C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System)는 전방 충돌 경고, 도로 안전 서비스 및 비상 정지와 같은 엄격한 실시간성이 요구되는 서비스들을 제공한다. C-ITS의 핵심 기술인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 고속 이동 환경을 위해 고안된 기술이지만, 실제 도로 환경에 적용하여 안정적인 통신 서비스를 제공하기 위해서는 실차 환경의 다양한 성능 시험이 요구된다. 실제 도로 환경에서 WAVE 통신 성능은 이동 중인 차량, 도로의 형상 및 지형 등의 주변 환경에 의해 영향을 받으며 특히, 차량이 고속으로 이동하는 경우 차량의 속도에 따라 주행하는 위치와 노변장치와의 접근성 등 주변 환경이 빠르게 변화한다. 이 변화는 통신 성능에 영향을 주는 요소이므로 이를 분석하기 위한 시스템과 방법이 필요하다. 본 논문에서는 고속 주행 환경에서 효과적인 성능 시험 시스템 구성과 시험 방법을 제안하고, 실차 시험을 통해 측정한 데이터를 기반으로 통신 성능을 분석한 결과를 제시한다.
C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System)는 전방 충돌 경고, 도로 안전 서비스 및 비상 정지와 같은 엄격한 실시간성이 요구되는 서비스들을 제공한다. C-ITS의 핵심 기술인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 고속 이동 환경을 위해 고안된 기술이지만, 실제 도로 환경에 적용하여 안정적인 통신 서비스를 제공하기 위해서는 실차 환경의 다양한 성능 시험이 요구된다. 실제 도로 환경에서 WAVE 통신 성능은 이동 중인 차량, 도로의 형상 및 지형 등의 주변 환경에 의해 영향을 받으며 특히, 차량이 고속으로 이동하는 경우 차량의 속도에 따라 주행하는 위치와 노변장치와의 접근성 등 주변 환경이 빠르게 변화한다. 이 변화는 통신 성능에 영향을 주는 요소이므로 이를 분석하기 위한 시스템과 방법이 필요하다. 본 논문에서는 고속 주행 환경에서 효과적인 성능 시험 시스템 구성과 시험 방법을 제안하고, 실차 시험을 통해 측정한 데이터를 기반으로 통신 성능을 분석한 결과를 제시한다.
C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System) provides services that require strict real-time such as forward collision warning, road safety service and emergency stop. WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments), a core technology of C-ITS, is a technology designed for high-speed driving...
C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System) provides services that require strict real-time such as forward collision warning, road safety service and emergency stop. WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments), a core technology of C-ITS, is a technology designed for high-speed driving. However, in order to provide stable communication service by applying to real road environment, various performance tests of real vehicular environment are required. In the real road environment, WAVE communication performance is influenced by the surrounding environment such as moving vehicle, road shape and topography. Especially, when the vehicle is moving at high speed, the traveling position according to the speed of the vehicle, The surrounding environment changes rapidly. Such changes are factors affecting the communication performance, therefore a system and methods for analyzing them are needed. In this paper, we propose the configuration and test method of an effective performance evaluation system under high-speed driving and describe the results of analyzing the communication performance based on the data measured through the actual vehicle test.
C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System) provides services that require strict real-time such as forward collision warning, road safety service and emergency stop. WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments), a core technology of C-ITS, is a technology designed for high-speed driving. However, in order to provide stable communication service by applying to real road environment, various performance tests of real vehicular environment are required. In the real road environment, WAVE communication performance is influenced by the surrounding environment such as moving vehicle, road shape and topography. Especially, when the vehicle is moving at high speed, the traveling position according to the speed of the vehicle, The surrounding environment changes rapidly. Such changes are factors affecting the communication performance, therefore a system and methods for analyzing them are needed. In this paper, we propose the configuration and test method of an effective performance evaluation system under high-speed driving and describe the results of analyzing the communication performance based on the data measured through the actual vehicle test.
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문제 정의
본 논문은 차량의 이동 속도와 노변 장치와의 접근성을 중심으로 고속 주행 환경에서의 통신 성능을 측정하기 위한 시스템의 구성과 그 시험 방법에 대하여 제안하고, 이를 활용하여 측정한 V2X 통신 시스템의 성능 측정 결과를 제시한다. 2장에서는 WAVE 통신 규격에 대하여 소개하며, 3장에서는 고속 주행 환경에서 효과적인 성능 시험을 위한 시스템 구성과 시험 방법을 제안한다.
본 논문에서 최근 WAVE의 단점을 보완하기 위해 V2X 기술로 연구가 활발한 LTE를 적용한 성능 측정 시스템을 제안한다. 제안하는 성능 측정 시스템은 그림 3의 V2X 성능 측정 시스템 네트워크 구성과 같이 WAVE-LTE 망 협력 운용을 통해 통신 부하를 분산하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다.
본 논문에서는 고속도로와 같은 100km/h 이상의 속도를 유지하며 성능 시험을 수행하기 위해 대구테크노폴리스에 위치한 지능형자동차부품진흥원 (KIAPI)의 ITS 고속 주회로(ITS High Speed Circuit)에 V2X 성능 측성 시스템을 구축하고 성능 시험을 수행하였다. 그림 4는 KIAPI ITS 고속 주회로이며, 표 2는 KIAPI ITS 고속주회로의 규격이다.
차량이 고속으로 이동하는 경우, 차량의 위치와 주변 환경이 빠르게 변화하여 통신 성능에 영향을 주므로 고속 주행 환경에서의 성능 시험이 필수적으로 수행되어야 한다. 본 논문은 차량의 고속 주행 환경에서 효과적으로 통신 성능을 측정하기 위한 시스템의 구성과 그 시험 방법에 대하여 제안하고, 제안된 방법으로 수행한 성능 측정 시험의 결과를 분석하였다.
제안 방법
본 논문에서는 차량의 속도를 100km/h로 유지하여 반복 주행하면서 통신 장치의 성능을 측정하였으며 WAVE 통신을 위한 시험 조건은 표 3과 같다. WAVE 모듈의 메시지 송수신 채널 번호로 180번을 설정하였으며 신호의 출력 값은 20dBm이다.
고속 주행 환경에서의 RSU와 OBU간의 통신 성능 분석 결과는 각 시험 회차 및 왕복 회차에 대한 시험 결과를 통합하여 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
그림 2는 성능 측정 시스템 구조도이다. 성능 측정 시스템은 성능 분석 서버(Analysis Server)와 RSU(Road-Side Unit, Infrastructure), OBU(On-Board Unit, Vehicle device) 로 구성된다. 성능 분석 서버는 성능 시험의 시작과 종료를 알리고 측정된 성능 시험 결과를 모니터링하고 기록한다.
데이터처리
제안하는 성능 측정 시스템은 그림 3의 V2X 성능 측정 시스템 네트워크 구성과 같이 WAVE-LTE 망 협력 운용을 통해 통신 부하를 분산하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다. RSU는 고정 인프라이므로 서버와의 통신 인터페이스는 이더넷을 사용하였으며, 차량에 탑재되는 OBU는 무선랜을 이용할 경우 IEEE 802.11p와 같은 문제가 발생 될 수 있으므로 정확한 성능 분석을 위해 LTE를 사용하였다.
성능/효과
그림 9는 주회로에 설치된 모든 RSU에 대한 전체 통신 커버리지를 나타내며 전체 3,681.124m 중 큰 장애물이 있는 왼쪽 커브구간의 약 150m 음영 지역(약 4%)을 제외하고 주회로 거의 대부분의 구간에서 RSU와 OBU간 통신이 가능함을 확인 할 수 있다.
이는 음영구간을 제외한 나머지 구간에서는 Packet Loss가 없다는 것을 알 수 있다. 통신 커버리지 분석 결과 결론적으로 차량이 100km/h 이상으로 고속 주행 시에도 양호한 통신 성능을 보임을 확인할 수 있다.
그림 10과 11에서와 같이 신호 강도는 RSU와 OBU 사이의 송수신 거리에 따라 성능이 달라지는 것을 확인 할 수 있다. 통신 거리별 RSSI 분석 결과를 통해 거리에 따라 신호 강도가 감소하는 경향이 있음을 알 수 있지만, 주행 속도에 따른 RSSI 분석 결과는 차량의 주행 속도가 신호 강도에 큰 영향을 주지 않는다는 것을 보여준다.
제안된 V2X 성능 측정 시스템은 WAVE-LTE 망 협력 운용을 통해 통신 부하를 분산하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장함으로써, RSU와 OBU에서 서버로 시험 결과를 전송 과정 중에 V2X 통신 성능에 영향을 줄 수 있는 요인들을 완전히 배제하였다. 또한 고속 주행 환경 조건을 만족하기 위해 ITS 고속 주회로에서 실차 테스트를 수행함으로써 성능 시험 방법에 신뢰성을 확보할 수 있었다.
제안된 V2X 성능 측정 시스템은 WAVE-LTE 망 협력 운용을 통해 통신 부하를 분산하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장함으로써, RSU와 OBU에서 서버로 시험 결과를 전송 과정 중에 V2X 통신 성능에 영향을 줄 수 있는 요인들을 완전히 배제하였다. 또한 고속 주행 환경 조건을 만족하기 위해 ITS 고속 주회로에서 실차 테스트를 수행함으로써 성능 시험 방법에 신뢰성을 확보할 수 있었다. 성능 분석 결과 최대 거리 평균 1,143.
또한 고속 주행 환경 조건을 만족하기 위해 ITS 고속 주회로에서 실차 테스트를 수행함으로써 성능 시험 방법에 신뢰성을 확보할 수 있었다. 성능 분석 결과 최대 거리 평균 1,143.08m, 전체 RSU에 대한 평균 Loss는 3.95%의 성능을 보이며, 고속 주행 환경에서 거리에 따라 신호 강도가 감소하는 경향이 있지만 차량의 주행 속도에는 큰 영향을 받지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로 WAVE 규격을 만족하는 통신 모듈일 경우, 차량의 주행 속도에는 큰 영향을 받지 않고 양호한 통신 성능을 보임을 확인할 수 있었다.
95%의 성능을 보이며, 고속 주행 환경에서 거리에 따라 신호 강도가 감소하는 경향이 있지만 차량의 주행 속도에는 큰 영향을 받지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로 WAVE 규격을 만족하는 통신 모듈일 경우, 차량의 주행 속도에는 큰 영향을 받지 않고 양호한 통신 성능을 보임을 확인할 수 있었다.
후속연구
제안된 성능 시험 방법은 다양한 차세대 C-ITS 서비스를 제공하는 차량 및 노변간 통신 시스템의 성능 검증 시험에 적용 할 수 있을 것이다. 향후에는 최근 연구가 활발한 LTE기반 V2X 시스템의 성능 측정을 위해서 성능 측정 시스템을 확장할 필요가 있다.
제안된 성능 시험 방법은 다양한 차세대 C-ITS 서비스를 제공하는 차량 및 노변간 통신 시스템의 성능 검증 시험에 적용 할 수 있을 것이다. 향후에는 최근 연구가 활발한 LTE기반 V2X 시스템의 성능 측정을 위해서 성능 측정 시스템을 확장할 필요가 있다. 또한 보다 다양한 WAVE 시험 조건과 환경 조건들을 접목하여 도로에서 발생할 수 있는 다양한 상황에 대한 통신 성능 검증을 수행함으로써 보다 신뢰성 있고 포괄적인 V2X 성능 검증 방안을 연구할 필요가 있다.
향후에는 최근 연구가 활발한 LTE기반 V2X 시스템의 성능 측정을 위해서 성능 측정 시스템을 확장할 필요가 있다. 또한 보다 다양한 WAVE 시험 조건과 환경 조건들을 접목하여 도로에서 발생할 수 있는 다양한 상황에 대한 통신 성능 검증을 수행함으로써 보다 신뢰성 있고 포괄적인 V2X 성능 검증 방안을 연구할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Cooperative-Intelligent Transportation System의 핵심 기술은 무엇인가?
C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System)는 전방 충돌 경고, 도로 안전 서비스 및 비상 정지와 같은 엄격한 실시간성이 요구되는 서비스들을 제공한다. C-ITS의 핵심 기술인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 고속 이동 환경을 위해 고안된 기술이지만, 실제 도로 환경에 적용하여 안정적인 통신 서비스를 제공하기 위해서는 실차 환경의 다양한 성능 시험이 요구된다. 실제 도로 환경에서 WAVE 통신 성능은 이동 중인 차량, 도로의 형상 및 지형 등의 주변 환경에 의해 영향을 받으며 특히, 차량이 고속으로 이동하는 경우 차량의 속도에 따라 주행하는 위치와 노변장치와의 접근성 등 주변 환경이 빠르게 변화한다.
C-ITS는 어떤 서비스들을 제공하는가?
C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System)는 전방 충돌 경고, 도로 안전 서비스 및 비상 정지와 같은 엄격한 실시간성이 요구되는 서비스들을 제공한다. C-ITS의 핵심 기술인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 고속 이동 환경을 위해 고안된 기술이지만, 실제 도로 환경에 적용하여 안정적인 통신 서비스를 제공하기 위해서는 실차 환경의 다양한 성능 시험이 요구된다.
지능형교통체계는 어떻게 운전자에게 실시간 교통정보를 제공하는가?
지능형교통체계(Intelligent Transport Systems: ITS)는 도로, 차량 등 교통체계의 구성 요소에 ICT(Information & Communication Technology) 및 센서 기술 등의 첨단기술을 융·복합하여 실시간 교통 정보를 운전자에게 제공한다. 최근 ITS 기술은 WAVE를 기반으로 도로와 차량(Vehicle to Infrastructure: V2I), 차량과 차량(Vehicle to Vehicle: V2V), 차량과 보행자(Vehicle to Pedestrian: V2P) 등 교통의 주요 주체가 서로 협력적으로 각자의 교통 정보를 교환하는 개념(Vehicle-to-Everything: V2X)의 도로-자동차-보행자 간 협력 시스템(Cooperative System: CS)을 중심으로 국·내외에서 빠르게 진화하고 있다.
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