KR102430252B1 - Wave 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 시스템 및 방법 - Google Patents

Wave 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일면에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 장치는, WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 모듈을 제공하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 차량의 WAVE 통신 장치의 정보를 수집하고, 수집한 정보를 토대로 부하 비율을 산출하고, 산출된 부하 비율에 따라 CCH 구간 및 SCH 구간을 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 시스템 및 방법{Dynamic Control Channel Interval Allocation System and Method of WAVE communication device}
본 발명은 WAVE 네트워크에서 차량 통신 장치의 멀티채널 접근을 위한 채널 사이의 접근 구간(interval)을 동적으로 할당하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정부 출연금 사업(과제명: 자율 주행 자동의 실시간 제어를 위한 고속 V-Link 통신 기술 개발, 16ZC1100)의 일환으로 수행된 것이다.
WAVE(Wireless Access for Vehicular Evnironment)는 고속 이동으로 인한 도플러 전이 등의 간섭이 발생하는 차량 통신을 위한 차량 통신 네트워크로, 차량과 차량 간 통신(vehicle-to-vehicle, v2v) 및 차량과 도로변 설치되는 도로변 기지국 사이의 통신(vehicle-to-infrastructure, v2i)을 지원한다.
WAVE에서는 5.85~5.925GHz의 주파수 대역에서 7개의 채널 즉, 멀티채널을 v2v 및 v2i를 위하여 할당하여 사용한다. 주파수 대역은 75MHz이므로, 5.865GHz부터 5.925GHz까지의 70MHz의 대역을 7개의 주파수 구간을 나누고, 10MHz씩 할당된다.
통상 1개 채널은 CCH이고, 6개의 채널은 SCH이고, 각 채널의 대역폭은 10MHz가 된다. 현재, 증가하는 WAVE 통신 서비스의 수요에 따라, 현재 10MHz의 대역폭을 갖는 채널은 20MHz 내지 40MHz로 확장될 가능성이 있지만, WAVE 통신이 혼잡 상황일 때, 채널을 적절히 분배하여 효율적으로 통신 자원을 이용하는 기술이 제공되지 못하는 문제가 있다.
WAVE 기술은 차량 중심의 네트워크를 형성하여 운전자의 안전성을 증대시키고, 교통의 효율성을 증대시키는 방향으로 발전하고 있다. 차량 안전 서비스를 지원하기 위하여 WAVE 통신 장치는 통신 장치 사이의 메시지 전송을 위하여 채널을 할당하고 접근한다. WAVE 환경에서 사용할 수 있는 채널의 종류는 CCH(Control Channel, 제어 채널)과 SCH(Service Channel, 서비스 채널)의 2가지가 있으며, 가장 일반적인 형태의 채널 접근 방식은 제어 채널과 서비스 채널을 각각 50msec/50msec 의 주기로 지원하는 선택적 모드(alternative mode)이다. 제어 채널은 주로 서비스를 제공하는 장치의 서비스 광고 정보를 주기적으로 방송(broadcast) 하거나, 안전 메시지(Basic Safety Message) 정보를 전송한다. 서비스 채널은 통신 장치가 제공하는 서비스 데이터(주로 IP 데이터)를 전송한다.
WAVE 네트워크는 움직이는 차량을 중심으로 매우 가변적인 토폴로지(네트워크의 구성 정보)를 가지고 있다. 차량이 밀집되어 있는 환경에서 기존 표준에서 제시하는 고정적인 채널 접근 시간(interval)의 적용은 모든 차량들에게 안전 메시지를 전송할 경우, 제한 시간 내에 데이터를 처리하지 못할 수 있다. 데이터를 제한 시간 내에 처리하는 못하는 것은 WAVE 데이터 전송의 지연 원인이 될 수 있어, 서비스를 원활하게 제공할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여, WAVE 네트워크에서 특정 인프라가 지원하는 영역의 차량 대수 및 전송되는 기본 메시지 부하 등을 고려하여 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 장치는, WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 모듈을 제공하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 차량의 WAVE 통신 장치의 정보를 수집하고, 수집한 정보를 토대로 부하 비율을 산출하고, 산출된 부하 비율에 따라 CCH 구간 및 SCH 구간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법은, 인프라가, (i) 기본 구간을 산출하는 단계; (ii) CCH 구간 정보를 WAVE 통신 장치에 전송하는 단계; 상기 WAVE 통신 장치가, (1) 상기 인프라에 서비스를 요청하는 단계; 요청된 서비스의 응답에 따라 채널을 설정하는 단계; (2) 채널 정보(A)를 수신하는 단계; WAVE 네트워크에 우선순위가 설정된 채널 정보(B)를 검색하는 단계; (3) 상기 채널 정보(A)와 상기 채널 정보(B)의 우선순위를 비교하는 단계; (4) 상기 채널 정보(A)와 상기 채널 정보(B)의 우선순위가 동일한 경우, 멀티채널 구간을 설정하는 단계; (5) 상기 채널 정보(A)와 상기 채널 정보(B)의 우선순위가 동일하지 아니한 경우, 우선순위가 높은 채널 정보의 결과치를 전달하고 메시지를 대기하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 인프라와 상기 WAVE 통신 장치는 GPS 정보를 이용하여 시간 동기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 산출된 기본 구간은 CCH 구간과 SCH 구간을 포함하고, 100 ms 이며, CCH 구간은 최소 0 ms 이고, 최대 100 ms 이고, SCH 구간은 기본 구간에 CCH 구간을 제외한 나머지 구간을 의미한다. 바람직하게는 CCH 구간은 30 ms 이상 85 ms 이하일 수 있다.
본 발명에 따르면, WAVE 네트워크에서 차량 통신 장치의 멀티채널 접근을 위한 채널 사이의 접근 구간(interval)을 유동적으로 설정하여 종래 고정 채널 분배 방법에 비하여 WAVE 통신 장치의 서비스 메시지의 전송 지연을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법이 구현되는 컴퓨터 시스템의 구성을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 부분 실시예에 따른 WAVE 통신 장치의 프로토콜을 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명의 부분 실시예에 따른 WAVE 통신 장치의 서비스 요청 처리에 대한 프로토콜의 절차 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 채널 구간 할당 방법을 설명하기 위한 절차 흐름도.
도 6은 본 발명 의 부분 실시예에 따른 WAVE 통신 장치 사이의 CCH 구간을 전송하기 위한 메시지 구조도.
도 7은 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 CCH 구간 할당 방법을 설명하기 위한 예시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법이 구현되는 컴퓨터 시스템의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법은 컴퓨터 시스템에서 구현되거나, 또는 기록매체에 기록될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템은 적어도 하나 이상의 프로세서(110)와, 메모리(120)와, 사용자 입력 장치(150)와, 데이터 통신 버스(130)와, 사용자 출력 장치(160)와, 저장소(140)를 포함할 수 있다. 전술한 각각의 구성 요소는 데이터 통신 버스(130)를 통해 데이터 통신을 한다.
컴퓨터 시스템은 네트워크(180)에 연결된 네트워크 인터페이스(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서(110)는 중앙처리 장치(central processing unit (CPU))이거나, 혹은 메모리(120) 및/또는 저장소(140)에 저장된 명령어를 처리하는 반도체 장치일 수 있다.
상기 메모리(120) 및 상기 저장소(140)는 다양한 형태의 휘발성 혹은 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 메모리(120)는 ROM(123) 및 RAM(126)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법은 컴퓨터에서 실행 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법이 컴퓨터 장치에서 수행될 때, 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들이 본 발명에 따른 운영 방법을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명의 일면에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 장치는, WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 모듈을 제공하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 차량의 WAVE 통신 장치의 정보를 수집하고, 수집한 정보를 토대로 부하 비율을 산출하고, 산출된 부하 비율에 따라 CCH 구간 및 SCH 구간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 WAVE 통신 장치의 정보는 1회 전송 데이터 크기, 전송 주기, 차선 수, 인프라 내에 운행 중인 차량의 수를 포함한다. 기준 부하량에 대하여 결정되는 CCH 구간은 50 msec로 하고, 기준 부하량에 대비되는 현재 부하 비율을 산출하여, 부하 비율에 따라 CCH 구간을 0 msec 내지 100 msec로 결정한다. SCH 구간은 (100 msec ~CCH 구간)으로 결정한다.
도 2는 본 발명의 부분 실시예에 따른 WAVE 통신 장치의 프로토콜을 나타내는 예시도이다.
WAVE(Wireless Access Vehicle Environment) 표준 프로토콜은 메시지 전송을 위해 크게 CCH(제어 채널)과 SCH(서비스 채널)을 제공한다. CCH는 서비스 광고 메시지와 안전 메시지를 전송하며, SCH는 서비스 관련 데이터 메시지를 전송한다.
IEEE 1609.4 표준 문서에서는 상기 두 채널을 교대로 사용하는 선택적 모드(Alternative mode)를 WAVE 시스템의 기본 모드(default mode)로 설정하였으며, 관련된 채널 구간으로서, CCH의 경우, Ts0 duration으로 50msec를, SCH의 경우, Ts1 Duration으로 50msec를 각각 제시하고 있다. 또한 각 채널 구간(channel interval)의 시작 부분에 채널 스위칭을 위한 보호 구간(Guard interval = MacChSwitchTime + SyncTolerance)으로 4msec를 할당하고, 보호 구간에서는 메시지의 송신 및 수신이 이루어지지 않는다.
Characteristic Value
OperatingClass(CCH) 17
ChannelNumber(CCH) 178
Ts0Duration 50 ms
Ts1Duration 50 ms
SyncTolerance 2 ms
MaxChSwitchTime 2 ms
도 3은 본 발명의 부분 실시예에 따른 WAVE 통신 장치의 서비스 요청 처리에 대한 프로토콜의 절차 흐름도이다.
본 발명에 따른 동적 제어 채널 구간 할당 시스템은 하나 이상의 WAVE 통신 장치를 포함한다. WAVE 통신 장치는 공급자 WAVE 통신 장치 또는 사용자 WAVE 통신 장치일 수 있다.
상기 공급자 WAVE 통신 장치는 도로변에 설치되는 도로변 통신 장치(RSU, Road Side Unit)을 의미하는데, 본 발명에서는 흔히 사용되는 다른 표현인 인프라라고 지칭한다.
상기 사용자 WAVE 통신 장치는 통상 차량 내에 설치되는 차량 통신 장치(OBU, On-Board Unit)을 의미한다.
상기 인프라(공급자 WAVE 통신 장치)는 도로변에 일정한 간격으로 통달 거리를 고려하여 설치되고, 하나의 인프라가 자신의 범위 내에 있는 사용자 WAVE 통신 장치와 통신하여 WAVE 통신 서비스를 제공하는 역할을 한다.
2이상의 사용자 WAVE 통신 장치는 서로 통신할 수 있다. 이를 통상 v2v(vehicle-to-vehicle) 통신이라 한다.
상기 공급자 WAVE 통신 장치와 상기 사용자 WAVE 통신 장치는 서로 통신할 수 있다. 이를 통상 v2i(vehicle-to-infra) 통신이라 한다.
본 발명에 따른 동적 제어 채널 구간 할당 시스템에서 사용하는 WAVE 프로토콜은 계층적으로 구성되는데, 상기 계층은 최상위 계층인 어플리케이션 계층(application layer), TCP/UDP 계층, IP 계층, MAC Extension 계층, MAC 계층, PHY 계층을 포함한다.
상기 공급자 WAVE 통신 장치와 상기 사용자 WAVE 통신 장치는 하나의 물리 계층(PHY)을 포함하며, 하나의 물리 계층에서 멀티채널을 운용하여서, v2v 및 v2i 통신을 수행한다.
본 발명에서는 IP 계층과 MAC Extension 계층 사이에 동적 채널 설정 계층(Dynamic Channel Configuration)을 더 포함한다.
본 발명에 따른 동적 제어 채널 구간 할당 시스템에 포함되는 각 WAVE 통신 장치는 서비스를 제공하는 공급자(Provider)와 서비스를 이용하는 사용자(User)로 설정된다. WAVE 통신 장치가 특정 서비스를 제공하거나, 이용할 때, WAVE 프로토콜의 WME(Wave Management Entity)는 서비스 요청 처리에 필요한 서비스 프리미티브를 제공한다.
WAVE 프로토콜은 상위 어플리케이션 계층(Application Layer)에서 하위 물리 계층(PHY Layer)로 분류된다.
서비스 제공 요청 메시지(WME Provider Service Request)가 수신되면, WAVE 통신 장치는 주기적으로 서비스를 광고하는 메시지(WSA: Wave Service Advertisement)를 생성한다. 해당 광고 메시지는 WSM(Wave Short Message)의 데이터 영역에 포함되어 에어 인터페이스(Air Interface)을 통하여 방송(Broadcast)된다.
서비스 광고 메시지(WSA)를 수신한 WAVE 통신 장치(User)는 관련 메시지 정보를 전송하고, 해당 서비스의 이용여부를 판단(UserService Confirm)한다.
WAVE 통신 장치는 제어 채널을 통하여 서비스 광고 메시지를 송신 및 수신하고, 특정 채널을 통하여 서비스 데이터 메시지를 송신 및 수신한다.
특정 채널을 할당하고, 접근하는 계층이 1609.4(MAC Extension) 계층이다. 본 발명은 1609.4 계층에 동적 채널 구간을 할당하기 위한 동적 채널 설정 모듈을 추가할 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 구성도이다.
일반적으로 차량 네트워크는 도로를 기반으로 일정한 운행 방향을 가진 복수의 차량들이 움직이는 상황에서 구축된다. 도로변에는 복수의 차량과 통신 및 서비스(1:N)를 제공할 수 있는 인프라가 설치되어 있고, 각 차량은 주위의 차량들과 통신(N:N)할 수 있다. WAVE 통신에서 통상 인프라가 1km 내의 차량들과 통신할 수 있다고 본다.
도 4의 은 V2I 통신을 의미한다. 인프라가 담당하는 범위인 영역 은 하나의 서비스 영역으로 볼 수 있고, V2I 통신을 통하여, 상시 서비스 영역(BSS: Basic Service Set)내의 모든 차량의 정보를 수집하거나, 모든 차량들에게 서비스(ex: LDM, Local Dynamic MAP)을 제공할 수 있다.
도 4의 는 차량과 차량 사이의 V2V 통신을 의미한다. 차량들은 차량 사이의 충돌 위험 감지 서비스 등과 같은 안전 서비스를 위하여 자신의 위치 정보를 주기적으로 전송하며, 이러한 정보는 주위 차량들에게 일괄 방송(Broadcast)되는 정보이며, 해당 정보를 수신하는 쪽에서 관련 서비스를 이용할 수 있다.
도 4의 은 기본적인 차량의 위치 정보 이외에 안전 서비스와 관련된 특정 이벤트 정보를 전송하는 통신을 의미한다. 인프라는 서비스 지역 내에서 안전 메시지(BSM, Basic Safety Message) 정보 중 일정 시간 내에서만 유효한 특정 정보를 선택적으로 수집하여 제공할 수 있다. 상기 특정 정보는 도로 내 사고 정보, 도로 공사 정보, 응급 차량의 위치 정보 등에 해당할 수 있다. 이러한 정보는 주기적으로 제공되는 정보가 아니라 이벤트 발생 시점을 기준으로 단기간 제공되는 정보로서 차량들은 통상 제어 채널(CCH)을 통하여 해당 정보를 수신할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 채널 구간 할당 방법을 설명하기 위한 절차 흐름도이다.
제2 WAVE 통신 장치(520)는 다른 자동차의 제3 WAVE 통신 장치(520) 또는 인프라(510)의 제1 WAVE 통신 장치와 메시지를 송신 및 수신한다. 인프라(510)는 일정 범위의 서비스 영역(BSS, Basic Service Set)의 차량 대수, 차량 속도, 기본 방송 메시지 부하 등을 고려하여 기본 제어 채널 구간(Default CCH interval)을 설정한다. 구간의 총 시간은 표준과 같이 100msec를 기준으로 설정하나, CCH와 SCH 시간 간격은 50msec로 고정되는 것이 아닌 조정이 가능하다. 예컨대, CCH 구간을 0 msec 내지 100 msec 중 어느 하나로 설정하고, SCH 구간을 (100 msec~CCH 구간)으로 설정할 수 있다.
인프라(510)에 의하여 설정되는 기본 구간은 인프라가 담당 범위(BSS, Basic Service Set)에서 유효한 구간이며, 인프라의 담당 범위에 포함되는 모든 차량의 WAVE 통신 장치(520)에 동일하게 적용되고, 시간 동기가 이루어진다. 이루어진 시간 동기에 따라 WAVE 서비스가 제공된다. 기본 구간은 인프라(510)에 의하여 주기적으로 업데이트될 수 있고, 해당 정보는 인프라(510)가 송신하는 메시지의 헤더(header)에 포함되어 담당 범위 내의 WAVE 통신 장치(520)들이 수신할 수 있다.
WAVE 통신 장치(520)는 인프라(510)가 방송하는 메시지를 참고하여 구간 정보를 수신할 때, 기존 구간 정보와 비교하여 변경이 있으면, 제어 채널 구간이 WAVE 통신 장치(520)에 설정된다. 또한 서비스 요청 또는 서비스 해지로 인하여 채널 설정이 변경되는 시점에 다시 한번 제어 채널 구간이 설정된다.
WAVE 통신 장치(520)는 특정 서비스에 대한 요청을 처리할 때, 단순 물리 계층(Single PHY)를 기본 하드웨어로 보고, 6개의 SCH 중 하나의 SCH 설정하여 원하는 서비스를 제공한다. 채널 설정을 위하여 관련 채널 정보를 수신하고, 해당 장치가 처리하는 다수의 서비스 중 현재 채널 정보를 포함하여 우선순위가 가장 높은 서비스의 채널 정보를 검색한다. 다수의 서비스가 각기 다른 채널을 사용하는 경우, 우선순위가 높은 서비스가 채널의 우선권을 가진다. 현재 WAVE 통신 장치의 MIB(Management Information Base) 정보 중 제공자의 서비스 요청 테이블(ProviderServiceRequestTable)과 사용자의 서비스 요청 테이블(UserServiceRequestTable)을 참고하여, 우선순위가 가장 높은 서비스의 채널 정보를 검색한다.
WAVE 통신 장치(520)는 검색된 우선순위가 가장 높은 서비스의 채널 정보와 현재 서비스 중인 채널 정보를 비교하여 관련 서비스 메시지를 PHY 및 에어 인터페이스 통하여 전송한다.
검색된 우선순위가 가장 높은 서비스의 채널 정보와 현재 서비스 중인 채널 정보가 동일한 경우, 전체 동기화 구간(예컨대, 100 msec)에서 이웃 차량들과의 통신을 위한 인프라가 최근에 전송한 CCH 구간을 제외한 구간을 SCH 구간으로 설정한다.
본 발명의 일면에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 방법은, 인프라가, (i) 기본 구간을 산출하는 단계; (ii) CCH 구간 정보를 WAVE 통신 장치에 전송하는 단계; 상기 WAVE 통신 장치가, (1) 상기 인프라에 서비스를 요청하는 단계; 요청된 서비스의 응답에 따라 채널을 설정하는 단계; (2) 채널 정보(A)를 수신하는 단계; WAVE 네트워크에 우선순위가 설정된 채널 정보(B)를 검색하는 단계; (3) 상기 채널 정보(A)와 상기 채널 정보(B)의 우선순위를 비교하는 단계; (4) 상기 채널 정보(A)와 상기 채널 정보(B)의 우선순위가 동일한 경우, 멀티채널 구간을 설정하는 단계; (5) 상기 채널 정보(A)와 상기 채널 정보(B)의 우선순위가 동일하지 아니한 경우, 우선순위가 높은 채널 정보의 결과치를 전달하고 메시지를 대기하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 인프라와 상기 WAVE 통신 장치는 GPS 정보를 이용하여 시간 동기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 산출된 기본 구간은 CCH 구간과 SCH 구간을 포함하고, 100 ms이며, CCH 구간은 최소 0 ms이고, 최대 100 ms이고, SCH 구간은 기본 구간에 CCH 구간을 제외한 나머지 구간을 의미한다. 바람직하게는 CCH 구간은 30 ms 이상 85 ms 이하일 수 있다.
상기 인프라가, (i) 기본 구간을 산출하는 단계는 메시지 부하에 따라 기본 구간을 산출한다. 상기 메시지 부하는 현재 인프라가 담당하는 영역 내에 존재하는 차량의 수, 전송되는 데이터의 크기, 전송 주기에 따라 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 부분 실시예에 따른 WAVE 통신 장치 사이의 CCH 구간을 전송하기 위한 메시지 구조도이다.
WAVE 표준에서 제시하는 WAVE 메시지 포맷은 WSM 메시지와 WSA 메시지를 구분한다. WSA 메시지는 WSM 메시지의 데이터 영역에 캡슐화하여 전송한다.
IP 서비스 데이터를 이용하는 경우, WSA 내 정보를 확인하여 IP 서비스 채널을 설정하고, WSM 서비스 데이터를 전송하고자 하는 경우는 WSM 헤더(header) 내의 정보를 이용하여 관련 채널을 설정한다는 점에서 차이가 있다.
WSM 메시지의 경우, WSMP header WAVE information Element Extension 필드를 이용하여 각각 Element ID로 선언된 정보 중 Channel Number, Data Rate, Transmit Power Used, Channel Load를 추가할 수 있다. IP 서비스의 경우도 WSA header WAVE information Element Extension을 이용할 수 있다.
본 발명에서 인프라(510)가 CCH 구간을 전송하고자 할 경우, CCH 구간을 특정 Element ID(예컨대, 24)로 설정하고, 관련 정보를 전달하는 형식(Element ID, Len, Value)으로 Extension 필드를 확장하여 사용하도록 한다. 관련 Element ID(CCH 구간)의 Value 값은 인프라(510) 내의 WAVE 통신 장치만 쓰는 권한을 가지며, 다른 WAVE 통신 장치(520)들은 수신한 정보만을 이용하기 때문에 관련 필드를 읽을 권한만 부여된다.
인프라(510)에 의하여 CCH 구간 값이 계산되더라도, 관련 정보가 WAVE 통신 장치(520)가 사용하기 위하여, 인프라(510)가 제공하는 IP 서비스 또는 WSM 서비스에 대한 서비스 광고 정보를 주기적으로 방송하여야 한다.
WAVE 통신 장치가 이용하는 서비스를 위한 프리미티브에 채널 설정에 필요한 CCH 구간과 관련된 파라미터를 추가하고, 관련 정보를 전송하기 위하여, 메시지 포맷이 생성될 때, WAVE information Elemetn Extension 필드에 관련 정보를 저장한다.
도 7은 본 발명에 따른 운행 중인 차량의 수에 따라 WAVE 통신 장치의 CCH 구간 할당 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
통상 인프라(510) 내에서 WAVE 통신 장치(520)가 주기적으로 자신들의 위치 정보를 전송하는 BSM 메시지를 생성할 수 있고, 생성되는 BSM 메시지에 의하여 인프라(510)는 메시지 부하를 일정 수준 유지하게 된다.
기본 구간(Default Interval) 계산은 제어 채널에서 전송하는 BSM 정보의 메시지 부하량을 토대로 CCH 구간을 설정한다. 전체 동기화 구간(100 msec)에서 CCH 구간을 제외하면 기본 SCH 구간이 계산된다.
예컨대, 차량 네트워크를 2차선 양방향 고속도로에서 WAVE 통신 인프라를 구축하는 경우, 차량(통상 승용차의 차량 길이는 평균 5m)들이 100m의 안전거리를 유지한다면, 1km 이내 한 차선에는 대략 10대 이내의 차량을 배치할 수 있다. 제1 WAVE 통신 장치의 채널 수용량(channel capacity)(예컨대, 1.5Mbps)을 고려하여, 하나의 차선에 9대의 차량이 운행하는 것을 가정할 수 있다. 하나의 차선에 9대의 차량이 0.1초마다 500 bytes의 BSM을 주기적으로 전송하는 경우, 필요로 하는 부하량은 다음 수식에 따라 1.44Mbps(왕복 차선수 x 8 x 500 * 9 / 0.1)가 된다.
Figure 112020009088595-pat00001
상기 부하량에 대응되는 비율을 1로 정의하고, CCH 구간 50 msec 이내에서 처리 가능한 부하량이라 생각할 수 있다.
기본 부하율을 기준으로 해당 인프라 내의 모든 차량의 BSM 메시지는 채널의 용량을 고려하여 부하율이 증가한 만큼의 시간이 필요하다.
부하 비율에 따른 CCH 구간은 다음 표와 같다.
차량의 수 부하 비율 MIND 부하 비율 MAXD CCH 구간(CCH Interval)
0~8 0.00 0.22 30 msec
9~17 0.25 0.47 40 msec
18~36 0.50 1.00 50 msec
37~53 1.03 1.47 60 msec
54~71 1.50 1.97 70 msec
72~89 2.00 2.47 80 msec
90~107 2.50 2.97 85 msec
108~125 3.00 3.47 90 msec
126~143 3.50 3.97 95 msec
144~200 4.00 5.56 100 msec
현재 인프라 내에서 다른 서비스의 제공 없이 순수하게 BSM 메시지만을 처리한다면, WAVE 통신 장치는 CCH 구간뿐만 아니라 SCH 구간을 포함하여 유효 시간을 가질 수 있다.
따라서 부하 비율에 따라 CCH 구간을 단계적으로 나눌 때, 100 msec(부하 비율 2)까지의 상태를 현재 표준에서 제시하는 기본 시스템의 구간 비율(50msec:50msec)를 만족하는 기준으로 삼을 수 있다.
운행 중인 차량이 증가할수록 상기 표 3을 적용하여 적절한 CCH 구간을 산출할 수 있다. 도 7에는 상기 표 3을 적용하여 대역폭(10MHz, 20MHz, 40MHz) 별로, 산출한 CCH 구간과 SCH 구간을 나타내고 있다.
부하 비율이 높을수록 기본적으로 전송되는 메시지 양은 많아진다. 이를 전송하는 CCH 구간을 조정하여 부하 비율을 조정할 수 있다. 기본 방송 메시지의 부하 비율에 따라서 CCH 구간을 0 msec부터 100 msec까지로 조정한다.
CCH 구간에 대한 명세는 다음과 표와 같다.
Name Element ID Used IN
CCH Interval 24 WSM-N-Header
Name Type Valid range Description
CCH Interval Integer 0~100(msec) Channel access time during timeslot0 in sync interval(100 msec)
특히 V-Link 서비스의 경우 10MHz 채널 6개를 사용하므로, 대용량 서비스에 대응하여 20MHz 또는 40MHz로 통합 또는 확장할 수 있고, 이때, WAVE 통신 장치가 동일한 크기의 메시지를 전송하는 시간은 1/2 또는 1/4로 단축될 것이다. 본 발명에 따르면, 채널의 대역폭이 20MHz 또는 40MHz로 변경된다 하더라도 표 2에 따라 CCH 구간을 설정할 수 있으므로, WAVE 통신 자원을 효율적으로 배분할 수 있다. 그 결과는 도 7에 나타나 있다.
표 2의 수치 및 도 7의 값은 예시적인 것이며, 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 기존의 WAVE 통신 프로토콜 표준 상 고정된 CCH-SCH 구간 비율을 적절하게 결정하되, 변경된 비율을 인프라와 차량 WAVE 통신 장치 사이에 공유하기 위하여 동기화 단계에서 사용하는 프로토콜을 일부 수정함으로써, 변경된 CCH-SCH 구간 비율이 적용된 상태에서 WAVE 통신을 수행하여 동일한 자원 환경에서 원활한 WAVE 통신 서비스를 제공할 수 있는 것이다.
도 4의 은 차량이 주기적으로 전송하는 위치 정보 이외에 안전 서비스를 위하여 인프라 내에서 발생하는 추가적인 정보로서 특정 이벤트 발생 정보를 의미하는 것이다. 상기 특정 이벤트 발생 정보는 사고 정보 또는 도로 공사 정보 등을 포함하며, 상기 특정 이벤트 발생 정보는 메시지 1건 당 하나의 차량이 생성하는 메시지와 동일하게 보아 도 7에서 CCH 구간 산출할 때, 기존 차량 대수이의 메시지 건을 더하여 메시지 부하 비율을 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 시스템은 인프라가 인프라 내에 존재하는 WAVE 통신 장치를 미리 파악하여, 현재 상황에 맞는 적절한 CCH-SCH 구간 비율을 결정할 수 있다. 또한, 향후 지원될 예정인 20 MHz 및 40 MHz 대역폭을 갖는 WAVE 통신 채널인 경우에도, CCH-SCH 의 구간 비율을 변경함으로써, WAVE 통신 시스템의 자원을 효율적으로 배분하여, 트래픽을 분산할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 컴퓨터 시스템
110: 프로세서
120: 메모리
123: ROM
126: RAM
130: 데이터 통신 버스
140: 저장소
150: 사용자 입력 장치
160: 사용자 출력 장치
170: 네트워크 인터페이스
180: 네트워크

Claims (10)

  1. WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 장치에 있어서,
    WAVE 통신 장치의 동적 제어 채널 구간 할당 모듈을 제공하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및
    상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    서비스 영역 내 차량 WAVE 통신 장치의 정보를 수집하고, 상기 수집한 정보에 기반하여 상기 서비스 영역 내 부하를 산출하고,
    상기 산출된 부하에 기반하여 CCH 구간 및 SCH 구간을 동적으로 설정하고, 상기 설정된 CCH 구간 및 상기 설정된 SCH 구간에 관련된 정보를 WAVE 메시지 포맷에 기초하여 상기 차량 WAVE 통신 장치에게 송신하고,
    상기 WAVE 메시지 포맷은 WSM 메시지와 WSA 메시지를 포함하고, 상기 WSA 메시지는 WSM 메시지의 데이터 영역에 캡슐화되어 전송되며,
    상기 프로세서는 상기 차량 WAVE 통신 장치가 서비스를 요청하면, 상기 서비스 요청에 대한 응답으로 채널을 설정하되,
    IP 서비스 데이터를 이용하는 경우 WSA 내 정보를 확인하여 IP 서비스 채널을 설정하되, WSA 헤더의 WAVE 정보 요소 확장(WAVE information Element Extension) 필드를 이용하여 채널을 설정하고,
    WSM 서비스 데이터를 전송하는 경우 WSM 헤더 내 정보를 이용하여 관련 채널을 설정하되, WAVE 정보 요소 확장(WAVE information Element Extension) 필드를 이용하여 각각 Element ID로 선언된 정보 중 채널 번호(Channel Number), 데이터 전송률(Data Rate), 사용된 전송 전력(Transmit Power Used), 채널 부하(Channel Load)를 추가하여 채널 설정후 전송하는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    상기 수집된 정보에 기반하여 메시지 부하를 산출하고,
    상기 메시지 부하에 기반하여 상기 CCH 구간을 설정하는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    상기 서비스 영역 내 위치한 차량 대수, 기본 방송 메시지의 데이터 크기 및 상기 기본 방송 메시지의 전송 주기에 기반하여 상기 메시지 부하를 결정하는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    상기 메시지 부하가 클수록 상기 CCH 구간을 늘리는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    상기 설정된 CCH 구간을 제외한 구간을 상기 SCH 구간으로 설정하는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    특정 이벤트 발생 정보의 메시지 건수에 더 기반하여 상기 메시지 부하를 산출하는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    상기 산출된 부하가 상기 서비스 영역 내에서 일정 수준으로 유지되도록 상기 CCH 구간 및 SCH 구간을 설정하는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 프로그램을 실행시킴에 따라,
    WAVE 통신의 대역폭이 변경되면, 상기 변경된 대역폭에 따라 상기 CCH 구간과 상기 SCH 구간의 비율을 변경하는, 동적 제어 채널 구간 할당 장치.
  10. 삭제
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