KR20220031442A - V2x 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법 - Google Patents

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KR20220031442A
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vehicle terminal
wireless communication
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박준연
오석훈
박지훈
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현대자동차주식회사
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Abstract

V2X 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 생산공장의 모빌리티 운영을 지원하는 V2X(Vehicle to Everything) 메쉬 네트워크 시스템은, 생산공장 내 복수로 배치되어 인프라 설비와 I2I(Infra-to-Infra) 무선통신을 연결하고 자율주행 차량에 탑재된 차량 단말기(On Board Unit, OBU)와 V2I(Vehicle-to-Infra) 무선통신을 연결하여 V2X 메쉬 네트워크를 구성하는 중계기(Road Side Unit, RSU) 및 상기 V2X 메쉬 네트워크를 통해 상기 중계기와 차량의 운용상태를 중앙에서 관제하는 관제 서버를 포함한다.

Description

V2X 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법{V2X MESH NETWORK SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 V2X 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생산공장의 모빌리티 운영을 지원하는 사설 V2X 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 생산공장 내에서는 무선 설비 운영을 위하여 비면허 대역의 무선랜(WiFi) 또는 유료 통신사망(LTE, 5G 등)을 활용하여 데이터를 송수신하고 있다.
종래 무선랜(WiFi)의 경우 채널 간섭으로 통신 끊김이나 오류 발생하고, 통신사망은 회선 이용 시 고정 통신비용이 발생하며 내/외부망 차단이 불가능하여 보완에 취약한 문제점이 있다.
한편, 최근 생산공장 내 모빌리티 운영 설비 적용 확대에 따른 고신뢰성 및 별도의 통신비용이 없는 V2X(Vehicle to Everything) 사설 전용 네트워크 구축이 요구되고 있다.
도 7은 종래의 다양한 V2X 네트워크 구축 방식을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 종래 V2X 네트워크는 중계기(Infrastructure) 기반 단일 토폴로지 방식(A)과 애드혹(Ad-hoc) 기반의 스타토폴로지 메쉬 방식(B)으로 구축될 수 있다.
먼저, 중계기 기반 방식(A)의 경우 중계기 설치 지점마다 중앙 서버와 유선 네트워크를 연결하기 위한 설치 공사와 포설 작업이 요구되어 초기 구축 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 케이블 단선이나 장애 발생 시 그 위치파악이 어렵고 굴착공사 관로/맨홀 포설 등으로 인해 유지보수 시간과 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 애드혹 기반 방식(B)의 경우 모빌리티(차량)의 이동성 및 유동성으로 인하여 네트워크 구성이 실시간으로 변동이 되어 신뢰적 통신 구현이 어렵고 영상 등의 대용량 데이터 전송에 한계가 있는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이종 V2X 모듈을 탑재한 중계기를 통해 사설 메쉬 네트워크를 구성하여 인프라간 무선통신(I2I) 및 차량간 무선 통신(V2I)을 동시에 지원하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 생산공장의 모빌리티 운영을 지원하는 V2X(Vehicle to Everything) 메쉬 네트워크 시스템은, 생산공장 내 복수로 배치되어 인프라 설비와 I2I(Infra-to-Infra) 무선통신을 연결하고, 자율주행 차량에 탑재된 차량 단말기(On Board Unit, OBU)와 V2I(Vehicle-to-Infra) 무선통신을 연결하여 V2X 메쉬 네트워크를 구성하는 중계기(Road Side Unit, RSU); 및 상기 V2X 메쉬 네트워크를 통해 상기 중계기와 차량의 운용상태를 중앙에서 관제하는 관제 서버;를 포함한다.
또한, 상기 차량 단말기는 통합 안테나를 통해 V2X 통신 데이터를 송수신하고 GNSS(Global Navigation Satellite System) 기반 차량 위치정보를 측정할 수 있다.
또한, 상기 중계기는 본체의 상부에 복수로 설치되며, 사설 메쉬 네트워크 구축을 위한 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 기반 I2I 통신 모듈에 연결되어 타 중계기간 데이터를 송수신하는 I2I 안테나; 상기 본체의 하부에 복수로 설치되며, 상기 WAVE 기반 V2I 통신 모듈에 연결되어 상기 차량 단말기와 데이터를 송수신하는 V2I 안테나; GNSS 모듈과 연결되어 차량 위치정보를 측정을 위한 위성신호를 수신하는 GNSS 안테나; AC 전원을 상기 중계기의 동작에 필요한 DC 전원으로 변환하여 공급하는 전원공급 모듈; 외부의 유지보수 장비와 연결되어 펌웨어 업그레이드, 소프트웨어 변경 및 환경설정 중 적어도 하나를 제공하는 외부인터페이스 모듈; V2X 무선통신으로 연결된 상기 차량 단말기와 관제 서버 간에 송수신되는 데이터를 중계하는 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 I2I 안테나와 I2I 안테나는 상기 I2I 무선통신 및 V2I 무선통신 방식에 따른 채널 별 방사패턴을 서로 다르게 설정할 수 있다.
또한, 상기 I2I 안테나는 지상으로부터 일정 높이의 수평방향으로 배치된 다른 중계기를 지향하여 상기 수평방향으로 상대적 상하 폭이 좁은 방사패턴을 형성하고, 상기 V2I 안테나는 지상의 하측방향을 지향하여 상기 I2I 안테나에 비해 상대적 상하 폭이 넓은 방사패턴을 형성할 수 있다.
또한, 상기 GNSS 모듈은 GPS, GLONASS 및 Galileo 중 하나 이상의 위성신호의 멀티밴드(L1/L2)를 수신하고, RTK(Real Time Kinematic) 지원으로 오차가 보정된 고정밀 위치정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 GNSS 모듈은 상기 중계기의 고정된 절대좌표를 기준으로 고정밀 RTK-GNSS 기반 측위 오차보정정보(Radio Technical Commission Marine, RTCM)를 생성하여 상기 차량 단말기로 제공할 수 있다.
또한, 지정된 메인(Main) 중계기에 설치된 상기 GNSS 모듈은 상기 측위 오차보정정보(RTCM)를 주변의 서브 중계기와 공유하여 각각 연결된 차량 단말기로 제공할 수 있다.
또한, 상기 차량 단말기는 상기 차량 위치정보를 상기 측위 오차보정정보(RTCM)로 보정할 수 있다.
또한, 상기 외부인터페이스 모듈은 도로 인프라에 설치 운용되는 감시 카메라, 레이더, 라이다, 온도센서, 적외선 센서 및 자이로 센서 중 적어도 하나의 탐지 장비를 연결할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은 상기 V2I 통신 모듈을 통해 고유 중계기-ID(RSU-ID)를 커버리지 영역에 브로드캐스팅하여 영역 내에서 시동 온(ON) 되거나 진입된 상기 차량 단말기와 V2I 무선통신을 연결할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은 차량 단말기의 연결 시 MAC 주소를 수신하여 라우팅 테이블에 업데이트하고, 업데이트된 상기 라우팅 테이블을 주변의 다른 중계기와 상기 I2I 무선통신으로 공유할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은 이웃하는 다른 중계기와의 커버리지 중첩영역에서 자신의 커버리지 영역으로 진입하거나 진출하는 상기 차량 단말기의 요청에 따른 핸드오버를 제어하고, 그에 따라 추가 또는 삭제되는 라우팅 테이블을 상기 다른 중계기와 공유할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은 상기 차량 단말기에 부여된 MAC 주소의 유효성 정보와 암호화 정보를 상기 관제 서버로부터 수신하여 저장하고, 이를 기반으로 정상 인가된 차량 단말기에 대해서만 V2I 통신을 연결할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 생산공장 내 복수로 배치되어 V2X(Vehicle to Everything) 메쉬 네트워크를 구성하는 중계기의 운영 방법은, a) 중계기가 커버리지 영역에 존재하는 차량 단말기의 연결요청에 따른 MAC 주소를 수신하여 V2I(Vehicle-to-Infra) 무선통신을 연결하는 단계; b) 상기 MAC 주소를 라우팅 테이블에 추가 업데이트하고 I2I(Infra-to-Infra) 무선통신으로 연결된 다른 중계기에 상기 라우팅 테이블을 공유하는 단계; c) 고정된 절대좌표를 기준으로 생성된 RTK-GNSS 기반 측위 오차보정정보(Radio Technical Commission Marine, RTCM)를 상기 차량 단말기로 제공하는 단계; 및 d) 상기 차량 단말기가 이웃하는 다른 중계기로 핸드오버 되면 상기 MAC 주소를 라우팅 테이블에 삭제하고 연결을 종료하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 a) 단계 이전에, 상기 차량 단말기의 접속을 위한 고유 중계기-ID를 상기 커버리지 영역에 브로드캐스팅 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 a) 단계는, 상기 MAC 주소의 유효성 및 암호화 상태를 확인하여 유효성이 인증되지 않으면 연결대기 후 관제 서버로 알람하거나 정상적으로 유효성 인증에 성공하면 상기 MAC 주소를 통한 상기 V2I 무선통신을 연결 하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 V2I 무선통신으로 연결된 상기 차량 단말기와 상기 I2I 무선통신으로 연결된 관제 서버간의 송수신되는 데이터를 중계하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 관제 서버의 자율주행 제어를 위한 데이터를 상기 차량 단말기로 전송하거나 상기 차량 단말기에서 카메라로 촬영된 차량의 주행 영상데이터, 차량의 자율주행 센서부 및 주행 제어부의 동작 상태정보를 수집하여 상기 관제 서버로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 다른 중계기에서 수신된 라우팅 테이블을 분석하여 자신의 라우팅 테이블에 저장된 상기 차량 단말기의 MAC 주소가 확인되면 핸드오버된 것으로 파악하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 생산공장 내 중계기(RSU) 간 I2I 연결을 통해 무선 메쉬 네트워크를 구축함으로써 인프라 설비의 초기 투자 비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있고 확장성이 용이한 효과가 있다.
또한, 통신사와 관계 없이 생산공장 내 사설 메쉬 네트워크를 구축함으로써 통신비용 부담 없이 모빌리티 운용대수를 증가시킬 수 있으며 외부의 비인가 단말기의 접속을 원천적으로 차단하여 보안을 강화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 중계기(RSU)에 인프라간 I2I 통신 전용 안테나와 차량 단말기(OBU)와의 V2I 통신 전용 안테나를 다르게 설계하여 채널 간섭을 줄이고 신뢰성 있는 통신을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크의 중계기와 차량의 상세 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 I2I 안테나와 V2I 안테나의 채널 별 방사패턴을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7은 종래의 다양한 V2X 네트워크 구축 방식을 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크의 중계기와 차량의 상세 구성을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크 시스템은 생산공장에 운용되는 모빌리티(이하, 차량이라 명명함)에 탑재되는 차량 단말기(On Board Unit, OBU)(10), 중계기(Road Side Unit, RSU)(20) 및 관제 서버(30)를 포함한다. 생산공장은 다수의 소규모 스마트팩토리(Smart Factory)와 작업장으로 구성되어 각 구간을 연결하는 도로에 배치된 복수의 중계기(20)와 관제 서버(30)가 V2X 무선통신 네트워크를 구축한다.
차량 단말기(10)는 V2X 통신을 통해 데이터를 송수신하며 차량의 자율주행을 제어한다.
차량 단말기(10)는 통합 안테나(11)를 통해 V2X 통신 데이터를 송수신하고, GNSS(Global Navigation Satellite System) 기반 차량 위치정보를 측정할 수 있다. 상기 V2X 통신은 차량과 인프라간 통신(V2I), 차량간 통신(Vehicle-to-Vehicle, V2V), 차량과 모바일 기기가 통신(Vehicle-to-Nomadic Devices, V2N) 및 인프라간 통신 I2I(Infra-to-Infra) 등을 포함한다. 그러므로, 이하 설명에서는 본 발명의 목적상 차량 단말기(10)가 중계기(20)와 V2I 통신으로 연결되는 것을 위주로 설명하겠으나 이에 한정되지 않으며 V2V 및 V2N 통신으로 연결될 수 있다.
또한, 차량 단말기(10)는 인터페이스를 통해 차량의 자율주행을 위해 주변을 감시하는 센서부(12) 및 주행상태를 제어하는 제어부(13)와 연동될 수 있다.
센서부(12)는 카메라, 레이더, 라이다, 초음파 센서 및 위치측정센서(GNSS/GPS) 등을 포함할 수 있다.
제어부(13)는 전자식 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 전자식 제동 제어기 ECS(Electronic Control Suspension)/ ESC(Electronic Stability Control) 및 전자식 조향 제어기(Motor Driven Power Steering, MDPS) 등을 포함할 수 있다. 상기 센서부(12)와 제어부(13)는 공지된 기술을 활용할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.
중계기(20)는 생산공장 내 복수로 배치되어 V2X(Vehicle to Everything) 통신 기반 사설 네트워크를 구축하고, 차량 단말기(10)와 관제 서버(30)의 무선통신을 중계한다. 여기서, 중계기(20)는 본 발명의 기술분야에 널리 사용되는 RSU라 명명될 수 있으며, 그 밖에 기지국(Base Station, BS), 접근점(Access Point, AP) 및 무선 접근국(Radio Access Station, RAS) 등으로 명명될 수 있다.
구체적으로, 중계기(20)는 이종 V2X 모듈을 탑재하여 이웃하는 인프라 설비와 I2I(Infra-to-Infra) 무선통신로 연결되는 완전 메쉬형(full-mesh) 네트워크를 구성한다. 여기에, 중계기(20)는 차량 단말기(10)와 V2I(Vehicle-to-Infra) 무선통신으로 연결된 단일 토폴로지를 구성함으로써 무선통신을 기반으로 사내 사설망(Local Private Network)에 최적화된 V2X 통신망 구축할 수 있다.
또한, 도 1에서와 같이 관제 서버(30)와 인접한 제1 중계기(20#1)와 유선연결이 용이한 경우 유선연결을 통한 부분 메쉬형(partial-mesh) 네트워크를 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 중계기(20)는 I2I 안테나(21a), I2I 통신 모듈(21b), V2I 안테나(22a), V2I 통신 모듈(22b), GNSS 안테나(23a), GNSS 모듈(23b), 전원공급 모듈(24), 외부인터페이스 모듈(25), 제어 모듈(26) 및 본체(27)를 포함한다.
I2I 안테나(21a)는 본체(27)의 상부에 복수로 설치되며, 사설 메쉬 네트워크 구축을 위한 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 기반 I2I 통신 모듈(21b)에 연결되어 타 중계기(20)간 I2I 데이터를 송수신한다.
V2I 안테나(22a)는 본체(27)의 하부에 복수로 설치되며, 사설 메쉬 네트워크 구축을 위한 WAVE 기반 V2I 통신 모듈(22b)에 연결되어 차량 단말기(10)와 V2I 데이터를 송수신한다. 이러한 중계기(20)의 V2X 통신은 일반적인 통신사의 LTE/5G 기반 V2X 통신방식과 차별된다.
중계기(20)는 I2I 및 V2I 통신간 무선 간섭 방지를 위하여 사용 구간별 채널 및 안테나를 분리하여 I2I 전용 안테나 및 V2I 전용 안테나로 설계 및 제작된다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 I2I 안테나와 V2I 안테나의 채널 별 방사패턴을 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 I2I 안테나(21a)와 V2I 안테나(22a)는 본체(27)의 상반된 위치에 설치되며 I2I 또는 V2I 통신 방식에 따른 채널 별 방사패턴을 서로 다르게 설정한다.
중계기(20)는 하나의 본체에 동일한 V2X 모듈을 통해 I2I 및 V2I 통신 모듈을 구현하는바 이종 무선통신에 따른 채널 별 간섭을 최소화 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 중계기(20)의 본체(27)는 가로등, 신호등과 같은 도로 인프라 설비에 지상으로부터 일정 높이(예; 2M)의 수평방향으로 일정 간격(예; 400M)을 두고 나란히 배치될 수 있다(도 1, 도 2 참조).
그러므로, 본체(27)의 상부에 설치되는 I2I 안테나(21a)는 이웃한 중계기(20)를 지향하여 수평방향으로 상대적 상하 폭이 좁은 방사패턴을 형성하도록 한다.
그리고, 본체(27)의 하부에 설치되는 V2I 안테나(22a)는 지상을 지향하여 하측방향으로 상대적 상하 폭이 넓은 방사패턴을 형성하도록 한다.
이로써, I2I 안테나(21a)와 V2I 안테나(22a)는 서로 지향하는 목적에 따라 서로 다른 방사패턴이 적용되어 신호의 간섭을 최소화 하고 효율적으로 데이터를 송수신할 수 있는 효과를 가진다.
GNSS 안테나(23a)는 GNSS 모듈(23b)과 연결되어 차량 위치정보를 측정을 위한 위성신호를 수신한다. 상기 위성신호는 GPS, GLONASS 및 Galileo 등일 수 있다.
GNSS 모듈(23b)은 멀티밴드(L1/L2)의 위성신호)를 수신하고, RTK(Real Time Kinematic) 지원으로 고정밀 위치정보를 획득할 수 있다.
차량 단말기(10)은 GNSS/GPS 기반 차량 위치정보를 측정하여 차량의 자율주행을 제어한다. 그러나 상기 차량 위치정보에는 우주대기 이온층, 위성 궤도 오차, 대류층 굴절 등으로 인한 거리 오차가 존재하여 안전한 자율주행을 위해서는 보정이 필요하다.
이에, GNSS 모듈(23b)은 중계기(20)의 고정된 절대좌표를 기준으로 고정밀 RTK-GNSS 기반 측위 오차보정정보(Radio Technical Commission Marine, RTCM)를 생성하여 상기 차량 단말기(10)로 제공하는 측위 보정 기능을 지원한다.
도 2를 참조하면, 지정된 하나의 메인(Main) 중계기(20#1)가 상기 측위 오차보정정보(RTCM)를 생성하고, 그 메시지를 주변의 서브 중계기(20#2, 20#3)로 공유하여 각각 연결된 차량 단말기(10)로 제공할 수 있다.
이를 통해, 차량 단말기(10)는 차량 위치정보를 상기 측위 오차보정정보(RTCM)로 보정하여 10cm 이하의 오차범위로 줄임으로써 보다 정밀한 자율주행이 가능한 효과가 있다. 또한, 중계기 마다 측위 오차보정정보(RTCM) 생성을 위한 하드웨어 비용을 절감할 수 있다.
전원공급 모듈(24)은 상용 AC 전원을 중계기(20)의 동작에 필요한 DC 전원으로 변환하여 공급한다. 전원공급 모듈(24)은 상기 DC 전원을 충전하고 비상시 전원을 공급하는 수퍼커패시터(미도시)를 포함하여 전원공급의 이상 발생이나 블랙아웃 시 무정전으로 중계기(20)를 동작시킬 수 있다. 또한, 전원공급 모듈(24)은 누전 차단 및 서지보호 회로를 더 포함하여 안전성을 확보할 수 있다.
외부인터페이스 모듈(25)은 CAN, USB, 시리얼 통신(예; RS232/485) 및 이더넷 중 적어도 하나의 통신단자를 포함한다.
외부인터페이스 모듈(25)은 외부로부터 운용자의 유지보수 장비와 연결되어 펌웨어 업그레이드, 소프트웨어 변경 및 환경설정 등을 제공한다.
또한, 외부인터페이스 모듈(25)은 가로등, 신호등, 전주 등의 도로 인프라에 중계기(20)와 함께 설치 운용되는 감시 카메라, 레이더, 라이다, 온도센서, 적외선 센서 및 자이로 센서 중 적어도 하나의 탐지 장비와 연결될 수 있다.
제어 모듈(26)은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기(20)의 운용을 위한 상기 각 모듈의 전반적인 동작을 제어하며, 이를 위한 각종 프로그램과 데이터를 메모리에 저장한다.
제어 모듈(26)은 V2X 무선통신으로 연결된 차량 단말기(10)와 관제 서버(30) 간의 송수신되는 데이터를 중계한다. 예컨대, 제어 모듈(26)은 차량 단말기(10)에서 카메라로 촬영된 차량의 주행 영상데이터, 센서부(12) 및 제어부(13)의 동작 상태정보를 수집하여 관제 서버(30)로 전송할 수 있다.
제어 모듈(26)은 V2I 통신 모듈(22b)을 통해 고유 RSU-ID를 커버리지 영역에 브로드캐스팅하여 해당 커버리지 영역에 진입된 차량 단말기(10)와 신규 V2I 통신을 연결한다.
제어 모듈(26)은 상기 신규 V2I 통신 연결 시 차량 단말기(10)의 MAC 주소를 수신하여 라우팅 테이블에 업데이트하고, 상기 업데이트된 라우팅 테이블을 주변의 다른 중계기와 I2I 통신으로 공유한다. 이는 해당 중계기(20)의 제어 모듈(26)이 자신(RSU-ID)의 라우팅 테이블에 신규 차량 단말기(10)의 MAC 주소를 추가하여 V2I 통신을 연결한 것을 다른 중계기(20#n)에 전파 하는 것을 의미한다.
이를 다른 측면에서 설명하면, 제어 모듈(26)은 주변의 다른 중계기(20#n)로부터 업데이트된 라우팅 테이블을 수신하여 중계기 별로 연결중인 차량 단말기(10)의 MAC 주소를 파악할 수 있다.
이러한 제어 모듈(26)은 다른 중계기(20)와의 I2I 통신을 통한 라우팅 테이블 공유를 통해 차량 단말기(10)의 V2I 무선통신을 끊김 없이 유지시키는 핸드오버를 제공할 수 있다.
즉, 제어 모듈(26)은 이웃한 다른 중계기(20)와의 커버리지 중첩영역에서 자신의 커버리지 영역으로 진입하거나 진출하는 차량 단말기(10)의 요청에 따른 핸드오버를 제어하고 그에 따라 추가/삭제되는 라우팅 테이블을 서로 공유할 수 있다.
또한, 제어 모듈(26)은 운용되는 차량 단말기(10)에 부여된 MAC 주소의 유효성 정보와 암호화 정보를 관제 서버(30)로부터 수신하여 저장하고, 이를 기반으로 정상 인가된 차량 단말기(10)에 대해서만 V2I 통신을 연결할 수 있다. 이를 통해 외부의 비인가 단말기의 무단 접속을 원천적으로 차단하여 외부 해킹/침입으로부터 보안을 강화할 수 있다.
관제 서버(30)는 V2X 메쉬 네트워크를 이루는 중계기와 차량의 운용상태를 중앙에서 관제하는 컴퓨팅 시스템이다.
관제 서버(30)는 생산공장의 작업공정 계획/일정에 따라 생성된 차량의 운행스케줄 정보를 저장하고, 이를 토대로 차량 운용을 위한 자율주행 운전정보를 생성하여 차량 단말기(10)로 전송한다. 상기 자율주행 운전정보는 목적지, 주행경로 및 주행속도 등을 포함할 수 있다.
관제 서버(30)는 중계기(20)를 통해 차량의 동작 상태정보와 주행 영상데이터를 수집하여 목적지까지 이동하는 차량 점검 및 거동상태를 모니터하고, 이상 발생시 긴급 정지를 제어할 수 있다.
한편, 전술한 V2X 메쉬 네트워크 시스템의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법을 도 6을 통해 설명한다.
다만, 설명의 이해를 돕기 위해 도 1 및 도 2를 참조한 제1 중계기(20#1)와 제2 중계기(20#2)가 메쉬 네트워크로 I2I 통신을 연결한 상태에서 차량이 제1 커버리지 영역에서 제2 커버리지 영역으로 이동 시 운영 시나리오를 가정하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 생산공장의 메쉬 네트워크에 구성되는 제1 중계기(20#1)와 제2 중계기(20#2)는 각각 차량 단말기(10)의 접속을 위한 고유 중계기-ID(RSU#1, RSU#2)를 커버리지 영역에 브로드캐스팅한다. 상기 중계기-ID는 각 중계기의 무선통신 주소를 의미할 수 있다.
제1 중계기(20#1)는 해당 커버리지 영역에서 시동 온(ON)되거나 진입된 차량의 차량 단말기(10)로부터 연결(접속)요청에 따른 MAC 주소를 수신한다(S1).
제1 중계기(20#1)는 상기 MAC 주소의 유효성 및 암호화 상태를 확인하여 유효성이 인증되지 않으면 V2I 연결을 대기한다(S2; 아니오). 이 때, 제1 중계기(20#1)는 유효성 인증실패 정보를 관제 서버로 알람하여 메쉬 네트워크의 보안을 강화할 수 있다.
반면, 제1 중계기(20#1)는 정상적으로 유효성 인증에 성공하면 상기 MAC 주소를 통한 V2I 무선통신을 연결한다(S2; 예).
제1 중계기(20#1)는 상기 MAC 주소를 라우팅 테이블에 업데이트하여 신규 차량 단말기(10)의 연결을 추가하고(S3), I2I 통신으로 연결된 다른 중계기에 고유 중계기-ID(RSU#1)를 통한 라우팅 테이블 메시지를 공유한다(S4).
이 때, 제2 중계기(20#2)는 상기 라우팅 테이블 공유 메시지를 수신하면 상기 고유 중계기-ID(RSU#1)식별에 따른 제1 중계기(20#1)에 연결된 차량 단말기(10) 정보(MAC 주소)를 파악할 수 있다(S5).
제1 중계기(20#1)는 V2I 통신으로 연결된 차량 단말기(10)와 관제 서버(30)간의 송수신되는 데이터를 중계한다(S6). 예컨대, 제1 중계기(20#1)는 자율주행 제어를 위한 데이터를 차량 단말기로 전송하거나 차량 단말기(10)에서 카메라로 촬영된 차량의 주행 영상데이터, 센서부(12) 및 제어부(13)의 동작 상태정보를 수집하여 관제 서버(30)로 전송할 수 있다.
제1 중계기(20#1)는 메인(Main) 중계기로써, 고정된 절대좌표를 기준으로 고정밀 RTK-GNSS 기반 측위 오차보정정보(Radio Technical Commission Marine, RTCM)를 생성하여(S7), 다른 서브(Sub) 중계기와 공유하고(S8), 상기 차량 단말기(10)에 상기 RTCM을 제공한다(S9).
이 때, 제2 중계기(20#2)는 서브(Sub) 중계기로써, 상기 공유된 RTCM를 업데이트하고(S10), 자신에 연결된 차량의 측위 보정을 위한 RTCM을 제공한다(S11).
한편, 차량 단말기(10)는 제1 중계기(20#1)와 V2I 연결된 상태에서 제2 중계기(20#2)의 영역으로 이동 중 커버리지 중첩 영역에 위치하면 양측의 중계기로부터 동시에 브로드캐스팅 신호(RSU#1, RSU#2)를 수신할 수 있다.
차량 단말기(10)는 양측의 신호(RSU#1, RSU#2)를 비교하여 수신신호세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)가 큰 어느 하나의 중계기를 선택하여 현재 연결을 유지하거나 새로운 연결을 요청할 수 있다.
예컨대, 차량 단말기(10)는 제1 중계기(20#1) 신호(RSU#1)의 수신신호세기가 크면 연결을 유지하지만, 제2 중계기(20#2) 신호(RSU#2)의 수신신호세기가 크면 제2 중계기(20#2)에 새로운 연결요청을 한다. 이 때, 상기 새로운 연결요청을 통해 중계기(20)간 중첩 영역에서의 핸드오버가 이루어진다. 여기서, 차량 단말기(10)는 앞서 가정된 실시 예에 따라 상기 양측의 신호(RSU#1, RSU#2)를 수신한다고 설명하지만 실제 더 많은 중계기로부터 신호(RSU#N)를 수신하여 우선순위 목록을 생성할 수 있다. 그리고 우선순위에 따라 연결 가능한 후보 중계기 중 하나를 선택하여 연결요청(즉, 핸드오버 요청)을 할 수 있다.
한편, 제2 중계기(20#2)는 차량 단말기(10)의 연결요청에 따른 MAC 주소를 수신하면(S12), 상기 MAC 주소의 유효성 및 암호화 상태를 확인하여 유효성이 인증되지 않으면 V2I 연결을 대기한다(S13; 아니오). 이때도 마찬가지로 제2 중계기(20#2)는 유효성 인증실패 정보를 관제 서버로 알람 할 수 있다.
반면, 제2 중계기(20#2)는 정상적으로 유효성 인증에 성공하면 상기 MAC 주소를 통해 V2I 무선통신을 연결한다(S13; 예).
제2 중계기(20#2)는 상기 MAC 주소를 라우팅 테이블에 업데이트하여 신규 차량 단말기(10)의 연결을 추가하고(S14), I2I 통신으로 연결된 다른 중계기에 고유 중계기-ID(RSU#2)를 통한 라우팅 테이블 메시지를 공유한다(S15). 그리고, 제2 중계기(20#2)는 V2I 통신으로 연결된 차량 단말기(10)와 관제 서버(30)간의 송수신되는 데이터를 중계한다(S16).
한편, 제1 중계기(20#1)는 제2 중계기(20#2)의 ID(RSU#2)를 통한 라우팅 테이블 공유 메시지를 수신하면 이를 분석하여 자신의 라우팅 테이블에 저장된 차량 단말기(10)의 MAC 주소가 제2 중계기(20#2)로 핸드오버된 상태를 파악한다(S17).
제1 중계기(20#1)는 자신의 라우팅 테이블에 저장된 상기 MAC 주소를 삭제하는 업데이트를 통해 상기 차량 단말기(10)와의 연결이 종료된다(S18).
이러한 생산공장 내 V2X 메쉬 네트워크의 중계기간 연동을 통한 과정으로 도 1에서와 같이, 스마트팩토리#1 구역에서 스마트펙토리#2 구역까지 자율주행으로 차량을 안전하게 이동시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 생산공장 내 중계기(RSU) 간 I2I 연결을 통해 무선 메쉬 네트워크를 구축함으로써 인프라 설비의 초기 투자 비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있고 확장성이 용이한 효과가 있다.
또한, 통신사와 관계 없이 생산공장 내 사설 메쉬 네트워크를 구축함으로써 통신비용 부담 없이 모빌리티 운용대수를 증가시킬 수 있으며 외부의 비인가 단말기의 접속을 원천적으로 차단하여 보안을 강화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 중계기(RSU)에 인프라간 I2I 통신 전용 안테나와 차량 단말기(OBU)와의 V2I 통신 전용 안테나를 다르게 설계하여 채널 간섭을 줄이고 신뢰성 있는 통신을 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 차량 단말기(OBU) 11: 멀티 안테나
12: 센서부 13: 제어부
20: 중계기(RSU) 21a: I2I 안테나
21b: I2I 통신 모듈 22a: V2I 안테나
22b: V2I 통신 모듈 23a: GNSS 안테나
23b: GNSS 모듈 24: 전원공급 모듈
25: 외부인터페이스 모듈 26: 제어 모듈
27: 본체

Claims (20)

  1. 생산공장의 모빌리티 운영을 지원하는 V2X(Vehicle to Everything) 메쉬 네트워크 시스템에 있어서,
    생산공장 내 복수로 배치되어 인프라 설비와 I2I(Infra-to-Infra) 무선통신을 연결하고, 자율주행 차량에 탑재된 차량 단말기(On Board Unit, OBU)와 V2I(Vehicle-to-Infra) 무선통신을 연결하여 V2X 메쉬 네트워크를 구성하는 중계기(Road Side Unit, RSU); 및
    상기 V2X 메쉬 네트워크를 통해 상기 중계기와 차량의 운용상태를 중앙에서 관제하는 관제 서버;
    를 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 단말기는
    통합 안테나를 통해 V2X 통신 데이터를 송수신하고 GNSS(Global Navigation Satellite System) 기반 차량 위치정보를 측정하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중계기는
    본체의 상부에 복수로 설치되며, 사설 메쉬 네트워크 구축을 위한 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 기반 I2I 통신 모듈에 연결되어 타 중계기간 데이터를 송수신하는 I2I 안테나;
    상기 본체의 하부에 복수로 설치되며, 상기 WAVE 기반 V2I 통신 모듈에 연결되어 상기 차량 단말기와 데이터를 송수신하는 V2I 안테나;
    GNSS 모듈과 연결되어 차량 위치정보를 측정을 위한 위성신호를 수신하는 GNSS 안테나;
    AC 전원을 상기 중계기의 동작에 필요한 DC 전원으로 변환하여 공급하는 전원공급 모듈;
    외부의 유지보수 장비와 연결되어 펌웨어 업그레이드, 소프트웨어 변경 및 환경설정 중 적어도 하나를 제공하는 외부인터페이스 모듈; 및
    V2X 무선통신으로 연결된 상기 차량 단말기와 관제 서버 간에 송수신되는 데이터를 중계하는 제어 모듈;
    을 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 I2I 안테나와 I2I 안테나는
    상기 I2I 무선통신 및 V2I 무선통신 방식에 따른 채널 별 방사패턴을 서로 다르게 설정하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 I2I 안테나는 지상으로부터 일정 높이의 수평방향으로 배치된 다른 중계기를 지향하여 상기 수평방향으로 상대적 상하 폭이 좁은 방사패턴을 형성하고,
    상기 V2I 안테나는 지상의 하측방향을 지향하여 상기 I2I 안테나에 비해 상대적 상하 폭이 넓은 방사패턴을 형성하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 GNSS 모듈은
    GPS, GLONASS 및 Galileo 중 하나 이상의 위성신호의 멀티밴드(L1/L2)를 수신하고, RTK(Real Time Kinematic) 지원으로 오차가 보정된 고정밀 위치정보를 획득하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 GNSS 모듈은
    상기 중계기의 고정된 절대좌표를 기준으로 고정밀 RTK-GNSS 기반 측위 오차보정정보(Radio Technical Commission Marine, RTCM)를 생성하여 상기 차량 단말기로 제공하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    지정된 메인(Main) 중계기에 설치된 상기 GNSS 모듈은
    상기 측위 오차보정정보(RTCM)를 주변의 서브 중계기와 공유하여 각각 연결된 차량 단말기로 제공하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 차량 단말기는
    상기 차량 위치정보를 상기 측위 오차보정정보(RTCM)로 보정하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 외부인터페이스 모듈은
    도로 인프라에 설치 운용되는 감시 카메라, 레이더, 라이다, 온도센서, 적외선 센서 및 자이로 센서 중 적어도 하나의 탐지 장비를 연결하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    상기 V2I 통신 모듈을 통해 고유 중계기-ID(RSU-ID)를 커버리지 영역에 브로드캐스팅하여 영역 내에서 시동 온(ON) 되거나 진입된 상기 차량 단말기와 신규 V2I 무선통신을 연결하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    차량 단말기의 연결 시 MAC 주소를 수신하여 라우팅 테이블에 업데이트하고, 업데이트된 상기 라우팅 테이블을 주변의 다른 중계기와 상기 I2I 무선통신으로 공유하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    이웃하는 다른 중계기와의 커버리지 중첩영역에서 자신의 커버리지 영역으로 진입하거나 진출하는 상기 차량 단말기의 요청에 따른 핸드오버를 제어하고, 그에 따라 추가 또는 삭제되는 라우팅 테이블을 상기 다른 중계기와 공유하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    상기 차량 단말기에 부여된 MAC 주소의 유효성 정보와 암호화 정보를 상기 관제 서버로부터 수신하여 저장하고, 이를 기반으로 정상 인가된 차량 단말기에 대해서만 V2I 통신을 연결하는 V2X 메쉬 네트워크 시스템.
  15. 생산공장 내 복수로 배치되어 V2X(Vehicle to Everything) 메쉬 네트워크를 구성하는 중계기의 운영 방법에 있어서,
    a) 중계기가 커버리지 영역에 존재하는 차량 단말기의 연결요청에 따른 MAC 주소를 수신하여 V2I(Vehicle-to-Infra) 무선통신을 연결하는 단계;
    b) 상기 MAC 주소를 라우팅 테이블에 추가 업데이트하고 I2I(Infra-to-Infra) 무선통신으로 연결된 다른 중계기에 상기 라우팅 테이블을 공유하는 단계;
    c) 고정된 절대좌표를 기준으로 생성된 RTK-GNSS 기반 측위 오차보정정보(Radio Technical Commission Marine, RTCM)를 상기 차량 단말기로 제공하는 단계; 및
    d) 상기 차량 단말기가 이웃하는 다른 중계기로 핸드오버 되면 상기 MAC 주소를 라우팅 테이블에 삭제하고 연결을 종료하는 단계;
    를 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 a) 단계 이전에,
    상기 차량 단말기의 접속을 위한 고유 중계기-ID를 상기 커버리지 영역에 브로드캐스팅 하는 단계를 더 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 MAC 주소의 유효성 및 암호화 상태를 확인하여 유효성이 인증되지 않으면 연결대기 후 관제 서버로 알람하거나 정상적으로 유효성 인증에 성공하면 상기 MAC 주소를 통한 상기 V2I 무선통신을 연결 하는 단계를 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 V2I 무선통신으로 연결된 상기 차량 단말기와 상기 I2I 무선통신으로 연결된 관제 서버간의 송수신되는 데이터를 중계하는 단계를 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법.
  19. 제15항 또는 제18항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    관제 서버의 자율주행 제어를 위한 데이터를 상기 차량 단말기로 전송하거나 상기 차량 단말기에서 카메라로 촬영된 차량의 주행 영상데이터, 차량의 자율주행 센서부 및 주행 제어부의 동작 상태정보를 수집하여 상기 관제 서버로 전송하는 단계를 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    다른 중계기에서 수신된 라우팅 테이블을 분석하여 자신의 라우팅 테이블에 저장된 상기 차량 단말기의 MAC 주소가 확인되면 핸드오버된 것으로 파악하는 단계를 포함하는 V2X 메쉬 네트워크 운영 방법.
KR1020200113346A 2020-09-04 2020-09-04 V2x 메쉬 네트워크 시스템 및 그 운영 방법 KR20220031442A (ko)

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