KR20020051893A

KR20020051893A - 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템

Info

Publication number: KR20020051893A
Application number: KR1020010083368A
Authority: KR
Inventors: 최광주
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2002-06-29

Abstract

본 발명은 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템에 관한 것으로 특히, 유료 도로를 통과하는 차량 및 차종을 자동으로 인식하고 그에 따른 통행 요금을 차량을 정지시킴이 없이 자동으로 정산시키는 교통정보 시스템에 있어서, ISP 서버와의 데이터 통신을 인터넷 또는 전용망으로 수행하도록 함을 목적으로 한다. 이러한 목적을 위하여 본 발명은 차량이 일정 범위 내에 진입하면 차량에 장착된 요금 정산용 단말기와 통신을 수행하기 위한 제1,제2 기지국(120)(150)과, 상기 제1 기지국(120)으로부터 상기 요금 정산용 단말기에서의 사용자 고유번호 및 잔액 정보를 수신하여 신용 조회를 진행하면서 차종 감지기(130)에서 감지한 차종을 판별하고 신용 조회 결과 잔액이 충분하고 위법 사항이 없는 사용 가능한 정상적인 카드로 판단되면 안내 표시기(140)를 제어하여 잔고 및 인출한 통행 요금에 관한 정보를 표시하면서 상기 요금 정산용 단말기에서 정산할 통행 요금을 상기 제2 기지국(150)으로 전송하여 통행 요금을 정산하고 상기 차량 단말기에서의 인터넷 서비스 요청에 따라 ISP 서버로 접속하여 해당 인터넷 서비스를 상기 기지국을 통해 상기 차량 단말기로 제공하는 중앙처리 서버(190)를 이더넷으로 연결하며 통행요금 산출/정산을 위한 요금정산 서버(300)와 상기 중앙처리 서버(190)간을 인터넷(310) 또는 전용망(320)으로 연결하여 구성함을 특징으로 한다.

Description

근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템{DATA COMMUNICATION SYSTEM USING DEDICATED SHORT RANGE COMMUNICATION}

본 발명은 지능형 교통정보 시스템에 관한 것으로 특히, 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 유료 도로를 이용하기 위해서는 요금을 지불하여야 한다.

이를 위하여 종래에는 도로 입구 및 출구에 톨 게이트(Toll Gate)를 설치한다.

따라서, 종래에는 도로에 차량이 진입할 때 또는 도로에서 차량이 진출할 때 운전 자가 요금을 직접 정산하게 된다.

그러나, 종래에는 요금 징수를 위해 통과 차량이 정지하여야 함으로 유류 비용의 낭비, 차량 운행 지체로 인한 도로 효율 저하 및 물류 비용의 증가를 유발하며 아울러 도로 진,출입구마다 요금 징수를 위한 인력이 필요함으로 인건비의 증가를 유발시키는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 현재 차량 증가에 따른 교통 혼잡과 이로 인한 물류 비용의 증가를 억제하기 위하여 교통 관련 시스템에 무선 통신 기술을 접목하고 있다.

종래에는 교통 관련 시스템에 접목시키기 위한 무선 통신 기술로서, FM-DARC 무선 통신 방식, beacon 무선 통신 방식, 셀룰러 무선 통신 방식 및 IMT-2000 무선 통신 방식 등이 제시되어 있다.

상기 FM-DARC 무선 통신 방식은 기존 FM 방송 채널을 이용하여 디지털 데이터를 전송하는 방식으로, 전송 속도가 최대 16kbps이고 통신 셀 크기는 수십 Km이므로 광역 서비스와 기존 방송 채널을 사용하기 때문에 디지털 송수신기 구현이 용이한 장점이 있다.

상기 beacon 무선 통신 방식은 차량 단말기와 노변 기지국간의 양방향 통신이 가능함으로 주차 서비스 이용시 주차 요금 자동 정산, 주차 가능 위치 지정 등을 통해 사용자에게 편리함을 제공할 수 있다.

상기 셀룰러 무선 통신 방식은 차량 운전자에게 이동시에도 음성 서비스를 제공하기 위한 Circuit 통신 방식을 사용한다.

상기 IMT-2000 무선 통신 방식은 음성 서비스 뿐만 아니라 패킷 데이터 서비스를 제공할 수 있는 통신 방식으로 개발되고 있다.

그러나, 종래의 FM-DARC 무선 통신 방식을 이용하는 기술은 방송 채널을 이용하기 때문에 하향 링크만이 제공되는 단방향 서비스의 제약이 따르며, beacon 무선 통신 방식을 이용하는 기술은 여러 개의 차량 단말기와 다중 접속이 지원되지 않으므로 셀 내에서 2개 이상의 단말기가 동시에 무선 채널을 액세스할 때에는 링크 셋업이 되지 않는 문제점이 있다.

또한, 종래의 셀룰러 무선 통신 방식을 이용하는 기술은 사용자가 정보를 제공받기 위해 계속 통화 상태를 유지하여야 함으로 서비스 비용이 증가하며, IMT-2000 무선 통신 방식을 이용하는 기술은 제공하는 서비스에 따라 주파수 대역폭이다르므로 사용자가 원하는 서비스에 따라 주파수를 가변하여야 하는 문제점이 있다.

현재 상기의 문제점을 개선하기 위하여 지능형 교통 시스템(ITS ; Intellegent Transport System)이 제시되었으며, 적용 분야에 따라 대중교통 시스템, 교통관리 시스템, 화물운송 시스템, 교통정보 시스템, 차량 및 도로 시스템 등으로 구분할 수 있다.

이러한 지능형 교통 시스템은 실시간으로 교통 정보의 수집 및 분배 처리를 통하여 다양한 서비스를 제공하기 위하여 전용 시스템을 구현하고 있으며, 일례로서 DSRC 시스템이 제시되어 있다.

상기 DSRC 시스템은 1대의 차량 단말기에서 여러 가지의 교통 서비스를 수용할 수 있고, 안정성 있는 데이터 채널 제공, 좁은 통신 영역내에서의 통신 및 무선 자원의 효율적 사용 등에 의해 고속패킷 통신을 제공하며, 음성 합성, 단문/이미지 표시, 키패드 입력장치, IC 카드 등을 위한 간단한 사용자 인터페이스를 제공하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기에 기술한 DSRC 시스템을 이용하여 유료 도로를 통과하는 차량 및 차종을 자동으로 인식하고 그에 따른 통행 요금을 차량을 정지시킴이 없이 자동으로 정산하는 교통정보 시스템에 있어서, ISP 서버와의 데이터 통신을 인터넷 또는 전용망으로 수행하도록 창안한 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템을 제공함에 목적이 있다.

도1은 본 발명의 실시예를 위한 통행 요금 정산 시스템의 구성도.

도2는 도1에서 DSRC 기지국의 상세 블록도.

도3은 본 발명에 따른 DSRC 시스템을 이용한 무선 인터넷서비스를 제공하기 위한 각 장치별 프로토콜 스택의 구조를 보인 예시도.

도4는 본 발명의 실시예에서 DSRC 프레임 구조를 보인 예시도.

도5는 도4에서 FCMS의 구조를 보인 예시도.

도6은 도4에서 MDS의 구조를 보인 예시도.

도7은 도4에서 ACTS의 구조를 보인 예시도.

도8은 TDMA/TDD 및 TDMA/FDD 방식의 프레임 구조를 보인 예시도.

도9는 도1에서 DSRC 기지국과 차량 단말기 간의 통신 절차를 보인 신호 흐름도.

도10은 기지국과 차량 단말기 간의 메시지 포맷을 보인 예시도.

도11은 인터넷 서비스를 위한 IP 데이터그램 포맷을 보인 예시도.

도12는 DSRC 방식의 인터넷 데이터 전송을 위한 IP 데이터르램 포맷을 보인 예시도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 **

110,140 : 안내표시기120,150 : 기지국

130 : 차종 감지기160 : 통과차량 감지기

170 : 차단기180 : 카메라

190 : 중앙처리 서버200 : 운용자 클라이언트

300 : 요금정산 서버

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 사용자 고유번호, 잔액 정보 등을 스마트 카드에 기록하고 그 기록 정보를 자체 전력 송출 기능을 이용하여 외부로 송출하는 요금정산(ETC ; Electronic Toll Collection)용 차량 단말기를 장착한 차량으로부터 통행 요금을 정산하는 교통정보 시스템에 있어서, 차량이 일정 범위 내에 진입하면 상기 차량 단말기와 통신을 수행하기 위한 기지국과, 상기 기지국과 이더넷으로 연결되어 상기 기지국으로부터 수신한 사용자 고유번호, 차량 정보, 진입 지점 및 잔액 정보를 진입,진출 지점에서 수신하여 요금을 산출한 후그 산출된 요금을 상기 기지국을 통해 차량 단말기와 통신하여 정산하고 상기 차량 단말기에서의 인터넷 서비스 요청에 따라 ISP 서버로 접속하여 해당 인터넷 서비스를 상기 기지국을 통해 상기 차량 단말기로 제공하는 중앙처리 서버와, 상기 중앙처리 서버와 인터넷 또는 전용망으로 연결되며 상기 중앙처리 서버로부터의 차량 정보를 수신하여 통행 요금을 산출하여 상기 중앙처리 서버로 전송하고 그 중앙처리 서버로부터 통행요금 인출 여부를 수신하여 정산하는 요금정산 서버를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 사용자 고유번호, 잔액 정보 등을 스마트 카드에 기록하고 그 기록 정보를 자체 전력 송출 기능을 이용하여 외부로 송출하는 요금정산(ETC ; Electronic Toll Collection)용 차량 단말기를 장착한 차량으로부터 통행 요금을 정산하는 교통정보 시스템에 있어서, 진입 차종을 감지하기 위한 차종 감지기와, 차량이 일정 범위 내에 진입하면 상기 차량 단말기와 통신을 수행하기 위한 제1,제2 기지국과, 상기 제1,제2 기지국과 이더넷으로 연결되어 상기 제1 기지국으로부터 수신한 사용자 고유번호, 차량 정보, 진입 지점 및 잔액 정보 그리고, 상기 차종 감지기에서 감지한 차종 정보를 수신하고 상기 제2 기지국으로부터 차량 정보(차종, 사용자 고유번호, 진입지점, 진출 지점)를 수신한 후 통행 요금을 상기 제2 기지국으로 전송하여 차량 단말기와의 통신으로 요금을 정산하고 상기 차량 단말기에서의 인터넷 서비스 요청에 따라 ISP 서버로 접속하여 해당 인터넷 서비스를 상기 기지국을 통해 상기 차량 단말기로 제공하는 중앙처리 서버와, 상기 중앙처리 서버와 이더넷으로 연결되어 상기 제1,제2 기지국의 동작 상태를 감시하거나 필요한 경우 운용 프로그램을 다운로드시키기 위한 운용자 클라이언트와, 상기 중앙처리 서버와 인터넷 또는 전용망으로 연결되며 상기 중앙처리 서버로부터의 차량 정보를 수신하여 통행 요금을 산출하여 상기 중앙처리 서버로 전송하고 그 중앙처리 서버로부터 통행요금 인출 여부를 수신하여 정산하는 요금정산 서버를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

상기에서 차량 진입 가능 여부를 표시하기 위한 제1 안내표시기와, 차량 진입시 잔고 및 불량 카드 여부 등을 표시하기 위한 제2 안내표시기를 더 구비하여 중앙처리 서버가 제어하도록 구성함을 특징으로 한다.

그리고, 본원 발명은 통과 차량을 감지하기 위한 통과차량 감지기와, 차량 단말기에 등록된 차종과 차종 감지기에서 감지한 차종이 일치하지 않거나 잔액이 부족하여 중앙처리 서버에서 위법 차량으로 판단한 경우 차량의 통행을 차단하기 위한 차단기와, 상기 통과차량 감지기가 감지한 차량 통과 시점을 기준으로 하여 결정된 촬영 시점에서 상기의 위법 차량을 촬영하기 위한 감시 카메라를 더 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

상기 제1,제2 기지국은 DSRC(Dedicated Short Range Communication) 기지국으로서, 차량에 장착된 차량 단말기와 최대 1Mbps의 고속으로 데이터를 전송할 수 있으며, 채널 활용 효과를 높이기 위해 TDMA 방식을 이용하여 하나의 주파수로 복수의 차량에 장착된 단말기와 동시에 통신이 가능하도록 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예를 위한 장치의 블럭도로서 이에 도시한 바와 같이, 진입 차종을 감지하기 위한 차종 감지기(130)와, 통과 차량을 감지하기 위한 통과차량 감지기(160)와, 차량이 일정 범위 내에 진입하면 차량에 장착된 차량 단말기와 통신을 수행하기 위한 제1,제2 기지국(120)(150)과, 통행요금 산출 및 정산을 위한 요금정산 서버(300)와, 상기 제1 기지국(120)으로부터 수신한 사용자 고유번호, 차량 정보, 진입 지점 및 잔액 정보 그리고, 상기 차종 감지기(130)에서 감지한 차종 정보를 내부 기억 장치에 저장하고 상기 제2 기지국(150)에서 수신되는 사용자 고유번호에 대해 해당 정보(사용자 고유번호, 차종, 진입지점)를 상기 요금정산 서버(300)로 전송하여 그 요금정산 서버(300)에서 산출한 통행 요금을 정산하도록 상기 제2 기지국(150)으로 전송하며 상기 제2 기지국(150)으로부터 차량 단말기에서의 통행요금 인출 여부를 수신하여 상기 요금정산 서버(300)로 전송하는 중앙처리 서버(190)와, 이 중앙처리 서버(190)의 제어에 의해 차량 진입(또는 진출) 가능 여부를 표시하기 위한 제1 안내표시기(110)와, 상기 중앙처리 서버(190)의 제어에 의해 통행 요금 정산시 카드 사용 가능 여부, 잔고 및 인출할 통행 요금 등을표시하기 위한 제2 안내표시기(140)와, 차량 단말기에 등록된 차종과 상기 차종 감지기(130)에서 감지한 차종이 일치하지 않거나 잔액이 부족하여 상기 중앙처리 서버(190)가 위법 차량으로 판단한 경우 차량의 통행을 차단하기 위한 차단기(170)와, 상기 중앙처리 서버(190)가 위법 차량으로 판단한 경우 상기 통과차량 감지기(160)가 감지한 차량 통과 시점을 기준으로 하여 결정된 촬영 시점에서 차량 및 운전자를 촬영하기 위한 카메라(180)와, 상기 중앙처리 서버(190)와 이더넷으로 연결되어 상기 제1,제2 기지국(120)(150)의 동작 상태를 감시하거나 필요한 경우 운용 프로그램을 다운로드시키기 위한 운용자 클라이언트(200)로 구성한다.

상기에서 제1,제2 안내표시기(110)(140), 제1,제2 기지국(120)(150), 차종 감지기(130), 통과차량 감지기(160), 차단기(170), 카메라(180) 및 중앙처리 서버(190)간은 이더넷 스위치로 접속되며, 각 기기들은 TCP/IP 프로토콜에 의해 통신한다.

상기에서 차량에 장착된 차량 단말기(ETC ; Electronic Toll Collection)는 사용자 고유번호, 잔액 정보 등을 스마트 카드에 기록하고 그 기록 정보를 자체 전력 송출 기능을 이용하여 외부로 송출하도록 구성한다.

상기 제1,제2 기지국(120,150)은 DSRC 기지국으로서, 차량 단말기와 최대 1Mbps의 고속으로 데이터를 전송할 수 있고 채널 설정 및 정보 교환 효과를 높이기 위해 TDMA/FDD 또는 TDMA/TDD 방식의 다중접속 방식의 프로토콜을 이용하여 하나의 주파수로 여러 차량 단말기와 동시에 통신이 가능함은 물론 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 밴드 주파수 및 저출력의 RF를 사용하여 근거리 통신을수행하도록 구성함을 특징으로 한다.

상기 제1,제2 기지국(120,150)은 도2의 상세 블록도에 도시한 바와 같이, 고주파부(410)와 제어부(420)를 일체화하여 구성한다.

상기 고주파부(410)는 송신 주파수를 방사하거나 주파수를 수신하는 안테나(411)와, ASK(Amplitude Sequence Keying) 변조된 신호를 정해진 무선 신호로 변환해 주는 업 컨버터(UP Converter)와 ASK 변조된 무선 신호를 복조가 가능한 ASK 신호로 변환하는 다운 컨버터(Down Converter)로 구성된 무선 변환부(RFC: RF Converter)(412)와, 데이터 신호를 ASK 변조 및 수신된 ASK 신호를 복조하는 ASK 모뎀(ASK MODEM)(413)과, 기지국의 동작 상태를 파악하기 위한 감지부(Sensor)(414)로 구성한다.

상기 제어부(420)는 연산 처리를 위한 CPU(421), CPU(421)로부터 생성된 데이터를 액티브 DSRC 프로토콜로 적합하게 통신 프레임을 형성하여 상기 ASK 모뎀(413)으로 출력하는 송신 FPGA(TX, 422a) 및 ASK 모뎀(413)로부터 복조된 신호를 CPU(421)가 필요한 데이터 만을 추출해 내는 수신 FPGA(RX, 422b)를 포함하는 매체접속제어 FPGA(field-programmable gate array)(422)와, 램(RAM)(423a) 및 피롬(PROM)(423b)로 이루어진 메모리(423)와, 상기 감지부(415)에 의해 감지된 신호를 CPU(421)에 전달하는 버퍼(424)와, 사용자에게 상태 및 동작을 알리기 위해 LCD 표시기(426a) 및 기지국의 상태를 사용자에게 알리는 LED(426b)로 이루어진 표시부(426)와, PC 또는 서버와 시리얼 통신하는 RS-232(427)와, 원거리에 있는 서버와 통신하기 위한 인터페이스부(428)로 구성한다.

상기 고주파부(410) 및 제어부(420)는 전원 공급부(415)를 공유하여 전원을 공급받고, 방열 패드(440)에 의해 내부에서 발생되는 열을 방열시켜 준다.

따라서, 상기와 같이 제1,제2 기지국(120,150)을 각기 구성함으로써 종래의 기술에서 고주파부및 제어부가 일정한 거리를 두고 서로 다른 위치에 설치되기 때문에 고주파부와 제어부 각각에 전원부 및 방열팬을 각각 구비하여야 하는 구성요소 추가의 문제를 해결할 수 있고 또한, 종래의 기술에서 원거리 통신을 위하여 고주파부와 제어부 각각에 RS422을 구비하여야 하는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 제어부에서 고주파부의 제어, 신호전달, 모니터링을 위해서 많은 케이블이 설치됨에 따른 선로 손실, 잡음 특성 저하 등의 문제를 해결할 수 있게 된다.

이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

제1,제2 기지국(120,150)은 무선 데이터정보를 송출하고 있다가 일정 범위 내에 차량 단말기를 장착한 차량이 진입하면 상기 차량 단말기와 TDMA/TDD 방식 또는 TDMA/FDD 방식의 다중접속 프로토콜을 이용하여 채널 설정 및 정보 교환을 수행하게 된다.

즉, 제1,제2 기지국(120,150)은 차량 단말기를 장착한 차량이 일정 범위 내로 진입하면 고주파부(410)가 안테나(411)를 통해 수신되는 신호를 무선 변환부(412)의 다운 컨버터에 의해 복조가 가능한 ASK 신호로 변환하고 상기 변환된 ASK 신호를 ASK 모뎀(413)을 통해서 복조한다.

상기 ASK 모뎀(413)에서 복조된 신호는 제어부(420)의 MAC FPGA(422)에 직접입력된다.

상기 MAC FPGA(422)는 ASK모뎀(413)에서 복조된 신호를 수신 FPGA(422b)로 수신하고 상기 수신 FPGA(422b)는 CPU(421)가 필요로 하는 데이터만을 추출하여 상기 CPU(421)로 전달한다.

상기 CPU(421)는 수신 데이터에 따라 차량 단말기의 모니터링 및 제어 동작을 위한 연산을 수행한다. 이때 메모리(423)의 램(423a) 및 피롬(423b)에 기록된 프로그램 및 파라미터를 이용하여 연산을 수행하며, 그 결과는 RS-232C(427) 및 인터페이스(Ethernet/ADSL/MODEM/PCS_Network)(428)를 통해 외부 서버 등에 전달한다.

그리고, 제어부(420)에서 차량 단말기로의 데이터 전달을 보면, CPU(421)에서 데이터가 생성되어 출력되고, MAC FPGA(422)의 송신 FPGA(422a)에서 상기 데이터를 ITS 액티브 근거리 무선통신 프로토콜에 적합하게 통신 프레임을 형성하여 출력한다.

상기 통신 프레임은 고주파부(410)의 ASK 모뎀(413)에 직접 입력되며, 상기 ASK 모뎀(413)은 상기 통신 프레임 데이터를 ASK 변조하여 무선 변환부(412)로 전달하고, 상기 무선 변환부(412)는 업 컨버터에서 ASK 변조된 무선 신호를 정해진 무선 신호로 변환해 주어 안테나(411)를 통해 송신 주파수로 차량 단말기로 방사한다.

그리고, 상기 고주파부(410)와 제어부(420)는 하나의 전원 공급부(415)로부터 전원을 공급받아 동작하게 되며, 케이스 내부에 설치되는 방열 패드(440)가 상기 내부 구성 부품들로부터 발생되는 열을 측면 케이스를 통해 효과적으로 방열한다.

이와 같이 고주파부(410)는 차량에 탑재된 차량 단말기와 주파수를 송수신하고, 커넥터(401)를 통해서 제어부(420)와 통신하여, 제어부(420)에서 상기 차량 단말과 통신하고, 일체화하여 기존에 상호 통신하기 위해 마련된 RS422를 제거할 수 있다. 또한 안테나(411)의 구조를 기판(PCB)를 이용한 패치 안테나로 할 수 있다.

또한, 상기 제1,제2 기지국(120,150)은 TDMA/FDD 또는 TDMA/TDD 방식의 다중접속 프로토콜을 이용하여 하나의 주파수로 최대 8개의 차량 단말기와 동시에 통신할 수 있다.

상기 TDMA 방식은 하나의 주파수를 여러 개의 타임 슬롯으로 분할하여 타임슬롯당 하나의 채널로 할당하여 사용할 수 있는 다중접속기법이다.

상기 TDD(Time Division Duplex) 방식은 하나의 주파수를 이용하여 시간축 상에서 송신 및 수신이 가능하도록 함으로써 양방향 통신을 할 수 있도록 하는 기술이다.

상기 FDD 방식은 DSRC 기지국과 차량 단말기가 양방향 통신을 할 때 서로 다른 주파수를 사용하여 송신 채널 및 수신 채널을 정해놓고 지정된 타임 슬롯을 사용하여 통신하는 방법이다.

DSRC 시스템에서 기지국과 차량 단말기 간의 메시지를 송수신하기 위한 DSRC 프레임은 도4의 예시도에 도시한 바와 같이, FCMS(Frame Control Message Slot), MDS(Message Data Slot) 및 ACTS(Activation Slot)를 구비하며, 이러한 DSRC 프레임을 사용하여 통신정보 방송, 채널요구, 채널할당, 데이터 전송 및 수신 정보 확인(ACK) 메시지를 전송하게 된다.

상기 FCMS(Frame Control Message Slot)은 도5의 예시도에 도시한 바와 같이, PR(Preamble), FSW(Frame Sync Word), SIG(Signaling), FID(Fixed equipment ID), FSI(Frame Structure ID), RLT(ReLease Timer ID), SC(Service Code), CI(Control Information of SCI), LID(Link ID), CRC(Cyclic Redundancy Check), GTS(Guard Time Start) 및 GTE(Guard Time End)로 이루어진다.

상기 FCMS는 각기 CI와 LID이루어지는 8개의 SCI(Slot Control ID)을 구비한다.

상기 MDS(Message Data Slot)은 도6의 예시도에 도시한 바와 같이, MDC와 ACKC로 이루어지며, 상기 MDC(Message Data Channel)는 PR(Preamble), CSW(Channel Sync Word), MAC(Medium Access Control), MSDU(MAC Service Data Unit), CRC(Cyclic Redundancy Check)으로 이루어지고 상기 ACKC(ACK Channel)은 PR(Preamble), CSW(Channel Sync Word), AI(Acknowledgement ID), CRC(Cyclic Redundancy Check)로 이루어진다.

상기 MDS와 ACKC 간에는 GT3(Guard Time 3)이 존재하며 ACKC 후단에는 GT4(Guard Time 4)이 존재한다.

상기 ACTS(Activation Slot)은 다수개의 ACTC(Activation Channel)으로 이루어지며 ACTC 사이에는 GT5(Guard Time 5)이 존재하고 마지막 ACTC 후단에는 GT6(Guard Time 6)이 존재한다.

그런데, DSRC 시스템에서 사용하는 TDMA/TDD 방식과 TDMA/FDD 방식의 프레임 구조는 도8(a)(b)의 예시도에 도시한 바와 같다.

본 발명의 실시예에서는 제1,제2 기지국(120,150)과 차량 단말기 간의 TDMA/FDD 통신 과정을 도9의 신호 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다.

TDMA/FDD 방식의 프레임 구조는 도8(b)의 예시도에 도시한 바와 같이, FCMS(Frame Control Message Slot), ACTS(Activation Slot) 및 MDS(Message Data Slot)를 구비하며 도9의 신호 흐름도는 상기 도8(b)에 도시한 프레임 구조를 사용하여 통신정보 방송, 채널요구, 채널할당, 데이터 전송 및 수신 정보 확인(ACK) 메시지를 전송하는 과정을 도시한 것이다.

이 과정을 간략히 설명하면, 제1,제2 기지국(120,150)에서 FCMS 타임 슬롯을 사용하여 통신채널사용에 관한 정보를 여러 차량 단말기를 위해 방송하면 상기 방송을 수신한 차량 단말기에서 채널 할당을 받기 위하여 상기 제1,제2 기지국(120,150)으로 채널 할당을 요청하고 이후, 상기 채널 요청에 대하여 제1,제2 기지국(120,150)에서 사용 가능한 채널인 타임슬롯을 선정하여 차량 단말기로 통보하고 이에 대하여 차량 단말기가 제1,제2 기지국(120,150)에서 정해준 타임 슬롯으로 데이터를 전송하며 이후, 차량 단말기에서 제1,제2 기지국(120,150)으로 전송한 데이터에 대하여 수신 확인(ACK or NACK)을 수행하게 된다.

즉, 상기 과정은 차량이 특정 지역의 진입/진출 또는 통과할 때 제1,제2 기지국(120,150)과 차량 단말기 간에 이루어진다.

그런데, DSRC 시스템에서 차량 단말기에 무선 인터넷 서비스를 제공하기 위한 각 장치별 프로토콜 스택의 구조는 도3의 예시도와 같다.

도3에서 차량 단말기(OBU)와 접속되어 있는 인터넷 가능 단말기(예로, 휴대용 컴퓨터 등)는 외부 에이전트(FA)에 있는 IP 서버로부터 인터넷 정보를 제공받을 수 있는 구조를 가지며, 도로변 기지국 장치(RSU)와 차량 단말기(OBU)간의 무선 인터페이스는 LLC 계층에서 인터넷 데이터를 전송하는 것이다.

이때, 차량 단말기에 인터넷 서비스를 제공하기 위하여 차량 단말기와 제1,제2 기지국간의 메시지 포맷은 도10의 예시도와 같다.

도10은 도7의 예시도에 도시한 MDC 내의 MSCU에 IP 데이터그램을 포함하여 전송하기 위한 메시지 포맷이다. 여기서, MSDU는 총65바이트로 구성되는데, 앞의 1바이트는 LLC(Logical Link Control)이 사용되고 뒤이은 64바이트는 IP 데이터그램을 전송하기 위하여 사용된다.

그리고, 인터네서 서비스를 제공하기 위한 IP 데이터그램은 반드시 도10의 메시지 포맷 형태를 유지하여야 한다. 이는 DSRC 무선구간에서 IP 데이터그램을 전송하기 위해서는 64바이트씩 분할(fragmentation)한 MSDU 앞에 LLC를 헤더로 포함하여 전송하여야 한다.

MDC에 있는 MAC에는 MSDU의 메시지 순서를 포함시켜 순차적으로 전송하게 되면 상대 장치 즉, 기지국 또는 차량 단말기에서는 이를 MAC에서 부여한 시퀀스(sequence) 번호를 해독하여 순차적으로 메모리에 저장하고 이를 다시 TCP/IP 통신 프로토콜에 의해 전송하는 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에서 인터넷 서비스를 제공하는 경우 차량 단말기에는노트북과 같은 인터넷 가능 단말기가 접속되어 TCP/IP 통신 프로토콜에 의한 통신을 하게 되며 DSRC 서버와 ISP(Internet Service Provider) 사이에는 이더넷 접속을 위한 TCP/IP 통신 프로토콜에 의해 인터넷 통신을 수행하는 것이다.

다시 말해서, 인터넷 서버(ISP)와 인터넷 가능 단말기 간에는 인터넷 서비스를 위한 프로토콜 스택이 구축되어야 하며 상기 인터넷 서버(ISP)와 인터넷 가능 단말기 사이에 존재하는 IP 서버, 기지국(RSU) 및 단말기(OBU)는 IP 데이터를 통과시키는 방식으로 통신한다.

또한, 상기와 같은 방식으로 인터넷 서비스를위한 IP 데이터그램은 도11의 예시도와 같다. 따라서, DSRC 무선 통신 상에서는 인터넷 데이터 전송을 위한 IP 데이터포맷은 도12의 예시도에 도시한 바와 같이, 64바이트씩 분할하여 전송하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 제1,제2 기지국(120,150)과 차량 단말기를 이용하여 요금을 정산하는 과정을 설명하기로 하며, 이 과정은 다음과 같다.

우선, 차량에 장착된 차량 단말기와 제1,제2 기지국(120)(150)간의 통신 접속 과정을 설명하기로 한다.

차량 단말기를 장착한 차량이 제1,제2 기지국(120/150)의 통신 범위 내로 진입하면 상기 차량 단말기는 상기 제1,제2 기지국(120/150)에서 송출되는 ETC 방송 신호를 수신하고 그 ETC 방송 신호를 분석하여 사용 가능한 채널을 상기 제1,제2 기지국(120/150)으로 요청한다.

상기 제1,제2 기지국(120/150)은 차량 단말기로 사용 가능한 채널 정보를 전송하며 상기 차량 단말기는 스마트 카드에 기록되어 있는 등록 정보(고유등록번호 포함)를 상기 제1,제2 기지국(120/150)으로 전송한다.

이 경우, 제1,제2 기지국(120/150)은 차량 관련 정보를 수신한 후 정상적으로 수신되었는지를 차량 단말기로 전송하며 상기 차량 단말기는 차량 점검 데이터의 전송 이력을 저장하여 동일 지역에서 동일한 데이터를 중복 전송하지 않도록 한다.

상기 제1,제2 기지국(120/150)은 차량 단말기의 등록 정보를 확인하기 위해 이 정보를 이더넷 스위치를 경유하여 중앙 처리 서버(190)로 전송한다.

상기 중앙 처리 서버(190)는 제1,제2 기지국(120/150)에서의 차량 단말기에 대한 등록 정보 확인 요청에 대해 인증을 수행하고 사용 가능 여부를 상기 제1,제2 기지국(120/150)으로 전송한다.

따라서, 차량 단말기가 사용 가능으로 인증된 경우 제1,제2 기지국(120/150)은 상기 차량 단말기와 양방향 통신을 수행하면서 차량 단말기로부터 수집한 차량 관련 정보를 이더넷 스위치를 경유하여 중앙 처리 서버(190)로 전송함으로써 사용자에게 서비스를 제공하게 된다.

그리고, 본 발명의 실시예에서의 통행 요금을 정산하는 과정을 진입로측과 진출로측으로 구분하여 설명하기로 한다.

우선, 진입로측의 동작을 설명하면, 차량 단말기를 장착한 차량이 도로에 진입하면서 제1 기지국(120)으로부터 소정 통신 범위 내로 진입하여 상기 차량 단말기가 상기 제1 기지국(120)으로부터 송출되는 신호를 감지하면 상기 차량 단말기는등록된 사용자 고유 번호, 차량 정보(예로, 차종) 및 스마트 카드에 기록되어 있는 잔액 정보를 상기 제1 기지국(120)으로 송출하게 된다.

상기 제1 기지국(120)는 현재 도로에 진입중인 차량에 장착된 차량 단말기로부터 수신한 사용자 고유 번호, 차량 정보 및 잔액 정보를 중앙처리 서버(190)로 전송한다.

상기 중앙처리 서버(190)는 제1 안내표시기(100)에 '어서 오십시요.' 또는 '안녕하세요?' 등의 문자를 표시하여 도로 진입을 허용하면서 차종 감지기(130)로 진입 차량의 차종을 감지하도록 하는 명령을 전송하게 된다.

상기 중앙처리 서버(190)는 제1 기지국(120)에서 전송된 정보를 분석하고 그 분석 결과에 의한 차종과 차종 감지기(130)에서 감지한 차종이 일치하는지 비교하게 된다.

즉, 중앙처리 서버(190)는 차종 감지기(130)에서 감지한 진입 차량의 차종과 제1 기지국(120)에서 전송되어온 차량 정보 내의 차종(차량 단말기에 등록된 차종)을 비교하여 위법 차량 여부를 판별하게 된다.

상기 중앙처리 서버(190)는 차종 정보의 비교 결과가 일치하는 경우 차량 단말기에 실장되어 있는 스마트 카드의 잔고 및 불량 카드 여부 등을 제2 안내표시기(140)에 표시하여 운전자에게 알리게 된다.

여기서, 차량의 이용 상태 즉, 스마트 카드의 잔고 및 불량 카드 여부 등의 정보는 차량 단말기로 전송하여 엘씨디(LCD) 또는 엘이디(LED) 등의 디스플레이 장치에 표시함으로써 사용자가 간편하게 알 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 중앙처리 서버(190)는 진입 차량(200)에 대한 사용자 고유번호, 차종, 진입지점(유료 도로가 고속도로와 같이 복수의 진입로와 복수의 진출로가 있는 경우) 및 위법 차량 여부 등의 정보를 내부의 기억장치에 저장하게 된다.

또한, 진출로측에서의 동작을 설명하면, 차량 단말기를 장착한 차량이 제2 기지국(150)으로부터 송출되는 신호를 감지하면 상기 차량 단말기는 등록된 사용자 고유 번호, 차량 정보(예로, 차종) 및 스마트 카드에 기록되어 있는 잔액 정보를 상기 제2 기지국(120)으로 송출하게 된다.

상기 제2 기지국(150)은 소정 통신 범위 내로 진입한 차량의 차량 단말기에서 송출되는 사용자 고유번호 및 잔액 정보를 수신하여 중앙처리 서버(190)로 전송하게 된다.

상기 중앙처리 서버(190)는 제2 기지국(150)에서 전송된 사용자 고유번호와 일치하는 사용자 고유번호에 대응하는 차량 정보(사용자 번호, 차종, 진입지점, 진출지점)를 인터넷(310) 또는 전용망(320)을 통해 요금정산 서버(300)로 전송한다.

상기 요금정산 서버(300)는 중앙처리 서버(190)에서 수신된 차량 정보를 이용하여 해당 차량의 통행 요금을 산출한 후 상기 중앙처리 서버(190)로 전송한다.

상기 중앙처리 서버(190)는 요금정산 서버(300)로부터 수신한 통행 요금을 사용자 고유번호와 함께 제2 기지국(150)으로 전송하게 된다.

상기 제2 기지국(150)은 차량에 장착된 차량 단말기로 인출 금액 정보를 전송한다.

상기 제2 기지국으로부터 인출 금액 정보를 수신한 상기 차량 단말기는 자신의 정보인지를 인증한 후 스마트 카드에서 상기 제2 기지국(150)에서 전송되어온 인출 정보를 근거로 통행 요금을 인출하고 아울러 엘씨디(LCD) 또는 엘이디(LED) 등의 디스플레이 장치에 인출 정보를 표시하여 운전자에게 알리면서 통행 요금이 정상적으로 인출되었음을 상기 제2 기지국(150)으로 알리게 된다.

상기 제2 기지국은 차량 정산용 단말기에서 통행 요금이 정상적으로 인출되었음을 중앙처리 서버(190)로 전송하게 된다.

상기 중앙처리 서버(190)는 요금정산 서버(190)와 인터넷(310) 또는 전용망(320)을 통해 연결되어 가입자에 관한 정보 데이터를 전송하며, 도로에서 진출하는 차량에 대한 통행 요금의 인출인 경우에는 상기 요금정산 서버(190)로 해당 차량 단말기에 실장되어 있는 스마트 카드에서 통행 요금이 인출되었음을 알리게 된다.

여기서, 중앙처리 서버(190)와 요금정산 서버(300)간은 인터넷 또는 전용망으로 연결하여 통신선로의 이중화에 의해 신뢰성을 향상시키게 된다.

그런데, 상기에서 중앙처리 서버(190)가 차종 감지기(130)에서 감지한 차종 정보와 제1 기지국(120)에서 전송되어온 차량 단말기에 등록된 차량 정보를 비교할 때 위법 상태(예로, 등록 차종 정보와 상기 차종 감지기(130)에서 감지한 차종이 일치하지 않거나, 스마트 카드에 저장되어 있는 잔액이 통행 요금을 정산하기에는 부족한 경우)로 판단할 수 있다.

이 경우, 중앙처리 서버(190)는 제2 기지국(150)으로부터 수신되는 사용자 고유번호를 진입로측에서 수신된 사용자 고유번호와 비교하고 위법 차량의 사용자고유번호로 판단되면 차단기(170) 및 카메라(180)로 구동 명령을 전송하게 된다.

이에 따라, 차단기(170)가 작동하여 차량의 통과를 차단하며 카메라(180)는 차량 및 그 차량에 탑승한 운전자를 촬영하게 된다.

여기서, 카메라(180)는 통과 차량 감지기(160)에서 차량 통과를 감지한 시점을 기준으로 한 촬영 시점 결정 데이터를 수신한 후 위법 차량을 촬영하게 되며, 상기의 동작을 촬영한 영상 데이터를 중앙처리 서버(190)로 전송하여 저장 매체에 기록시키게 된다.

그리고, 운전자가 차량 단말기를 이용하여 인터넷 서비스를 요구한 경우 요구 메시지는 제1 또는 제2 기지국(120 또는 150)을 통해 중앙처리 서버(190)으로 전송되고 그 중앙처리 서버(190)이 인터넷(310)에 연결되어 있는 ISP 서버로 접속한 후 이를 제1 또는 제2 기지국(120 또는 150)을 통해 차량 단말기를 접속시키게 된다.

이에 따라, 운전자는 차량 단말기를 이용하여 원하는 정보를 검색하게 된다.

여기서, 차량 단말기와 제1 또는 제2 기지국(120 또는 150) 간의 데이터 전송은 도10 내지 도12의 예시도에 도시한 바와 같이 64바이트씩 분할하여 송수신하게 된다.

한편, 운용자 클라이언트(200)는 이더넷(Ethernet)으로 연결되어 있는 중앙처리 서버(190)를 통해 제1,제2 기지국(120)(150)의 동작 상태를 감시하거나 제어할 수 있으며, 필요한 경우 운용 프로그램을 원격지에서 상기 제1,제2 기지국(120)(150)으로 다운로드시킬 수 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유료 도로에서 통과 차량을 정지시킴이 없이 통행 요금을 징수하기 위하여 중앙처리 서버에 연결되는 각 기기들을 이더넷으로 연결하고 상기 중앙처리 서버와 요금정산 서버간을 전용선 또는 인터넷으로 이중화함으로써 데이터 송수신의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이러한 본 발명은 유료 도로에서 통과 차량을 정지시킴이 없이 통행 요금을 징수할 수 있으므로 운전자에게 편리함을 제공함은 물론 통행 요금 징수를 위하여 차량 지체에 따른 유류 자원의 낭비, 물류 비용의 증가 및 도로 효율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 통행 요금 정산 내용을 표시함으로써 운전자가 잔고 내용을 쉽게 확인할 수 있음 뿐만 아니라 정산 결과의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims

사용자 고유번호, 잔액 정보 등을 스마트 카드에 기록하고 그 기록 정보를 자체 전력 송출 기능을 이용하여 외부로 송출하는 요금정산(ETC ; Electronic Toll Collection)용 차량 단말기를 장착한 차량으로부터 통행 요금을 정산하는 교통정보 시스템에 있어서, 차량이 일정 범위 내에 진입하면 상기 차량 단말기와 통신을 수행하기 위한 기지국과, 상기 기지국과 이더넷으로 연결되어 상기 기지국으로부터 수신한 사용자 고유번호, 차량 정보, 진입 지점 및 잔액 정보를 진입,진출 지점에서 수신하여 요금을 산출한 후그 산출된 요금을 상기 기지국을 통해 차량 단말기와 통신하여 정산하고 상기 차량 단말기에서의 인터넷 서비스 요청에 따라 ISP 서버로 접속하여 해당 인터넷 서비스를 상기 기지국을 통해 상기 차량 단말기로 제공하는 중앙처리 서버와, 상기 중앙처리 서버와 인터넷 또는 전용망으로 연결되며 상기 중앙처리 서버로부터의 차량 정보를 수신하여 통행 요금을 산출하여 상기 중앙처리 서버로 전송하고 그 중앙처리 서버로부터 통행요금 인출 여부를 수신하여 정산하는 요금정산 서버를 구비하여 구성함을 특징으로 하는 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템.
사용자 고유번호, 잔액 정보 등을 스마트 카드에 기록하고 그 기록 정보를 자체 전력 송출 기능을 이용하여 외부로 송출하는 차량 단말기(ETC ; Electronic Toll Collection)를 장착한 차량으로부터 통행 요금을 정산하는 통행 요금 정산 장치에 있어서, 진입 차종을 감지하기 위한 차종 감지기와, 차량이 일정 범위 내에 진입하면 상기 차량 단말기와 통신을 수행하기 위한 제1,제2 기지국과, 상기 제1 기지국으로부터 수신한 사용자 고유번호, 차량 정보, 진입 지점 및 잔액 정보 그리고, 상기 차종 감지기에서 감지한 차종 정보를 수신하고 상기 제2 기지국으로부터 차량 정보(차종, 사용자 고유번호, 진입지점, 진출 지점)를 수신한 후 통행 요금을 상기 제2 기지국으로 전송하여 차량 단말기와의 통신으로 요금을 정산하고 상기 차량 단말기에서의 인터넷 서비스 요청에 따라 ISP 서버로 접속하여 해당 인터넷 서비스를 상기 기지국을 통해 상기 차량 단말기로 제공하는 중앙처리 서버와, 차량 진입시 상기 중앙처리 서버의 제어에 의해 잔고 및 불량 카드 여부 등을 표시하기 위한 제2 안내표시기를 이더넷으로 연결하고, 상기 중앙처리 서버에 연결되어 상기 제1,제2 기지국의 동작 상태를 감시하거나 필요한 경우 운용 프로그램을 다운로드시키기 위한 운용자 클라이언트를 상기 중앙처리 서버와 이더넷으로 연결하며, 상기 중앙처리 서버로부터의 차량 정보를 수신하여 통행 요금을 산출하여 상기 중앙처리 서버로 전송하고 그 중앙처리 서버로부터 통행요금 인출 여부를 수신하여 정산하기 위한 요금정산 서버를 상기 중앙처리 서버와 인터넷 또는 전용선으로 연결하여 구성함을 특징으로 하는 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 중앙처리 서버에서 판단한 위법 차량의 통행을 차단하기 위한 차단기를 더 구비하여 상기 중앙처리 서버와 이더넷으로 연결하여 구성함을 특징으로 하는 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 위법 차량을 촬영하기 위한 카메라를 더 구비하여 상기 중앙처리 서버와 이더넷으로 연결하여 구성함을 특징으로 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템.
제4항에 있어서, 카메라의 촬영 시점을 결정하기 위하여 통과 차량을 감지하기 위한 통과차량 감지기를 포함하여 중앙처리 서버와 이더넷으로 연결하여 구성함을 특징으로 하는 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 인터넷 서비스를 제공하는 경우 기지국과 차량 단말기 간의 인터넷 서비스를 위한 IP 데이터그램은 DSRC 방식에 맞도록 소정 바이트씩 분할하여 전송하는 것을 특징으로 근거리 무선전용 통신을 이용한 데이터 통신 시스템.