Wireless Sensor Networking for Vehicle Environments

Abstract

Recently, wiring has become a critical consideration due to rapid increasing number of automotive electronics. In this respect, wireless network is considered a suitable solution for connections between electronic control units (ECUs). Wireless connection of ECUs can reduce the weight of harness system can directly result in cost and fuel efficiency. However, research on wireless networks which guarantee transmission delay and reliability of conventional vehicle network is barely studied. This thesis proposes to replace wire harnesses with ZigBee based 2-hop cluster tree wireless networks for non-safety-critical application of vehicle. Considering wireless network is connected to CAN bus, we design a gateway to ensure interoperability between conventional CAN bus and wireless network. We also propose a system which controls devices in the vehicle network through remote controllers. In addition, we design the broadcast-based data transmission structure which effectively reduce the transmission latency. We ensured transmission reliability through repeated transmission, taking into account the vehicle environment in which wireless local area network (WLAN) interference exists. Computer simulations confirm that the proposed scheme satisfies the transmission requirements of conventional vehicle body networks.

차량에 장착된 전자 컨트롤 유닛(electronic control unit: 이하 ECU)는 유선으로 연결되고 있지만 ECU 수의 급격히 증가로 인해 차량 실장 복잡도가 크게 증가하고 필요한 와이어의 무게가 크게 증가했다. 이러한 점에서 무선 센서 네트워크(wireless sensor network)는 ECU 간 연결에 적합한 솔루션으로 고려된다. 그러나 대부분의 차량에서 사용되고 있는 차량 유선 네트워크인CAN(controller area network) 버스와 상호운용성을 유지하면서 기존 차량의 전송요구사항을 충족하는 무선 솔루션은 부족하다. 본 논문은 창문, 도어락, 선루프 등 안전에 민감하지 않은 차량 바디 네트워크의 응용에 대하여 와이어 하니스(wire harness)를 지그비(ZigBee) 기반의 2-hop 클러스터 트리 무선 네트워크로 대체하는 방법에 관한 것이다. 제안기법은 먼저 기존 CAN 버스가 무선네트워크의 백본으로 연결되기 때문에 서로 상이한 네트워크 간의 연결을 위해 게이트웨이를 설계하여 상호운용성을 보장하였다. 또한 기존 IEEE 802.15.4 비컨 모드에서 차량 바디 네트워크의 전송요구사항을 만족하는 브로드캐스트(broadcast) 기반의 리모트 컨트롤 전송구조를 설계했다. 리모트 컨트롤러는 리모트 컨트롤 프레임(remote control frame)에서 브로드캐스트를 통해 제어 메시지(control message)를 전송하며, 상기 프레임 구간에서 네트워크 내 모든 기기는 수신모드(listen mode)로 동작하여 메시지를 수신한다. 한편 제어 메시지 전송 시 반복 전송을 통하여 메시지 전송의 신뢰성을 높이며 분석을 통해 WLAN 간섭환경에서도 기존 차량 유선네트워크와 동일한 전송신뢰성을 보장하는 브로드캐스팅 전송 횟수를 도출하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안 기법이 기존 차량 바디 네트워크의 전송요구사항을 만족함을 나타내는 것을 확인하였다.