배터리 교체형 전기버스는 친환경 공공교통 수단이다. 그러나 기술적 한계로 인하여, 이 버스는 소모된 배터리를 충전된 배터리로 반복해서 교체해야 한다. 현재 국내에서 연구 중인 배터리 자동 교체형 전기버스는 배터리 무인 자동교체소에서 자동으로 배터리를 교체할 수 있다. 본 논문에서는 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 두 가지 서비스를 제공한다. 첫째, 이 시스템은 버스 도착 알림 서비스를 제공한다. 이 서비스는 기존 대도시에서 서비스 중인 버스정보시스템의 기능으로, 버스 승객들에게 버스를 얼마나 기다려야 하는지를 알려준다. 둘째, 배터리 교체 스케줄링 서비스를 제공한다. 이 서비스는 배터리 잔량이 얼마 남아있지 않거나 배터리 교체를 원하는 버스를 완충된 배터리를 저장하고 있는 배터리 무인 자동교체소로 할당하는 역할을 한다. 제안된 시스템을 검증하기 위해서 시스템을 DEVS형식론으로 모델링하였다. 시뮬레이션 결과, 제안된 시스템은 위의 서비스들을 충실히 수행함을 알 수 있었다.
배터리 교체형 전기버스는 친환경 공공교통 수단이다. 그러나 기술적 한계로 인하여, 이 버스는 소모된 배터리를 충전된 배터리로 반복해서 교체해야 한다. 현재 국내에서 연구 중인 배터리 자동 교체형 전기버스는 배터리 무인 자동교체소에서 자동으로 배터리를 교체할 수 있다. 본 논문에서는 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 두 가지 서비스를 제공한다. 첫째, 이 시스템은 버스 도착 알림 서비스를 제공한다. 이 서비스는 기존 대도시에서 서비스 중인 버스정보시스템의 기능으로, 버스 승객들에게 버스를 얼마나 기다려야 하는지를 알려준다. 둘째, 배터리 교체 스케줄링 서비스를 제공한다. 이 서비스는 배터리 잔량이 얼마 남아있지 않거나 배터리 교체를 원하는 버스를 완충된 배터리를 저장하고 있는 배터리 무인 자동교체소로 할당하는 역할을 한다. 제안된 시스템을 검증하기 위해서 시스템을 DEVS형식론으로 모델링하였다. 시뮬레이션 결과, 제안된 시스템은 위의 서비스들을 충실히 수행함을 알 수 있었다.
The exchangeable battery electric bus is an eco-friendly public transportation vehicle. Due to the technological limitation, however, it should repeatedly change batteries with charged ones. The unmanned battery exchangeable electric bus being studied in Korea can exchange batteries automatically by...
The exchangeable battery electric bus is an eco-friendly public transportation vehicle. Due to the technological limitation, however, it should repeatedly change batteries with charged ones. The unmanned battery exchangeable electric bus being studied in Korea can exchange batteries automatically by using a battery swapping system. In this paper, we propose an unmanned battery exchangeable electric bus management system. The proposed system provides two services: the bus information service and the battery change scheduling service. The bus information service is the existing traditional metropolitan area bus information systems, which inform bus passengers how long they should wait for the buses. Our second service assigns a low-battery bus, which needs to change the batteries, to the battery swapping system, which stores fully-charged batteries. To validate the proposed system, we model the system by using the DEVS formalism. The simulation result shows that the proposed system provides the services properly.
The exchangeable battery electric bus is an eco-friendly public transportation vehicle. Due to the technological limitation, however, it should repeatedly change batteries with charged ones. The unmanned battery exchangeable electric bus being studied in Korea can exchange batteries automatically by using a battery swapping system. In this paper, we propose an unmanned battery exchangeable electric bus management system. The proposed system provides two services: the bus information service and the battery change scheduling service. The bus information service is the existing traditional metropolitan area bus information systems, which inform bus passengers how long they should wait for the buses. Our second service assigns a low-battery bus, which needs to change the batteries, to the battery swapping system, which stores fully-charged batteries. To validate the proposed system, we model the system by using the DEVS formalism. The simulation result shows that the proposed system provides the services properly.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
다음으로 위와 같은 방식으로 동작하기 위해서 필요한 통신량의 크기에 대해 고찰해보자. 첫 번째로 BT에서 서버로 전송되는 B2Va 메시지로 인한 통신량을 살펴보자.
또한 본 논문은 제안한 시스템의 전체적인 구조를 제안하고 각 시스템 요소들의 역할을 제시하는 것을 목표로 한다. 여기에 추가로 제안된 시스템의 통신 부하를 하위 프로토콜의 오버헤드를 제외한 순수 데이터만을 가지고 추정해보고자 한다.
본 논문에서는 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 서비스 수행에 필요한 통신량이 많지 않아 통신 속도가 느린 기존 버스정보시스템의 통신 인프라에서도 충분히 구현이 가능하다.
본 논문에서는 현재 대도시에서 서비스 중인 버스정보시스템의 통신 인프라를 활용한 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 기존에 서비스 중인 버스정보시스템의 기능을 그대로 수행하면서 추가되는 기능을 수행한다.
앞서 소개한 두 가지 서비스의 대략적인 통신부하를 추정 하기 위해 하위 프로토콜 계층의 오버헤드를 제외한 순수 통신량의 크기를 예측해보자. 먼저 식 (3)을 전국에서 버스가 많이 밀집되는 지역 중에 한 곳인 서울역을 기준으로 계산해보자.
또한 기존 버스정보시스템의 버스 도착 알림 서비스를 동일하게 제공하여 기존 버스정보시스템의 편리성을 유지하였다. 여기에 추가로 버스의 배터리 교체 작업을 스케줄링 해주는 서비스를 제공하여 특정 배터리 교체소에 배터리 교체 작업이 몰리는 현상을 예방하고자 하였다. 또한 본 논문에서는 제안된 시스템의 구성요소들을 DEVS 형식론으로 모델링하여 구성요소들의 동작을 구체적으로 분석할 수 있었다.
다음으로 위와 같은 방식으로 동작하기 위해서 필요한 통신량의 크기에 대해 고찰해보자. 첫 번째로 BT에서 서버로 전송되는 B2Va 메시지로 인한 통신량을 살펴보자. Fig.
가설 설정
다음으로 식 (4)를 이용하여 배터리 교체 작업 스케줄링에 필요한 통신량의 크기를 계산해보자. 계산에 앞서 버스는 완충된 배터리로 20 km의 거리를 평균속도 20 km/h로 주행하며 배터리 잔량이 20%미만일 때마다 배터리 교체 요청을 한다고 가정하였다. 이에 따라 버스는 시속 20 km/h로 1시간동안 달릴 수 있으며 약 48분에 배터리 잔량이 20%미만으로 떨어지게 된다.
둘째, 무선 통신 망의 속도가 매우 빨라서 각종 통신에 소요되는 시간은 무시할 수 있을 정도로 작은 것으로 가정하였다. 실제 무선 통신 시간은 정도의 차이는 있으나 상당히 큰 값이다.
가장 교통이 혼잡한 시간대에는 서울시에 등록된 7500대의 버스가 같은 CDMA망 내에서 모두 운행되며 (n2=7500), 서울역을 중심으로 1 km 반경 내에는 150개의 버스 노선이 있고 각 노선별로 버스가 2대씩 이 지역 내에 운행 중에 있다고 (n1=300) 하자. 또한 BT에서 서버로 데이터를 전송하는 주기 T1은 10초, 서버에서 UT로 데이터를 전송하는 주기 T2는 20초로 가정하자. 그러면 식 (3)에 의해 버스 도착 알림 서비스의 초당 메시지 송수신량은 10.
셋째, 버스가 배터리 교체를 요청했을 때 항상 20Km이내에 완충배터리를 보유한 배터리 교체소가 1개 이상 존재한다고 가정하였다.
또한 경우에 따라서는 서버에서 정류장의 UT로의 통신 혹은 서버에서 ST로의 통신을 유선 통신망을 이용할 수도 있으므로 CDMA망의 부하를 더 감소시킬 수 있다. 이 예제에서 사용된 파라미터 값들은 매우 극단적으로 통신량이 많이 발생하는 경우를 가정한 것이다. 따라서 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템의 두 서비스가 기존 통신 인프라에서도 문제없이 구현이 가능함을 쉽게 예상할 수 있다.
본 논문에서는 무선 통신망에 대해서 다음 두 가지를 가정하였다. 첫째, 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템이 커버하는 전 지역에서 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템의 모든 구성 요소들 간에는 항상 통신이 가능한 것으로 가정하였다.
서버는 전체 시스템을 제어하는 장치로서, 시스템의 규모와 부하에 따라 하나 이상 설치될 수 있다. 하지만 본 논문에서는 시스템의 전체적인 동작을 간략히 설명하기 위해 하나의 서버를 설치한 상황을 가정하여 시스템 동작을 기술한다. 이외에 버스에는 하나의 BT, 배터리 교체소에는 하나의 ST, 정류장에는 하나의 UT가 설치된다.
제안 방법
첫째, 이 시스템은 실시간으로 버스들의 위치정보를 수집하며 이를 토대로 정류장의 승객들에게 버스 도착 알림서비스를 제공한다. 둘째, 이 시스템은 배터리 교체소들의 상태정보를 실시간으로 관리하며 버스가 배터리 교체를 요청할 시 버스 위치와 배터리 교체소의 상태정보들을 참조하여 가장 빠르게 교체를 받을 수 있는 배터리 교체소로 유도 하여 원활한 배터리 교체를 수행하게 하고 특정 배터리 교체소에 여러 대의 버스가 몰리는 문제를 예방한다.
여기에 추가로 버스의 배터리 교체 작업을 스케줄링 해주는 서비스를 제공하여 특정 배터리 교체소에 배터리 교체 작업이 몰리는 현상을 예방하고자 하였다. 또한 본 논문에서는 제안된 시스템의 구성요소들을 DEVS 형식론으로 모델링하여 구성요소들의 동작을 구체적으로 분석할 수 있었다. 더불어 모델링한 모델들을 DEVSim++을 이용하여 시뮬레이션 하여 제안된 시스템의 주요 기능들을 실험적으로 검증하였다.
마지막으로 본 논문에서는 제안된 시스템이 목표로 하는 기능들을 충실하게 수행할 수 있는지를 검증하기 위해서 제안된 시스템을 Discrete Event System Specification (DEVS) 형식론을 이용하여 모델링한 후에 DEVSim++ 환경에서 시뮬레이션 하였다.
본 논문에서 제안하는 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템은 새로운 통신 인프라 구축 없이 기존의 통신 인프라로도 버스 도착 알림 서비스와 배터리 자동 교체형 전기버스의 배터리 교체 스케줄링 서비스를 제공할 수 있도록 설계하였다. 본 장에서는 먼저 시스템의 전체적인 구조 및 구성요소들의 역할에 대해서 설명하고, 다음으로 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템의 두 가지 주요 기능을 위한 구성 요소들의 동작을 설명한다.
또한 본 논문은 제안한 시스템의 전체적인 구조를 제안하고 각 시스템 요소들의 역할을 제시하는 것을 목표로 한다. 여기에 추가로 제안된 시스템의 통신 부하를 하위 프로토콜의 오버헤드를 제외한 순수 데이터만을 가지고 추정해보고자 한다.
메시지 타입 필드는 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템에서 사용되는 메시지들을 구분하기 위한 것이다. 제안된 시스템에서는 총 12가지 종류의 메시지가 사용되고 있으며, 각 메시지 종류를 구분하기 위해 메시지 타입 필드를 4 비트로 표현하였다. 메시지 발생시간은 32 비트로 표현하였으며 기준 시각 이후 몇 초가 지났는지를 나타낸다.
본 논문에서는 현재 대도시에서 서비스 중인 버스정보시스템의 통신 인프라를 활용한 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 기존에 서비스 중인 버스정보시스템의 기능을 그대로 수행하면서 추가되는 기능을 수행한다. 이 시스템은 크게 두 가지의 서비스를 제공한다.
STOP 모델은 UT의 동작을 모델링한 것이다. 즉, 서버에서 브로드캐스팅한 데이터 중에 자신에 해당하는 노선정보만을 추출하여 곧 도착할 버스의 정보를 표출하는 동작을 모델링한 것이다. STOP 모델은 LMAN 모델에 의해 외부사건이 들어올 때마다 위치정보를 저장하고 표출한다.
데이터처리
또한 본 논문에서는 제안된 시스템의 구성요소들을 DEVS 형식론으로 모델링하여 구성요소들의 동작을 구체적으로 분석할 수 있었다. 더불어 모델링한 모델들을 DEVSim++을 이용하여 시뮬레이션 하여 제안된 시스템의 주요 기능들을 실험적으로 검증하였다.
본 장에서는 먼저 시스템의 전체적인 구조 및 구성요소들의 역할에 대해서 설명하고, 다음으로 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템의 두 가지 주요 기능을 위한 구성 요소들의 동작을 설명한다. 마지막으로 제안된 시스템의 통신량을 서울시 버스 시스템을 기준으로 분석한다.
제안된 시스템의 기능을 검증하기 위해 모델링된 결과를 DEVSim++[8]을 이용하여 시뮬레이션 하였다. DEVSim++는 DEVS 형식론의 추상화 시뮬레이터 알고리즘을 C++ 언어로 구현한 것이다.
이론/모형
본 장에서는 앞 장에서 제안된 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템 기능들을 검증하기 위해 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템을 Discrete Event System Specification (DEVS) 형식론[7]을 기반으로 모델링하였다. DEVS 형식론에서는 이산사건 시스템을 계층화 및 모듈화된 형태로 기술 한다.
성능/효과
이와 같은 장점은 새로운 시스템을 도입하였을 때 생기는 새로운 인프라 구축에 대한 부담을 줄여준다. 또한 기존 버스정보시스템의 버스 도착 알림 서비스를 동일하게 제공하여 기존 버스정보시스템의 편리성을 유지하였다. 여기에 추가로 버스의 배터리 교체 작업을 스케줄링 해주는 서비스를 제공하여 특정 배터리 교체소에 배터리 교체 작업이 몰리는 현상을 예방하고자 하였다.
DEVSim++는 DEVS 형식론의 추상화 시뮬레이터 알고리즘을 C++ 언어로 구현한 것이다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제안된 배터리 자동 교체형 전기버스 운영시스템이 두 가지 주요 기능들을 충실하게 수행하는 것을 Fig. 16, 17과 같은 로그 메시지를 통해 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 서비스 수행에 필요한 통신량이 많지 않아 통신 속도가 느린 기존 버스정보시스템의 통신 인프라에서도 충분히 구현이 가능하다. 이와 같은 장점은 새로운 시스템을 도입하였을 때 생기는 새로운 인프라 구축에 대한 부담을 줄여준다.
후속연구
그러나 제안된 시스템이 실제로 구현되기 위해서는 추후에 하위 계층 프로토콜에 대한 구성 및 정형검증이 필요하며, 배터리 교체작업 스케줄링에 대한 알고리즘 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
배터리 교체 방식의 전기버스가 배터리를 교체하는 방법은?
이 배터리는 정류장에 설치된 배터리 무인 자동교체소에서 완충된 배터리로 교체가 가능하다. 버스가 정류장에서 정차하여 승객들을 태우고 내릴 때, 배터리 교체소에서는 내부 에이전트 시스템의 지시에 따라 로봇 팔을 이용하여 버스의 배터리를 빼내고 완충된 새 배터리를 장착해준다. 즉, 배터리 자동 교체형 전기버스는 배터리 잔량이 부족할 시 배터리 교체소에 정차하여 방전된 배터리를 반납하고 완충된 배터리를 교체 받을 수 있다.
버스정보시스템이란?
이번 장에서는 기존의 버스정보시스템 (Bus Information System, BIS)에 대하여 살펴보고자 한다. 버스정보시스템[4-6]이란, 버스와 정류장에 무선 송⋅수신기를 설치하여 버스의 운행 상황을 실시간으로 파악하여 승객들에게 버스 도착 예정 시간을 알리는 서비스를 제공한다. 또한 운전자에게는 버스 간 배차 간격을 효율적으로 조절할 수 있도록 운행정보를 제공하고 운영관리자에게는 버스 운행현황을 중앙 운영센터에서 실시간으로 알려준다.
배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템은 무엇으로 구성 되는가?
배터리 자동 교체형 전기버스 운영 시스템은 기본적으로 버스 단말 (Bus Terminal, BT), 배터리 교체 시스템 단말 (Battery Swapping System Terminal, ST), 버스 정보 표출시스템 단말 (Bus User Terminal, UT), 서버 (Server)로 구성된다. 서버는 전체 시스템을 제어하는 장치로서, 시스템의 규모와 부하에 따라 하나 이상 설치될 수 있다.
참고문헌 (8)
C. S. Kim and S. H. Lee, "The Impact of Greenhouse Gas Reduction on the Korean Economy and Environment Using Dynamic CGE," The Korean Journal of Agricultural Economics, Vol.45, No.4, pp.169-190, 2004.
J. Y. Ko, W. C. Choi, S. J. Heo, and J. I. Jeong, "Electric Bus Conversion with Replaceable Battery Configuration for a Public Transportation Application," in Proceedings of the KSAE Annual Conference and Exhibition, Daejeon, 2011, pp.2649-2654.
J. Y. Kim, J. Y. Ko, W. C. Choi, and S. J. L, "Battery Swapping Mechanism of Electric Bus for Smart Transportation System," in Proceedings of the KSAE Annual Conference and Exhibition, Goyang, 2012, pp.2331-2337.
Y. W. Lee, "A Study for Communication Mode of Bus Information System," The Korean Society of Industrials Application, Vol.10, No.4, pp.241-248, 2007.
M. Y. Bin, H. B. Kim, and H. K. Han, "A Study on BIS(Bus Information System) Building Strategies and Assessing Their Impacts," Gyeonggi Research Institute, 2004.
W. K. Lee and Y. T. Jung, "The Methods of Establishment about Bus Information System(BIS) at Busan Metropolitan City," Busan Development Institute, 2004.
B. P. Zeigler, H. Praehofer, and T. G. Kim. "Theory of modeling and simulation: Integrating discrete event and continuous complex dynamic systems," 2nd ed., Academic Press, 2000.
T. G. Kim, "DEVSim++ User's Manual : C++ Based Simulation with Hierarchical Modular DEVS Model," Computer Engineering Lab., Dept of Electrical Engineering, KAIST, 1994.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.