KR102391798B1 - 차량의 시간 정보에 기초한 도메인의 시간 동기화 방법 - Google Patents

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Abstract

차량의 시간 정보에 기초한 도메인의 시간 동기화 방법이 개시된다. 시간 동기화 방법은, RSU로부터 RSU가 속하는 제1 도메인의 시간 정보를 포함하는 제1 프레임을 수신하는 단계, 차량의 시간을 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정하는 단계, 및 차량의 시간 정보를 포함하는 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함한다. 따라서, 네트워크에서 도메인들 간의 시간이 동기될 수 있다.

Description

차량의 시간 정보에 기초한 도메인의 시간 동기화 방법{METHOD FOR TIME SYNCHRONIZATION OF DOMAIN BASED ON TIME INFORMATION OF VEHICLE}
본 발명은 도메인의 시간 동기화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 시간 정보를 사용하여 독립 도메인의 시간을 동기화하는 방법에 관한 것이다.
차량용 부품의 전자화가 급속도로 진행됨에 따라 차량에 탑재되는 전자 장치의 종류와 수가 크게 증가되고 있다. 전자 장치는 크게 파워트레인(power train) 제어 시스템, 바디(body) 제어 시스템, 새시(chassis) 제어 시스템, 차량 네트워크(network), 멀티미디어(multimedia) 시스템 등에서 사용될 수 있다. 파워트레인 제어 시스템은 엔진 제어 시스템, 자동 변속 제어 시스템 등을 의미할 수 있다. 바디 제어 시스템은 바디 전장품 제어 시스템, 편의 장치 제어 시스템, 램프(lamp) 제어 시스템 등을 의미할 수 있다. 새시 제어 시스템은 조향 장치 제어 시스템, 브레이크(brake) 제어 시스템, 서스팬션(suspension) 제어 시스템 등을 의미할 수 있다. 차량 네트워크는 CAN(controller area network), 플렉스레이(FlexRay) 기반의 네트워크, MOST(media oriented system transport) 기반의 네트워크 등을 의미할 수 있다. 멀티미디어 시스템은 항법 장치 시스템, 텔레메틱스(telematics) 시스템, 인포테이먼트(infotainment) 시스템 등을 의미할 수 있다.
이러한 시스템들 및 시스템들 각각을 구성하는 전자 장치들은 차량 네트워크를 통해 연결되어 있으며, 전자 장치들 각각의 기능을 지원하기 위한 차량 네트워크가 요구되고 있다. CAN은 최대 1Mbps의 전송 속도를 지원할 수 있으며, 충돌된 프레임의 자동 재전송, CRC(cycle redundancy check) 기반의 오류 검출 등을 지원할 수 있다. 플렉스레이 기반의 네트워크는 최대 10Mbps의 전송 속도를 지원할 수 있으며, 2채널을 통한 데이터의 동시 전송, 동기 방식의 데이터 전송 등을 지원할 수 있다. MOST 기반의 네트워크는 고품질의 멀티미디어를 위한 통신 네트워크로, 최대 150Mbps의 전송 속도를 지원할 수 있다.
한편, 차량의 텔레메틱스 시스템, 인포테이먼트 시스템, 향상된 안전 시스템 등은 높은 전송 속도, 시스템 확장성 등을 요구하며, CAN, 플렉스레이 기반의 네트워크 등은 이를 충분히 지원하지 못한다. MOST 기반의 네트워크는 CAN 및 플렉스레이 기반의 네트워크에 비해 높은 전송 속도를 지원할 수 있으나, 차량의 모든 네트워크에 MOST 기반의 네트워크가 적용되기 위해서는 많은 비용이 소모된다. 이러한 문제들에 의해, 차량 네트워크로 이더넷(ethernet) 기반의 네트워크가 고려될 수 있다. 이더넷 기반의 네트워크는 한 쌍의 권선을 통한 양방향 통신을 지원할 수 있으며, 최대 10Gbps의 전송 속도를 지원할 수 있다.
한편, 산업(industrial) 시스템에서 gPTP(generalized precision time protocol)을 지원하는 도메인(domain)은 유니버셜 타임(universal time) 도메인, 워킹 클록(working clock) 도메인 등으로 분류될 수 있다. 워킹 클록 도메인의 시간은 유니버셜 타임 도메인의 시간에 동기될 수 있다. 그러나 워킹 클록 도메인이 유니버셜 타임 도메인과 물리적인 연결 없이 독립적으로 존재하는 경우, 워킹 클록 도메인의 시간은 유니버셜 타임 도메인의 시간에 동기될 수 없다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 차량의 시간 정보를 사용하여 독립 도메인의 시간을 동기화하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통신 노드에서 수행되는 시간 동기화 방법은, RSU로부터 상기 RSU가 속하는 제1 도메인의 시간 정보를 포함하는 제1 프레임을 수신하는 단계, 상기 차량의 시간을 상기 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정하는 단계, 및 상기 차량의 시간 정보를 포함하는 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제1 프레임은 상기 제1 도메인의 타입을 지시하는 식별자 및 상기 제1 도메인의 위치 정보를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 도메인이 유니버셜 타임 도메인인 경우, 상기 차량의 시간은 상기 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 시간 동기화 방법은 상기 통신 노드와 상기 RSU 간의 링크 지연 시간을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 차량의 시간은 상기 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간과 상기 링크 지연 시간의 합으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 RSU는 상기 제1 도메인의 그랜드 마스터 노드일 수 있다.
여기서, 상기 제1 프레임은 상기 차량과 상기 제1 도메인 간의 서비스 채널을 통해 수신될 수 있고, 상기 제2 프레임은 상기 차량과 제2 도메인 간의 서비스 채널을 통해 전송될 수 있다.
여기서, 상기 제2 프레임은 상기 제1 도메인의 타입을 지시하는 식별자, 상기 차량의 시간이 동기된 시간을 지시하는 업데이트 시간 정보 및 상기 제1 도메인의 위치 정보를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 프레임은 상기 차량이 제2 도메인 내에 위치한 경우에 전송될 수 있다.
여기서, 상기 제2 도메인은 워킹 클록 도메인일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 워킹 클록 도메인의 RSU에서 수행되는 시간 동기화 방법은, 차량의 통신 노드로부터 상기 차량의 시간 정보를 포함하는 동기 프레임을 수신하는 단계, 및 상기 RSU의 시간을 상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정하는 단계를 포함하며, 상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간은 유니버셜 타임 도메인의 시간에 동기될 수 있다.
여기서, 상기 시간 동기화 방법은 상기 RSU와 상기 통신 노드 간의 링크 지연 시간을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 RSU의 시간은 상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간과 상기 링크 지연 시간의 합으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 동기 프레임은 상기 워킹 클록 도메인과 상기 차량 간의 서비스 채널을 통해 수신될 수 있다.
여기서, 상기 동기 프레임은 상기 차량의 시간이 동기된 시간을 지시하는 업데이트 시간 정보 및 상기 유니버셜 타임 도메인의 식별자 및 위치 정보를 더 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 동기 프레임들이 수신된 경우, 상기 RSU의 시간은 상기 복수의 동기 프레임들 중에서 최신의 업데이트 시간 정보를 가지는 동기 프레임에 의해 지시되는 시간으로 설정될 수 있다.
여기서, 복수의 동기 프레임들이 수신된 경우, 상기 RSU의 시간은 상기 RSU와 가장 인접한 유니버셜 타임 도메인으로부터 수신된 동기 프레임에 의해 지시되는 시간으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 RSU는 상기 워킹 클록 도메인의 그랜드 마스터 노드일 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량은 유니버셜 타임 도메인의 시간 정보를 획득할 수 있고, 획득된 시간 정보에 기초하여 차량의 시간을 설정할 수 있다. 따라서, 차량의 시간은 유니버셜 타임 도메인의 시간에 동기될 수 있다. 유니버셜 타임 도메인과 시간 동기화 후, 차량은 동기된 시간 정보를 공지할 수 있다. 워킹 클록 도메인은 차량으로부터 공지된 시간 정보를 획득할 수 있고, 획득된 시간 정보에 기초하여 워킹 클록 도메인의 시간을 설정할 수 있다. 따라서, 워킹 클록 도메인의 시간은 유니버셜 타임 도메인의 시간에 동기화될 수 있다.
도 1은 차량 네트워크의 토폴로지에 대한 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 차량 네트워크를 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 타임 인지 네트워크의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4는 도메인 배치의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5는 도메인 배치의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6은 WAVE 모델의 계층을 도시한 개념도이다.
도 7은 IEEE 802.11p에서 차량 간 통신을 위한 채널을 도시한 개념도이다.
도 8은 IEEE 802.11p에서 프레임의 송수신 절차를 도시한 타이밍도이다.
도 9는 WSMP 프레임을 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 시간 동기화 방법이 적용되는 네트워크의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 12는 시간 동기화 방법이 적용되는 네트워크의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 13은 OBU에서 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 프레임을 도시한 블록도이다.
도 15는 독립 도메인에서 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 문맥 상 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 실시예를 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 차량 네트워크의 토폴로지(network topology)의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량 네트워크를 구성하는 통신 노드(communication node)는 게이트웨이(gateway), 스위치(switch)(또는, 브릿지(bridge)) 또는 엔드 노드(end node) 등을 의미할 수 있다. 게이트웨이(100)는 적어도 하나의 스위치(110, 110-1, 110-2, 120, 130)와 연결될 수 있으며, 서로 다른 네트워크를 연결할 수 있다. 예를 들어, 게이트웨이(100)는 CAN(controller area network)(또는, 플렉스레이(FlexRay), MOST(media oriented system transport), LIN(local interconnect network) 등) 프로토콜을 지원하는 스위치와 이더넷(ethernet) 프로토콜을 지원하는 스위치 간을 연결할 수 있다. 스위치들(110, 110-1, 110-2, 120, 130) 각각은 적어도 하나의 엔드 노드(111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133)와 연결될 수 있다. 스위치들(110, 110-1, 110-2, 120, 130) 각각은 엔드 노드(111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133)를 상호 연결할 수 있고, 자신과 연결된 엔드 노드(111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133)를 제어할 수 있다.
엔드 노드(111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133)는 차량에 포함된 각종 장치를 제어하는 ECU(electronic control unit)를 의미할 수 있다. 예를 들어, 엔드 노드(111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133)는 인포테인먼트(infortainment) 장치(예를 들어, 디스플레이(display) 장치, 내비게이션(navigation) 장치, 어라운드 뷰 모니터링(around view monitoring) 장치) 등을 구성하는 ECU를 의미할 수 있다.
한편, 차량 네트워크를 구성하는 통신 노드들(즉, 게이트웨이, 스위치, 엔드 노드 등)은 스타(star) 토폴로지, 버스(bus) 토폴로지, 링(ring) 토폴로지, 트리(tree) 토폴로지, 메쉬(mesh) 토폴로지 등으로 연결될 수 있다. 또한, 차량 네트워크를 구성하는 통신 노드들 각각은 CAN 프로토콜, 플렉스레이 프로토콜, MOST 프로토콜, LIN 프로토콜, 이더넷 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들은 앞서 설명된 네트워크 토폴로지에 적용될 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 네트워크 토폴로지는 이에 한정되지 않고 다양하게 구성될 수 있다.
도 2는 차량 네트워크를 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 네트워크를 구성하는 통신 노드(200)는 PHY 계층 유닛(physical layer unit)(210) 및 컨트롤러(controller) 유닛(220)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 파워(power)를 공급하는 레귤레이터(regulator)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 컨트롤러 유닛(220)은 MAC(medium access control) 계층을 포함하여 구현될 수 있다. PHY 계층 유닛(210)은 다른 통신 노드로부터 신호를 수신할 수 있거나, 다른 통신 노드로 신호를 전송할 수 있다. 컨트롤러 유닛(220)은 PHY 계층 유닛(210)을 제어할 수 있고, 다양한 기능들(예를 들어, 인포테인먼트 기능 등)을 수행할 수 있다. PHY 계층 유닛(210)과 컨트롤러 유닛(220)은 하나의 SoC(System on Chip)로 구현될 수도 있고, 별도의 칩으로 구성될 수도 있다.
PHY 계층 유닛(210)과 컨트롤러 유닛(220)은 매체 독립 인터페이스(media independent interface, MII)(230)를 통해 연결될 수 있다. MII(230)는 IEEE 802.3에 규정된 인터페이스를 의미할 수 있으며, PHY 계층 유닛(210)과 컨트롤러 유닛(220) 간의 데이터 인터페이스 및 관리 인터페이스로 구성될 수 있다. MII(230) 대신에 RMII(reduced MII), GMII(gigabit MII), RGMII(reduced GMII), SGMII(serial GMII), XGMII(10 GMII) 중 하나의 인터페이스가 사용될 수 있다. 데이터 인터페이스는 전송 채널(channel) 및 수신 채널을 포함할 수 있으며, 채널들 각각은 독립적인 클럭(clock), 데이터 및 제어 신호를 가질 수 있다. 관리 인터페이스는 2-신호 인터페이스로 구성될 수 있으며, 하나는 클럭을 위한 신호이고 다른 하나는 데이터를 위한 신호일 수 있다.
PHY 계층 유닛(210)은 PHY 계층 인터페이스 유닛(211), PHY 계층 프로세서(processor)(212) 및 PHY 계층 메모리(memory)(213) 등을 포함할 수 있다. PHY 계층 유닛(210)의 구성은 이에 한정되지 않으며, PHY 계층 유닛(210)은 다양하게 구성될 수 있다. PHY 계층 인터페이스 유닛(211)은 컨트롤러 유닛(220)으로부터 수신된 신호를 PHY 계층 프로세서(212)로 전송할 수 있고, PHY 계층 프로세서(212)로부터 수신된 신호를 컨트롤러 유닛(220)에 전송할 수 있다. PHY 계층 프로세서(212)는 PHY 계층 인터페이스 유닛(211) 및 PHY 계층 메모리(213) 각각의 동작을 제어할 수 있다. PHY 계층 프로세서(212)는 전송할 신호의 변조 또는 수신된 신호의 복조를 수행할 수 있다. PHY 계층 프로세서(212)는 신호를 입력 또는 출력하도록 PHY 계층 메모리(213)를 제어할 수 있다. PHY 계층 메모리(213)는 수신된 신호를 저장할 수 있고, PHY 계층 프로세서(212)의 요청에 따라 저장된 신호를 출력할 수 있다.
컨트롤러 유닛(220)은 MII(230)를 통해 PHY 계층 유닛(210)에 대한 모니터링 및 제어를 수행할 수 있다. 컨트롤러 유닛(220)은 컨트롤러 인터페이스 유닛(221), 컨트롤러 프로세서(222), 주 메모리(223) 및 보조 메모리(224) 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러 유닛(220)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 컨트롤러 유닛(220)은 다양하게 구성될 수 있다. 컨트롤러 인터페이스 유닛(221)은 PHY 계층 유닛(210)(즉, PHY 계층 인터페이스 유닛(211)) 또는 상위 계층(미도시)으로부터 신호를 수신할 수 있고, 수신된 신호를 컨트롤러 프로세서(222)에 전송할 수 있고, 컨트롤러 프로세서(222)로부터 수신된 신호를 PHY 계층 유닛(210) 또는 상위 계층에 전송할 수 있다. 컨트롤러 프로세서(222)는 컨트롤러 인터페이스 유닛(221), 주 메모리(223) 및 보조 메모리(224)를 제어하기 위한 독립된 메모리 컨트롤 로직(control logic) 또는 통합 메모리 컨트롤 로직을 더 포함할 수 있다. 메모리 컨트롤 로직은 주 메모리(223) 및 보조 메모리(224)에 포함되어 구현될 수도 있으며, 또는 컨트롤러 프로세서(222)에 포함되어 구현될 수도 있다.
주 메모리(223) 및 보조 메모리(224) 각각은 컨트롤러 프로세서(222)에 의해 처리된 신호를 저장할 수 있고, 컨트롤러 프로세서(222)의 요청에 따라 저장된 신호를 출력할 수 있다. 주 메모리(223)는 컨트롤러 프로세서(222)의 동작을 위해 필요한 데이터를 일시 저장하는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM(random access memory) 등)를 의미할 수 있다. 보조 메모리(224)는 운영체제 코드(operating system code)(예를 들어, 커널(kernel) 및 디바이스 드라이버(device driver))와 컨트롤러 프로세서(220)의 기능을 수행하기 위한 응용 프로그램(application program) 코드 등이 저장되는 비휘발성 메모리를 의미할 수 있다. 비휘발성 메모리로 빠른 처리 속도를 가지는 플래쉬 메모리(flash memory)가 사용될 수 있고, 또는 대용량의 데이터 저장을 위한 하드 디스크 드라이브(hard disc drive, HDD), CD-ROM(compact disc-read only memory) 등이 사용될 수 있다. 컨트롤러 프로세서(222)는 통상적으로 적어도 하나의 프로세싱 코어(core)를 포함하는 로직 회로로 구성될 수 있다. 컨트롤러 프로세서(222)로 ARM(Advanced RISC Machines Ltd.) 계열의 코어, 아톰(atom) 계열의 코어 등이 사용될 수 있다.
아래에서는, 차량 네트워크에 속하는 통신 노드와 이에 대응하는 상대(counterpart) 통신 노드에서 수행되는 방법이 설명될 것이다. 이하에서, 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 신호의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 신호의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 즉, 제1 통신 노드의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 제2 통신 노드의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 제1 통신 노드는 스위치의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 타임 인지 네트워크(time aware network)의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 타임 인지 네트워크는 IEEE 802.1AS(예를 들어, gPTP(generalized precision time protocol) 등)를 지원할 수 있으며, 유니버셜 타임(universal time) 도메인(3100), 워킹 클록(working clock) 도메인(3200) 등을 포함할 수 있다. 도메인별 gPTP 동작과 타임 스케일(scale) 값은 독립적일 수 있다. 타임 인지 네트워크에 속하는 도메인들(3100, 3200) 각각은 고유 번호(예를 들어, 식별자)를 가질 수 있다. 고유 번호의 범위는 "0"부터 "127"까지일 수 있다. 고유 번호의 범위는 이에 한정되지 않으며, 고유 번호의 범위는 "127"을 초과할 수 있다. 산업(industrial) 시스템에서, 유니버셜 타임 도메인(3100)의 고유 번호는 "0"으로 설정될 수 있고, 워킹 클록 도메인(3200)의 고유 번호는 "1" 내지 "127" 중에서 하나의 값으로 설정될 수 있다. 산업 시스템에서 도메인은 국가, 도시, 도시에 속하는 특정 지역 등을 의미할 수 있다.
유니버셜 타임 도메인(3100) 및 워킹 클록 도메인(3200) 각각은 복수의 통신 노드들을 포함할 수 있다. 유니버셜 타임 도메인(3100) 및 워킹 클록 도메인(3200) 모두에 속하는 통신 노드들(3112, 3116, 3121, 3122)이 존재할 수 있다. 통신 노드는 그랜드 마스터(grand master) 노드, 스위치(또는, 브릿지), 엔드 노드 등일 수 있다. 통신 노드들은 서로 물리적으로 연결될 수 있다.
유니버셜 타임 도메인(3100)에서, 그랜드 마스터 노드-1(3110)은 최상위 레벨의 통신 노드일 수 있다. 그랜드 마스터 노드-1(3110)은 GPS(global positioning system)을 지원할 수 있다. 예를 들어, 그랜드 마스터 노드-1(3110)은 GPS를 사용하여 그랜드 마스터 노드-1(3110)의 위치를 확인할 수 있고, 확인된 위치를 공지할 수 있다. 유니버셜 타임 도메인(3100)에 속한 통신 노드들은 그랜드 마스터 노드-1(3110)의 시간에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 유니버셜 타임 도메인(3100)에 속한 통신 노드들의 시간은 그랜드 마스터 노드-1(3110)의 시간에 동기될 수 있다.
그랜드 마스터 노드-1(3110)은 스위치-1(3111), 스위치-2(3112) 등과 연결될 수 있다. 스위치-1(3111)은 스위치-3(3113), 스위치-4(3114), 스위치-5(3115) 등과 연결될 수 있다. 스위치-2(3112)는 그랜드 마스터 노드-2(3210), 스위치-6(3116), 스위치-7(3211), 엔드 노드-8(3213) 등과 연결될 수 있다. 스위치-3(3113)은 엔드 노드-1(3117), 엔드 노드-2(3118) 등과 연결될 수 있다. 스위치-4(3114)는 엔드 노드-3(3119) 등과 연결될 수 있고, 스위치-5(3115)는 엔드 노드-4(3120) 등과 연결될 수 있다. 스위치-6(3116)은 엔드 노드-5(3121), 엔드 노드-6(3122) 등과 연결될 수 있다.
워킹 클록 도메인(3200)에서, 그랜드 마스터 노드-2(3210)는 최상위 레벨의 통신 노드일 수 있다. 그랜드 마스터 노드-2(3210)의 시간은 그랜드 마스터 노드-1(3110)의 시간에 동기될 수 있다. 예를 들어, 워킹 클록 도메인(3200)의 시간은 유니버셜 타임 도메인(3100)의 시간에 동기될 수 있다. 또는, 워킹 클록 도메인(3200)의 시간은 해당 지역의 오실레이터(oscillator)에 기초하여 설정될 수 있다. 워킹 클록 도메인(3200)에 속한 통신 노드들은 그랜드 마스터 노드-2(3210)의 시간에 기초하여 동작할 수 있다. 그랜드 마스터 노드-2(3210)는 스위치-2(3112) 등과 연결될 수 있다. 스위치-2(3112)는 그랜드 마스터 노드-1(3110), 스위치-6(3116), 스위치-7(3211), 엔드 노드-8(3213) 등과 연결될 수 있다. 스위치-7(3212)은 엔드 노드-7(3212)과 연결될 수 있다.
타임 인지 네트워크의 구성은 앞서 설명된 내용에 한정되지 않으며, 타임 인지 네트워크는 다양하게 구성될 수 있다. 타임 인지 네트워크에서 도메인의 배치는 다음과 같다.
도 4는 도메인 배치의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, PLC(programmable logic controller) 기반의 공장 네트워크는 복수의 도메인들(4100, 4200, 4300)을 포함할 수 있다. 유니버셜 타임 도메인(4100)은 워킹 클록 도메인-1(4200) 및 워킹 클록 도메인-2(4300)를 포함할 수 있다. 유니버셜 타임 도메인(4100)에 포함된 통신 노드들은 그랜드 마스터 노드-1(4110)의 시간에 기초하여 동작할 수 있다. 워킹 클록 도메인-1(4200)은 유니버셜 타임 도메인(4100)과 물리적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 그랜드 마스터 노드-2(4210)는 유니버셜 타임 도메인(4100)에 포함된 스위치와 물리적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 그랜드 마스터 노드-2(4210)의 시간은 그랜드 마스터 노드-1(4110)의 시간에 동기될 수 있으며, 워킹 클록 도메인-1(4200)에 포함된 통신 노드들은 그랜드 마스터 노드-2(4210)의 시간에 기초하여 동작할 수 있다. 또는, 워킹 클록 도메인-1(4200)에 포함된 통신 노드들은 유니버셜 타임 도메인(4100)과 독립적인 시간에 기초하여 동작할 수 있다. 워킹 클록 도메인-1(4200)은 워킹 클록 도메인-2(4300)와 물리적으로 연결될 수 있다.
워킹 클록 도메인-2(4300)는 유니버셜 타임 도메인(4100)과 물리적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 워킹 클록 도메인-2(4300)에 포함된 스위치는 유니버셜 타임 도메인(4100)에 포함된 스위치와 물리적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 그랜드 마스터 노드-3(4310)의 시간은 그랜드 마스터 노드-1(4110)의 시간에 동기될 수 있으며, 워킹 클록 도메인-2(4300)에 포함된 통신 노드들은 그랜드 마스터 노드-3(4310)의 시간에 기초하여 동작할 수 있다. 또는, 워킹 클록 도메인-2(4300)에 포함된 통신 노드들은 유니버셜 타임 도메인(4100)과 독립적인 시간에 기초하여 동작할 수 있다.
도 5는 도메인 배치의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, PLC 기반의 공장 네트워크는 복수의 워킹 클록 도메인들(5100, 5200, 5300)을 포함할 수 있다. 워킹 클록 도메인들(5100, 5200, 5300)은 물리적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 워킹 클록 도메인-2(5200)의 그랜드 마스터 노드-2(5210)는 워킹 클록 도메인-1(5100)에 포함된 스위치와 연결될 수 있고, 워킹 클록 도메인-3(5300)의 그랜드 마스터 노드-3(5310)은 워킹 클록 도메인-1(5100)에 포함된 스위치와 연결될 수 있다. 이 경우, 워킹 클록 도메인-1(5100)은 프라이머리(primary) 도메인으로 동작할 수 있고, 워킹 클록 도메인-2(5200) 및 워킹 클록 도메인-3(5300)은 서브(sub) 도메인으로 동작할 수 있다.
따라서, 그랜드 마스터 노드-2(5210)의 시간은 그랜드 마스터 노드-1(5110)의 시간에 동기될 수 있으며, 워킹 클록 도메인-2(5200)에 포함된 통신 노드들은 그랜드 마스터 노드-2(5210)의 시간에 기초하여 동작할 수 있다. 그랜드 마스터 노드-3(5310)의 시간은 그랜드 마스터 노드-1(5110)의 시간에 동기될 수 있으며, 워킹 클록 도메인-3(5300)에 포함된 통신 노드들은 그랜드 마스터 노드-3(5310)의 시간에 기초하여 동작할 수 있다.
또는, 워킹 클록 도메인들(5100, 5200, 5300)은 서로 분리될 수 있다. 이 경우, 워킹 클록 도메인들(5100, 5200, 5300)은 독립적인 시간에 기초하여 동작할 수 있으며, 이에 따라 워킹 클록 도메인들(5100, 5200, 5300) 간에 시간 동기가 맞지 않을 수 있다. 한편, 시간에 민감한(time sensitive) 공장 네크워크에서 도메인들 간에 동기가 맞지 않는 경우 공장 네크워크에 속한 노드들은 오작동할 수 있다.
한편, WAVE(wireless access in vehicular environment)는 고속으로 주행하는 차량에서 통신 서비스를 제공하기 위한 ITS(intelligent transportation system) 통신 기술이며, WLAN(wireless local area network)에 기초하여 차량 환경에 맞게 수정되었다. WAVE는 DSRC(dedicated short range communication) 기술의 일종인 V2I(vehicle-to-infrastructure), V2V(vehicle-to-vehicle) 등을 지원할 수 있다.
기존 WLAN의 일종인 IEEE 802.11a/g는 실내 환경에 적합하고, 이동성을 지원하지 못한다. 반면, WAVE는 이동성을 지원할 수 있으며, 도플러 천이 등에 의한 간섭이 존재하는 실외 환경에서도 안정적인 통신을 지원할 수 있다. 예를 들어, WAVE는 최대 160Km/h의 속도로 주행하는 차량에 탑재된 OBU(on-board unit)와 노변에 설치된 RSU(road-side unit) 간의 빠른 링크 연결, 최대 27Mbps의 고속 데이터 전송 등을 지원할 수 있다. WAVE 모델의 계층은 다음과 같다.
도 6은 WAVE 모델의 계층을 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, WAVE 모델은 PHY 계층(610), MAC 계층(620), LLC(logical link control) 계층(630), 네트워킹 서비스 계층(640) 및 상위(upper) 계층(650)을 포함할 수 있다. PHY 계층(610)은 IEEE 802.11p 등을 지원할 수 있으며, OSI(open system interconnection) 참조 모델의 PHY 계층에 대응할 수 있다. MAC 계층(620)은 IEEE 1609.4, IEEE 802.11 등을 지원할 수 있으며, OSI 참조 모델의 데이터 링크 계층에 대응할 수 있다. LLC 계층(630)은 IEEE 802.2 등을 지원할 수 있으며, OSI 참조 모델의 데이터 링크 계층에 대응할 수 있다.
네트워킹 서비스 계층(640)은 IEEE 1609.1, IEEE 1609.3 등을 지원할 수 있으며, OSI 참조 모델의 네트워크 계층 및 트랜스포트(transport) 계층에 대응할 수 있다. 상위 계층(650)은 애플리케이션 프로그램(application program), DSRC 메시지 셋(set) 등을 지원할 수 있으며, OSI 참조 모델의 세션(session) 계층, 프리젠테이션(presentation) 계층 및 애플리케이션 계층에 대응할 수 있다. MAC 계층(620), 네트워킹 서비스 계층(640) 및 상위 계층(650)은 IEEE 1609.2에 규정된 시큐리티(security) 서비스를 지원할 수 있다.
한편, IEEE 802.11p는 차량 간 통신을 위한 표준이며, 다중 채널에서 동작하는 차량의 채널 접속 절차가 규정된 IEEE 1609 계열의 표준과 상호 연동하여 동작할 수 있다. IEEE 802.11p에서 차량 간 통신을 위한 채널은 다음과 같다.
도 7은 IEEE 802.11p에서 차량 간 통신을 위한 채널을 도시한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 동기 구간(synchronization interval)은 100ms의 길이를 가질 수 있다. 동기 구간 중에서 50ms는 CCH(control channel) 구간을 위해 설정될 수 있고, CCH 구간 다음의 50ms는 SCH(service channel) 구간을 위해 설정될 수 있다. CCH 구간 내에 한 개의 CCH가 설정될 수 있으며, CCH를 통해 제어 정보, 관리 정보, 안전 관련 정보, 높은 우선순위를 가지는 정보 등을 포함하는 프레임이 송수신 될 수 있다. 예를 들어, 다중 채널 동기 정보, 채널 접속 정보, 벤더-특정(vendor specific) 정보, MIB(master information block) 유지(maintenance) 정보, 리어드레싱(readdressing) 정보, 다른 IEEE 802.11 서비스 정보 등은 CCH를 통해 송수신 될 수 있다. SCH 구간 내에 여섯 개의 SCH가 설정될 수 있으며, SCH를 통해 사용자 정보, 데이터 등이 송수신 될 수 있다.
한편, IEEE 802.11p에서 프레임의 송수신 절차는 다음과 같다.
도 8은 IEEE 802.11p에서 프레임의 송수신 절차를 도시한 타이밍도이다.
도 8을 참조하면, RSU는 CCH 구간에서 CCH가 아이들(idle) 상태인 경우 랜덤 백오프 절차를 수행할 수 있다. 예를 들어, RSU는 랜덤 백오프 절차에 따른 경쟁 윈도우(contention window, CW) 동안 CCH가 아이들 상태인 경우 CCH를 통해 WSA(WAVE service advertisement) 프레임(801)을 전송할 수 있다. RSU는 WSA 프레임(801)의 종료 시점부터 DIFS(distributed interframe space) 후에 CCH를 통해 세이프티(safety) 애플리케이션(APP) 관련 프레임-1(802)을 전송할 수 있다. RSU는 세이프티 애플리케이션 관련 프레임-1(801)의 종료 시점부터 AIFS(arbitration interframe space) 후에 CCH를 통해 세이프티 애플리케이션 관련 프레임-2(802)를 전송할 수 있다.
한편, OBU는 SCH 구간에서 SCH가 아이들 상태인 경우 랜덤 백오프 절차를 수행할 수 있다. 예를 들어, OBU는 랜덤 백오프 절차에 따른 경쟁 윈도우(CW) 동안 SCH가 아이들 상태인 경우 SCH를 통해 RTS(request to send) 프레임(804)을 전송할 수 있다. OBU는 RTS 프레임(804)의 종료 시점부터 SIFS(short interframe space) 후에 다른 통신 노드(예를 들어, RSU, 다른 OBU 등)로부터 SCH를 통해 CTS(clear to send) 프레임(805)을 수신할 수 있다. OBU는 CTS 프레임(805)의 종료 시점으로부터 SIFS 후에 SCH를 통해 데이터 프레임(806)을 전송할 수 있다. OBU는 데이터 프레임(806)의 종료 시점으로부터 SIFS 후에 SCH를 통해 ACK 프레임(807)을 수신할 수 있다. OBU는 데이터 프레임(806)의 응답인 ACK 프레임(807)을 수신한 경우 데이터 프레임(806)이 해당 통신 노드에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 통신 노드(예를 들어, OBU, RSU 등)는 WSMP(WAVE short message protocol)에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, RSU와 OBU 간의 통신(V2I)은 WSMP에 기초하여 수행될 수 있고, OBU들 간의 통신(V2V)은 WSMP에 기초하여 수행될 수 있다. 통신 노드들 간의 통신에서 사용되는 WSMP(WAVE short message protocol) 프레임은 다음과 같다.
도 9는 WSMP 프레임을 도시한 블록도이다.
도 9를 참조하면, WSMP 프레임(900)은 WSMP 헤더 및 WSM 데이터 필드(960)를 포함할 수 있다. WSMP 프레임(900)에 의해 최대 512바이트 크기의 사용자 데이터가 전송될 수 있다. WSMP 헤더는 버전 필드(910), PSID(provider service ID) 필드(920), 확장 필드(930), WSMP WAVE 요소(element) ID 필드(940) 및 길이 필드(950)를 포함할 수 있다. 버전 필드(910)는 1바이트의 크기를 가질 수 있으며, WSMP의 버전을 지시할 수 있다. PSID 필드(920)는 4바이트의 크기를 가질 수 있으며, 프로바이더(provider)가 제공하는 서비스의 식별자를 포함할 수 있다.
확장 필드(930)는 채널 번호, 전송률, 전송 파워 등을 지시할 수 있으며, 확장 필드(930)의 길이는 가변적일 수 있다. WSMP WAVE 요소 ID 필드(940)는 1바이트의 크기를 가질 수 있으며, WAVE 요소들의 식별자를 포함할 수 있다. 길이 필드(950)는 2바이트의 크기를 가질 수 있으며, WSM 데이터 필드(960)의 길이를 지시할 수 있다. WSM 데이터 필드(960)는 상위 계층에서 사용되는 데이터를 포함할 수 있으며, WSM 데이터 필드(960)의 길이는 가변적일 수 있다.
한편, 앞서 설명된 도메인들 간의 시간 동기를 위해 도메인들은 물리적으로 서로 연결되어야 한다. 따라서, 물리적인 연결 없이 독립적으로 존재하는 도메인(이하, "독립 도메인"이라 함)의 시간은 다른 도메인의 시간과 동기되지 않을 수 있다. 다만, 이동성을 가지는 통신 노드(예를 들어, 차량에 포함된 통신 노드)가 존재하는 경우, 통신 노드에 의해 도메인의 시간 정보가 공지될 수 있고, 임의의 도메인은 공지된 시간 정보에 의해 지시되는 시간에 기초하여 시간을 설정할 수 있다. 아래에서, 이동성을 가지는 통신 노드에 의한 시간 동기화 방법이 설명될 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 방법을 도시한 순서도이고, 도 11은 시간 동기화 방법이 적용되는 네트워크의 일 실시예를 도시한 개념도이고, 도 12는 시간 동기화 방법이 적용되는 네트워크의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 네트워크는 유니버셜 타임 도메인(1110), 워킹 클록 도메인-1(1120) 및 워킹 클록 도메인-2(1130)를 포함할 수 있다. 네트워크에 포함된 도메인들(1110, 1120, 1130)은 물리적인 연결 없이 독립적으로 존재할 수 있다. RSU-1(1111)은 유니버셜 타임 도메인(1110)의 그랜드 마스터 노드일 수 있고, RSU-2(1121)는 워킹 클록 도메인-1(1120)의 그랜드 마스터 노드일 수 있고, RSU-3(1131)은 워킹 클록 도메인-2(1130)의 그랜드 마스터 노드일 수 있다. OBU(1150)는 이동성을 가지는 통신 노드일 수 있다. 예를 들어, OBU(1150)는 차량에 포함된 통신 노드일 수 있고, 차량은 하나의 도메인을 형성할 수 있다.
RSU-1(1111)은 자신의 시간(예를 들어, 기준 시간)을 지시하는 시간 정보를 포함하는 공지 프레임을 생성할 수 있다. 또한, 공지 프레임은 RSU-1(1111)의 위치 정보(예를 들어, RSU-1의 위도, 경도 등)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, RSU-1(1111)이 GPS를 지원하는 경우 GPS를 통해 RSU-1(1111)의 위치를 확인할 수 있고, 확인된 위치 정보를 포함하는 공지 프레임을 생성할 수 있다. 또한, 공지 프레임은 RSU-1(1111)이 속한 도메인의 타입을 지시하는 우선순위(예를 들어, 식별자) 정보를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, RSU-1(1111)은 유니버셜 타임 도메인(1110)에 속하므로, 공지 프레임에 포함된 우선순위는 "0"으로 설정될 수 있다.
공지 프레임은 WSMP에 기초하여 생성될 수 있으며, 시간 정보, 위치 정보 및 우선순위 정보는 공지 프레임의 WSM 데이터 필드에 포함될 수 있다. 여기서, RSU-1(1111)의 시간 정보는 유니버셜 타임 도메인(1110)의 시간 정보를 지칭할 수 있고, RSU-1(1111)의 위치 정보는 유니버셜 타임 도메인(1110)의 위치 정보를 지칭할 수 있다. RSU-1(1111)은 공지 프레임을 주기적 또는 비주기적으로 전송할 수 있다(S1000). 공지 프레임은 RSU-1(1111)과 OBU(1150) 간의 CCH 또는 SCH를 통해 전송될 수 있다.
OBU(1150)는 RSU-1(1111)과 통신 가능한 커버리지 내에 위치하는 경우 RSU-1(1111)로부터 공지 프레임을 수신할 수 있고, 수신된 공지 프레임을 기반으로 RSU-1(1111)와 시간 동기화 절차를 수행할 수 있다(S1010). OBU(1150)와 RSU-1(1111) 간의 시간 동기화 절차는 다음과 같다.
도 13은 OBU에서 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, OBU(1150)는 공지 프레임으로부터 우선순위 정보를 획득할 수 있고, 획득된 우선순위 정보를 기초로 RSU-1(1111)이 속한 도메인의 타입(type)을 확인할 수 있다(S1300). 예를 들어, OBU(1150)는 우선순위가 "0"으로 설정된 경우 RSU-1(1111)이 유니버셜 타임 도메인에 속하는 것으로 판단할 수 있다. RSU-1(1111)이 유니버셜 타임 도메인에 속하는 경우, OBU(1150)는 공지 프레임으로부터 유니버셜 타임 도메인의 시간 정보, 위치 정보 등을 획득할 수 있다. 반면, OBU(1150)는 우선순위가 "1" 내지 "7" 중에서 하나의 값으로 설정된 경우 RSU-1(1111)이 워킹 클록 도메인에 속하는 것으로 판단할 수 있다. RSU-1(1111)이 워킹 클록 도메인에 속하는 경우, OBU(1150)는 공지 프레임을 폐기할 수 있다.
RSU-1(1111)이 유니버셜 타임 도메인에 속하는 경우, OBU(1150)는 RSU-1(1111)과의 링크 지연 시간을 측정할 수 있다(S1310). 예를 들어, OBU(1150)는 지연 요청 프레임을 RSU-1(1111)에 전송할 수 있고, 지연 요청 프레임의 전송 시간(이하, "RSU-1_시간-1"이라 함)을 기록할 수 있다. RSU-1(1111)은 OBU(1150)로부터 지연 요청 프레임을 수신할 수 있고, 지연 요청 프레임의 수신 시간(이하, "RSU-1_시간-2"라 함)을 기록할 수 있다. RSU-1(1111)은 "RSU-1_시간-2"를 지시하는 정보를 포함하는 지연 응답 프레임을 OBU(1150)에 전송할 수 있고, 지연 응답 프레임의 전송 시간(이하, "RSU-1_시간-3"이라 함)을 기록할 수 있고, "RSU-1_시간-3"을 지시하는 정보를 포함하는 후속 프레임을 OBU(1150)에 전송할 수 있다. 후속 프레임은 지연 응답 프레임의 전송 후에 바로 전송될 수 있다.
OBU(1150)는 RSU-1(1111)로부터 지연 응답 프레임을 수신할 수 있고, 지연 응답 프레임의 수신 시간(이하, "RSU-1_시간-4"라 함)을 기록할 수 있고, 지연 응답 프레임으로부터 "RSU-1_시간-2"를 획득할 수 있다. 또한, OBU(1150)는 RSU-1(1111)로부터 후속 프레임을 수신할 수 있고, 후속 프레임으로부터 "RSU-1_시간-3"을 획득할 수 있다. 링크 지연 시간의 측정을 위해 사용되는 프레임들은 OBU(1150)와 RSU-1(1111) 간의 CCH 또는 SCH를 통해 송수신될 수 있다. OBU(1150)는 아래 수학식 1에 기초하여 OBU(1150)와 RSU-1(1111) 간의 링크 지연 시간을 측정할 수 있다.
Figure 112016001071033-pat00001
또는, OBU(1150)는 GPS를 지원하는 경우 GPS를 사용하여 OBU(1150)의 위치를 확인할 수 있고, 공지 프레임으로부터 RSU-1(1111)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 이 경우, OBU(1150)는 OBU(1150)의 위치 및 RSU-1(1111)의 위치에 기초하여 OBU(1150)와 RSU-1(1111) 간의 거리를 산출할 수 있고, 산출된 거리에 기초하여 OBU(1150)와 RSU-1(1111) 간의 링크 지연 시간을 예측할 수 있다.
OBU(1150)는 "동기 프레임의 시간 정보에 의해 지시된 시간 + 링크 지연 시간"을 OBU(1150)의 시간으로 설정할 수 있다(S1320). 따라서, OBU(1150)의 시간은 유니버셜 타임 도메인(1110)의 시간에 동기될 수 있다. 여기서, 링크 지연 시간을 측정하는 단계는 생략될 수 있으며, 이 경우 OBU(1150)는 OBU(1150)의 시간을 동기 프레임의 시간 정보에 의해 지시된 시간으로 설정할 수 있다.
다시 도 10 내지 도 12를 참조하면, OBU(1150)를 포함하는 차량은 이동할 수 있고, 차량이 다른 도메인으로 이동한 경우 OBU(1150)는 해당 도메인(예를 들어, 워킹 클록 도메인-1(1120)에 속하는 RSU-2(1121))에 연결 요청 프레임을 전송할 수 있다(S1020). 또한, OBU(1150)는 연결 요청 프레임의 전송 시간(이하, "RSU-2_시간-1"이라 함)을 기록할 수 있다. 예를 들어, GPS를 지원하는 OBU(1150)는 GPS를 사용하여 차량의 이동에 따른 위치 변화를 확인할 수 있고, 확인된 위치에 기초하여 차량이 다른 도메인으로 이동한 것을 판단할 수 있다. 또는, OBU(1150)는 RSU-1(1111)로부터 수신된 신호 세기를 측정할 수 있고, 수신된 신호 세기가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 차량이 다른 도메인으로 이동한 것으로 판단할 수 있다. 연결 요청 프레임은 OBU(1150)의 식별자를 포함할 수 있으며, WSMP에 기초하여 생성될 수 있다. 연결 요청 프레임은 OBU(1150)와 RSU-2(1121) 간의 CCH 또는 SCH를 통해 전송될 수 있다.
RSU-2(1121)는 OBU(1150)로부터 연결 요청 프레임을 수신할 수 있고, 연결 요청 프레임의 수신 시간(이하, "RSU-2_시간-2"라 함)을 기록할 수 있다. RSU-2(1121)는 "RSU-2_시간-2"를 지시하는 정보를 포함하는 연결 응답 프레임을 생성할 수 있다. 또한, 연결 응답 프레임은 RSU-2(1121)가 속하는 워킹 클록 도메인-1(1120)의 우선순위 정보, 위치 정보, SCH 관련 정보(예를 들어, SCH가 설정된 주파수 자원 및 시간 자원 정보) 등을 더 포함할 수 있다. 워킹 클록 도메인-1(1120)의 우선순위 "1" 내지 "7" 중에서 하나의 값으로 설정될 수 있다. 연결 응답 프레임은 WSMP에 기초하여 생성될 수 있으며, "RSU-2_시간-2"를 지시하는 정보, 우선순위 정보, 위치 정보 및 SCH 관련 정보 연결 응답 프레임의 WSM 데이터 필드에 포함될 수 있다.
RSU-2(1121)는 연결 응답 프레임을 OBU(1150)에 전송할 수 있다(S1030). 또한, RSU-2는 연결 응답 프레임의 전송 시간(이하, "RSU-2_시간-3"이라 함)을 기록할 수 있고, "RSU-2_시간-3"을 지시하는 정보를 포함하는 후속 프레임을 생성할 수 있고, 생성된 후속 프레임을 OBU에 전송할 수 있다(S1040). 후속 프레임은 연결 응답 프레임의 전송 후에 바로 전송될 수 있다. 연결 응답 프레임 및 후속 프레임은 OBU(1150)와 RSU-2(1121) 간의 CCH 또는 SCH를 통해 전송될 수 있다.
OBU(1150)는 RSU-2(1121)로부터 연결 응답 프레임을 수신할 수 있고, 연결 응답 프레임의 수신 시간(이하, "RSU-2_시간-4"라 함)을 기록할 수 있고, 연결 응답 프레임으로부터 "RSU-2_시간-2"를 획득할 수 있다. 또한, OBU(1150)는 RSU-2(1121)로부터 후속 프레임을 수신할 수 있고, 후속 프레임에 포함된 "RSU-2_시간-3"을 획득할 수 있다. OBU(1150)는 아래 수학식 2에 기초하여 OBU(1150)와 RSU-2(1121) 간의 링크 지연 시간을 측정할 수 있다.
Figure 112016001071033-pat00002
또는, OBU(1150)는 GPS를 지원하는 경우 GPS를 사용하여 OBU(1150)의 위치를 확인할 수 있고, 연결 응답 프레임으로부터 RSU-2(1121)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 이 경우, OBU(1150)는 OBU(1150)의 위치 및 RSU-2(1121)의 위치에 기초하여 OBU(1150)와 RSU-2(1121) 간의 거리를 산출할 수 있고, 산출된 거리에 기초하여 OBU(1150)와 RSU-2(1121) 간의 링크 지연 시간을 예측할 수 있다.
OBU(1150)는 동기 프레임을 생성할 수 있다(S1050). 예를 들어, OBU(1150)는 RSU-2(1121)가 속한 워킹 클록 도메인이 독립 도메인인 경우 동기 프레임을 생성할 수 있다. 동기 프레임은 WSMP에 기초하여 생성될 수 있으며, 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 프레임을 도시한 블록도이다.
도 14를 참조하면, 동기 프레임(1400)은 WSMP 헤더 및 WSM 데이터 필드(1460)를 포함할 수 있다. 동기 프레임(1400)에 의해 최대 512바이트 크기의 사용자 데이터가 전송될 수 있다. WSMP 헤더는 버전 필드(1410), PSID 필드(1420), 확장 필드(1430), WSMP WAVE 요소 ID 필드(1440) 및 길이 필드(1450)를 포함할 수 있다. 동기 프레임(1400)의 WSMP 헤더에 포함된 필드는 도 9를 참조하여 설명된 WSMP 프레임(900)의 WSMP 헤더에 포함된 필드와 동일 또는 유사할 수 있다.
WSM 데이터 필드(1460)는 우선순위 필드(1461), 업데이트 시간 필드(1462), 위치 정보 필드(1463) 및 시간 정보 필드(1464)를 포함할 수 있다. WSM 데이터 필드(1460)의 크기는 가변적일 수 있다. 우선순위 필드(1461)는 3비트의 크기를 가질 수 있고, OBU와 시간-동기된(time-synchronized) RSU가 속하는 도메인의 타입을 지시할 수 있다. 예를 들어, 우선순위 필드(1461)는 "0" 내지 "7" 중에서 하나의 값으로 설정될 수 있다. "0"으로 설정된 우선순위 필드(1461)는 유니버셜 타임 도메인을 지시할 수 있으며, "1" 내지 "7" 중에서 하나의 값으로 설정된 우선순위 필드(1461)는 워킹 클록 도메인을 지시할 수 있다.
업데이트 시간 필드(1462)는 8비트의 크기를 가질 수 있으며, OBU의 시간이 업데이트된 시간을 지시할 수 있다. 위치 정보 필드(1463)는 6비트의 크기를 가질 수 있으며, OBU와 시간-동기된 RSU의 위치 정보(즉, RSU가 속하는 도메인의 위치 정보)를 지시할 수 있다. 위치 정보는 위도, 경도 등을 포함할 수 있다. 시간 정보 필드(1464)는 OBU의 시간을 지시할 수 있다. 시간 정보 필드(1464)의 길이는 가변적일 수 있다.
다시 도 10 내지 도 12를 참조하면, 동기 프레임의 우선순위 필드(1461)는 RSU-1(1111)이 속하는 유니버셜 타임 도메인(1110)의 타입을 지시할 수 있고, 업데이트 시간 필드(1462)는 OBU(1150)의 시간이 RSU-1(1111)의 시간에 동기된 시간을 지시할 수 있고, 위치 정보 필드(1463)는 RSU-1(1111)의 위치를 지시할 수 있고, 시간 정보 필드(1464)는 OBU(1150)의 시간을 지시할 수 있다. 또한, 동기 프레임은 OBU(1150)와 RSU-2(1121) 간의 링크 지연 시간을 지시하는 정보를 더 포함할 수 있다. OBU(1150)는 동기 프레임을 RSU-2(1121)에 전송할 수 있다(S1060). 동기 프레임은 OBU(1150)와 RSU-2(1121) 간의 CCH 또는 SCH를 통해 전송될 수 있다. 예를 들어, 동기 프레임은 연결 응답 프레임에 포함된 SCH 관련 정보에 의해 지시되는 SCH를 통해 전송될 수 있다.
RSU-2(1121)는 OBU(1150)로부터 동기 프레임을 수신할 수 있고, 동기 프레임에 포함된 정보에 기초하여 시간 동기화를 수행할 수 있다(S1070). 예를 들어, RSU-2(1121)는 동기 프레임의 우선순위 필드(1261)로부터 도메인의 타입을 획득할 수 있고, 도메인의 타입이 유니버셜 타임 도메인이면 RSU-2(1121)의 시간을 동기 프레임의 시간 정보 필드(1464)에 의해 지시되는 시간으로 설정할 수 있다. 여기서, RSU-2(1121)는 RSU-2(1121)의 시간을 "시간 정보 필드(1464)에 의해 지시되는 시간 + 링크 지연 시간"으로 설정할 수 있다. 따라서, 워킹 클록 도메인-1(1120)의 시간은 유니버셜 타임 도메인(1110)의 시간에 동기될 수 있다.
한편, RSU-2(1121)는 복수의 동기 프레임들을 수신한 경우 다음과 같이 시간 동기화를 수행할 수 있다.
도 15는 독립 도메인에서 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 15를 참조하면, RSU-2(1121)는 복수의 OBU들로부터 복수의 동기 프레임들을 수신할 수 있다(1500). RSU-2(1121)는 복수의 동기 프레임들 각각에 포함된 우선순위 필드에 기초하여 도메인의 타입을 확인할 수 있다(S1510). 예를 들어, RSU-2(1121)는 동기 프레임의 우선순위 필드가 "0"으로 설정되어 있는 경우 도메인의 타입이 유니버셜 타임 도메인인 것으로 판단할 수 있다. 반면, RSU-2(1121)는 동기 프레임의 우선순위 필드가 "1" 내지 "7" 중에서 하나의 값으로 설정되어 있는 경우 도메인의 타입이 워킹 클록 도메인인 것으로 판단할 수 있다. RSU-2(1121)는 도메인의 타입이 워킹 클록 도메인인 경우 동기 프레임을 폐기할 수 있다(S1520).
유니버셜 타임 도메인의 정보를 포함하는 한 개의 동기 프레임이 존재하면, RSU-2(1121)는 해당 동기 프레임에 포함된 시간 정보에 기초하여 RSU-2(1121)의 시간을 동기화할 수 있다(S1550). 유니버셜 타임 도메인의 정보를 포함하는 복수의 동기 프레임들이 존재하는 경우, RSU-2(1121)는 복수의 동기 프레임들 각각의 업데이트 시간 필드에 의해 지시되는 업데이트 시간을 확인할 수 있고, 최신의 업데이트 시간을 가지는 동기 프레임을 확인할 수 있다(S1530). RSU-2(1121)는 최신의 업데이트 시간을 가지는 동기 프레임을 제외한 동기 프레임을 폐기할 수 있다(S1520).
최신의 업데이트 시간을 가지는 한 개의 동기 프레임이 존재하면, RSU-2(1121)는 해당 동기 프레임에 포함된 시간 정보에 기초하여 RSU-2(1121)의 시간을 동기화할 수 있다(S1550). 최신의 업데이트 시간을 가지는 복수의 동기 프레임들이 존재하는 경우(즉, 동일한 업데이트 시간을 가지는 복수의 동기 프레임들이 존재하는 경우), RSU-2(1121)는 복수의 동기 프레임들 각각의 위치 정보 필드에 의해 지시되는 위치를 확인할 수 있다. RSU-2(1121)는 확인된 위치에 기초하여 RSU-2(1121)와 유니버셜 타임 도메인(예를 들어, 유니버셜 타임 도메인에 속한 RSU) 간의 거리를 확인할 수 있고, 가장 인접한 유니버셜 타임 도메인의 정보를 포함하는 동기 프레임을 확인할 수 있다(S1540). RSU-2(1121)는 가장 인접한 유니버셜 타임 도메인의 정보를 포함하는 동기 프레임을 제외한 동기 프레임을 폐기할 수 있다(S1520). RSU-2(1121)는 가장 인접한 유니버셜 타임 도메인의 정보를 포함하는 동기 프레임에 포함된 시간 정보에 기초하여 RSU-2(1121)의 시간을 동기화할 수 있다(S1550).
다시 도 10 내지 도 12를 참조하면, 도 11에서 RSU-2(1121)는 워킹 클록 도메인-2(1130)와 물리적으로 연결되며, 이에 따라 RSU-3(1131)은 RSU-2(1121)로부터 시간 정보를 획득할 수 있고, RSU-3(1131)의 시간을 획득된 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정할 수 있다. 따라서, 워킹 클록 도메인-2(1130)의 시간은 유니버셜 타임 도메인(1110)의 시간에 동기될 수 있다. 도 12에서 워킹 클록 도메인-2(1130)의 RSU-3(1131)은 앞서 설명된 방법과 동일 또는 유사하게 OBU(1150)으로부터 동기 프레임을 수신할 수 있고, 동기 프레임에 포함된 정보에 기초하여 RSU-3(1131)의 시간을 설정할 수 있다. 따라서, 워킹 클록 도메인-2(1130)의 시간은 유니버셜 타임 도메인(1110)의 시간에 동기될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 차량의 통신 노드에서 수행되는 시간 동기화 방법은,
    RSU(road side unit)로부터 상기 RSU가 속하는 제1 도메인(domain)의 시간 정보를 포함하는 제1 프레임을 수신하는 단계;
    상기 차량의 시간을 상기 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정하는 단계; 및
    상기 차량의 시간 정보를 포함하는 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 도메인이 유니버셜 타임(universal time) 도메인인 경우, 상기 차량의 시간은 상기 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정되는, 시간 동기화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 프레임은 상기 제1 도메인의 타입(type)을 지시하는 식별자 및 상기 제1 도메인의 위치 정보를 더 포함하는, 시간 동기화 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시간 동기화 방법은,
    상기 통신 노드와 상기 RSU 간의 링크 지연 시간을 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 차량의 시간은 상기 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간과 상기 링크 지연 시간의 합으로 설정되는, 시간 동기화 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 RSU는 상기 제1 도메인의 그랜드 마스터(grand master) 노드인, 시간 동기화 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 프레임은 상기 차량과 상기 제1 도메인 간의 서비스 채널(service channel)을 통해 수신되고, 상기 제2 프레임은 상기 차량과 제2 도메인 간의 서비스 채널을 통해 전송되는, 시간 동기화 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 프레임은 상기 제1 도메인의 타입을 지시하는 식별자, 상기 차량의 시간이 동기된 시간을 지시하는 업데이트 시간 정보 및 상기 제1 도메인의 위치 정보를 더 포함하는, 시간 동기화 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 프레임은 상기 차량이 제2 도메인 내에 위치한 경우에 전송되는, 시간 동기화 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 도메인은 워킹 클록(working clock) 도메인인, 시간 동기화 방법.
  10. 워킹 클록(working clock) 도메인의 RSU(road side unit)에서 수행되는 시간 동기화 방법으로서,
    차량의 통신 노드로부터 상기 차량의 시간 정보를 포함하는 동기 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 RSU의 시간을 상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정하는 단계를 포함하며,
    상기 동기 프레임은 상기 워킹 클록 도메인과 상기 차량 간의 서비스 채널(service channel)을 통해 수신되고,
    상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간은 유니버셜 타임(universal time) 도메인의 시간에 동기된, 시간 동기화 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 시간 동기화 방법은,
    상기 RSU와 상기 통신 노드 간의 링크 지연 시간을 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 RSU의 시간은 상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간과 상기 링크 지연 시간의 합으로 설정되는, 시간 동기화 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 동기 프레임은 상기 차량의 시간이 동기된 시간을 지시하는 업데이트 시간 정보 및 상기 유니버셜 타임 도메인의 식별자 및 위치 정보를 더 포함하는, 시간 동기화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    복수의 동기 프레임들이 수신된 경우, 상기 RSU의 시간은 상기 복수의 동기 프레임들 중에서 최신의 업데이트 시간 정보를 가지는 동기 프레임에 의해 지시되는 시간으로 설정되는, 시간 동기화 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    복수의 동기 프레임들이 수신된 경우, 상기 RSU의 시간은 상기 RSU와 가장 인접한 유니버셜 타임 도메인으로부터 수신된 동기 프레임에 의해 지시되는 시간으로 설정되는, 시간 동기화 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 RSU는 상기 워킹 클록 도메인의 그랜드 마스터(grand master) 노드인, 시간 동기화 방법.
  17. 차량의 통신 노드에서 수행되는 시간 동기화 방법은,
    RSU(road side unit)로부터 상기 RSU가 속하는 제1 도메인(domain)의 시간 정보를 포함하는 제1 프레임을 수신하는 단계;
    상기 차량의 시간을 상기 제1 도메인의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정하는 단계; 및
    상기 차량의 시간 정보를 포함하는 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 프레임은 상기 제1 도메인의 타입(type)을 지시하는 식별자 및 상기 제1 도메인의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 시간 동기화 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 프레임은 상기 제1 도메인의 타입을 지시하는 식별자, 상기 차량의 시간이 동기된 시간을 지시하는 업데이트 시간 정보 및 상기 제1 도메인의 위치 정보 중 적어도 하나를 더 포함하는, 시간 동기화 방법.
  19. 워킹 클록(working clock) 도메인의 RSU(road side unit)에서 수행되는 시간 동기화 방법으로서,
    차량의 통신 노드로부터 상기 차량의 시간 정보를 포함하는 동기 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 RSU의 시간을 상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간으로 설정하는 단계를 포함하며,
    상기 차량의 시간 정보에 의해 지시되는 시간은 유니버셜 타임(universal time) 도메인의 시간에 동기되고, 상기 동기 프레임은 상기 유니버셜 타임 도메인의 식별자 및 위치 정보를 포함하는, 시간 동기화 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 동기 프레임은 상기 차량의 시간이 동기된 시간을 지시하는 업데이트 시간 정보를 더 포함하고, 복수의 동기 프레임들이 수신된 경우 상기 RSU의 시간은 상기 복수의 동기 프레임들 중에서 최신의 업데이트 시간 정보를 가지는 동기 프레임에 의해 지시되는 시간으로 설정되는, 시간 동기화 방법.
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