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The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems Vol.12 No.5 pp.61-72
DOI : https://doi.org/10.12815/kits.2013.12.5.061

Design of u-Transportation Communication Systems for Next-Generation ITS Services

Jung-Hoon Song*, Jae-Jeong Lee*, Seong-Ryul Kim*, Jung-Joon Kim**, Dae-Wha Seo**
*Lead author and co-author: Senior Researcher, Kyungpook National University Embedded Software Research Center
**Co-author and Corresponding Author: Professor, College of IT, Kyungpook National University
20130916 │ 20131019 │ 20131021

Abstract


Next-generation ITS(Intelligent Transportation System) adopts WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) system which is capable of the bidirectional communication system in vehicular environments. u-Transportation system adopted WAVE communications system to show the optimal performance in terms of various services with regard to vehicle safety and traffic. In this paper, we introduce testbed of ubiquitous-Transportation system and its service. Then, we describe WAVE system for supporting next-generation ITS service. Also, we carried out tests in real road environments in order to verify communication functions of WAVE systems and its performance. We confirmed that our communication systems for supporting services meet the communication performance.



차세대 ITS 서비스를 위한 u-Transportation 통신시스템 설계

송 정 훈*, 이 재 정*, 김 성 률*, 김 정 준**, 서 대 화**
*주저자 및 공저자 : 경북대학교 임베디드소프트웨어연구센터 선임연구원
**공저자 및 교신저자 : 경북대학교 IT대학 교수

초록


차세대 ITS 시스템은 고속 이동환경에서 양방향 통신이 가능한 WAVE 시스템을 적용한다. u-Transportation 시스템은 차세대 ITS 시스템의 하나로 다양한 차량 안전 및 교통서비스 제공에 최적화된 성능을 보여주기 위해 WAVE 시스템을 적용한다. 본 논문에서는 u-Transportation 시스템 테스트베드와 이를 위한 서비스에 대하여 소개하고, 차세대 ITS 서비스 지원을 위하여 구현한 WAVE 통신시스템에 대해 설명한다. 구축한 테스트베드를 통하여 실제 도로 환경에서 차세대 ITS 서비스를 지원하기 위한 통신 기능 및 성능 시험을 수행하였다. 자동차 전용도로 및 도심 도로 구간에서의 서비스 시험 및 운영을 통해, 서비스 제공에 필요한 통신시스템의 기능과 차량 이동환경에서 통신 성능을 만족하는 것을 확인하였다.



    Ⅰ. 서 론

    통신 및 네트워크 기술의 발달로 이른바 유비쿼 터스 시대가 도래 하였다. 소비자는 언제, 어디서든 인터넷 접속이 쉬워졌고 이에 따라 고속으로 이동 하고 있는 차량에서도 통신을 하거나 인터넷망에 접속하려는 요구가 증가되고 있다. 이러한 기술의 발달과 함께 교통정보 수집 및 교통 흐름 제어와 자동차의 안전주행, ETC (Electronic Toll Collection) 등을 위한 지능형 교통 시스템에 대한 관심이 날로 증가되고 있고 적용 범위가 확대되고 있다 [1, 2].

    차세대 ITS의 하나로 국내에서 설계된 u-Transportation 시스템은 유비쿼터스 환경에서 여 행자, 교통시설, 교통수단이 서로 실시간으로 연계 되어 안전성과 이동성에 기여하는 인간중심의 미래 형 교통서비스 및 시스템을 제공하는 신 교통공간 이다. 이러한 환경에서의 교통은 실시간 교통정보 를 시간과 공간의 제약 없이 사용자가 언제 어디에 있든 제공할 수 있으며, 맞춤형 교통정보 서비스가 가능하다[1, 2].

    서비스 제공을 위한 시스템에 대한 연구 개발에 서 정보 수집을 위한 통신 기술이 핵심이라고 할 수 있다. 차세대 ITS 서비스에 적용되는 통신시스템은 교통 및 차량안전 서비스를 위해 제정된 WAVE 차 량 규격을 준용하고, 차량과 차량(V2V), 차량과 노 변장치(V2I), 노변장치와 노변장치(I2I) 사이의 무선 통신과 노변장치와 센터(I2C) 사이의 유선통신을 지 원한다. 이는 교통정보 수집 및 제공을 위한 인프라 를 구축하는데 필수적 요소가 된다. 그림 1은 차세 대 ITS 서비스를 지원하는 u-Transportation 시스템의 구성을 나타낸다[2, 3].

    교통 센터는 차량에 장착된 통신장치인 OBU (On-Board Unit)과 노변장치인 RSU (Road-Side Unit) 를 통해 차량의 주행상태 정보와 도로상황 정보 등 을 수집하고, 수집된 정보를 분석 및 가공하여 운전 자에게 적절한 교통 정보를 제공한다[3]. 본 논문에 서는 차세대 ITS 시스템의 하나로 최근 구축한 u-Transportation 시스템, u-Transportation 시스템 테 스트베드와 이를 위한 서비스에 대하여 소개한다. 그리고 차세대 ITS 서비스 지원을 위한 통신시스템 에 대해 살펴본다. 테스트베드에 설치된 차량장치 와 노변장치의 구조 및 기능에 대해 설명하고, ITS 서비스를 지원하기 위한 통신시스템의 통신 기능 및 운영관리 기능에 대해서도 알아본다. 실제 테스 트베드 에서의 시험 및 운영을 통해 통신시스템이 서비스 제공에 필요한 성능을 확인하였다.

    본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서 테스트 베드 시험을 진행하고 있는 해외 연구, 3장에서는 u-Transportation 시스템 테스트베드의 구축 및 차세 대 ITS 서비스에 대해 살펴본다. 4장에서는 테스트 베드에 설치된 WAVE 통신시스템의 하드웨어, 테 스트베드 서비스 지원을 위한 소프트웨어에 대하여 설명한다. 5장에서는 u-Transportation 테스트베드에 구축한 통신시스템 성능을 제시하고, 마지막 6장에 서는 통신시스템의 활용 방향에 대해 살펴보고 논 문을 마무리한다.

    Ⅱ. 관련 연구

    차량 통신 관련 연구는 미국, 유럽 등이 중심이 되어 진행하고 있으며, 현재 테스트베드 사이트를 구축해 현장 시험을 진행하고 있다. 미국의 경우 국 가 주도로 Connected Vehicle이라는 과제를 추진하 고 있다. 그림 2는 Connected Vehicle 테스트베드 사 이트를 보여준다.

    이 과제는 IEEE WAVE/DSRC (Dedicated Short Range Communication) 표준 기술을 기반으로 차량 과 운전자 안전, 차량 제어, 공공 및 개인 서비스 및 그린 환경 개선을 위한 V2X 기술 개발을 주요 목표로 하는 IntelliDrive 프로젝트명이 바뀐 것이다. 이 프로젝트는 V2V, V2I 통신 시스템 및 인프라를 구축하여 안전성, 이동성, 에코 드라이빙을 극대화 하기 위한 목적으로 2003년부터 미국 정부의 DOT (Department Of Transportation)에서 지원을 하고 각 주의 DOT와 VII (Vehicle Infrastructure Integration) 컨소시엄의 주도로 진행되었다. 현재 5개 지역에 테스트베드 사이트를 구축하여 전방 충돌 경고, 교 차로 안전 지원 기술 및 톨링(tolling) 서비스 등을 검증하고 있다[3, 4].

    유럽에서는 2010년 7월에 향후 10년 이내에 교통 사고 사망자 수를 절반으로 줄인다는 ‘EU road safety policy’를 수립하고, CVIS, SAFESPOT, Coopers, DRIVE C2X, euroFOT 등의 프로젝트를 추 진하고 있다. 유럽 ERTICO와 ITS Europe 주도의 CVIS 프로젝트는 2006년~2010년 기간 동안 능동 형 차량 안전 서비스 지원을 위한 V2X 통신을 위 한 요소 기술 개발을 목표로 현재 완료된 상태이다. 지속적인 FOT (Field-of-Test)를 통한 시스템 시험 및 검증 작업이 진행 중이며, ITS World Congress, Cooperative Mobility Showcase 등 워크숍을 통해 개 발된 시스템을 시연하였다[5].

    PReVENT, CVIS, SAFESPOT, COOPERS, 및 PRE-DRIVE C2X와 같은 프로젝트에서 C2X 통신에 기반을 둔 서비스의 안정성 및 교통 효율성에 대한 타당성을 살펴보았다. DRIVE C2X에서는 이전 프 로젝트들에서의 서비스에 대한 검증뿐만 아니라 실 제 도로 환경에서 대규모 시험을 실시한다. 이를 위 한 DRIVE C2X의 테스트 사이트에는 모든 기능들 에 대한 구현, 시험 및 평가를 할 수 있는 STS (System Test Sites)와 모든 기능을 평가하지는 않지 만 평가한 데이터, 기능들의 상호 운용성 및 가혹한 환경에서의 테스트에 대한 자료 등을 제공하는 FTS (Functional Test Sites)가 있다. 유럽 지역에 7개의 사이트를 구축해 전방교통정체 경고, 후방 충돌 경 고 등 18개 기능들에 대한 시험 및 검증을 진행하 고 있다[6]. 그림 3은 유럽 프로젝트의 주요 테스트 베드 사이트이다.

    euroFOT (European Field Operational Test on active safety functions in vehicles)는 제7차 프레임워 크 프로그램 하에서 차량 안전을 위한 지능형 차량 시스템 (Intelligent Vehicle Systems, IVS) 개발이 목 적이며, 위험 감지, 사고 예방 및 효율적인 주행 등 의 운전자를 보조하는 8가지 기능을 중심으로 시험 하고 있다. 시험에는 1000대 이상의 차량과 트럭들 이 참여하고 있으며, 차량에 설치된 장치들은 실제 교통 상황에서의 운전자들 주행 습관 등을 수집한 다. 수집된 정보의 분석을 통해 IVS의 전체적인 성 능 평가를 하고 있다[7].

    Ⅲ. u-Transportation 테스트베드

    1. 테스트베드 구축

    최종 개발된 u-Transportation 기반 기술의 연구결 과를 실제 교통상황에 적용해 봄으로써 기반기술의 기능 및 성능을 검증하고, 개발된 연구 결과의 실용 화 가능성을 알아보기 위해 테스트베드를 구축하여 시험 및 성능 검증을 실시하였다. 테스트베드는 남 양주시에 연속류, 단속류 및 비신호 교차로 세 구간 으로 구축되었다. 연속류 구간은 신국도 46호선(진 관IC-호평IC) 약 6.7km, 단속류 구간은 구국도 46호 선 (도농삼거리-금곡역사거리) 약 5.8km, 비신호 교 차로 구간은 진접지구 신도아파트 사거리에 구축하 였다. 테스트베드에 장착되어 정보생성, 가공 및 WAVE 통신을 담당하는 차량장치와 노변장치는 각 각 UVS (Ubiquitous Vehicle Sensor), UIS (Ubiquitous Infrastructure Sensor)이다.

    그림 4, 5와 같이 차량장치와의 통신을 통해 정 보를 수집하고 센터로 보내기 위한 노변장치는 연 속류 구간 10개, 단속류 구간 11개, 비신호 교차로 구간 1개, 총 22개가 설치되었으며, 차량장치는 관 공서 차량 50대에 설치되었다. 교통센터 (Ubiquitous Transportation Center, UTC) 서버는 남양주 시청의 교통관제센터에 설치하여 운용하였다.

    그림 6은 u-Transportation 테스트베드에 실제로 구축되어 운용한 장치들이다. (a)는 노변장치의 함 체가 신호등 기둥에 설치된 모습이고 (b)는 노변장 치 함체 내부 모습이다. (c)는 차량의 트렁크 부분 에 설치된 차량장치의 모습이고, (d)는 차량장치의 내부의 통신모듈을 보여준다.

    2. 차세대 ITS 서비스

    u-Transportation 시스템 테스트베드에 구현하여 시험한 차세대 ITS 서비스는 크게 교통제어, 교통 안전, 교통정보 세 가지로 나누어진다. 기존 ITS 서 비스는 도로에 설치된 장치를 통하여 특정구간, 특 정차량의 정보를 수집하여 제공한다. 구현된 서비 스는 차량장치를 통하여 모든 차량의 데이터를 수 집하고, V2X 양방향 통신 기반의 실시간 정보수집 및 제공이 가능하고, 능동적인 안전 서비스를 제공 하는 특징을 가진다. 또한, 일정기간 동안 수집된 데이터는 교통상황 분석과 다양한 서비스의 기반 정보로 활용 가능하다.

    먼저 교통제어 서비스에는 SEE (Safety, Efficiency, Environment)-Advisor 서비스, 램프진입 안내 서비스, 비신호 교차로 통행권 부여 안내 서비 스가 있다. SEE-Advisor 서비스는 차량 주행 정보와 교통 상황을 고려해 전방 교통상황, 실시간 적정 속 도 등의 정보를 제공해 주는 서비스이다. 램프진입 안내 서비스는 램프구간 진입 시 V2V 및 V2I 통신 을 통해 차량 간 진입, 합류 등의 메시지 송수신을 통해 지선 차량이 본선으로 안전하게 진입할 수 있 도록 유도해주는 서비스이다. 비신호 교차로 통행 권 부여 안내 서비스는 신호등이 없는 교차로에서 차로별 접근하는 차량들의 정보를 이용하여, 교차 로 통행 우선순위를 부여해 주는 서비스이다.

    교통안전 서비스에는 V2X기반 위험운전이벤트 경고정보 서비스와 u-Transportation 기반 교통안전 모니터링 서비스가 있다. V2X기반 위험운전이벤트 경고정보 서비스는 도로를 주행하는 차량에서 급감 속 등의 위험운전 상황을 감지하여 운전자 및 V2X 통신을 통해 주변 차량 운전자에게 경고 정보를 제 공하는 서비스이다. u-Transportation 기반 교통안전 모니터링 서비스는 교통 상황을 실시간으로 모니터 링 하여 도로 구간의 안전도를 평가하는 서비스로 차량으로부터 수집되는 주행정보들을 이용한다.

    교통정보 서비스로는 Bird-Eye view 서비스, Follow-me 서비스, Virtual VMS (Variable Message Sign) 서비스가 있다. Bird-Eye view 서비스는 특정 도로구간의 안개, 폭우 등으로 운전자의 시야 확보 가 되지 않는 상황에서 주변 차량의 주행 정보를 이용해 안전거리 경고 등 을 제공하여 안전 주행을 지원하는 서비스이다. Follow-me 서비스는 군집 주 행 시 선두차량을 따라가는 차량들에게 V2V 및 V2I 통신을 통해 선두 차량의 주행 경로 정보를 제 공 및 차량들 간 메시지를 주고받는 서비스이다. Virtual VMS 서비스는 기존 ITS체계의 정보제공 수 단인 VMS에서 제공되는 교통정보를 V2I 통신을 통 해 개별 차량으로 제공해주는 서비스로, 시야의 영 향을 받지 않는 특징을 가진다.

    Ⅳ. u-Transportation 통신시스템

    1. 통신모듈 하드웨어

    테스트베드에 설치된 노변장치는 크게 V2V 및 V2I 통신과 차량 주행 정보를 수집하는 부분으로 나누어진다. 그림 7은 차량장치(UVS)의 하드웨어 구성을 나타낸다. 통신을 담당하는 부분은 UVS-M (UVS Main-board)라는 통신모듈 부분으로 두 개의 WLAN (Wireless Local Area Network) 카드 모듈이 장착된다. WLAN1은 V2V 및 V2I 통신용이며, WLAN2는 차량 내의 무선 단말과의 통신을 위한 것이다. V2V 및 V2I 통신은 차량 간 통신 표준인 WAVE 통신을 사용하며, WAVE 통신을 하기 위해 GPS (Global Positioning System)로부터 1PPS (Pulse Per Second) 신호를 받아 채널 스위칭을 위한 동기 화를 한다. 무선 단말과의 통신은 IEEE 802.11g를 이용하며, UVS-M의 WLAN2가 AP (Access Point) 모드로 동작한다.

    UVS-M을 제외한 나머지가 차량 상태 정보 수집 을 위한 부분으로 퓨전 모듈이 장착된 UVS-D (UVS Daughter-board)와 방향지시등 (winker scanner), 차량 주행 정보를 얻기 위한 OBD (On-Board Diagnostics)로 구성된다. UVS-D에는 GPS, IMU (Inertial Measurement Unit), Zigbee 모듈 이 포함되며, GPS는 위치 정보, IMU는 관성 정보, Zigbee를 통해서는 OBD에서 나오는 차량 주행 정 보와 방향지시등의 신호를 수집한다. 수집된 정보 를 퓨전 모듈에서 융합하여 UVS-M으로 전달하고 UVS-M은 이 정보를 주변 UVS와 UIS로 송신한다.

    그림 8은 노변장치(UIS) 하드웨어 구성을 나타내 며, 통신을 담당하는 UIS-M에 세 개의 WLAN 카드 모듈이 장착된다. WLAN1은 V2I 통신용이며, WLAN2, WLAN3은 이웃한 UIS와의 I2I 통신용이 다. I2I 통신은 u-Transportation 시스템을 위해 추가 된 통신 토폴로지이다. UVS와 마찬가지로 WAVE 통신을 하기 위해 GPS로부터 1PPS 신호를 받아 채 널 스위칭 동기화를 하며, UTC와 유선통신, 주변 UIS와의 통신은 IEEE 802.11g로 연결된다.

    UIS-D (UIS Daughter-board)에는 GPS와 Zigbee 모 듈이 포함되며, Zigbee 모듈은 원격 전원 제어를 위 한 용도로 사용된다. UIS 동작중 이상이 발생하여 전원 제어가 필요할 경우 UVS에서 Zigbee 통신으 로 전원 리셋 명령을 UIS로 송신한다. UIS가 리셋 명령을 수신하면, SMPS(Switching Mode Power Supply)의 전원을 일시 차단해 UIS-M를 리셋한다.

    2. 통신모듈 소프트웨어

    u-Transportation 시스템 테스트베드에서는 IEEE 802.11p 와 IEEE 1609로 구성되어 있는 WAVE 통 신을 사용한다. WAVE 통신은 고속으로 이동하는 차량 환경을 고려해 무선랜 접속과정 중 검색 (Scanning), 인증 (Authentication), 연결 (Association) 과정을 생략하여 빠른 통신을 시작할 수 있다. 5.85GHz~5.925GHz 주파수 대역을 사용하며, 대역 폭을 10MHz씩 7개의 채널로 나누어 CCH (Control CHannel) 1개, SCH (Service CHannel) 6개를 사용한 다[8, 9]. 프로그램에서 SCH를 등록하여 사용하며, 채널 스위칭 주기를 100 ms로 하여, 50 ms마다 SCH, CCH 스위칭을 하며 통신을 한다[10, 11]. 스 위칭을 위한 동기화는 GPS의 1PPS 신호를 이용한 다. 구축한 테스트베드 시스템도 WAVE 통신을 준 용하며 동작한다. 하지만, 실제 도로환경에서는 일 반 무선랜 주파수 대역인 5.725 GHz~5.875 GHz를 사용하였다. 이는 WAVE 주파수 대역이 국내에서 는 방송용으로 할당되어 있어서 사용할 수 없기 때 문이다. 이 주파수 대역에서는 IEEE 802.11a의 물리 계층을 사용하게 되며, 표 1은 IEEE 802.11a와 IEEE 802.11p 물리계층을 사용할 때의 차이점을 보여준 다[8, 9].

    테스트베드에 구현된 서비스 제공을 위해 차량 장치는 V2V, V2I 통신으로 메시지를 송수신한다. 기본적으로 주변 차량 위치 수집, 차량주행 정보를 노변장치로 전송하는 기능을 가진다. 이러한 기능 은 1홉 통신으로, 돌발 경고 메시지와 같은 긴급 메 시지의 경우는 멀티 홉으로 통신을 한다. 멀티 홉 메시지 전송의 경우 브로드캐스트로 전송하기 때문 에 주변 차량들이 메시지 수신 후, 다시 송신하게 되면, 중복 메시지들이 많아지게 되어 전체 트래픽 이 증가하게 된다. 이를 방지하기 위해 중복 수신 메시지 재전송 방지를 위한 멀티 홉 라우팅 프로토 콜을 구현하였으며, 전파방향제어 (전, 후, 좌, 우), 전파범위 제어 (홉 수, 거리, 시간), 도로 Link ID를 활용한 동일차로 구분 전송 기능도 가진다[12, 13].

    노변장치는 V2I, I2I, I2C 세 가지 통신으로 메시 지를 송수신한다. V2I 통신은 WAVE, 주변 노변장 치와의 I2I 통신은 IEEE 802.11g, 교통센터와의 I2C 통신은 유선망을 사용한다. 테스트베드의 모든 노 변장치는 유선망으로 교통센터와 연결되어 있지만, 유선망 연결이 어려운 경우 이웃해 있는 노변장치 와의 무선 통신을 통해 교통센터와 연결 가능하다.

    기본적으로 노변장치는 정보 메시지 방송하고 이 방송 메시지를 수신한 차량이 주행정보를 전송 하면 이 정보를 교통센터로 전달한다. 만약 노변장 치가 유선망으로 교통센터와 연결되어 있지 않다 면, I2I 통신으로 교통센터와 연결이 돼 있는 이웃 한 노변장치로 정보를 전달하고 전달받은 노변장치 가 교통센터로 정보를 전송한다. 교통센터에서는 수집된 차량 주행정보를 바탕으로 정보를 가공해 다시 노변장치로 가공된 정보를 보내고, 노변장치 는 이것을 다시 방송 메시지로 차량으로 전달한다. 그리고 차량의 돌발 경고 메시지를 수신하면, 이 메 시지를 교통센터, 이웃한 노변장치 및 차량으로 다 시 전달한다[14, 15].

    그림 9는 UVS-M과 UIS-M의 소프트웨어 구조를 나타낸다. WAVE 및 IP 통신 둘 다 사용 가능하며, 멀티 홉 메시지 전송이 가능하도록 라우팅 프로토 콜이 추가되어 있다. 테스트베드 프로그램에는 서 비스 및 운영관리 관련 프로그램들이 있으며, UVS-M, UIS-M 프로그램은 V2V, V2I 통신으로 송 수신한 메시지를 서비스 프로그램으로 전달하여 서 비스가 동작되도록 한다. 구축된 테스트베드의 노 변장치 관리를 위해서는 서버에서 해당 노변장치에 접속하여 설정 및 동작 상태를 확인할 수 있어야 한다.

    테스트베드의 노변장치와 교통센터 간 통신은 유선망을 사용하며, 유선망은 자가망과 임대망으로 나누어진다. 자가망은 교통센터에 자가망 서버로부 터 고정 IP가 할당하기 때문에 텔넷으로 해당 노변 장치에 접속하여 관리가 가능하다. 임대망은 DHCP 방식으로 동적 IP를 할당받기 때문에 서버에서 접 속을 위한 IP 주소를 바로 확인할 수가 없다. 그래 서 임대망 노변장치에서 접속유지 (Keep-alive) 메시 지를 주기적으로 서버에 전송하도록 하여 교통센터 에서 노변장치의 IP를 확인할 수 있도록 하였다. 서 버에서 주기적으로 노변장치의 메시지를 수신함으 로써 IP주소 확인뿐만 아니라 현재 노변장치와의 연결 상태를 관리할 수 있다. 그림 10은 서버의 접 속유지 메시지 수신화면을 보여준다.

    이외에도 노변장치 동작 상황에 대한 로그 기록 을 저장하도록 설정하여 상태를 파악할 수 있도록 하였다. 노변장치에서 실행되는 메시지 송수신 응 용의 실행 및 비정상적인 종료, 재부팅 등에 대한 정보를 기록해 둠으로써 노변장치 동작 상태를 모 니터링 할 수 있다. 그리고 노변장치로의 텔넷 접속 이 가능하기 때문에 임의의 사용자 접근을 방지하 기 위한 로그인 절차를 통해 허가된 사용자만 노변 장치에 접근할 수 있도록 하였다.

    Ⅴ. u-Transportation 시스템 성능시험

    1. 시험항목

    테스트베드 서비스를 위해서 동일한 수준의 패 킷 송수신 성능과 테스트베드 전 구간을 커버할 수 있는 노변장치의 송수신 범위를 가져야 한다. 각 노 변장치에서의 통신 성능과 송수신 범위를 시험항목 으로 선정하고, 표 2와 같은 환경에서 성능시험을 수행하였다.

    성능측정은 노변장치와 차량장치에서 iperf 응용 을 통해 수행하였고, 차량장치에서 노변장치로 연 속적인 패킷을 전송하고 시간당 전송량을 계산하였 다. 차량장치는 패킷을 30초 동안 전송하여 계산하 는 실험을 총 5회를 수행하고, 평균값을 각 노변장 치의 평균 처리율로 기록하였다. 송수신 반경은 차 량장치에서 전송한 패킷을 노변장치에서 다시 차량 장치로 전송하여, 송수신 여부를 확인하였고, 송신 한 패킷에 대한 수신율이 90% 미만인 수준에서 시 험을 종료하고 차량의 위치를 체크하여 송수신 반 경을 측정하였다.

    2. 시험결과

    그림 11은 연속류 구간과 단속류 구간에서의 노 변장치 처리율을 측정한 결과이다. TCP, UDP는 SCH에서만 전송하기 때문에 이론적인 최대 처리율 은 데이터 전송속도를 6Mbps의 절반인 3Mbps이다. 패킷헤더를 제외한 데이터 부분의 전송은 약 2Mbps의 안정적인 성능 결과를 보여준다. TCP의 경우 패킷오류에 대한 재전송 및 Ack 패킷의 전송 으로 인해 UDP에 비해 낮은 처리율로 전송되는 것 을 확인 할 수 있다. 표 3은 테스트베드 노변장치의 통신반경을 측정한 결과를 보여준다. WAVE 통신 시스템은 최대 21dBm의 전송세기를 가지는 통신모 듈을 적용하면, 개활지의 시야가 확보되는 최적통 신환경에서 500~1000m의 송수신 반경을 가진다.

    테스트베드에서는 지형과 주변 환경의 영향을 받아 테스트베드 구간마다 통신반경 성능에 차이를 보여주는 것을 확인 할 수 있다. 그림 12, 13은 지 형 및 날씨 조건에 따른 통신반경을 측정한 결과를 지도상에서 보여준다. 테스트베드 구축 초기에, 노 변장치는 통신반경 500미터 이내에서 차량의 시야 를 벗어나지 않는 곳으로 기준으로 하여 설치장소 를 선정하였다. 실험결과 큰 건물이나 나무가 없는 개활지에서는 300~500미터 수준의 통신반경이 측정 되었다. 테스트베드 구간 B는 고도차 있는 곡선구 간으로 우천 시에 통신반경의 성능이 저하되는 것 을 확인 할 수 있었다.

    이 결과를 통해 노변장치의 설치 위치 선정 시 주변 환경(건물, 나무, 지형)과 차량과 노변장치 사 이의 시야확보 뿐 아니라, 고도차 및 날씨에 따른 전파환경 변화도 주요 고려요소 임을 알 수 있다. 도심지가 아닌 지역에서는 계절의 변화에 따라 도 로 주변 수목의 성장 변화도 전파환경에 영향을 주 는 요소가 된다.[14, 15]. 실제 도로에 설치된 노변 장치의 통신성능은 환경적인 요소에 영향을 받는다 는 것을 실험으로 확인 할 수 있었다. 따라서 다양 한 도로 주변의 환경적인 요소를 고려하여 노변장 치 간격을 정하고 및 위치를 선정 할 필요가 있다.

    Ⅵ. 결 론

    본 논문에서는 u-Transportation 테스트베드의 서 비스 지원을 위한 통신시스템에 대해 설계하여 구 축하였다. 테스트베드에 설치된 인프라는 서비스를 위한 구조 및 기능들을 갖추고 있다. 이러한 차세대 ITS 서비스를 제공하기 위해서는 구조와 기능뿐만 아니라 안정적인 통신과 일정 수준의 데이터 처리 율이 요구되며, 실제 테스트베드에서의 시험을 통 해 서비스 제공에 필요한 성능을 만족하고 있음을 확인하였다. 현재 구현되어 있는 통신모듈은 차량 통신 기술의 표준화 및 관련 기술의 발전에 유연하 게 대응할 수 있도록 모듈화 되어 있어, 향후 다양 한 기술을 쉽게 수용할 수 있을 것으로 생각된다.

    u-Transportation 시스템은 각 차량이 검지기 역할 을 하고 V2V 및 V2I 통신을 이용하기 때문에 도로 에 설치된 검지기 기반으로 교통정보를 생성하는 기존의 ITS 시스템에 비해 교통 인프라 구축비용을 상당부분 절감시킬 수 있다. 또한 차량 통신 기술을 이용한 안전운행, 충돌방지, 교통정보 수집 및 제공, 무정차 톨링 등의 다양한 서비스에 활용할 수 있어, 교통수요증가로 인해 발생하는 교통사고, 교통 혼 잡, 환경오염, 국가물류비 등과 같은 사회ㆍ경제적 비용 개선에 큰 역할을 할 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구는 미래창조과학부 및 정보통신산업진흥 원의 IT융합 고급인력과정 지원사업의 연구결과로 수행되었음 (NIPA-2013-H0401-13-1005)

    Figure

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    System of u-Transportation

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    Testbed Sites of Connected Vehicle Research

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    Testbed Sites of Europe Projects

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    Location of u-Transportation Testbed(Uninterrupted)

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    Location of u-Transportation Testbed(Interrupted)

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    OBU and RSU of Testbed

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    Hardware Diagram of UVS

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    Hardware Diagram of UIS

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    Software Architecture of UVS and UIS-M

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    Execution of Keep-alive Application

    KITS-12-5-61_F11.gif

    Throughput of UIS

    KITS-12-5-61_F12.gif

    Coverage of Testbed Point A (Uninterrupted UIS 4)

    KITS-12-5-61_F13.gif

    Coverage of Testbed Point B (Uninterrupted UIS 6)

    Table

    Comparison of IEEE 802.11a/p PHY

    Parameters of performance test

    Coverage of UIS

    Reference

    1. Y. S. Gang, "Fundamental Technology of u-Transportation", Korea Information Processing Society Review, vol. 16, no. 4, pp.14-22, July 2009.
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    6. http://www.drive-c2x.eu/
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    11. IEEE, "IEEE 1609.4-2010, Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE)— Multi-channel Operation," 2010.
    12. D. S. Shin, H. S. Yoo, and D. K. Kim, "EMDOR: Emergency Message Dissemination with ACK-Overhearing based Retransmission," International Conference on Ubiquitous and Future Networks, 2009.
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    14. J. J. Lee, J. H. Song, T. S. Ahn, J. H. Park, S. R. Kim, D. W. Seo, and D. S. Han, “Implementation of Communication Systems for u-Transportation Services", Conference of IEMEK, 2011.
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    17. J. H. Song, R. N. Woo, D. S. Han, and K. J. Han, “A Channel Interval Adjustment Scheme to Improve RSU Capacity in Vehicular Networks,” IEICE Communications Express, vol. 1, no. 3, pp.107-112, 2012.

    저자소개

    • 송 정 훈 (Jung-Hoon Song)
    • 2002년 8월 : 경북대학교 컴퓨터공학과 학사
    • 2004년 8월 : 경북대학교 컴퓨터공학과 석사
    • 2012년 8월 : 경북대학교 컴퓨터공학과 박사
    • 2005년 4월 ~ 2008년 4월 : LG전자 D/D 사업본부, 디지털기술연구소
    • 2008년 7월 ~ 현 재 : 경북대학교 임베디드소프트웨어연구센터 선임연구원

    • 이 재 정 (Jae-Jeong Lee)
    • 2005년 8월 : 영남대학교 전자정보공학부 학사(컴퓨터공학)
    • 2007년 8월 : 영남대학교 컴퓨터공학과 석사
    • 2007년 8월 ~ 2009년 1월 : (주)인디텍
    • 2009년 1월 ~ 현 재 : 경북대학교 임베디드소프트웨어연구센터 선임연구원

    • 김 성 률 (Seong-Ryul Kim)
    • 1987년 2월 : 경북대학교 전자공학과 졸업
    • 1987년 ~ 1995년 : 대우통신
    • 1995년 ~ 2002년 : 현대시스콤
    • 2002년 ~ 2004년 : UTStarcom
    • 2005년 10월 ~ 현 재 : 경북대학교 임베디드소프트웨어연구센터 수석연구원

    • 김 정 준 (Jung-Joon Kim)
    • 1981년 2월 : 경북대학교 전자공학과 학사
    • 1983년 2월 : 한국과학기술원 전기 및 전자공학과 석사
    • 1997년 7월 : Louisiana State Univ., 전기 및 컴퓨터공학과 박사
    • 2012년 3월 ~ 현 재 : 경북대학교 IT대학 전자공학부 교수
    • 1984년 11월 ~ 2012년 2월 : (주)케이티

    • 서 대 화 (Dae-Wha Seo)
    • 1981년 2월 : 경북대학교 전자공학과 학사
    • 1983년 2월 : 한국과학기술원 전산학과 석사
    • 1993년 2월 : 한국과학기술원 전산학과 박사
    • 1983년 3월 ~ 1995년 2월 : 한국전자통신연구원
    • 2004년 3월 ~ 현 재 : 경북대학교 임베디드소프트웨어연구센터 센터장
    • 1995년 3월 ~ 현 재 : 경북대학교 IT대학 전자공학부 교수

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