KR20210063097A - 열차 운행을 위한 비면허 통신과 승객 서비스용 비면허 통신간 간섭 완화를 위한 연동 기법 - Google Patents

열차 운행을 위한 비면허 통신과 승객 서비스용 비면허 통신간 간섭 완화를 위한 연동 기법 Download PDF

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Abstract

본 기술은 복수의 통신 채널들을 이용하여 기지국과 통신하는 열차 통신 시스템을 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 상기 복수의 통신 채널들 중에서 상기 기지국이 이용하거나 또는 이용할 통신 채널에 관한 정보를 포함하는 채널 목록을 수신하는 차상 통신 장치, 상기 복수의 통신 채널들 중에서 적어도 하나의 통신 채널의 품질을 나타내는 정보를 포함하는 채널 목록 품질 정보를 생성하는 차내 상용 무선 통신 장치, 자원 선점 신호를 상기 열차 내에 송신하는 차내 통신 장치 및 상기 채널 목록 품질 정보와 상기 채널 목록을 비교하여, 상기 통신 채널이 상기 기지국과 통신하는 데에 전용으로 사용되도록 제어하는 연동 장치를 포함한다.

Description

열차 운행을 위한 비면허 통신과 승객 서비스용 비면허 통신간 간섭 완화를 위한 연동 기법{Interworking method for mitigation of interference between unlicensed communication for train operation and unlicensed communication for passenger service}
본 발명은 철도 차량의 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 철도 차량에 설치된 승객 서비스용 비면허 채널 통신 장치와 열차 제어 및 운행용 통신 장치간에 주파수 채널의 간섭을 방지하는 장치에 관한 것이다.
국내 철도 시스템은 승객 서비스를 위해서 통신사가 Wi-Fi AP(Access Point)를 설치하여 운영되고 있다. 통신사 Wi-Fi AP는 2GHz 채널과 5GHz 채널의 ISM 밴드를 이용하여 철도 시스템 내의 승객에게 Wi-Fi 통신 서비스를 제공하고 있다. 이뿐만 아니라, Wi-Fi 통신 기술은 승객 서비스 이외에도 철도 운행 및 제어를 위해서도 활용되고 있다. 예를 들어, 국내의 신분당선을 포함하는 도시철도는 Wi-Fi 기반의 CBTC(communication-Based Train Control) 기술을 적용하여 철도 시스템을 운영하고 있다. 또한, 이 밖에도 서울 2호선의 열차의 칸과 칸 사이의 통신에 Wi-Fi 통신 기술을 적용하고 있다.
Wi-Fi 통신 기술은 비면허 주파수 채널을 이용하는 무선 통신 기술의 하나일 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 Wi-Fi 통신 기술은 면허를 필요로 하지 않는 비면허 주파수 채널인 2GHz 채널 또는 5GHz 채널을 이용하여 정보를 전달하는 통신 기술일 수 있다.
Wi-Fi 통신 기술에는 서로 다른 장치가 주파수 채널을 공유하기 위해서 LBT(Listen Before Talk; 이하 LBT) 방식이 적용될 수 있다. LBT 방식이란, 무선 통신 기술을 사용하는 기기가 정보 전송을 위한 주파수 채널을 이용하기 전에, 이용할 주파수 채널이 비어 있음을 확인 한 뒤에 해당 채널을 이용하여 정보를 전송하는 방식일 수 있다. 채널이 비어 있다는 것은 다른 무선 통신을 사용하는 기기가 해당 채널을 사용하지 않고 있는 상태를 의미할 수 있다.
열차 제어 및 운행에 Wi-Fi 통신 기술이 적용되는 경우가 늘어남에 따라서, 승객 서비스용 Wi-Fi 통신과 열차 제어 및 운행을 위한 Wi-Fi 통신 간에 간섭이 일어날 가능성이 높아질 수 있다. 예를 들어, 승객 서비스용 Wi-Fi 통신에 사용되는 주파수 채널과 열차 제어 및 운행을 위한 정보를 전송하는 Wi-Fi 통신에 사용되는 주파수 채널이 공통되는 경우에 간섭이 일어날 수 있다. 통신 간에 간섭이 발생하는 경우에, 통신 성능이 저하될 수 있다. 또는, LBT 방식이 적용 되는 경우, 승객 서비스용 Wi-Fi 통신에 사용되는 주파수 채널이 많아질수록 열차 제어 및 운행을 위한 Wi-Fi 통신의 성능이 저하될 수 있다. 열차 제어 및 운행을 위한 Wi-Fi 통신 성능이 저하되는 경우에 승차 중인 승객의 안전에 위협이 될 수 있다. 본 발명의 실시 예는 안정적으로 열차 제어 및 운행을 위한 정보가 전달되는 열차의 무선 통신 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 통신 채널들을 이용하여 기지국과 통신하는 열차 통신 시스템을 포함하는 무선 통신 시스템은, 상기 복수의 통신 채널들 중에서 상기 기지국이 이용하거나 또는 이용할 통신 채널에 관한 정보를 포함하는 채널 목록을 수신하는 차상 통신 장치, 상기 복수의 통신 채널들 중에서 적어도 하나의 통신 채널의 품질을 나타내는 정보를 포함하는 채널 목록 품질 정보를 생성하는 차내 상용 무선 통신 장치, 자원 선점 신호를 상기 열차 내에 송신하는 차내 통신 장치 및 상기 채널 목록 품질 정보와 상기 채널 목록을 비교하여, 상기 통신 채널이 상기 기지국과 통신하는 데에 전용으로 사용되도록 제어하는 연동 장치를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 통신 채널들을 이용하여 기지국과 통신하는 열차의 무선 통신 시스템은, 제1 인터페이스를 통해서 상기 복수의 통신 채널들 중에서 상기 기지국이 사용하거나 또는 사용할 통신 채널에 관한 정보를 포함하는 채널 목록이 전송되는 제1 시스템, 상기 통신 채널에 관한 정보가 생략된 가용 채널 목록이 전송되는 제2 시스템 및 상기 통신 채널에 관한 정보가 포함된 선점 채널 목록이 전송되는 제3 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 통신 채널들을 이용하여 기지국과 통신하는 열차의 무선 통신 시스템은, 제1 인터페이스를 통해서 상기 복수의 통신 채널들 중에서 상기 기지국이 사용하는 통신 채널을 포함하는 채널 목록을 제공하는 차상 통신 장치 및 상기 채널 목록을 수신하는 연동 장치를 포함하는 제1 시스템, 상기 통신 채널이 상기 기지국에 의해서 선점되도록 가용 채널 목록을 생성하는 상기 연동 장치 및 상기 가용 채널 목록에 포함된 채널을 이용하여 통신을 수행하는 차내 상용 무선 통신 장치를 포함하는 제2 시스템 및 상기 통신 채널이 상기 기지국에 의해서 선점되도록 상기 통신 채널을 포함하는 선점 채널 목록을 생성하는 상기 연동 장치 및 상기 선점 채널 목록에 포함된 채널을 이용하여 통신을 수행하는 차내 통신 장치를 포함하는 제3 시스템을 포함한다.
본 기술의 실시 예에 따르면, 안정적으로 열차 제어 및 운행을 위한 정보가 전달되는 열차의 무선 통신 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열차 통신 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 선점 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2에서 설명된 자원 선점 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자원 선점 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 4에서 설명된 자원 선점 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 1에 도시된 차내 상용 Wi-Fi 장치 및 차내 통신 장치가 열차 내에 함께 존재하는 상황에서 실시 예에 따른 자원 선점 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열차 통신 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 열차 무선 통신 시스템(10)은 열차 통신 시스템(100) 및 기지국 통신 시스템(200)을 포함할 수 있다. 열차 통신 시스템(100)과 기지국 통신 시스템(200) 사이에서 다양한 정보가 전달될 수 있다. 예를 들어, 기지국 통신 시스템(200)과 열차 통신 시스템(100) 사이에서 열차 제어 및 운행을 위한 정보가 전달될 수 있다. 또는 열차 통신 시스템(100) 내에 설치된 CCTV로부터 영상 정보가 생성되고, 생성된 영상 정보가 기지국 통신 시스템(200)에 전달될 수 있다.
열차 통신 시스템(100)은 차상 통신 장치(110) 및 연동 장치(120)를 포함할 수 있다. 또한, 열차 통신 시스템(100)은 차내 상용 무선 통신 장치 또는 차내 통신 장치(140) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 차내 상용 무선 통신 장치는 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)를 포함하는 개념일 수 있다. 차내 상용 무선 통신 장치는 다양한 무선 통신 방식을 이용하여 통신할 수 있다. 이하에서, 무선 통신 방식 중 Wi-Fi 방식을 이용하는 것을 예시로 본 실시 예를 설명한다.
차상 통신 장치(110)는 열차가 이동하는 선로 주변에 설치된 기지국 또는 앞선 열차와 열차 제어 및 운행을 위한 정보를 주거나 받는 통신 장치일 수 있다. 예를 들어, 차상 통신 장치(110)는 열차 내 승객 서비스 용도가 아닌 열차 제어 및 운행 용도의 정보를 송수신하는 통신 장치일 수 있다.
차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 통신 운영사가 열차 내 승객 서비스용 Wi-Fi 통신을 제공하기 위해 설치된 장치일 수 있다. 구체적으로 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 통신 운영사가 열차 내 승객 서비스 용도로 설치한 Wi-Fi AP(Access Point)일 수 있다.
차내 통신 장치(140)는 차상 통신 장치(110)가 안정적으로 열차 제어 및 운행을 위한 정보를 주고 받을 수 있도록 자원 선점 신호를 열차 내에 송신하는 장치일 수 있다. 자원 선점 신호는 차상 통신 장치(110)가 열차 제어 및 운행을 위한 정보를 주거나 받을 때 사용하는 통신 채널에 의해서 열차 내에 송신될 수 있다. 자원은 무선 통신을 수행하기 위해 필요한 요소를 의미할 수 있다. 예를 들어, 자원은 무선 통신에 이용되는 통신 채널을 포함할 수 있다.
연동 장치(120)는 서로 다른 통신 장치를 서로 연동시키는 장치일 수 있다. 실시 예에서, 연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)가 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)와 연동하기 위한 장치일 수 있다. 또는, 연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)가 차내 통신 장치(140)와 연동하기 위한 장치일 수 있다. 또는, 연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)가 차내 상용 Wi-Fi 장치(130) 및 차내 통신 장치(140)와 연동하기 위한 장치일 수 있다. 도 1을 참조하면, 연동 장치(120)와 차상 통신 장치(110)가 서로 분리된 것으로 도시 되어 있으나, 연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)와 결합되어 동작할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 연동 장치(120)가 차상 통신 장치(110)와 분리된 것으로 가정하고 설명한다.
제1 인터페이스(S1)는 차상 통신 장치(100)와 연동 장치(120) 사이의 인터페이스일 수 있다. 제1 인터페이스(S1)를 통해서 열차 제어 및 운행을 위한 정보가 전달될 수 있다. 제2 인터페이스(S2)는 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)와 연동 장치(120) 사이의 인터페이스 일 수 있다. 제2 인터페이스(S2)를 통해서 채널 정보가 전달될 수 있다. 제3 인터페이스(S3)는 차내 통신 장치(140)와 연동 장치(120) 사이의 인터페이스 일 수 있다. 제3 인터페이스(S3)을 통해서 차내 통신 장치(14)가 사용할 채널에 관한 정보가 전달될 수 있다. 제1 내지 제3 인터페이스(S1~S3)를 통해서 전달되는 정보에 관해서는 후술하는 도면들에서 상세히 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 선점 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 열차 통신 시스템(100)은 차상 통신 장치(110), 연동 장치(120) 및 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)를 포함할 수 있다. 제1 인터페이스(S1)는 차상 통신 장치(100)와 연동 장치(120) 사이의 인터페이스일 수 있다. 제2 인터페이스(S2)는 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)와 연동 장치(120) 사이의 인터페이스 일 수 있다.
지상에 설치된 기지국은 선로 위의 열차 통신 시스템(100)에 열차 제어 및 운행을 위한 정보를 제공할 수 있다. 열차 제어 및 운행을 위한 정보는 무선 통신 기술을 이용하여 전달될 수 있다. 무선 통신 기술은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으나, 본 명세서에서는 그 중에서 비면허 대역을 이용한 무선 통신 기술을 예시적으로 설명한다. 특히, 비면허 대역을 이용한 무선 통신 기술 중에서 Wi-Fi 통신 기술을 예시적으로 설명하나, 실시 예에 제한되어 해석되지 않는다. Wi-Fi 통신 기술은 적어도 하나의 채널을 이용하여 정보를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, Wi-Fi 통신 기술에서 이용되는 주파수 대역은 N개의 통신 채널(N은 양의 정수)로 구분될 수 있다. 즉 서로 다른 채널 번호는 서로 다른 통신 채널을 나타낼 수 있다. 그리고 N개의 통신 채널 중에서 적어도 하나의 통신 채널을 이용하여 정보가 전달될 수 있다.
특정 채널을 이용하여 열차 통신 시스템(100)에 포함된 차상 통신 장치(100)와 기지국 간에 정보가 전달될 수 있다. 이 때 사용되는 채널에 변화가 생기면, 차상 통신 장치(100)는 이를 감지하고, 제1 인터페이스(S1)를 통해서 연동 장치(120)로 채널 번호를 전달할 수 있다. 채널 번호는 기지국과 열차 통신 시스템(100) 사이에서 열차 제어 및 운행을 위한 정보가 전달되는 주파수 대역을 나타낼 수 있다. 전달되는 정보에 따라서 채널 번호는 하나 이상일 수 있다.
구체적으로, 차상 통신 장치(110)가 열차 제어 및 운행을 위한 정보를 기지국으로 전송하는 경우, 단일 Wi-Fi 채널을 이용하더라도 충분할 수 있다. 이 때에는, 하나의 채널만이 사용되고, 이 채널에 해당하는 번호가 연동 장치(120)에 제공될 수 있다. 한편, 차상 통신 장치(110)가 열차 통신 시스템(100) 내의 CCTV 영상을 기지국 통신 시스템(200)으로 전송하는 경우, 크기가 큰 정보의 원활한 전송을 위해서 다수 개의 채널이 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 채널 본딩 기법이 적용될 수 있다. 이 때에는, 차상 통신 장치(100)는 다수의 채널을 사용할 수 있고, 사용된 채널에 해당하는 번호들이 연동 장치(120)에 제공될 수 있다.
다음으로, 연동 장치(120)는 제2 인터페이스(S2)를 통해서 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 채널의 품질 정보를 요청하고, 이에 대응하여 채널의 품질 정보를 수신할 수 있다. 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)로부터 수신한 채널의 품질 정보는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, N개의 채널 번호를 포함하는 Wi-Fi 채널 목록을 차내 상용 Wi-Fi(130)로부터 수신할 수 있고, Wi-Fi 채널 목록에 기재된 순서가 각각의 채널의 품질을 의미하도록 열차 통신 시스템(100)에서 미리 정해질 수 있다. 예를 들어, 연동 장치(120)가 {제9 채널, 제1 채널, 제5 채널}을 포함하는 Wi-Fi 채널 목록을 수신한 경우, 제9 채널이 상대적으로 우월한 품질을 갖고, 제5 채널이 상대적으로 열등한 품질을 가질 수 있다. 다른 실시 예에서 Wi-Fi 채널 목록은 채널의 품질 정보를 나타내는 인덱스를 함께 포함할 수 있다. 즉, 연동 장치(120)는 {(제 9채널, 0dB}, (제1 채널, -3dB), (제5 채널, -10dB)}을 포함하는 Wi-Fi 채널 목록을 수신할 수 있다.
연동 장치(120)는 Wi-Fi 채널 목록을 제2 인터페이스(S2)를 통해서 수신하고, 그 중에서 제1 인터페이스(S1)를 통해 수신한 채널 번호를 제외할 수 있다. 또는, 연동 장치(120)는 Wi-Fi 채널 목록을 제2 인터페이스(S2)를 통해서 수신하고, 그 중에서 제1 인터페이스(S1)를 통해 수신한 채널 번호를 생략한 가용 채널 목록을 생성할 수 있다. 다른 실시 예에서, 연동 장치(120)는 자체적인 알고리즘을 이용하여 제1 인터페이스(S1)로부터 수신한 채널 번호를 포함하여 추가적으로 채널 번호를 더 제외할 수 있다. 또는, 연동 장치(120)는 자체적인 알고리즘을 이용하여 제1 인터페이스(S1)로부터 수신한 채널 번호를 포함하여 추가적으로 채널 번호가 더 생략된 가용 채널 목록을 생성할 수 있다. 그리고 연동 장치(120)는 남은 채널 번호를 포함하는 가용 채널 목록을 다시 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 제공할 수 있다. 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 수신한 채널 번호에 해당하는 채널을 사용할 수 있다.
예를 들어, 제2 인터페이스(S2)를 통해서 수신한 Wi-Fi 채널 목록이 {제9 채널, 제1 채널, 제5 채널}이고, 제1 인터페이스(S1)를 통해서 수신한 채널 번호가 제9 채널인 경우를 가정한다. 연동 장치(120)는 제9 채널을 제외한 제1 채널 및 제5 채널 번호를 포함하는 가용 채널 목록을 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 제공할 수 있다. 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 제1 채널 및 제5 채널 만을 사용할 수 있다.
다른 예로, 제1 인터페이스(S1)를 통해서 수신한 채널 번호가 제9 채널이고, 제9 채널과 제5 채널 사이에 채널 본딩이 적용될 것으로 예상되는 경우를 가정한다. 혹은, 제9 채널과 제5 채널 간에 간섭이 발생할 가능성이 높은 경우를 가정한다. 이 때, 연동 장치(120)는 제9 채널뿐 만 아니라 제5 채널 또한 자체적으로 제외할 채널 번호로 판단할 수 있다. 그리고 연동 장치(120)는 제1 채널 번호를 포함하는 가용 채널 목록을 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 제공할 수 있다. 이 경우, 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 가용 채널 목록에 포함된 제1 채널을 사용할 수 있다.
차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 연동 장치(120)로부터 제2 인터페이스(S2)를 통해서 채널 번호를 포함하는 가용 채널 목록을 수신할 수 있다. 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 가용 채널 목록에 포함된 채널 번호 중에서 적어도 하나의 채널을 선택해서 통신에 사용할 수 있다. 이미 통신이 수행 중인 경우에도, 제2 인터페이스(S2)를 통해서 가용 채널 목록이 갱신되면, 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 이에 대응하여 바로 채널 변경을 수행할 수 있다. 설명한 방식으로, 차상 통신 장치(100)가 기지국과 정보를 주고 받기 위해 사용되는 통신 채널은 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)가 이용할 수 없으므로, 해당 통신 채널은 차상 통신 장치(100) 또는 기지국에 의해서 선점된 것으로 판단할 수 있다. 또는, 차상 통신 장치(100)가 기지국과 정보를 주고 받기 위해 사용되는 통신 채널은 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)가 이용할 수 없으므로, 해당 통신 채널은 차상 통신 장치(100) 또는 기지국 사이의 통신에 전용으로 사용될 수 있다.
도 3은, 도 2에서 설명된 자원 선점 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S310단계에서, 차상 통신 장치(110)는 기지국과 사용 중이거나 사용할 채널에 관한 정보를 포함하는 채널 목록을 갱신하고, 연동 장치(120)에 채널 목록을 제공할 수 있다. 예를 들어, 차상 통신 장치(110)는 기지국과 제1 채널을 이용해서 통신하는 중에, 추가적으로 제5 채널을 더 사용할 수 있다. 이 때, 차상 통신 장치(110)는 제1 채널 및 제5 채널을 포함하도록 채널 목록을 갱신하고, 갱신된 채널 목록을 연동 장치(120)에 제공할 수 있다. 채널 목록은 일정한 주기마다 갱신될 수 있다. 또는 갑작스럽게 정보 전송량이 증가하는 경우에, 비주기적으로 채널 목록이 갱신될 수도 있다.
S320단계에서, 연동 장치(120)는 제2 인터페이스(S2)를 통해서 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 채널 목록 품질 정보를 요청할 수 있다.
S330단계에서, 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 연동 장치(120)의 요청에 응답하여, 채널 목록 품질 정보를 제공할 수 있다. 이 때에도 제2 인터페이스(S2)를 통해서 채널 목록 품질 정보가 제공될 수 있다. 채널 목록 품질 정보에 포함된 채널 번호의 순서는 각각의 채널의 품질을 나타내는 것으로 미리 정해질 수 있다. 예를 들면, 채널 목록 품질 정보는 {제5 채널, 제9 채널, 제7 채널, 제8 채널}일 수 있다.
S340단계에서, 연동 장치(120)는 수신한 채널 목록 품질 정보에서 차상 통신 장치(110)로부터 수신한 채널 번호를 제외하고, 차내 상용 Wi-Fi 장치가 사용할 수 있는 가용 채널 목록을 생성할 수 있다. 그리고 연동 장치(120)는 생성된 가용 채널 목록을 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 제공할 수 있다. 예를 들면, {제5 채널, 제9 채널, 제7 채널, 제8 채널} 중에서 제1 채널 및 제5 채널을 제외한, {제9 채널, 제7 채널, 제8 채널}을 포함하는 가용 채널 목록이 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 제공될 수 있다. 다른 예로, 채널 목록의 순서가 채널의 품질을 의미하므로, 상대적으로 품질이 우월한 {제9 채널}을 포함하는 가용 채널 목록이 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 제공될 수 있다. 가용 채널 목록을 수신한 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 가용 채널 목록에 포함된 채널을 이용하여 열차 내의 사용자 단말과 통신을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자원 선점 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 열차 통신 시스템(100)은 차상 통신 장치(110), 연동 장치(120) 및 차내 통신 장치(140)를 포함할 수 있다. 제1 인터페이스(S1)는 차상 통신 장치(100)와 연동 장치(120) 사이의 인터페이스일 수 있다. 제3 인터페이스(S3)는 차내 통신 장치(130)와 연동 장치(120) 사이의 인터페이스 일 수 있다. 도 2와 중복되는 내용은 제외하고, 차이점을 위주로 설명한다.
차내 통신 장치(140)는 차상 통신 장치(110)가 기지국과 통신에 사용할 채널을 선점하는 동작을 수행할 수 있다. 무선 통신 기술의 특성상, 특정 주파수 채널이 이미 특정 무선 통신 기기에 의해서 사용중인 것이 감지되는 경우 다른 무선 통신 기기는 해당 주파수 채널을 사용하지 않는다. 이를 이용하여 채널이 선점될 수 있다.
구체적으로, 특정 채널을 이용하여 열차 통신 시스템(100)에 포함된 차상 통신 장치(100)와 기지국 간에 정보가 전달될 수 있다. 차상 통신 장치(100)는 제1 인터페이스(S1)를 통해서 사용 중이거나 사용할 채널 번호를 포함하는 채널 목록을 연동 장치(120)로 전달할 수 있다. 채널 번호는 기지국과 열차 통신 시스템(100) 사이에서 열차 제어 및 운행을 위한 정보가 전달되는 주파수 대역을 나타낼 수 있다. 전달되는 정보에 따라서 채널 번호는 하나 이상일 수 있다.
연동 장치(120)는 선점 채널 목록을 제3 인터페이스(S3)를 통해서 차내 통신 장치(140)에 제공할 수 있다. 제3 인터페이스(S3)를 통해서 제공되는 선점 채널 목록은 제1 인터페이스(S1)를 통해서 수신한 채널 목록에 포함된 채널 번호와 동일하거나, 몇 개의 채널 번호가 더 추가될 수 있다. 예를 들면, 선점 채널 목록은 제1 인터페이스(S1)를 통해서 수신한 채널 번호와 간섭을 일으킬 가능성이 높은 채널 번호를 더 포함할 수 있다.
연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)가 주기적으로 제공하는 열차 제어 신호의 동작 시점, 전송 주기, 전송 시간, 패킷 사이즈 등의 정보를 제1 인터페이스(S1)를 이용하여 요청 및 수신할 수 있다. 동작 시점 정보는 주기적으로 보내는 열차 제어 신호의 절대 시간을 파악하기 위한 정보일 수 있다. 전송 시간 및 패킷 사이즈 정보는 더미 데이터를 생성하기 위한 정보일 수 있다. 그리고 연동 장치(120)는 더미 데이터를 생성할 수 있다. 연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)가 주기적으로 열차 제어 신호를 보내는 시점보다 T(s) 만큼 앞선 시간에 생성된 더미 데이터를 차내 통신 장치(140)에 제공할 수 있다. 차내 통신 장치(140)는 더미 데이터를 수신하고, 연동 장치(120)로부터 수신한 선점 채널 번호에 대응하는 채널을 이용해서 무선 자원 접속을 시도할 수 있다. 무선 자원 접속에 성공하면 차내 통신 장치(140)는 더미 데이터를 전송할 수 있다. 열차 내의 무선 통신 기기는 차내 통신 장치(140)가 더미 데이터를 전송하는데 이용하는 주파수를 감지하고, 해당 채널을 이용하지 못할 것이다. 예를 들어, 열차 내의 승객의 LTE egg 등의 개인용 라우터는 차내 통신 장치(140)가 이용하는 주파수를 감지하고, 해당 채널을 통신에 사용하지 않을 것이다. 따라서, 해당 채널은 차상 통신 장치(110) 또는 기지국에 의해서 선점될 수 있다. 즉, 해당 채널은 차상 통신 장치(100) 또는 기지국 사이의 통신에 전용으로 사용될 수 있다. 이 때, 차내 통신 장치(140)는 지향성 안테나를 이용하여 설계될 수 있다. 지향성 안테나에 의해서 주파수가 전송되는 영역이 제어될 수 있으므로, 차상 통신 장치(110)와 간섭이 최소화 될 수 있다.
도 5는 도 4에서 설명된 자원 선점 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S510단계에서, 차상 통신 장치(110)는 기지국과 사용 중이거나 사용할 채널에 관한 정보를 포함하는 채널 목록을 갱신하고, 연동 장치(120)에 채널 목록을 제공할 수 있다. 예를 들어, 차상 통신 장치(110)는 기지국과 제1 채널을 이용해서 통신하는 중에, 추가적으로 제5 채널을 더 사용할 수 있다. 이 때, 차상 통신 장치(110)는 제1 채널 및 제5 채널을 포함하도록 채널 목록을 갱신하고, 갱신된 채널 목록을 연동 장치(120)에 제공할 수 있다. 채널 목록은 일정한 주기마다 갱신될 수 있다. 또는 갑작스럽게 정보 전송량이 증가하는 경우에, 비주기적으로 채널 목록이 갱신될 수도 있다.
S520단계에서, 연동 장치(120)는 차내 통신 장치(140)에 선점 채널 목록을 제공할 수 있다. 선점 채널 목록은 차내 통신용 채널 정보를 포함할 수 있다. 선점 채널 목록은 차상 통신 장치(110)가 제공한 채널 목록에 포함된 채널 번호 및 추가적으로 더 채널 번호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차상 통신 장치(110)로부터 수신한 채널 목록에 제1 채널 및 제5 채널이 포함된 경우, 연동 장치(120)는 제2 채널 내지 제4 채널, 제6 채널 및 제7 채널을 더 포함하는 선점 채널 목록을 차내 통신 장치(140)에 제공할 수 있다. 이는 2GHz 대역에서 인접한 채널 사이에서 간섭이 발생할 가능성이 높으므로, 연동 장치(120)가 자체적으로 추가로 채널을 더 포함할 것을 판단한 결과이다.
S530단계에서, 연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)에 제어 정보를 요청할 수 있다. 제어 정보는 차상 통신 장치(110)가 주기적으로 제공하는 열차 제어 신호의 동작 시점, 전송 주기, 전송 시간, 패킷 사이즈 등의 정보를 포함할 수 있다.
S540단계에서, 차상 통신 장치(110)는 연동 장치(120)로부터 수신한 요청에 응답하여 제어 정보를 연동 장치(120)에 제공할 수 있다.
S550단계에서, 연동 장치(120)는 제어 정보를 수신하고, 더미 데이터를 생성할 수 있다. 연동 장치(120)는 제어 신호의 전송 주기보다 T(s) 만큼 앞선 시간에 생성된 더미 데이터를 차내 통신 장치(140)에 제공할 수 있다.
S560단계에서, 차내 통신 장치(140)는 수신한 더미 데이터를 선점 채널 목록에 포함된 채널을 통해서 전송할 수 있다. 이에 따라, 열차 내의 무선 통신 기기는 해당 채널이 이미 사용 되고 있음을 감지하고, 해당 채널을 사용하지 않을 것이다. 해당 채널은 차상 통신 장치(110)에 의해서 선점될 수 있다.
도 6은, 도 1에 도시된 차내 상용 Wi-Fi 장치 및 차내 통신 장치가 열차 내에 함께 존재하는 상황에서 실시 예에 따른 자원 선점 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S610단계에서, 차상 통신 장치(110)는 기지국과 사용 중이거나 사용할 채널에 관한 정보를 포함하는 채널 목록을 갱신하고, 제1 인터페이스(S1)를 통해서 연동 장치(120)에 채널 목록을 제공할 수 있다.
S620단계에서, 연동 장치(120)는 제2 인터페이스(S2)를 통해서 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 채널 목록 품질 정보를 요청할 수 있다.
S630단계에서, 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 연동 장치(120)의 요청에 응답하여, 채널 목록 품질 정보를 제공할 수 있다. 이 때에도 제2 인터페이스(S2)를 통해서 채널 목록 품질 정보가 제공될 수 있다. 채널 목록 품질 정보에 대해서는 앞에서 이미 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
S640단계에서, 연동 장치(120)는 수신한 채널 목록 품질 정보에서 차상 통신 장치(110)로부터 수신한 채널 번호를 제외하고, 차내 상용 Wi-Fi 장치가 사용할 수 있는 가용 채널 목록을 생성할 수 있다. 그리고 연동 장치(120)는 생성된 가용 채널 목록을 제2 인터페이스(S2)를 통해서 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 제공할 수 있다. 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 가용 채널 목록에 포함된 채널을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 가용 채널 목록에 포함된 채널은 차상 통신 장치(110)가 기지국과 사용하는 채널과는 상이할 것이다. 즉, 차상 통신 장치(110)가 기지국과 사용하는 채널은 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)가 사용할 수 없으므로, 차상 통신 장치(110)에 의해 선점될 수 있다. 선점된 채널은 열차 제어 및 운행을 위한 정보만이 전송될 수 있으므로, 안정적이고 안전한 열차 운행이 가능할 수 있다.
S650단계에서, 연동 장치(120)는 차내 통신 장치(140)에 선점 채널 목록을 제공할 수 있다. 선점 채널 목록은 차내 통신용 채널 정보를 포함할 수 있다. 선점 채널 목록은 차상 통신 장치(110)가 제공한 채널 목록에 포함된 채널 번호를 포함할 수 있다.
S660단계에서, 연동 장치(120)는 차상 통신 장치(110)에 제어 정보를 요청할 수 있다.
S670단계에서, 차상 통신 장치(110)는 연동 장치(120)로부터 수신한 요청에 응답하여 제어 정보를 연동 장치(120)에 제공할 수 있다.
S680단계에서, 연동 장치(120)는 제어 정보를 수신하고, 더미 데이터를 생성할 수 있다. 생성된 더미 데이터는 차내 통신 장치(140)에 제공될 수 있다.
S690단계에서, 차내 통신 장치(140)는 수신한 더미 데이터를 선점 채널 목록에 포함된 채널을 통해서 전송할 수 있다. 선점 채널 목록에 포함된 채널은 차상 통신 장치(110)가 사용하거나 사용할 채널과 동일한 채널이거나, 또는 그와 인접하는 채널일 것이다. 열차 내의 무선 통신 기기는 차내 통신 장치(140)가 선점 채널 목록에 포함된 채널을 이용함에 따라서, 해당 채널이 이미 사용 되고 있음을 감지할 수 있다. 그리고 열차 내의 무선 통신 기기는 해당 채널을 사용하지 않을 것이다. 즉, 해당 채널은 차상 통신 장치(110)에 의해서 선점될 수 있다.
도 6을 참조하면, 연동 장치(120)는 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)에 차상 통신 장치(110)가 사용하거나 사용할 채널을 제외한 가용 채널 목록을 제공할 수 있다. 이후에 연동 장치(120)는 차내 통신 장치(140)에 차상 통신 장치(110)가 사용하거나 사용할 채널을 포함하는 선점 채널 목록을 제공할 수 있다. 이는 차내 상용 Wi-Fi 장치(130)는 항상 통신을 수행하고 있으므로, 간섭이 발생할 가능성이 높으므로 우선적으로 채널 선점을 수행하기 위함이다. 반면 개인용 라우터인 휴대용 단말 기기의 핫스팟이나 LTE egg는 존재하지 않을 수 도 있다. 따라서 차내 통신 장치(140)에 선점 채널 목록을 제공하는 것은 가용 채널 목록을 제공하는 것보다 나중에 수행될 수 있다.
10: 열차 무선 통신 시스템
100: 열차 통신 시스템
200: 기지국 통신 시스템
110: 차상 통신 장치
120: 연동 장치
130: 차내 상용 Wi-Fi 장치
140: 차내 통신 장치

Claims (11)

  1. 복수의 통신 채널들을 이용하여 기지국과 통신하는 열차의 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 복수의 통신 채널들 중에서 상기 기지국이 이용하거나 또는 이용할 통신 채널에 관한 정보를 포함하는 채널 목록을 수신하는 차상 통신 장치;
    상기 복수의 통신 채널들 중에서 적어도 하나의 통신 채널의 품질을 나타내는 정보를 포함하는 채널 목록 품질 정보를 생성하는 차내 상용 무선 통신 장치; 및
    상기 채널 목록 품질 정보와 상기 채널 목록을 비교하여, 상기 통신 채널이 상기 기지국과 통신하는 데에 전용으로 사용되도록 제어하는 연동 장치;를 포함하는 무선 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    자원 선점 신호를 상기 열차 내에 송신하는 차내 통신 장치;를 더 포함하는, 무선 통신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 차상 통신 장치는 상기 채널 목록을 상기 연동 장치에 제공하고,
    상기 연동 장치는 상기 차내 상용 무선 통신 장치가 상기 채널 목록 품질 정보를 제공하도록 요청하는, 무선 통신 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 연동 장치는,
    상기 채널 목록 품질 정보에서 상기 기지국이 이용하거나 또는 이용할 통신 채널이 생략된 가용 채널 목록을 상기 차내 상용 무선 통신 장치에 제공하는, 무선 통신 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 연동 장치는,
    상기 복수의 통신 채널들 중에서 상기 기지국이 이용하거나 또는 이용할 통신 채널과 채널 본딩이 적용될 채널을 판단하고, 상기 채널 목록 품질 정보에서 상기 기지국이 이용하거나 또는 이용할 통신 채널 및 상기 채널 본딩이 적용될 채널이 모두 생략된 가용 채널 목록을 상기 차내 상용 무선 통신 장치에 제공하는, 무선 통신 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 차내 상용 무선 통신 장치는,
    상기 가용 채널 목록에 포함된 통신 채널을 이용하여 통신을 수행하는, 무선 통신 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 연동 장치는,
    상기 기지국이 이용하거나 또는 이용할 통신 채널이 포함된 선점 채널 목록을 상기 차내 통신 장치에 제공하는, 무선 통신 시스템.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 차내 통신 장치는,
    상기 선점 채널 목록에 포함된 통신 채널을 이용하여 상기 자원 선점 신호를 송신하는, 무선 통신 시스템.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 연동 장치는,
    더미 데이터를 생성하고, 상기 더미 데이터를 상기 차내 통신 장치에 제공하고,
    상기 자원 선점 신호는 상기 더미 데이터를 포함하는, 무선 통신 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연동 장치는,
    상기 차상 통신 장치가 주기적으로 제공하는 열차 제어 신호의 전송 주기를 포함하는 제어 정보를 상기 차상 통신 장치에 요청하고,
    상기 차상 통신 장치는,
    상기 요청에 응답하여 상기 제어 정보를 제공하는, 무선 통신 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 연동 장치는,
    상기 전송 주기보다 미리 정해진 시간만큼 앞서서 상기 더미 데이터를 상기 차내 통신 장치에 제공하는, 무선 통신 시스템.
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