KR102256269B1 - 중첩된 차량 네트워크에서의 스마트 핸드 오버 방법 - Google Patents

중첩된 차량 네트워크에서의 스마트 핸드 오버 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 핸드오버 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제1 노변장치가 차량의 주행 정보를 기반으로 핸드오버 필요성을 판단하는 단계, 상기 차량이 핸드오버가 필요한 경우 서버에 차량 정보와 함께 핸드오버 요청 메시지를 전달하는 단계, 상기 서버는 상기 주행 정보를 기반으로 최적의 상태인 제2 노변장치를 선정하고, 상기 제2 노변장치로 핸드오버 메시지를 전달하는 단계, 상기 제2 노변장치는 핸드오버 메시지를 받아 통신 채널 할당 정보 및 핸드오버 승인 메시지를 상기 서버로 전송하는 단계, 상기 서버는 상기 제2 노변장치로부터 받은 통신 채널 할당 정보를 제1 노변장치를 거쳐 상기 차량으로 전달하는 단계, 상기 서버가 오픈브이스위치(OpenVSwtich)에게 플로우 업데이트(flow Update) 메시지를 전송하여 플로우 엔트리(Flow Entry)를 업데이트 하는 단계, 상기 차량은 상기 제2 노변장치로부터 받은 통신 채널 할당 정보로 채널 정보를 변경하여 핸드오버를 수행하는 단계로 구성되어 다양한 레벨의 차량 밀도에서 지연 없는 핸드오버 방식을 제공할 수 있다.

Description

중첩된 차량 네트워크에서의 스마트 핸드 오버 방법{Method for Handover at Overlapped Vehicle Networks}
본 발명은 차량의 핸드오버 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 중첩된 차량 네트워크 환경에서 시분할 다중 접속 슬롯을 이용한 핸드오버 방법에 관한 것이다.
차량 네트워크는 지능형 교통 시스템 (ITS)의 안전에 필수적이며, 이를 위하여 차량의 위치, 이동 방향, 속도, 비정상적 교통상황 및 도로조건, 예상 충돌 위험 등의 시간 및 장에 따르는 안전 메시지를 브로드캐스트함으로써 운전을 위한 도로의 안전성을 향상시키는 것을 목표로 하고 있다.
최근, 과학기술의 발전과 더불어 운전자 없이 자동으로 운행하는 무인 자동차 기술이 개발되고 있으며, 이러한 무인 자동차를 이용한 도로 주행을 수행함으로써 지능형 교통 시스템의 중요성이 더욱 부가되고 있다.
지능형 교통 시스템을 위하여 국제 협약으로 IEEE 802.11p, IEEE 1709 및 차량 환경 무선 액세스(wireless access in vehicular environment, WAVE) 등의 차량 네트워크 환경이 확립되어 있으며, 이러한 차량 네트워크 환경을 사용할 수 있는 온보드 유닛(Onboard Unit, OBN)이 차량에 장착되어 차량과 도로 인프라 사이에서 최대 1km 범위의 고속 이동성(최대 200km/h)을 유지하며 차량들이 주행하고 있다.
상기 IEEE 1709 표준은 채널 액세스에 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피 매체접근 제어(carrier sense multiple access with collision avoidance medium access control, CSMA/CA MAC)가 사용되는 장치의 다중 채널 조정에 대한 IEEE 802.11p 표준의 확장을 지정하는 IEEE 1709.4를 포함하여 더 높은 통신 계층에서 WAVE의 작동을 정의하고 있다. IEEE 1709.4 사양에 따라 MAC은 고정 길이(100ms)의 채널 액세스 시간 간격(동기 간격)을 제어 채널 간격(control channel interval, CCHI)과 서비스 채널 간격(service channel interval, SCHI)으로 나누어 여러 채널을 조정한다. CCHI 동안 모든 OBU는 기본 안전 메시지(basic safety message, BSM) 및 시스템 제어 메시지 교환을 위해 CCH 주파수에 맞게 조정해야 한다.
그러나, 이러한 IEEE 1709.4는 고정된 제어 기간 및 서비스 시간 간격을 갖는 동기식 MAC 서브 동작에 의해 CCH 및 SCH의 비효율적인 이용을 초래하며, 가변 트래픽 요구에 응답하여 적응적이고 지능적인 시간 할당을 수행하는 것을 금지하는 문제가 있다. 가변 CCHI는 서비스 포화 처리량을 향상시키기 위하여 CCHI의 지속 시간을 동적으로 조정하는 방식으로 문제를 해결하려 하였으나, 이러한 방법을 통해서는 CCHI의 효율은 증대되지만 SCH 자원이 여전히 낭비되는 문제점을 가지고 있다.
또한, IEEE 802.11p 및 IEEE 1709 MAC 프로토콜을 기반으로 하는 차량 애드 혹 네트워크(Vehicular ad-hoc network, VANET)에서 기본 안전 메시지(basic safety message, BSM) 메시지 교환은 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피(carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA/CA)의 기본 랜덤 액세스 메커니즘으로 인해 더 높은 트래픽 로드에서 무제한 전송 대기 시간을 겪을 수 있다.
많은 연구 결과에 따르면 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피 기술을 사용한 다중 채널 액세스 체계는 제한된 지연으로 안전 메시지를 안정적으로 브로드캐스트하는데 성능이 좋지 않으며, 밀집된 차량 애드 혹 네트워크 환경에서는 안전하지 않은 메시지 교환의 처리량이 낮은 문제가 있다.
또한, 상기와 같은 차량 네트워크 시스템을 통하여 핸드오버를 수행하는 경우에 모든 OBU는 BSM 및 시스템 제어 메시지 교환을 위해 CCH 주파수를 맞추기 위하여 핸드오버 시마다 가변장치에 등록/해제를 하고, 주파수를 설정하는 동작을 하여야 하며, 이로 인하여 핸드오버 동작 시 불필요한 메시지 교환이 증가하여 네트워크 사용량 증가로 인한 지연 및 오류 발생의 위험이 크다.
본 발명은 상기 기술적 과제에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대도시의 많은 고밀도 차량을 지원하는데 사용할 수 있는 소프트웨어 정의 네트워크 기반 분산 시스템(software-defined networking-based distribution system, SDN-DS) 인프라와 중첩된 차량 네트워크(overlapped vehicular networks, OVN)를 위한 슬롯형 시분할 다중 접속 멀티채널 매체 접근 제어(slotted time division multiple access multichannel MAC, STMC-MAC)를 이용한 핸드오버 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 차량의 핸드오버 방법은 제1 노변장치가 차량의 주행 정보를 기반으로 핸드오버 필요성을 판단하는 단계, 상기 차량이 핸드오버가 필요한 경우 서버에 차량 정보와 함께 핸드오버 요청 메시지를 전달하는 단계, 상기 서버는 상기 주행 정보를 기반으로 최적의 상태인 제2 노변장치를 선정하고, 상기 제2 노변장치로 핸드오버 메시지를 전달하는 단계, 상기 제2 노변장치는 핸드오버 메시지를 받아 통신 채널 할당 정보 및 핸드오버 승인 메시지를 상기 서버로 전송하는 단계, 상기 서버는 상기 제2 노변장치로부터 받은 통신 채널 할당 정보를 제1 노변장치를 거쳐 상기 차량으로 전달하는 단계, 상기 서버가 오픈브이스위치(OpenVSwtich)에게 플로우 업데이트(flow Update) 메시지를 전송하여 플로우 엔트리(Flow Entry)를 업데이트 하는 단계, 상기 차량은 상기 제2 노변장치로부터 받은 통신 채널 할당 정보로 채널 정보를 변경하여 핸드오버를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신 채널은 제어 채널(Control Channel, CCH) 및 기본 안전 메시지 채널(Basic Safety Message Channel, BSMCH) 의 동기 간격을 복수 개의 슬롯으로 분할한 시분할 다중 접속(TDMA)슬롯으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 주행 정보는 상기 차량의 GPS 위치 정보, 진행 방향, 속력 중 하나 이상의 안전과 관련된 정보일 수 있다.
또한, 상기 차량 정보는 상기 차량의 식별자(ID), 결합 식별자, 상기 주행 정보 및 상기 차량의 위치 정보일 수 있다.
또한, 상기 제2 노변장치를 선정하는 단계는 상기 차량의 위치 정보 및 주행 정보를 기반으로 인접한 노변 장치들의 채널 이용률과 트래픽 상황을 고려하여 결정할 수 있다.
또한, 핸드오버 승인 메시지를 상기 서버로 전송하는 단계는 상기 제2 노변장치가 핸드오버를 수행할 상기 차량으로 전송될 데이터를 미리 받아 저장할 수 있도록 패킷 버퍼링을 미리 수행할 수 있다.
또한, 핸드오버를 수행하는 단계는 상기 주행 정보를 송신하기 위한 채널 변경과 상기 주행 정보를 송신하는 전송 주기를 조절하는 단계, 상기 제2 노변장치로부터 비컨 메시지를 수신하여 통신 테스트를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크는 다양한 레벨의 차량 밀도에서 지연 없는 핸드오버 방식을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 네트워크는 차량 밀도가 높은 대도시 지역에서 지연 없이 안정적인 통신 환경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 차량 네트워크의 기본 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널의 슬롯 분할을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 오픈 플로우 헤더의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 절차에 대한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 차량 네트워크의 기본 구성도이다.
차량 네트워크 환경은 차량 네트워크는 차량(110)에 장착되는 온보드 유닛(미도시)을 이용하여 차량(110)과 도로 인프라, 예를 들어 노변장치(130, 140) 및 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)와의 통신을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 온보드 유닛(미도시)은 도로의 일측에 위치하는 노변장치(roadside unit, RSU)(130)와 통신을 수행하며, 노변장치(130, 140)는 게이트웨이 또는 라우터 등을 거쳐 차량 네트워크 확장 서비스 세트(vehicular networks - extended service set, VN-ESS)(160)와 통신을 수행할 수 있다.
하나의 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)는 복수의 노변장치(130, 140)와 통신을 수행하며, 복수의 노변장치(130, 140)와 통신을 수행하기 위해서는 각 노변장치(130, 140)와 1:1 통신을 진행할 수 있는 스위칭 모듈을 요구하게 된다. 이러한 스위칭을 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 오픈브이스위치(OpenvSwitch)(160)를 이용하여 각 노변장치(130, 140)들과 통신을 수행할 수 있다.
복수의 노변장치(130, 140)는 각각의 통신 범위를 포함하고 있으며, 통신 범위 내에서 온보드 유닛과 기본 안전 메시지(basic safety message, BSM)(170)를 브로드캐스트할 수 있다. 하나의 노변장치(130, 140)가 도로상의 차량과 브로드캐스트를 수행할 수 있는 범위를 차량 네트워크 기본 서비스 세트(vehicular networks - basic service set, VN-BSS)(120)로 통칭할 수 있다. 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)는 하나의 노변장치(130, 140)내에 하나 이상 존재할 수 있다.
기본적으로 노변장치(130, 140)와 온보드 유닛(미도시)은 두 개의 무선 인터페이스를 운용할 수 있다. 하나의 인터페이스는 제어 채널(control channel, CCH)을 위한 인터페이스이고, 다른 하나는 복수의 서비스 채널 중 셀 위치선정(Cell Planning)을 통해 할당된 서비스 채널(Service Channel, SCH)을 위한 인터페이스일 수 있다.
제어 채널은 온보드 유닛(미도시)의 등록 및 핸드오버 등 컨트롤 메시지와 다운 스트림 데이터를 전송할 수 있도록 반송파 감지 다중접속(Carrier Sense Multiple Access, CSMA) 방식과 시분할 다중 접속(time division multiple access, TDMA) 방식을 혼용하여 운용할 수 있다.
서비스 채널은 시분할 다중 접속 방식을 이용하여 각 차량에 기본 안전 메시지(basic safety message, BSM)(170)를 노변장치(130, 140)에서 할당하여 일정 주기로 전송할 수 있다. 또한, 온보드 유닛(미도시)은 주위 온보드 유닛(미도시)들과 노변장치(130, 140)에게 일정 주기로 기본 안전 메시지(170)를 전송할 수 있으며, 기본 안전 메시지(170)에는 자동차의 GPS 위치정보, 진행 방향, 속력 등 차량 안전과 관련된 정보들을 포함할 수 있다.
상기와 같은 기본 안전 메시지(170)의 브로드캐스트 기능 중 가장 중요한 것으로는 다수의 차량 사이에서 겹치지 않도록 기본 안전 메시지 채널을 각각의 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)에 할당하고, 제어 채널은 채널 관리 메시지 교환을 하여야 한다.
온보드 유닛(미도시)은 노변장치(130, 140)의 기본 서비스 세트(120)와 통신하기 위하여 통신을 위한 결합 식별자(Associate Identification, AID)로 인증을 수행할 수 있다. 결합 식별자를 통하여 노변장치(130, 140)는 각 차량(110)의 온보드 유닛(미도시)를 분별할 수 있으며, 이를 통해 각 온보드 유닛(미도시)과 기본 안전 메시지(170)를 송수신할 수 있다.
복수의 차량(110)과 기본 안전 메시지(170)을 주고받는 환경에서 차량이 밀집된 지역에서는 하나의 기본 서비스 세트(120) 내에 복수의 차량(110)이 밀집되게 되며, 이로 인하여 기본 안전 메시지(170)의 브로드캐스팅 간에 잡음 혹은 혼선이 발생할 위험이 있다.
복수의 차량(110)에서 이용되는 기본 안전 메시지(170)의 브로드캐스팅 간 서로 다른 영역을 이용함으로써 상기와 같은 잡음 또는 혼선을 막을 수 있으며, 이를 위하여 본 발명에서는 슬롯 형 제어 방식을 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널의 슬롯 분할을 도시하는 도면이다.
기본 안전 메시지(170)의 안정적인 브로드 캐스트를 위한 차량 네트워크의 성능을 향상시키기 위해 여러 연구 연구에서 시분할 다중 접속(time division multiple access, TDMA) 기반 매체 접근 제어(medium access control, MAC) 방식을 제안하였다. 시분할 다중 액세스 기반 매체 접근 제어 프로토콜에서, 시분할 다중 액세스 슬롯 (이하, T-슬롯)은 중앙 집중식 클러스터 헤더에 의한 사전 처리된 스케줄링에 기초하여 특정 온보드 유닛(Onboard Unit, OBU)을 위해 예약된다. 사전에 예약된 T-슬롯을 사용하면 기본 안전 메시지(basic safety message, BSM)(170) 교환에 대한 채널 경합을 피할 수 있으므로 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 확장 가능한 TDMA 클러스터 기반 MAC(Scalable TDMA Cluster-based MAC, STCM) 프로토콜은 다중 채널 차량 네트워크를 위한 차량 클러스터링을 통한 T-슬롯 예약을 기반으로 한다. 확장 가능한 TDMA 클러스터 기반 MAC 프로토콜은 제어 채널(Control Channel, CCH), 기본 안전 메시지 채널(Basic Safety Message Channel, BSMCH) 또는 서비스 채널(Service Channel, SCH) 중 하나로 조정될 수 있는 단일 무선 송수신기를 고려한다. 각 차량에는 제어 채널 및 기본 안전 메시지 채널에 2개의 미니 슬롯이 할당되어 100ms 동기화 간격마다 기본 안전 메시지(170)를 전달하여 시간이 중요한 안전 메시지 교환의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그러나 확장 가능한 TDMA 클러스터 기반 MAC 프로토콜은 단일 클러스터 차량 네트워크 용으로 설계되었으며 중첩된 차량 네트워크를 지원할 수 없는 문제가 있다.
특히, 양방향 교차로에서 교차로 중간 지점의 차량 네트워크는 4개의 이웃으로부터 간섭을 받게 되며, 이에 따라 모든 차량 네트워크는 인접 네트워크와 동일한 주파수 채널을 사용할 수 없게 된다. 따라서 주파수 채널에서는 불필요한 충돌을 피하기 위해 각 인접 차량 네트워크의 기본 서비스 세트에 대한 주파수 채널과 전송시간을 주의하여야 한다.
경합 없는 기본 안전 메시지(170)의 브로드캐스트를 위한 제어 채널의 분배 방법으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 경합을 최소화하면서 활용도를 높이기 위해 제어 채널 및 기본 안전 메시지 채널은 시분할 다중 접속 방식 기반의 기본 안전 메시지 브로드캐스트에서 동기식으로 슬롯형태로 구성하여 사용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 확장 가능한 시분할 다중 접속 클러스터 기반 MAC에서와 같이 제어 채널 및 기본 안전 메시지 채널의 동기 간격(synchronous interval, SI)은 100ms를 가지고 있으며, 이러한 동기 간격을 60개의 T-슬롯으로 분할할 수 있다. 이러한 T-슬롯은 기본 안전 메시지(170) 브로드캐스트 및 제어 메시지 교환을 위한 5개의 미니 슬롯으로 더 분할할 수 있다. 즉, 100ms의 제어 채널 및 기본 안전 메시지 채널의 동기 간격 사이에 60개의 T-슬롯이 존재할 수 있으며, 1개의 T-슬롯은 5개의 미니슬롯을 포함할 수 있으므로 총 300개의 미니슬롯이 존재할 수 있다.
결과적으로, 제어 채널 및 기본 안전 메시지 채널의 동기 간격은 300개의 미니 슬롯으로 분할할 수 있으며, 각각의 미니 슬롯은 하나의 기본 안전 메시지(170)를 브로드캐스트하는데 이용할 수 있으므로 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)에서 최대 300대의 차량과 기본 안전 메시지(170)의 브로드캐스팅을 수행할 수 있다.
제어 채널은 각 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)의 채널관리에 일반적으로 사용되므로, 각 동기 간격에 포함되는 T-슬롯은 중복되는 각 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)에 할당될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 하나의 동기 간격에서 60개의 T-슬롯이 존재할 수 있으며, 이러한 60개의 T-슬롯은 기본 안전 메시지 채널로 사용될 수 있도록 서비스 채널에 따라 6개의 그룹으로 분할될 수 있다.
따라서, 각 기본 안전 메시지 채널은 충돌이 없도록 10개의 T-슬롯을 이용할 수 있다. 하나의 동기 간격당 가장 앞 부분에는 주기를 구분하기 위한 가드(Guard Interval, GI)가 위치하며, 10개의 T-슬롯이 그룹화된 각 그룹(BSMCH_1 내지 BSMCH_6)의 첫 번째 T-슬롯은 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120) 식별자(ID), 제어 채널에서의 T-슬롯 사용 수와 같은 각 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)의 T-슬롯 할당 정보를 제공하기 위한 정보를 브로드캐스트하는데 사용할 수 있다.
상기 제어 채널에서의 T-슬롯 사용 수는 새로 등록된 온보드 유닛(미도시)이 장착된 차량 식별자(ID), 차량(110)의 차량 네트워크 등록 요청, 서비스 채널의 T-슬롯 요청 및 할당 등과 같은 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 100ms의 동기 간격, 60개의 T-슬롯, 300개의 미니슬롯, 6개의 그룹으로 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요 또는 설정에 따라 동적으로 변화할 수 있다.
중첩된 이웃 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)가 미리 설정된 값 미만인 임의의 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)인 경우에는 일부 서비스 채널들이 서비스 트래픽에 사용될 수 있으며, 서비스 채널 할당은 중앙 집중식 차량 네트워크 확장 서비스 세트 관리 시스템(140)에 의해 처리될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 다이어그램이다.
이하의 내용에서는 핸드오버를 설명하기 위하여 현재 차량(110)이 접속되어 있는 현재 노변장치(130)는 제1 노변장치(130)로, 핸드오버를 수행기위한 노변장치(140)는 제2 노변장치(140)로 설명하도록 한다. 또한, 온보드 유닛(미도시)는 각 차량(110)에 설치되어 있다고 가정하며, 차량(110)은 온보드 유닛(미도시)를 통하여 통신을 수행한다고 설정한다.
차량(110)은 주변 차량(110) 은 네트워크 기본 서비스 세트를 중계하는 제1 노변장치(130)로 일정 주기(예, 100ms)로 T-슬롯을 이용하여 기본 안전 메시지(170)를 브로드캐스팅할 수 있다. 기본 안전 메시지(170) 안에는 차량(110)의 GPS 위치 정보, 진행 방향, 속력 등의 정보를 포함할 수 있다.
제1 노변장치(130)는 차량(110)의 GPS 위치 정보, 진행 방향, 속력 등의 정보가 포함된 상기 기본 안전 메시지(170)를 수신하면 상기 기본 안전 메시지 내의 정보를 기반으로 차량(110)이 현재 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120) 반경 내의 위치를 판단할 수 있다.
차량(110)이 주행을 지속하여 차량 네트워크 기본 서비스 세트를 거쳐 제1 노변장치(130)의 서비스 반경의 경계 지점에 이르게 되면, 제1 노변장치(130)는 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)로 현재 차량(110)의 결합 식별자(AID), 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120) 내의 차량 식별자, 차량(110)의 주행 정보 및 위치 정보를 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)에게 스마트 핸드오버 추천 요청(Smart Handover Recommend Request) 메시지에 담아 전달할 수 있다.
스마트 핸드오버 추천 요청(Smart Handover Recommend Request) 메시지를 수신한 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)는 해당 차량(110)의 위치 정보와 주행 정보를 기반으로 인접한 노변장치들의 채널 이용률과 트래픽 상황을 고려하여 최적의 노변장치를 선정(Handover Decision)한다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 최적의 노변장치가 제2 노변장치(140)로 예시하여 설명하도록 한다.
핸드오버 대상으로 선정된 제2 노변장치(140)로 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)는 핸드오버 확인 요청(Smart Handover Confirm Request) 메시지를 전송한다. 핸드오버 확인 요청(Smart Handover Confirm Request) 메시지에는 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120) 내의 차량 식별자, 현재 서비스 중인 제1 노변장치(130)의 정보를 포함할 수 있다.
제2 노변장치(140)는 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)에서 전송된 핸드오버 확인 요청(Smart Handover Confirm Request) 메시지를 수신하면, 제2 노변장치(140)는 필요 정보를 계산하여 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)로 핸드오버 확인 응답(Smart Handover Confirm Response) 메시지를 전달할 수 있다.
핸드오버 확인 응답(Smart Handover Confirm Response) 메시지에는 현재 사용중인 T-슬롯 및 네트워크 부하를 판단하여 핸드오버를 요청한 차량(110)에게 기본 안전 메시지(170) 전송을 위한 채널 정보 및 T-슬롯 할당 정보, 결합 식별자(AID) 정보를 담을 수 있다.
또한, 제2 노변장치(140)는 핸드오버 동작을 위하여 핸드오버를 요청한 차량(110)으로 전송될 데이터를 미리 받아 저장할 수 있도록 패킷 버퍼링(packet buffering)을 수행할 수 있다.
제2 노변장치(140)로부터 핸드오버 확인 응답(Smart Handover Confirm Response) 메시지를 수신한 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)는 제1 노변장치(130)로 스마트 핸드오버 추천 응답(Smart Handover Recommend Response)메시지를 전송할 수 있다.
스마트 핸드오버 추천 응답(Smart Handover Recommend Response)메시지 에는 기본 안전 메시지(170) 전송을 위한 채널 정보 및 T-슬롯 할당 정보, 결합 식별자(AID) 정보를 담을 수 있다.
또한, 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)는 제2 노변장치(140)로부터 핸드오버 확인 응답(Smart Handover Confirm Response) 메시지를 수신한 후에 핸드오버를 수행할 차량(110)의 백본(backbone) 네트워크 경로를 제2 노변장치(140)의 백본(backbone) 네트워크 경로로 수정하여 차량으로 전송되는 다운 스트림 데이터 경로를 사전에 변경할 수 있도록 소프트웨어 정의 네트워크 제어장치(software-defined network controller)로 경로 변경을 요청할 수 있다.
소프트웨어 정의 네트워크 제어장치(software-defined network controller)는 경로 변경 요청을 받으면 즉시 백본 네트워크에 위치한 오픈브이스위치(OpenvSwitch)(160)에 해당 경로로 플로우 엔트리(Flow Entry)에 대한 플로우 업데이트(Flow Update) 메시지(flow modify)를 전송할 수 있다.
플로우 업데이트 메시지를 수신한 백본 네트워크의 오픈브이스위치(160)는 플로우 테이블(flow table)을 업데이트하여 경로를 변경할 수 있다. 따라서, 제1 노변장치(130)로 전송되던 해당 차량(110) 데이터들은 즉시 제2 노변장치(140)로 경로를 변경하여 전송할 수 있다.
상기 플로우(flow)는 오픈 플로우(Open Flow)를 이용할 수 있다. 오픈 플로우는 네트워크 장비의 패킷 포워딩(packet forwarding) 기능과 제어(control) 기능을 표준 인터페이스로 분리하여 네트워크 개방성을 제공하는 통신 프로토콜로써 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN: Software-Defined Networking) 기술에 사용된다.
오픈 플로우의 헤더 구조는 도 4를 참조하면, 인터넷 헤더(Ethernet header), IP 헤더(IP header), 착신 포트번호 6633 또는 6653에 대한 TCP 헤더(TCP header)를 가지며, 오픈 플로우는 버전(Version), 타입(Type), 길이(Length), 트랜직션 식별자(Transaction ID) 및 유형 정보(Type-specific information)로 구성될 수 있다.
상기 인터넷 헤더는 착신 맥 어드레스(Destination MAC Address), 소스 맥 어드레스(Source MAC Address) 및 인터넷 타입(Ethernet Type)의 정보를 포함할 수 있고, 상기 IP 헤더는 IP의 버전, IP 헤더의 크기, 요구 서비스 타입, IP패킷의 크기 등의 정보를 포함할 수 있다.
제1 노변장치(130)는 스마트 핸드오버 추천 응답(Smart Handover Recommend Response) 메시지를 수신하면 해당 차량(100)에게 스마트 핸드오버 요청(Smart Handover Request) 메시지를 전송할 수 있다. 스마트 핸드오버 요청(Smart Handover Request) 메시지에는 기본 안전 메시지(170) 전송을 위한 채널 정보, 차량 네트워크 기본 서비스 세트 정보, 결합 식별자(AID) 정보를 포함할 수 있다.
차량(110)은 스마트 핸드오버 요청(Smart Handover Request) 메시지를 수신하면 스마트 핸드오버 응답(Smart Handover Response) 메시지를 제1 노변장치(130)로 전송하며, 핸드오버 준비를 수행할 수 있다. 핸드오버 준비는 기본 안전 메시지(170) 수신을 위한 서비스 채널 변경 및 기본 안전 메시지(170)의 전송 주기를 조절할 수 있다.
또한, 차량(110)은 제2 노변장치(140)로부터 제어채널을 이용하여 주기적인 비콘(Periodic Beacon) 메시지를 수신할 수 있다. 차량(100)은 비콘 메시지를 수신하면 재결합 확인 요청(ReAssociation Confirm Request) 메시지를 제2 노변장치(140)로 전달할 수 있다.
재결합 확인 요청(ReAssociation Confirm Request) 메시지를 수신한 제2 노변장치(140)는 차량 네트워크 확장 서비스 세트(160)로 스마트 핸드오버 완료(Smart Handover Complete) 메시지를 송신하고, 재결합 확인 응답(ReAssociation Confirm Response) 메시지를 전송할 수 있다.
제2 노변장치(140)는 버퍼에 버퍼링된 패킷을 차량(110)으로 전송한 후에 버퍼링을 종료하며, 이후 들어오는 패킷들은 차량(110)으로 지연없이 정상적으로 전송할 수 있다.
상기와 같은 과정을 통하여 온보드 유닛(미도시)를 장착한 차량(110)으로 전송되는 데이터에 대하여 무선 채널 변경 시 발생할 수 있는 패킷 손실을 사전 경로 변경 및 제2 노변장치(140)에서의 버퍼링 기법을 이용하여 감소시킬 수 있으며, 따라서 다운 스트리밍(down streaming)에 대해 손실된 패킷에 대한 재전송 비율 역시 감소시킬 수 있어 원활한 데이터 서비스가 가능해질 수 있다.
또한, 기본 안전 메시지(170)는 제1 노변장치(130) 반경에서의 채널 및 전송 주기를 사전에 제2 노변장치(140)의 채널 및 전송주기로 변경함으로써 다음 노변장치 영역에서 필요한 등록 과정을 생략할 수 있으므로 기본 안전 메시지(170)의 단절 시간을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제1 노변장치(130)에서 제2 노변장치(140)으로의 스마트 핸드오버 방법에 대하여 개시하고 있으나, 필요 시 제1 노변장치(130) 내의 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120) 사이에서 핸드오버를 수행하는 방법으로도 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 절차에 대한 순서도이다.
제1 노변장치(130)는 주행중인 차량(110)으로부터 차량 정보를 수신할 수 있다(S410).
상기 차량 정보는 기본 안전 메시지(170)를 이용하여 송신할 수 있으며, 기본 안전 메시지(170)는 차량(110)의 GPS 위치 정보, 진행 방향, 속력 등의 정보를 포함할 수 있다.
상기 차량 정보를 수신한 제1 노변장치(130)는 수신한 정보를 분석하여 핸드오버의 필요 여부를 판단할 수 있다(S420). 제1 노변장치(130)는 수신한 차량 정보를 기반으로 현재 차량(110)의 위치 및 제1 노변장치(130) 내 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120)의 서비스 범위를 종합하여 차량(110)이 네트워크 기본 서비스 세트(120)의 범위의 경계에 다다르는 지에 대한 여부 및 경계면에 도달하는 예상 시간을 기반으로 핸드오버 여부를 판단할 수 있다.
제1 노변장치(130)에서 핸드오버가 필요하다고 판단되면, 제1 노변장치(130)는 서버로 핸드오버 요청 메시지를 송신할 수 있다(S430).
핸드오버 요청 메시지에는 현재 차량(110)의 결합 식별자(AID), 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120) 내의 차량 식별자, 차량(110)의 주행 정보 및 위치 정보를 포함할 수 있다.
서버는 상기 핸드오버 요청 메시지를 수신하면 차량(110)의 위치 정보와 주행 정보를 기반으로 인접한 노변장치들의 채널 이용률과 트래픽 상황을 고려하여 핸드오버를 수행하기 위한 제2 노변장치(140)를 선정할 수 있다(S440).
서버는 핸드오버를 수행하기 위한 제2 노변장치(140)로 핸드오버를 위한 요청 메시지를 전달할 수 있다(S450).
핸드오버를 위한 요청 메시지에는 차량 네트워크 기본 서비스 세트(120) 내의 차량 식별자, 현재 서비스 중인 제1 노변장치(130)의 정보를 포함할 수 있다.
제2 노변장치(140)는 서버로부터 수신한 핸드오버 요청 메시지에 대하여 현재 서비스중인 T-슬롯 및 네트워크 사용량을 판단하여 차량(110)에게 기본 안전 메시지(170) 전송을 위한 채널 정보 및 T-슬롯 할당 정보, 결합 식별자(AID) 정보를 포함하는 핸드오버 확인 승락 메시지를 서버로 전송할 수 있다(S460).
서버는 상기 핸드오버 확인 승락 메시지를 수신하면, 서버는 제1 노변장치(130)를 거쳐 차량(110)으로 핸드오버 확인 승락 메시지 내의 기본 안전 메시지(170) 전송을 위한 채널 정보 및 T-슬롯 할당 정보, 결합 식별자(AID) 정보를 전달할 수 있다(S470).
상기 S470단계에 있어서, 서버는 소프트웨어 정의 네트워크 제어장치(SDN controller)로 경로 변경을 요청할 수 있다. 소프트웨어 정의 네트워크 제어장치는 경로 변경 요청을 받으면, 오픈브이스위치(150)에게 플로우 엔트리(Flow Entry)에 대한 플로우 업데이트(Flow Update) 메시지(flow modify)를 전송할 수 있다(S480).
플로우 업데이트 메시지를 수신한 백본 네트워크의 오픈브이스위치(160)는 플로우 테이블(flow table)을 업데이트하여 제1 노변장치(130)로 전송되던 해당 차량(110) 데이터들은 즉시 제2 노변장치(140)로 경로를 변경하여 전송할 수 있다(S490).
제1 노변장치(130)는 서버로부터 핸드오버 요청에 대한 승인 메시지을 수신 하면 차량(110)으로 채널 할당 정보(T-슬롯 정보) 및 결합 식별자(AID) 정보를 전달할 수 있다(S500).
차량(110)은 할당 받은 T-슬롯 정보 및 결합 식별자(AID) 정보를 이용하여 통신 채널을 변경할 수 있다(S510).
차량(110)은 변경된 통신 환경이 정상적으로 이루어져 있는지 제2 노변장치(140)의 주기적인 비콘 메시지를 수신함으로써 재결합 인증 절차를 수행함으로써 핸드오버를 완료할 수 있다(S520).
도 5에서는 제1 노변장치(130)과 제2 노변장치(140) 사이에서 발생되는 핸드오버 방법을 일 예시로 하여 설명하였으나, 하나의 노변장치(130, 140) 내에는 복수개의 차량 네트워크 기본 서비스 세트(VN-BSS)(120)가 속하여 있으며, 노변장치(130, 140) 내의 차량 네트워크 기본 서비스 세트(VN-BSS)(120) 사이에서의 핸드오버 동작 수행에도 본 발명의 방법을 적용할 수 있다.
상기와 같은 과정을 통하여 온보드 유닛(미도시)를 장착한 차량(110)으로 전송되는 데이터에 대하여 무선 채널 변경 시 발생할 수 있는 패킷 손실을 사전 경로 변경 및 제2 노변장치(140)에서의 버퍼링 기법을 이용하여 감소시킬 수 있으며, 따라서 다운 스트리밍(down streaming)에 대해 손실된 패킷에 대한 재전송 비율 역시 감소시킬 수 있어 원활한 데이터 서비스가 가능해질 수 있다.
또한, 기본 안전 메시지(170)는 제1 노변장치(130) 반경에서의 채널 및 전송 주기를 사전에 제2 노변장치(140)의 채널 및 전송주기로 변경함으로써 다음 노변장치 영역에서 필요한 등록 과정을 생략할 수 있으므로 기본 안전 메시지(170)의 단절 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 핸드오버 방법은 패킷을 사전에 버퍼링하여 전달함으로써 차량 밀도가 높은 지역에서도 지연 없는 핸드오버를 제공할 수 있다.
또한, 시분할 다중 접속 슬롯을 이용하여 통신을 수행함으로써 차량 밀도가 높은 대도시 지역 및 교차로 등에서도 지연 없는 안정적인 통신 환경을 제공할 수 있다.
상술한 실시 예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에 만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에 서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.
따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 이상에서 실시 예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 차량
120: 차량 네트워크 기본 서비스 세트
130: 제1 노변장치
140: 제2 노변장치
160: 차량 네트워크 확장 서비스 세트
170: 기본 안전 메시지

Claims (7)

  1. 제1 노변장치가 차량의 주행 정보를 기반으로 핸드오버 필요성을 판단하는 단계;
    상기 차량이 핸드오버가 필요한 경우 서버에 차량 정보와 함께 핸드오버 요청 메시지를 전달하는 단계;
    상기 서버는 상기 주행 정보를 기반으로 제2 노변장치를 선정하고, 상기 제2 노변장치로 핸드오버 메시지를 전달하는 단계;
    상기 제2 노변장치는 핸드오버 메시지를 받아 통신 채널 할당 정보 및 핸드오버 승인 메시지를 상기 서버로 전송하는 단계;
    상기 서버는 상기 제2 노변장치로부터 받은 통신 채널 할당 정보를 제1 노변장치를 거쳐 상기 차량으로 전달하는 단계;
    상기 서버가 오픈브이스위치(OpenVSwtich)에게 플로우 업데이트(flow Update) 메시지를 전송하여 플로우 엔트리(Flow Entry)를 업데이트 하는 단계; 및
    상기 차량은 상기 제2 노변장치로부터 받은 통신 채널 할당 정보로 채널 정보를 변경하여 핸드오버를 수행하는 단계;
    를 포함하는 차량의 핸드오버 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 채널은 서비스 채널 채널(service channel)의 동기 간격을 복수 개의 슬롯으로 분할한 시분할 다중 접속(TDMA)슬롯인 것을 특징으로 하는 차량의 핸드오버 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주행 정보는,
    상기 차량의 GPS 위치 정보, 진행 방향, 속력 중 하나 이상의 안전과 관련된 정보인 것을 특징으로 하는 차량의 핸드오버 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차량 정보는,
    차량 식별자, 결합 식별자, 상기 주행 정보 및 상기 차량의 위치 정보인 것을 특징으로 하는 차량의 핸드오버 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노변장치를 선정하는 단계는,
    상기 차량의 위치 정보 및 상기 주행 정보를 기반으로 인접한 노변 장치들의 채널 이용률과 트래픽 상황을 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 핸드오버 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    핸드오버 승인 메시지를 상기 서버로 전송하는 단계는,
    상기 제2 노변장치가 핸드오버를 수행할 상기 차량으로 전송될 데이터를 미리 받아 저장할 수 있도록 패킷 버퍼링을 미리 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 핸드오버 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    핸드오버를 수행하는 단계는,
    상기 주행 정보를 송신하기 위한 채널 변경과 상기 주행 정보를 송신하는 전송 주기를 조절하는 단계; 및
    상기 제2 노변장치로부터 비컨 메시지를 수신하여 통신 테스트를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 핸드오버 방법.
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