KR102197187B1 - Vlc 네트워크에서의 차량의 이동성을 지원하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

VLC 네트워크에서의 차량의 이동성을 지원하기 위한 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, VLC 네트워크의 조정 노드는, 차량의 현재 위치와 차량의 속도를 기초로, 해당 차량에 서빙하는 가로등 그룹이 해당 차량을 추종하도록 제어한다. 즉, 차량이 주행함에 따라, 차량의 주행 방향으로 서빙 셀의 전방에 위치한 가로등들을 현재의 서빙 셀에 추가되는 동시에, 서빙 셀 내의 후단에 위치한 일부 서빙 가로등은 현재의 서빙 셀에서 제거된다. 이러한 기법에 따르면, 차량이 도로상에서 주행함에 따라, 해당 차량을 위한 서빙 셀이 재구성되며, 그 결과 기존의 핸드오버 절차의 필요성이 제거된다.

Description

VLC 네트워크에서의 차량의 이동성을 지원하기 위한 방법{METHOD FOR SUPPORTING MOBILITY OF VEHICLE IN VISIBLE LIGHT COMMUNICATION NETWORK}

본 발명은 주로 차량과 여러 LED 가로등 사이의 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC)에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

가시광 통신(Visible Light Communication: VLC)는 가시광 스펙트럼의 빛을 매체로 사용하여 대기 중으로 광 신호를 직접 전송하는 통신 방식이다. VLC 통신은 넓은 스펙트럼, 높은 전송 속도 및 작은 간섭을 특징으로 하며, 트래픽 집약적인 서비스 흐름의 전송에 사용될 수 있다. 아웃도어 VLC(outdoor VLC)는 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation System: ITS)에서 주로 논의된다. ITS에는 LED 가로등, 교통 신호등, 자동차 LED 조명과 같은 많은 LED 디바이스가 존재하므로, 적은 비용으로 VLC 시스템을 구축할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은 주로 도로상에 주행하고 있는 차량과 여러 가로등 사이의 가시광 통신에 관한 것이다. 이러한 시나리오에서, 가로등의 조명 커버리지는, 셀룰러 통신 시스템에서 전형적으로 셀(cell)로 지칭되는, 무선 커버리지로 볼 수 있다. 차량이 인접한 셀들 사이를 가로 지르면, 다수의 핸드오버가 있을 수 있다. 가로등의 조명 커버리지는 셀룰러 네트워크의 셀에 비해 매우 작기 때문에, 주행하는 차량이 하나의 셀에 머무르는 시간은 매우 짧을 것이다. 다수의 셀들 사이에서 차량에 대한 VLC 링크를 빈번히 스위칭하면 심각한 시그널링 오버 헤드, 지연, 데이터 중단 및/또는 서비스 품질(Quality of Service: QoS) 저하가 발생할 수 있다.

핸드오버 절차는 전형적으로 각각의 모바일 디바이스가 서빙 기지국과 이웃 기지국들에 의해 송신된 신호들의 수신된 신호 세기를 모니터링하는 것에 기초한다. 핸드오버는 일반적으로 두 가지 주요 조건이 충족되는 경우에 개시된다: 첫째, 현재 서빙 기지국의 수신 신호 세기가 이웃 기지국의 수신 신호 세기보다 작고, 둘째, 두 기지국 간의 수신 신호 강도의 차이가 특정 시간주기 동안 일정한 임계 값보다 크다.

이러한 핸드오버 절차는 많은 셀룰러 통신 상황에서 상당히 잘 작동하지만, 예를 들어 고속으로 이동하고 있는 차량과 작은 조명 커버리지를 가지는 가로등 간의 VLC 통신 상황에는 잘 적용되지 않는다. 즉, 핸드오버 요청이 생성되어 새로운 VLC 기지국과의 핸드오버 연결이 적절하게 설정되기 전에, 서빙 VLC 기지국과의 원래의 접속이 손실/드랍될 수 있다. 더욱이, 전형적인 실내 시나리오에서, 인접한 조명들은 전체 실내 공간을 조명하도록 일반적으로 조명 커버리지들이 서로 부분적으로 오버랩 됨에 반해, 도로상에 설치된 가로등들은 대개 그렇지 않다.

본 개시는 차량과의 사이에 VLC 통신을 수행하는 도로상의 가로등들을 포함하는 VLC 네트워크에서, 차량의 이동성을 지원하는 여러 기법들을 제공하고자 한다.

제안된 일부 기법에 따르면, 핸드오버 프로세스가 발생하기에 앞서, 현재의 서빙 셀로부터 곧 타겟 셀로 이동할 차량에 대한 사전 핸드오버 통지가 타겟 셀에 제공된다. 사전 통지는 핸드오버 프로세스가 발생하기에 앞서, 타겟 셀로 하여금 핸드오버를 위한 자원을 예약하는 것을 포함하여 다가올 핸드오버를 준비하게 한다. 사전 핸드오버 통지는, 이동하는 차량의 경로가 알려지거나 예측될 수 있고 그에 따라 타겟 셀이 알려지거나 사전에 예측될 수 있기 때문에, 가능하다. 자원의 예약을 통해, 핸드오버 프로세스로 그러지 않은 경우보다 빠르게 완료될 수 있다. 이러한 방식으로, 고속으로 이동하는 차량에 대해, 성공적인 핸드오버의 가능성이 증가된다.

제안된 다른 일부 기법에 따르면, VLC 네트워크의 조정 노드는, 차량의 현재 위치와 차량의 속도를 기초로, 해당 차량에 서빙하는 가로등 그룹이 해당 차량을 추종하도록 제어한다. 즉, 차량이 주행함에 따라, 차량의 주행 방향으로 서빙 셀의 전방에 위치한 가로등들을 현재의 서빙 셀에 추가되는 동시에, 서빙 셀 내의 후단에 위치한 일부 서빙 가로등은 현재의 서빙 셀에서 제거된다. 이러한 기법에 따르면, 차량이 도로상에서 주행함에 따라, 해당 차량을 위한 서빙 셀이 재구성되며, 그 결과 기존의 핸드오버 절차의 필요성이 제거된다.

본 개시의 일 측면에 의하면, 차량의 이동성을 지원하는 방법은, VLC 연결의 핸드오버 개시가 일어나기 전에, 서빙 셀의 기지국이 서빙 셀에 인접한 셀인 타겟 셀의 기지국에 사전 핸드오버 통지를 전송하는 단계; 및 상기 사전 핸드오버 통지에 응답하여, 상기 타겟 셀의 기지국이 상기 VLC 연결의 핸드오버를 지원하기 위한 자원을 예약하는 단계를 포함한다. 여기서 상기 서빙 셀의 기지국에 의해 제어되는 복수의 가로등이 상기 서빙 셀을 형성하고, 상기 타겟 셀의 기지국에 의해 제어되는 복수의 가로등이 상기 타겟 셀을 형성한다. 상기 방법은, 상기 서빙 셀의 기지국이 상기 차량을 상기 타겟 셀의 기지국으로 핸드오버하기로 결정하는 단계; 및 상기 서빙 셀의 기지국과 상기 타겟 셀의 기지국 간에 상기 핸드오버를 실행하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법의 실시예들은 다음의 특징들을 하나 이상 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 사전 핸드오버 통지는 상기 차량의 통신 모듈을 식별하는 정보를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은, 상기 사전 핸드오버 통지에 응답하여, 상기 타겟 셀의 기지국이 타겟 셀에 접속하는 데 필요한 정보를 포함하는 응답 메시지를 서빙 셀의 기지국에 전송하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 차량을 상기 타겟 셀의 기지국으로 핸드오버하기로 결정하는 단계는, 상기 서빙 셀을 형성하는 일련의 가로등 중에서 마지막 가로등의 조명 커버리지 내에 상기 차량이 위치하는 상황에서 수행된다.

일부 실시예에서, 상기 차량을 상기 타겟 셀의 기지국으로 핸드오버하기로 결정하는 단계는, 상기 서빙 셀 내의 마지막 가로등이 차량으로부터 데이터 패킷의 수신을 알리는 ACK 메시지를 수신한 시점을 기준으로, 상기 차량을 상기 타겟 셀의 기지국으로 핸드오버하기로 결정하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 차량을 상기 타겟 셀의 기지국으로 핸드오버하기로 결정하는 단계는, 상기 서빙 셀의 기지국이 상기 차량으로부터 핸드오버 요청 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 핸드오버 요청 메시지를 수신한 시점을 기준으로, 상기 차량을 상기 타겟 셀의 기지국으로 핸드오버하기로 결정하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 핸드오버를 실행하는 단계는, 상기 서빙 셀의 기지국이 핸드오버 요청 메시지를 상기 타겟 셀의 기지국에 전송하는 단계; 및 상기 서빙 셀의 기지국이 상기 차량으로 상기 타겟 셀에 접속하는 데 필요한 정보를 포함하는 핸드오버 지시 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 서빙 셀의 커버리지 영역 내에 2 이상의 차량이 위치하는 경우에, 상기 서빙 셀의 기지국은, 다중 액세스 기법을 사용하여, 각 차량에 VLC 서비스를 제공한다.

본 개시의 다른 측면에 의하면, 차량의 이동성을 지원하는 방법은, 차량에 서빙하는 가로등 그룹 내에서 상기 차량의 현재 위치와 속도를 결정하는 단계; 상기 차량의 위치와 속도에 기초하여, 상기 차량의 예측된 미래의 위치를 결정하는 단계; 상기 가로등 그룹이 상기 차량의 예측된 미래의 위치를 커버하는 서빙 영역을 가질 수 있도록, 상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계; 및 상기 변경된 가로등 그룹에 관련된 기지국들에게 변경된 가로등 그룹에 관한 정보를 제공하는 단계를 포함한다. 여기서 상기 가로등 그룹에 속하는 복수의 가로등들은 서로 동일한 데이터 패킷을 가진 VLC 신호를 송신한다.

상기 방법의 실시예들은 다음의 특징들을 하나 이상 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는, 상기 가로등 그룹의 전방에 위치한 적어도 하나의 가로등을 상기 가로등 그룹에 추가하는 한편, 상기 가로등 그룹 내에서 후방에 위치한 적어도 하나의 가로등을 상기 가로등 그룹에서 제거하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는, 상기 도로의 교통 트래픽 상황에 대응하여, 상기 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 적응적으로 변경하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는, 시간대별 혹은 요일별로 상기 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 변경하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는, 상기 차량의 속도에 대응하여, 상기 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 변경하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 가로등 그룹에 포함된 가로등의 수는, 하나의 기지국에 의해 제어되는 가로등의 수의 단위로 변경된다.

일부 실시예에서, 상기 차량의 현재 위치와 속도는, 상기 가로등 그룹에 속하는 각 가로등들이 상기 차량으로부터 데이터 패킷의 수신을 알리는 ACK 메시지를 수신한 시점들에 적어도 부분적으로 기초하여 결정된다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 차량으로부터 상기 차량의 현재 위치 또는 속도에 관한 리포트를 수신하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 가로등 그룹의 커버리지 영역 내에 2 이상의 차량이 위치하는 경우에, 상기 상기 가로등 그룹은, 다중 액세스 기법을 사용하여, 각 차량에 VLC 서비스를 제공한다.

도 1은 차량과 여러 LED 가로등 사이에 가시광 통신이 이루어지는 예시적인 V2I 시나리오를 도식화한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, VLC 링크의 사전 핸드오버 준비 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조기 핸드오버를 위한 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 서빙 가로등 그룹이 차량을 추종하는 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 교통 트래픽 상황에 따라 하나의 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 적응적으로 변경하는 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이동성을 지원하는 방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부,' '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 차량과 여러 LED 가로등 사이에 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC)이 이루어지는 예시적인 V2I 시나리오를 도식화한 도면이다.

차량(10)은 VLC 기술에 의한 데이터 통신에 적합한 통신 모듈(미도시)을 구비하며, 예를 들어, 도로(1)의 측면에는, 각각 도로(1)를 조명하기 위한 가시광을 출력하는 조명 모듈(미도시)을 구비한 가로등들이 배치된다.

차량(10)의 통신 모듈은 광 수신기와 광 송신기를 구비하여, 양방향으로 데이터 통신이 가능하다. 차량(10)의 통신 모듈은 데이터를 수신하여 예컨대, 차량 단말기(On Board Unit: OBU; 미도시)에 전송할 수 있다. 통신 모듈은 예컨대 차량(10)의 전방 윈도우 또는 지붕 위에 위치할 수 있다.

가로등(11)의 조명 모듈은 VLC 기술에 의한 데이터 통신에 적합하도록 구성되어, 적어도 가로등(11)의 조명 모듈과 차량(10)의 통신 모듈 사이에서 데이터 통신이 이루어질 수 있다. 각 가로등(11)의 조명 모듈은 관련된 기지국(13)에 의해 제어되며, 인접한 기지국(13)들간에 서로 통신하는 것도 가능하다. 기지국(13)들은 관련된 조정 노드(15)를 통해 백홀 네트워크(20)에 연결될 수 있다. 조정 노드(15)는 라우터 혹은 스위치일 수 있다. 대안적으로, 차량과 가로등은 업링크 경로를 형성하기 위해, RF 통신 혹은 IR 통신을 사용할 수도 있다.

설명의 편의를 위해, 이하의 설명에서는, 용어 "가로등의 조명 모듈"과 용어 "가로등"은 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 유사하게, 용어 "차량(10)의 통신 모듈"과 용어 "차량"은 상호 호환적으로 사용될 수 있다.

가로등(11)의 조명 커버리지(12)는 셀룰러 네트워크의 셀에 비해 매우 작기 때문에, 주행하는 차량(10)이 하나의 가로등(11)의 조명 커버리지 영역(12)에 머무르는 시간은 매우 짧은 것이다. 다수의 가로등들(11) 사이에서 차량(10)에 대한 VLC 링크를 빈번히 스위칭하면 심각한 시그널링 오버 헤드, 지연, 데이터 중단 및/또는 서비스 품질(Quality of Service: QoS) 저하가 발생할 수 있다.

이하에 서술하는 바와 같이, 본 발명은 가로등들의 그룹화를 통해, 차량과 가로등 사이의 통신 커버리지를 확대한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에서, 각 기지국(13)에는 복수의 가로등들(11)이 통신적으로 연결되어 있으며, 각 기지국(13)은 관련된 가로등들(11)의 VLC 통신을 제어할 수 있다. 각 기지국(13)은 관련된 가로등들(11)이 동일한 데이터를 포함하는 VLC 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 따라서, 동일한 기지국(13)에 관련된 각 가로등들(11)이 제공하는 조명 커버리지들은 해당 기지국(13)의 VLC 통신 커버리지, 서빙 영역 혹은 셀을 형성한다고 볼 수 있다. 다시 말해, 복수의 가로등이 그룹화되어 하나의 셀을 형성한다. 하나의 셀 내의 모든 가로등들은 동일한 기지국에 의해 통신이 제어되며 서로 동기화된다. 각 가로등 그룹은 그룹 식별자(Group ID)로 식별되며, 각 가로등은 가로등 식별자(Light ID)로 식별될 수 있다. 가로등의 송신하는 데이터 패킷의 헤더에는 자신이 속하는 그룹 식별자와 자신의 가로등 식별자가 포함될 수 있다. 각 가로등이 송신하는 데이터 패킷의 페이로드에는 모두 동일할 수 있다.

셀 내의 모든 가로등이 동일한 데이터를 전송하기 때문에 셀 내에서 이동할 때 차량은 셀 내의 일련의 가로등들 중에서 어느 하나의 가로등으로부터 데이터 패킷을 수신한다. 현재 가로등이 차량의 시야를 벗어날 때, 차량은 다음 가로등으로부터 데이터 패킷을 즉시 수신하게 될 것이다. 차량은 데이터 패킷을 수신할 때마다 가로등에 ACK 메시지를 송신할 수도 있다. 따라서, 셀 내의 어느 가로등이 ACK 메시지를 수신하였는지를 기초로, 기지국은, 주행중인 차량이, 현재, 셀 내의 어느 지점에 도달하였는지 알 수 있거나 추정할 수 있다. 또한, 셀 내의 일련의 가로등들이 ACK 메시지를 수신한 시점들과 각 가로등 사이의 간격에 기초하여, 기지국은, 셀 내에서 주행 중인 차량의 속도를 추정할 수도 있다.

셀 내의 각 가로등의 커버리지가 서로 중첩된다면, 차량이 현재의 가로등의 커버리지에서 벗어날 때, 차량은 다음 가로등으로부터 VLC 신호를 즉시 수신하게 된다. 즉, 차량이 셀 내부에서 이동할 때, 항상 중단없이 통신을 유지된다. 따라서, 셀 내에서 가로등들을 지나가는 동안, VLC 링크를 전환하기 위한 시그널링 오버헤드가 제거된다.

한편, 도 1에 예시된 가로등 배치 모델에서와 같이, 인접한 2개의 가로등(11) 사이에 조명되지 않는 비-커버리지 영역이 존재할 수 있다. 비-커버리지 영역에서는, VLC 통신 링크가 인터럽트 될 것이다. 비-커버리지 영역의 간격을 'L'[m]이라 하고, 차량(10)의 이동 속도를 'v'[m/s]할 때, 차량(10)이 다음 커버리지 영역에 진입할 때까지 소요되는 시간은 t = L/v [s]이다. 이 시간동안, 통신 링크는 인터럽트된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 차량(10)이 서빙 셀을 떠날 때, 다음 셀로 진입하기 때까지 잃어버릴 데이터의 총량보다 많은 양을 버퍼 공간에 저장해 둠으로써, 이러한 인터럽트를 피한다.

이 시간 동안 잃어버릴 데이터의 총량을 추정하고, 해당 데이터만큼의 충분한 버퍼 공간을 남겨둠으로써, 통신 링크는 건강하게 유지될 수 있다. 평균 전송율을 'B'라고 하면, 버퍼 공간은 G > B × t 이다. 버퍼 사이즈는 차량(10)의 속도에 상반되게 관련된다. 즉, 차량(10)의 속도가 낮을 때, 더 큰 버퍼 사이즈 필요할 것이다. 차량(10)의 속도가 증가할 때, 버퍼 사이즈는 감소할 것이다.

한편, 차량(10)이 현재 셀에서 다음 셀로 이동하는 동안, 차량(10)의 통신 연결을 유지하려면 핸드오버가 필요하다. 셀룰러 네트워크에서, 핸드오버 프로세스는 ⅰ) 핸드오버 개시(handover initiation; '핸드오버 결정'이라고도 지칭됨), ⅱ) 타겟 셀 선택(target cell selection) 및 ⅲ) 핸드오버 실행(handover execution)의 세 단계(stage)로 구분될 수 있다. 핸드오버 개시는 현재 셀에서 다른 셀로 통신 링크를 전환하기로 결정하는 작업이다. 이 결정은 보통 모바일 디바이스의 수신된 신호의 강도에 기초하여 이루어진다. 수신된 신호가 약해지면, 모바일 디바이스는 스위칭 시간에 따라 다른 셀로 스위칭하도록 결정한다. 몇몇 셀 후보들이 이용 가능하기 때문에, 이들 중 하나가 타겟 셀로서 선택되어야 한다. 일단 타겟 셀이 결정되면, 핸드오버 실행 단계가 일어난다. 핸드 오버 실행 단계에서, 현재 셀에서 타겟 셀로 통신 세션을 전달하기 위해 모바일 교환기뿐만 아니라 모바일 디바이스와 지지국들 사이에 메시지가 교환된다.

셀룰러 네트워크에서 모바일 디바이스는 수많은 셀로 둘러 쌓여 있으므로 핸드오버하기에 최적의 셀을 선택하는 것은 여러 가지 요인에 의해 영향을 받는다. 그러나, VLC 네트워크가 적용된 V2I 시나리오에서, 타겟 셀은 매우 간단하고 직관적으로 결정된다. 즉, 가로등들(11)이 도로(1) 상에 일렬로 배열되어 있기 때문에, 현재 셀에 인접하여 배열된 다음 셀이 타겟 셀로 결정된다. 따라서, VLC 네트워크가 적용된 V2I 시나리오에서, 타겟 셀 선택은 핸드오버 프로세스에서 생략되거나, 핸드오버 프로세스에 앞서 수행될 수 있다.

셀룰러 네트워크와 VLC 네트워크 간의 또 다른 차이점은 셀 크기이다. 통상적으로, 셀룰러 네트워크는 1 내지 20 km 범위의 셀 크기를 가지며, 모바일 디바이스는 서빙 셀 밖으로 이동하는 데에 상당한 시간을 소요된다. VLC 네트워크가 적용된 V2I 시나리오에서, 각 셀은 수십 미터 간격으로 배치된 몇몇 가로등만을 포함하므로, 셀 크기는 보통 수 백 미터에 불과하다. 빠른 이동 속도로 인해 차량이 서빙 셀 밖으로 이동하는 데에 소요되는 시간이 매우 짧기 때문에, 핸드오버가 드랍될 가능성은 셀룰러 네트워크에 비해 훨씬 높다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, VLC 링크의 사전 핸드오버 준비 기법을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 핸드오버 프로세스가 발생하기에 앞서, 현재의 서빙 셀로부터 곧 타겟 셀로 이동할 차량(10)에 대한 사전 핸드오버 통지를 타겟 셀에 제공함으로써 이러한 문제점을 극복한다. 사전 통지는 해당 차량(10)에 대한 통신 링크의 핸드오버 프로세스가 발생하기에 앞서, 타겟 셀로 하여금 VLC 접속의 핸드오버를 위한 자원을 예약하는 것을 포함하여 다가올 핸드오버를 준비하게 한다. 사전 핸드오버 통지는, 이동하는 차량(10)의 경로가 알려지거나 예측될 수 있고 그에 따라 타겟 셀이 알려지거나 사전에 예측될 수 있기 때문에, 가능하다. 자원의 예약을 통해, 핸드오버 프로세스로 그러지 않은 경우보다 빠르게 완료될 수 있다. 이러한 방식으로, 고속으로 이동하는 차량(10)에 대해, 끊김없이, 성공적인 핸드오버의 가능성이 증가된다.

사전 핸드오버 통지는 차량(10)이 현재 서빙 셀과 통신 링크를 형성한 후부터 핸드오버 프로세스가 실행되기 전까지 어느 시점에 이루어져도 무방하다. 다만, 차량의 속도가 빠를수록 사전 핸드오버 통지는 조기에 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 사전 핸드오버 통지는, 핸드오버될 차량(10)의 통신 모듈을 식별하는 정보를 포함할 수 있다. 사전 핸드오버 통지는, 차량(10)의 추정된 현재 속도 혹은 타겟 셀에 도달할 타이밍에 관한 정보를 더 포함할 수도 있다. 사전 핸드오버 통지는, 서빙 셀의 기지국(13a) 혹은 조정 노드(15)에 의해 타겟 셀의 기지국(13b)에 제공될 수 있다. 타겟 셀의 기지국(13b)은 사전 핸드오버 통지에 응답하여, 타겟 셀에 접속하는 데 필요한 정보를 포함하는 응답 메시지를 서빙 셀의 기지국(13a)에 전송할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조기 핸드오버를 위한 방법을 도시한 흐름도이다.

(S310) 핸드오버 개시가 일어나기 전에, 서빙 셀의 기지국(13a)은, 차량(10)이 타겟 셀에 접근하고 있다는 판단에 기초하여, 서빙 셀에 인접한 셀인 타겟 셀의 기지국(13b)에 사전 핸드오버 통지 메시지를 전송한다.

(S320) 사전 핸드오버 통지 메시지에 응답하여, 타겟 셀의 기지국(13b)은 차량의 VLC 통신 링크의 핸드오버를 지원하기에 충분한 자원을 예약한다. 타겟 셀의 기지국(13b)은 차량의 타겟 셀에 빠르게 접속할 수 있도록, 타겟 셀에 접속하는 데 필요한 정보를 포함하는 응답 메시지를 서빙 셀의 기지국(13a)에 전송할 수 있다.

(S330~S340) 그 후, 핸드오버 개시 단계와 핸드오버 실행 단계를 포함하는 핸드오버 프로세스가 수행된다. 핸드오버 프로세스는, 전형적으로, 차량(10)이 서빙 셀을 구성하는 일련의 가로등 중에서 마지막 가로등(예컨대, 도 2에 11_last로 표기된 가로등)의 조명 커버리지 내에 위치하는 상황에서 수행될 수 있다.

핸드오버 결정은 서빙 셀의 기지국(13a)에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 셀 내의 마지막 가로등(11_last)이 차량(10)으로부터 ACK 메시지를 수신한 시점을 기준으로, 서빙 셀의 기지국이 VLC 연결을 타겟 셀로 전환하기로 결정할 수도 있다. 대안적으로, 서빙 셀의 기지국(13a)은, 차량(10)으로부터 핸드오버 요청 메시지를 수신하는 것에 응답하여, VLC 연결을 타겟 셀로 전환하기로 결정할 수도 있다. 차량(10)은, 마지막 가로등의 식별자가 포함된 데이터 패킷을 수신되면, 핸드오버 요청 메시지를 서빙 셀의 기지국(13a)에 전송할 수 있다. 나아가 서빙 셀의 기지국(13a) 혹은 차량(10)은 VLC 신호의 RSS(Received Signal Strength)에 기초하여, 기존의 셀룰러 네트워크에서와 유사한 방식으로, 핸드오버할 타이밍을 결정할 수도 있다.

핸드오버 실행 단계에서, 서빙 셀의 기지국(13a)은 핸드오버 요청 메시지를 타겟 셀의 기지국(13b)에 전송하고, 타겟 셀에 접속하는 데 필요한 정보를 포함하는 핸드오버 지시 메시지를 차량(10)에게 전송함으로써, 차량(10)이 타겟 셀로 핸드오버할 것을 지시한다. 차량(10)은 서빙 셀과의 접속을 끊고, 타겟 셀에 접속한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 서빙 가로등 그룹이 차량을 추종하는 기법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, VLC 네트워크의 조정 노드는, 차량의 현재 위치와 차량의 속도를 기초로, 해당 차량에 서빙하는 가로등 그룹이 해당 차량을 추종하도록 제어한다. 즉, 차량이 주행함에 따라, 해당 차량을 서빙하는 셀을 구성하는 가로등들이 변경된다. 다시 말해, 차량이 주행함에 따라, 차량의 주행 방향으로 서빙 셀의 전방에 위치한 가로등들을 현재의 서빙 셀에 추가되는 동시에, 서빙 셀 내의 후단에 위치한 일부 서빙 가로등은 현재의 서빙 셀에서 제거된다. 본 실시예에서, 서빙 셀을 구성하는 가로등들을 변경하는데에 차량이 개입하지 않는다. 즉, 차량과 VLC 네트워크 간에는 스위칭을 위한 시그널링이 필요없다. 서빙 셀을 구성하는 가로등들의 일부 교체는 주기적으로 수행될 수 있으며, 서빙 셀이 차량의 위치를 추종하는 것을 담보하기 위해, 차량의 속도가 증가할수록 좀 더 빈번히 수행될 수 있다. 이러한 기법에 따르면, 차량이 도로상에서 주행함에 따라, 해당 차량을 위한 서빙 셀이 재구성되며, 그 결과 기존의 핸드오버 절차의 필요성이 제거된다.

전술한 바와 같이, 서빙 셀 내의 어느 가로등이 ACK 메시지를 수신하였는지를 기초로, 조정 노드는, 주행중인 차량이 현재 셀 내의 어느 지점에 도달하였는지 알 수 있거나 추정할 수 있다. 또한, 서빙 셀 내의 일련의 가로등들이 ACK 메시지를 수신한 시점들과 각 가로등 사이의 간격에 기초하여, 셀 내에서 주행 중인 차량의 속도를 추정할 수도 있다. 대안적으로, 차량은 주기적으로 자신의 지리적 위치(혹은 VLC 링크가 수립된 가로등의 식별자)와 속도를, 조정 노드에 보고할 수도 있다.

차량이 VLC 네트워크에 처음 접속할 때, 조정 노드는, 차량의 현재 위치를 기준으로 전후의 몇몇 가로등을 서빙 가로등 그룹으로 설정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 교통 트래픽 상황에 따라 하나의 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 적응적으로 변경하는 기법을 설명하기 위한 도면이다.

차량의 속도가 2배로 증가하면, 가로등 그룹 사이의 스위칭 타이밍도 2배 짧아지고, 그에 따라, 네트워크 관점에서, 스위칭을 위한 시그널링으로 인한 단위 시간당 트래픽도 2배 증가할 것이다. 만약, 차량의 속도가 2배로 증가하는 것에 대응하여 하나의 그룹에 포함된 가로등의 수를 2배로 증가시키면, 가로등 그룹 사이의 스위칭 타이밍은 여전히 그대로일 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 VLC 네트워크는, 교통 트래픽 상황 또는 현재 서빙하고 있는 차량의 속도에 따라, 하나의 그룹에 포함된 가로등의 수를 적응적으로 변경한다. 예컨대, 해당 도로의 교통량이 높아질수록, 하나의 그룹에 포함된 가로등의 수는 점차적으로 혹은 단계적으로 줄어든다. 반대로, 해당 도로의 교통 트래픽이 낮아질수록, 하나의 그룹에 포함된 가로등의 수는 점차적으로 혹은 단계적으로 증가한다. VLC 네트워크는, 시간대별 혹은 요일별로 하나의 그룹에 포함된 가로등의 수를 변경할 수도 있다.

하나의 가로등 그룹에 속하는 가로등들은 모두 동일한 기지국에 의해 제어되는 가로등일 수도 있으며, 서로 상이한 기지국에 속하는 가로등들이 하나의 가로등 그룹을 형성할 수도 있다. 또한, 하나의 그룹에 포함된 가로등의 수는, 하나의 기지국에 의해 제어되는 가로등의 수의 단위로 변경될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이동성을 지원하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6에 도시된 방법은 VLC 네트워크 상의 조정 노드에 의해 수행될 수 있다.

(S610) 조정 노드는, 차량에 서빙하는 가로등 그룹 내에서 차량의 현재 위치와 속도를 결정한다. 가로등 그룹에 속하는 복수의 가로등들은 서로 동일한 데이터 패킷을 가진 VLC 신호를 송신한다. 조정 노드는, 가로등 그룹 내의 어느 가로등이, 차량으로부터, 데이터 패킷을 수신하였음을 알리는 ACK 메시지를 수신하는지를 기초로, 주행중인 차량이 가로등 그룹 내의 어느 지점에 도달하였는지 알 수 있거나 추정할 수 있다. 대안적으로, 조정 노드는, 차량으로부터, 주기적으로 차량의 지리적 위치(혹은 VLC 링크가 수립된 가로등의 식별자)와 속도를 알리는 메시지를 수신할 수도 있다.

(S620) 조정 노드는, 차량의 위치와 속도에 기초하여, 차량의 예측된 미래의 위치를 결정한다.

(S630) 조정 노드는, 가로등 그룹이 차량의 예측된 미래의 위치를 커버하는 서빙 영역을 가질 수 있도록, 서빙 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경한다. 즉, 조정 노드는 서빙 셀을 재구성한다. 예컨대, 조정 노드는, 가로등 그룹의 전방에 위치한 적어도 하나의 가로등을 상기 가로등 그룹에 추가하는 한편, 가로등 그룹 내에서 후방에 위치한 적어도 하나의 가로등을 가로등 그룹에서 제거한다. 조정 노드는, 상기 차량이 주행 중인 도로의 교통 트래픽 상황에 대응하여, 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 적응적으로 변경할 수도 있다. 예컨대, 해당 도로의 교통량이 높아질수록, 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수는 점차적으로 혹은 단계적으로 줄어든다. 반대로, 해당 도로의 교통 트래픽이 낮아질수록, 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수는 점차적으로 혹은 단계적으로 증가한다. 조정 노드는, 시간대별 혹은 요일별로 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 변경할 수도 있다. 조정 노드는, 상기 차량의 속도에 대응하여, 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 변경할 수도 있다.

(S640) 조정 노드는, 변경된 가로등 그룹에 관련된 기지국들에게 변경된 가로등 그룹에 관한 정보를 제공한다. 이후 자원 재구성, 베어러 경로 변경 등을 통해, 변경된 가로등 그룹에 속하는 복수의 가로등들은 서로 동일한 데이터 패킷을 가진 VLC 신호를 송신하게 된다.

한편, 가로등 그룹의 크기가 크거나 교통이 혼잡한 경우와 같이, 일부 경우에, 하나의 가로등 그룹이 지원하는 셀 내에는 2 이상의 차량이 위치할 수 있다. 가로등 그룹은 이들 차량으로 동시에 서비스를 제공할 수도 있다. 이것은, 셀룰러 네트워크에서, 다중 액세스로 알려져 있다. 셀룰러 시스템에서는, TDMA(time-division multiple access), CDMA (code-division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)과 같은 다수의 다중 액세스 기술이 개발되었다. VLC 네트워크에서 적절한 다중 액세스 방식에 대한 해결책 중 하나는 RF 셀룰러 시스템에서 사용되는 다중 액세스 기술을 채택하는 것이다. VLC 네트워크에서 다중 액세스 기법을 사용하기 위한 많은 연구가 수행되었다. TDMA에서, 각각의 UE는 전송을 위한 시간 슬롯이 주어진다. CDMA에서, 각 UE에 대한 신호에는 고유한 직교 코드가 할당되고, 원하는 신호는 할당된 코드를 사용하여 취득될 수 있다. VLC 네트워크에서 광학 직교 코드, 유니폴라(unipolar) m-시퀀스 및 월시-하다마드(Walsh-Hadamard) 코드와 같은 다수의 직교 코드의 설계가 가능하다. 직교 부반송파들을 다수의 UE들에 분배하는 OFDMA를 사용할 수도 있다. 또한, 가로등의 통신 모듈이 서로 다른 색상으로 구분되는 신호들을 지원하는 경우에 WDMA(wavelength division multiple access)도 고려될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 도로 10: 차량
11: 가로등 12: 조명 커버리지
13: 기지국 15: 조정 노드

Claims (9)

1. 차량과의 사이에 VLC 통신을 수행하는 도로상의 가로등들을 포함하는 VLC 네트워크에서, 상기 차량의 이동성을 지원하는 방법에 있어서,
   차량에 서빙하는 가로등 그룹 내에서 상기 차량의 현재 위치와 속도를 결정하는 단계, 여기서 상기 가로등 그룹을 구성하는 복수의 가로등들은 서로 동일한 데이터 패킷을 가진 VLC 신호를 송신함;
   상기 차량의 위치와 속도에 기초하여, 상기 차량의 예측된 미래의 위치를 결정하는 단계;
   상기 가로등 그룹이 상기 차량의 예측된 미래의 위치를 커버하는 서빙 영역을 가질 수 있도록, 상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계; 및
   상기 변경된 가로등 그룹에 관련된 기지국들에게 변경된 가로등 그룹에 관한 정보를 제공하는 단계
   를 포함하고,
   상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는,
   상기 가로등 그룹의 전방에 위치한 적어도 하나의 가로등을 상기 가로등 그룹에 추가하는 한편, 상기 가로등 그룹 내에서 후방에 위치한 적어도 하나의 가로등을 상기 가로등 그룹에서 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는,
   상기 도로의 교통 트래픽 상황에 대응하여, 상기 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 적응적으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는,
   시간대별 혹은 요일별로 상기 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가로등 그룹을 구성하는 가로등들의 일부를 변경하는 단계는,
   상기 차량의 속도에 대응하여, 상기 가로등 그룹에 속하는 가로등의 수를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가로등 그룹에 포함된 가로등의 수는,
   하나의 기지국에 의해 제어되는 가로등의 수의 단위로 변경되는 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 차량의 현재 위치와 속도는,
   상기 가로등 그룹에 속하는 각 가로등들이, 상기 차량으로부터 데이터 패킷의 수신을 알리는 ACK 메시지를 수신한 시점들에 적어도 부분적으로 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 차량으로부터 상기 차량의 현재 위치 또는 속도에 관한 리포트를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가로등 그룹의 커버리지 영역 내에 2 이상의 차량이 위치하는 경우에, 상기 상기 가로등 그룹은, 다중 액세스 기법을 사용하여, 각 차량에 VLC 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는, 방법.

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