[논문]스마트하이웨이 통신 기술

이상우; 오현서

문제 정의

위한 통신 시스템 및 기술을 살펴본다. 또한 최근 차세대 ITS 통신 기술로 주목받고 있는 WAVE 통신에 대해 설명하고 결론을 맺는다.
본 고에서는 스마트하이웨이 서비스를 살펴보고 이를 제공하기 위한 통신 시스템 및 기술을 살펴본다. 또한 최근 차세대 ITS 통신 기술로 주목받고 있는 WAVE 통신에 대해 설명하고 결론을 맺는다.
특히 WAVE 기술은 스마트 하이웨이 통신 시스템을 구성하는 핵심 기술로써 주목을 받고 있다. 본 고에서는 스마트하이웨이의 개요와 서비스 및 이를 위한 WAVE 통신 기술과 스마트 하이웨이 적합성 시험에 대해 살펴보았다.
본 장에서는 스마트하이웨이 에서 사용되는 3가지 통신 방식을 전송 속도, 지연 시간 및 통신 구성 관점에서 살펴보고 연속적인 통신을 위한 핸드오버 방식에 대해서도 살펴 보았다. WAVE와 DSRC의 경우 고속의 이동 환경에서 적은 지 연 시간을 제공하는 반면에 DSRC는 WAVE에 비해 낮은 전송 속도를 지원한다.

제안 방법

수행하였다. 5대의 차량을 이용하여 시험을 수행하였고 V2I의 경우 차량과 노변 기지국, V2V의 경우 두 대의 차량이 안정된 통신 범위 내에서 연속적으로 프레임을 전송하고 상대편에서 수신한 프레임의 수를 이용하여 throu아iput으로 환산하였다. 나머지 차량은 100ms 간격으로 back ground traffic을 발생하도록 설정하였다.
PER 측정은 V2I, V2V 두 경우 대해 수행하였다. V2I의 경우 차량과 노변 기지국, V2V의 경우 두 대의 차량이 각각 2000개의 프레임을 전송하고 상대편에서 수신한 프레임의 수를 계산하여 PER로 환산하였다.
또한 고속 이동환경에서의 통신을 위해 탐색, 인증 및 결합 절차를 생략하였다. 이러한 절차가 생략됨으로써 매우 빠르게 통신을 개시할 수 있게 되었다.
프레임은 유니 캐스트로 전송하였고 전송 실패 시 재전송이 가능하도록 설정하여 시험을 하였다. 시험은 속도별(V2I : 60/100/120/160/180 km/h, V2V: 30/60/90/120 km/h), 프레임 크기별 (512/1024 /1518 bytes)로 수행하였다. 시험 결과 속도와 프레임의 길이에 따라 PER에 미치는 영향은 그다지 크지 않고 전체적으로 약 0.
나머지 차량은 100ms 간격으로 back ground traffic을 발생하도록 설정하였다. 시험은 속도별(VZ : 60/100/120/160/180 km/h, V2V : 30/60/90/120 km/h), 프레임 크기별(512/1024/1518 bytes)로 수행되었다. 다수의 차량이 이동하는 환경에서 매번 동일한 시험 환졍을 재연하기 어렵기 때문에 일부 시험 결과에 대한 분석에 어려움이 있었지만 전체적으로 V2I 경우가 V2V의 경우보다 좀 더 좋은 결과를 보여주었다.
전파 통달 거리는 기지국에서 연속하여 프레임을 전송하고 이를 이동하는 차량이 수신하였을 시점에서의 기지국과 차량과의 거리를 측정하였다. 측정 결과 차량의 이동 속도가 증가함에 따라 통신 반경이 약간 감소하는 것을 볼 수 있었으나 시험 환경에서는 위치에 따라 약 1.
차량에는 차량 통신 장치와 시험 장비를 탑재하였다. 주요 시험 항목으로는 고속 이동 시 통신 여부, 전파 통달 거리, PER(Packet Error Rate) 및 전송 속도, 핸드오버 기능이다. 이러한 기능은 실내 시험과 실외 시험으로 추진하였는데 실외 시험은 여주 고속도로 구간에서 실시하였다.
주요 연구내용으로는 사업의 전반적인 종합전략 수립, 도로 기반시설 핵심기술 개발, 도로-rr기반 교통 운영기술 개발, 도로-자동차 연계기술 개발, 그리고 테스트베드 구축으로 구성되어 있다. 이 가운데 도로-rr 기교통 운영운영 기술은 스마트 하이웨이 서비스를 제공하기 위한 통신 시스템 구축을 주요 연구 내용으로 하고 있다.
차량 통신을 위한 OCB(Outside of Context of BSS)를 추가하여 BSS(Basic Service Set) 영역 외에서도 통신이 가능하도록 하였다. 기존의 802.
차량의 이동속도는 V2I의 경우 최대 180km/h의 속도로 이동하면서 시험을 수행하였고 V2V의 경우 각각 120km/h의 속도로 반대 방향으로 주행하여 시험을 수행하였다. 이 경우 두 차량 간의 상대속도는 240km/h가 된다.
이 장에서는 위의 세가지 방식을 전송 속도, 지연 및 통신 구성의 관점에서 비교하고자 한다. 통신 방식에 따른 전송 속도, latency 및 통신 구성의 비교가 그림 3, 4), 그리고 6에 도시되어 있으며 이동성을 기준으로 각 방식을 비교하였다. 우선 WIAN의 경우 저속 및 중속(60Km/h 이하)의 이동성을 지원하고 DSRC와 스마트 하이웨이에서의 연속적인 통신이 가능하기 위해서는 핸드오버 기술이 반드시 필요하게 된다.
V2I의 경우 차량과 노변 기지국, V2V의 경우 두 대의 차량이 각각 2000개의 프레임을 전송하고 상대편에서 수신한 프레임의 수를 계산하여 PER로 환산하였다. 프레임은 유니 캐스트로 전송하였고 전송 실패 시 재전송이 가능하도록 설정하여 시험을 하였다. 시험은 속도별(V2I : 60/100/120/160/180 km/h, V2V: 30/60/90/120 km/h), 프레임 크기별 (512/1024 /1518 bytes)로 수행하였다.
핸드오버 시험은 기지국 간 L2 레벨 핸드오버 방식을 새롭게 제안하여 핸드오버 기능을 구현하고 시험을 통해 검증을 하였다. 기지국간 통일 주파수를 사용하는 경우와 서로 다른 주파수를 사용하는 경우 핸드오버 기능을 시험한 결과, 빠르게 채널이 절체되는 핸드오버 동작을 확인하였다.

대상 데이터

기존 무선랜 표준인 802.11a OFDM 기반으로 고속이동 환경을 고려하여 10M田의 채널을 사용한다. 스펙트럼 마스크 규격 변경하여 고속이동이 원할하도록하였으며 수신기 성능 향상을 요구한다.
시험 환경은 크게 시험 센터, 노변 기지국, 차량 통신 장치로 구성된다. 시험 센터는 노변 기지국과 유선으로 연결되며 노변 기지국과 차량 통신 장치는 무선으로 연결된다.

성능/효과

이 경우 두 차량 간의 상대속도는 240km/h가 된다. V2I 및 V2V 모두 최대 240kn血속도에서 통신이 원활하게 이루어짐을 확인할 수 있었다.
기지국간 통일 주파수를 사용하는 경우와 서로 다른 주파수를 사용하는 경우 핸드오버 기능을 시험한 결과, 빠르게 채널이 절체되는 핸드오버 동작을 확인하였다. 이 핸드오버 기능은 다양한 무선 셀 구성에 따라 보다 많은 시험을 통해 검증이 필요한 기술이며 이 기술은 국제 표준에도 반영이 가능한 새로운 기술이다.
시험은 속도별(VZ : 60/100/120/160/180 km/h, V2V : 30/60/90/120 km/h), 프레임 크기별(512/1024/1518 bytes)로 수행되었다. 다수의 차량이 이동하는 환경에서 매번 동일한 시험 환졍을 재연하기 어렵기 때문에 일부 시험 결과에 대한 분석에 어려움이 있었지만 전체적으로 V2I 경우가 V2V의 경우보다 좀 더 좋은 결과를 보여주었다.
또한 통신 구성에 있어서도 WAVE만이 V2V 및 V2I 통신이 동시에 지원된다. 따라서 WAVE 통신이 스마트하이웨이 통신 시스템에 다른 방식에 비해 좀 더 적합하다는 결론을 내릴 수 있다. 그러나 다른 방식들도 각 방식의 특성을 고려하여 다양한 서비스에 사용될 수 있다.
시험은 속도별(V2I : 60/100/120/160/180 km/h, V2V: 30/60/90/120 km/h), 프레임 크기별 (512/1024 /1518 bytes)로 수행하였다. 시험 결과 속도와 프레임의 길이에 따라 PER에 미치는 영향은 그다지 크지 않고 전체적으로 약 0.1% 미만의 성능을 나타내었다.<표 3>은 PER 시험결과 중 일부를 표로 정리한 것이다.
거리를 측정하였다. 측정 결과 차량의 이동 속도가 증가함에 따라 통신 반경이 약간 감소하는 것을 볼 수 있었으나 시험 환경에서는 위치에 따라 약 1.7 ~ 0.9 km 정도의 전파 범위를 나타내었고 1.7 Km의 경우는 통신장치가 높은 곳에 위치하였고 LOS 확보가 용이한 곳에 위치하여 전파 통달 거리가 길어진 것으로 분석된다.

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