를 형성한 클러스터 멤버 차량이었다고 가정하자. 이후, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량이 이전 클러스터 헤더 차량과 동일한 차량 A이고, 현재 클러스터 헤더 차량 A의 커버리지 내에 차량 b 외에 새로운 차량 d, e, f가 존재하는 경우(이때, 차량 a, c, d는 현재 클러스터 헤더 차량 A 의 커버리지에서 벗어나 있는 것으로 가정함), 차량 수 결정부(112)는, 현재 클러스터 헤더 차량인 A에 의하여, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 3(즉, 새로운 차량 d, e, f)로 결정할 수 있다.
이처럼, 차량 수 결정부(112)는 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일하지 않은 경우(즉, 현재 비콘 구간에서 새로운 클러스터 헤더 차량이 선출된 경우), 현재 새롭게 선출된 클러스터 헤더 차량에 의하여, 현재 새롭게 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 전체의 수로 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있으며, 또한, 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한 경우, 현재 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 기존에 현재의 클러스터 헤더 차량과 클러스터를 형성한 차량은 고려하지 않고, 현재 클러스터 헤더 차량의 커버리지에 새롭게 진입한 차량의 수로 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다.
길이 결정부(113)는 평균 RTT 값 계산부(111)에서 계산된 평균 RTT 값과 차량 수 결정부(112)에서 결정된 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(33)의 길이를 결정할 수 있다.
길이 결정부(113)는 수학식 4를 이용하여 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(33)의 길이(Length_CH(i))를 결정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112015113276932-pat00004
이때, M은 결정부(112)에서 결정된 클러스터 멤버 차량의 수를 의미하고, AR(i, j)는 평균 RTT 값 계산부(111)에서 계산된 평균 RTT 값을 의미한다.
길이 결정부(113)에서 결정되는 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(33)의 길이는 클러스터 헤더 차량(110)과 클러스터 멤버 차량들 간에 가입 관련 메시지 송수신 시, 불필요한 오버헤드 시간을 줄여 보다 최적화된 클러스터링 주기를 제공하고자 하는 목적에서 예측되는 정보라 할 수 있다. 즉, 길이 결정부(113)는 평균 RTT 값 계산부(111)에서 계산된 평균 RTT 값과 차량 수 결정부(112)에서 결정된 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(33)의 길이를 예측할 수 있다. 이후 예측된 시간 동안에 실제로 클러스터 헤더 차량(110)과 클러스터 멤버 차량들 간에는 가입 관련 메시지가 송수신되며, 이때, 클러스터 헤더 차량(110)과 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량들 각각은 현재 교환된 가입 관련 메시지의 RTT 값을 측정하며, 상기 측정된 값을 본인 차량 각각에 저장하고 있을 수도 있고, 또는 이웃한 차량 테이블에 기록할 수 있다.
이처럼, 길이 결정부(113)에 의하여, 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(33)의 길이가 결정되면, 이후 가입 관련 메시지 송수신부(114)는 길이 결정부(113)에서 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에서 차량 수 결정부(112)에서 결정된 클러스터 멤버 차량들과 가입 관련 메시지를 송수신할 수 있다.
이후, 현재 RTT 값 측정부(115)는 현재 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량(즉, 차량 수 결정부(113)에서 결정된 클러스터 멤버 차량들) 각각의 현재 RTT 값을 측정할 수 있다. 이때, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량과 가입 관련 메시지를 송수신하는 클러스터 멤버 차량들은 각각 현재 교환된 가입 관련 메시지의 교환 시간인 RTT 값을 측정하여 기록하되, 기존에 측정된 RTT 값이 존재할 경우, 현재 측정된 RTT 값으로 업데이트할 수 있다. 이를 통해 클러스터 멤버 차량들 각각은 수학식 2 내지 수학식 3을 통해 예측 RTT 값도 새로 업데이트된 정보로 저장하고 있을 수 있다. 이후 클러스터 멤버 차량들 각각은 현재 측정된 RTT 값이 고려된 새로 예측된 예측 RTT 값을 클러스터 헤더 차량을 포함한 이웃 차량들로 브로드캐스트할 수도 있다.
따라서, 현재 RTT 값 측정부(115)는 현재 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량(즉, 차량 수 결정부(113)에서 결정된 클러스터 멤버 차량들) 각각으로부터 수신한 현재 RTT 값에 기초하여, 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정할 수 있으며, 이때 현재 RTT 값은 다음 비콘 구간에서의 평균 RTT 값을 계산하기 위하여 측정될 수 있다. 또한 현재 RTT 값 측정부(115)는 클러스터 멤버 차량들 각각으로부터 현재 RTT 값 외에 새로 예측된 예측 RTT 값도 수신할 수 있다.
이후 클러스터 정보 전송부(116)는 현재 RTT 값 측정부(115)에서 측정된 클러스터 멤버 차량(즉, 차량 수 결정부(113)에서 결정된 클러스터 멤버 차량들) 각각의 현재 RTT 값이 포함된 현재 클러스터 정보를 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 위치한 차량들로 브로드캐스트할 수 있다. 이때, 클러스터 정보에는 클러스터 멤버 차량 각각에 의하여 예측된 현재 RTT 값 외에 예측 RTT도 포함될 수 있으며, 현재 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, 현재 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터의 ID 정보 등이 전송될 수 있다.
이하에서는 보다 다양한 실시예들을 통해 보다 쉽게 이해될 수 있다.
제1 실시예로서, 이전 비콘 구간에서 차량 A가 클러스터 헤더 차량이었고, 차량 a, b, c가 차량 A와 클러스터를 형성한 클러스터 멤버 차량이었다고 가정하자. 이후, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량이 b 차량으로 새롭게 선출되고, 현재 클러스터 헤더 차량 b의 커버리지 내에 차량 A, b, c가 존재한다고 가정하자.
이때, 현재 클러스터 헤더 차량 b(110)에서, 평균 RTT 값 계산부(111)는 이전 클러스터 멤버 차량의 수인 3(즉, 차량 a, b, c)과 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값(즉, 차량 a의 예측 RTTa 값, 차량 b의 예측 RTTb 값, 차량 c의 예측 RTTc 값)을 수학식 1에 적용함으로써 평균 RTT 값을 계산할 수 있다. 이후, 차량 수 결정부(112)는, 현재의 클러스터 헤더 차량 b가 이전 클러스터 헤더 차량 A와 다르므로, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 3(즉, 차량 A, b, c)으로 결정할 수 있다. 이후 길이 결정부(113)는 평균 RTT 값 계산부(111)에서 계산된 평균 RTT 값과 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량의 수(3)를 수학식 4에 적용함으로써, 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(33)의 길이를 계산할 수 있다.
이후 클러스터 헤더 차량 b의 가입 관련 메시지 송수신부(114)는 길이 결정부(113)에서 결정된 길이 내에 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량의 수에 대응하는 차량들(즉, 차량 A, b, c)과 가입 관련 메시지를 송수신한다. 이후 현재 RTT 값 측정부(115)는, 가입 관련 메시지 송수신부(114)에서 메시지 송수신 시, 차량 A, b, c 각각에 의하여 측정된 현재 RTT 값을 측정한다. 이때, 현재 RTT 값 측정부(115)는 차량 A, b, c 각각으로부터 현재 RTT 값만 수신할 수도 있고, 또는 수학식 2 내시 수학식 3에 기초하여 계산된, 현재 RTT 값이 고려된 예측 RTT 값을 수신할 수도 있다.
이후, 클러스터 헤더 차량 b는 클러스터 정보 전송부(116)를 통해, 현재 RTT 값 측정부(115)에서 측정된 차량 A, b, c 각각의 현재 RTT 값 또는 차량 A, b, c 각각의 예측 RTT 값, 현재 클러스터 헤더 차량 b의 ID 정보, 클러스터 헤더 차량 b에 속한 클러스터 멤버 차량(즉, 차량 A, b, c) 각각의 ID 정보 등이 포함된 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트할 수 있다.
제2 실시예로서, 이전 비콘 구간에서 차량 A가 클러스터 헤더 차량이었고, 차량 a, b, c, d가 차량 A와 클러스터를 형성한 클러스터 멤버 차량이었다고 가정하자. 이후, 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량이 이전 클러스터 헤더 차량과 동일한 차량 A이고, 현재 클러스터 헤더 차량 A의 커버리지 내에 차량 a, b, c 차량 외에 새로운 차량 e, f가 존재한다고 가정하자(이때, 차량d는 현재 비콘 구간에서 클러스터 헤더 차량 A 의 커버리지에서 벗어나 있는 것으로 가정함).
현재 클러스터 헤더 차량 A(110)에서, 평균 RTT 값 계산부(111)는 이전 클러스터 멤버 차량의 수인 4(즉, 차량 a, b, c, d)과 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값(즉, 예측 RTTa 값, 예측 RTTb 값, 예측 RTTc 값, 예측 RTTd 값)을 수학식 1에 적용함으로써 평균 RTT 값을 계산할 수 있다. 이후, 차량 수 결정부(112)는, 현재의 클러스터 헤더 차량 A가 이전 클러스터 헤더 차량 A와 동일하므로, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 2(즉, 차량 A와 이전 비콘 구간에서 이미 클러스터를 형성한 차량 a, b, c를 제외한 새로운 차량 e, f만 고려함)으로 결정할 수 있다.
이후 길이 결정부(113)는 평균 RTT 값 계산부(111)에서 계산된 평균 RTT 값과 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량의 수(2)를 수학식 4에 적용함으로써, 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(33)의 길이를 계산할 수 있다. 이후 클러스터 헤더 차량 A의 가입 관련 메시지 송수신부(114)는 길이 결정부(113)에서 결정된 길이 내에 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량의 수에 대응하는 차량들(즉, 차량 e, f)과 가입 관련 메시지를 송수신한다. 이후 현재 RTT 값 측정부(115)는, 가입 관련 메시지 송수신부(114)에서 메시지 송수신 시, 차량 e, f 각각에 의하여 측정된 현재 RTT 값을 측정한다. 이때, 현재 RTT 값 측정부(115)는 차량 e, f 각각으로부터 현재 RTT 값만 수신할 수도 있고, 또는 수학식 2 내시 수학식 3에 기초하여 계산된, 현재 RTT 값이 고려된 예측 RTT 값을 수신할 수도 있다.
이후, 클러스터 헤더 차량 A는 클러스터 정보 전송부(116)를 통해, 현재 RTT 값 측정부(115)에서 측정된 차량e, f 각각의 현재 RTT 값 또는 차량 e, f 각각의 예측 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트 할 수 있다. 이때 클러스터 정보 전송부(116)는 현재 클러스터 정보로서, 현재 클러스터 헤더 차량 A의 ID 정보, 클러스터 헤더 차량 A에 속한 클러스터 멤버 차량(즉, 차량 a, b, c, e, f) 각각의 ID 정보 등을 더 포함하여 브로드캐스트 할 수 있다.
또한, 클러스터 정보 전송부(116)는 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트할 때, 클러스터 멤버 차량(즉, 차량 a, b, c, e, f)들 전부의 예측 RTT 값을 전송할 수 있으며, 이때, 차량a, b, c는 클러스터 헤더 차량A와 이전 비콘 구간에서 클러스터를 형성했던 차량들로서, 현재 비콘 구간에서는 새로 RTT를 측정할 필요가 없으므로, 예측 RTT 값으로서 이전 비콘 구간에서 측정된 RTT 값만 고려하여 계산된 값을 저장하고 있을 수 있다. 한편, 차량 e, f는 현재 비콘 구간에서 처음으로 RTT 값을 측정했으므로, 차량 e, f 각각의 예측 RTT 값은 현재 비콘 구간에서 측정된 RTT 값만 고려하여 계산된 값을 저장하고 있을 수 있다.
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 일 실시예에 따른 V2V(Vehicle to Vehicle) 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법의 전체 동작 흐름을 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법의 개략적인 전체 동작 흐름도이다. 도 3의 일 실시예에서는 클러스터 헤더 차량이 선정된 이후의 동작 흐름을 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 차량 1(301), 차량 2(302), 차량 3(303), 및 차량 4(304)가 서로 이웃한 위치에 있고, 현재의 비콘 구간에서 4대의 차량 중 차량 2(302)가 클러스터 헤더 차량으로 선출(S301)되었다고 가정하자.
이때, 차량 2(302)는 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과는 다른, 현재 비콘 구간에서 새롭게 선출된 클러스터 헤더 차량일 수 있다. 도 3을 참조한 설명에서는, 차량 2(302)가 현재 비콘 구간에서 새롭게 선출된 클러스터 헤더 차량인 것으로 가정하며, 다른 실시예에 따라서는 현재 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량이 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일할 수도 있다.
단계S302에서는 클러스터 헤더 차량인 차량 2(302)가 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 계산할 수 있다. 즉, 단계S302에서는 차량 2(302)가 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간(즉, S313에 대응하는 Length_CH(i)의 길이를 의미함)의 길이를 예측할 수 있다.
이때, 단계S302에서 클러스터 헤더 차량인 차량 2(302)는 평균 RTT 값 계산부(111)를 통해 이전 비콘 구간(Beacon interval)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수 및 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여 평균 RTT 값을 계산할 수 있으며, 이후에는 차량 수 결정부(112)를 통해 현재 클러스터 헤더 차량인 차량 2(302)의 커버리지 내에 있는 차량들 중 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 결정할 수 있다. 이때, 차량 2(302)는 현재 비콘 구간에서 새롭게 선출된 클러스터 헤더 차량이므로, 차량 수 결정부(113)에서 결정되는 차량 수는 3(즉, 차량 1(301), 차량 3(303), 차량 4(304))일 수 있다. 또한 클러스터 헤더 차량인 차량 2(302)는 길이 결정부(113)를 통해 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정할 수 있다.
이후 단계S303에서 차량 2(302)는 길이 결정부(113)에서 결정된 길이 정보를 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량들(즉, 차량 1(301), 차량 3(303), 차량 4(304))로 브로드캐스트한다.
다음으로, 차량 2(302)는 가입 관련 메시지 송수신부(114)를 통해, 길이 결정부(113)에서 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량들(즉, 차량 1(301), 차량 3(303), 차량 4(304))과 가입 관련 메시지를 송수신할 수 있다(S304 내지 S312).
단계S304 내지 단계S312를 통해, 차량 1(301), 차량 3(303), 차량 4(304) 각각은 차량 2(302)와 가입 관련 메시지를 송수신할 때의 메시지 교환 시간인 RTT 값을 측정하여 기록할 수 있다. 이때, 차량 1(301), 차량 3(303), 차량 4(304) 각각은 이미 기록된 RTT 값이 있을 경우, 현재 측정된 RTT 값으로 업데이트할 수 있다.
보다 자세하게 단계 S303 이후에, 차량 1(301)은 차량 2(302)로 가입 요청(join request) 메시지를 보내고(S304), 그에 대한 가입 응답(join reponse) 메시지를 차량 2(302)로부터 수신(S305)할 수 있으며, 이때 차량 1(301)은 차량 2(302)와 가입 관련 메시지를 송수신(또는 교환)할 때 걸린 시간인 RTT 값을 측정하여 기록할 수 있다. 이때, 차량 1(301)은 이전에 측정된 RTT 값이 존재할 경우, 현재 새롭게 측정된 RTT 값으로 업데이트를 수행할 수 있다(S306).
마찬가지로, 차량 3(303)도 차량 2(302)로 가입 요청 메시지를 보내고(S307), 그에 대한 응답 메시지를 차량 2(302)로부터 수신(S308)할 수 있으며, 이때 차량 3(303)은 차량 2(302)와 가입 관련 메시지를 송수신할 때 걸린 시간인 RTT 값을 측정하여 기록할 수 있으며, 또한 차량 3(303)은 이전에 측정된 RTT 값이 존재할 경우, 현재 새롭게 측정된 RTT 값으로 업데이트를 수행할 수 있다(S309).
차량 4(304)도 차량 2(302)로 가입 요청 메시지를 보내고(S310), 그에 대한 응답 메시지를 차량 2(302)로부터 수신(S311)할 수 있으며, 이때 차량 4(304)는 차량 2(302)와 가입 관련 메시지를 송수신할 때 걸린 시간인 RTT 값을 측정하여 기록할 수 있으며, 또한 차량 4(304)는 이전에 측정된 RTT 값이 존재할 경우, 현재 새롭게 측정된 RTT 값으로 업데이트를 수행할 수 있다(S312).
단계S312이후에, 클러스터 헤더 차량인 차량 2(302)는, 현재 RTT 값 측정부(115)를 통해, 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정할 수 있다. 이때 차량 2(302)는 차량 1(301), 차량 3(303), 차량 4(304) 각각에 의하여 측정된 현재 RTT 값, 또는 수학식 2 내지 수학식 3을 통해 계산된 예측 RTT 값 등을 수신할 수 있다.
이후, 단계S314에서는 차량 2(302)가 클러스터 정보 전송부(116)를 통해, 단계S304 내지 단계S312를 통해 측정된 이웃 차량들 각각의 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트 할 수 있다. 이때, 차량 2(302)는 현재 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, 현재 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터의 ID 정보 등이 더 포함된 클러스터 정보를 브로드캐스트 할 수 있다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 클러스터링 주기 조절 방법에서, 현재 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량과 이전 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량이 다른 경우의 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4(a)는 이전 비콘 구간에서 형성된 클러스터를 나타내고, 도 4(b)는 현재 비콘 구간에서 형성된 클러스터를 나타낸다.
도 4(a)에서 차량 A(401)는 클러스터 헤더 차량을 의미하고, 차량 a(402), 차량 b(403), 및 차량 c(404)는 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터 멤버 차량들을 의미한다.
현재 비콘 구간인 도 4(b)를 참조하면, 도 4(b)에서 현재 선정된 클러스터 헤더 차량이 이전 비콘 구간에서 선정된 클러스터 헤더 차량 A(401)와는 다른 차량 B(406)가 선출되었음을 확인할 수 있다.
이때, 차량 B(406)는 평균 RTT 값 계산부(111)를 통해, 이전 비콘 구간인 도 4(a)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수(즉, 3) 및 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값(즉, 차량 a(402), 차량 b(403), 차량 c(404) 각각의 예측 RTT 값)을 수학식 1에 기초하여 계산할 수 있다.
이후, 차량 B(406)는 차량 수 결정부(112)를 통해, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수로서 5(즉, 차량 A(401), 차량 a(402), 차량 b(403), 차량 c(404), 차량 d(405))를 결정할 수 있다. 이때, 차량 수 결정부(112)는 차량 B(406)가 새로 선출된 클러스터 헤더 차량이므로, 차량 B(406)의 커버리지 내에 있는 전체 차량의 수를 고려하여 5로 결정할 수 있다.
다음으로 차량 B(406)의 길이 결정부(113)는 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량의 수(즉, 5대)와 평균 RTT 값 계산부(111)에서 계산된 평균 RTT 값을 이용하여, 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정(또는 예측)할 수 있다. 이후 차량 B(406)는 길이 결정부(113)에서 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 차량 A(401), 차량 a(402), 차량 b(403), 차량 c(404), 및 차량 d(405) 각각과 가입 관련 메시지를 송수신한다.
이후 차량 B(406)는 가입 관련 메시지를 송수신한 5대의 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정하고, 상기 측정된 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 이웃 차량들로 브로드캐스트한다. 이때, 브로드캐스트되는 클러스터 정보에는 현재 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터 멤버 차량 각각의 ID 정보 등이 포함될 수 있다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 클러스터링 주기 조절 방법에서, 현재 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량과 이전 비콘 구간의 클러스터 헤더 차량이 같은 경우의 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 5(a)는 이전 비콘 메시지에서 형성된 클러스터를 나타내고, 도 5(b)는 현재의 비콘 메시지에서 형성된 클러스터를 나타낸다.
도 5(a)에서 차량 A(501)는 클러스터 헤더 차량을 의미하고, 차량 a(502), 차량 b(503), 및 차량 c(504)는 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터 멤버 차량들을 의미한다.
현재 비콘 구간인 도 5(b)를 참조하면, 도 5(b)에서 현재 선정된 클러스터 헤더 차량 A'(501')가 이전 비콘 구간에서 선정된 클러스터 헤더 차량 A(501)과 동일하고, 위치만 이동했음을 확인할 수 있다.
이때, 차량 A'(501')는 평균 RTT 값 계산부(111)를 통해, 이전 비콘 구간인 도 5(a)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수(즉, 3) 및 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값(즉, 차량 a(502), 차량 b(503), 차량 c(504) 각각의 예측 RTT 값)을 수학식 1에 기초하여 계산할 수 있다.
이후, 차량 A'(501')는 차량 수 결정부(112)를 통해, 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수로서 2(즉, 차량 d(505), 차량 e(506))를 결정할 수 있다. 이때, 차량 수 결정부(112)는, 차량 A'(501')가 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일하므로, 현재 차량 A'(501')의 커버리지 내에 있는 전체 차량들 중 이전 비콘 구간에서 차량 A'(501')와 클러스터를 형성한 차량들(즉, 차량 a(502), 차량 b(503) 차량 c(504))을 제외한 새로운 차량의 수만을 고려하여 2로 결정될 수 있다.
다음으로 차량 A'(501')는 길이 결정부(113)를 통해, 차량 수 결정부(112)에서 결정된 차량의 수(즉, 2대)와 평균 RTT 값 계산부(111)에서 계산된 평균 RTT 값을 이용하여, 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정(또는 예측)할 수 있다. 이후 차량 A'(501')는 길이 결정부(113)에서 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 차량 d(505), 차량 e(506) 각각과 가입 관련 메시지를 송수신할 수 있다.
이후 차량 A'(501')는 가입 관련 메시지를 송수신한 2대의 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정하고, 상기 측정된 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 이웃 차량들로 브로드캐스트한다. 이때, 브로드캐스트되는 클러스터 정보에는 현재 클러스터 헤더 차량의 ID 정보, 클러스터 헤더 차량에 속한 클러스터 멤버 차량 각각의 ID 정보 등이 포함될 수 있다.
이러한 본원의 일 실시예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템 및 방법은 현재 비콘 메시지에 포함된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 정보를 평균 RTT 값(Round Trip Time)과 클러스터 멤버 차량의 수를 고려하여 계산함으로써, 불필요한 오버헤드 시간을 줄일 수 있는 최적화된 클러스터링 주기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본원의 일 실시 예에 따른 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템
110: 클러스터 헤더 차량
111: 평균 RTT 값 계산부 112: 차량 수 결정부
113: 길이 결정부 114: 가입 관련 메시지 송수신부
115: 현재 RTT 값 측정부 116: 클러스터 정보 전송부
120: 클러스터 멤버 차량
121: 가입 요청 메시지 송신부 122: RTT 측정부
123: RTT 예측부 124: 데이터 전송부

Claims (12)

  1. 이전 비콘 구간(Beacon interval)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수 및 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여, 평균 RTT 값을 계산하는 단계;
    현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 단계;
    상기 계산된 평균 RTT 값과 상기 결정된 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 상기 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정하는 단계;
    상기 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 상기 결정된 클러스터 멤버 차량과 가입 관련 메시지를 송수신하는 단계;
    상기 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정하는 단계; 및
    상기 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트하는 단계;
    를 포함하는 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 현재 RTT 값은
    다음 비콘 구간에서의 평균 RTT 값을 계산하기 위해 측정되는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 단계는
    상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한지의 여부에 기초하여 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 단계는
    상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일하지 않은 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 전체의 수로 결정하고,
    상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 상기 이전 비콘 구간에서 상기 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터를 형성하지 않은 새로운 차량의 수로 결정하는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평균 RTT 값을 계산하는 단계는
    상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여 평균 RTT 값을 계산하되,
    상기 예측 RTT 값은
    상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각에서 측정된 최근 업데이트된 RTT 값 및 RTT 값의 측정 횟수에 기초하여 산출된 업데이트된 RTT 값들의 평균 값에 기초하여 계산된 값인 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 현재 비콘 구간은
    이전 비콘 구간에 대한 정보를 수신하는 비콘 기간, 새로운 클러스터 헤더 차량의 선출 여부를 결정하는 클러스터링 결정 서브 기간, 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터 멤버 차량 간에 가입 관련 메시지를 송수신하는 클러스터 형성 서브 기간 및 데이터 전송 기간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 방법.
  7. 이전 비콘 구간(Beacon interval)에서 형성된 이전 클러스터 멤버 차량의 수 및 상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여, 평균 RTT 값을 계산하는 평균 RTT 값 계산부;
    현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 가입 관련 메시지를 송수신할 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 차량 수 결정부;
    상기 계산된 평균 RTT 값과 상기 결정된 클러스터 멤버 차량의 수에 기초하여, 상기 현재 비콘 구간에 적용될 클러스터 형성 서브 기간의 길이를 결정하는 길이 결정부;
    상기 결정된 클러스터 형성 서브 기간의 길이 내에 상기 결정된 클러스터 멤버 차량과 가입 관련 메시지를 송수신하는 가입 관련 메시지 송수신부;
    상기 가입 관련 메시지를 송수신한 클러스터 멤버 차량 각각의 현재 RTT 값을 측정하는 현재 RTT 값 측정부; 및
    상기 현재 RTT 값을 포함한 현재 클러스터 정보를 브로드캐스트하는 클러스터 정보 전송부;
    를 포함하는 V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 현재 RTT 값은
    다음 비콘 구간에서의 평균 RTT 값을 계산하기 위해 측정되는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 차량 수 결정부는
    상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한지의 여부에 기초하여 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 결정하는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차량 수 결정부는
    상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일하지 않은 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 전체의 수로 결정하고,
    상기 현재 비콘 구간에서 선출된 클러스터 헤더 차량이 상기 이전 비콘 구간에서의 클러스터 헤더 차량과 동일한 경우, 상기 클러스터 멤버 차량의 수를 상기 선출된 클러스터 헤더 차량의 커버리지 내에 있는 차량들 중 상기 이전 비콘 구간에서 상기 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터를 형성하지 않은 새로운 차량의 수로 결정하는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 평균 RTT 값 계산부는
    상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각의 예측 RTT 값에 기초하여 평균 RTT 값을 계산하되,
    상기 예측 RTT 값은
    상기 이전 클러스터 멤버 차량 각각에서 측정된 최근 업데이트된 RTT 값 및 RTT 값의 측정 횟수에 기초하여 산출된 업데이트된 RTT 값들의 평균 값에 기초하여 계산된 값인 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 현재 비콘 구간은
    이전 비콘 구간에 대한 정보를 수신하는 비콘 기간, 새로운 클러스터 헤더 차량의 선출 여부를 결정하는 클러스터링 결정 서브 기간, 선출된 클러스터 헤더 차량과 클러스터 멤버 차량 간에 가입 관련 메시지를 송수신하는 클러스터 형성 서브 기간 및 데이터 전송 기간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, V2V 통신을 위한 클러스터링 주기 조절 시스템.
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