KR20180093546A - 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법 - Google Patents

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Abstract

동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법은 제1 차량이 속한 그룹의 제1 리더 차량이 상기 제1 차량으로부터 제2 차량의 현재 위치에 대한 질의를 수신하는 단계, 상기 제1 리더 차량은 상기 제2 차량이 그룹에 있다면 상기 현재 위치를 상기 제1 차량에 전송하는 단계, 상기 제1 리더 차량은 상기 제2 차량이 그룹에 없다면 상기 질의를 AP 장치에 전송하는 단계 및 상기 제1 리더 차량은 상기 AP 장치로부터 수신한 상기 현재 위치를 상기 제1 차량에 전송하는 단계를 포함한다. 상기 그룹은 소속된 차량의 주행 경로를 기준으로 일정 시간이상 기준 거리에 위치하는 차량들이 소속되고, 상기 제1 리더 차량은 상기 그룹에 소속된 다른 차량으로부터 위치를 수신하여 관리하고, 상기 AP 장치는 일정한 영역에 배치되고, 커버리지 내에 위치하는 상기 리더 장치로부터 상기 그룹에 소속된 차량의 위치를 수신하여 관리한다.

Description

동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법{VEHICLE LOCATION TRACKING METHOD USING DYNAMIC VEHICLE GROUPING}
이하 설명하는 기술은 차량의 위치를 추적하는 기법에 관한 것이다.
이동하는 객체에 대한 위치 기반 서비스(LBS)가 등장하였다. 차량에 대한 위치 기반 서비스는 차량의 위치 파악을 전제로 한다. 차량의 위치 파악은 개별 차량에 대한 서비스에 도 필요하고, 나아가 자율 주행 시스템과 같은 분야에서 차량간 통신(V2V) 또는 차량과 인프라(V2I) 통신을 위해서도 필요하다.
한국 공개 특허 제10-22006-0053649 호
이하 설명하는 기술은 일정한 영역에 배치된 고정 AP 장치와 해당 영역에 위치하며 동적으로 그룹핑된 차량이라는 계층적 구조를 이용하여 차량의 위치를 추적하고자 한다.
동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법은 제1 차량이 속한 그룹의 제1 리더 차량이 상기 제1 차량으로부터 제2 차량의 현재 위치에 대한 질의를 수신하는 단계, 상기 제1 리더 차량은 상기 제2 차량이 그룹에 있다면 상기 현재 위치를 상기 제1 차량에 전송하는 단계, 상기 제1 리더 차량은 상기 제2 차량이 그룹에 없다면 상기 질의를 AP 장치에 전송하는 단계 및 상기 제1 리더 차량은 상기 AP 장치로부터 수신한 상기 현재 위치를 상기 제1 차량에 전송하는 단계를 포함한다.
상기 그룹은 소속된 차량의 주행 경로를 기준으로 일정 시간이상 기준 거리에 위치하는 차량들이 소속되고, 상기 제1 리더 차량은 상기 그룹에 소속된 다른 차량으로부터 위치를 수신하여 관리하고, 상기 AP 장치는 일정한 영역에 배치되고, 커버리지 내에 위치하는 상기 리더 장치로부터 상기 그룹에 소속된 차량의 위치를 수신하여 관리한다.
이하 설명하는 기술은 속도 및 경로가 서로 다른 차량을 개별적으로 모니터링하지 않고, 복수의 차량을 그룹 단위로 관리하여 오버헤드가 적은 차량 위치 추적 기법을 제안한다.
도 1은 지역 기반으로 차량의 위치를 추적하는 예이다.
도 2는 계층적 구조에 기반하여 차량의 위치를 추적하는 예이다.
도 3은 동적으로 그룹을 관리하는 과정에 대한 예이다.
도 4는 동적으로 그룹을 관리하기 위한 메세지 흐름의 예이다.
도 5는 그룹 병합 과정의 예이다.
도 6은 그룹 병합을 위한 메시지 교환의 예이다.
도 7은 그룹의 리더 차량이 그룹 병합을 수행하는 동작의 예이다.
도 8은 차량의 위치를 추적하는 과정의 예이다.
도 9는 차량의 위치를 추적하는 과정에 대한 다른 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 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.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
먼저 차량의 위치 추적을 위한 시스템 구조에 대하여 설명한다.
위치 기반 라우팅 프로토콜은 노드의 이동성이 매우 높은 차량 애드혹 네트워크(VANETs: Vehicular Ad-hoc Networks) 환경에 적합하도록 설계되었다. 이동하는 차량들 간에 위치 기반 라우팅을 적용하기 위해서 송신 차량은 우선 목적지 차량의 위치를 알아야 한다. 이를 위해, 차량 애드혹 네트워크에서 이동하는 차량들의 위치를 추적하여 목적지 차량의 정확한 위치 정보를 제공하는 차량 위치 서비스가 요구된다. 차량 위치 서비스는 위치 등록과 위치 추적이라는 2개의 구성요소로 이루어진다. 위치 등록은 차량이 위치 서버에 자신의 현재 위치를 등록하여 위치 서버를 통해 다른 차량들에게 차량의 현재 위치를 광고하는 것을 말한다. 위치 추적은 위치 서버가 특정 차량의 위치에 대한 질의에 대해 응답하는 서비스를 제공하는 것을 말한다.
모바일 애드혹 네트워크 (MANETs: Mobile Ad-hoc Networks)과는 다른 차량 애드혹 네트워크의 특징으로 인해, 기존의 모바일 애드혹 네트워크 환경에서 연구된 위치 서비스 관리 프로토콜들을 차량 애드혹 네트워크에 적용하기에는 부적합한 점들이 있다. 이에 차량들의 높은 이동성, 광범위한 이동 범위, 도로 레이아웃에 의해 제한된 이동 경로와 같은 차량 애드혹 네트워크 환경의 특징을 반영한 위치 서비스 관리 방법에 대한 연구들이 진행되었다. 그 중 지역 기반의 차량 위치 서비스 방안에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
이하 설명에서 차량은 차량간 통신(V2V)을 수행할 수 있고, 주변 인프라와도 통신(V2I)할 수 있다고 전제한다. 통신 방식은 이동통신, 근거리 통신 등 다양한 기법이 사용될 수 있다. 이하 설명에서 차량의 통신 방식을 제한을 두지 않는다.
도 1은 지역 기반으로 차량의 위치를 추적하는 예이다. 지역 기반 차량 위치 서비스 관리 프로토콜인 RLSMP(Region-based Location Service Management Protocol) 에서 각 차량은 도 1과 같이 네트워크를 지리적인 클러스터로 나누고 각 클러스터를 셀 단위로 다시 분할한다. 각 클러스터의 중앙인 LSC(Location Service Cell)에는 기반 시설인 RSU(Road Side Unit)를 배치하여 클러스터 내의 모든 차량들에 대해 셀 수준의 위치 정보, 즉 차량이 속한 셀이 무엇인지 정도의 위치정보를 저장한다. RSU는 일정한 영역에 배치되는 AP(Access Point)이다. 도 1에 도시하지 않았지만 RSU는 복수의 RSU를 관리하는 제어 센터와 정보를 교환할 수 있다.
또한, 셀의 특정 위치, 일반적으로 셀 중앙에 위치한 위치 서버를 셀 리더(CL: cell leader)로 선출하여 위치 서비스를 제공한다. 예컨대, 위치 정보 수집을 위해 각 셀 마다 위치 서버인 셀리더를 선출하여 셀 내 모든 차량들에 대한 자세한 위치 정보를 모으도록 한다. 이 때, CL은 RSU와 같이 기반 시설인 고정 위치 서버나 셀 중앙에 위치하면서 이동 속도가 가장 느린 차량이 될 수 있다.
RLSMP에서의 차량의 위치 등록은 2단계로 이루어진다. 우선, 각 차량은 일정 거리를 지날 때마다 CL에게 셀 내 위치를 등록하고, 클러스터 내 모든 CL은 RSU에게 자신이 관리하는 차량에 대한 정보를 등록하게 된다. LSC 등록 비용을 줄이기 위해, CL들은 RSU로 데이터 전달을 위한 트리를 형성하고 각 CL은 일정 시간 또는 최대 패킷 크기가 될 때까지 LSC 갱신 데이터를 수집하여 종합한 데이터를 부모 CL에게 전달한다. RLSMP에서 송신 차량은 목적지 차량의 위치를 알기 위해, 자신이 속한 클러스터의 RSU에게 질의하며, 이 때, 송신 차량과 목적지 차량이 같은 클러스터 내에 속한 경우에 RSU는 현재 목적지 차량이 속한 CL에게 질의를 전달한다. 반면에, 송신 차량과 목적지 차량이 다른 클러스터에 속한 경우에 RSU는 자신을 기준으로 나선형으로 다른 클러스터들의 RSU에게 질의를 전달하여 목적지 차량을 추적한다.
RLSMP는 각 셀 중앙에 위치한 차량을 CL로 선출하고 각 클러스터의 중앙에 RSU를 고정 배치함에 따라, 해시 기반 방식에 비해 차량과 위치 서버 간의 평균 거리가 짧다. 따라서, 셀과 클러스터 내에서의 위치 등록 오버헤드와 위치 추적의 지연시간을 줄일 수 있다. 그러나, 차량을 위치 서버 CL로 사용하는 경우, 비록 중앙에 위치한 낮은 속도의 차량이 CL로 선출되더라도 차량의 높은 이동성으로 인해 CL 변경에 따른 위치 관리 오버헤드가 크다.
도 2는 계층적 구조에 기반하여 차량의 위치를 추적하는 예이다. 도 2는 차량 위치 추적을 위한 구성을 도시한다. 도 2의 시스템은 RSU와 같은 AP 장치가 일정한 영역을 담당하고, 각 AP 장치가 담당하는 영역내에서는 복수의 그룹으로 차량을 관리한다. AP 장치는 일반적으로 특정 위치에 고정된다. AP 장치는 특정 영역을 담당하므로 이하 RH(Region Head)라고 약칭한다. 각 그룹에서는 하나의 차량을 리더(leader)로 선출하여 해당 그룹의 대표한다. 이하 해당 그룹를 대표하는 차량을 리더 차량이라고 하고, GL(Group Leader)라고 약칭한다. GL은 RH와 통신을 하면서 해당 그룹의 차량의 정보를 취합하여 전달한다. GL을 제외하고, 그룹에 소속된 차량을 이하 멤버 차량이라고 명명한다.
도 2의 시스템은 멤버 차량, 리더 차량 및 AP 장치를 포함한다. 도 2의 시스템은 같이 2 단계의 계층적 구조를 기반으로 한다. 각 그룹은 서로 가까운 곳에 위치하고 이동경로가 유사한 차량으로 구성된다. 각 그룹은 계층에서 하위 레벨을 구성한다. 시스템의 상위 레벨은 차량 네트워크를 단위 영역으로 분할하여 영역별로 배치한 RH가 담당한다.
RH는 위치 기반 라우팅 시 데이터가 최적의 전달 경로를 통해 전달될 수 있도록 일시적으로 패킷을 저장하였다가 전달하는 역할을 수행한다. RH는 이동통신망 또는 인터넷망과 같은 백본(backbone) 네트워크에 연결될 수 있다.
도 2에서 좌측은 일정한 단위 영역으로 구분된 영역을 도시하고, 우측은 하나의 영역에서 차량이 그룹핑된 예를 도시한다. 도 2의 좌측에서 RH를 x로 표시하였다. 도 2의 우측은 특정 영역에 위치하는 복수의 차량을 모두 4개의 그룹으로 그룹핑한 예이다.
도 3은 동적으로 그룹을 관리하는 과정에 대한 예이다. 도 3(a)는 GL과 RH 에서 그룹 관리를 위한 제어 메시지를 교환하는 예이다. 도 3(b)는 그룹 내에서 GL과 멤버 차량 사이에 그룹 관리를 위한 제어 메시지를 교환하는 예이다.
GL이 되고자 하는 차량은 RH에 RH _ reg 메시지를 보내 자신을 등록하며 RH로부터 RH _ reg _ ack 메시지를 수신하여 그룹 ID를 할당받는다(도 3(a)). GL은 주기적으로 자신의 주행 경로를 담은 GL _ adv 메시지를 브로드캐스팅한다. GL _ adv 메시지는 시간 정보, 현재 위치 및 향후 주행 경로를 포함할 수 있다. GL_adv 메시지는 GL이 담당할 수 있는 일정한 영역에서 브로드캐스팅된다. GL _ adv 메시지는 복수의 멤버 차량을 걸쳐 n 홉(hop)으로 전달될 수도 있다. 여기서 일정한 영역은 GL의 위치 및 향후 이동 경로 등을 고려하여 결정될 수 있다. 특정 GL이 다른 멤버 차량에 대한 서비스를 수행할 수 있는 영역은 서비스 영역이라고 명명한다.
멤버 차량은 자신의 이동경로와 GL _ adv 메시지에 포함된 GL의 이동경로와의 비교를 통해 해당 그룹에 가입이 가능한지를 판단한다. 멤버 차량은 GL의 서비스 영역 내에 머무를 것으로 예상되는 시간 P를 계산하여 이 시간이 임계치 이상이면 그룹에 가입한다. 아래 표 1과 표 2는 P를 계산하는 알고리즘의 예이다. 그룹에 가입한 멤버 차량은 주기적으로 또는 일정 거리를 이동할 때마다 GL에게 자신의 위치 정보를 포함하는GL _ update 메시지를 전송한다(도 3(b)). 이를 통해 각 그룹에 소속된 멤버 차량이 위치 정보를 업데이트한다.
Figure pat00001
아래 표 2는 t2를 결정하는 과정에 대한 알고리즘이다.
Figure pat00002
한편 GL은 그룹에 속한 멤버 차량들의 정보를 RH에게 update 하기 위해 주기적으로 RH에게 자신의 위치 정보 및 해당 그룹에 속한 멤버 차량들에 대한 정보를 담은 RH _ update 메시지를 전송한다(도 3(a)). RH _ update 메시지는 GL의 위치 또는 향후 주행 경로 등과 같은 정보를 포함할 수 있다. 한편 RH _ update 메시지는 멤버 차량에 대한 위치 정보를 포함할 수 있다.
나아가 GL은 RH _ update 메시지로 RH에게 멤버 차량에 대해서는 해당 차량의 ID만을 알려줄 수도 있다. 나아가 GL은 최초 RH _ update 메시지에만 소속된 모든 멤버 차량에 대한 ID를 포함하여 전송하고, 이후에는 변경된 멤버에 대한 ID만을 RH에 전송할 수 있다. RH는 RH _ update 메시지에 대한 ACK인 RH _ update _ ack를 GL에 전송한다(도 3(a)).
도 4는 동적으로 그룹을 관리하기 위한 메세지 흐름의 예이다. 도 4은 그룹 관리 및 위치 정보 업데이트를 위한 멤버 차량, GL, RH 간의 제어 메시지 교환 절차를 도시한 예이다. 도 4에서 멤버 차량은 V로 표시하였다.
동적인 그룹 관리를 위해 GL은 f a 마다 주기적으로 GL _ adv를 브로드캐스트하여 멤버 및 주변에 자신을 알리고 멤버 차량은 일정거리 d를 이동할 때마다 자신이 속한 그룹을 담당하는 GL에 자신의 현재 위치 정보를 실은 GL _ update를 보낸다(도 4(a)의 ①). 또한, GL은 f u 마다 주기적으로 자신이 속한 영역을 담당하는 RH에게 자신의 현재 위치와 소속 멤버의 변경 정보를 실은 RH _ update를 보낸다(도 4(b)의 ②).
멤버 차량은 GL이 주기적으로 브로드캐스팅하는 GL _ adv 메시지를 통해 현재 GL과의 멤버십 유지를 확인한다. 예컨대, 멤버 차량이 GL로부터 연속적으로 u회 이상 GL _ adv 메시지를 수신하지 못한경우 더 이상 그룹에 속하지 않는다고 판단하고 차량은 단독으로 RH에게 RH _ reg 메시지를 보내 자신을 GL로 등록할 수 있다(도 4(b)). 한편 멤버 차량이 탈퇴를 알리지 않고 그룹을 떠나는 경우에도 멤버십 관리가 제대로 이루어지도록 해야한다. 이를 위해 GL이 GL _ update 메시지의 최대주기인 t max 의 v배 동안 특정 멤버 차량으로부터 GL _ update 메시지를 받지 못하는 경우 해당 차량을 GL의 멤버 집합에서 제거한다(도 4(b)).
GL _ adv 메시지를 수신한 멤버 차량 V1은 GL _ adv에 실려있는 GL1의 향후 주행 경로와 자신의 주행 경로를 비교하여 GL1이 다음에 광고 메시지를 브로드캐스팅하기 전에 그룹을 벗어나게 될 가능성을 추정한다. 즉 차량이 GL1의 서비스 영역에 머무르는 예상 시간 P가 GL _ adv 메시지의 전송 주기인 f a 보다 짧을 경우 차량은 현재 그룹으로부터의 탈퇴할 것으로 예상하고 P 동안에 가입 가능한 새로운 그룹을 주변에서 탐색한다. 주변에 가입할 적절한 그룹이 존재하는 경우 해당 그룹을 담당하는 GL2에게 GL _ update 메시지를 보내 가입한다 (도 4(c)의 ①). 이와 같이 차량이 현재 그룹에 속해 있는 동안에 임박한 탈퇴를 예측하고 주변 그룹을 미리 탐색하도록 함으로써 서버 변경으로 인한 서비스 단절을 최소화 할 수 있다. 주변에 가입할 적절한 그룹이 존재하지 않는 경우 차량 V2은 단독으로 GL이 되어 RH에 자신을 등록할 수 있다(도 4(c)의 ②). 새로운 GL에 가입하거나 스스로 GL이 된 차량은 이전 GL에게 GL_dereg 메시지를 보내 GL에서 명시적으로 그룹 탈퇴를 통보할 수 있다.
이동으로 인해 그룹이 위치한 영역이 변경되는 경우 GL은 먼저 새로운 RH2에게 현재 그룹에 속한 모든 멤버 차량들에 대한 ID를 등록하고 등록이 완료된 후에 이전 영역의 RH1에게 RH _ dereg 메시지를 보내 그룹 삭제를 요청함으로써 그룹에 대한 담당 RH가 부재하는 시간이 발생하지 않도록 한다(도 4(d)).
특정 영역에서 그룹의 동적 생성으로 인해 작은 규모의 그룹이 지속적으로 생길 수 있다. 가까운 거리에 여러 개의 그룹이 존재할 경우에 GL들의 GL _ adv 메시지 간에 무선링크 충돌이 발생하고 GL들의 서비스 영역이 중첩된 영역에 위치한 멤버 차량들이 불필요한 이웃 그룹의 GL _ adv 메시지를 수신할 수도 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 위치 추적 시스템은 가까운 거리에 위치하면서 이동경로 유사성이 높은 그룹들에 대해 그룹병합을 시도할 수 있다.
도 5는 그룹 병합 과정의 예이다. 도 5(a)는 그룹 병합 전의 상황이고, 도 5(b)는 그룹 병합 후 상황의 예이다. 그룹병합은 그룹병합을 요청하는 GL과 그룹병합 요청을 받아 이를 수용하는 GL 간의 협력으로 수행된다. 그룹 병합을 요청하는 GL을 요청 GL이라고 명명하고, 병합을 수용하는 GL을 수용 GL이라고 명명한다. 어떤 GL은 담당 그룹의 모든 멤버 차량을 주변에 위치한 한 개 이상의 이웃 그룹들로 병합시킬 수 있다고 판단하면 요청 GL이 되어 해당 이웃 그룹의 GL들(수용 GL)과 그룹병합을 시도한다. 도 5(a)에서 GLO는 요청 GL이고, GLT1과 GLT2는 수용 GL이다. 도 5(a)에서 GLO가 담당하는 그룹은 GLT1과 GLT2로 분산 가능하다고 가정한다. 이 경우 그룹이 병합되면 도 5(b)와 같이 시스템에 존재하는 그룹 수를 줄일 수 있다.
병합은 GL 사이의 거리가 임계치 이하로 가깝고, GL 각각의 주행 경로의 유사성이 임계치 이상으로 높은 GL들 사이에서 수행될 수 있다. 그룹병합으로 인한 GL과 멤버간 매핑 변화를 최소화 하기 위해 상대적으로 규모가 더 적은 그룹이 더 큰 그룹으로 흡수될 수 있다.
아래 표 3은 요청 GL과 수용 GL을 결정하는 알고리즘에 대한 예이다.
Figure pat00003
GL0은 주변에 위치한 다른 GL1의 서비스 영역에 자신의 멤버 차량이 모두 소속될 수 있다면, GL0가 요청 GL이 되고, GL1은 수용 GL이 된다. GL0은 주변에 위치한 다른 GL1의 서비스 영역에 자신의 멤버 차량이 모두 소속될 수 없다면, 복수의 GL들에 자신의 멤버를 분산하여 병합한다.
도 6은 그룹 병합을 위한 메시지 교환의 예이다. 그룹병합은 도 6과 같이 요청 GL과 수용 GL 간에 3-way 핸드쉐이크(handshake)를 통해 시작된다. 즉, 요청 GL이 수용 GLs에게 그룹병합을 요청 하는 gm_req 메시지를 보내고, 모든 수용 GL로부터 이를 승인하는 gm_accept 메시지를 받으면, 다시 요청 GL이 수용 GLs에게 병합 시작을 알리는 gm_start 메시지를 보냄으로써 그룹병합이 시작된다 (도 6(a)).
요청 GL은 gm_req 에 대해 일정한 시간 내에 수용 GL로부터의 응답(gm_accept 혹은 gm _ cancel)을 받지 못하면 최대 K번까지 gm_req를 재전송하고 K번의 재시도에도 불구하고 수용 GL로부터 응답을 받지 못하거나 하나 이상의 수용 GL로부터 gm _ reject를 받으면 모든 수용 GLs에게 gm _ cancel을 전송함으로써 그룹병합을 취소한다(도 6(b)). 수용 GL 역시 요청 GL로부터 gm _ accept에 대한 응답인 gm_start를 받지 못하면 최대 K번까지 gm _ accept를 재전송하고 K번의 재시도에도 불구하고 상대방의 응답을 받지 못하면 그룹병합은 취소된다.
도 7은 그룹의 리더 차량이 그룹 병합을 수행하는 동작의 예이다. 도 7은 그룹병합을 진행하기 위한 요청 GL의 '그룹병합 요청 프로세스'와 수용 GL의 '그룹병합 처리 프로세스'의 자세한 동작방식을 도시한 예이다.
요청 GL의 그룹병합 요청 프로세스는 START O 상태에서 시작하여 이웃 GL로부터 받은 GL_adv를 통해 그룹병합이 가능한 수용 GL들을 발견하면 수용 GL들에게 3-way 핸드쉐이크의 첫 단계로서 gm_req 보내고 ACTION O 상태로 전환한다(도 7(a)).
3-way 핸드쉐이크의두 번째 단계로서 ACTION O 상태에서 요청 GL은 수용 GL들로부터의 gm_accept 메시지를 기다리며, 멤버 차량이 병합될 모든 수용 GL들로부터 gm_accept 메시지를 받는다. 3-way 핸드쉐이크의 마지막 단계로서 요청 GL은 수용 GL들에게 gm_start 메시지를 보내고 병합을 시작한다. 즉, 멤버 차량들에게 최적의 수용 GL을 선택하는데 필요한 정보인 수용 GL의 위치와 주행 경로를 담은 gm _ notif 메시지를 보내 타그룹으로 전환할 것을 지시하고 스스로도 수용 GL들 가운데 최적의 GL의 멤버로 전환한다.
GL로부터 gm _ notif 메시지를 수신한 멤버 차량은 최선의 수용 GL, 즉 ㅅ서섭서비스 영역에 머무를 것으로 예상되는 시간이 가장 긴 수용 GL에게 자신의 다음 번 GL _ update 메시지를 전송함으로써 그룹을 전환한다.
gm _ notif 에 명시된 모든 수용 GL에 대해 그 서비스 영역에 머무를 것으로 예상되는 시간이 그룹 탈퇴 기준 이하인 멤버 차량이 있을 수 있는데 이 경우 해당 멤버 차량은 GL _ adv 주기인 f a 동안 기다려 주변에 가입 가능한 새로운 GL을 발견하면 해당 그룹에 가입하고 그렇지 않은 경우 단독 GL 그룹을 형성한다.
요청 GL이 ACTION O 상태에서 그룹병합을 시작한 시점부터 모든 멤버 차량이 수용 GL로의 그룹 전환을 완료하고 수용 GL에서 RH update를 수행할 때까지는 RH에 등록된 차량의 그룹과 실제로 차량이 속한 그룹이 다른 상태가 발생할 수 있다. 따라서 서비스 충돌을 피하기 위해 요청 GL은 그룹을 전환한 이후에도 멤버 차량이 수용 GL로 전환하는데 소요되는 최대시간인 t max + α 동안 ACTION O 상태에 머물면서 멤버 차량들에 대한 위치 질의에 응답하는 서비스를 제공한다. 이는 요청 GL과 멤버 차량이 병합으로 인해 그룹이 달라졌어도 대부분의 멤버 차량이 상당 기간 동일한 경로를 따라 이동하기 때문에 가능한 것이다.
GL이 브로드캐스트한 GL_adv를 받고 여러 이웃 GL들이 동시에 해당 GL로 그룹병합을 요청할 수 있다. 즉, 하나의 수용 GL은 동시에 여러 요청 GL과의 그룹병합을 진행할 수 있다. 수용 GL의 그룹병합 처리 프로세스는 START T 상태에서 시작하여 첫 번째 요청 GL로부터 gm _ req를 받으면 자신의 그룹병합 요청 프로세스가 ACTION O 상태가 아닌한(즉, 자신이 다른 그룹에게 요청한 그룹병합이 이미 진행되고 있는 상태가 아니라면), 이를 수락하는 gm_accept 메시지를 요청 GL에게 전송하고
Figure pat00004
상태로 전환한다 (도 7(b)).
Figure pat00005
상태에서는 첫 번째 요청 GL로부터 그룹병합 시작을 알리는 gm_start 메시지가 오기를 기다리며, 이를 받으면 첫 번째 요청 GL의 그룹에 대한 병합처리가 완료되는 시점을 알리는 타이머(timer_WAIT 1)를 하고 설정하고
Figure pat00006
상태로 전환한다. timer_WAIT i 는 요청 GL의 멤버 차량들이 그룹 전환을 완료할 수 있는 충분한 시간, 즉 요청 GL이 멤버 차량에서 병합을 지시하는 gm_notify 메시지를 보낸 이후 요청 GL의 멤버 차량이 GL_update를 발행하기까지 소요되는 최대 시간인 t max 로 설정된다.
Figure pat00007
는 이미 그룹병합이 진행중인 요청 GL이 하나 이상 존재하는 상태로서 새로운 요청 GL로부터의 gm_req에 대해서는 gm_accept로 응답하고, 이미 그룹 병합을 허용하는 gm_accept를 보냈던 i번째 요청 GL로부터의 gm_start 메시지에 대해서는 해당 요청 GL의 그룹에 대한 병합처리가 완료되는 시점을 알리는 타이머(timer_WAIT i )를 설정한다.
Figure pat00008
는 그룹병합이 시작된 요청 GL이 아직 없는 상태이므로 첫 번째 요청 GL로부터 gm_start를 일정시간(t rep ) 내에 받지 못하거나 gm_cancel을 받으면 진행되고 있는 그룹병합이 없는 START T 상태로 바로 전환한다.
반면, 그룹병합을 진행하고 있는 요청 GL이 하나 이상 존재하는
Figure pat00009
상태에서는 진행중인 모든 그룹병합이 모두 종료되어야 START T 상태로 전환한다.
Figure pat00010
상태에 있는 동안 수용 GL은 요청 GL의 멤버 차량들로부터 GL_update를 받아 이들을 자신의 멤버로 등록한다. 또한 그룹병합으로 인해 발생한 멤버십 변경 사항을 RH에 알리기 위해 timer _ WAIT 1 + β 가 완료되면 RH _ update 메시지를 전송하고, 이후에 진행중인 각 그룹병합에 대해 해당 timer_WAIT i 가 완료되었을 때 멤버쉽 변경이 있다면 RH _ update 메시지를 전송한다. 진행중인 모든 그룹병합이 모두 종료되어 START T 상태로 전환한 이후로는 RH_update는 다시 주기적으로 수행될 수 있다.
수용 GL은 그룹요청 처리 프로세스가
Figure pat00011
와
Figure pat00012
상태에 있는 동안 발행하는 GL _ adv에 의해 새로운 병합처리 요청이 발생하는 것을 피하기 위해 GL _ adv에 그룹병합 처리가 진행중임을 표시하는 플래그를 표시한다. 이 플래그가 표시된 GL_adv를 받은 경우에는 이웃 GL들이 해당 GL _ adv를 전달한 GL에게 그룹병합을 요청하지 않도록 함으로써 수용 GL에서 하나의 GL _ adv에 의해 시작된 그룹병합이 모두 마무리 될 때까지는 추가적인 그룹병합 요청이 발생되지 않는다.
도 8은 차량의 위치를 추적하는 과정의 예이다. 위치 추적의 대상이 되는 차량을 타겟 차량이라고 명명한다. 도 8은 RH가 관리하는 특정 영역에 타겟 차량이 위치하는 경우이다. 위치 질의는 특정한 차량이 한다고 가정한다. 위치 질의를 요청한 차량을 소스 차량이라고 명명한다.
도 8(a)는 특정 GL의 서비스 영역에 타겟 차량이 위치하는 경우이다. 소스 차량 Vs은 타겟 차량 Vt에 대한 위치 질의(location _ query ) 메시지를 소속 그룹의 GL에게 전송한다. 해당 GL이 담당하는 그룹의 멤버 차량들 중에 타겟 차량이 있다면 GL은 바로 위치 질를 요청한 소스 차량에게 위치 질의에 대한 응답(location_reply) 메시지를 보내준다.
도 8(b)는 소스 차량이 속한 그룹에 타겟 차량이 없으나, 동일한 RH가 관리하는 영역에 타겟 차량이 위치하는 경우이다. 소스 차량 Vs은 자신의 GLS에 타겟 차량에 대한 위치 질의를 한다(①). 타겟 차량 Vt이 멤버 차량이 아니라면 GLS은 RH에게 해당 위치 질의를 전달한다(②). 타겟 차량의 그룹이 소스 차량 그룹과 동일한 영역에 속한 경우라면 RH는 자신이 관리하는 영역에 위치한 GL 중에 타겟 차량의 ID가 매핑된 GLt을 찾고, 검색된 GLt에게 위치 질의를 전달한다(③). 그리고 이를 수신한 GLt이 위치 질의에 응답한다. GLt는 Vs에 직접 또는 복수의 홉을 거쳐서 위치 질의에 대한 응답을 전달 할 수 있다. 도 8(b)는 GLt가 Vs에 직접 위치 질의에 대한 응답을 전송하는 것으로 도시하였지만, 경우에 따라서 GLt는 위치 질의가 전달된 역 경로로 Vs에 응답을 전송할 수 있다.
한편, 타겟 차량이 소스 차량과 다른 영역에 위치한 경우에는 RH 간 통신을 통하여 위치 질의를 전달하고, 찾아낸 위치를 소스 차량에 전달해야 한다. 계층적 구조에서 상위 레벨의 서버들 간에 자신의 영역 내 존재하는 모든 차량들에 대한 정보를 공유할 경우 오버헤드가 매우 클 뿐만 아니라 VANET에서의 이동성을 고려해볼 때 공유된 차량 정보의 활용도도 매우 낮다. 종래 RLSMP에서는 클러스터 간에 자신의 영역에 존재하는 차량들에 대한 정보 교환 없이 주변 클러스터들에 대해 나선형 모양에 따라 순차적으로 검색하여 해당 클러스터를 찾는 방법을 제안한 바 있다. 이러한 기법은 클러스터 간 정보 교환 오버헤드는 없으나 타겟 차량이 클러스터 검색 순서와 반대 방향으로 이동할 경우 위치 추적에 상당한 시간이 소요될 수 있다.
VANET 환경에서 차량 간 통신이 주로 가깝게 위치한 차량들 간에 발생하고, 동일 루트를 따라 이동하는 차량인 경우가 많을 수 있다는 점을 고려하여 차량의 이동 경로를 반영한 영역 검색 방법을 사용할 수 있다. 도 9는 차량의 위치를 추적하는 과정에 대한 다른 예이다.
그룹이 영역 간 이동을 하면, GL은 새로운 RH(RHnew)에 등록하고 이전 영역에 위치한 RH(RHold)에게 탈퇴를 요청한다. 이전 RHold와 RHnew에게 각각 새롭게 이동한 영역과 이전 영역의 RH ID를 알릴 수 있다. 이렇게 함으로써 새로운 영역으로 이동한 그룹의 차량이 이전 영역에 속하는 그룹의 차량의 위치를 발견하기 원하는 경우나 그 반대의 경우, 이전 영역 또는 새로운 영역을 최우선으로 검색할 수 있도록 한다. 즉, 특정 그룹이 제1 영역에서 제2 영역으로 이전한 경우, 제1 영역에서 발생한 위치 질의는 제1 영역에 인접한 영역 중 제2 영역을 우선하여 위치 질의를 전달하고, 제2 영역에서 발생한 위치 질의는 제1 영역을 우선하여 위치 질의를 전달한다. 물론 타겟 차량이 해당 영역에 위치하지 않는 경우를 전제한다.
도 9에서 GLnew가 RHold로부터 RHnew로 이동했을 때 RHnew로 이동한 GLnew의 멤버 차량 Vnew가 RHold에 위치한 GLold의 멤버 차량 Vold의 위치를 알기 원하는 경우 RHnew는 위치 질의 메시지를 GLnew가 이전에 속했던 RHold 에 전달한다. 반대로, RHold에 속한 GLold의 Vold가 RHnew로 이동한 GLnew에 속한 차량 Vnew의 위치를 알기 원하는 경우 GLnew를 담당했던 RHold는 Vnew가 속한 GLnew가 RHnew로 이동했음을 알고 있으므로 위치 질의 메시지를 바로 RHnew에게 전달함으로써 효율적인 위치 추적이 이루어질 수 있도록 한다. 이러한 검색에서도 타겟 차량을 발견하지 못할 경우에는 다른 영역을 일정한 기준에 따라 순차적으로 검색할 수 있다.
본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 제1 차량이 속한 그룹의 제1 리더 차량이 상기 제1 차량으로부터 제2 차량의 현재 위치에 대한 질의를 수신하는 단계;
    상기 제1 리더 차량은 상기 제2 차량이 그룹에 있다면 상기 현재 위치를 상기 제1 차량에 전송하는 단계;
    상기 제1 리더 차량은 상기 제2 차량이 그룹에 없다면 상기 질의를 AP 장치에 전송하는 단계; 및
    상기 제1 리더 차량은 상기 AP 장치로부터 수신한 상기 현재 위치를 상기 제1 차량에 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 그룹은 소속된 차량의 주행 경로를 기준으로 일정 시간이상 기준 거리에 위치하는 차량들이 소속되고, 상기 제1 리더 차량은 상기 그룹에 소속된 다른 차량으로부터 위치를 수신하여 관리하고, 상기 AP 장치는 일정한 영역에 배치되고, 커버리지 내에 위치하는 상기 리더 장치로부터 상기 그룹에 소속된 차량의 위치를 수신하여 관리하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리더 차량은 주기적으로 자신의 향후 주행 경로를 포함하는 광고 메세지를 브로도캐스팅하고,
    상기 제1 차량은 상기 광고 메시지를 수신하고 상기 주행 경로와 자신의 향후 주행 경로를 비교하여 상기 제1 리더 차량과 상기 일정 시간이상 상기 기준 거리에 위치한다고 판단하면, 주기적으로 또는 일정한 이동 거리 단위로 자신의 위치를 상기 리더 장치에 전송하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 차량은 다른 그룹의 제2 리더 차량으로부터 향후 주행 경로를 포함하는 광고 메시지를 수신하고,
    상기 일정 시간 미만에 상기 제1 리더 차량으로부터 상기 기준 거리를 벗어난다고 판단하면, 자신의 예상 위치를 기준으로 상기 일정 시간이상 상기 기준 거리에 위치하는 상기 제2 리더 차량에 가입을 요청하는 메시지를 전송하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 차량은 상기 일정 시간 미만에 상기 제1 리더 차량으로부터 상기 기준 거리를 벗어난다고 판단하면, 상기 AP 장치에 자신을 새로운 그룹의 리더 차량으로 등록하는 요청을 전송하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 AP 장치는 상기 그룹을 포함하는 복수의 그룹에 소속된 차량의 식별자 및 위치를 관리하고, 상기 제2 차량이 상기 복수의 그룹에 소속된 경우 상기 현재 위치를 상기 제1 리더 장치에 전송하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 AP 장치는 상기 그룹을 포함하는 복수의 그룹에 소속된 차량의 식별자 및 위치를 관리하고, 상기 제2 차량이 상기 복수의 그룹에 소속되지 않은 경우 상기 AP 장치에 인접한 다른 AP 장치에 상기 질의를 전달하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다른 AP 장치는
    상기 AP 장치가 관리하던 그룹의 리더 차량이 이동한 영역을 담당하는 장치이거나, 상기 AP 장치가 관리하는 그룹의 리더 차량이 이전에 위치한 영역을 담당하는 장치인 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 AP 장치는 상기 그룹을 포함하는 복수의 그룹에 속한 차량의 위치를 관리하고,
    상기 제1 리더 차량은 자신의 제1 위치 및 제1 향후 주행 경로를 포함하는 광고 메세지를 브로드캐스팅하고, 상기 복수의 그룹 중 어느 하나의 그룹의 제2 리더 차량으로부터 응답 메시지를 수신하면 상기 그룹과 상기 어느 하나의 그룹을 합병하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 리더 차량은 상기 제1 위치 및 상기 제1 향후 주행 경로를 각각 자신의 제2 위치 및 제2 향후 주행 경로와 비교하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치가 임계 거리 이내이고, 향후 주행 경로의 유사도가 임계값 이상인 경우 그룹 합병을 위한 응답 메시지를 전송하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 리더 차량은 상기 응답 메시지에 포함된 상기 제2 리더 차량의 제2 위치와 제2 향후 주행 경로를 각각 상기 제1 위치 및 상기 제1 향후 주행 경로와 비교하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치가 임계 거리 이내이고, 향후 주행 경로의 유사도가 임계값 이상인 경우 그룹 합병을 위한 시작 메시지를 상기 제2 리더 차량에 전송하는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 그룹과 상기 어느 하나의 그룹 중 소속 차량의 개수가 적은 그룹에 속한 차량이 나머지 다른 그룹에 병합되는 동적 차량 그룹핑을 이용한 차량의 위치 추적 방법.
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