철도 통합무선망 운영관리 시스템의 모델기반 설계에 관한 연구 Model-Based Design of Operational Management System for Integrated Wireless Communication Network of Korean Railway Systems원문보기
철도를 통한 승객 및 화물 운송의 수요가 증대함에 따라 철도 교통량 및 혼잡도가 증가하여 이에 따른 사고발생 가능성의 상승과 승객서비스 품질의 저하가 중요한 문제로 부각되고 있다. 이러한 문제들에 대한 해결책의 하나로 철도운영에 이용되는 통신서비스망의 통합을 통한 망의 고품질화가 최근에 많은 주목을 받게 되었다. GSM-R이 그러한 요구에 부응하는 유럽에서 개발된 통합 철도통신망인데, 망 자체의 속도 제한 때문에 다양하고 고품질이 요구되는 철도통신 서비스를 제공하는 데에는 제약이 있음이 알려져 있다. 이에 국내에서는 차세대 통신수단인 LTE 기반의 첨단 철도 통합무선망 구축에 관한 연구가 진행 중에 있다. 하지만 철도 통합무선망 자체에 대한 구축이 이루어진다 해도, 통합 통신망을 운영하고 관리하는 시스템이 필요한데 관련 연구가 미흡하다. 본 연구에서는 구축되는 철도 통합무선망을 위한 망의 운영관리 시스템에 대해 연구하는 것이 목표이다. 이를 위해 모델 기반 접근법을 통해 통신망 운영관리 시스템에 대한 개념설계를 수행하였다. 운영관리 시스템 설계에 있어서 먼저 운영관리의 개념을 명확하게 하는 것이 중요하기 때문에, 유스 케이스 다이어그램을 통해 시스템 컨텍스트 모델을 생성하였다. 또한 운영관리 개념의 명확성을 확보하기 위해서 모델링 표준언어인 SysML을 사용하여 운영 시나리오 모델을 생성하였다. 계속해서 SysML 모델들을 EFFBD 모델로 변환한 후 모델 시뮬레이션 및 검증을 수행하였다. 따라서 본 논문에서 보고된 연구 결과는 향후 운영관리 시스템의 개발 단계에서 상세설계를 진행할 때 기본 토대로 활용될 수 있다.
철도를 통한 승객 및 화물 운송의 수요가 증대함에 따라 철도 교통량 및 혼잡도가 증가하여 이에 따른 사고발생 가능성의 상승과 승객서비스 품질의 저하가 중요한 문제로 부각되고 있다. 이러한 문제들에 대한 해결책의 하나로 철도운영에 이용되는 통신서비스망의 통합을 통한 망의 고품질화가 최근에 많은 주목을 받게 되었다. GSM-R이 그러한 요구에 부응하는 유럽에서 개발된 통합 철도통신망인데, 망 자체의 속도 제한 때문에 다양하고 고품질이 요구되는 철도통신 서비스를 제공하는 데에는 제약이 있음이 알려져 있다. 이에 국내에서는 차세대 통신수단인 LTE 기반의 첨단 철도 통합무선망 구축에 관한 연구가 진행 중에 있다. 하지만 철도 통합무선망 자체에 대한 구축이 이루어진다 해도, 통합 통신망을 운영하고 관리하는 시스템이 필요한데 관련 연구가 미흡하다. 본 연구에서는 구축되는 철도 통합무선망을 위한 망의 운영관리 시스템에 대해 연구하는 것이 목표이다. 이를 위해 모델 기반 접근법을 통해 통신망 운영관리 시스템에 대한 개념설계를 수행하였다. 운영관리 시스템 설계에 있어서 먼저 운영관리의 개념을 명확하게 하는 것이 중요하기 때문에, 유스 케이스 다이어그램을 통해 시스템 컨텍스트 모델을 생성하였다. 또한 운영관리 개념의 명확성을 확보하기 위해서 모델링 표준언어인 SysML을 사용하여 운영 시나리오 모델을 생성하였다. 계속해서 SysML 모델들을 EFFBD 모델로 변환한 후 모델 시뮬레이션 및 검증을 수행하였다. 따라서 본 논문에서 보고된 연구 결과는 향후 운영관리 시스템의 개발 단계에서 상세설계를 진행할 때 기본 토대로 활용될 수 있다.
The increased demand on the transport of both passengers and goods through rail systems implies higher traffic intensity and congestion on the railways, resulting in greater likelihood of accidents and also degraded passenger services. To cope with the issues, development of an integrated communicat...
The increased demand on the transport of both passengers and goods through rail systems implies higher traffic intensity and congestion on the railways, resulting in greater likelihood of accidents and also degraded passenger services. To cope with the issues, development of an integrated communication network for rails has attracted great deal of attention lately. GSM-R is such an example developed in Europe, which seems to have restrictions in providing various communication services due to network speed limit. For the reason, an LTE-based approach is under study in Korea. After the network development, operation management of the network is necessary. Design of operation management systems has been studied little and thus is the objective of this paper. To do so, a conceptual design has been carried out based on model-based approach. Specifically, a context model has first been created using the use case diagram. Then, SysML models of operational scenarios were developed for the management system. The SysML models have alternatively been expressed as EFFBD models to simulate and verify them. Consequently, the result of the conceptual system design for the operation management of the integrated wireless network is expected to be used as a basis for the detailed design later.
The increased demand on the transport of both passengers and goods through rail systems implies higher traffic intensity and congestion on the railways, resulting in greater likelihood of accidents and also degraded passenger services. To cope with the issues, development of an integrated communication network for rails has attracted great deal of attention lately. GSM-R is such an example developed in Europe, which seems to have restrictions in providing various communication services due to network speed limit. For the reason, an LTE-based approach is under study in Korea. After the network development, operation management of the network is necessary. Design of operation management systems has been studied little and thus is the objective of this paper. To do so, a conceptual design has been carried out based on model-based approach. Specifically, a context model has first been created using the use case diagram. Then, SysML models of operational scenarios were developed for the management system. The SysML models have alternatively been expressed as EFFBD models to simulate and verify them. Consequently, the result of the conceptual system design for the operation management of the integrated wireless network is expected to be used as a basis for the detailed design later.
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문제 정의
따라서 본 논문의 목적은 구축되는 철도 통합무선망을 위한 운영관리 시스템에 대해 모델링 및 시뮬레이션 기법을 적용하여 개념설계를 수행하는 것이다.
그 이유는 운영시나리오가 대상 시스템의 운영 개념을 명확하게 하고, 이해당사자들이 대상 시스템에 대한 이해를 돕게 하기 때문이다. 또한 대상시스의 운영 시나리오를 생성함으로써 어떻게 대상 시스템을 사용하려 하는지 파악할 수 있다.
본 연구는 우선적으로 철도통합무선망 운영관리 시스템을 개발하기 위해서 운영관리 시스템의 생성방안을 연구했다. 이 방안을 활용하여 운영 시나리오를 생성했다.
본 연구는 철도통합무선망 운영관리 시스템 개발에서 모델링과 시뮬레이션을 활용한 운영 개념의 확립과 시험 절차서 개발에 관한 연구를 진행했다. 운영 개념을 명확하게 하기 위해서 Use case diagram을 사용하여 운영 시나리오를 생성했다.
본 연구는 철도통합무선망 운영관리 시스템의 개념설계를 위해서 운영관리 개념을 명확하게 한다. 운영 시나리오는 이러한 운영관리 개념을 명확하게 하는데 도움을 주기 때문에 운영 시나리오를 개발한다.
가설 설정
그 결과의 해석은 다음과 같다. 1)시뮬레이션 창의 회색 막대는 가용할 수 있는 자원을 의미한다. 2)짙은 녹색 막대는 각 프로세스 활동의 수행기간을 의미한다.
1)시뮬레이션 창의 회색 막대는 가용할 수 있는 자원을 의미한다. 2)짙은 녹색 막대는 각 프로세스 활동의 수행기간을 의미한다. 3)노란색 막대는 각 프로세스활동이 실행 가능한 상태이지만 trigger를 필요로 하기 때문에 trigger 데이터를 기다리는 기간을 의 미한다.
제안 방법
Vitech Core의 시뮬레이션 기능을 사용하여 관리정책 수립 업무의 EFFBD를 시뮬레이션 했다. 그 결과의 해석은 다음과 같다.
하지만 철도 통합무선망 운영관리 시스템에 대한 참고자료는 부족하다. 따라서 기존의 Management system들을 분석하여 운영관리 시스템의 특징을 분석하려 한다.
또한 생성된 운영 시나리오를 검증하고 철도통합무선망의 운영 조직의 운영 프로세스를 검증하기 위한 시험 절차서를 개발하였다. 시험절차서에서 운영 조직과 운영 시나리오에 따라 생성한 EFFBD 모델에 대해 시뮬레이션을 통해 검증한다.
따라서 업무기술서와 Use case diagram의 구성요소를 매칭시켜 Use case diagram을 생성한다. 마지막으로 업무기술서와 Use case diagram을 활용하여 시스템을 어떻게 사용할지에 관한 운영 시나리오를 작성한다. Fig.
운영 개념을 명확하게 하기 위해서 Use case diagram을 사용하여 운영 시나리오를 생성했다. 생성된 운영 시나리오를 검증하기 위해서 현실적인 제약사항이 반영된 EFFBD를 생성했고, 시뮬레이션을 통해 운영 시나리오 모델을 검증했다.
또한 생성된 운영 시나리오를 검증하고 철도통합무선망의 운영 조직의 운영 프로세스를 검증하기 위한 시험 절차서를 개발하였다. 시험절차서에서 운영 조직과 운영 시나리오에 따라 생성한 EFFBD 모델에 대해 시뮬레이션을 통해 검증한다. 시뮬레이션 결과를 통해서 운영 시나리오 모델의 논리적 오류 검증과 운영 프로세스의 최적화를 수행하는데 활용할 수 있다.
본 연구는 철도통합무선망 운영관리 시스템 개발에서 모델링과 시뮬레이션을 활용한 운영 개념의 확립과 시험 절차서 개발에 관한 연구를 진행했다. 운영 개념을 명확하게 하기 위해서 Use case diagram을 사용하여 운영 시나리오를 생성했다. 생성된 운영 시나리오를 검증하기 위해서 현실적인 제약사항이 반영된 EFFBD를 생성했고, 시뮬레이션을 통해 운영 시나리오 모델을 검증했다.
운영개념의 도출은 운영 시나리오를 생성하여 운영개념의 구성요소를 충족시킴으로써 달성된다. 이를 위해 운영 시나리오를 개발하고, 모델을 시뮬레이션을 통해서 검증한다. 검증된 운영 시나리오는 운영개념이 합리적이고, 이해당사자 요구사항을 충족시킬 수 있음을 의미한다.
적용 방안은 Use case diagram과 업무기술서의 구성 요소를 식별한다. 다음으로 업무기술서의 구성요소와 Use case diagram의 구성요소를 매칭시킴으로써 하위 수준의 업무들이 Use case diagram에 반영되어 시스템의 용도를 정의하게 한다.
이론/모형
업무기술서는 상세한 task가 기술되어 있기 때문에 시스템 개발의 상위 수준에서 시스템의 용도를 정의하기에는 어려움이 따른다. 따라서 현존하는 시스템을 분석하여 새로운 시스템을 개발하는 방식으로 사용하는 Bottom-up 프로세스를 적용한다.
성능/효과
2)짙은 녹색 막대는 각 프로세스 활동의 수행기간을 의미한다. 3)노란색 막대는 각 프로세스활동이 실행 가능한 상태이지만 trigger를 필요로 하기 때문에 trigger 데이터를 기다리는 기간을 의 미한다. 4)마지막으로 밝은 녹색 막대는 trigger된 활동이 수행되는 기간을 의미한다.
PAS99:2012의 PDCA 프로세스는 Management system이 운영관리를 계획, 수행, 지원 및 관리활동을 향상시키는 것으로 구성됨을 확인할 수 있다. SMS의 기능구성요소특징을 종합해 보면 안전관리 활동을 계획, 수행, 지원 및 향상의 내용을 포함하는 것을 확인할 수 있다. GSM-R 역시 GSM-R의 운영관리 조직을 구성하여, 운영관리 활동을 수행함을 알 수 있다.
검증된 운영 시나리오는 운영개념이 합리적이고, 이해당사자 요구사항을 충족시킬 수 있음을 의미한다. 마지막으로 검증된 운영 시나리오와 대상 시스템의 개념이 포함된 시험절차서를 작성하여 대상 시스템 개발 에 활용할 수 있도록 만들었다.
후속연구
운영 시나리오에 따라 운영 조직의 운영 프로세스를 구축할 수 있다. 또한 운영 프로세스를 구축하고 이것이 최적의 상태로 운영되는지에 대한 검증까지 수행가능하게 될 것이다.
시험절차서에서 운영 조직과 운영 시나리오에 따라 생성한 EFFBD 모델에 대해 시뮬레이션을 통해 검증한다. 시뮬레이션 결과를 통해서 운영 시나리오 모델의 논리적 오류 검증과 운영 프로세스의 최적화를 수행하는데 활용할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철도 통합 무선망의 운영 시나리오의 생성에 SysML을 활용한 모델링 기법이 적합한 이유는 무엇인가?
운영 시나리오의 생성은 SysML을 활용한 모델링 기법이 좋다. 모델링 기법은 철도통합무선망 운영관리 시스템의 운영관리 조직을 구조적으로 분석하고, 이들이 수행하게 될 철도통합무선망 운영관리 프로세스를 식별하는데 용이하기 때문이다[8,9]. 또한 철도 통합무선망 운영개념의 동적 분석을 운영 시나리오의 시뮬레이션으로 수행할 수 있다. 즉, 향후 실제 시스템의 운영을 사전에 분석할 수 있음을 의미한다.
철도전용 무선통신망의 도입 목적은 무엇인가?
철도분야에서는 철도차량 및 철도 시설의 안전성과 쾌적성 향상을 위해서 철도전용 무선통신망 도입이 요구되고 있다[1]. 철도전용 무선통신망은 철도의 보안 및 안정성 강화, 철도 일정 관리와 고품질의 서비스를 제공하기 위하여 필수적이다[1].
GSM-R은 어떤 기여를 하고 있는가?
이에 유럽에서는 이미 2000년대 초반부터 GSM-R (Global System for Mobile Communcations - Railway) 을 도입하여 철도전용 통신망을 구축하고 있다. GSM-R은 철도의 안정성을 높이고, 고객에게 고품질의 서비스를 제공하는데 기여하고 있다. 또한 철도 무선망으로서 GSM-R에 대한 수요가 높아지는 추세이다[2].
참고문헌 (13)
Sa-Hyuk Kim, "Domestic and foreign present condition and implication on wireless communication network for railway construction", Korea Information Society Development Institute, Future Fusion Laboratory , May 16, 2013.
J. Garstenauer and S. Pocuca, "The future of railway communications," in Proc. MIPRO, 2011 Proceedings of the 34th International Convention, Opatija, Croatia, May 23, 2011, pp. 421-423.
Kyung-Hee Kim, Yong-Kyu Kim, Yong-Ki Yoon, Eun-Kyung Chae, "A study on the application of Integrated Wireless Network for Railway", Journal of the Korean Society for Railway, The Korean Society for Railway, Vol. 16, No.5, Oct., 2013.
T. Gao and B. Sun, "A high-speed railway mobile communication system based on LTE," in Proc. Electronics and Information Engineering (ICEIE), 2010 International Conference On, Kyoto, Japan, Aug. 1, 2010, pp. V1-414-V1-417. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ICEIE.2010.5559665
A. Kossiakoff, W. N. Sweet, S. J. Seymour, and S. M. Biemer, Systems Engineering Principles and Practice. 2nd ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 31 2011.
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M. dos S. Soares and J. Vrancken, "Model-driven user requirements specification using SysML," Jounal of Software, vol. 3, no. 6, Jun. 30, 2008.
S. Friedenthal, A. Moore, and R. Steiner, A Practical Guide to SysML: The Systems Modeling Language. 2nd ed.: Morgan Kaufmann, Oct. 17 2011.
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