[논문]고속주행 환경에서의 WAVE 통신장치 성능분석

송유승; 이상우; 오현서

doi:10.12815/kits.2013.12.3.096

고속주행 환경에서의 WAVE 통신장치 성능분석
Performance evaluation of WAVE communication systems under a high-speed driving condition in a highway 원문보기

韓國ITS學會論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.12 no.3, 2013년, pp.96 - 102

송유승 (한국전자통신연구원) , 이상우 (한국전자통신연구원) , 오현서 (한국전자통신연구원)

초록
AI-Helper

최근에는 차량용 센서와 통신 기술의 발달로 길안내와 교통체증 알림 서비스뿐만 아니라 주변 차량의 주행 정보, 도로 상태 정보, 차량 간 긴급 메시지 전달 등과 같은 다양한 ITS 서비스가 가능해졌다. ITS 서비스의 발전은 고속 주행용 차량을 위한 V2X 통신 기술이 소개되면서 가속화 되고 있다. 본 논문에서는 V2X 통신기술 중에서 IEEE802.11p 규격을 기반으로 개발한 WAVE 통신장치를 소개한다. WAVE 기술로 구현된 기지국 및 차량 통신장치에 대한 구조 및 특징 그리고 각 통신장치에 사용된 RF/안테나의 특성에 대해서도 설명하였다. 개발한 WAVE 통신장치의 성능 평가를 위해 시험차량에 설치된 통신장치와 시험 도로에 설치된 기지국 통신장치간의 데이터 전송량과 PER 그리고 지연시간 등을 실제시험도로에서 측정하였다. WAVE 통신장치는 전반적으로 6~7Mbps의 데이터 전송량을 가지며 1km 통신영역에서 10% 내외의 PER를 나타내었다. 그리고 모든 구간에서 3ms이내의 패킷 지연시간을 만족하였다. 측정된 WAVE 성능은 ITS 서비스에 충분한 성능이며 인터넷 동영상 서비스도 가능함을 실제 시연을 통해서 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, a variety of ITS services are available such as driving information, road conditions, V2X messages as well as navigation and traffic jams notification. The development of ITS services is accelerating by V2X communication technologies for high-speed vehicles. In this paper, WAVE communication devices based on the IEEE802.11p standard is introduced as a solution of V2X communication technologies. The H/W and S/W structures of the WAVE communication device and the characteristics of RF/antenna are described. The performance is evaluated in the test road by measuring throughput, PER and latency. The implemented WAVE communication device has 6~7 Mbps throughput with 10% PER at 1km coverage. The packet latency is less than 3ms for the whole test road. It is shown that the implemented WAVE technology is satisfactory to provide ITS services and Internet video-streaming services.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 ITS서비스를 위한 통신기술로 WAVE 기술을 소개하였다. WAVE 기술을 활용한 V2X 통신을 위해 실제 구현된 기지국 통신장치(RSU)와 차량 통신장치(OBU)의 하드웨어 및 소프트웨어 구조를 설명하고 각 장치에 사용되는 RF/안테나의 특성을 소개하였다.
본 논문에서는 개발한 WAVE 통신장치와 성능 평가시험에 사용된 기타 장치들의 특징을 함께 설명한다. 그리고 WAVE 무선통신 시스템을 차량에 탑재하여 실제 고속도로 테스트베드에 적용한 결과를 소개한다.

제안 방법

본 논문에서는 ITS서비스를 위한 통신기술로 WAVE 기술을 소개하였다. WAVE 기술을 활용한 V2X 통신을 위해 실제 구현된 기지국 통신장치(RSU)와 차량 통신장치(OBU)의 하드웨어 및 소프트웨어 구조를 설명하고 각 장치에 사용되는 RF/안테나의 특성을 소개하였다.
통신 모뎀 에서 안테나로 입력되는 신호의 출력 값은 15dBm 으로 설정하였다. WAVE의 통신장치의 데이터 전송량은 OBU를 장착한 시험차량이 한쪽 셀(Cell) 경계선에서 반대편 셀(Cell) 경계선까지 주행하며 직경에 따른 값의 변화를 측정하였다. [그림 6]과 <그림 7>은 각각 차량이 남쪽과 북쪽 방향으로 진행 시 셀의 직경 거리에 따라 값을 나타내며 대략 600m 지점에 기지국이 위치한다.
차량 통신장치(OBU)에서 기지국 통신 장치(RSU)로 ping을 10ms 주기로 전송하여 100km/h 의 속도로 주행 시 거리별 누적 PER과 지연시간을 측정하였다. 거리에 따른 누적 PER값은 해당 반경 내에서 총 전송한 ping의 개수에서 응답을 받은 개수로 계산하였다. 도로 구조물과 5.
본 논문에서는 개발한 WAVE 통신장치와 성능 평가시험에 사용된 기타 장치들의 특징을 함께 설명한다. 그리고 WAVE 무선통신 시스템을 차량에 탑재하여 실제 고속도로 테스트베드에 적용한 결과를 소개한다. 본 논문은 2장에서 WAVE와 기타 통신장치들의 구조와 특징에 대해 설명하고 3장에서는 테스트베드 및 필드시험 결과를 소개한다.
다음으로는 WAVE 통신장치의 유효 통신반경을 측정하기 위해 과 에서와 같이 기지국의 위치를 중심으로 반경에 따라 값의 변화를 나타내었다.
본 논문에서는 차량의 속도를 100km/h로 주행하면서 16QAM 1/2의 전송속도의 조건에서 통신거리에 따른 통신장치의 성능을 측정하였다. 통신 모뎀 에서 안테나로 입력되는 신호의 출력 값은 15dBm 으로 설정하였다.
실제 WAVE 통신장치의 성능 평가를 위해 시험 차량에 설치된 통신장치와 시험 도로에 설치된 기지국 통신장치간의 데이터 전송량과 PER 그리고 지연시간 등을 측정하였다. 시험도로는 실제 고속 도로와 접해 있으며 방음벽과 고가도로 그리고 곡선구간 등의 다양한 전파간섭 환경이 존재하여 최적의 통신 성능보다는 실제적인 성능을 파악할 수 있는 조건을 제공하였다. WAVE 통신장치는 전반적으로 6~7Mbps의 데이터 전송량을 가지며 1km 통신영역에서 10% 내외의 PER를 나타내었다.
실제 WAVE 통신장치의 성능 평가를 위해 시험 차량에 설치된 통신장치와 시험 도로에 설치된 기지국 통신장치간의 데이터 전송량과 PER 그리고 지연시간 등을 측정하였다. 시험도로는 실제 고속 도로와 접해 있으며 방음벽과 고가도로 그리고 곡선구간 등의 다양한 전파간섭 환경이 존재하여 최적의 통신 성능보다는 실제적인 성능을 파악할 수 있는 조건을 제공하였다.
본 장에서 소개하는 통신시스템은 WAVE 기술을 활용하여 RF로 데이터를 송수신하기위해 필요한 통신장치이다. 연구 과제를 통해 개발된 기지국 통신장치(RSU, Roadside Unit)와 차량용 통신장치 (OBU, On Board Unit) 그리고 시험에 사용된 타사 제품의 안테나 등의 특성을 소개한다.
다음으로는 WAVE 통신장치의 유효 통신반경을 측정하기 위해 <그림 8>과 <그림 9>에서와 같이 기지국의 위치를 중심으로 반경에 따라 값의 변화를 나타내었다. 차량 통신장치(OBU)에서 기지국 통신 장치(RSU)로 ping을 10ms 주기로 전송하여 100km/h 의 속도로 주행 시 거리별 누적 PER과 지연시간을 측정하였다. 거리에 따른 누적 PER값은 해당 반경 내에서 총 전송한 ping의 개수에서 응답을 받은 개수로 계산하였다.

성능/효과

그리고 모든 구간에서 3ms이내의 패킷 지연시간을 만족하였다. 상기의 성능은 ITS 서비스에 필요한 각종 메시지 전달에 충분한 성능이며 인터넷 동영상 서비스도 가능하다는 것을 입증하였다.
이는 각 통신장치의 안테나빔 패턴이 완전히 대칭적이지 못하므로 차량 진행 방향에 따라 상호 안테나 이득이 달라지기 때문이라고 판단된다. 시험결과 전체적인 평균 데이터 전송량은 6~7Mbps 정도를 보여 주었다.

후속연구

향후 연구개발 계획으로는 급속한 인터넷 서비스 용량 증가를 고려하여 고속 주행 시 10Mbps 이상의 데이터 전송량을 끊임없이 보장하는 통신모뎀 및 네트워킹 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	WAVE 통신장치는 무엇들로 구분되는가?	WAVE 통신장치는 무선 RF로 신호를 송수신하는 RF/안테나 블록, 디지털 변복조를 담당하는 모뎀, medium 접속을 제어하는 MAC (Medium Access Control) 그리고 네트워크 계층으로 구분된다. 각 계층의 구현은 <그림 1>와 같은 하드웨어로 구성되어 있다.
	Cohda Wireless사의 MK2 제품은 어떠한 특징이 있는가?	Savari사의 MobiWAVE 제품은 채널 대역폭을 가변 할 수있으며 끊임없는 링크를 구성하기 위해 3G / WAVE / Wi-Fi 채널을 선택할 수 있는 백홀 옵션을 지원한다. Cohda Wireless사의 MK2 제품은 NLOS(Non-line of Sight)환경에서도 넓은 통신범위를 가지며 고속열차의 속도에도 통신이 가능하다. Denso사의 WSU 제품은 SBC(Single Board Computer)를 사용하며 다중안테나를 위한 듀얼 RF 커넥터를 지원한다.
	V2V/V2I기술을 활용한 국내 및 해외의 ITS기술 동향은 어떠한가?	이러한 V2V/V2I기술을 활용한 국내 및 해외의 ITS기술 동향을 살펴보면 다음과 같다. 국내 경찰 청의 UTIS (Urban Traffic Information System)는 도심지의 교통정보 수집 및 제공 서비스를 지자체별로 시행하고 있으며 궁극적으로 전국 단위의 단일 교통정보 시스템을 구축하려는 계획을 가지고 2015년까지 시스템의 설치 및 보급을 확대할 전망이다. 또한 국토해양부의 스마트 하이웨이 사업은 고속도로 환경에서 다차로 자동요금징수, 실시간 교통정보 제공, 돌발 상황 알림 등의 서비스를 통해 안전 성과 편리성 그리고 차량 연료를 감소시키는 그린 고속도로를 목표로 2014년까지 기술 개발 중에 있다. 미국은 2004년부터 시작된 VII (Vehicle Infrastructure Integration), IntelliDrive 프로젝트가 Connected Vehicle로 변경되어 고속도로, 도심지 및 국도에 테스트베드를 운용하고 있으며 자동요금징수, 실시간 교통정보 수집 및 제공 신호등 정보 등을 제공하는 서비스를 하고 있다. 유럽도 2006년부터 CVIS (Cooperative Vehicle-Infrastructure Systems) 프로젝트를 시작하여 자동차와 도로 인프라간의 협업을 통한 교통의 효율성과 안전성을 증대시키는 연구를 통해 여러 기반기술을 확보하였다.

참고문헌 (15)

"IEEE 802.11p, Amendment 6 : Wireless Access in Vehicular Environments", 2010.
Hyun Seo Oh, Woong Cho, Sang Woo Lee, Han Berg Cho, "WAVE Communication Technology", ISAP2011, October, 2011
Hyun Seo Oh, "Cooperative ITS Service for Smart Car in Korea", ISO WG18 Plenary Meeting, June 28. 2012
John B. Kenney, Saurabh Barve, and Vinuth Rai, "Comparing Communication Performance of DSRC OBEs from Multiple Suppliers", 19th ITS World Congress,Vienna,Austria,October2012.
S. Kim, "An Evaluation of the Performance of Wireless Network in Vehicle Communication Environment", Journal on the Korean Institute of Communications and Information Sciences, vol. 36, no. 10, 2011., pp.816-822

원문보기 상세보기
Marie Moe, Vilmos Nebehaj, and Thierry Ernst, "CVIS performance test results: fast handovers in an 802.11p network" in Proceedings of Conference on Telecommunications for ITS, Kyoto, Japan, 2010
http://www.its.dot.gov/connected_vehicle/connected_vehicle.htm
http://www.cvisproject.org
http://www.kapsch.net
http://www.savarinetworks.com
http://www.cohdawireless.com
http://www.itri.org.tw/eng/econtent/about/about09_02.aspx?sid16
http://www.globaldenso.com
http://www.aradasystems.com
http://www.auto-talks.com/public/page.aspx?PageID26

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증