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초록
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무선통신에 대한 기술이 급격하게 진화함에 따라, 철도 무선통신도 VHF나 TETRA에서 GSM으로 진보되었고, 현재는 LTE 기반으로 변화하고 있다. 이런 흐름 속에서, 본 고에서는, LTE 로 발전 되는 철도 무선망을 QoS(Quality Of Service) 관리 및 이동통신망 과는 다른 관점에서 철도통신(LTE-Railway)에서 추가되어야 할 요구사항 및 거기에 다른 요소 기술들을 살펴본다. LTE-R 시스템에서는 음성, 영상, 열차제어 등 모든 종류의 진보된 철도 서비스에 대해서 통합된 형태로 안정적이고 신뢰성 있은 서비스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이런 요구사항을 만족시키기 위해서는 일반 이동통신망과는 다른 접근으로 LTE-R을 개발할 필요가 있다. 본 고에서는 LTE 기반 철도통신망과 이동통신망의 다른 요구사항을 기반으로 과 차이점을 QoS(Quality Of Service) 등 철도와 같은 특수 임무형 통신 시스템에서의 요구사항이 적절하고 실용적인지 여부의 검증을 LTE 테스트베드를 실제 철도 영업선 상에 구축을 하고 필드 테스트를 통해서 만족 여부를 검토하였다. 국가적으로 진행되고 있는 LTE 기반 철도 통신망 구축 사업에서 요구하는 통신 기술 사이의 상관관계를 따져봄으로써 LTE-R에서 지원하는 통신 기술이 신뢰도 및 효율성 측면에서 충분한 정도의 기술적인 완성도를 갖추고 있음을 보인다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이와 같은 LTE-R 구현에서 흥미롭게 새겨볼 만한 것이 있다. 본 고에서 기존 LTE에서의 QoS 관리 체계를 기반으로 열차제어 Traffic에 대한 QoS 관리 기법에 대해 제안하고 이에 대한 성능을 실질적인 방법을 통해 입증하였다. 가장 중요한 포인트는 열차제어 Traffic 특성을 분석하여 이를 기반으로 QoS 정책을 설계하는 것과, 망 구축 과정에서 데이터 끊김을 유발하는 망 문제를 적절한 셀 Parameter 조절을 통해 최소화하는 것이다.
  • 특히 열차제어시스템 Traffic은 사람의 안전성과 연관된 vital한 정보를 포함하고 있으며, QoS 보장 실패로 인해 열차 운영에 차질이 있는 경우 페널티로 인해 운영자에게 금전적 손실을 가져올 수 있으므로 운영자는 LTE가 열차제어 서비스에 대한 QoS 보장이 가능한지 조심스럽게 점검을 해야 할 필요가 있다. 본 고에서는 열차제어 서비스에 대한 QoS 보장을 위한 LTE 기반 Architecture/ Parameter 설계를 살펴본다. 기존 LTE 시스템에서의 QoS 관리 구조 및 기법들을 기반으로 하여 열차제어시스템의 QoS 보장을 위한 설계 과정을 제안 하였다.
  • 본 고에서는, 현재 발전중인 LTE-R(Railway)을 개괄적으로 살펴보고 향후 T2T(Train-to-Train)나 V2V(Vehicle-toVehicle)와 같은 기술로의 진보성을 알아본다. 아울러, 기존의 LTE 통신 기술과의 차별성 및 몇가지 기술 이슈들을 소개함으로써 현재 구축되고 있는 LTE-R의 진화 방향과 향후 ICT 면에서 공헌할 수 있는 기술을 알아 본다.
  • 즉 EPS entity들 (UE, eNB, S-GW, P-GW, MME)에 EPS Bearer context 값을 설정 및 변경한다. 본고에서는 이런 서비스별 과금 정책을 철도무선망에서 제어데이터에 적용하는 기법과 그 설계에 대해서 알아 보도록 하겠다.
  • 본 고에서는, 현재 발전중인 LTE-R(Railway)을 개괄적으로 살펴보고 향후 T2T(Train-to-Train)나 V2V(Vehicle-toVehicle)와 같은 기술로의 진보성을 알아본다. 아울러, 기존의 LTE 통신 기술과의 차별성 및 몇가지 기술 이슈들을 소개함으로써 현재 구축되고 있는 LTE-R의 진화 방향과 향후 ICT 면에서 공헌할 수 있는 기술을 알아 본다.
  • 그러나 최근 국제철도연합(UIC; International Union of railway)에서는 “차세대 철도 무선통신 표준화”라는 주제로 유럽의 철도 통합 무선망(GSM-R)의 미래에 대해 전망을 2012년 10월 4일 파리에서 세계 각국의 철도통신전문가를 초청한 회의에서 발표하였다[2]. 여기에서는 유럽 각국의 철도통신기술 변화에 따른 시장의 요구, 철도 무선통신의 기술과 동향을 제시하였으며, 특히 현재 운용 중인 GSM-R(Global System for Mobile communication-Railway)의 처리 방안과 문제점, 영상 감시, 실시간 열차 성능 모니터링 등의 새로운 서비스 증가에 따른 GSM-R의 위기에 대해 언급하였다. 2013년 UIC는 차세대 철도 통신 솔루션 개발을 목표로 하는 Future Railway Mobile Telecommunication System (FRMTS) 프로젝트를 정식으로 출범시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
철도무선망의 궁극적인 목적은? 철도무선망의 궁극적인 목적은 LTE를 기반으로 한 통신기술을 이용하여 제어 정보의 seamless한 정보 전달과 철도 종사자들간의 통화에 대한 임무수행의 실현에 있다. 유럽은 이미 GSM-R을 적용 사용하고 있지만 국내 통신은 CDMA를 도입하고 있었기에 도입하기 어려웠다.
최근 이동통신의 기술이 발전함에 따라 철도 무선망은 어떤 역할을 추가시켰는가? 이전에 철도 무선망은 단순히 Voice를 전달하는 목적으로 사용되어 왔다. 그러나 이동통신의 기술이 발전됨에 따라 열차 제어 정보를 같이 보내는 등 여러 가지 서비스를 추가 시키고 있다. 이러한 움직임은 유럽에서 부터 시작되었다.
철도 무선망을 구축하기 위한 대표적인 요구사항은 무엇인가? •열차제어를 위한 데이터 service: 차상 및 지상 사이에서 열차 위치 및 열차 상태, Moving Authority(MA)와 관련된 정보를 주고 받을 때, 철도무선망은 끊김 없는 데이터 전송을 위해 높은 가용성을 요구 받는다. 이런 연유로, LTE-R에서의 수신 신호 크기는 95% coverage 기준 95dBm(220km/h 이하)이상이 되도록 요구되며, 이는 GSM-R에서도 마찬가지이다. •coverage 이중화: 높은 망 가용성을 위해서, 망 장비와 더불어 무선 coverage에 대해서도 이중화를 고려해야 하고, 이를 통해 차상 단말이 hot-standby 개념으로 두 개의 RU와 동시에 통신을 하고, 특정 RU가 고장이 발생해도 전체 열차 운행에 지장을 주지 않도록 한다. •영상 기반 감시: 무인운전인 경우, 영상을 통해 객실을 원격으로 감시하는 것이 필수이다. 또한, 영상 감시를 통해 기관사들은 터널이나 건널목과 같은 주요 선로 주위 시설물에 대한 모니터링이 가능하여 이런 지점에 대한 안전성을 점검할 수 있다. 이런 이유로, LTE-R은 영상 streaming을 실시간으로 하는 기능을 가지도록 요구되며, 이는 GSM-R을 통해서는 제공하기 어려운 것이다. •철도 음성 통신: 철도 환경에서의 음성 통신은 일반 LTE에서는 요구되지 않는 일부 특정 기능을 요구한다. LTE-R은 열차 운행과 관련된 정보를 기관사 및 역사 직원, 관제사와 공유를 할 수 있도록 그룹 음성 통신을 제공할 필요가 있다. 또한, LTE-R은 특정 지역에 있는 직원들에게 그룹 통신 혹은 방송 통신을 하기 위한 호 설정 수단을 제공해야 한다. 마지막으로, LTE-R은 긴급 상황에 대응하기 위해서 관제사에게 긴급 통화를 시도하는 수단을 제공해야 한다. •우선순위 및 가로채기: 긴급한 경우 특정 음성 통화는 높은 우선순위를 가져야 한다. 이런 호에 대해서는 LTE-R은 더높은 우선순위로 생성이 되고 필요에 따라서 우선순위가 낮은 다른 호 연결을 끊는 기능을 제공해야 한다.
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참고문헌 (13)

  1. METIS Deliverable D1.1, 'Scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system,' METIS, April 2013. 

  2. 윤병식외 5"차세대 철도 통합무선망 기술 및 표준화 동향" 한국철도학회논문집 제16권 제6호 

  3. Chiel Spaans, UIC (2013), UIC Future Railways Mobile Telecommunication Systems Solutions upcoming Project, UIC Global Signaling & Telecom Conference, India 

  4. 윤병식외 5"차세대 철도 통합무선망 기술 및 표준화 동향" 한국철도학회논문집 제16권 제6호 

  5. ETCS/GSM-R "Quality of Service - Operator Analysis," ver. 1.0, 2005.10. 

  6. ERTMS/ETCS, "SUBSET-093, GSM-R Interfaces Class 1 Requirements," issue 2.3.0, 2005.10. 

  7. TTA TTAK.KO-06.0390, Functional requirements for public safety LTE, 2015 

  8. Netmanias 기술문서: LTE QoS - SDF vs. EPS Bearer 2011년 8월 12일 

  9. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); LTE; Policy and charging control architecture (3GPP TS 23.203 version 12.6.0 Release 12 

  10. Netmanias 기술문서: LTE Policy and Charging Control (PCC) 2013. 

  11. 김주엽 외4, "Automatic Train Control over LTE: Design and Performance Evaluation" IEEE Communications Magazine . October 2015 

  12. A. Sniady and J. Soler, "LTE for Railways: Impact on Performance of ETCS Railway Signaling," IEEE Vehic. Tech.Mag., vol. 9, no. 2, June 2014, pp. 69- 75 

  13. M. Hata, "Empirical formulas for propagation loss in land mobile radio service, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 29, no. 3, Aug. 1980, pp. 317-325. 

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