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The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems Vol.17 No.4 pp.112-123
DOI : https://doi.org/10.12815/kits.2018.17.4.112

A Study on the Performance Evaluation of C-ARS(Cooperative Automated Roadway System) in Infrastructure to Vehicle (I2V) Communication Based Service Scenario

Myoung Hwan Bae*, Oh Yong Kwon**, Jung Min Kim***, Hong Jong Jeong****
*Global Technology Div, General M\anager, ITS Korea
**Global Technology Div, Senior Researcher and Assistant Researcher, ITS Korea
***CTO, Wayties Inc
****Couthor: Weitizu Co.، Ltd.

Corresponding author : Myoung Hwan Bae, baemh@itskorea.kr
20171208 │ 20171219 │ 20180717

Abstract


The C-ARS(Cooperative Automated Roadway System) refers to a road infrastructure system that links automated vehicles with road infrastructure and communicates with each other via V2X communication to support automated vehicles.



The purpose of this study is to suggest a performance evaluation method of C-ARS service. This study exemplifies the ‘Work zone information service’ among I2V service that provide information to automated vehicles in road infrastructure. First, we define the requirements and service scope needed to check the use case analysis and service performance of the service, and propose an evaluation system for performance evaluation of these services. In addition, the evaluation system was used to verify the feasibility of evaluation through the field test of ‘Work zone information service’.



인프라-차량(I2V) 통신 기반 서비스 시나리오에 따른 자율협력주행 도로시스템 성능평가 방안 연구

배 명 환*, 권 오 용**, 김 정 민***, 정 홍 종****
*주저자 및 교신저자 : 한국지능형교통체계협회 실장
**공저자 : 한국지능형교통체계협회 책임
***공저자 : 한국지능형교통체계협회 선임
****공저자 : ㈜웨이티즈 이사

초록


자율협력주행 도로시스템은 자율주행차와 V2X 통신으로 연결되어 상호정보를 주고받으 며 자율주행차의 안전주행을 지원하는 도로인프라 시스템을 말합니다.



본 연구는 자율협력주행 도로시스템 서비스의 성능평가 방안 제시를 목적으로 하며, 도로 인프라에서 자율주행차에 정보를 제공하는 I2V 서비스 중 ‘작업구간 정보제공 서비스’를 예 를 들어, 먼저 서비스에 대한 Use Case 분석과 서비스 성능을 확인하기 위해 필요한 요구사 항 및 서비스 범위를 정의하고, 이러한 서비스의 성능평가 수행을 위한 평가시스템을 제안하 였다. 또한, 본 연구에서 제안한 평가시스템을 활용하여 ‘작업구간 정보제공 서비스’의 현장 시험을 통해 평가 가능여부를 검증하였다.



    Ministry of Land, Infrastructure and Transport
    17TRLP-B101406-03

    Ⅰ. 서 론

    최근 교통사고의 획기적인 감축을 위해 전 세계적으로 추진 중인 협력형 지능형교통시스템(Cooperative Intelligent Transport Systems 이하 ‘C-ITS’라 함) 도입을 정부 주도로 추진하여 ‘C-ITS 기본계획(2013)’을 수립 하고, 대전-세종 일부지역에 3년간(2014-2017) ‘C-ITS 시범사업’이 진행되었다.

    또한, 자율주행차의 조기 상용화를 위해서 C-ITS 기술과 연계하여 자율주행차의 보다 안전한 이동성을 보장 하기 위한 ‘자율협력주행에 관한 연구(Choi et al., 2017)’도 진행 중이다. 이 연구는 자율주행차가 자체센서 기 반으로 인식하기 어려운 도로나 사각지대 및 원거리 정보를 도로인프라와의 협력을 통해 제공받음으로써 보다 안전하게 주행할 수 있게 하는 것을 목표로 한다. 여기서 도로인프라는 자율협력주행 도로시스템(C-ARS; Cooperative automated roadway system, 이하 ‘C-ARS’라 함)을 말하며, 도로인프라가 자율주행차와 V2X 통신으 로 연결되어 상호정보를 주고받으며 자율주행차의 안전주행을 지원하는 도로인프라 시스템을 말한다.

    C-ITS와 자율협력주행의 서비스 환경은 차량이 자율주행차량인지 일반차량인지만 다를 뿐, 차량과 도로인 프라간 커넥티드 환경(V2X 통신환경)은 동일하다. 즉, 도로인프라에서 자율주행차량에 정보를 제공하는 서 비스 전달체계는 C-ITS와 동일하다.

    본 연구는 자율협력주행 커넥티드 환경에서 서비스 시나리오를 세분화하고 세부 시나리오에 따른 요구사 항을 확인하기 위한 평가방법을 제안하여 검증을 통해 규격화하는 것을 목적으로 한다. 평가방법의 규격화 는 사전에 명시된 요구사항을 객관적이고 투명하게 확인하기 위해서 요구된다.

    1장 서론에서는 본 연구의 배경 및 필요성 그리고 본 연구에 대한 이해를 돕기 위해 자율협력주행에 대한 설명과 본 연구의 목적을 제시하였다.

    2장 평가 사례 고찰에서는 일반차량을 대상으로 하는 커넥티드 서비스에 대한 평가 사례를 고찰해보고, 본 연구의 목적인 자율주행차를 대상으로 하는 커넥티드 서비스에 대한 평가 방법 및 평가 시스템을 제안하 고자 한다.

    3장 본론에서는 본 연구의 평가목적과 평가대상 및 범위를 정의하고, 평가를 수행하기 위한 시험환경과 평가시나리오를 정의하여 실제 현장적용을 통해 평가 가능여부를 검증하였다.

    본 연구에서는 도로인프라에서 차량에게 제공하는 I2V 서비스인 ‘작업구간 정보제공 서비스’에 대한 Use Case 분석과 서비스 성능을 확인하기 위해 필요한 요구사항 및 서비스 범위를 정의하고, 서비스 성능평가를 위한 평가시스템을 제안하였다. 최종적으로 제안한 평가시스템을 활용하여 작업구간 정보 제공 서비스의 현 장시험을 통해 평가 가능여부를 검증하였다. 서비스 범위는 센터에서 작업구간 정보 생성 이후부터 도로인 프라를 통해 자율주행차에 정보를 제공하고 자율주행차는 정보를 전송받아 자율주행에 반영(운전자 단말기 에 이벤트 표출)하기까지 이며, 자율주행차 자체의 제어기능은 평가에서 제외 하였다.

    Ⅱ. 평가 사례 고찰

    차량과 인프라간 커텍티드 서비스 평가 사례를 살펴보고 본 연구와의 차이점을 제시하였다.

    첫째, 미국 자동차공업협회 표준(SAE, 2016)은 V2V 통신을 통한 차량 탑재시스템의 요구사항 규격(SAE J2945/1)1)으로 V2V 차량안전서비스를 위한 시스템 요구사항을 명시하고 있다. 세부적으로 기능적 요구사항, 성능적 요구사항 및 Use Case 시나리오를 명시하고, 서비스 성공여부, V2V 전송 데이터(BSM; Basic Safety Message) 및 전송 데이터의 지속성을 평가기준으로 요구하고 있다.

    • - 서비스 성공 여부 : 운전자 단말기에 Use Case 시나리오에 따른 적정 메시지 표출 여부

    • - BSM 메시지 및 부가정보(이벤트 신호(Event Flags), 경로이력(Path History), 경로예측(Path Prediction)) 확인

    • - BSM 전송요구사항 : 서비스 차량이 정지한 경우 서비스 차량과 대상차량의 상대측위가 차로구분 수준, 서비스 차량이 이동하는 경우 서비스 차량과 대상차량의 상대측위가 중첩하는 도로를 구분하는 수준

    • - 데이터의 지속성 : 단말기가 종료되어도 종료되기 직전의 방향값(Heading)과 경로이력(Path History)은 비 휘발성 메모리에 저장하여 재부팅시 해당 정보를 활용할 수 있어야 함

    둘째, 유럽통신표준협회(ETSI)2) 주관으로 개최한 C-ITS 상호운용성 시험행사(Plugtest)에서 공동시험을 위 해 제시한 가이드 규격(ETSI, 2016)에서는 유럽지역 C-ITS 서비스의 상호운용성 확보를 위해 ETSI에서 정한 서비스 메시지 규격(CAM, DENM, IVI, SPAT)3)을 활용한 서비스 Use Case별 평가시나리오를 제시하여 현장 시험을 통해 평가시나리오에 따른 적정 메시지 표출 여부로 서비스 성공 여부를 평가하였다.

    • - 서비스 성공률(%) = (서비스 성공 횟수/서비스 조건 시험횟수) × 100%

    셋째, 미국 버지니아교통연구소에서 커넥티드 차량(Connected Vehicle) 테스트베드 시스템 성능을 평가한 사례(VTTI, 2016)에서는 버지니아 북부에 커텍티드 차량 테스트 베드를 구축하여 서비스 통신환경인 ‘네트워 크 유용성’ 평가를 주목적으로 ‘수신 전계강도(RSSI)4)’, ‘패킷전송율(PDR)5)’, ‘지연속도(Latency)6)’, ‘데이터 전송폭(Data rate)7)’ 등을 평가하였다.

    넷째, 국내 연구 사례로 ‘고속 주행 환경에서의 V2X 통신 성능평가(Kang, 2017.4)’에서는 고속주행 환경에 서 효과적인 성능시험 시스템 구성과 시험방법을 제안하고, 실차 시험을 통해 특정한 데이터를 기반으로 통 신성능 결과를 제시하였다. 특징은 V2X 성능측정 시스템 네트워크 구성을 WAVE의 단점을 보완하기 위해 WAVE-LTE 망 협력운용을 통해 통신부하를 분산시킨 점이다.

    다섯째, 국내 대전-세종 C-ITS 시범사업을 통해 제안된 “C-ITS 서비스용 기지국/단말기 인증기준안(MLIT, 2017)”에서는 15개 서비스에 대한 성능평가 방안으로 아래와 같이 평가항목을 ‘서비스 성공률과 서비스 영역 의 통신성능’으로 하고, 서비스 성공 판단 여부는 단순히 서비스 메시지 송수신 여부로 판단하는 것으로 하 였다.

    • - 서비스 성공률(%) = (서비스 성공 횟수/서비스 시험횟수) × 100%

    • - 서비스 성공시 통신성능 : 패킷에러율(PER) 10% 이하를 보장하는 통신거리, 전송속도, 통신지연시간

    위와 같이 커텍티드 차량에 대한 서비스 평가 사례를 고찰한 결과, 통신기술은 WAVE 통신기술을 적용하 였고, 서비스 메시지 규격(미국 SAE J2735, 유럽 ETSI ETS 202 798)과 V2V 서비스 요구사항 규격(SAE J2945/1)이 제정되어 적용 제품간의 상호운용성 시험이나 규격 확인을 위해 평가한 사례가 있었지만, 현재까 지 시험규격이 표준화되거나 규격화된 사례는 없다.

    본 연구에서는 커넥티드 서비스 Use Case 정의와 Use Case별 평가시나리오에 따른 서비스 성공 여부를 평 가하는 방안을 제시하였으며, 평가항목 및 평가기준은 기존 사례를 참조하되 Use Case를 센터-기지국-차량단 말기-운전자단말기(표출))로 세분화하고, 실제 서비스 환경에서 다양한 Use Case에 따른 서비스 품질을 개선 하기 위한 평가방법, 즉 센터에서 서비스 송수신정보를 자동 및 실시간으로 수집하여 실시간 평가가 가능한 시험환경을 구축하고 평가시나리오를 개발 및 현장적용 검증을 통하여 평가의 적절성 여부를 검토하였다.

    Ⅲ. 본 론

    1. 평가목적 및 범위, 평가대상

    1) 평가목적 및 범위

    본 연구의 평가목적은 C-ARS 시스템에서 자율주행차의 주행에 도움이 되는 정보의 수집, 처리, 제공과 관 련된 기능과 성능을 시스템 레벨에서 확인하는 것이며, 이는 자율주행차가 단독으로 주행하는 것보다 C-ARS와의 협조를 통해 보다 안전하게 주행하는지 여부에 대한 확인이 가능해야 한다. 이러한 전체적인 기 능과 성능을 평가하기 위해서는 센터를 포함한 도로인프라와 자율주행차 자체 성능까지 평가범위가 광범위 하기 때문에 본 연구에서는 평가범위를 C-ARS에서 생성한 정보가 자율주행차에 전달되고 운전자단말기에 표출되는지 여부와 이때의 통신성능을 확인하는 것으로 하였다. 실제 자율주행차 Level 2에서는 차량에서 이 벤트 정보 수집시 제어에 반영되는 정보는 운전자단말기에 표출하도록 설계되어 있으므로 자체 센서를 통해 수집한 이벤트 정보가 아닌 도로인프라에서 수집한 정보가 자율주행차에 전달되어 운전자단말기에 표출이 되면 자율주행 제어에도 활용된다고 볼 수 있다. 또한, 도로인프라에서 수집·제공하는 정보도 다양하므로 서 비스 정보 내용에 따라 평가방법도 달라질 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 도로인프라에서 수집·제공하는 정보를 도로작업구간 정보제공 서비스(I2V)로 한정하였다.

    2) 평가대상

    C-ARS 시스템은 자율주행차와 정보를 제공하는 인프라 시스템이 V2X 통신을 통해 상호 정보를 교환하며 자율주행차의 안전주행을 지원하는 도로인프라 시스템으로 정의할 수 있으며, 시스템 구성은 다음 그림<Fig. 1>과 같이 센터부, 인프라부, 자동차부로 나뉜다. 센터부는 도로인프라에서 수집한 정보를 저장, 가공 및 제 공하는 시스템으로 구성되고, 인프라는 도로상황정보 수집장치와 차량에 정보를 전달하는 통신 기지국과 네 트워크로 구성되며, 자동차부는 통신 기지국과 통신하는 단말기, 제공받은 정보를 판단 및 처리하는 제어기 와 운전자단말기 등으로 구성된다. 이러한 C-ARS에서 본 연구의 평가대상은 센터에서 차량까지 정보를 전 달하는 시스템들이며, 자율주행차량의 인지, 판단, 제어로직과 같은 차량자체는 평가대상에 포함하지 않았다.

    2. 평가대상 서비스 정의

    본 연구의 평가대상 서비스는 C-ARS를 통해 제공하는 도로작업구간 정보제공 서비스이다. 이 서비스는 센터에서 수집한 도로작업구간 정보를 통신 기지국을 통해 자율주행차에 제공하고, 자율주행차는 주행차로 와 동일여부를 판단하여 운전자단말기에 이벤트 정보를 표출하고, 자율주행 제어에 반영한다. 자율주행차량 의 단독 운행 상황과 비교하면, 자율주행차가 단독주행시 공사구간에 근접하여 차량에 탑재된 센서들을 통 해 공사구간에 설치된 장애물 정보를 인지, 판단, 제어를 통해 감속 및 차로변경 경고메시지를 운전자에게 제공하게 된다. 반면, C-ARS와 연계된 자율주행차 운행 시나리오에서는 공사구간 최소 500m 전방에서 최대 수 킬로미터 전부터 V2X 통신을 통해 공사구간의 위치, 차단 차로 정보 등을 제공받아 자율주행 제어에 반 영할 수 있으므로 보다 자율주행의 안전도 및 신뢰도 향상에 기여하게 된다.

    다음 그림<Fig. 2>는 도로작업구간 정보기반 자율협력주행 서비스 개념도이며, 그림<Fig. 3>은 이 서비스 절차로 고정된 도로작업구간 정보제공 서비스의 경우 정보흐름 순서는 다음과 같다.

    • i) 인프라에서 도로작업차량 검지하여 이벤트 정보 수집

    • ii) 인프라에서 수집한 정보를 센터로 전송 및 센터는 이벤트 정보를 해당 구간 기지국에 전송

    • iii) 기지국은 이벤트정보를 자율주행차에 전송

    • iv) 자율주행차는 기지국을 통해 도로작업구간 진입전 1km 전방에서 이벤트 정보 수신

    • v) 자율주행차는 이벤트 정보를 제공받아 제어에 활용 및 운전자 단말기에 정보 표출(감속 및 차로변경)

    3. 시험환경 구성

    1) 테스트베드

    C-ARS 성능평가를 위한 테스트베드는 여주시험도로(비공용도로)로 가정하며, 테스트베드는 시험용 장비 와 모니터링 장비 등이 설치되어 운용될 수 있는 전원, 네트워크 환경 및 구조물 등이 기반 인프라로 조성되 어 있는 것을 전제로 한다.

    2) 시험환경 구성

    시험시스템은 C-ARS의 정보 수집, 처리, 제공 관련 시스템의 기능과 성능에 대한 평가를 수행하기 위한 측정장비 및 소프트웨어를 포함한다. 시험 시스템은 아래와 같이 크게 5 부분으로 구성된다. 다음 그림<Fig. 4>는 C-ARS 성능평가 수행을 위한 평가용 시험환경 구성 개념도이며, 각 시험환경 구성요소별 주요기능은 다음과 같다.

    • - 가상 정보 생성 에뮬레이터 (Center LDM emulator): 사전에 정의된 시험 시나리오에 따라 자율주행차에 제공할 가상의 작업구간 정보를 생성

    • - 종합시험서버 (Main test server) : 기지국 로그수집 시스템과 차량단말기 로그수집 시스템으로부터 로그 데이터를 수집하여 C-ARS 시스템의 기능 및 성능 분석과 표출

    • - 기지국 로그수집 시스템 (RSE logger) : RSE와 연결되어 RSE가 센터 및 OBE와 송수신하는 로그데이터 수집

    • - 차량단말기 로그수집 시스템 (Vehicle logger) : OBE 및 차량내 시스템과 연결되어 차량내 로그데이터 수집

    • - GPS/CAN 에뮬레이터 (GPS/CAN emulator): GPS신호와 차량의 CAN신호를 녹화하여, 이후 가상의 GPS 위성 신호와 CAN 데이터를 재생 가능한 시스템으로써, 실내 고정된 환경의 평가시에 자율주행차가 시 험로에서 주행하는 것과 같은 효과를 만들 수 있음

    시험 환경은 현장 시험환경과 실내 시험환경으로 정의하였다. 현장 시험환경은 여주시험도로에서 실제 기 지국이 구축된 환경에서 실제 자율주행차 운행을 통해 기능과 성능에 대한 시험을 수행하게 된다. 이러한 현 장 시험은 많은 시간과 노력을 필요로 하며, 어떠한 기능상의 문제 발생시 원인을 파악하기도 쉽지 않다. 이러한 오버헤드를 줄이기 위하여 본 연구에서는 실내 시험환경을 정의하였다. 실내 시험환경은 실내의 랩 환경에서 C-ARS를 구성하는 기지국과 차량단말기의 데이터 송수신 및 데이터 처리에 대한 기본 기능 시험 을 목적으로 한다. 다음 그림<Fig. 5>는 C-ARS 실내 시험의 예시이다.

    C-ARS 사전 시험 준비단계에서 GNSS/CAN 에뮬레이터 차량에 장착 후 녹화모드로 설정후 시험 시나리오 에 맞게 주행하며 해당 상황의 GPS 신호와 차량의 CAN 신호를 기록, 저장한다. 그리고, 실내 시험 수행시 에뮬레이터를 차량 시스템에 연결 후 재생하면, 차량의 GPS 시스템이 시험장에 위치한 것으로 인식하게 된 다. 단, 이때 CDGPS 등과 같이 GPS 위성신호 이외에 다른 추가정보를 활용하는 측위 시스템의 경우 실내 시험시 GNSS 에뮬레이터의 기능이 정상작동하지 않을 수 있다.

    본 연구에서는 서비스환경을 동일하게 구성할 수 있도록 도로상 외생변수를 최소화하기 위해 차량용 데 이터를 생성할 수 있는 GNSS/CAN 에뮬레이터와 센터용 서비스 정보를 생성할 수 있는 에뮬레이터를 추가 구성하여 실내에서 시험할 수 있도록 다음 그림<Fig. 5>과 같이 시험환경을 구성하였다.

    3) 서비스 정보흐름(Data Flow)

    C-ARS 시험과정에서 크게 두 가지 정보흐름(Data Flow)이 존재한다. 작업구간정보제공 서비스의 기능과 성능 확인을 목적으로 가상 정보 생성 에뮬레이터(Center LDM Emulator)에서 정보를 생성하여 RSE와 OBE에 시험데이터를 제공하는 하향 데이터 흐름과 각 RSE, OBE의 송수신 데이터를 로그를 수집하는 상향 데이터 흐름이다.

    하향 데이터 흐름에 따라 가상 정보 생성 에뮬레이터에서 생성된 정보가 RSE를 통해 OBE로 전달되고, RSE와 OBE간의 통신 성능과 전달되는 정보에 따라 기대되는 정확한 동작을 하는지가 평가의 요소가 된다. 상향식 데이터 흐름에 따라 RSE와 OBE가 송수신한 데이터 로그가 종합시험서버(Center Test System)으로 수 집되게 되며, 종합시험서버는 수집된 로그들을 매핑하여 각 C-ARS 구성 요소들이 기대되는 동작을 수행하 였는지 여부를 판단하게 된다.

    하나의 예로서 작업구간정보제공에 대한 시험을 위한 정보흐름은 다음과 같다. 가상 정보 생성 에뮬레이 터는 사전에 정의된 시험 시나리오에 따라 특정 지점의 작업 정보를 포함한 RSA(Road Side Alert) 또는 TIM(Traveler Information Message) 메시지를 생성 → RSE → OBE → 차량게이트웨이 → (차량제어기) → 운 전자단말기(표출 UI) 순서로 전달된다. 정보교환 주체별로 정보의 흐름에 따라 R0SE 수신 및 송신, OBE 수 신 및 송신, 차량게이트웨이 수신여부를 체크할 수 있도록 시험환경을 구성하였고, 이에 대한 개념도는 그림 <Fig. 6>과 같으며, 시험환경 구성에 따른 정보흐름을 센터로부터 수신된 메시지(①), 기지국 송신메시지(②), 차량단말기 수/송신메시지(③, ④), 차량게이트웨이 수신메시지(⑤) 순서로 확인이 가능하다. 이러한 시험수행 을 위해서는 각 정보전달 결절점간 연동이 요구된다.

    상향 데이터 흐름에 따라 각 로그 데이터 수집 시스템들이 각 RSE와 OBE의 송신 및 수신데이터를 로깅 하여 종합시험서버로 전달한다. 종합시험서버는 수집된 정보를 바탕으로 C-ARS의 기본 기능 및 성능에 대 한 분석을 수행할 수 있다. 실시간적인 데이터 수집과 분석을 위해 각 로그 데이터 수집 시스템을 M2M 라 우터와 연결하여 LTE 통신망을 사용해 로그를 종합시험서버로 수집하게 된다. 이를 통해 종합시험서버에서 는 시험결과를 시험 수행 후 수 초 내에 확인할 수 있다. 종합시험서버에서 확인하게 되는 정보는 통신 성능 측면에서 각 단계별 패킷 손실율, 패킷 전달 지연시간 등을 측정할 수 있으며, 서비스 성능 측면에서는 차량 이벤트 발생이 유효한 위치에서 발생하였는지 유무를 판단할 수 있게 된다.

    4. 평가준비 및 평가절차

    C-ARS의 평가 시나리오는 평가자와 피평가자로 구분하여 각각의 역할을 중심으로 평가절차를 시퀀스하 게 제시한 것이다. 평가 준비와 절차는 크게 3단 계로 구성되며, 1단계) 사전준비 단계 2단계) 실내평가: 현 장평가전 평가시스템과의 인터페이스 연동에 대한 기능 검증을 수행하기 위한 실내 시험, 3단계) 현장평가: 현장에서의 종합성능평가 단계, 4단계) 결과분석 단계로 진행된다. 위 평가절차를 통해 메시지 통신의 무결 성, 피평가시스템간 I2V 통신 성능, 서비스 구동 적정성에 대한 평가가 가능하다.

    1) 1단계-사전준비

    평가자는 평가할 서비스 Use Case에 대한 테스트 케이스 (Test case) 설계 및 테스트 시나리오 (Test scenario) 설계와 평가 시스템 내 구현. 그에 따라 종합평가에 참여할 평가시스템을 결정하고, 평가시스템과 피평가시스템 의 제어명령전달과 로그 데이터 수집을 위한 연동 사양을 전달한다.

    피평가자는 테스트 케이스 및 테스트 시나리오에 대한 검토. 평가시스템과의 연동을 위한 연동 인터페이 스 구현해야 한다.

    2) 2단계-실내 평가

    평가자는 실차 평가 사이트를 시뮬레이션 할 수 있는 가상 GPS 좌표 및 차량 CAN 데이터 셋을 확보하고, 실내 평가 수행을 통해 각 장비간 서비스 정보 송수신 및 각 장비를 통해서 송수신되는 로그데이터를 센터 에서 정보수집 여부를 확인한다.

    3) 3단계-현장 평가

    평가자는 정의된 테스트 시나리오에 따라 센터에서 시험 메시지 송출 및 시험 차량 운행과 로그 데이터 수집을 통한 평가를 수행한다.

    피평가자는 정의된 테스트 시나리오에 따라 시스템의 동작 수행 및 차량 운행을 수행한다.

    4) 4단계-결과 분석

    평가자는 수집된 로그데이터 분석을 통해 평가항목에 대한 결과 분석을 수행한다.

    피평가자는 평가결과에 대한 검토 및 필요시 평가결과에 대한 의견을 제시한다.

    5. 현장적용 및 검증

    본 절에서는 도로작업구간 정보제공 서비스에 대한 C-ARS 평가시스템의 실제 사례를 활용하여 설명한다. 도로작업구간 정보제공 서비스는 자율주행차가 출발시점에서 출발하여 가속하여 속도 80km/h에 도달하여 일정구간 정속주행(80km/h) 하고, C-ARS 시스템이 자율주행차량에게 도로작업구간 정보를 500m 전방에서부 터 제공하기 시작하고, 차량은 400m부터 일정감속도로 감속 및 차로변경 메시지를 운전자단말기에 표출하고 100m 전후로 차로변경하여 도로작업구간을 통과하는 것으로 정의한다. 평가시나리오는 이러한 서비스 시나 리오와 병행하여 각각 센터, 기지국, 차량단말기를 시간동기화를 하고 시험환경을 구성하여 서비스 과정에서 의 로그를 수집・분석하여 사전에 정의한 서비스 시나리오와 비교를 통해 적정시점에 메시지 제공여부 및 정 보표출이 이뤄졌는지와 정보전달시 통신지연시간(Latency)과 패킷에러율(PER) 등 통신성능을 확인하는 것이다.

    1) 테스트 케이스 및 테스트 시나리오 제시

    평가에 앞서 테스트 케이스와 테스트 시나리오에 대한 설계와 구현을 진행한다. 테스트 케이스는 특정 지 점에 도로작업구간이 발생하여 해당 정보를 차량에 제공하는 알림 메시지를 정의하고, 이 메시지를 전달할 RSE를 지정하는 단계이다. 한 번의 시험에서 다수의 서비스 및 여러 구간의 공사 정보가 존재할 수 있으며, 각 공사정보를 포함한 다수 개의 테스트 케이스들의 집합 포함하는 하나의 테스트 시나리오를 구성한다.

    아래의 그림<Fig. 7>은 C-ARS 평가시스템의 초기 화면으로 시험 시스템에 사전에 정의된 테스트 케이스 와 테스트 시나리오를 나타내고 있다. 각 서비스 Use Case 별로 테스트 케이스를 설계하고 성능 평가항목별 요구 수준을 입력하고, 현장 상황의 변화에 따른 이벤트 위치 변경 및 메시지 편집 하는 기능을 제공한다. 이를 사용하여 현장 상황에 맞는 다수개의 테스트 케이스를 시나리오 단위로 편집하여 관리할 수 있도록 하 였다. 아래 그림<Fig. 8>은 하나의 테스트 케이스를 구현하기 위해 제공되는 GUI 예시이며, 공사 정보 발생 위치, 공사정보를 송출할 메시지 타입, 해당 정보를 전송할 RSE, 송출 주기 등의 정의 할 수 있다.

    2) 결과 분석

    정의된 테스트 시나리오에 따라 현장 시험완료 후 아래의 그림<Fig. 9>와 같은 평가결과를 얻게 된다.

    평가결과 조회는 크게 다섯 부분으로 구성되며, 1) 지도 UI를 활용한 이벤트 발생 위치 및 시험차량 경로 표출, 2) 각 피시험시스템 간의 송수신 지연시간 (무선구간), 3) 송수신 메시지 표출 UI, 4) 각 피시험시스템 간 송수신 메시지 타임라인, 그리고 5) 결과 그래프로 구성된다.

    지도 UI를 통해 V2X메시지를 송출하는 RSE의 위치 및 도로상의 이벤트 발생위치, 해당 시점의 차량 위치 를 시각화하여 결과 분석을 돕는다. UI상단 가운데 위치한 지연정보 표시 테이블을 통해 각 피시험시스템간 의 무선구간 메시지 전송에 소요되는 시간 (transmission delay) 및 처리에 소요되는 지연시간 (processing delay)을 계산하여 표출한다. 이를 통해 전반적인 시스템의 처리 성능을 확인하는데 활용한다. UI상단 우측에 위치한 송수신 메시지 표출 UI를 통해서는 각 시스템이 송수신 하는 V2X 메시지 내에 포함된 실제 내용을 표출한다.

    화면 가운데 위치한 메시지 전달 타임라인 UI를 통해 센터에서 전송된 각 개별의 메시지가 기지국 및 차 량 단말기에 도달 유무와 도달 시간을 시각화 하고 있다. 이를 통해 센터에서 생성된 정보가 기지국 시스템 을 통해 각 차량시스템까지 전달되는 경로, 각 시스템의 처리시간, 각 시스템 사이에서 손실 유무 등의 종합 적인 정보를 시각화 하여 제공하며, 전체 시스템의 성능을 이해하는데 효과적인 UI를 제공한다.

    하단의 성능 그래프는 시험 수행 시간동안의 차량의 이동속도, 기지국-차량간의 거리 및 통신성능과 관련 된 패킷에러율(PER)과 전계강도(RSSI)를 표현한다. 아래의 그래프에서 공사 정보 제공 후 정상적으로 차량의 감속이 발행하고, 공사구간 통과후 차량의 속도가 증가하는 현상을 볼 수 있었으며, 해당 구간동안 기지국- 차량간 V2X 통신의 패킷에러율 또한 준수한 성능을 만족하였음을 확인할 수 있었다.

    Ⅳ. 결 론

    본 연구는 자율협력주행 도로시스템(C-ARS)의 도로인프라에서 자율주행차에 제공하는 서비스의 품질을 확인하기 위한 수단으로 현장환경에서 적용 가능한 평가시스템과 평가방법을 제안하였다. 평가시스템은 도 로인프라에서 제공하는 정보를 자율주행차가 제공받아 자율주행에 활용하는지 여부를 실시간으로 수집 및 평가가 가능하다. 또한, 평가시스템을 활용하여 C-ARS에 대한 정보제공 서비스 평가에 현장적용함으로서 서 비스 시나리오에 따라 서비스가 적절하게 이뤄졌는지에 대한 성능평가 수행이 가능함을 확인하였다.

    서비스에 대한 성능평가 내용은 도로작업구간 정보제공 서비스 Use Case에 따른 적정시점에 서비스 메시 지 제공여부와 서비스 제공구간의 통신성능을 평가하는 것이며, 통신성능은 패킷에러율(PER)과 전계강도 (RSSI) 및 각 장비별 Rx/Tx 지연시간을 실시간으로 체크가 가능하다.

    본 연구에서는 고속도로 직선구간의 도로환경에서 주간에 자율주행차(Level 2) 한 대로 현장 평가를 한 것 으로 서비스 Use Case가 심플한 조건에서 진행한 것이다. 향후에는 좀 더 다양한 Use Case 시나리오를 구성 하여 서비스 품질을 확인할 필요가 있으며, 장기적으로 자율주행차의 기술적 성숙도에 따라 자율주행차가 주행하는 도로인프라의 다양한 주행환경(도로, 교통, 기상 조건)에서도 평가가 가능한 평가기술도 함께 발전 시켜나갈 필요가 있다.

    ACKNOWLEDGEMENTS

    본 연구는 국토교통부 국토교통과학기술진흥원 교통물류연구사업(17TRLP-B101406-03) 및 ㈜웨이티즈 지 원으로 수행하였습니다.

    Figure

    KITS-17-112_F1.gif

    C-ARS System configuration concept diagram of evaluation object of this study

    KITS-17-112_F2.gif

    C-ARS Road work section information provide service concept

    KITS-17-112_F3.gif

    C-ARS Road work section information provide service procedure diagram

    KITS-17-112_F4.gif

    C-ARS Test environment configuration diagram

    KITS-17-112_F5.gif

    C-ARS Indoor test environment configuration diagram

    KITS-17-112_F6.gif

    C-ARS Test environment GW configuration diagram

    KITS-17-112_F7.gif

    C-ARS Evaluation system GUI (Initial operation page)

    KITS-17-112_F8.gif

    Example UI to generate the Test case including the location of incidence, V2X message type, RSEs to transmitting, Transmission frequency, etc

    KITS-17-112_F9.gif

    C-ARS Evaluation system GUI(Test result analysis screen)

    Table

    Reference

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    2. ETSI(2016), CTI Plugtests Guide V1.1.1, pp.8-14.
    3. KangB. -Y. (2017), “ Performance Evaluation of V2X Communication System Under a High -Speed Driving ,” The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences(‘17.5), vol. 42, no. 05, pp.1069-1076.
    4. Ministry of Land, Infrastructure and Transport(2017), Draft Criteria for based RSE/OBE for C-ITS service, pp.14-17.
    5. SAE(2016), Surface Vehicle Standard J2945/1 On-Board System Requirements for V2V Safety Communications, pp.10-27.
    6. Virginia Tech Transportation Institute(2016), Virginia Connected Vehicle Test Bed System Performance(V2I System Performance), pp.6-12.

    저자소개

    Footnote

    • SAE J2945/1 : On-Board System Requirements for V2V Safety Communications(2016.3)
    • 유럽통신표준협회(ETSI) : European Telecommunication Standards Institute
    • CAM(Cooperative Awareness Message), DENM(Decentralized Environmental Notification Message), IVI(Infrastructure to Vehicle Information) , SPaT(Signal Phase and Timing)
    • RSSI(Received Signal Strength Indicator) 수신되는 신호의 세기(강도) 수준
    • PDR(Packet Data Rate) 전체 송신한 패킷 대비 수신에 성공한 패킷의 비율
    • 지연시간 개념으로, 통신에서 송신시각으로부터 수신시각까지 소요된 시간
    • 단위시간에 대응장치간에 전송되는 데이터량