본 논문에서는 IEEE 802.11a PHY를 기반으로 IEEE 802.11p MAC(Medium Access Control)과 IEEE P1609.3을 이용하여 IT 기반 지능형 도로 교통 체계를 위한 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 기술을 구현하였다. 구현된 WAVE 시스템은 최대 120km/h의 속도에서 노변 기지국과 차량 간에 최대 0.5km 범위 내에서 하향 기준 최대 12Mbps의 전송 속도로 통신이 가능하게 하였다. ITS를 위한 WAVE 시스템의 적합성 검증을 위해 도로에서의 저속 및 고속 주행 시 통신 반경 크기, 링크 접속 시간, 데이터 전송 속도, 오류율, 지연시간 등의 파라미터를 측정하여 WAVE가 IT 기반 ITS에 적합하다는 것을 입증하였다.
본 논문에서는 IEEE 802.11a PHY를 기반으로 IEEE 802.11p MAC(Medium Access Control)과 IEEE P1609.3을 이용하여 IT 기반 지능형 도로 교통 체계를 위한 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 기술을 구현하였다. 구현된 WAVE 시스템은 최대 120km/h의 속도에서 노변 기지국과 차량 간에 최대 0.5km 범위 내에서 하향 기준 최대 12Mbps의 전송 속도로 통신이 가능하게 하였다. ITS를 위한 WAVE 시스템의 적합성 검증을 위해 도로에서의 저속 및 고속 주행 시 통신 반경 크기, 링크 접속 시간, 데이터 전송 속도, 오류율, 지연시간 등의 파라미터를 측정하여 WAVE가 IT 기반 ITS에 적합하다는 것을 입증하였다.
In this paper, the WAVE technology for IT based on Intelligent Transport System(ITS) which using by IEEE 802.11a PHY, IEEE 802.11p MAC(Medium Access Control) and IEEE P1609.3 was implemented. The WAVE system was designed that has maximum 0.5km communication range for RSU(Road Side Equipment) between...
In this paper, the WAVE technology for IT based on Intelligent Transport System(ITS) which using by IEEE 802.11a PHY, IEEE 802.11p MAC(Medium Access Control) and IEEE P1609.3 was implemented. The WAVE system was designed that has maximum 0.5km communication range for RSU(Road Side Equipment) between vehicle, 12Mbps transfer speed when downlink at maximum 120km/h vehicle speed. To verify suitableness of the WAVE system for ITS, we measured several parameters on the real road: communication range when low and high speed, link establishment time, data transfer speed, PER (Percent Error Rate), and latency. From the experiment results, we demonstrated that WAVE is a suitable technology for IT based on ITS.
In this paper, the WAVE technology for IT based on Intelligent Transport System(ITS) which using by IEEE 802.11a PHY, IEEE 802.11p MAC(Medium Access Control) and IEEE P1609.3 was implemented. The WAVE system was designed that has maximum 0.5km communication range for RSU(Road Side Equipment) between vehicle, 12Mbps transfer speed when downlink at maximum 120km/h vehicle speed. To verify suitableness of the WAVE system for ITS, we measured several parameters on the real road: communication range when low and high speed, link establishment time, data transfer speed, PER (Percent Error Rate), and latency. From the experiment results, we demonstrated that WAVE is a suitable technology for IT based on ITS.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
3을 이용하여 IT 기반 지능형 도로 교통 체계에 적합하게 한다. 구현된 시스템의 성능 평가는 여주 시험도로에서 고속으로 주행하는 자동차와 노상에 설치한 기지국과 통신 반경 크기, 링크 접속 시간, 데이터 전송 속도, 오류율(PER, Percent Error Rate), 지연시간, 핸드오버 가능의 여부 등, 비교적 객관적인 파라미터 지표를 통해 WAVE가 IT 기반 SMART 도로 교통 운영에 적합하다는 것을 입증하고자 한다.
본 논문에서는 지능형 교통망에 적합한 WAVE 시스템 구현을 위하여 고속 무선 통신에 적합한 IEEE 802.11p를 이용하여 물리 계층과 MAC 계층을 설계하였다. 구현된 WAVE 시스템은 최대 120km/h의 속도에서 노변 기지국과 차량 간에 최대 0.
본 논문에서는 지능형 도로교통 시스템을 위한 WAVE 시스템 구현을 하고자 한다. WAVE시스템 구현은 IEEE 802.
본 논문은 국토해양부 SMART 도로-IT 기반 교통 운영기술 개발 사업(과제번호: 07기술혁신A01) 세부 과제인 사용자 중심의 SMART 통신시스템 구축 과제의 지원에 의함.
제안 방법
지연시간(latency) 측정은 데이터 길이를 512 byte 부터 1518byte로 변화시켜가며 이동 중인 OBU와 RSE 간의 데이터가 경유하는 데 걸리는 시간을 측정 하였다. OBU는 기준 RSE를 향해 지정 속도로 주행하며, 통신 반경 내에 진입한 후 게이터 통신을 시도 하여 OBU와 RSE 간의 데이터 왕복 소요시간을 1회 측정하여 도출하였다.
통신 반경 테스트는 각각의 RSE와 주행 중인 OBU 간에 실제 통신이 가능한 유효반경 거리를 측정한다. OBU는 통신 반경 밖에서 대기하고 있다가 기준 RSE를 향해 30km/h부터 180km/h 까지의 속도 범위 중 한 가지 지정속도로 주행하며 실제 통신이 되는 시점에서의 거리를 측정하였다. 표 4는 측정된 통신 반경 결과를 보여준다.
5km 범위 내에서 하향 기준 최대 12Mbps의 전송 속도로 통신이 가능하게 하였다. 구현된 시스템의 실험 및 평가는 여주 시험도로에서 실시하였다. 그 결과 차량이 120km/h로 주행 시 통신 반경 크기는 0.
데이터 전송 속도는 OBU와 RSE 간에 데이터 통신 시 데이터 전송 속도를 측정한 것이며, 측정 방법은 기준 RSE의 통신 반경 밖에서 OBU를 대기시킨 후, RSE는 프레임을 연속적으로 보내는 상황에서 시험 OBU가 지정 속도로 기준 RSE를 향해 주행할 때, 통신 반경을 지나는 시점에 프레임 수신을 시작하고, 반대편 통신 반경을 지나는 시점에 통신을 종료한다. 이때, 사용하는 데이터는 상향, 하향 모두 같은 데이터를 사용하며 길이는 512byte, 1024byte, 1518byte 세가지 길이의 데이터를 사용하여 측정하였다.
링크 접속 시간은 RSE와 OBU가 상호 통신 반경 내에 들어왔을 때 최초 연결을 위해 소요되는 시간을 측정하였다. OBU는 기준 RSE 통신 반경 외에서 대기하고 RSE의 통신 스위치는 개방한다.
본 연구에서 구현된 WAVE 시스템의 성능을 평가하기 위하여 2009년 7월 중부 내륙 고속도로에 위치한 한국도로공사 시험도로 (여주 시험도로)에서 RSE를 1km 간격으로 3대를 설치하고, 저속 및 고속으로 이동하는 OBU(On-Board Unit)와 RSU 간에 무선 링크 접속 (V2I)을 시도하여, 실제 통신 반경과 데이터 길이 별 지연시간 측정, 링크 접속 시간, 오류율 등을 산출하여 WAVE 시스템의 성능을 객관적으로 평가하였다. 현재까지 공개된 RF 트랜시버 칩 중 미국 WAVE 주파수 대역인 5.
이러한 IEEE 802.11p만의 특징을 구현하기 위하여 WAVE 프로토콜 스택 소프트웨어를 개발하였으며, 이는 자체 개발한 WAVE SoC 기반 플랫폼에 uclinux 2.4.31을 포팅하였고, 포팅된 uclinux 상에서 동작하는 WAVE 프로토콜 스택 소프트웨어 및 디바이스 드라이버를 개발하였다. 개발된 WAVE uclinux 프로토콜 스택은 다음과 같으며, 그림 11에 개념도를 나타내었다.
패킷 오류율(PER)은 네트워크 측정 장비인 스마트 비트를 사용하여 RSE 및 OBE측에서 동시에 데이터를 전송하였다. 전송되는 데이터 패킷의 인터벌은 2msec로 지정한 후, 전송된 패킷 수에 대해 오류가 발생한 패킷의 수를 산정하여 정보 전송의 정확도를 측정하였다. 데이터 전송 속도 테스트를 통해 기준 RSE와 OBU 간에 주고 받은 패킷 수를 비교하여 오류가 발생한 패킷 수의 비율을 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.
지연시간(latency) 측정은 데이터 길이를 512 byte 부터 1518byte로 변화시켜가며 이동 중인 OBU와 RSE 간의 데이터가 경유하는 데 걸리는 시간을 측정 하였다. OBU는 기준 RSE를 향해 지정 속도로 주행하며, 통신 반경 내에 진입한 후 게이터 통신을 시도 하여 OBU와 RSE 간의 데이터 왕복 소요시간을 1회 측정하여 도출하였다.
통신 반경 테스트는 각각의 RSE와 주행 중인 OBU 간에 실제 통신이 가능한 유효반경 거리를 측정한다. OBU는 통신 반경 밖에서 대기하고 있다가 기준 RSE를 향해 30km/h부터 180km/h 까지의 속도 범위 중 한 가지 지정속도로 주행하며 실제 통신이 되는 시점에서의 거리를 측정하였다.
패킷 오류율(PER)은 네트워크 측정 장비인 스마트 비트를 사용하여 RSE 및 OBE측에서 동시에 데이터를 전송하였다. 전송되는 데이터 패킷의 인터벌은 2msec로 지정한 후, 전송된 패킷 수에 대해 오류가 발생한 패킷의 수를 산정하여 정보 전송의 정확도를 측정하였다.
대상 데이터
데이터 전송 속도는 OBU와 RSE 간에 데이터 통신 시 데이터 전송 속도를 측정한 것이며, 측정 방법은 기준 RSE의 통신 반경 밖에서 OBU를 대기시킨 후, RSE는 프레임을 연속적으로 보내는 상황에서 시험 OBU가 지정 속도로 기준 RSE를 향해 주행할 때, 통신 반경을 지나는 시점에 프레임 수신을 시작하고, 반대편 통신 반경을 지나는 시점에 통신을 종료한다. 이때, 사용하는 데이터는 상향, 하향 모두 같은 데이터를 사용하며 길이는 512byte, 1024byte, 1518byte 세가지 길이의 데이터를 사용하여 측정하였다. 전송 속도 측정 결과는 표 7에 나타내었다.
현재까지 공개된 RF 트랜시버 칩 중 미국 WAVE 주파수 대역인 5.850∼5.895GHz을 지원하는 칩이 없는 관계로, IEEE 802.11a 주파수 대역인 5.725GHz 주파수를 사용하여 실험하였다.
성능/효과
11p를 이용하여 물리 계층과 MAC 계층을 설계하였다. 구현된 WAVE 시스템은 최대 120km/h의 속도에서 노변 기지국과 차량 간에 최대 0.5km 범위 내에서 하향 기준 최대 12Mbps의 전송 속도로 통신이 가능하게 하였다. 구현된 시스템의 실험 및 평가는 여주 시험도로에서 실시하였다.
구현된 시스템의 실험 및 평가는 여주 시험도로에서 실시하였다. 그 결과 차량이 120km/h로 주행 시 통신 반경 크기는 0.5km에서 전계강도가 OBU 기준 -12.8dBm이였으며, 링크 접속 시간은 2ms, 데이터 전송 속도는 하향 기준 2.25M bps, 오류율(PER) 2.1% (하향 시, 1518 byte 길이 패킷 기준), 지연시간 1.889ms (1518byte 길이 패킷 기준) 였다.
두 번째의 변경점은 OFDM 성능 지표가 강화되었다는 것이다. 기존 IEEE 802.
세 번째는 채널간격 기준이 선택 사항과 필수사항으로 기존 표준에 추가되었다. IEEE 802.
후속연구
최대 200km/h의 속도에서도 통신이 가능하게 하는 것을 목표로 하고 있으며, 도로-차량 간 통신의 경우 1km 범위 내에서 1Mbps의 속도로 통신이 가능하도록 하고 있다. WAVE의 주요 응용1km 영역은 1Mbps 능동형 DSRC 에서 목표로 하는 응용1km 영역과 동일하며 WAVE를 통하여 DSRC 규격의 국제 표준이 완료된 후 차량 간 통신의 상용화가 가능할 것으로 전망된다. [4][5]
향후 연구 과제는 상향 시 오류율 감소, 전송 속도 향상, 고속 도로 환경에 맞는 안테나 도입 등을 통해 스마트 하이웨이에 적용가능토록 하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지능형 도로교통 시스템을 위한 WAVE 시스템을 구현함으로써 입증하고자 하는것은 무엇인가?
3을 이용하여 IT 기반 지능형 도로 교통 체계에 적합하게 한다. 구현된 시스템의 성능 평가는 여주 시험도로에서 고속으로 주행하는 자동차와 노상에 설치한 기지국과 통신 반경 크기, 링크 접속 시간, 데이터 전송 속도, 오류율(PER, Percent Error Rate), 지연시간, 핸드오버 가능의 여부 등, 비교적 객관적인 파라미터 지표를 통해 WAVE가 IT 기반 SMART 도로 교통 운영에 적합하다는 것을 입증하고자 한다.
지능형 교통 시스템은 어떻게 정의 할 수 있는가?
지능형 교통 시스템(ITS, Intelligent Transport System)은 기존의 교통 정보 시스템에 첨단 통신 기술을 접목하여 교통 혼잡도를 줄이고 안전 운행과 대기 오염 감소 등을 실현하는 최적 교통 관리 체계로 정의된다.
WAVE는 어떤 무선 통신 규격인가?
WAVE(Wireless Access for Vehicular Environment) 는 미국 ASTM(American Society for Testing and Materials) DSRC 표준을 기반으로 IEEE 802.11p 및 IEEE P1609는 지난 2003년부터 국제 표준화가 진행되고 있는 무선 통신 규격이다. 물리 계층과 MAC 계층은 IEEE 802.
참고문헌 (12)
전자부품연구원, "고속데이터 통신용 시스템 IC개발 (최종보고서)", 2009.9
대한 토목 학회, "Super Highway & SMART Road", 2005 토목의 날 미래정책토론회 논문집, 대한 토목학회, 2005
건설교통부, "국가 ITS 표준 적용방안 연구", 2007.2
전자부품연구원, "사용자 중심의 SMART 통신 시스템 구축", 2009. 6
방준성, "지능형교통체계(ITS) 기술동향", 전자부품연구원, 2007.1
ANSI IEEE 801.11 std, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements . 12 June 2007
ANSI IEEE 802.11a std , Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications: high-speed physical layer in the 5GHz band. December 1999. pp.2223-2227. Sept, 1999
ANSI IEEE 802.11p /D9.0 Draft Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements , Sept. 2009
W. Y. Zou, and Y. Y. Wu, "COFDM : an overview", IEEE Trans. on Broadcasting, vol. 41 no. 1, pp. 1-8, Mar. 1995.
John Terry and Juha Heiskala, "OFDM Wireless LANs : A Theoretical and Practical Guide". SAMS, 2001.
G. D. Bergland and D. E. Wilson. A fast Fourier transform algorithm for a global. highly parallel processor. IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics. AU-17 pp.125-127, 1969.
IEEE P1609.3 /D1.4 Draft Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Networking Services, Sept, 2009
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