KR100230581B1 - 전자식 통행 요금 징수 시스템의 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 출구에 단일의 갠트리만을 사용하고도 통신 영역 내에서 고속으로 주행하는 차량과의 사이에서 요금 징수 작업을 처리 및 확인까지 할 수 있도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 특징에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법은 통신 담당부와 스마트 카드 처리부를 구비한 OBU와의 통신에 의해 요금을 징수하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서, 출구측의 각 차선별로 단일의 RFC 제어 수단을 준비한 후에 상기 RFC 제어 수단에 의해 관리되는 하나씩의 통신 영역을 설정하고; 상기 각 출구측 차선에 설정된 통신 영역 내에 OBU가 존재하는 경우에 해당 RFC 제어 수단에서 상기 OBU의 통신 담당부에 요금을 청구하고, 상기 OBU 내의 통신 당담부가 스마트 카드 처리부를 제어하여 청구된 요금을 지불하고, 상기 OBU로부터 요금의 지불이 완료되었음을 상기 해당 RFC 제어 수단이 확인하는 일련의 과정을 상기 통신 영역 내에 상기 OBU가 머무르는 동안에 완료하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

전자식 통행 요금 징수 시스템의 통신 방법
본 발명은 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 관한 것으로, 특히 단일 갠트리 구조하에서도 차선 제어기와 차량 사이에 완벽한 출구측 트랜잭션이 수행될 수 있도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 관한 것이다.
근래 들어 전자 및 통신 분야의 획기적인 발달에 힘입어서 차량이 고속 주행인 상태에서 자동으로 통행요금을 징수할 수 있도록 한 소위 전자식 통행요금 징수 시스템(Electronic Toll Collection System; 이하, ETCS라고 한다)이 제안되어 실제 적용을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 ETCS는 차선을 가로 질러 설치되는 갠트리(Gantry)에 각각의 차선에 대응하여 고주파 통신 제어기(Radio Frequency Communication Controller, 이하 RFC 제어기라고 한다)가 설치되고, 차량에는 상기 RFC 제어기와 통신을 수행하는 단말기(이하, 차량 내에 설치된다는 의미로 OBU(On Board Unit)라고 한다)가 부착되어 구성된다. 상기 OBU는 RFC 제어기와 통신을 담당하는 부분과 SC(Smart Card)로 구성되는데, 여기에서 SC는 미리 일정 금액이 충전되어 있는 전자 지갑으로 사용된다.
전술한 ETCS에서 RFC 제어기와 OBU는 RF 통신을 수행하여 필요한 정보를 교환하는데, 이 때 OBU의 구성을 단순하게 하기 위하여 백 스캐터링(Back Scattering) 기법을 사용하는 것이 일반적이다. 5.8GHz 대역에서 백스캐터링 기법을 이용하여 통신하는 과정은 유럽의 표준화 기구(CEN)에서 표준화가 추진되고 있는 중이다. 백스캐터링 기법을 사용하는 경우에는 그렇지 않은 경우에 비하여 통신 영역이 줄어드는데, 일반적으로 5.8GHz 대역에서 백스캐터링 방식을 사용하는 경우에 통신 영역의 크기는 수미터 정도인 것으로 알려져 있다.
한편, 전자 지갑에서 요금 지불을 수행하기 위해서는 일련의 데이터 처리 과정(transaction, 이하 트랜잭션이라고 한다)을 수행해야 하는데, 이 과정은 상호 인증과 암호화로 구성되며 일반적으로 OBU의 통신 담당 부분과 SC 사이의 통신을 포함한 전체 지불에 소요되는 시간은 수백 msec 정도가 된다. 이와 같이 SC와의 트랜잭션에 소요되는 시간이 과다한 반면에 통신 영역의 크기는 한계가 있기 때문에 차량이 일정속도 이상으로 주행하면서 트랜잭션을 모두 수행하기가 어려워진다.
이를 해결하기 위한 하나의 방안으로 출구측에 적당한 간격을 두고 두 개의 갠트리를 설치한 구조가 제안되어 있다. 이러한 구조의 ETCS에서는 첫 번째 갠트리에서 요금을 부과하고, 두 갠트리 사이에서는 차량내 통신 담당 부분과 SC 사이의 트랜잭션이 수행되도록 하고, 마지막으로 두 번째 갠트리에서는 그 결과를 RFC 제어기에 알리게 된다. 이러한 방식에서는 고속 주행 차량에 대해서도 확실하게 요금을 징수하고 나아가 트랜잭션의 결과를 RFC 제어기에 전달할 수도 있으나, 이에 비하여 그 구성이 복잡해지고 RFC 제어기의 설치 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
다른 하나의 방안으로 출구측 차선에 하나의 갠트리만을 사용한 시스템도 제안되어 있는데, 이 방식에 따르면 통신 영역에서는 RFC 제어기와 OBU만 통신을 수행하고, 이 과정에서 수행된 통신의 내용은 RFC 제어기에서 청구된 금액을 OBU가 보증해주며 갠트리를 통과한 후에 OBU에서 SC에 요금을 청구하도록 되어 있다. 이 방식에 따르면, 갠트리가 하나인 구조이기 때문에 설치 비용상의 문제점은 발생하지 않는다.
그러나, RFC 제어기가 SC의 처리 결과를 확인하지 않기 때문에 통신 영역을 통과한 후에 기기의 이상 또는 사용자의 고의로 OBU의 통신 담당 부분과 SC 사이의 트랜잭션이 정상적으로 수행되지 않는 경우에 그 차액을 처리할 방법이 없게 된다. 즉, RFC 제어기는 요금을 징수했다고 보고하지만, SC에서는 돈이 지불되지 않는 사태가 발생할 수도 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 출구에 단일의 갠트리만을 사용하고도 통신 영역 내에서 고속으로 주행하는 차량과의 사이에서 요금 징수 작업을 처리 및 확인까지 할 수 있도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 통신 영역 내에 불가피하게 존재할 수 있는 두 대의 차량과의 사이에서 요금 징수 트랜잭션을 원활하게 수행할 수 있는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법은 통신 담당부와 스마트 카드 처리부를 구비한 OBU와의 통신에 의해 요금을 징수하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서, 출구측의 각 차선별로 단일의 RFC 제어 수단을 준비한 후에 상기 RFC 제어 수단에 의해 관리되는 하나씩의 통신 영역을 설정하고; 상기 각 출구측 차선에 설정된 통신 영역 내에 OBU가 존재하는 경우에 해당 RFC 제어 수단에서 상기 OBU의 통신 담당부에 요금을 청구하고, 상기 OBU 내의 통신 당담부가 스마트 카드 처리부를 제어하여 청구된 요금을 지불하고, 상기 OBU로부터 요금의 지불이 완료되었음을 상기 해당 RFC 제어 수단이 확인하는 일련의 과정을 상기 통신 영역 내에 상기 OBU가 머무르는 동안에 완료하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법은 각각의 차선에 통신 영역을 설정하고, RFC 제어 수단과 OBU 사이의 요금징수와 관련된 무선 통신이 상기 통신 영역에서 수행되도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서, 상기 인접한 차선의 통신 영역에서 사용되는 통신용 무선 신호의 주파수를 서로 다르게 설정하여 혼선이 방지되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법은 각각의 차선에 통신 영역을 설정하고, RFC 제어 수단과 OBU 사이의 요금징수와 관련된 무선 통신이 상기 통신 영역에서 수행되도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서, 상기 RFC 제어 수단과 상기 OBU 사이의 상호 통신 이외에 상기 RFC 제어 수단으로부터 상기 OBU로의 일방적인 정보의 전달도 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법은 통신 담당부와 스마트 카드 처리부를 구비한 OBU가 유로 도로의 입구 및 출구를 통과하면서 각 차선에 설치된 RFC 제어 수단과 통신을 수행한 결과에 의거하여 출구에서 통행요금을 징수하는 폐쇄형의 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서, 상기 입구측에서의 통신 시에는 상기 스마트 카드 처리부에 스마트 카드가 삽입되어 있는 지의 여부에 관계없이 통신이 수행되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법은 각각의 차선에 복수대의 OBU가 존재할 수도 있는 크기를 가지는 통신 영역을 설정하고, RFC 제어 수단에서 소정의 주기를 가지는 클럭에 동기하여 상기 통신 영역에 무선 신호를 송출하고, 상기 통신 영역을 통과하는 OBU가 존재하는 경우에 상기 통신 영역 내에서 요금징수와 관련된 일련의 무선 통신 과정이 완료되도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서, 폐쇄형 시스템의 입구측에서 상기 통신 영역 내에 복수 대의 OBU가 존재하는 경우에 상기 RFC 제어 수단은 상기 선진입 OBU와의 요금징수와 관련된 일련의 무선 통신 과정이 완료되기 전까지는 상기 후진입 차량과의 통신을 개시하지 않는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전자식 통행요금 징수 시스템의 개략적인 블록 구성도,
도 2는 본 발명이 적용되는 전자식 통행요금 징수 시스템에서 차선과 통신 영역을 설명하기 위한 도,
도 3은 본 발명이 적용되는 전자식 통행요금 징수 시스템에서 통신 프레임의 구조를 예시적으로 보인 도,
도 4는 각각 본 발명에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템에서 입구측 및 출구측에서 RFC 제어기와 OBU 사이의 트랜잭션을 설명하기 위한 도,
도 5는 본 발명에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템에서 다양한 경우에 대한 RFC 제어기와 한 대의 OBU 사이의 트랜잭션의 상세 과정을 설명하기 위한 타이밍차트,
도 6은 본 발명에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템에서 두 대의 OBU에 대한 출구측 트랜잭션 과정을 설명하기 위한 도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1: 차선, 2: 차량,
3: 통신 영역, 4: 차선 분리대,
5: 기동 영역, 6: RFC 제어기,
7: ECS, 8: 통신 담당부,
9: 스마트 카드 처리부
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법의 양호한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전자식 통행요금 징수 시스템의 개략적인 블록 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명이 적용되는 전자식 통행요금 징수 시스템은 각각의 차선측에 RFC 제어기(6)와 ECS(Enforcement Camera System)(7)가 설치되고, OBU에는 통신 담당부(8)와 SC 처리부(9)가 구비되어 이루어진다.
도 2는 본 발명이 적용되는 전자식 통행요금 징수 시스템에서 차선과 통신 영역을 설명하기 위한 도이다. 도 2의 예에서는 임의로 3개의 차선(1)을 도시하고 있다. 차선(1) 중간에 타원으로 둘러싸인 영역은 통신 영역(3)을 나타내고, 이러한 통신 영역(3)의 크기는 RFC 제어기(6)에 의하여 결정될 수 있다. 각 차선(1)에는 별도의 RFC 제어기(6)가 장착되며, 각 RFC 제어기(6)는 해당하는 차선(1)과의 통신만을 관리한다. 일반적으로 고속에서도 요금 징수 처리의 확인까지 할 수 있도록 통신 영역(3)의 크기 ℓ을 가급적 크게 하는 것이 좋은데, 이 경우에 통신 영역(3) 내에 여러 대의 차량(2)이 존재할 수도 있다. 통신 영역(3)의 크기를 너무 크게 하는 경우에는 통신 영역(3) 내에 많은 차량이 동시에 존재하게 되어 RFC 제어기의 통신 부담이 가중되고, 반면에 너무 적게 하는 경우에는 처리 가능한 속도가 제한되기 때문에 이를 고려하여 적절하게 조정하는 것이 좋다. 본 실시예에서는 통신 영역에 최대 두 대의 차량이 존재할 수 있는 것으로 하여 설명을 진행한다. 도 2에서 부호 f1과 f2는 서로 다른 주파수를 나타내며 이는 인접한 두 차선에서 발생할 수 있는 혼선(jamming)을 방지하기 위함이다. 통신 영역(3)의 앞에는 초절전 모드(sleep mode) 상태로 대기중인 OBU를 기동(wake up)시키기 위한 기동 영역(5)이 설정되는데, 이러한 기동 영역(5)은 전체의 차선(1)에 공통되게 설정할 수 있다. 부호 f3은 이러한 기동 영역(5)으로 송출되는 기동 신호의 주파수를 나타내는데, 이러한 기동 영역(5)은 주파수 신호(f1), (f2) 범위, 즉 통신 영역(3)의 시작을 정확하게 유지시켜 주는 혼선(jamming) 영역으로도 기능한다. 즉, 차량(2)이 기동 영역(5) 내에 있는 동안에 OBU의 동작이 개시되지만, 주파수(f1), (f2)의 영향은 받지 않게 된다.
나아가, 백 스캐터링 기법을 사용하므로 OBU는 주파수(f1), (f2)에 대하여 모두 반응한다. 따라서 OBU는 어떠한 차선으로 통행해도 되나, 통신 영역(3) 내에서의 차선(1)의 변경은 금지된다. 이를 위하여 차선(1)을 분리시키는 구조물(4)을 설치하는 것이 좋다. 그리고, 도 2의 개념은 입구측 및 출구측 갠트리의 모두에 대해 적용이 가능하다.
전술한 구성으로 이루어진 ECTS에 있어서 입구측 갠트리에서는 OBU에게 입구측 갠트리의 식별 정보, 예를 들어 고유 번호(ID)와 통과 시간에 관한 정보를 전달한다. 다음으로 출구측에서는 OBU가 이러한 정보를 출구측 갠트리에 전달하고, 출구측 갠트리에서는 이를 기준으로 결정된 요금을 OBU에 전달한다. 다음, 이 과정에서 청구된 요금은 SC(9)에서 처리되고, 처리된 결과를 다시 출구측 갠트리에 알림으로써 처리가 종료된다. 이 과정에서 이상이 발생하면 출구측 갠트리에 설치된 ECS(7)을 구동하여 차량의 번호를 촬영하고 이를 근거로 요금을 후청구(後請求)한다.
한편, 출구측에 하나의 갠트리만을 설치한 상태에서 통신 영역 내에서 SC의 요금 청구 내용의 확인 작업까지 처리하기 위해서는 입구측 갠트리와 출구측 갠트리에서의 통신과 트랜잭션, 두 대의 OBU와 한 대의 RFC 제어기 사이의 통신 방법, 통신 오차의 발생의 인지 및 처리 방식 등이 보완되어야 하는 바, 이하에서는 이를 상세하게 설명한다.
먼저, 입구측 갠트리와 출구측 갠트리에서의 통신 및 트랜잭션 방법에 대해서 상세하게 설명한다. RFC 제어기와 OBU 사이의 통신에서는 HDLC(High level Data Link Control)의 프로토콜을 데이터 연결 계층(Data Link Layer)으로 사용한다. 이 데이터가 다시 FM0(Frequency Modulation 0), Manchester 또는 NRZI(Non Return-to-Zero I) 방식 등의 코딩을 거치고 이 값이 다시 ASK(Amplitude Shift Key)나 PSK(Phase Shift Key) 등의 변, 복조를 거쳐서 5.8GHz 대의 RF 통신이 이루어진다.
도 3은 본 발명이 적용되는 전자식 통행요금 징수 시스템에서 통신 프레임의 구조를 예시적으로 보인 도로서, RFC 제어기와 OBU에서 같은 형태를 사용하여 전송한다. 도 4는 본 발명에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템에서 입구측 및 출구측에서 RFC 제어기와 OBU 사이의 트랜잭션을 설명하기 위한 도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, HDLC 프로토콜에서의 전송 단위는 "프레임(Frame)"이라고 불리는데, 이러한 프레임에는 적어도 번지(address) 필드(ADD), 제어(control) 필드(CONT) 및 정보(message) 필드(MSG)가 포함되어 있다. 번지 필드(ADD)는 통상적으로 1바이트로 이루어져서 송신 또는 수신 측의 번지를 표시하기 위해 사용되는데 보통 일정한 값으로 고정이 된다. 본 실시예에서 ADD="ffh"인 경우에는 방송용으로 사용될 수 있다. 즉, 갠트리에서 OBU로 일방적으로 정보를 전달할 필요가 있는 경우, 예를 들면 도로의 상황 등을 전파할 필요가 있는 경우 등을 감안하여 이러한 번지가 사용될 수 있다. 또한 ADD="80h"인 경우에는 RFC 제어기와 OBU 사이의 통신에 사용될 수 있고, ADD="70h"인 경우에는 RFC 제어기에서 OBU로 자체 진단(diagnostic, 이하 DG라고 한다)의 결과를 요구하는 용도로 사용될 수 있다.
제어 필드(CONT)는 통상적으로 1바이트의 데이터로 이루어지며 각종 감시 및 제어를 위하여 사용된다. 이를 보다 상세하게 설명하면, 제어 필드(CONT)는 트랜잭션을 처리하기 위하여 도 4에 나타난 것과 같이 R0, R1, R2, Q0, Q1, Q2 등의 RFC 제어기에서 OBU로 전송되는 요청 그룹(request group)과 P0, P1, P2, ACK 등의 OBU에서 RFC 제어기로 전송되는 응답 그룹(response group)으로 나누어 진다.
여기에서, R0과 P0은 암호화에 의한 상호 인증 과정으로, R0에는 예를 들어 현재의 시간 정보와 입구 갠트리(및 차선)의 식별 정보가 실리게 되고, P0에는 OBU의 식별 정보 등이 실리게 된다. 다음 Q0과 ACK는 암호화에 의한 인증 확인 과정인 바, RFC 제어기에서는 P0에 의해 수신한 정보가 올바른 지를 Q0에 실어서 문의하게 되고, OBU에서는 문의의 내용이 올바른 경우에 이를 긍정하는 신호를 ACK에 실어서 확인해 주는 한편 입구측 갠트리에 대한 식별 정보를 기억하고 있게 된다.
출구측에서는 R1과 P1이 상호 인증 과정에 해당하는데, RFC 제어기에서는 현재의 시간 정보와 출구 갠트리(및 차선)의 식별 정보를 R1에 실어 보내고, OBU에서는 자기가 입구측 갠트리에서 수신하여 기억하고 있는 식별 정보, 자기의 식별 정보 및 삽입된 SC의 식별 정보를 P1에 실어 보내게 된다. 이렇게 하여 OBU의 정보를 수신한 후에 RFC 제어기에서는 수신을 확인하는 메시지 및 상기 OBU에서 수신한 정보에 의거하여 산출된 통행요금에 관한 정보를 Q1에 실어 보내게 된다. 마지막으로 OBU에서는 상기 Q1에 의해 수신한 내용을 긍정하는 메시지를 ACK에 실어 보내게 된다. 이 과정이 종료된 후에 OBU에서는 그 통신담당부와 SC 사이에서 요금을 지불하는 과정(이하, 데비팅(debiting)과정이라고 한다)이 수행된다. 다음, RFC 제어기에서는 ACK의 수신 후부터 소정의 시간이 경과한 후에 자기의 식별 정보와 요금의 지불이 이루어졌는 지에 대한 문의를 R2에 실어 보내고, OBU에서는 R2에 응답하여 요금의 지불이 확실하게 이루어졌다는 내용을 P2에 실어 보내게 된다. 다음, Q2와 ACK에서는 이전에 R2와 P2에서 오고간 내용을 재차 확인하는 과정이다.
결과적으로 입구측 갠트리에서는 RFC 제어기와 OBU 사이의 통신이 SC의 상태에 무관하게 수행된다. 이는 사용자가 입구에서 반드시 SC를 사용하지 않아도 되며, 도중의 휴게소에서 SC를 구입, 충전 등의 방법으로 출구에 도달하기 전까지 정상적인 SC를 확보하면 사용 가능하도록 해준다. 다음으로, OBU에 SC를 삽입하면 OBU는 SC의 상태 및 잔액을 확인하고 이 내용에 따라 출구에서 트랜잭션을 수행한다. 청구된 요금을 정상적으로 지불할 수 있는 경우에는 도 4에 도시한 바와 같이 두 번의 트랜잭션과 SC 데비팅 과정을 수행한다. 정상적으로 요금을 지불할 수 없는 경우에는 P1-R1-Q1-ACK로 이루어지는 한 번의 트랜잭션만을 수행하고 이에 따라 RFC 제어기에서는 ECS를 구동하여 요금을 후청구한다. 물론 정상인 경우와 비정상인 경우의 P1, Q1의 내용은 달라진다.
한편, OBU에서 SC를 제거하는 경우에는 SC에 대한 정보가 모두 제거될 수 있도록 한다. 이는 아무 SC나 사용할 수 있게 해주며, 이로 인하여 사용자는 도중에 SC를 다른 용도, 예를 들면 물품 구입이나 동승자의 SC의 사용 등이 가능해진다. 반면에 출구에서 정상적으로 동작이 완료되기 전에 사용자가 고의로 SC를 제거하여 SC에서 정상적인 데비팅 과정을 완료하지 못하는 경우에는 해당하는 OBU를 이상 상태로 전환시킨다. 즉, 이러한 경우에는 다시 SC를 삽입하여도 OBU가 정상적인 동작을 하지 않도록 하며(차량에 구비된 LCD에 해당하는 상황을 표시), 근처의 SC 발급소 또는 충전소등에서 확인한 후에야 비로소 정상적인 동작이 되도록 한다.
다음 정보 필드(MSG)는 실제의 정보 메시지가 들어가는 부분인데 그 길이는 기본적으로는 임의로 가변할 수가 있다. 프레임의 전후에는 프레임의 개시. 종결의 표시 및 동기 확립 유지를 위하여 플래그가 삽입되게 된다. 이러한 플래그는 1바이트의 특정 패턴, 예를 들어 7eh(O111111O2)로 고정되는데, 전송되는 데이터 중에서 이 부분만 고정되어 있기 때문에 수신 측에서는 이러한 비트 패턴을 발견하고 프레임이 종료되었음을 알 수가 있게 된다. 도 3에서 설명하지 않은 필드(ANT)는 RFC 제어기의 주소를 나타내며, 필드(STTS)는 RFC 제어기나 OBU의 상태를 나타내는데, 이들 필드에는 통상적으로 1바이트씩이 할당된다. 필드(CRC)는 순환 중복 검사(Cyclic Redundancy Check)용으로 주어지며 1바이트가 할당된다.
도 5는 본 발명에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템에서 다양한 경우에 대하여 RFC 제어기와 한 대의 OBU 사이의 입구에서의 트랜잭션의 상세 과정을 설명하기 위한 타이밍차트인 바, 출구에서의 트랜잭션도 이와 동일한 과정으로 수행될 수 있다. 도 5에서 부호 T_CLK은 트랜잭션 클럭을 나타내는데, 1주기를 t(msec)라고 정할 때 RFC 제어기에서 OBU로 데이터를 전송하는 구간은 초기의 x(msec)가 되고, 나머지의 (t-x)(msec) 동안에 OBU에서 RFC 제어기로 데이터의 전송이 이루어진다. 나아가, 구간 x는 전송할 데이터의 량에 따라 가변될 수 있는데, OBU가 RFC 제어기로 정상적으로 데이터를 전송하기 위해서는 가능한 한 짧은 시간이 되어야 한다.
도 5에서 경우 6은 통신 영역 내에 OBU가 존재하지 않는 경우를 나타낸다. 즉 RFC 제어기는 매 T_CLK 마다 연속해서 세 번만큼 요청 신호인 R0을 전송하고 응답이 없는 경우에 나머지 5 T_CLK 동안에는 정상적인 통신을 수행하지 않는다. 경우 5는 에러 없이 통신이 완료된 경우를 나타내며 요청 신호 R0에 대한 응답 신호 P0을 수신하고 다음 T_CLK 동안에는 RFC 제어기와 OBU가 데이터를 처리할 시간(comp)을 확보한다. 이어서 다음의 T_CLK에는 요청 신호인 Q0에 대한 응답 신호 ACK를 받고 다시 처리할 시간(comp)으로 1*T_CLK을 확보한다. 이와 같은 방식으로 에러 없이 통신이 이루어지는 경우에는 총 4*T_CLK이 소요된다. 경우 4, 경우 3 및 경우 2는 각각 한 번, 두 번 및 세 번의 통신 에러가 발생한 경우를 나타낸다. 경우 1은 최악의 경우를 나타내는데, 본 실시예에서는 요청 신호인 R0과 Q0에 대하여 각각 세 번의 재시도를 허용하고 있기 때문에 최악의 경우에는 트랜잭션의 완료에 총 8*T_CLK이 소요된다.
한편, 8*T_CLK이 트랜잭션의 기본 단위이기 때문에 경우 2 내지 경우 6은 남는 T_CLK를 가지게 된다. 전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 통신 영역에 앞서서 설정된 기동 영역에 주파수(f3)를 가지는 기동 신호를 송출하여 OBU를 기동시키지만 차량의 지체가 심한 경우나 후진 등의 원인으로 OBU가 통신 영역에 진입하기 전에 다시 초절전 모드로 전환될 수도 있다. 이를 방지하기 위해서 경우 4 내지 경우 6에서는 매 트랜잭션 단위의 7번째 T_CLK에서 RFC 제어기를 강제로 기동시킬 수 있도록 하는 기동 신호(WU)를 발생시킨다.
또한 경우 6이 계속 유지되는 때에는 차량의 진입이 없는 경우인 지 또는 RFC 제어기의 회로에 이상이 있는 지를 판단할 필요가 있는데, 이를 위하여 경우 5에 대해서는 매 트랜잭션 단위의 5번째 T_CLK에서 자체 진단을 위한 신호(DG)를 발생시킨다. 이러한 자체 진단은 전술한 바와 같이 ADD=70h로 설정하여 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면 전술한 바와 같이 통신 영역 내에 두 대의 OBU가 존재할 수 있기 때문에 RFC 제어기는 두 대의 OBU와 모두 통신할 수 있는 기능을 가져야 한다. 이를 위하여 입구에서는 비록 먼저 진입한 OBU가 트랜잭션을 완료한 후에는 계속 통신 영역에 머물러 있더라도 응답을 하지 않으므로써 뒤따르는 다른 OBU와 RFC 제어기가 정상적으로 통신을 수행할 수 있다. 즉, 입구측 RFC 제어기는 도 5에 도시한 바와 같이 요청 신호인 R0만을 연속적으로 전송하고 이에 대한 트랜잭션을 수행한다.
반면에 출구에 있어서의 두 OBU에 대한 트랜잭션의 처리는 입구에서의 트랜잭션의 처리와는 약간 차이가 있는데, 도 6은 본 발명에 따른 전자식 통행요금 징수 시스템에서 두 대의 OBU에 대한 출구측 트랜잭션 과정을 설명하기 위한 도이다. 도 6에서 OBU1은 막 통신 영역에 진입하는 중이며, OBU2는 통신 영역을 빠져나가려는 중이다. 즉, OBU2는 R1-P1-Q1-ACK에 해당하는 트랜잭션과 SC의 데비팅 과정을 완료한 상황이며 그 결과를 RFC 제어기에 보고만 하면 출구에 있어서의 트랜잭션이 완료된다. 출구측 RFC 제어기에서는 통신 영역에 차량이 존재하지 않는 경우, 즉 전체 출구 트랜잭션의 완료 후에 새로운 트랜잭션이 시작되지 않은 경우에는 요청 신호인 R1만으로 통신 영역 내에 OBU가 존재하는 지를 확인한다. 그러나 통신 영역 내에 차량이 진입하면 출구측 RFC 제어기는 요청 신호인 R1과 R2를 교대로 전송하여 새로 진입하는 OBU의 트랜잭션과 아직 완료되지 않은 OBU의 트랜잭션을 동시에 처리한다. 도 6에서는 5번째의 T_CLK 이후에도 계속해서 한 개의 OBU가 통신 영역 내에 존재하기 때문에 RFC 제어기는 요청 신호인 R1과 R2를 교대로 전송하게 되며, OBU2는 SC 데비팅을 처리한 후에 R2-P2-Q2-ACK를 거쳐서 트랜잭션을 완료한다.
이상에서 설명한 바와 같은 방식에 있어서 예를 들어 통신 영역의 크기
ℓ=5m, 차량의 속도v=60km/h, T_CLK의 크기t=2msec라고 가정할 때 출구에서 한 대의 차량에 대한 최악의 경우의 트랜잭션에 소요되는 시간은te=2*8*2=32 msec가 된다. 따라서 SC의 데비팅에 소요되는 시간이 3600*l/v(2*te+SC_debit)의 관계로 부터 236msec 이내이면 된다. 즉, 이런 경우에 시속 60km까지 출구에서 하나의 갠트리로 정상처리 할 수가 있다.
본 발명의 전자식 통행요금 징수 시스템의 트랜잭션 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 입출구의 구분 없이 갠트리를 통과하는 모든 차량에 대해 통행요금을 징수하는 개방형의 통행요금 시스템에 대해서도 본 발명의 통신 방법이 적용될 수 있다. 나아가, 통신 영역에 세 대 이상의 OBU가 존재할 수 있도록 그 크기를 설정할 수도 있는 바, 이 경우에도 기본적인 통신 방식은 두 대의 경우와 유사하게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 따르면, 출구에 단일의 갠트리만을 사용하고 이 경우에 불가피하게 통신 영역에 두 대의 OBU가 존재하여 발생할 수도 있는 RFC 제어기의 통신 부담을 원활하게 처리함으로써 RFC 제어기의 설치 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (31)

  1. 통신 담당부와 스마트 카드 처리부를 구비한 OBU와의 통신에 의해 요금을 징수하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서,
    출구측의 각 차선별로 단일의 RFC 제어 수단을 준비한 후에 상기 RFC 제어 수단에 의해 관리되는 하나씩의 통신 영역을 설정하고;
    상기 각 출구측 차선에 설정된 통신 영역 내에 OBU가 존재하는 경우에 해당 RFC 제어 수단에서 상기 OBU의 통신 담당부에 요금을 청구하고, 상기 OBU 내의 통신 당담부가 스마트 카드 처리부를 제어하여 청구된 요금을 지불하고, 상기 OBU로부터 요금의 지불이 완료되었음을 상기 해당 RFC 제어 수단이 확인하는 일련의 과정을 상기 통신 영역 내에 상기 OBU가 머무르는 동안에 완료하도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 해당 RFC 제어 수단에서 상기 OBU의 통신 담당부에 요금을 청구하는 과정은 각각의 RFC 제어 수단에서,
    현재의 시간 정보와 출구측의 식별 정보를 소정의 클럭 주기로 상기 통신 영역에 송출하여 응답을 요청하는 단계;
    상기 어느 하나의 통신 영역에 OBU가 존재하는 경우에 요금 청구가 가능한 상태임을 나타내는 정보를 포함한 요금 관련 정보를 상기 OBU로부터 제공받는 단계;
    상기 제공된 요금 관련 정보에 의거하여 요금을 산출하여 상기 OBU에 청구하고 응답을 요청하는 단계; 및
    상기 OBU로부터 요금을 청구받았음을 응답받는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 폐쇄식 시스템의 경우에 상기 요금 관련 정보에는 적어도 입구 식별 정보가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 OBU 내의 통신 담당부와 상기 스마트 카드 처리부 사이에서 요금 지불에 소요되는 최대 시간은 차량의 속도 및 통신 영역의 크기와 관련하여 정해지는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 요금의 지불이 완료되었음을 상기 해당 RFC 제어 수단이 확인하는 과정은 적어도 해당 RFC 제어 수단이 상기 OBU로부터 요금을 청구받았음을 응답받은 후부터 상기 요금의 지불에 소요되는 최대 시간이 경과한 후에 상기 OBU 내의 통신 담당부에 요금의 지불이 완료되었는 지의 여부를 문의하는 단계; 및
    상기 OBU 내의 통신 당담부가 상기 RFC 제어 수단에 요금의 지불이 완료되었음을 통보하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 RFC 제어 수단이 응답의 요청을 연속적으로 소정 회수 수행한 경우에도 응답이 없는 경우에는 상기 RFC 제어 수단은 상기 해당하는 통신 영역 내에 OBU가 존재하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 OBU가 존재하지 않는다고 판단한 경우에는 상기 자체 진단의 수행을 권고하는 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템에서의 통신 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 OBU가 존재하지 않는다고 판단한 경우에는 기동 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정 회수는 3회인 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  10. 제 2항에 있어서, 상기 RFC 제어 수단의 응답 요청 신호에 대응하여 상기 OBU로부터 응답 신호가 존재하는 경우에는 상기 RFC 제어 수단에서는 데이터 처리시간을 확보하기 위해 다음의 응답 요청 신호를 송출하기 전에 소정의 클럭 만큼 시간을 지연시키는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 출구측에서 정상적으로 요금을 징수할 수 없는 경우에는 상기 요금의 지불이 완료되었음을 확인하는 과정을 생략하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 통신 영역 내에서 상기 OBU로부터 요금의 지불이 완료되었음을 상기 해당 RFC 제어 수단이 확인하는 과정이 정상적으로 완료되지 아니한 경우에는 상기 OBU를 탑재한 차량을 촬영하여 후에 요금 청구가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템에서의 통신 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 폐쇄식 시스템의 경우에 상기 입구측의 각 차선에 해당 RFC 제어 수단에 의해 관리되는 하나씩의 통신 영역을 설정하고;
    해당 RFC 제어 수단은 현재의 시간 정보와 입구측의 식별 정보를 일정한 클럭 주기로 상기 통신 영역에 송출하여 응답을 요청하고, 상기 통신 영역에 존재하는 OBU는 상기 해당 RFC 제어 수단으로부터 응답 요청을 받는 경우에 상기 송출된 입구측의 식별 정보와 시간 정보를 저장함과 동시에 자기 고유의 식별 정보를 해당하는 RFC 제어 수단 제공하여 응답하는 일련의 과정을 상기 입구측의 통신 영역 내에 상기 OBU가 머무르는 동안에 완료하도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 입구측의 통신 영역에 복수 대의 OBU가 존재하는 경우에 이미 확인 과정을 완료한 OBU는 비록 통신 영역에 머물러 있더라도 응답을 하지 못하도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 출구측에서는 통신 영역에 복수대의 OBU가 존재하는 경우에 상기 RFC 제어 수단은 상기 각각의 OBU와 교대로 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 차선간의 혼신을 방지하기 위해 적어도 인접한 차선의 통신에 사용되는 무선 신호의 주파수를 다르게 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 인접한 차선의 통신 구역 사이에는 차선 분리대를 설치하여 통신이 개시되어 완료되기 전에는 차선의 변경이 불가능하게 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 RFC 제어 수단과 상기 OBU의 통신 담당부 사이의 통신은 HDLC 프로토콜을 데이터 링크 레이어로 사용하여 수행되고, 이 과정에서의 통신 프레임의 주소 필드는 적어도 상기 RFC 제어 수단과 상기 OBU 사이의 통신, 상기 RFC 제어 수단으로 부터의 상기 OBU로 일방적인 정보의 전달 및 상기 RFC 제어 수단에서 상기 OBU로의 자체 진단의 권고를 식별 가능하도록 코딩되는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  19. 각각의 차선에 통신 영역을 설정하고, RFC 제어 수단과 OBU 사이의 요금징수와 관련된 무선 통신이 상기 통신 영역에서 수행되도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서,
    상기 인접한 차선의 통신 영역에서 사용되는 통신용 무선 신호의 주파수를 서로 다르게 설정하여 혼선이 방지되도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 인접한 통신 영역 사이에 분리용 구조물을 설치하여 차량이 어느 하나의 통신 영역에 진입한 후에는 인접한 통신 영역으로 이동할 수 없도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  21. 제 19항 또는 20항에 있어서, 상기 통신 영역의 크기는 두 대의 OBU가 존재할 수 있도록 설정된 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  22. 각각의 차선에 통신 영역을 설정하고, RFC 제어 수단과 OBU 사이의 요금징수와 관련된 무선 통신이 상기 통신 영역에서 수행되도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서,
    상기 RFC 제어 수단과 상기 OBU 사이의 상호 통신 이외에 상기 RFC 제어 수단으로부터 상기 OBU로의 일방적인 정보의 전달도 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 RFC 제어 수단이 상기 OBU에게 자체 진단을 요청할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  24. 통신 담당부와 스마트 카드 처리부를 구비한 OBU가 유로 도로의 입구 및 출구를 통과하면서 각 차선에 설치된 RFC 제어 수단과 통신을 수행한 결과에 의거하여 출구에서 통행요금을 징수하는 폐쇄형의 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서,
    상기 입구측에서의 통신 시에는 상기 스마트 카드 처리부에 스마트 카드가 삽입되어 있는 지의 여부에 관계없이 통신이 수행되도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  25. 각각의 차선에 복수대의 OBU가 존재할 수도 있는 크기를 가지는 통신 영역을 설정하고, RFC 제어 수단에서 소정의 주기를 가지는 클럭에 동기하여 상기 통신 영역에 무선 신호를 송출하고, 상기 통신 영역을 통과하는 OBU가 존재하는 경우에 상기 통신 영역 내에서 요금징수와 관련된 일련의 무선 통신 과정이 완료되도록 한 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법에 있어서,
    폐쇄식 시스템의 입구측에서 상기 통신 영역 내에 복수 대의 OBU가 존재하는 경우에 상기 RFC 제어 수단은 상기 선진입 OBU와의 요금징수와 관련된 일련의 무선 통신 과정이 완료되기 전까지는 상기 후진입 차량과의 통신을 개시하지 않는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 선진입 OBU와의 사이에 요금징수와 관련된 일련의 무선 통신 과정이 완료된 후에는 선진입 OBU는 상기 RFC 제어 수단으로부터의 무선 신호에 응답하지 않는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 일련의 통신 과정은 소정 회수의 클럭이 발생될 때마다 갱신되며, 상기 RFC 제어 수단의 응답 요청에 대해 소정 회수만큼 응답이 없는 경우에 상기 RFC 제어수단은 상기 통신 영역 내에 차량이 존재하지 않는 다고 판단하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 일련의 통신 과정은 소정 회수의 클럭이 발생될 때마다 갱신되며, 상기 클럭에 동기한 상기 RFC 제어 수단의 응답 요청이 소정의 기준 회수에 도달할 때까지 응답이 없는 경우에 상기 RFC 제어 수단은 상기 통신 영역 내에 차량이 존재하지 않는다고 판단하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 차량이 존재하지 않는다고 판단한 후에 상기 RFC 제어 수단은 상기 일련의 통신 과정이 갱신되기 전에 포함된 클럭에 동기하여 상기 OBU에 자체 진단을 권고하는 무선 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 차량이 존재하지 않는다고 판단한 후에 상기 RFC 제어 수단은 상기 일련의 통신 과정이 갱신되기 전에 포함된 클럭에 동기하여 상기 OBU에 기동을 요구하는 무선 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
  31. 제 27항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일련의 통신 과정에 해당하는 상기 소정의 클럭 회수는 최대 3회까지의 통신 에러가 발생할 것을 감안하여 설정된 것을 특징으로 하는 전자식 통행요금 징수 시스템의 통신 방법.
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