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KR20120102843A - 전송 노드 및 그것의 메시지 전송 방법 - Google Patents

전송 노드 및 그것의 메시지 전송 방법 Download PDF

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KR20120102843A
KR20120102843A KR1020110020691A KR20110020691A KR20120102843A KR 20120102843 A KR20120102843 A KR 20120102843A KR 1020110020691 A KR1020110020691 A KR 1020110020691A KR 20110020691 A KR20110020691 A KR 20110020691A KR 20120102843 A KR20120102843 A KR 20120102843A
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KR
South Korea
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message
node
vehicle
nodes
transmission
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KR1020110020691A
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김동균
유홍석
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전송 노드의 차량 메시지 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전송 노드의 메시지 전송 방법은 메시지 송신을 위한 초기 메시지를 브로드캐스팅하는 단계, 이웃 노드들로부터의 수신 신호들 각각에 대한 신호 대 잡음비의 최저값이 다른 이웃 노드들의 신호 대 잡음비의 최저값에 비해 상대적으로 높은 이웃 노드들 중 적어도 하나의 이웃 노드를 릴레이 노드로 선택하는 단계, 및 수신 신호들에 근거하여 선택된 타겟 노드로 선택된 적어도 하나의 릴레이 노드와 함께 초기 메시지에 포함된 전송 패턴을 갖는 메시지를 송신하는 단계를 포함한다.

Description

전송 노드 및 그것의 메시지 전송 방법{MESSAGE TRANSMISSION APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING MESSAGE THEREOF}
본 발명은 통신 네트워크에 관한 것으로, 특히 차량 애드-혹 통신 네트워크에서 전송 노드 및 그것의 메시지 전송 방법에 관한 것이다.
통신 네트워크 중에서 일예로, 차량용 통신 네트워크에서 사용되는 차량 메시지는 대부분 차량의 안전 주행을 위한 정보들을 포함한다.
차량 통신용 네트워크에서 사용되는 차량 메시지는 대부분 차량의 안전 주행을 위한 정보들을 포함한다. 그러므로 차량 메시지는 전송에 따른 높은 신뢰성을 필요로 한다.
현재 차량 메시지는 차량들 간에 브로드캐스팅 방식을 통해 전송된다. 브로드캐스팅되는 차량 메시지는 무선 페이딩(wireless fading)으로 인해서 메시지 전송의 신뢰성이 저하된다. 이를 위해 각 차량들은 차량 메시지들을 재전송함으로서 메시지 전송의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 차량 메시지의 재전송으로 무선 페이딩으로 인한 전송 신호의 감쇄를 해결하는데 한계가 있었다. 이로 인해, 일정 수준 이상의 신뢰성 확보를 위한 차량 메시지의 재전송에 소요되는 시간이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 차량 메시지 전송의 신뢰성을 향상시키는 전송 노드 및 그것의 메시지 전송 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 전송 노드의 메시지 전송 방법은 메시지 송신을 위한 초기 메시지를 브로드캐스팅하는 단계, 이웃 노드들로부터의 수신 신호들 각각에 대한 신호 대 잡음비의 최저값이 다른 이웃 노드들의 신호 대 잡음비의 최저값에 비해 상대적으로 높은 이웃 노드들 중 적어도 하나의 이웃 노드를 릴레이 노드로 선택하는 단계, 및 상기 수신 신호들에 근거하여 선택된 타겟 노드로 상기 선택된 적어도 하나의 릴레이 노드와 함께 상기 초기 메시지에 포함된 전송 패턴을 갖는 메시지를 송신하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 수신 신호들 각각에 대한 수신 신호 확률에 근거하여 상기 타겟 노드의 개수를 선택하는 단계를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 타겟 노드를 선택하는 단계는 상기 신호 대 잡음비가 다른 이웃 노드들에 비해 상대적으로 작은 이웃 노드를 타겟 노드로 선택하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 메시지는 상기 전송 노드에서 발생된 응급 상황의 발생을 통보하기 위한 메시지이다.
이 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 릴레이 노드를 선택하는 단계는 상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호들을 수신하면, 상기 파일롯 신호들에 대응되는 파일롯 신호의 송신을 통해 릴레이 노드의 선택을 완료하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 릴레이 노드를 선택하는 단계는 상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호들을 수신하지 못하면, 상기 초기 메시지를 브로드캐스팅하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전송 노드는 이웃 노드들의 수신 신호들로부터 이웃 노드 정보를 수집하는 노드 정보 수집부, 상기 이웃 노드들로의 전송을 위한 메시지를 생성하고, 상기 이웃 노드 정보를 사용하여 상기 메시지의 전송 오류 가능성이 있는 타겟 노드와 상기 메시지의 협력 전송을 위한 릴레이 노드를 선택하는 메시지 처리부, 및 상기 수신 신호들을 상기 이웃 노드들로부터 수신하고, 상기 메시지를 상기 릴레이 노드와 함께 상기 타겟 노드로 협력 전송하는 송수신부를 포함하고, 상기 메시지 처리부는 상기 수신 신호들 각각에 대한 신호 대 잡음비의 최저값이 다른 이웃 노드들의 신호 대 잡음비의 최저값에 비해 상대적으로 높은 이웃 노드들 중 적어도 하나의 이웃 노드를 상기 릴레이 노드로 선택한다.
이 실시예에 있어서, 상기 메시지 처리부는 상기 수신 메시지들 각각의 신호 대 잡음비와 상기 수신 메시지들 각각의 수신 오류 확률에 근거하여 타겟 노드를 선택한다.
이 실시예에 있어서, 상기 메시지 처리부는 상기 타겟 노드의 개수를 상기 수신 오류 확률에 근거하여 설정하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 메시지 처리부는 상기 신호 대 잡음비가 다른 이웃 노드들에 비해 상대적으로 작은 이웃 노드를 타겟 노드로 선택하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 송수신부는 상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호들을 수신하면, 상기 파일롯 신호에 대응되는 파일롯 신호를 송신한다.
이 실시예에 있어서, 상기 송수신부는 상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호를 수신하지 못하면, 상기 초기 메시지를 브로드캐스팅한다.
이 실시예에 있어서, 상기 송수신부는 상기 메시지들을 시공간 부호화 방식으로 부호화한다.
이 실시예에 있어서, 상기 송수신부는 미리 설정된 시간 구간들을 통해 미리 설정된 회수로 상기 릴레이 노드와 함께 메시지를 반복 전송한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전송 노드는 차량의 응급 상황을 감지하는 센서부를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 메시지 생성부는 상기 응급 상황 감지에 따른 응급 상황을 통보하기 위한 메시지를 생성한다.
본 발명에 의하면, 전송 노드는 릴레이 노드와 차량 메시지의 협력 전송을 통해 타겟 노드에서 다이버시티를 획득할 수 있도록 함으로서 차량 메시지 전송에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 애드-혹 통신 네트워크를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전송 노드를 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 노드 정보 수집부를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량 메시지 전송 동작을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전송 노드의 차량 메시지 전송 동작을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 차량 메시지를 릴레이하는 릴레이 노드를 선택을 위한 이웃 노드들의 신호 대 잡음비를 도시한 도면, 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 메시지를 송신하는 차량의 타겟 영역을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명은 통신 네트워크에 관한 것으로, 일예로, 차량 애드-혹 통신 네트워크에서 메시지 전송에 따른 높은 신뢰성을 갖는 전송 노드 및 그것의 메시지 전송 방법을 제공한다. 일예로, 차량 애드-혹 통신 네트워크에서 송수신되는 차량 메시지를 기준으로 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명에서 제안된 차량 메시지 전송 방법은 다른 애드-혹 통신 네트워크의 메시지 전송에 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서 제안된 차량 메시지 송수신을 위한 통신 방식은 일예로, IEEE 802.11의 통신 방식을 이용할 수 있다. 또한, IEEE 802.11 방식은 일예로 설명된 것으로 다른 통신 방식을 사용하여 통신할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 애드-혹 통신 네트워크을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량 애드-혹 통신 네트워크는 타겟 노드(10), 릴레이 노드(20), 및 전송 노드(30)를 포함한다. 여기서, 각 노드들(10, 20, 30)은 하나의 차량으로 간주될 수 있다.
타겟 노드(10)는 차량 메시지(또는 메시지)를 수신하지 못할 위험이 있는 노드이다. 차량 메시지는 차량들 간에 안전 주행을 위한 다양한 정보, 일예로, 차량 식별자 정보, 차량 속도 정보, 및 응급 상황 발생 정보 등을 포함한다. 여기서, 응급 상황은 차량의 충돌 상황, 차량의 충돌 에상 상황, 차량의 고장 상황, 차량의 긴급 정지 상황 등을 포함한다.
릴레이 노드(20)는 전송 노드(30)에서 타겟 노드로(10)로 전송되는 차량 메시지를 릴레이하는 노드이다. 릴레이 노드(20)는 전송 노드(30)와 함께 차량 메시지의 협력 전송을 위해 경쟁 기반의 분산 알고리즘에 따라 일예로, 전송 노드(30)에 의해 선택된다.
전송 노드(30)는 차량 메시지를 전송하는 노드이다. 전송 노드(30)는 차량 메시지를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명에서 제안된 차량 메시지 전송 방법은 초기 브로드캐스팅 동작, 릴레이 노드 선택 동작, 및 협력 전송 동작을 포함한다.
초기 브로드캐스팅 동작에서, 전송 노드(30)는 반복 전송을 위한 차량 메시지를 포함한 초기 차량 메시지를 브로드캐스팅한다. 이때, 전송 노드(30)는 이웃 차량들로부터 수신된 비콘 신호(beacon signal)들을 사용하여 타겟 노드(10)의 개수를 선택할 수 있다. 비콘 신호는 이웃한 차량들 상호 간에 주기적으로 송수신되는 신호이다. 전송 노드(30)는 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)(비콘 신호의)가 다른 이웃 노드들의 신호 대 잡음비에 비해 상대적으로 낮은 이웃 차량을 타겟 노드(10)로 선택한다.
릴레이 노드 선택 동작에서, 전송 노드(30)는 차량 메시지를 협력 전송하기 위한 릴레이 노드들을 선택한다. 릴레이 노드(20)는 타겟 노드(10)와 가장 좋은 채널 상태를 보장할 수 있는 이웃 노드들 중에서 전송 노드(30)에 의해 선택된다. 이를 위해, 전송 노드(30)는 비콘 신호들을 사용하여 릴레이 노드(20)를 선택한다. 전송 노드(30)는 비콘 신호를 통해 획득한 신호 대 잡음비의 최저값이 다른 이웃 노드들의 신호 대 잡음비의 최저값에 비해 상대적으로 높은 이웃 노드를 릴레이 노드(20)로 선택한다.
협력 전송 동작에서, 전송 노드(30)는 미리 설정된 시구간에서 차량 메시지를 전송한다. 이때, 릴레이 노드(20)는 미리 설정된 시구간에서 전송 노드(30)와 함께 차량 메시지를 전송한다. 이를 통해 전송 노드(30)는 동일한 차량 메시지를 미리 설정된 시구간에서 릴레이 노드(20)와 협력하여 타겟 노드(10)로 전송한다.
전송 노드(30)와 릴레이 노드(20)에서 협력 전송되는 차량 메시지는 초기 차량 메시지에 포함된다.
여기서는 설명의 편의를 위하여 하나의 타겟 노드(10)와 하나의 릴레이 노드(20)를 기준으로 설명하였다. 하지만, 차량 메시지 전송을 위해 두 개 이상의 타겟 노드(10)와 릴레이 노드(20)가 사용될 수도 있다.
결국, 본 발명에서 전송 노드(30)는 릴레이 노드(20)와 함께 차량 메시지를 타겟 노드(10)로 협력하여 전송한다. 이를 통해, 타겟 노드(10)에서 다이버시티 이득을 획득함으로서 차량 메시지를 수신하지 못할 확률이 감소한다. 따라서 본 발명에서 제안된 전송 노드(30)는 차량 메시지 전송에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 전송 노드를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 전송 노드(30)는 송수신부(110), 노드 정보 수집부(120), 센서부(130), 및 메시지 생성부(140)를 포함한다. 여기서, 전송 노드(30)는 하나의 차량이 될 수 있고, 주변에 위치한 이웃 노드(즉, 이웃 차량)들과 통신한다.
송수신부(110)는 안테나를 포함하고, 타겟 영역 내에 위치한 이웃 노드들과 차량 메시지를 송수신한다. 타겟 영역은 전송 노드(30)를 중심으로 하는 영역이고, 전송 노드(30)에서 전송되는 차량 메시지의 수신 가능 영역이다. 송수신부(110)는 안테나를 통해 수신된 차량 메시지를 노드 정보 수집부(120)로 출력하고, 메시지 생성부(140)로부터의 차량 메시지를 안테나를 통해 전송한다.
노드 정보 수집부(120)는 송수신부(110)를 통해 수신된 차량 메시지(일예로, 비콘 신호)를 통해 이웃 노드(이웃 차량)의 정보를 수집한다. 이를 위해, 노드 정보 수집부(120)는 비콘 신호의 신호 세기를 측정할 수 있다. 여기서, 신호 세기는 채널 상태를 나타내는 정보이고, 일예로 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 포함한다. 또한, 노드 정보 수집부(120)는 비콘 신호의 신호 수신 확률을 측정할 수 있다. 여기서, 신호 수신 확률은 비콘 신호의 수신 성공 확률을 나타내는 정보로서, 일예로, 비콘 수신 확률(BRR: Beacon Reception Ratio)을 포함한다.
노드 정보 수집부(120)는 이웃 노드들 각각에 대해 신호 세기(SNR)와 신호 수신 확률(BRR) 등의 이웃 노드 정보를 수집할 수 있다. 노드 정보 수집부(120)는 이웃 노드 정보를 메시지 생성부(140)로 제공한다.
센서부(130)는 응급 상황을 감지한다. 센서부(130)는 충돌을 감지하는 충돌 센서, 전후좌우 영상을 촬영하는 영상 센서, 차량의 속도를 측정하는 속도 센서, 및 차량의 위치를 측정하는 위치 센서 등과 같은 다양한 센서를 포함할 수 있다. 센서를 통해 응급 상황을 감지하면, 센서부(130)는 감지된 응급 상황 발생 정보를 메시지 생성부(140)로 출력한다.
메시지 생성부(140)는 이웃 노드 정보, 일예로 신호 수신 확률에 근거하여 타겟 노드의 개수를 선택할 수 있다. 메시지 생성부(140)는 타겟 노드의 개수인 (
Figure pat00001
)를 하기의 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 타겟 영역에 존재하는 노드(일예로, 차량)들의 개수이고, ABRR(Average Beacon Reception Rate)은 타겟 영역에 존재하는 차량들에 대한 신호 수신 확률의 평균이다. 메시지 생성부(140)는 ABBR(평균 신호 수신 확률)을 일예로, 하기의 수학식 2를 통해 계산할 수 있다.
Figure pat00004
한편, 메시지 생성부(140)는 이웃 노드들로부터 수신한 수신 신호들을 통해서 채널 상태, 일예로 신호 대 잡음비가 가장 작은 차량부터 순차적으로 타겟 노드로 선택한다. 메시지 생성부(140)는 신호 대 잡음비가 가장 작은 차량부터
Figure pat00005
개의 타겟 노드를 선택할 수 있다.
메시지 생성부(140)는 차량 메시지를 생성한다. 메시지 생성부(140)는 차량 메시지를 통해 차량에서 발생된 응급 상황을 통보할 수 있다. 이때, 메시지 생성부(140)는 차량 메시지를 센서부(130)로부터 수신된 응급 상황 정보에 근거하여 생성할 수 있다.
메시지 생성부(140)는 타겟 노드 정보와 차량 메시지의 반복 전송을 위한 전송 패턴, 즉 차량 메시지를 포함한 초기 차량 메시지를 생성할 수 있다. 여기서, 차량 메시지는 차량 메시지의 수명 시간(lifetime)(
Figure pat00006
) 내에서 k번 반복 전송된다.
메시지 생성부(140)는 차량 메시지를 송신하기 위한 전체 시간 구간을 복수개의 단위 시간 구간(L)들로 분할한다. 하나의 단위 시간 구간(L)은 초기 브로드캐스팅 동작 시간, 릴레이 노드 선택 시간, 및 협력 전송 동작 수행 시간을 모두 포함한다.
메시지 생성부(140)는 차량 메시지 수명 시간(
Figure pat00007
)을 분할된 단위 시간 구간(L)으로 나누어 최대 반복 전송 가능한 시간 구간의 개수(
Figure pat00008
)를 계산할 수 있다. 메시지 생성부(140)는 차량 메시지 수명 시간(
Figure pat00009
) 내에서 k번 반복 전송되도록 차량 메시지를 송수신부(110)로 출력한다. 메시지 생성부(140)는 릴레이 노드와 함께 반복 시간 구간(P)마다 차량 메시지를 반복 전송한다. 반복 시간 구간(P)은 하기의 수학식 3으로 계산될 수 있다.
Figure pat00010
메시지 생성부(140)는 반복 전송 회수(k), 반복 시간 구간(P), 및 분할된 시간 구간(L)에 대한 정보를 포함한 차량 메시지를 생성할 수 있다. 메시지 생성부(140)는 차량 메시지를 송수신부(110)로 출력한다.
메시지 생성부(140)는 타겟 노드로 차량 메시지의 협력 전송을 위한 릴레이 노드를 선택할 수 있다. 메시지 생성부(140)는 릴레이 노드 선택을 위해 신호 세기(일예로, 신호 대 잡음비(SNR))를 사용할 수 있다. 메시지 생성부(140)는 이웃 차량들 각각에 대한 신호 세기의 최소값이 가장 큰 차량부터 순차적으로 릴레이 노드를 선택한다. 이를 통해 메시지 생성부(140)는 차량 메시지 협력 전송을 위해 양호한 채널 상태를 갖는 릴레이 노드를 선택할 수 있다.
메시지 생성부(140)는 초기 차량 메시지 송신에 따라 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 메시지를 수신하면, 릴레이 노드 선택을 완료하는 파일롯 신호를 송수신부(110)로 출력한다.
또한, 메시지 생성부(140)는 비콘 신호를 생성하고 비콘 신호를 일정 주기를 간격으로 생성한다. 비콘 신호는 일예로, 차량을 구분하기 위한 차량 식별자 정보와 수신 성공 확률 계산을 위한 시퀀스 번호를 포함한다. 이때, 시퀀스 번호는 연속되는 번호들 중 하나로 구성될 수 있다. 또한, 비콘 신호는 차량의 속도를 나타내는 차량 속도 정보, 차량의 위치를 나타내는 차량 위치 정보를 포함할 수도 있다. 메시지 생성부(140)는 비콘 신호를 송수신부(110)로 출력한다.
본 발명의 전송 노드(30)는 신호 세기의 최소값에 근거하여 채널 상태가 가장 양호한 차량부터 순차적으로 릴레이 노드를 선택한다. 전송 노드(30)는 차량 메시지를 높은 다이버시티 이득을 갖는 릴레이 노드와 함께 송신한다. 이에 따라, 전송 노드(30)는 보다 높은 다이버시티 이득을 갖도록 차량 메시지를 타겟 노드로 송신할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 노드 정보 수집부를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 노드 정보 수집부(120)는 신호 세기 측정부(121), 신호 수신 확률 측정부(122), 및 이웃 노드 정보 관리부(123)를 포함한다.
신호 세기 측정부(121)는 신호 세기(채널 상태)를 측정한다. 일예로, 신호 세기 측정부(121)는 수신된 신호, 일예로 비콘 신호를 사용하여 신호 대 잡음비를 측정한다. 신호 세기 측정부(121)는 측정된 신호 세기를 이웃 노드 정보 관리부(123)로 출력한다.
신호 수신 확률 측정부(122)는 비콘 신호의 시퀀스 번호를 이용하여 비콘 신호의 수신 성공 확률을 계산한다. 신호 수신 확률 측정부(122)는 미리 결정된 개수의 비콘 신호들 중에서 손실된 비콘 신호의 개수를 확인함으로서 비콘 수신 확률을 계산할 수 있다. 일예로, 열 개의 비콘 신호들 중에서 네 개의 비콘 신호를 수신하지 못한 경우, 신호 수신 확률 측정부(122)는 0.6(비콘 신호를 모두 수신한 경우를 '1'로 가정)의 신호 수신 확률을 획득할 수 있다.
이웃 노드 정보 관리부(123)는 각 노드별로 측정된 신호 세기와 비콘 수신 확률을 이웃 노드 정보 테이블 등을 통해 관리한다. 이웃 노드 정보 관리부(123)는 신호 세기와 비콘 수신 확률을 메시지 생성부(140)로 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 차량 메시지 전송 동작을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제 1 타임 슬롯(210)과 제 P 타임 슬롯(250)이 도시된다. 제 1 타임 슬롯(210)은 제 1 구간(T1), 제 2 구간(T2), 및 제 3 구간(T3)을 포함한다.
제 1 구간(T1)은 초기 브로드캐스팅 구간이다. 제 1 구간(T1)은 전송 노드에서 초기 차량 메시지를 브로드캐스팅하는 구간이다. 초기 차량 메시지는 타겟 노드들의 식별자 목록과 반복 전송되는 차량 메시지(또는, 차량 메시지의 전송 패턴)를 포함한다. 전송 노드는 동일한 차량 메시지 전송을 위해서 초기 차량 메시지 브로드캐스팅을 수행할 때마다 초기 차량 메시지의 전송 회수인
Figure pat00011
을 1씩 증가시킨다.
Figure pat00012
은 초기 차량 메시지 전송을 시작할 때 '0'으로 초기화되고, 동일 차량 메시지 전송을 위해 반복 송신된 초기 차량 메시지의 브로드캐스팅 횟수(즉, 초기 차량 메시지 전송 횟수)를 나타낸다. 그러므로 초기 차량 메시지(또는 차량 메시지)는
Figure pat00013
을 포함할 수 있다.
제 2 구간(T2)은 릴레이 노드 선택 구간이다. 제 2 구간(T2)은 초기 차량 메시지를 수신한 릴레이 노드들에서 파일롯 톤을 송신하는 구간이다. 전송 노드는 이웃 노드들 각각의 신호 대 잡음비의 최소값(
Figure pat00014
)을 릴레이 노드 선택을 위한 기준으로 이용할 수 있다. 신호 대 잡음비의 최소값(
Figure pat00015
)은 전송 노드가 제공할 수 있는 신호 품질의 최대값을 나타낸다.
예를 들어, 제 i 릴레이 노드는 자신의 이웃 노드 정보를 관리하는 이웃 노드 정보 테이블을 통해 신호 대 잡음비의 최소값(
Figure pat00016
)을 획득한다. 제 i 릴레이 노드에서 파일롯 톤의 송신을 위한 시구간(
Figure pat00017
)은 하기의 수학식 4에 나타내었다.
Figure pat00018
여기서,
Figure pat00019
는 최대 타임아웃(timeout) 구간이다.
Figure pat00020
은 제 i 릴레이 노드의 신호 대 잡음비이고,
Figure pat00021
는 최대 신호 대 잡음비 값이다.
여기서, 최대 타임아웃 구간(
Figure pat00022
)은 하기의 수학식 5에 나타내었다.
Figure pat00023
여기서,
Figure pat00024
는 파일롯 톤 전송 시간이고, 일예로, 32
Figure pat00025
일 수 있다. 여기서, c는 시스템 파라미터로서 미리 설정되는 값이다. 제 i 릴레이 노드는 시구간(
Figure pat00026
)에 대응되는 타이머를 구동시킨다.
제 i 릴레이 노드는 타이머의 구동 만료 전에 다른 노드들로부터
Figure pat00027
개의 파일롯 톤을 수신한 제 i 릴레이 노드는 메시지의 수신을 대기하는 리스닝 모드로 동작한다. 하지만, 제 i 릴레이 노드는 타이머의 구동 만료 전에 다른 노드들로부터
Figure pat00028
개의 파일롯 톤을 수신하지 않고 만료되면, 릴레이 노드 선택에 따른 파일롯 신호를 송신한다.
또한, 제 2 구간(T2)은 선택된 모든 릴레이 노드들의 파일롯 톤을 수신한 전송 노드에서 릴레이 노드 선택 완료에 따른 파일롯 톤을 송신하는 구간이다. 이때, 전송 노드는 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 모든 파일롯 톤을 수신하면, 릴레이 노드의 선택을 성공으로 판단한다. 이후, 전송 노드는 자신의 파일롯 톤을 릴레이 노드 선택 구간의 마지막에 송신한다. 여기서 전송 노드는
Figure pat00029
개의 릴레이 노드를 선택할 수 있다.
만약, 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 톤을 수신하지 못하면, 전송 노드는 차량 메시지를 브로드캐스팅하는 동작 모드인 초기 브로드캐스팅 모드로 대기한다. 그리고 전송 노드는 다음 차량 메시지의 반복 전송 구간에서 초기 차량 메시지를 브로드캐스팅한다. 즉, 전송 노드는 초기 브로드캐스팅 동작을 다시 수행한다. 릴레이 노드를 성공적으로 선택하면, 전송 노드는 차량 메시지의 협력 전송을 k-
Figure pat00030
번 반복 수행할 수 있다.
제 3 구간(T3)은 차량 메시지 협력 전송 구간이다. 제 3 구간(T3)에서 전송 노드와 릴레이 노드는 협력하여 차량 메시지를 타겟 노드로 송신한다. 제 3 구간(T3)은 제 4 구간(T4)과 제 5 구간(T5)을 포함한다.
제 4 구간(T4)은 차량 메시지 송신을 위한 보호 구간이다. 제 4 구간(T4)은 근거리 인터 프레임 간격(SIFS: Short Inter Frame Space)이라 칭할 수 있다. 제 4 구간(T4)은 파일롯 톤을 전송 노드에서 송신 완료한 시점부터 전송 차량 및 릴레이 노드들의 차량 메시지 협력 전송을 시작하는 시점까지의 보호 구간이다.
제 5 구간(T5)은 차량 메시지 협력 전송 구간이다. 제 5 구간(T5)에서 전송 노드와 릴레이 노드는 타겟 노드를 위한 차량 메시지를 협력하여 전송한다. 제 5 구간(T5)은 전송 노드와 릴레이 노드 각각에서 부호화된 동일한 차량 메시지를 전송한다. 이때, 전송 노드와 릴레이 노드에서 송신되는 차량 메시지들 각각은 시공간부호화(STBC: Space-Time Block Coding) 방식으로 부호화된 것일 수 있다.
제 P 타임 슬롯(250)은 제 2 구간(T2)과 제 3 구간(T3)을 포함한다. 제 P 타임 슬롯(250)은 제 1 타임 슬롯(210)을 통해 성공적으로 릴레이 노드를 선택한 이후의 타임 슬롯이다.
제 P 타임 슬롯(250)은 전송 노드와 릴레이 노드 간에 미리 설정된 주기의 시간 구간으로 차량 메시지가 반복 전송되는 구간이다. 여기서, 전송되는 차량 메시지는 초기 차량 메시지에 포함된 차량 메시지이다.
제 2 구간(T2)은 채널 상태에 대한 정보를 획득하기 위해 전송 노드와 릴레이 노드는 상호 간에 파일롯 톤을 전송한다. 이때, 전송 노드와 릴레이 노드는 차량 메시지의 협력 전송을 수행하기 전에 k값을 1만큼 감소시킨다. 이때, 전송 노드와 릴레이 노드는 k값이
Figure pat00031
보다 작은 경우에만 협력 전송을 수행한다.
차량 메시지를 성공적으로 수신한 전송 노드의 이웃 노드들은 네트워크 할당 벡터(NAV: Network Allocation Vector)를 설정하고, 모든 반복 전송이 끝날 때까지 메시지 전송을 연기한다. 네트워크 할당 벡터(NAV)의 기간은 응급 메시지를 성공적으로 수신한 송신자의 이웃 노드들은 메시지의 잔류 수명(
Figure pat00032
)으로 설정한다. 메시지의 잔류 수명(
Figure pat00033
)은 하기의 수학식 6에 나타내었다.
Figure pat00034
P, k,
Figure pat00035
, L은 차량 메시지에 포함되어 있다. 전송 노드, 릴레이 노드, 네트워크 할당 벡터가 설정된 전송 노드와 릴레이 노드의 이웃 노드를 제외하고, 파일롯 톤을 수신한 노드는 제 2 구간과 제 3 구간에 소요되는 시간을 네트워크 할당 벡터에 적용한다. 여기서 네트워크 할당 벡터는 차량 메시지들 간의 충돌 방지를 위해 노드에 설정되는 벡터값이다.
여기서, 제 3 구간(T3)에 대한 상세한 설명은 제 1 타임 슬롯(210)의 설명을 참조하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전송 노드의 차량 메시지 전송 동작을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 송수신부(110)는 타겟 영역 내 위치한 이웃 차량들로부터 비콘 신호들을 수신한다(S110단계). 송수신부(110)는 수신된 비콘 신호들을 이웃 노드 정보 수집부(120)로 출력한다.
노드 정보 수집부(120)는 수신된 비콘 신호들을 사용하여 이웃 차량들 각각에 대해 신호 세기와 신호 수신 확률을 측정한다(S120단계). 노드 정보 수집부(120)는 이웃 노드 정보 테이블을 통해 이웃 차량들 각각의 신호 세기와 신호 수신 확률을 관리한다. 노드 정보 수집부(120)는 변화되는 신호 세기와 신호 수신 확률을 일정 주기를 간격으로 업데이트한다. 노드 정보 수집부(120)는 이웃 노드 정보 테이블을 통해 관리되는 이웃 노드 정보를 메시지 생성부(140)로 제공한다.
메시지 생성부(140)는 이웃 노드 정보를 사용하여 타겟 차량을 선택한다(S130단계). 메시지 생성부(140)는 타겟 노드 선택을 위해 이웃 노드 정보 중에서 신호 수신 확률을 사용하여 타겟 노드를 선택한다.
센서부(130)는 차량에 부착된 복수개의 센서들을 통해 센싱된 센싱 정보로부터 차량에서 응급 상황이 발생하였는지를 판단한다(S140단계). S140단계의 판단결과 응급 상황이 발생하지 않으면, 센서부(130)는 S110단계로 진행한다.
S140단계의 판단결과 응급 상황이 발생하면, 센서부(130)는 S150단계로 진행한다. 이때, 센서부(130)는 응급 상황 발생에 따른 응급 상황 발생 정보를 메시지 생성부로 출력한다.
메시지 생성부(140)는 응급 상황 발생 정보에 따른 차량 메시지를 초기 방송한다(S150단계).
메시지 생성부(140)는 이웃 노드 정보를 사용하여 릴레이 노드를 선택한다(S160단계). 메시지 생성부(140)는 이웃 노드 정보 중에서 일예로, 신호 세기(신호 대 잡음비)의 최소값을 기준으로 다이버시티 이득을 획득할 수 있는 릴레이 노드를 선택한다.
메시지 생성부(140)는 선택된 릴레이 노드들로부터 파일롯 톤을 수신한다(S170단계).
메시지 생성부(140)는 선택된 모든 릴레이 노드들 개수에 대응되는
Figure pat00036
개의 파일롯 톤을 송수신부(110)를 통해 수신하였는지 판단한다(S180단계). S180단계의 판단결과 미리 설정된 일정 시구간 내에서
Figure pat00037
개의 파일롯 톤을 모두 수신하지 못하면, 메시지 생성부(140)는 S150단계로 진행한다.
S180단계의 판단결과 미리 설정된 일정 시구간 내에서
Figure pat00038
개의 파일롯 톤을 모두 수신하면, 메시지 생성부(140)는 S190단계로 진행한다.
송수신부(110)는 미리 설정된 일정 시구간에서 선택된 릴레이 노드들과 함께 차량 메시지를 타겟 노드들로 송신한다(S190단계). 이때, 송수신부(110)는 메시지 생성부(140)에서 생성된 차량 메시지를 송신하고, 초기 차량 메시지에 포함된 차량 메시지이다. 송수신부(110)는 미리 설정된 복수개의 시구간들 각각에서 미리 설정된 횟수로 차량 메시지를 릴레이 노드들과 함께 협력 전송할 수 있다.
송수신부(110)는 차량 메시지 전송을 종료한다.
도 6은 본 발명에 따른 차량 메시지를 릴레이하는 릴레이 노드를 선택을 위한 이웃 노드들의 신호 대 잡음비를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 전송 노드(30)는 복수개의 노드들(제 1 노드, 제 2 노드, 및 제 3 노드) 각각으로부터 수신되는 신호를 사용하여 신호 세기, 즉 신호 대 잡음비를 측정한다.
이때, 전송 노드(30)는 일정 시구간 내에서 복수개의 노드들 각각의 신호 대 잡음비의 최소값(
Figure pat00039
)을 측정한다. 여기서,
Figure pat00040
은 전송 노드와 복수개의 차량들 각각 간의 채널 상태를 나타낸다. 또한,
Figure pat00041
은 타겟 노드에게 차량 메시지 전송을 위해 보장되는 신호 품질의 최소값이다.
일예로, 선택된 릴레이 노드의 개수(
Figure pat00042
)를 2라고 가정하면, 전송 노드(30)는
Figure pat00043
의 최소값이 큰 제 2 노드와 제 1 노드를 릴레이 노드로 선택할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 메시지를 송신하는 차량의 타겟 영역을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 타겟 영역(310)은 제 1 차량(311)을 중심으로 하는 영역이다. 타겟 영역(310)은 제 1 차량(311), 제 2 차량(312), 제 3 차량(313), 제 4 차량(314), 제 5 차량(315), 제 6 차량(316), 제 7 차량(317), 및 제 8 차량(318)을 포함한다. 이때, 차량들(311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318) 각각은 도로 상에 위치한 차선(320)을 기준으로 주행한다. 각 차량들의 주행 방향(300)이 도시되어 있다.
타겟 영역(310)은 제 1 차량(311)의 차량 메시지(또는, 차량 메시지)의 전송에 따른 차량 메시지 수신 가능 영역이다. 그러므로 제 1 차량(311)은 타겟 영역 내에 위치한 모든 이웃 차량들(312, 313, 314, 315, 316, 317, 318)에게 차량 메시지를 전송할 수 있다.
한편, 제 1 차량(311) 내지 제 8 차량(318) 각각은 상호 간에 주기적으로 메시지를 송신 또는 수신한다. 주기적으로 송수신되는 메시지는 비콘(beacon) 메시지(또는 비콘 신호)이다.
제 1 차량(311)은 전송 노드에 대응된다. 즉, 제 1 차량(311)은 차량 메시지를 송신하는 전송 노드이다. 제 1 차량(311)은 다른 차량들로부터 비콘 신호들을 수신할 수 있다. 제 1 차량(311)은 비콘 신호들을 사용하여 이웃 차량들(312, 313, 314, 315, 316, 317, 318) 중에서 차량 메시지 전송 오류 가능성이 있는 타겟 노드를 선택한다. 즉, 타겟 노드는 차량 메시지 수신 실패 확률이 높은 차량으로 차량 메시지 전송에 따른 신뢰성을 보장하기 어려운 차량이다. 이때, 타겟 노드를 제 4 차량(314)과 제 5 차량(315)이라 가정한다.
제 1 차량(311)은 차량 메시지를 생성한다. 차량 메시지는 일예로, 제 1 차량(311)의 응급 상황 발생을 통보하기 위한 정보를 포함할 수 있다. 제 1 차량(311)은 차량 메시지를 브로드캐스팅한다. 이때, 차량 메시지는 타겟 노드(314, 315)에 대한 식별자 정보와 협력 전송을 위해 반복 송신될 차량 메시지의 전송 패턴을 포함한다.
제 1 차량(311)은 타겟 노드들(314, 315)로 차량 메시지 협력 전송을 위한 릴레이 노드를 선택할 수 있다. 제 1 차량(311)은 이웃 차량들(312, 313, 314, 315, 316, 317, 318) 중에서 신호 대 잡음비의 최소값이 가장 큰 순서로 릴레이 노드를 선택할 수 있다. 이때, 선택된 릴레이 노드는 제 2 차량(312), 제 3 차량(313), 및 제 6 차량(316)이라고 가정한다.
릴레이 노드들(312, 313, 316)의 선택이 완료되면, 제 1 차량(11)은 릴레이 노드들과 협력하여 미리 결정된 전송 패턴의 차량 메시지를 송신한다. 이후, 제 1 차량(11)은 미리 설정된 회수로 릴레이 노드들(312, 313, 316)과 함께 미리 설정된 시구간을 통해 차량 메시지를 반복하여 전송한다.
이를 통해 타겟 노드들은 제 1 차량(311)과 릴레이 차량들을 통해 동일한 차량 메시지를 중복 수신함에 따라 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
여기서, 제 1 차량(311)은 본 발명의 전송 노드에 대응될 수 있고, 나머지 이웃 차량들(312, 313, 314, 315, 316, 317, 318)은 이웃 노드들이 될 수 있다.
즉, 본 발명의 전송 노드는 메시지 전송의 신뢰성 향상을 위해 채널 품질의 최소값이 우수한 릴레이 노드를 선택하고, 선택된 릴레이 노드와 협력하여 메시지를 반복 전송한다. 이를 통해 메시지 수신 실패 확률이 높은 타겟 노드들은 다이버시티 이득을 획득할 수 있다.
본 발명에서 제안된 전송 노드는 일예로, 차량 메시지 전송을 위한 차량을 일예로 설명하나 차량 이외의 다른 장치들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 메시지 전송 방식은 차량 메시지 전송뿐만 아니라 다른 메시지의 전송에 사용될 수 있다.
10: 타겟 노드 20: 릴레이 노드
30: 전송 노드
110: 송수신부 120: 노드 정보 수집부
121: 신호 세기 측정부 122: 신호 수신 확률 측정부
123: 이웃 노드 정보 관리부 130: 센서부
140: 메시지 송수신부
311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318: 차량들

Claims (16)

  1. 전송 노드의 메시지 전송 방법에 있어서,
    메시지 송신을 위한 초기 메시지를 브로드캐스팅하는 단계;
    이웃 노드들로부터의 수신 신호들 각각에 대한 신호 대 잡음비의 최저값이 다른 이웃 노드들의 신호 대 잡음비의 최저값에 비해 상대적으로 높은 이웃 노드들 중 적어도 하나의 이웃 노드를 릴레이 노드로 선택하는 단계; 및
    상기 수신 신호들에 근거하여 선택된 타겟 노드로 상기 선택된 적어도 하나의 릴레이 노드와 함께 상기 초기 메시지에 포함된 전송 패턴을 갖는 메시지를 송신하는 단계를 포함하는 메시지 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 신호들 각각에 대한 수신 신호 확률에 근거하여 상기 타겟 노드의 개수를 선택하는 단계를 더 포함하는 메시지 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟 노드를 선택하는 단계는
    상기 신호 대 잡음비가 다른 이웃 노드들에 비해 상대적으로 작은 이웃 노드를 타겟 노드로 선택하는 단계를 포함하는 메시지 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메시지는 상기 전송 노드에서 발생된 응급 상황의 발생을 통보하기 위한 메시지인 메시지 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이 노드를 선택하는 단계는
    상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호들을 수신하면, 상기 파일롯 신호들에 대응되는 파일롯 신호의 송신을 통해 릴레이 노드의 선택을 완료하는 단계를 포함하는 메시지 전송 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이 노드를 선택하는 단계는
    상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호들을 수신하지 못하면, 상기 초기 메시지를 브로드캐스팅하는 단계를 포함하는 메시지 전송 방법.
  7. 이웃 노드들의 수신 신호들로부터 이웃 노드 정보를 수집하는 노드 정보 수집부;
    상기 이웃 노드들로의 전송을 위한 메시지를 생성하고, 상기 이웃 노드 정보를 사용하여 상기 메시지의 전송 오류 가능성이 있는 타겟 노드와 상기 메시지의 협력 전송을 위한 릴레이 노드를 선택하는 메시지 처리부; 및
    상기 수신 신호들을 상기 이웃 노드들로부터 수신하고, 상기 메시지를 상기 릴레이 노드와 함께 상기 타겟 노드로 협력 전송하는 송수신부를 포함하고,
    상기 메시지 처리부는 상기 수신 신호들 각각에 대한 신호 대 잡음비의 최저값이 다른 이웃 노드들의 신호 대 잡음비의 최저값에 비해 상대적으로 높은 이웃 노드들 중 적어도 하나의 이웃 노드를 상기 릴레이 노드로 선택하는 전송 노드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 메시지 처리부는 상기 수신 메시지들 각각의 신호 대 잡음비와 상기 수신 메시지들 각각의 수신 오류 확률에 근거하여 타겟 노드를 선택하는 전송 노드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메시지 처리부는 상기 타겟 노드의 개수를 상기 수신 오류 확률에 근거하여 설정하는 단계를 포함하는 전송 노드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 메시지 처리부는 상기 신호 대 잡음비가 다른 이웃 노드들에 비해 상대적으로 작은 이웃 노드를 타겟 노드로 선택하는 단계를 포함하는 전송 노드.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 송수신부는 상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호들을 수신하면, 상기 파일롯 신호에 대응되는 파일롯 신호를 송신하는 전송 노드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 송수신부는 상기 선택된 모든 릴레이 노드들로부터 파일롯 신호를 수신하지 못하면, 상기 초기 메시지를 브로드캐스팅하는 전송 노드.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 송수신부는 상기 메시지들을 시공간 부호화 방식으로 부호화하는 전송 노드.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 송수신부는 미리 설정된 시간 구간들을 통해 미리 설정된 회수로 상기 릴레이 노드와 함께 메시지를 반복 전송하는 전송 노드.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 노드는
    차량의 응급 상황을 감지하는 센서부를 더 포함하는 전송 노드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 메시지 생성부는 상기 응급 상황 감지에 따른 응급 상황을 통보하기 위한 메시지를 생성하는 전송 노드.
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