KR20160048020A - Method and Apparatus for Velocity based Self-Configuring Time Division Broadcasting Protocol for Periodic Messages in Vehicle-to-Vehicle Communication - Google Patents

Method and Apparatus for Velocity based Self-Configuring Time Division Broadcasting Protocol for Periodic Messages in Vehicle-to-Vehicle Communication Download PDF

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Abstract

Disclosed are a method for active time division broadcasting of periodic messages for controlling congestion in vehicle-to-vehicle communications and a method and an apparatus for controlling a communication setting. The method for controlling a communication setting of periodic messages in vehicle-to-vehicle communications comprises the steps of: predicting a vehicle-to-vehicle density by using a minimum safety distance according to a vehicle speed and grasping a communication environment of the periodic messages in the vehicle-to-vehicle communications; and adjusting parameters of the communication environment including transmission power of the periodic messages, a transmission rate of the periodic messages, and a beacon generation period according to the vehicle-to-vehicle density and the communication environment of the periodic messages and dispersing transmission time points of the periodic messages.

Description

차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 주기적 메시지의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법과 통신 설정 조절 방법 및 장치{Method and Apparatus for Velocity based Self-Configuring Time Division Broadcasting Protocol for Periodic Messages in Vehicle-to-Vehicle Communication}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active time-division broadcasting method and apparatus and a communication setting control method for periodic messages for controlling congestion in inter-

본 발명은 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 주기적 메시지의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법과 통신 설정 조절 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an active time-division broadcasting method and an apparatus and method for communication setting control of periodic messages for controlling congestion in inter-vehicle communication.

최근 몇 년 동안 무선 통신 기술은 급격히 발전하고 있으며 발전된 무선 통신은 새로운 서비스와 시장을 창출하고 있다. 게다가 새로운 서비스는 우리의 일상생활과 산업에 많은 영향을 미치고 있다. 자동차 산업에서는 무선 통신을 이용하여 운전자와 승객을 위한 새로운 서비스를 제공하기 위한 연구 개발이 이루어지고 있다. IEEE 802.11p Working Group에서는 802.11과 1609 표준을 결합한 차량 환경에 적합한 무선 통신 표준을 제정하였다. 이 표준을 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments) 라 부르며 차량과 차량 그리고 차량과 노면장치 구간에 대한 통신 규약을 정의하고 있다. 최근 미국과 유럽을 중심으로 차량 간 통신 (Vehicle-to-Vehicle communications)을 이용한 안전 서비스를 개발하는 프로젝트들이 수행되고 있다. 이들 프로젝트들은 안전 어플리케이션에 필요한 서비스 시나리오, 통신 요구사항, 메시지 형식 그리고 이를 바탕으로 구현 및 테스트 검증 등에 대해서 수행하고 정의하였다. 이를 이용한 다양한 서비스에 관한 연구가 이루어지고 있다. In recent years, wireless communication technologies are rapidly evolving, and advanced wireless communications are creating new services and markets. In addition, new services have a great impact on our daily lives and industries. In the automobile industry, research and development are being conducted to provide new services for drivers and passengers using wireless communication. The IEEE 802.11p Working Group has established a wireless communication standard for vehicle environments that combines 802.11 and 1609 standards. This standard is called Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) and defines communication protocols for vehicles, vehicles, and road and vehicle sections. Recently, projects are being carried out to develop safety services using vehicle-to-vehicle communications centered on the United States and Europe. These projects performed and defined the service scenarios, communication requirements, message formats required for safety applications, and implementation and test verification based on them. A variety of services have been studied using this.

차량 간 통신에서 안전 서비스를 제공하기 위해서는 주기적 메시지 배포가 이루어져야 한다. 주기적 메시지에는 차량의 상태 정보(예를 들어, 속도, 위치, 방향 등)를 포함하며 일반적인 교통 환경에서 짧은 주기로 생성되고 주고받아야 한다. 차량 간 통신에서는 이러한 주기적인 메시지 브로드캐스팅의 짧은 간격으로 인해 대규모 네트워크 혼잡과 충돌이 빈번히 발생할 수 있다. 이런 문제점들은 메시지 수신율을 감소시키고 심지어 주변 차량들에서 발생한 메시지도 수신이 되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 상황을 브로드캐스트 스톰 문제라고 부른다. 특히, 차량이 밀집한 도심 환경에서 주기적 메시지 교환으로 발생한 네트워크 혼잡은 긴급한 이벤트 발생 메시지의 전달을 방해한다. 이 경우 긴급 메시지 전파에 있어서 주변의 모든 차량이 긴급 메시지를 수신하기까지 기대 이상의 시간이 소요될 수 있다. In order to provide safety service in inter-vehicle communication, periodic message distribution should be done. The periodic message includes vehicle status information (eg, speed, location, direction, etc.) and should be generated and sent in a short cycle in a typical traffic environment. In inter-vehicle communication, large network congestion and collisions can frequently occur due to the short interval of such periodic message broadcasting. These problems may reduce the message reception rate and may even result in messages not being received from nearby vehicles. This situation is called the broadcast storm problem. In particular, network congestion caused by periodic message exchange in a densely populated urban environment hinders delivery of urgent event occurrence messages. In this case, it may take more time than expected for all the surrounding vehicles to receive the urgent message in the emergency message propagation.

주기적 메시지 브로드캐스팅에 따른 문제를 해결하기 위한 방법은 대표적으로 두 종류의 접근 방법으로 구분할 수 있다. 하나는 경쟁 기반이며 다른 하나는 스케줄 기반 방법이다. 많은 연구들에서 차량 네트워크의 충돌과 혼잡을 줄이기 위한 경쟁 기반의 알고리즘들을 제안하였다. Sepulcre 외 저자들은 어플리케이션 기반의 혼합 제어 정책으로 네트워크 부하를 줄이는 방법을 제안하였다. 이 방법은 주기적 메시지에 대한 문제를 다루고 있으며 어플리케이션에서 요구하는 전송세기와 패킷의 발생 주기를 통해서 혼잡을 조절하였다. 이 연구는 차선 변경 보조 어플리케이션을 대상으로 알고리즘을 설계하고 검증하였다. He 외 저자들은 어플리케이션 계층에서 작동하는 적응적 혼잡 제어 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘 또한 발생 간격 조절 방법이며 MAC 계층에서 발생하는 직/간접적인 충돌 이벤트를 감지하여 작동하는 것이 특징이다. 저자들은 주기적 안전 어플리케이션과 이벤트 발생 안전 어플리케이션 모두를 고려한 연구를 진행하였다. Torrent-Moreno 외 저자들은 차량 네트워크 환경에서 주기적 메시지의 브로드캐스팅으로 인한 충돌을 줄이기 위해서 전송 세기를 조절하는 방법을 제안하였다. 이 방법을 Distributed Fair Power Adjustment for Vehicular environments(D-FPAV) 라고 부르며 다음과 같은 절차로 작동한다. 각각의 노드들은 최대 수신거리 안에 있는 모든 노드의 상태 정보를 수집한다. 그리고 각 노드들은 최적화된 전송 세기를 계산하여 메시지를 브로드캐스팅한다. 다른 연구들에서는 차량 네트워크상에서 네트워크 부하를 줄이기 위해서 스케줄 기반의 접근 방식을 이용한 방법들을 제안하였다. Yu 외 저자들은 차량 간 통신 환경에서 차량 안전 서비스를 위해서 Time Division Multiple Access(TDMA) MAC 방법을 제안하였다. 이 방법은 차량들의 위치 및 움직임을 알고 있는 상태에서 작동하도록 설계되었다. 차량의 군집주행 상황에서 MAC 슬롯들은 차량의 상대적인 위치에 따라서 사용 슬롯이 할당된다. 이 방법은 Cooperative Collision Avoidance (CCA) 어플리케이션을 통해서 이벤트 발생 메시지 전달에 관해서 다루고 있다. Bai 외 저자들은 차량 네트워크상에서 혼잡을 줄이기 위해서 상황 인지 주기적 메시지 교환 스케줄 방법을 제안하였다. 이 방법은 시분할 기반의 주기적 메시지 스케줄링 방법에 포함한다. 그리고 주기적 메시지 발생 간격을 의미하는 Virtual Time Frame (VTF)을 정의하였으며 이것은 시간 슬롯을 구성하며 전송에 필요한 시간으로 설계하였다. 차량들은 주변 차량 상황(위치, 속도, 방향 등) 및 통신 부하 정보를 통해서 주기적 메시지 교환을 위한 시간 슬롯을 할당 받는다. 이 방법 또한 안전 어플리케이션에 따라서 VTF 를 100ms에서 500ms까지 조절하는 내용을 포함하고 있다. 또한 배정규 외 저자들은 원활한 교통정보 수집을 위해 각 차량의 이동속도에 따라 시간 옵셋 값을 설정하고 이를 전송하고자 하는 유니캐스트 패킷의 랜덤 백오프 시간과 결합하여 차량 이동속도 기반의 혼잡제어 방법을 제안하였다. There are two approaches to solve the problem of periodic message broadcasting. One is competition-based and the other is a schedule-based method. Many studies have proposed competition-based algorithms to reduce collision and congestion of vehicle networks. Sepulcre et al. Proposed a method to reduce network load with application-based hybrid control policy. This method deals with the problem of periodic messages and controls the congestion through the transmission strength and packet generation period required by the application. This research designed and verified algorithms for lane change assistant applications. He et al. Proposed an adaptive congestion control algorithm that operates at the application layer. This algorithm is also a generation interval control method and it is characterized by detecting the direct / indirect collision event occurring in the MAC layer and operating it. The authors have studied both cyclic safety and event safety applications. Torrent-Moreno et al. Proposed a method to adjust the transmission strength to reduce the collision caused by the broadcasting of periodic messages in the vehicle network environment. This method is called Distributed Fair Power Adjustment for Vehicular Environments (D-FPAV). Each node collects status information of all nodes within the maximum receiving distance. Then, each node broadcasts the message by calculating the optimized transmission strength. Other studies have proposed methods using a schedule-based approach to reduce network load on vehicle networks. Yu et al. Proposed a Time Division Multiple Access (TDMA) MAC method for vehicle security services in the intervehicle communication environment. This method is designed to operate with knowledge of the position and movement of the vehicles. In a crowded driving situation of the vehicle, the MAC slots are allocated slots to be used depending on the relative positions of the vehicles. This method deals with the delivery of event occurrence messages through the Cooperative Collision Avoidance (CCA) application. Bai et al. Proposed a context - aware periodic message exchange scheduling scheme to reduce congestion on the vehicle network. This method is included in the time division based periodic message scheduling method. And we define Virtual Time Frame (VTF) which means periodic message generation interval. The vehicles are allocated time slots for periodic message exchange through the surrounding vehicle situation (location, speed, direction, etc.) and communication load information. This method also includes adjusting the VTF from 100ms to 500ms depending on the safety application. In addition, Bae, Jeong-Kyu et al. Proposed a congestion control method based on vehicle movement speed by combining time-offset values according to moving speed of each vehicle and random backoff time of unicast packet to collect the traffic information .

대부분의 알고리즘들은 경쟁 기반의 해결 방식을 따르기 때문에 높은 차량 밀도에서 메시지 간 충돌 확률이 높아 질 수 있다. 여러 알고리즘들은 실시간으로 혼잡제어를 수행하기 위해서 필요한 정보(차량 상태, 네트워크 상태, 등)를 수집해야만 한다. 하지만 최소한에 필요한 정보를 수집하기 위한 단계는 별도로 설명하고 있지 않았다. 따라서 스케줄 기반의 혼잡 제어 방식으로 네트워크 부하조절을 위한 초기 정보 수집을 포함하지 않고, 차량의 운행 속도로부터 도로 위 차량 밀도를 예측하고 주기적 메시지 브로드캐스팅으로 발생하는 네트워크 부하를 조절하는 방법을 필요로 한다.Since most algorithms follow a competitive-based solution, the probability of collision between messages at high vehicle densities can be high. Various algorithms must collect information (vehicle status, network status, etc.) necessary to perform congestion control in real time. However, the steps for collecting the necessary information at a minimum were not separately described. Therefore, it is necessary to predict the vehicle density on the road from the speed of the vehicle and to control the network load caused by the cyclic message broadcasting, without including the initial information collection for the network load control by the schedule-based congestion control method .

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차량 안전 서비스에서 주변차량의 정보 수집 시 주변 차량의 밀도에 따라 주기적인 메시지(Basic Safety Message: BSM 또는 Beacon Message)로 인한 네트워크 과부하(다시 말해, Broadcast Storm) 문제를 해결하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 따라서 차량의 밀도에 따라 주변차량의 주기적 메시지 전송 시점을 효율적으로 분산시키는 속도 기반의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법 및 장치를 제안하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a vehicle safety service system and a method thereof, which can prevent a network overload (i.e., a broadcast storm) problem caused by a basic safety message (BSM or Beacon Message) And to provide a method and apparatus for solving the above problems. Therefore, we propose a speed based active time division broadcasting method and apparatus that efficiently distribute periodic message transmission time points of nearby vehicles according to the density of vehicles.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 차량 간 통신의 주기적 메시지 통신 설정 조절 방법은 차량 속도에 따른 최소안전거리를 이용하여 차량 간 밀도를 예측하고, 차량 간 통신의 주기적 메시지의 통신 환경을 파악하는 단계, 상기 차량간 밀도 및 상기 주기적 메시지의 통신 환경에 따른 상기 주기적 메시지의 전송 파워, 상기 주기적 메시지의 전송율 및 비콘 발생주기를 포함하는 상기 통신 환경의 파라미터들을 조절하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting periodic message communication settings for inter-vehicle communication, the method comprising: predicting inter-vehicle density using a minimum safety distance according to vehicle speed; Wherein the periodic message transmission rate is adjusted by adjusting parameters of the communication environment including a transmission power of the periodic message, a transmission rate of the periodic message, and a beacon period according to the inter-vehicle density and the communication environment of the periodic message, . ≪ / RTI >

상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계는 차량 간 통신의 주기적 메시지의 시분할 슬롯인 Beacon Slot Time(이하, BST)를 구성하고 각 차량이 랜덤하게 자신의 BST를 선택하여 주기적 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.The step of distributing the transmission time of the periodic message includes configuring Beacon Slot Time (hereinafter, referred to as BST), which is a time-divisional slot of a periodic message of inter-vehicle communication, and each vehicle randomly selecting its BST to transmit a periodic message .

상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계는 상기 주기적 메시지의 전송 파워를 조절하여 차량 속도에 따라 비콘의 송신 및 수신 범위를 가변적으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다. The step of distributing the transmission time point of the periodic message may include a step of variably controlling transmission and reception ranges of the beacon according to the vehicle speed by adjusting transmission power of the periodic message.

상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계는 상기 주기적 메시지의 전송율을 높임으로써 상기 주기적 메시지의 전송시간을 단축시키고, 단축된 BST를 이용하여 비콘 슬롯을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. The step of distributing the transmission time of the periodic message may include a step of increasing the transmission rate of the periodic message and a transmission time of the periodic message and increasing a beacon slot using the reduced BST.

상기 비콘 슬롯을 증가시키는 단계는 기준 차량의 현재 속도에 따른 주변 차량의 밀도를 계산하는 단계, 상기 주기적 메시지의 BST를 계산하는 단계, 상기 BST를 이용하여 상기 기준 차량의 시분할 스케줄링 주기를 계산된 개수의 BST로 시분할하는 단계, 계산된 상기 주변 차량의 밀도가 시분할된 상기 BST의 개수보다 많은 경우 상기 주기적 메시지의 전송범위를 조절하는 단계, 시분할된 상기 BST 중 임의의 랜덤 슬롯을 선택하여 랜덤 슬롯 타임에 도달하면 비콘을 전송하는 단계를 포함할 수 있다. The step of increasing the beacon slot may include calculating a density of an adjacent vehicle according to a current speed of the reference vehicle, calculating a BST of the periodic message, calculating a time division scheduling period of the reference vehicle using the BST, , Adjusting a transmission range of the periodic message when the calculated density of the neighboring vehicle is greater than the number of the time-divided BSTs, selecting a random slot among the time-divided BSTs, And transmitting the beacon when the beacon is reached.

상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계는 차량 속도가 느려짐에 따라 상기 주기적 메시지의 생성 간격을 넓게 조절함으로써 상기 비콘 발생주기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. The step of distributing the transmission time of the periodic message may include adjusting the interval of generation of the periodic message by increasing the period of the beacon period as the vehicle speed is slower.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 차량 간 통신의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법은 기준 차량의 현재 속도에 따른 주변 차량의 밀도를 계산하는 단계, 차량 간 통신의 주기적 메시지의 BST를 계산하는 단계, 상기 BST를 이용하여 상기 기준 차량의 시분할 스케줄링 주기를 미리 정해진 개수의 BST로 시분할하는 단계, 계산된 상기 주변 차량의 밀도가 시분할된 상기 BST의 개수보다 많은 경우 상기 주기적 메시지의 전송범위를 조절하는 단계, 각 차량이 자신의 BST를 선택하여 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an active time-division broadcasting method for inter-vehicle communication, the method including calculating a density of a nearby vehicle according to a current speed of a reference vehicle, calculating a BST of a periodic message of inter- Dividing the time division scheduling period of the reference vehicle into a predetermined number of BSTs using the BST, and adjusting the transmission range of the periodic message when the density of the neighboring vehicles is greater than the number of the time- , And each vehicle may select its BST to distribute the transmission time of the periodic message.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 차량 간 통신의 주기적 메시지 통신 설정 조절 장치는 차량 속도에 따른 최소안전거리를 이용하여 차량 간 밀도를 예측하고, 차량 간 통신의 주기적 메시지의 통신 환경을 파악하는 예측부, 상기 차량간 밀도 및 상기 주기적 메시지의 통신 환경에 따른 상기 주기적 메시지의 전송 파워, 상기 주기적 메시지의 전송율 및 비콘 발생주기를 포함하는 상기 통신 환경의 파라미터들을 조절하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 제어부를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for adjusting periodic message communication settings of inter-vehicle communication proposed in the present invention, which estimates the inter-vehicle density using the minimum safety distance according to the vehicle speed, Wherein the control unit controls parameters of the communication environment including a predictive unit for recognizing the periodic message, a transmission power of the periodic message according to the communication environment of the periodic message, a transmission rate of the periodic message, And a control unit for dispersing the viewpoints.

상기 제어부는 상기 주기적 메시지의 전송 파워를 조절하여 차량 속도에 따라 비콘의 송신 및 수신 범위를 가변적으로 조절하는 전송 파워 조절부, 상기 주기적 메시지의 전송율을 높임으로써 상기 주기적 메시지의 전송시간을 단축시키고, 단축된 BST를 이용하여 비콘 슬롯을 증가시키는 전송율 조절부, 차량 속도가 느려짐에 따라 상기 주기적 메시지의 생성 간격을 넓게 조절함으로써 상기 비콘 발생주기를 조절하는 메시지 생성부를 포함할 수 있다. Wherein the control unit adjusts a transmission power of the periodic message to variably adjust a transmission and reception range of a beacon according to a vehicle speed, a transmission power control unit for increasing a transmission rate of the periodic message, A rate control unit for increasing the beacon slot using the shortened BST, and a message generator for adjusting the beacon generation period by adjusting the generation interval of the periodic message as the vehicle speed is slow.

본 발명의 실시예들에 따르면 차량 안전 서비스에서 주변차량의 정보 수집 시 주변 차량의 밀도에 따라 주기적인 메시지(BSM)로 인한 네트워크 과부하(다시 말해, Broadcast Storm) 문제를 해결할 수 있다. 따라서 차량의 밀도에 따라 주변차량의 주기적 메시지 전송 시점을 효율적으로 분산시키는 속도 기반의 능동형 시분할 브로드캐스팅으로 인해 패킷 충돌을 줄이고 네트워크 효율을 높일 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the problem of network overload (i.e., broadcast storm) due to periodic messages (BSM) can be solved according to the density of surrounding vehicles when collecting information of nearby vehicles in a vehicle safety service. Therefore, it is possible to reduce the packet collision and increase the network efficiency due to the speed based active time division broadcasting which efficiently disperses the periodic message transmission time point of the surrounding vehicles according to the density of the vehicle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 통신 설정 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WAVE 표준의 교대 채널 접근 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 N-비콘 슬롯에 대한 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저속 및 고속 차량의 밀도에 대한 예시를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 주기적 메시지의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 스케줄링 주기에 대한 비콘 전송 주기의 예시를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 통신 설정 조절 장치를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a flowchart for explaining a communication setting adjustment method for controlling congestion in inter-vehicle communication according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an alternative channel approach of the WAVE standard according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a diagram illustrating an example of an N-beacon slot according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of the density of low speed and high speed vehicles according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an active time-division broadcasting method of a periodic message for controlling congestion in inter-vehicle communication according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of a beacon transmission period for a time division scheduling period according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a communication setting control device for controlling congestion in inter-vehicle communication according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 통신 설정 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart for explaining a communication setting adjustment method for controlling congestion in inter-vehicle communication according to an embodiment of the present invention.

차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 통신 설정 조절 방법은 차량 속도에 따른 최소안전거리를 이용하여 차량 간 밀도를 예측하고, 차량 간 통신의 주기적 메시지의 통신 환경을 파악하는 단계(110), 상기 차량간 밀도 및 상기 주기적 메시지의 통신 환경에 따른 상기 주기적 메시지의 전송 파워, 상기 주기적 메시지의 전송율 및 비콘 발생주기를 포함하는 상기 통신 환경의 파라미터들을 조절하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계(120)를 포함할 수 있다. A communication setting adjustment method for controlling congestion in inter-vehicle communication includes estimating inter-vehicle density using a minimum safety distance according to a vehicle speed, determining a communication environment of a periodic message of inter-vehicle communication (110) (120) by adjusting parameters of the communication environment including a transmission power of the periodic message, a transmission rate of the periodic message and a beacon period according to a communication environment of the periodic message ).

단계(110)에서, 차량 속도에 따른 최소안전거리를 이용하여 차량 간 밀도를 예측하고, 차량 간 통신의 주기적 메시지의 통신 환경을 파악할 수 있다. 다시 말해, 차량의 속도에 따른 최소안전거리(MSD, Minimum Safety Distance)를 이용하여 속도 별 차량의 밀집도를 예상할 수 있다. In step 110, the inter-vehicle density can be predicted using the minimum safety distance according to the vehicle speed, and the communication environment of the periodic message of inter-vehicle communication can be grasped. In other words, it is possible to predict the density of the vehicle by the speed using the minimum safety distance (MSD) according to the vehicle speed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WAVE 표준의 교대 채널 접근 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram for explaining an alternative channel approach of the WAVE standard according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

제안 알고리즘은 능동형 시분할 스케줄 형식의 방법으로써 다음과 같은 장점을 가진다. 자차 속도를 기준으로 하기 때문에 알고리즘을 적용하기 위한 사전 정보(예를 들어, 노드의 위치 및 속도 정보 등) 획득 절차가 없는 편의성을 갖는다. 서로 다른 타임 슬롯을 통해서 동시에 비콘 메시지가 전파되는 것을 제한함으로써 공평성을 갖는다. 또한, 다양하게 변화하는 차량에 속도에 맞추어서 적합한 통신환경을 설정하는 적응성을 갖는다.The proposed algorithm has the following advantages as an active time - sharing schedule method. It is convenient that there is no procedure for acquiring advance information (for example, position and speed information of the node) for applying the algorithm because it is based on the speed of the vehicle. Thereby restricting the propagation of beacon messages through different time slots at the same time. It also has the flexibility to set the appropriate communication environment to the speed varying vehicle.

VSC-A 프로젝트는 통신을 이용한 차량 간 (V2V: vehicle-to-vehicle) 안전 서비스에 대해서 개발하였고 새로운 통신 기반의 안전 어플리케이션을 설계하였다. VSC-A 프로젝트에서는 차량 간 네트워크에서 안전 어플리케이션이 올바른 서비스를 제공하기 위해서는 초당 10회의 위치정보 교환이 선행되어야 한다고 권장하고 있다. 따라서 각각의 메시지들은 100ms 간격으로 생성되고 전달되어야 한다. 이러한 시간 간격을 브로드캐스트 간격이라고 부른다. The VSC-A project has developed vehicle-to-vehicle (V2V) safety services using communications and designed new communication-based safety applications. The VSC-A project recommends that safety applications in the intervehicular network should be preceded by an exchange of location information 10 times per second in order to provide the correct service. Therefore, each message should be generated and transmitted at intervals of 100 ms. This time interval is called the broadcast interval.

제안하는 알고리즘은 VSC-A 프로젝트에서 제안한 메시지를 기준으로 주기적 메시지 크기와 내용을 정의하고자 한다. 예를 들어, 제안 알고리즘은 단일 안테나를 이용하는 장비를 통해서 무선 채널에 접근한다고 가정하고 교대 접근(Alternating Access) 방식으로 컨트롤 채널(CCH: Control Channel)(210) 과 서비스 채널(SCH: Service Channel)(220)을 사용하는 상황에서 작동하는 것으로 고려하였다. WAVE/1609.4표준에서 교대로 무선 채널에 접근(Alternating Channel Access)할 경우 100ms(230) 간격으로 컨트롤 채널과 서비스 채널이 모두 접근할 수 있도록 권고하고 있다. The proposed algorithm is to define the periodic message size and content based on the message proposed in the VSC-A project. For example, the proposed algorithm assumes that a wireless channel is accessed through a device using a single antenna, and a control channel (CCH) 210 and a service channel (SCH) 220) is used. WAVE / 1609.4 standard recommends that both control channels and service channels be accessible at alternate 100ms (230) intervals for alternate channel access.

다시 말해, 도 2과 같이 컨트롤 채널들(211, 212) 50ms와 서비스 채널들(221, 222) 50ms의 채널 사용 시간을 보장하고 있는 것이다. 하지만 채널이 변경되면서, 컨트롤 채널에서 서비스 채널로 혹은 서비스 채널에서 컨트롤 채널로 변경될 때, MAC 계층의 동기화를 위해서 보호 구간(Guard Interval)(240) 시간을 두고 있다. 해당 시간은 4ms 로 WAVE에서 정의하는 서비스 제공자와 사용자 간의 MAC 계층의 채널 변경 동기화에 필요한 최소한의 시간을 보장하고 있다. 결과적으로 50ms 의 채널 점유시간이 있지만 보호 구간(Guard Interval)(240)을 제외하면 실제 메시지 교환에 사용될 수 있는 시간은 46ms 가 된다. 따라서 제안 알고리즘은 해당 무선 채널의 동기화된 각 46ms 시간 동안 주기적 메시지를 전송을 위한 시분할 스케줄링 알고리즘을 설계할 수 있다. In other words, as shown in FIG. 2, the channel usage time of 50 ms for the control channels 211 and 212 and 50 ms for the service channels 221 and 222 is guaranteed. However, when the channel is changed, when a control channel is changed to a service channel or a service channel is changed to a control channel, a guard interval 240 is provided for synchronization of the MAC layer. The corresponding time is 4ms, which guarantees the minimum time required for the channel change synchronization between the MAC layer and the service provider defined by WAVE. As a result, although there is a channel occupation time of 50 ms, except for the guard interval (240), the time available for the actual message exchange is 46 ms. Therefore, the proposed algorithm can design a time - divisional scheduling algorithm for periodic message transmission during each synchronized 46ms time of the radio channel.

일반적으로 도심지역과 같이 많은 차량이 존재하는 지역에서 안전 서비스를 제공하기 위해서 100ms 간격으로 주기적 메시지를 브로드캐스팅 한다면, 수많은 메시지들이 충돌을 일으켜 수신하기 어려울 것이다. 이러한 문제를 브로드캐스트 스톰 문제라고 한다. 안전 어플리케이션들은 주변 차량들의 정보를 거의 수신하지 못하게 된다. 이러한 경우, 통신 기반의 안전 어플리케이션들이 정상적으로 작동하기 어렵다. 다시 말해, 차량 밀도가 높은 곳에서는 주기적 메시지의 수신율을 낮아지게 할 수 있다. Generally, if a periodic message is broadcast at intervals of 100 ms in order to provide security services in an area where many vehicles exist, such as an urban area, a large number of messages will be difficult to receive due to a collision. This problem is called a broadcast storm problem. Safety applications rarely receive information about nearby vehicles. In this case, communication-based safety applications are difficult to operate normally. In other words, the reception rate of the periodic message can be lowered in a place where the vehicle density is high.

제안하는 알고리즘은 시분할 다중 접속 (TDMA: Time Division Multiple Access) 방식과 스케줄 기반 방법에 속한다. 제안 알고리즘은 비콘 슬롯을 정의하여 주기적 메시지 문제를 해결할 수 있다. 하나의 주기적 메시지가 보내질 때 소요되는 최대 시간을 비콘 슬롯 타임(BST: Beacon Slot Time) 이라 부르며 전송시간과 최대 랜덤 백오프(random back off) 시간 영역으로 구성되어 있다. 전송시간은 전송률과 주기적 메시지의 크기에 따라서 결정이 된다. 예를 들어, 주기적 메시지의 크기를 378 Bytes 로 정하고 전송률을 6 Mbps로 기본 값 정의를 하였다. 이러한 메시지의 크기와 전송률은 VSC-A 통신 요구사항을 참고하였다. 최대 랜덤 백오프 시간 설정은 다음 기준에 근거한다. WAVE 통신 표준은 802.11에 기반을 둔 통신 프로토콜이기 때문에 무선 채널에 접근하기 위해서는 랜덤 백오프 접근 방법을 따른다. 특히 WAVE의 경우 우선순위에 기반을 둔 QoS(Quality of Service)를 제공하는 802.11e의 EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) 무선매체 접근 방법을 사용하며 우선순위 구분을 위한 AC(Access Category)에 대해서 표 1과 같이 설명하고 있다. The proposed algorithm belongs to Time Division Multiple Access (TDMA) and schedule based methods. The proposed algorithm can solve the periodic message problem by defining the beaconslot. The maximum time required when one periodic message is sent is called a beacon slot time (BST), and is composed of a transmission time and a maximum random back off time domain. The transmission time is determined by the transmission rate and the size of the periodic message. For example, the size of the periodic message is defined as 378 Bytes and the transmission rate is defined as 6 Mbps. The size and the transmission rate of these messages refer to the VSC-A communication requirements. The maximum random backoff time setting is based on the following criteria. Since the WAVE communication standard is a communication protocol based on 802.11, a random backoff approach is used to access wireless channels. In particular, WAVE uses 802.11e EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) wireless media access method that provides priority based QoS (Quality of Service) and AC (Access Category) As shown in FIG.

<표 1><Table 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

제안 방법에서 주기적 메시지는 AC1 (AC_BK)의 AIFN(Arbitration Inter-Frame Space Number)과 CWmin 값을 따른다. 따라서 비콘 슬롯 타임(BST)은 CWMin 과 AIFSN1의 슬폿 타임(Slot Time)으로 최대 랜덤 백오프 타임을 정의하고 주기적 메시지의 크기(S)를 비트단위로 변경하여 이를 전송률(R)로 나누었을 때 소요시간을 전송시간이라고 한다. 이 내용을 아래 수학식(1)로 정리할 수 있다.In the proposed method, periodic messages follow the AIFN (Arbitration Inter-Frame Space Number) and CWmin values of AC1 (AC_BK). Therefore, the beacon slot time (BST) defines the maximum random backoff time as the slot time of CWMin and AIFSN1, and when the size (S) of the periodic message is changed in bit units and divided by the transmission rate (R) Time is called transmission time. This content can be summarized by the following equation (1).

Figure pat00002
수학식(1)
Figure pat00002
Equation (1)

비콘 슬롯 타임을 구성하는 전송시간을 구하기 위해 전송률과 메시지의 크기는 VSC-A의 서비스 요구 사항을 참고하였다. 다른 구성 요소인 최대 랜덤 백오프를 계산하기 위해서 EDCA 파라미터 값 및 슬롯 타임에 대해서는 WAVE/802.11p 표준을 참고하였다.To determine the transmission time that constitutes the beacon slot time, we refer to the service requirement of VSC-A for the data rate and message size. The WAVE / 802.11p standard is used for the EDCA parameter values and slot time to compute the maximum random backoff, which is another component.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 N-비콘 슬롯에 대한 예시를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of an N-beacon slot according to an embodiment of the present invention.

예를 들어, 앞서 설명한 수학식(1)에 각각의 값들을 대입하여 비콘의 길이가 378byte 일 때 전송시간(313)을 계산하면 504μs 가 되고, 최대 랜덤 백오프(312) 시간은 312μs가 된다. 결국엔 하나의 주기적 메시지를 브로드 캐스트하기 위해서는 816μs 의 시간이 필요한 것이다. 하지만 랜덤 백오프(312)의 경우 최댓값보다 작은 값이 나올 수 있으므로 816μs 이내에 메시지 전송이 종료 될 수 있다. 따라서 이렇게 만들어지는 비콘 슬롯은 컨트롤 채널 또는 서비스 채널(310)의 50ms 시간 동안 보호 구간(Guard Interval)(311)을 제외한 46ms 시간 동안 총 56개의 시분할 슬롯들(314)을 만들 수 있으며, 도 3과 같이 나타낼 수 있다.
For example, when the length of the beacon is 378 bytes, the transmission time 313 is calculated to be 504 mu s, and the maximum random backoff 312 time becomes 312 mu s by substituting the respective values into the above-described equation (1). Eventually, it takes 816 μs of time to broadcast one periodic message. However, in the case of the random backoff 312, since the value may be smaller than the maximum value, the message transmission may be terminated within 816s. Thus, the beaconslot thus created can create a total of 56 time-division slots 314 during a 46 ms time period except for a guard interval 311 for 50 ms of the control channel or service channel 310, As shown in Fig.

단계(120)에서, 차량간 밀도 및 상기 주기적 메시지의 통신 환경에 따른 상기 주기적 메시지의 전송 파워, 상기 주기적 메시지의 전송율 및 비콘 발생주기를 포함하는 상기 통신 환경의 파라미터들을 조절하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시킬 수 있다. 그리고, 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계는 상기 차량간 통신의 상기 주기적 메시지의 시분할 슬롯을 구성하고 각 차량이 랜덤하게 자신의 BST를 선택하여 주기적 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. In step 120, parameters of the communication environment including the transmission power of the periodic message, the transmission rate of the periodic message and the beacon generation period according to the inter-vehicle density and the communication environment of the periodic message are adjusted to transmit the periodic message The viewpoint can be dispersed. The step of distributing the transmission time point of the periodic message may include configuring a time slot of the periodic message of the intervehicular communication, and each vehicle may randomly select its BST to transmit the periodic message.

통신 환경의 파라미터들을 조절하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계는 상기 주기적 메시지의 전송 파워를 조절하여 차량 속도에 따라 비콘의 송신 및 수신 범위를 가변적으로 조절하는 단계(121), 상기 주기적 메시지의 전송율을 높임으로써 상기 주기적 메시지의 전송시간을 단축시키고, 단축된 BST를 이용하여 비콘 슬롯을 증가시키는 단계(122), 차량 속도가 느려짐에 따라 상기 주기적 메시지의 생성 간격을 넓게 조절함으로써 상기 비콘 발생주기를 조절하는 단계(123)를 포함할 수 있다. The step of distributing the transmission time of the periodic message by adjusting the parameters of the communication environment includes the step 121 of variably adjusting transmission and reception ranges of the beacon according to the vehicle speed by adjusting transmission power of the periodic message, (Step 122) of increasing the transmission rate of the periodic message by increasing the transmission rate of the periodic message and increasing the beacon slot by using the reduced BST, And adjusting the period (step 123).

제안하는 알고리즘은 모든 차량들이 주기적 메시지를 브로드 캐스트하기 위해서 스스로 비콘 스롯을 할당하도록 설계하였다. 다시 말해, 어느 슬롯을 통해서 채널을 점유하고 브로드 캐스팅을 할 것인지를 차량 내 랜덤 변수에 의해서 결정을 짓는 것이다. 차량의 움직임 변화가 크기 때문에 차량의 네트워크 내에 진입 출입이 빈번할 것으로 예상된다. 또한 슬롯할당 방식을 임시적 할당 방식으로 진행할 수 있다. 임시적 할당 방식은 시뮬레이션 시간 동안 계속적으로 슬롯을 변경하여 실험하는 것을 의미한다. 이렇게 슬롯을 할당하여 혼잡을 조절하지만 실제 환경에서는 앞서 설명한 초기 제안된 슬롯 수 56개 보다 많은 차량이 도로 위에 운행 중이다. 따라서 슬롯의 수 보다 낮은 운행 차량 수가 되어야 제안 알고리즘의 효율성이 높아지게 된다. 만약 차량의 수가 56대 이상이 된다면 무선 채널이 포화 상태가 되고 주기적 메시지로 인한 네트워크 부하 증가 문제가 발생하게 된다. 따라서 이러한 문제를 예측하기 위해서 밀도에 따른 통신 설정 변수들을 조절하고자 한다. 또한 문제 예측에 필요한 차량 밀도를 계산하기 위해서 차량 속도가 현재의 교통 상황을 반영한다고 가정한다. 다시 말해, 차량 속도가 느릴 경우 차량 간의 거리가 가까워지고 속도가 빠를수록 다시 차량 간 거리는 멀어 진다고 정의할 수 있다. The proposed algorithm is designed so that all vehicles allocate beacon slots themselves to broadcast periodic messages. In other words, determining which slot to occupy the channel and broadcast is determined by random variables in the vehicle. It is expected that entry and exit frequently occurs in the network of the vehicle because the change of the movement of the vehicle is large. In addition, the slot allocation scheme can be a temporary allocation scheme. The temporary allocation scheme means that the slot is continuously changed during the simulation time. In this environment, congestion is controlled by allocating slots. However, in the actual environment, more than 56 of the initially proposed slots described above are in operation on the road. Therefore, the efficiency of the proposed algorithm increases as the number of vehicles is lower than the number of slots. If the number of vehicles is more than 56, the radio channel becomes saturated and the problem of network load increase due to periodic messages occurs. Therefore, in order to predict the problem, we try to adjust the communication setting parameters according to density. It is also assumed that the vehicle speed reflects the current traffic situation in order to calculate the vehicle density required for problem prediction. In other words, if the vehicle speed is slow, the closer the distance between the vehicles is, and the faster the speed, the farther the distance between the vehicles becomes.

제안 알고리즘에서는 속도에 따른 최소 안전거리(MSD: Minimum Safety Distance) 공식을 이용하여 도로 상에서 차량의 밀도를 예측하고자 한다. 최소 안전거리 공식은 차량 속도(ui), 운전자 반응시간(tPRT), 노면-타이어 마찰계수(f), 도로 경사(G), 그리고 중력감속도(g) 등으로 구성되어 있으며 그 식은 수학식(2)와 같다.In the proposed algorithm, the density of the vehicle on the road is predicted by using the minimum safety distance (MSD) formula according to the speed. The minimum safety distance formula consists of vehicle speed (u i ), driver response time (t PRT ), road-tire friction coefficient (f), road gradient (G), and gravity deceleration (g) Equation (2) is obtained.

Figure pat00003
수학식(2)
Figure pat00003
Equation (2)

제안 알고리즘은 수학식(2)를 통해서 속도에 따른 차량 간 거리를 계산하고 이렇게 계산된 거리를 통해서 km 당 차량의 밀도를 예측할 수 있다. 각각의 차량들은 자차의 속도를 이용한 계산된 밀도에 따라서 통신 설정을 조절한다. 표 2를 통해서 속도에 따른 차량밀도를 정리하였다. The proposed algorithm calculates the inter-vehicle distance according to the speed through equation (2) and predicts the density of the vehicle per km through the calculated distance. Each vehicle adjusts the communication settings according to the calculated density using the speed of the vehicle. Table 2 summarizes the vehicle densities according to speed.

<표 2><Table 2>

Figure pat00004
Figure pat00004

예를 들어, 최소 안전거리의 변수 값은 다음과 같이 설정하였다. 운전자 반응시간(tPRT): 2초, 노면-타이어 마찰계수(f): 0.4, 도로경사(G): 0으로 설정하였다. 표 2와 같이 예측된 밀도는 이상적인 환경에서 유효할 것이나 운행 환경 및 운전자의 주행 습관에 따라 실제 차량의 밀도와의 차이가 존재할 수 있다. 하지만 주변 차량의 비콘 전송 범위에 새로 진입하거나 네트워크 혼잡 등으로 인해 주변 차량으로부터 비콘을 수신 받을 수 없는 경우도 주변 차량의 밀도 예측이 가능할 것이다. 향후 차량 네트워크 상태를 기반으로 속도 기반의 밀도 예측을 보정할 수 있는 알고리즘에 대한 연구가 추가되어야 할 것이다.For example, the value of the minimum safety distance variable is set as follows. The driver's reaction time (t PRT ): 2 seconds, the road-tire friction coefficient (f): 0.4, and the road gradient (G): 0. As shown in Table 2, the predicted density may be effective in an ideal environment, but there may be a difference from the actual vehicle density depending on the driving environment and the driving habits of the driver. However, it is also possible to predict the density of neighboring vehicles even if they are not able to receive beacons from neighboring vehicles due to network congestion, Future research should be added to the algorithms that can correct the velocity - based density prediction based on the vehicle network conditions.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저속 및 고속 차량의 밀도에 대한 예시를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of the density of low speed and high speed vehicles according to an embodiment of the present invention.

예를 들어, 도 4a와 같이 차량들이 저속으로 움직일 경우에는 좁은 차두 간격(다시 말해, 높은 밀도)(410)를 유지하면서 많은 차량들이 존재할 수 있다. 반면에 도 4b와 같이 차량들이 고속으로 움직일 경우에는 넓은 차두 간격(다시 말해, 낮은 밀도)(420)를 유지하면서 많은 차량들이 존재할 수 있다. 따라서 단계(121)에서, 주기적 메시지의 전송 파워를 조절하여 차량 속도에 따라 비콘의 송신 및 수신 범위를 가변적으로 조절할 수 있다. For example, when vehicles are moving at low speeds as in FIG. 4A, there may be many vehicles while maintaining a narrow headway spacing (i.e., high density) 410. On the other hand, when the vehicles move at high speed as shown in FIG. 4B, there may be a large number of vehicles while maintaining a wide wheelbase (that is, low density) 420. Accordingly, in step 121, the transmit power of the periodic message may be adjusted to variably adjust the transmit and receive ranges of the beacon according to the vehicle speed.

안전 서비스를 제공함에 있어서 근접 차량들의 정보의 신뢰성 있는 수신이 요구된다. 다시 말해, 원거리에 위치한 차량의 정보는 상대적으로 불 필요하고, 근거리에 위치한 차량의 정보를 필요로 한다. 또한, 시분할된 BST의 최대 개수를 초과하는 주변 차량 밀도에서 혼잡이 예상될 수 있다. 이러한 경우 전송 파워를 조절하여 속도에 따라 비콘의 송신 및 수신 범위를 가변적으로 조절하여 통신 성공률을 높일 수 있다.Reliable reception of information of nearby vehicles is required in providing safety services. In other words, the information of a vehicle located at a distance is relatively unnecessary, and it needs information of a nearby vehicle. In addition, congestion may be expected at a peripheral vehicle density exceeding the maximum number of time-divided BSTs. In this case, the transmission power can be adjusted to vary the transmission and reception range of the beacon according to the speed, thereby increasing the communication success rate.

상기 주기적 메시지의 전송율을 높임으로써 상기 주기적 메시지의 전송시간을 단축시키고, 단축된 BST를 이용하여 비콘 슬롯을 증가시키는 단계(122)는 기준 차량의 현재 속도에 따른 주변 차량의 밀도를 계산하는 단계, 상기 주기적 메시지의 BST를 계산하는 단계, 상기 BST를 이용하여 상기 기준 차량의 시분할 스케줄링 주기를 미리 정해진 개수의 BST로 시분할하는 단계 및 계산된 상기 주변 차량의 밀도가 시분할된 상기 BST의 개수보다 많은 경우 상기 주기적 메시지의 전송범위를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. The step 122 of increasing the transmission rate of the periodic message to reduce the transmission time of the periodic message and increasing the beacon slot using the reduced BST may include calculating the density of the surrounding vehicle according to the current speed of the reference vehicle, Dividing the time-division scheduling period of the reference vehicle into a predetermined number of BSTs using the BST, and calculating the BST of the periodic message when the density of the neighboring vehicles is greater than the number of the time- And adjusting the transmission range of the periodic message. This will be described in more detail with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 주기적 메시지의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an active time-division broadcasting method of a periodic message for controlling congestion in inter-vehicle communication according to an exemplary embodiment of the present invention.

대부분의 안전 서비스들은 실시간으로 잠재적인 위험요소를 판단하고 그것을 운전자에게 알려주는 것이 목적이다. 대표적으로 사각지대 경고(BSW: Blind Spot Warning), 차선변경 경고(LCW: Lane Change Warning) 그리고 전방추돌 경고(FCW: Forward Collision Warning) 등이 있다. 위와 같은 서비스들은 운전자에게 잠재적인 위험을 알리기 위한 판단을 위해서 근거리 차량의 위치정보를 더 중요하게 생각한다. 다시 말해, 안전 서비스를 제공하기 위해서는 주변 차량의 위치정보가 원거리 차량의 위치정보 보다 중요한 것이다. 따라서 차량들이 낮은 속도로 운행할 경우, 전송 세기를 조절하여 메시지 도달 범위를 줄여 주변 차량의 정보 수집에 집중할 필요가 있다. 제안 알고리즘은 속도에 따른 차량 간 거리에 기반을 둔 혼잡 제어 알고리즘이므로 속도가 느려질 경우 전송 세기를 조절하여 1-hop 내의 차량 수를 조절하고자 한다. 또한 전송률을 증가시켜 시분할 간격을 유동적으로 적용하여 비콘 슬롯의 수를 증가시킨다. 마지막으로 차량의 이동 속도가 느릴 경우 움직임의 변화가 적으므로 주기적 메시지의 발생 간격을 조절하여 네트워크 혼잡을 방지하고자 한다. Most safety services aim to determine potential risk factors in real-time and inform the driver of them. Blind Spot Warning (BSW), Lane Change Warning (LCW), and Forward Collision Warning (FCW) are typical examples. These services place more importance on the location information of the near vehicles in order to judge the potential risk to the driver. In other words, the location information of the surrounding vehicles is more important than the location information of the remote vehicles in order to provide the safety service. Therefore, when the vehicles run at low speed, it is necessary to adjust the transmission strength to reduce the message reach and concentrate on the information collection of the surrounding vehicles. Since the proposed algorithm is a congestion control algorithm based on the inter-vehicle distance according to the speed, it is necessary to control the number of vehicles in 1-hop by controlling the transmission strength when the speed is slow. In addition, the number of beaconslots is increased by increasing the transmission rate and applying the time division interval to the flow. Finally, since the change of movement is small when the moving speed of the vehicle is slow, it is desired to prevent the network congestion by adjusting the generation interval of the periodical message.

차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 주기적 메시지의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법은 도 5와 같다. An active time-division broadcasting method of periodic messages for controlling congestion in inter-vehicle communication is shown in Fig.

알고리즘은 동기화된 매 시분할 스케줄링 주기(SI: Scheduling Interval) 마다 수학식(1)과 같이 설정된 BST 단위로 시분할 스케줄링을 수행하고 각 차량은 분할된 BST 중 임의의 랜덤 슬롯에서 비콘 메시지를 전송하도록 구성되어 있다. 본 논문에서는 도 2와 같이 50ms 단위로 교대로 채널에 접근하는 방식을 이용하여 시분할 스케줄링의 주기를 50ms로 설정하였고 그 중 보호 구간(Guard Interval)의 4ms를 제외한 46ms에 대해 BST 분할을 수행하였다.Algorithm performs time-division scheduling in units of BST set as shown in Equation (1) for every synchronized time-sharing scheduling interval (SI), and each vehicle is configured to transmit a beacon message in a random random slot among the divided BSTs have. In this paper, as shown in FIG. 2, the time division scheduling period is set to 50 ms by alternately accessing the channels in 50 ms units, and BST division is performed for 46 ms except for 4 ms of the guard interval.

각 차량은 전송하고자 하는 비콘 메시지가 존재(510)하고 이전 시분할 스케줄링 주기(SIt-1)가 완료(520)되었다면, 시분할 스케줄링을 수행한다. 먼저, 기준 차량의 현재 속도에 따른 주변 차량의 밀도(Dent)를 수학식(2)와 표 2를 이용하여 계산할 수 있다(530). 그 뒤 수학식(1)에 따라 주기적 메시지의 BST를 계산할 수 있다(510). 그리고, BST를 이용하여 상기 기준 차량의 시분할 스케줄링 주기를 미리 정해진 개수의 BST로 시분할할 수 있다(550). 다시 말해, 현재의 시분할 스케줄링 주기(SIt)를 N개의 BST로 시분할 할 수 있다. Each vehicle performs time division scheduling if there is a beacon message to be transmitted 510 and the previous time division scheduling period SIt-1 has been completed 520. First, the density (dent) of the surrounding vehicle according to the current speed of the reference vehicle can be calculated using Equation (2) and Table 2 (530). The BST of the periodic message can then be calculated 510 according to Equation (1). The time division scheduling period of the reference vehicle may be time-divided into a predetermined number of BSTs using the BST (550). In other words, the current time division scheduling period (SIt) can be time-divided into N BSTs.

다음으로, 계산된 상기 주변 차량의 밀도가 시분할된 상기 BST의 개수보다 많은 경우 상기 주기적 메시지의 전송범위를 조절할 수 있다(560). 만약 계산된 차량의 밀도와 BST 개수 N을 비교(561) 하여 만약 계산된 차량의 밀도가 BST 개수 N 이상인 경우, 주기적 메시지의 전송범위를 조절할 수 있다(562). 다시 말해, 계산된 차량의 밀도가 BST 개수 N 이상인 경우 네트워크 혼잡이 예상되므로 전송범위를 줄임으로써 혼잡을 미연에 방지할 수 있다. 전송범위는 1-hop 이상의 비콘 전송이 요구되므로 표 2의 차량안전거리(dveh)를 초과하는 범위로 설정되어야 한다. Next, if the calculated density of the neighboring vehicle is greater than the number of time-division-based BSTs, the transmission range of the periodic message may be adjusted (560). If the density of the calculated vehicle is compared with the number of BST N (561), the transmission range of the periodic message can be adjusted (562) if the calculated density of the vehicle is greater than or equal to the number of BSTs N. In other words, when the density of the calculated vehicle is equal to or greater than the number of BST N, network congestion is expected, so congestion can be prevented in advance by reducing the transmission range. The transmission range shall be set to a range exceeding the vehicle safe distance (dveh) in Table 2 since beacon transmission of 1-hop or more is required.

이후, 각 차량이 자신의 BST를 선택하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시킬 수 있다. 다시 말해, 각 차량은 시분할 된 BST 중 임의의 랜덤 슬롯을 할당할 수 있다(570). 그리고 랜덤 슬롯 타임에 도달(580)하면 비콘을 전송할 수 있다(590).
Each vehicle may then select its BST to distribute the transmission time of the periodic message. In other words, each vehicle can allocate any random slot of the time-divided BST (570). When the random slot time is reached (580), the beacon can be transmitted (590).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 스케줄링 주기에 대한 비콘 전송 주기의 예시를 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating an example of a beacon transmission period for a time division scheduling period according to an embodiment of the present invention.

앞서 설명한 것과 같이 컨트롤 채널(610) 50ms와 서비스 채널(620) 50ms의 채널 사용 시간을 보장하고 있다. 그리고, 채널이 변경되면서, 컨트롤 채널에서 서비스 채널로 혹은 서비스 채널에서 컨트롤 채널로 변경될 때, MAC 계층의 동기화를 위한 보호 구간(Guard Interval)(630) 시간을 두고 있다. 제안하는 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 주기적 메시지의 능동형 시분할 브로드캐스팅 방법은 결론적으로 도 6과 같이 매 50ms의 시분할 스케줄 주기 내에서 비콘이 전송된다. 따라서 차량 간 네트워크의 혼잡을 줄이면서 이전 시분할 스케줄링 주기에서의 랜덤 슬롯(640)과 현재 시분할 스케줄링 주기에서의 랜덤 슬롯(650)사이인 최대 100ms의 주기(660)를 만족하는 주기적 비콘 메시지 전송이 가능하도록 구성하였다.
The channel usage time of the control channel 610 of 50 ms and the service channel 620 of 50 ms is guaranteed as described above. And, when the channel is changed, when the control channel is changed to the service channel or the service channel is changed to the control channel, a guard interval 630 for synchronization of the MAC layer is set. The active time-division broadcasting method of periodic messages for controlling congestion in the proposed inter-vehicle communication consequently transmits a beacon within a time division schedule period of 50 ms as shown in FIG. Therefore, it is possible to transmit a periodic beacon message satisfying the period 660 of maximum 100 ms between the random slot 640 in the previous time-division scheduling period and the random slot 650 in the current time-division scheduling period while reducing the congestion of the inter-vehicle network. Respectively.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 통신 설정 조절 장치를 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a communication setting control device for controlling congestion in inter-vehicle communication according to an embodiment of the present invention.

차량 간 통신에서 혼잡을 제어하기 위한 통신 설정 조절 장치(700)는 예측부(710) 및 제어부(720)를 포함할 수 있다. The communication setting controller 700 for controlling congestion in inter-vehicle communication may include a predictor 710 and a controller 720.

예측부(710)는 차량 속도에 따른 최소안전거리를 이용하여 차량 간 밀도를 예측하고, 차량 간 통신의 주기적 메시지의 통신 환경을 파악할 수 있다. The predicting unit 710 predicts the inter-vehicle density using the minimum safety distance according to the vehicle speed, and can grasp the communication environment of the periodic message of the inter-vehicle communication.

제어부(720)는 차량간 밀도 및 상기 주기적 메시지의 통신 환경에 따른 상기 주기적 메시지의 전송 파워, 상기 주기적 메시지의 전송율 및 비콘 발생주기를 포함하는 상기 통신 환경의 파라미터들을 조절하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시킬 수 있다. The control unit 720 adjusts the parameters of the communication environment including the transmission power of the periodic message, the transmission rate of the periodic message, and the beacon generation period according to the inter-vehicle density and the communication environment of the periodic message, Can be dispersed.

그리고, 제어부(720)는 주기적 메시지의 전송 파워를 조절하여 차량 속도에 따라 비콘의 송신 및 수신 범위를 가변적으로 조절하는 전송 파워 조절부(721), 상기 주기적 메시지의 전송율을 높임으로써 상기 주기적 메시지의 전송시간을 단축시키고, 단축된 BST를 이용하여 비콘 슬롯을 증가시키는 전송율 조절부(722), 차량 속도가 느려짐에 따라 상기 주기적 메시지의 생성 간격을 넓게 조절함으로써 상기 비콘 발생주기를 조절하는 메시지 생성부(723)를 포함할 수 있다.
The control unit 720 includes a transmission power control unit 721 that adjusts the transmit power of the periodic message and variably adjusts transmission and reception ranges of the beacon according to the vehicle speed, A transmission rate control unit 722 for shortening the transmission time and increasing the beacon slot using the shortened BST, a message generation unit 722 for adjusting the beacon generation period by adjusting the generation interval of the periodic message as the vehicle speed is slow, (723).

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 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 실시예를 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 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI &gt; or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (1)

차량 간 통신의 주기적 메시지 통신 설정 조절 방법에 있어서,
차량 속도에 따른 최소안전거리를 이용하여 차량 간 밀도를 예측하고, 차량 간 주기적 메시지의 통신 환경을 파악하는 단계; 및
상기 차량간 밀도 및 상기 주기적 메시지의 통신 환경에 따른 상기 주기적 메시지의 전송 파워, 상기 주기적 메시지의 전송율 및 비콘 발생주기를 포함하는 상기 통신 환경의 파라미터들을 조절하여 상기 주기적 메시지의 전송 시점을 분산시키는 단계
를 포함하는 차량 간 통신의 주기적 메시지 통신 설정 조절 방법.
A method for adjusting periodic message communication settings of inter-vehicle communication,
Predicting the inter-vehicle density using the minimum safety distance according to the vehicle speed, and determining the communication environment of the inter-vehicle periodic message; And
Distributing the transmission time point of the periodic message by adjusting parameters of the communication environment including the transmission power of the periodic message, the transmission rate of the periodic message, and the beacon generation period according to the inter-vehicle density and the communication environment of the periodic message;
To-vehicle communication.
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