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블루투스 4.0 부터는 비콘 기능을 제공하며, 비콘은 공적 정보인 교통 신호 정보를 제공하기에 가장 적합하고 편리한 방식이다. 또한, 블루투스를 이용한 비콘 통신은 스마트폰에서도 수신이 가능하기에 운전자들에게 정보를 제공하기 매우 용이하다. 대부분의 운전자들은 스마트폰을 휴대하고 있기에, 별다른 추가 장비 없이 정보를 다양한 형태로 수신 가능하다. 비콘의 경우 소비되는 전력에 따라 송/수신 거리에 차이가 나게 되는데, Bluetooth SIG(Special Interest Group)에서 지정하는 Class1 등급의 스펙을 이용한하여 무선 통신을 한다면, 가능 범위가 약 반경 100m 정도에 이른다. 즉 필드에서 적용하기에 매우 적절하다[2].

본 논문에서 제시하는 기술은 차량에게 정보는 전달하는 것이기 때문에 방향성에 따라 정보를 제공하여야 한다. 즉 상/하행 차량에 따라 독립적인 정보를 제공하여야 하지만, 방사형의 블루투스 방식으로 인해, 무선 통신만으로는 정보를 구별하여 전송 할 수 없다. 따라서 운행 방향성에 따라 정보를 제공하기 위해 가속도 센서와 GPS 센서를 고려하였다. 이 두 가지 센서 모두 차량 운행 시 방향을 센싱할 수 있지만, GPS는 주변 환경에 따라 오차가 발생할 가능성이 높다. 반면 가속도 센서의 경우, 방향성에 대한 정보는 신뢰도가 높지만 위치 정보에 대한 정보가 제공되지 않는다. 그리하여 이 두 가지 센서를 혼합하여 사용한다. 마침 안드로이드 2.3 이후 버전부터 이 두 가지 센서 기능은 모두 제공하고 있기에 대부분의 스마트폰에서 적용 가능하다는 장점도 있다.

본 논문에서 제시하는 블루투스 4.0 장비는 저전력 모델이긴 하지만 통신거리를 늘리기 위해 Class1을 사용하여 100mW의 전력을 사용하는 대신 100m의 통신 거리를 확보한다. 블루투스 외의 다른 무선통신, 지그비나 적외선 통신은 스마트폰과의 연계되지 않아 적합하지 않다. 이 블루투스 장비를 신호 제어기에 장착하여 신호등 제어부에서 나오는 정보를 바탕으로 비콘 신호로 알려준다. 만일 신호 등 제어부에서 제어하는 신호등의 개수가 복수 일경우 블루투스 장비 역시 그와 같은 수의 신호를 발생하여야 한다. 블루투스 장비는 신호등 제어장치의 전원을 이용하여 동작한다[3][4]. 그림 1은 블루투스 장비를 포함한 교통신호 제어기의 구조이다.

Fig. 1. 
Controller of traffic signal using bluetooth

많은 무선통신 방법 중 블루투스를 이용하는 까닭은 첫째로 유지비용이 발생하지 않는다는 점이 가장 큰 이유이며, 두 번째로는 모든 스마트폰에 블루투스 신호를 수신할 수 있는 모듈이 있다는 점이다. 이러한 점은 범용성이 뛰어나 쉽게 배포 가능하며, 설치비용이 발생하지 않는다.

교차로나 신호등 밀집지역에서 블루투스 장비를 설치하여 서비스를 제공할 시 몇 가지의 문제점이 발생한다. 블루투스는 방사형 전파를 송/수신하기 때문에 상/하행선 도로를 각기 구별하여 전송하기가 불가능에 가깝다. 그래서 비콘 신호 안에 해당 신호정보와 함께 이동방향도 같이 송신한다. 이동방향은 상/하행을 구분하기 위한 지표이며, 신호등에 블루투스 장비를 설치하기 전에 미리 설정을 한다. 그리하여 운행 중인 차량은 스마트폰에 내장된 가속도 센서에서 자신의 운행방향을 획득하여, 신호등에서 발신 되는 이동 방향 값과 비교하여, 수많은 비콘 신호 중 일치하는 신호를 선택하여 정보를 수신한다. 그리고 가속도 센서 외에도 GPS 신호에서도 nmea0183 프로토콜에 포함된 주행방향에 대한 정보를 이용하여 신뢰성을 높인다[5][6].

그림 2는 주행 방향에 따른 신호 정보 보정을 나타낸다. 주행방향 뿐만 아니라 신호등을 통과 하였을 때도, 방사형 전파의 특성에 의해 문제점이 발생한다.

Fig. 2. 
Signal recognition on smartphone

차량이 신호등을 통과 하였는지 아닌지는 블루투스 신호 하나로만은 판별이 불가능하다. 그리하여 역시 주행방향 정보를 설정할 때, 신호등 위치의 경도, 위도 정보를 함께 설정하여, 주행방향과 위치 정보를 기반으로 스마트폰의 현재 위치와 비교하여 특정 방향으로 일정거리 이상 차이가 날 때, 신호등 통과로 판정하여 다음 교통정보 신호를 수신 대기한다.

본 논문에서 제시하는 기술을 이용하면 신호등 유지 관리를 위한 매우 경제적인 방법을 고려할 수 있다. 기존의 신호등 유지 관리를 위한 방법으로는 유선 인터넷 망을 설치하여 관리자에게 상태를 보고 하거나, 또는 무선 인터넷 망 또는 3GPP 기반의 무선 네트워크를 이용하여 관리 하였다.

유선 인터넷 망을 사용하게 된다면 인터넷 망을 사용하기 위한 설치비가 발생하며, 사용료가 부가된다. 무선 네트워크를 사용한다 하더라도 초기 설치비 및 유지비용이 발생한다. 이러한 경제적 문제를 해결하기 위해 본 논문에서 하나의 방법을 제안한다. 바로 블루투스와 스마트폰을 이용한 방법이다[7][8].

그림 3은 블루투스와 스마트 폰을 이용한 신호등 유지 관리 기법에 대한 개념도를 나타낸다. 본 기술을 통해 신호등 제어기에 설치된 블루투스 장비에 신호등 제어기의 상태를 진단하는 모듈을 추가하여 신호등 상태를 판단하여, 고장 발생 시 비콘 신호에 고장 신호를 추가하여 발신한다. 그러면 통행하는 운전자의 스마트폰을 이용하여 관리 센터에 보고하는 방법이다. 이러한 운전자의 스마트폰을 이용하기 위해서는 몇 가지 동의사항에 대한 정보를 제공하여야 한다[9][10].

Fig. 3. 
Conceptual diagram of traffic light maintenance using bluetooth and smartphone