WO2016104887A1 - Ieee 1609.4를 이용한 의사 시분할 다중 접속 방법 및 장치 - Google Patents

Ieee 1609.4를 이용한 의사 시분할 다중 접속 방법 및 장치 Download PDF

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임기택
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윤상훈
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    • H04B7/2612Arrangements for wireless medium access control, e.g. by allocating physical layer transmission capacity

Definitions

  • the present invention relates to vehicle cooperative driving, and more particularly, to a multiple access method and apparatus for guaranteeing a quality of service (QoS) of each vehicle during vehicle cooperative driving.
  • QoS quality of service
  • the existing WAVE modem In the case of the existing WAVE modem, it communicates using CSMA-CA method and performs random backoff whether the channel is used or not, so it is difficult to guarantee QoS because it is impossible to know exactly when transmission and reception will occur.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing pseudo time division multiple access by using an IEEE 1609.4 function to ensure QoS of each vehicle during vehicle cooperative driving. In providing.
  • a time division multiple access control method for the first vehicle to run cooperatively, the first section is set to CCH (Control CHannel) section, the remaining section is SCH ( Service CHannel), and controlling to transmit data in the CCH interval; And setting the first section to the CCH section, setting the remaining section to the SCH section, and transmitting data in the SCH section for the second vehicle cooperatively traveling.
  • CCH Control CHannel
  • SCH Service CHannel
  • the first section and the second section are set to the CCH section, and the remaining sections are set to the SCH section for the third vehicle that runs cooperatively.
  • the method may further include controlling to transmit data in the SCH period.
  • the time division multiple access control method sets the first section, the second section, and the third section as a CCH section for a fourth vehicle that is cooperatively traveling, and the remaining sections are SCHs. And setting the interval, and controlling to transmit data in the SCH interval.
  • the sum of the lengths of the CCH interval and the SCH interval of all vehicles may be the same.
  • the first frequency used in the CCH section may be the same for all vehicles, and the second frequency used in the SCH section may be the same for all vehicles.
  • the first section is set as a control channel section (CCH), the remaining section is set as a service channel section (SCH), and data is transmitted in the CCH section.
  • CCH control channel section
  • SCH service channel section
  • a first vehicle a second vehicle that sets a first section to a CCH section, sets a remaining section to a SCH section, and transmits data in the SCH section.
  • pseudo time division multiple access may be performed by using the IEEE 1609.4 function, thereby ensuring QoS of each vehicle during vehicle cooperative driving.
  • 1 is a communication path in cooperative driving
  • 5 is a channel switching timing diagram of IEEE 1609.4.
  • FIG. 8 is a timing diagram provided to explain a pseudo time division multiple access scheme using the IEEE 1609.4 function.
  • FIG. 1 shows a communication path during cooperative driving.
  • all inter-vehicle communication should be completed within 10 ms. This is because key information that controls the vehicle, such as steering angle and brake and excel stepping angle, must be updated periodically.
  • the multiple access method of vehicle communication uses the CSMA-CA shown in FIG. 2. If there is data to be transmitted, if a channel is not in use, a random number is generated and if the channel is not in use even after waiting for the number of times generated, a method of transmitting is used.
  • CCH Control CHannel
  • SCH Service CHannel
  • the CCH is a channel used for delivering emergency messages such as accidents and information on types of services and channels used by the currently accessed base station.
  • the remaining SCHs are channels for supporting corresponding services. All WAVE terminals must communicate CCH for a certain time at all times. This is to receive important messages such as emergency message delivery. A WAVE terminal with one RF cannot transmit or receive two channels at the same time.
  • IEEE 1609.4 Channel Switching defines a method of periodically connecting CCH and SCH alternately. Starting with 1 second pulse (PPS: Pulse Per Second) provided by GPS or timer, CCH and SCH are maintained for the set time, and then alternately transmitted and received. 5 is a channel switching timing diagram of IEEE 1609.4.
  • the PPS signal is a reference signal of 1 second from the GPS. In the IEEE 1609.4 standard, this is the reference signal for switching channels.
  • the channel is alternately changed in accordance with the CCH time and the SCH time set to start the synchronization time and the maximum channel switch time for switching channels.
  • FIG. 6 An optimal timing for transmitting four pieces of information once within 10 ms by applying the existing CSMA-CA multiplexing scheme is shown in FIG. 6.
  • 8 is a diagram for explaining a pseudo time division multiple access method using the IEEE 1609.4 function.
  • the entire section (CCH section + SCH section) is set to 10 ms for all vehicles that perform cooperative driving. Then, for all the vehicles, the frequency fc used in the CCH interval is set to be the same, and the frequency fs used in the SCH interval is set to be the same.
  • control to set the data communication section as follows for each vehicle.
  • the CCH interval is set to 2.5 ms, and the SCH interval is set to 7.5 ms, and then control is performed to transmit data in the CCH interval.
  • the first vehicle and the second vehicle have the same CCH interval and SCH interval. However, the first vehicle and the second vehicle are different from each other in the data transmission interval between the CCH interval and the SCH interval.
  • the SCH interval For the third vehicle, after setting the CCH interval to 5.0ms, the SCH interval to 5.0ms, and controls to transmit data in the SCH interval,
  • the control is performed to transmit data in the SCH interval.
  • the second vehicle, the third vehicle and the fourth vehicle except for the first vehicle are all common in that they are configured to transmit data in the SCH interval. However, since the start time of these SCH intervals are 2.5 ms, 5.0 ms and 7.5 ms, the impulse probability is very low.
  • the first vehicle is guaranteed a communication opportunity in the CCH interval of 2.5ms
  • the second vehicle, the third vehicle and the fourth vehicle is guaranteed a communication opportunity for 2.5ms substantially independent in the SCH interval.
  • the vehicles can transmit data in a predetermined order.
  • the number of vehicles and the length of the section raised in the above embodiment are all merely exemplary. Therefore, the technical idea of the present invention may be applied even when the number of vehicles is two, three or five.
  • the length of the entire interval (CCH interval + SCH interval) as well as the length of the CCH interval and the length of the SCH interval can be changed.
  • the number of divisions of the SCH interval can be adaptively set according to the number of all vehicles, as well as the division of the CCH interval can be used.

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Abstract

IEEE 1609.4를 이용한 의사 시분할 다중 접속 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른, 시분할 다중 접속 제어 방법은, 협력 주행하는 제1 차량에 대해 제1 구간을 CCH 구간으로 설정하고 나머지 구간을 SCH 구간으로 설정하며 CCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하고, 협력 주행하는 제2 차량에 대해 제1 구간을 CCH 구간으로 설정하고 나머지 구간을 SCH 구간으로 설정하며 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어한다. 이에 의해, IEEE 1609.4 기능을 할용하여 의사 시분할 다중 접속을 수행할 수 있어, 차량 협력 주행시 각 차량의 QoS를 보장할 수 있게 된다. 아울러, 각 차량 간의 전송시간을 할당하여 충돌의 가능성을 낮추고, 각 차량 간의 전송 순서를 보장할 수 있게 된다.

Description

IEEE 1609.4를 이용한 의사 시분할 다중 접속 방법 및 장치
본 발명은 차량 협력 주행에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 협력 주행시 각 차량의 QoS(Quality of Service)를 보장을 위한 다중 접속 방법 및 장치에 관한 것이다.
협력 주행은 수 대의 차량이 가까운 거리로 앞차의 제어 정보를 받아 뒷차가 따라가는 방식이기 때문에 차량 정보의 전달과 함께 주어진 시간 안에 데이터가 전달되어야 하는 것이 매우 중요한 기술이다.
기존의 WAVE 모뎀의 경우에는 CSMA-CA 방식으로 통신하며 채널의 사용 여부와 랜덤 백오프를 수행하므로 정확하게 송수신이 언제 일어날지 알 수가 없어서 QoS를 보장하기 어렵다.
이에, 협력 주행을 하는 차량들이 정확한 시간에 데이터를 수신할 수 있도록 하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 차량 협력 주행시 각 차량의 QoS를 보장하기 위해, IEEE 1609.4 기능을 할용하여 의사 시분할 다중 접속을 수행하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 시분할 다중 접속 제어 방법은, 협력 주행하는 제1 차량에 대해, 제1 구간을 CCH(Control CHannel) 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH(Service CHannel) 구간으로 설정하며, 상기 CCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계; 및 협력 주행하는 제2 차량에 대해, 제1 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 다중 접속 제어 방법은, 협력 주행하는 제3 차량에 대해, 상기 제1 구간 및 제2 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간은 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 다중 접속 제어 방법은, 협력 주행하는 제4 차량에 대해, 상기 제1 구간, 상기 제2 구간 및 제3 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간은 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 모든 차량의 CCH 구간과 SCH 구간의 길이 합은 동일할 수 있다.
그리고, 상기 CCH 구간에서 사용하는 제1 주파수는, 모든 차량이 동일하고, 상기 SCH 구간에서 사용하는 제2 주파수도, 모든 차량이 동일할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 협력 주행 시스템은, 제1 구간을 CCH(Control CHannel) 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH(Service CHannel) 구간으로 설정하며, 상기 CCH 구간에서 데이터를 전송하는 제1 차량; 및 제1 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하는 제2 차량;을 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, IEEE 1609.4 기능을 할용하여 의사 시분할 다중 접속을 수행할 수 있어, 차량 협력 주행시 각 차량의 QoS를 보장할 수 있게 된다. 아울러, 각 차량 간의 전송시간을 할당하여 충돌의 가능성을 낮추고, 각 차량 간의 전송 순서를 보장할 수 있게 된다.
도 1은 협력 주행시 통신경로,
도 2는 CSMA-CA 다중 접속 방식,
도 3은 재전송 횟수에 따른 Random backoff window의 변화,
도 4는 WAVE 표준의 주파수 대역,
도 5는 IEEE 1609.4의 채널 스위칭 타이밍도.
도 6은 협력 주행 환경에서 최적의 전송 데이터 타이밍도,
도 7은 협력 주행 환경에서 충돌 발생 타이밍도, 그리고,
도 8은 IEEE 1609.4기능을 사용한 의사 시분할 다중 접속 방안의 설명에 제공되는 타이밍도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
1. 협력 주행
협력 주행과 같은 차량용 통신의 응용에서는 각 차량 간의 통신에 대한 신뢰성이 중요하다. 협력 주행의 경우에는 차량간의 통신을 통하여 현재 차량의 속도, 조향각, 브레이크와 엑셀의 밟힘각 및 GPS 좌표 등의 데이터를 전달한다. 차량이 자동으로 운전되기 때문에 무선으로 전달되는 정보의 중요성이 높으며, 실시간으로 전달되어야 한다
도 1에는 협력 주행시 통신경로를 나타내었다. 협력 주행과 같이 실시간 전달이 중요한 응용 서비스의 경우에는 보통 10ms이내에 모든 차량간 통신이 마무리되어야 한다. 이는 조향각과 브레이크와 엑셀 밟힘각처럼 차량을 제어하는 주요 정보가 주기적으로 업데이트되어야 하기 때문이다.
2. 차량용 통신의 다중접속방식
현재 차량용 통신의 다중 접속 방식은 도 2에 도시된 CSMA-CA를 사용하고 있다. 전송할 데이터가 존재할 경우에 채널이 사용중이 아닐 경우에 랜덤 넘버를 생성하고 생성된 개수만큼 시간을 기다린 후에도 채널이 사용중이 아니면 전송하는 방식을 사용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 채널에서 데이터가 전송되고 DIFS(DCF InterFrame Space) 시간이 지난 후에 Backoff-window 시간을 보내고도 채널이 사용되지 않는다면 데이터를 전송할 수 있다. Backoff-window는 모뎀 내에서 랜덤으로 생성된 값에 Slot Time을 곱한 시간만큼 기다린다. 이는 모든 모뎀에서 랜덤하게 생성한 값을 기다리기 때문에 데이터를 전송하다 충돌이 날 확률을 줄이기 위해서이다. 만약, 데이터를 전송 중에 충돌이 발생할 경우에는 다음 랜덤 생성 값의 범위를 늘려서 충돌을 방지하게 된다. 첫 번째 전송에는 0~31의 범위 안에서 랜덤값을 생성하게 되고, 만약 충돌이 발생한 경우에는 0~63, 0~127, 0~255 순으로 랜덤 생성의 범위가 늘어나게 된다. 도 3에는 재전송 횟수에 따른 Random backoff window의 변화를 도식적으로 나타내었다.
3. IEEE 1609.4
WAVE의 경우에는 7개의 채널이 존재하며, 그 중에 가운데 채널을 CCH(Control CHannel)이라고 하고 나머지를 6개의 채널을 SCH(Service CHannel)하고 부른다. 도 4에는 WAVE 표준의 주파수 대역을 나타내었다.
CCH는 현재 접속중인 기지국이 지원해주는 서비스의 종류와 사용채널 등의 정보와 사고 발생 등의 응급 메시지 전달에 사용되는 채널이다. 나머지 SCH는 해당되는 서비스를 지원하기 위한 채널이다. 모든 WAVE 단말기는 CCH를 항상 일정 시간이상 통신해야 한다. 이는 응급 메시지 전달과 같은 중요한 메시지를 전달받기 위해서이다. 하나의 RF를 가진 WAVE 단말기는 동시에 두 개의 채널을 송수신할 수 없다. 이를 극복하기 위하여 IEEE 1609.4 Channel Switching에서는 주기적으로 CCH와 SCH를 번갈아 접속하는 방식에 대한 정의를 하고 있다. GPS나 타이머에서 제공하는 1초의 펄스(PPS : Pulse Per Second)를 시작으로 해서 CCH와 SCH를 설정된 시간만큼 유지한 후에 교대하여 송수신 채널을 바꾼다. 도 5는 IEEE 1609.4의 채널 스위칭 타이밍도이다.
PPS 신호는 GPS에서 나오는 1초의 기준이 되는 신호이다. IEEE 1609.4 표준에서 채널의 스위칭의 기준 신호가 된다. 채널을 스위칭하기 위한 대기시간(Sync Tolerance time)과 스위칭 시간(Max Channel Switch Time)을 시작으로 설정된 CCH 시간과 SCH 시간에 맞추어 번갈아 채널을 변화시킨다.
4. 의사 시분할 다중방식
이하에서는, 기존의 차량용 통신 방식을 그대로 적용하면서 협력 주행에 필요한 QoS를 지원하기 위하여 IEEE 1609.4 기능을 활용하여 의사 시분할 다중방식을 구현하는 기법을 제시한다.
협력 주행의 경우에는 짧은 시간(10ms) 안에 모든 차량이 데이터 송수신을 수행해야 할 필요가 있다. 하지만, 현재의 차량용 통신 방식에서 사용하는 다중 접속 방식인 CSMA-CA는 확정된 대역폭을 할당해 줄 수 없다. 또한, 현재 많이 사용되고 있는 OS인 linux의 경우에는 타이머로 셋팅가능한 최소값이 1ms 이며, 이도 프로세서의 로드에 따라 실제 적용되는 타이머 값은 오차가 심하다.
도 1의 협력 주행 예시에서 기존의 CSMA-CA 다중방식을 적용하여 4대의 차량이 자신의 정보를 10ms 안에 한 번씩 전달하기 위한 최적의 타이밍은 도 6에 제시된 바와 같다.
하지만, 모든 차량이 동시에 전송을 시도할 경우에 충돌이 생겨날 확률이 높아진다. 소프트웨어의 타이머는 정확도로 떨어지므로 각 차량의 통신 간격이 정확하게 10ms가 되는 것을 보장할 수 없으며, 충돌이 발생할 경우 지연으로 인하여 10ms 안에 통신을 못 할 수도 있다. 가장 중요한 단점은 데이터 전달 순서를 보장할 수 없다. 선두 차량부터 전송되는 것이 아니라 채널을 먼저 차지한 차량의 데이터가 먼저 전송된다. 도 7에는 협력 주행 환경에서 충돌 발생 타이밍도를 예시하였다.
이에, IEEE 1609.4의 기능을 활용한 의사 시분할 다중 접속 방안을 제시한다. 도 8은 IEEE 1609.4 기능을 사용한 의사 시분할 다중 접속 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 협력 주행을 수행하는 전체 차량에 대해 전체 구간(CCH 구간 + SCH 구간)을 10ms로 설정한다. 그리고, 전체 차량에 대해, CCH 구간에서 사용하는 주파수 fc를 동일하게, SCH 구간에서 사용하는 주파수 fs를 동일하게 설정한다.
다음, 각 차량에 대해 데이터 통신 구간을 아래와 같이 설정하도록 제어한다.
1) 첫 번째 차량에 대해서는, CCH 구간을 2.5ms로 설정하고, SCH 구간을 7.5ms로 설정한 후에, CCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하고,
2) 두 번째 차량에 대해서는, CCH 구간을 2.5ms로 설정하고, SCH 구간을 7.5ms로 설정한 후에, CCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어한다.
즉, 첫 번째 차량과 두 번째 차량은 CCH 구간과 SCH 구간이 동일하다. 하지만, 첫 번째 차량과 두 번째 차량은 데이터를 전송하는 구간이 CCH 구간과 SCH 구간으로 각기 다르다.
3) 세 번째 차량에 대해서는, CCH 구간을 5.0ms로 설정하고, SCH 구간을 5.0ms로 설정한 후에, SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하고,
4) 네 번째 차량에 대해서는, CCH 구간을 7.5ms로 설정하고, SCH 구간을 2.5ms로 설정한 후에, SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어한다.
첫 번째 차량을 제외한 두 번째 차량, 세 번째 차량 및 네 번째 차량은 모두 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 설정된다는 점에서 공통된다. 하지만, 이들의 SCH 구간이 시작되는 시점은 2.5ms, 5.0ms 및 7.5ms로 각기 다르므로, 충동 가능성은 매우 낮다.
이에 따라, 첫 번째 차량은 2.5ms의 CCH 구간에서 통신 기회를 보장 받고, 두 번째 차량, 세 번째 차량 및 네 번째 차량은 SCH 구간에서 실질적으로 독립된 2.5ms 동안 통신 기회를 보장받게 된다.
아울러, 정해진 순서에 따라 차량들이 데이터를 전송할 수 있게 된다.
지금까지,IEEE 1609.4의 기능을 활용한 의사 시분할 다중 접속 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서 제기한 차량의 대수 및 구간의 길이 등은 모두 예시적인 것에 불과하다. 따라서, 차량의 대수가 2대, 3대 또는 5대 이상인 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 또한, 전체 구간(CCH 구간 + SCH 구간)의 길이는 물론, CCH 구간의 길이와 SCH 구간의 길이에 대해서도 변경이 가능하다.
나아가, SCH 구간의 분할 개수에 대해서도 전체 차량의 대수에 따라 적응적으로 설정할 수 있음은 물론, CCH 구간을 분할하여 사용하는 것도 가능하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (6)

  1. 협력 주행하는 제1 차량에 대해, 제1 구간을 CCH(Control CHannel) 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH(Service CHannel) 구간으로 설정하며, 상기 CCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계; 및
    협력 주행하는 제2 차량에 대해, 제1 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 다중 접속 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    협력 주행하는 제3 차량에 대해, 상기 제1 구간 및 제2 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간은 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 다중 접속 제어 방법.
  3. 청구항 3에 있어서,
    협력 주행하는 제4 차량에 대해, 상기 제1 구간, 상기 제2 구간 및 제3 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간은 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 다중 접속 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    모든 차량의 CCH 구간과 SCH 구간의 길이 합은 동일한 것을 특징으로 하는 시분할 다중 접속 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 CCH 구간에서 사용하는 제1 주파수는, 모든 차량이 동일하고,
    상기 SCH 구간에서 사용하는 제2 주파수도, 모든 차량이 동일한 것을 특징으로 하는 시분할 다중 접속 제어 방법.
  6. 제1 구간을 CCH(Control CHannel) 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH(Service CHannel) 구간으로 설정하며, 상기 CCH 구간에서 데이터를 전송하는 제1 차량; 및
    제1 구간을 CCH 구간으로 설정하고, 나머지 구간을 SCH 구간으로 설정하며, 상기 SCH 구간에서 데이터를 전송하는 제2 차량;을 포함하는 것을 특징으로 하는 협력 주행 시스템.
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