[논문]차량 통신에서의 효율적인 데이터 전송을 위한 지능형 WAVE/DSRC 플랫폼 기술 연구

김재완; 전현민; 김승구

doi:10.9717/kmms.2017.20.9.1519

차량 통신에서의 효율적인 데이터 전송을 위한 지능형 WAVE/DSRC 플랫폼 기술 연구
Intelligent WAVE/DSRC Platform Technology for Efficient Data Transmission in Vehicle Communication 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.20 no.9, 2017년, pp.1519 - 1526

김재완 (School of Electronics & Info-communications, YeungJin College) , 전현민 (Dept. of Electronic Eng., Kumoh Nation Institute of Technology) , 김승구 (School of Electronics Engineering, Chungbuk National University)

Abstract ▼ AI-Helper

The existing DSRC(Dedicated Short Range Communication) scheme has a limitation in providing various services through short-range wireless communication. Therefore, it is necessary to develop an intelligent WAVE/DSRC hybrid wireless platform that can improve data transmission speed and extend the effective communication range. This paper introduces WAVE/DSRC integrated platform technology using WAVE(Wireless Access in Vehicle Environments) to overcome the disadvantages of DSRC. First, the desinged software configuration of the WAVE/DSRC integrated platform is described. Then each task operation scheme and WAVE software design are described. By applying the WAVE/DSRC integrated platform, we can compensate the shortcomings of DSRC. It can provide more accurate and reliable services.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

DSRC/WAVE Platform에서 동작하는 WAVE 모뎀의 채널 대역폭을 측정함으로써 목표 규격을 만족하는지 확인한다. Fig.
DSRC/WAVE Platform에서 동작하는 각각의 DSRC, WAVE모뎀에 대한 운용되는 주파수 대역을 측정함으로써 목표 규격을 만족하는지 확인한다. 목표 규격은 WAVE의 경우 5.
WAVE 시스템의 출력 파워를 최대로 설정하여, 실제 WAVE전송단에서 출력되는 파워가 목표치에 도달하는지 확인한다. 시험을 위하여 앞의 Nominal Bandwidth시험 때와 동일하게 시스템을 구성한다.
WAVE/DSRC시스템 수신단의 Sensitivity가 목표치에 도달하는지 확인한다. WAVE모뎀의 Sensitivity는 변조방식에 따라 달라지며, 본 실험에서는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)와 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)두 방식에 대한 Sensitivity를 체크한다.

제안 방법

WAVE/DSRC시스템 수신단의 Sensitivity가 목표치에 도달하는지 확인한다. WAVE모뎀의 Sensitivity는 변조방식에 따라 달라지며, 본 실험에서는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)와 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)두 방식에 대한 Sensitivity를 체크한다. WAVE모뎀은 전송속도에 따라 변조 방식이 달라지며, 27Mbps로 전송할 때는64QAM을 사용하며, 9Mbps로 전송할 때는 QPSK를사용한다.
그리고 구현 모듈의 성능 평가를 위해 주요 항목인 data rate, nomial bandwidth, operating bandwidth, tx power, sensitivity를 측정하였으며 각 항목에 대한 시나리오 및 결과를 아래와 같이 나타내었다. 그리고 본 모듈은 기존의 DSRC와 호환이 되면서 WAVE 통신이 가능하도록 IEEE802.
11p 스펙에 맞게 구현하여 만든 통합 WAVE/DSRC 모듈이다. 따라서 본 개발의 기존기술이라 할수 있는 DSRC 및 WAVE 각각의 단독 시스템들의 성능(아래 Table 1)을 모두 만족시키므로 개발한 통합 모듈과의 성능 비교는 따로 수행하지 않았다[9].
본 논문에서 제안한 통합형 WAVE/DSRC 통합시스템의 테스트는 실내에서 측정 가능한 모든 시험을 수행하였으며, 테스트를 통해 검증한 사항은 Date Rate, Nominal Bandwidth, Operating Bandwidth, Tx Power, Sensitivity를 측정하였으며, 위 Table 2의 해당 항목들이 모두 DSRC 및 WAVE spec.를 만족함을 확인하였다.
본 논문에서는 WAVE와 DSRC 프로토콜을 메인 모듈에서 컨트롤하기 위한 통합 관리 S/W를 설계하고 각각의 통신 모듈과 메인 모듈에 모듈 컨트롤러를 추가하여 통신 링크 설정을 위한 제한 사항들을 처리한다.

대상 데이터

수신되는 WSA를 확인한 후 Provider는 선택한 채널로 WSMP프레임을 전송하도록 한다. 시험은 통합 시스템 2대를 하나는 Service Provider로 하나는 Service User로 설정하여 데이터를 송수신하는 환경에서 측정하였다.

이론/모형

WAVE태스크는 해당하는 모듈로의 제어를 하기 위한 수단으로 응용에게 API의 형태로 제공하며, 제공 API는 호출하는 대상이 누구인지에 따라 일반적인 유형의 함수(Service API)와 각 모듈로부터 발생한 신호 및 데이터를 알리기 위해 시스템에서 자동으로 호출되는 Callback유형의 함수 (Callback API)로 구분된다. Main모듈 상에서 운용중인 uTaskerOS는 경량의 이벤트 드리븐 스케줄링 방식을 이용한다. 때문에, 응용이 WAVE관련 Service API를 호출할시 해당 API에서는 API ID와 함수인자를 포함하는 이벤트 메시지를 생성하여 WAVE Task에게 전달한다.

성능/효과

본 논문에서 제안한 통합형 WAVE/DSRC 통합시스템의 테스트는 실내에서 측정 가능한 모든 시험을 수행하였으며, 테스트를 통해 검증한 사항은 Date Rate, Nominal Bandwidth, Operating Bandwidth, Tx Power, Sensitivity를 측정하였으며, 위 Table 2의 해당 항목들이 모두 DSRC 및 WAVE spec.를 만족함을 확인하였다.
본 연구를 통해 개발된 DSRC/WAVE 복합 무선통신 시스템은 국가 정책적으로 요구되는 ITS 산업육성에 활용이 가능하며 개발된 DSRC/WAVE 복합 무선 통신 시스템의 세부 요소 기술들의 기술 이전을 통해 벤처 산업 활성화를 유도 가능하다. 차후 개발한 통합형 WAVE/DSRC 통신 기술을 활용하여 ITS 관련 여러 가지 응용 서비스 개발을 추가적으로 진행할 계획이며 이를 통해 U-City 환경에서 지역 내 고속 무선 통신 인프라를 확보할 수 있도록 할 것이다.

후속연구

하지만 이러한 통신은 대개 100m 이내의 반경 내에서 이루어지는 단거리 무선 통신으로서 다양한 ITS서비스를 제공함에 있어 한계가 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고 이용자의 요구사항에 맞춰 효과적인 기기간 통합과 시스템 상호 운용성 확보를 위해서는 차세대 ITS용 무선전송 기술인 WAVE를[1-4] 적용하여 데이터 전송속도의 향상 및 유효 통신거리의 범위를확장시킬 수 있는 지능형 WAVE/DSRC 복합 무선 플랫폼의 개발이 필요하다.
본 연구를 통해 개발된 DSRC/WAVE 복합 무선통신 시스템은 국가 정책적으로 요구되는 ITS 산업육성에 활용이 가능하며 개발된 DSRC/WAVE 복합 무선 통신 시스템의 세부 요소 기술들의 기술 이전을 통해 벤처 산업 활성화를 유도 가능하다. 차후 개발한 통합형 WAVE/DSRC 통신 기술을 활용하여 ITS 관련 여러 가지 응용 서비스 개발을 추가적으로 진행할 계획이며 이를 통해 U-City 환경에서 지역 내 고속 무선 통신 인프라를 확보할 수 있도록 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	WAV란 무엇인가?	기존의 통신방식으로는 차량에서의 무선 인터넷을 포함하는 ITS에서 요구하는 다양한 서비스 및 높은 전송속도를 수용하는데 한계에 도달하였고, 그 결과 이를 해결하기 위한 기술로 WAVE가 출현하였다. WAVE는 고속으로 주행하는 차량 환경에서 통신서비스를 제공하기 위하여 특화된 차세대 ITS 통신 기술로, WLAN기술을 기반으로 하여 자동차 환경에 맞도록 수정되었다[5]. DSRC기술의 일종이며, V2I(Vehicle-to-Infrastructure)과 V2V(Vehicle-to-Vehicle)통신을 지원한다[6,7].
	DSRC란 무엇인가?	DSRC는 톨게이트에 설치된 노변기지국(Road-Side Unit, RSU)과 도로상에서 주행중인 차량에 설치된 차량탑재단말기(On-Board Unit, OBU)간에 짧은 시간에 고속의 데이터 통신 서비스를 위한 근거리 전용 무선통신 기술로서, 현재는 주로 도로의 통행요금 자동징수시스템(고속도로 하이패스)에 적용되고 있다[8].
	DSRC의 단점은 무엇인가?	이 통신방식은 OBU에서 RSU으로 상향링크 구성시 RSU으로부터 연속적인 반송파를 제공받아야 하므로 반이중(Half-Duplex)통신이 이루어지며, 연속파의 출력의 세기로 인하여 RSU간의 거리가 충분히 확보되어야 하는 단점이 있다. 또한 RSU으로부터 수신한 전파를 이용한 역방향 변조방식을 사용하므로 OBU에서 RSU로 송신되는 상향링크의 데이터 전송속도는 250kbps이고, 하향링크의 데이터 전송속도는 500kbps로 상향링크의 전송속도가 낮아지는 단점이 있고, 반면에 변조방식이 간단하여 OBU를 저렴하게 만들 수 있는 장점이 있다.

참고문헌 (9)

IEEE, Amendment 7: Wireless Access in Vehicular Environments, IEEE Standards for Information Technology Telecommunications and Metropolitan Area Networks Specific Requirements, 802. D 7.0, 2009.
IEEE, Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE)-Networking Services, IEEE Standards for Information Technology Telecommunications and Metropolitan Area Networks Specific Requirements, IEEE 1609.3, 2007.
IEEE, Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) -Multi-channel Operation, IEEE Standards for Information Technology Telecommunications and Metropolitan Area Networks Specific Requirements, IEEE 1609.4, 2006.
J.B. Kenney, “Dedicated Short-Range Communications (DSRC) Standards in the United States,” Proceedings of the IEEE, Vol. 99, No. 7, pp. 1162-1182, 2011.

상세보기
S.H. Baek and Y.H. Kim, "Network-Based Vehicle Mobility Support in Vehicle Network," Proceeding of the Conference of the Korea Multimedia Society, pp. 41-47, 2008.
J.H. Joo, H.C. Lee, J.J. Kim, and D.S. Han, “A Dual Beaconing Scheme for Effective Context Awareness in Vehicular Ad Hoc Networks,” Journal of the Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol. 39, No. 2, pp. 114-122, 2014.
W.Y. Lee, “A Performance Enhancement of VANET Warning Message Propagation on Electric Wave Blind Area Problem in the Urban Environment,” Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 17, No. 10, pp. 1220-1228, 2014.

원문보기 상세보기
IITA, DSRC Technology Trends for ITS Services, 2000.
S.J. Park, S.S. Yoo, and T.K. Yang, "Study on Communication Each Other Cars by OBE Terminal," Journal of the Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol. 33, No. 8, pp. 835-845, 2008.

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