본 논문에서는 무선통신 기술인 무선 Mesh를 이용하여 열차제어시스템 데이터를 전송하는 기술에 대하여 제안하였다. 국내외에서 차세대 열차제어기술로 각광받고 있는 무선기반 열차제어시스템 기술의 핵심 요소인 무선주파수에 대하여 이론적 특성을 제시하고 실험을 통하여 5.7GHz대역 무선주파수의 열차제어시스템 적용 가능성과 신뢰성, 가용성, 안정성에 대하여 분석함으로써, 경제적이고 효율적인 주파수 이용과 함께 향후 무선기반 열차제어시스템 개발에 응용할 수 있는 기술적 토대를 제시하였다.
본 논문에서는 기존 철도 운영 및 관리시에 철도 주변환경으로 부터 발생하는 소음, 진동, 미세먼지 센서에서 다양한 실시간 스트림 데이터를 감지하고 정형화된된 데이터 패턴을 인식하고 분석할 수 있도록 데이터를 구성 및 저장하고 분석된 데이터를 표현할 수 있도록 시각화 지원을 위한 모니터링 시스템 플랫폼을 구현하였다. 데이터 전송을 위해 시리얼 통신 기법을 주로 적용하였으나, 센서와 디바이스의 증가로 인해 시리얼 통신의 한계가 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 아두이노와 서버 간의 직접 통신 방식 대신 라즈베리파이를 도입하여 MQTT Broker(브로커)를 설치하고 통신을 진행하였다. 철도 데이터 모니터링 시스템 플랫폼은 NoSQL 데이터베이스인 MonGoDB와 데이터 시각화할 수 있는 Grafana를 이용하여 구축하였다.
스마트폰 도입 이후 국내 무선인터넷 시장은 획기적으로 변화하여 왔다. 이에 따라 무선인터넷시장의 성장은 물론 무선데이터 트래픽 또한 기하급수적으로 증가하고 있다. 이러한 무선인터넷 시장 및 트래픽 증가 현상에 대해 다양한 찬반양론은 있으나, 무선인터넷 서비스 시장의 활성화는 그간 성장이 다소 정체되어 왔던 통신시장의 재도약의 발판을 마련하고 있는 것은 부정할 수 없는 사실이다. 이에 본 연구는 사건연구(Event Study) 방법론을 이용하여 망 전송 속도 및 네트워크 용량 확대에 따라 발생가능한 수요 패턴 중 하나인 유도된 수요(Induced Demand)가 LTE 도입에 따라 실제 통신시장에서도 발생하고 있는 지를 실증적으로 분석하고, 유도된 수요 발생에 따른 문제점 및 정책적 해결 방안을 제시하고자 한다.
향후 다양한 무선 통신 규격들의 통합 수용을 위한 SDR (Software Defined Radio) 기술이IMT-2000 이후의 4세대 이동 통신 시스템을 위한 핵심 기술로써 심각하게 고려되고 있다. 이에 부응하여 SDR기반의 멀티모드용 통신 시스템을 구성하기 위한 주요 기술로서 디지털 IF 기술에 대한 필요성이 급속도로 고조되고 있는 상황이다. 최근 ABC/DAC 및 범용 디지털 신호처리 소자들의 고속화 및 고성능화로 인해 If (Intermediate Frequency) 대역과 기저대역 신호들 간의 직접 디지털 변환의 구현이 현실화되고 있다. 사용자의 관점에서 국지적으로 상용화되고 있거나 장래에 출현할 다양한 이동 통신 시스템 규격들 및 이에 대해 사업자들에게 할당되는 주파수 대역들이 서로 다른 점을 고려할 때, 이종 시스템 혹은 사업자들에게 할당된 주파수 대역에 구애받지 않고 언제 어디서나 자유롭게 무선 채널을 엑세스하고 또한 특정 채널을 임의로 선택하기 위한 디지털 If기술의 실현이 필수적이다 이러한 SDR기반 디지털 If 기술은 소프트웨어적으로 재구성 가능한 하드웨어 구조를 요구하며, 특정 이동 통신 규격의 물리 계층만을 지원하는 무선 인터페이스가 아닌 다중이동 통신 모드를 지원할 수 있는 유연성이 가미된 채널화 알고리즘이 필요하게 된다. 따라서 디지털 If기술은 무선 인터페이스 처리 부분, 즉 주파수 상 하향 변환 및 채별 선택 조합을 용도에 맞게 단일의 하드웨어 플렛폼 상에서 고속 디지털 신호처리 알고리즘을 기반으로 동작하기 위한 기능을 필연적으로 요구한다. 본 논문에서는 향후 SDR 기반의 기지국 및 단말기 운영 및 구생 모델을 제시하며, 디지털 If에 대한 필요성 및 동작 원리, 그리고 요소 기능들에 대한 구체적인 동작 원리 및 디지털 If와 더불어 활용 가능한 기술에 대하여 논의한다.
유비쿼터스 환경에서의 무선 센서 네트워크에는 수많은 소형 센서 노드들이 넓은 지역에 분포하는 관계로 센서노드들에 대한 지속적인 전력공급이 가장 큰 문제 중 하나로 인식되고 있다. 본 논문에서는 무선센싱에 있어 전력자체수급 방식에 의한 상시 초저전력 센싱과 무선통신을 커버할 수 있는 연구결과에 대하여 기술한다.
본 논문에서는 복잡계 네트워크 이론에 기반하여 무선 애드혹 네트워크를 분석하고 네트워크 토폴로지를 구성하는 방법에 관하여 제안한다. 본 논문에서는 기존의 복잡계 네트워크 연구가 무선 통신 채널의 특성을 정확히 반영하지 못한 부분을 개선하였으며, 랜덤 그래프 이론을 무선 통신 환경을 고려하여 확장하였다. 주요 결과로서 복잡계 네트워크 이론에 기반한 네트워크 토폴로지 구성이 전체 애드혹 네트워크 성능에 미치는 영향을 분석하고 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
고속화 및 자동화 추세에 따라 열차제어시스템(TCS: Train Control System)은 유선으로 정보를 주고받는 기술에서 무선을 이용한 제어방식으로 기술이 발전되고 있으며, 무선방식도 2세대의 GSM-R에서 4세대 통신인 LTE를 적용한 LTE-R 무선통신 기술이 적용되고 있다. 따라서 무선통신(LTE-R)을 적용한 일반(250km/h이하) 고속철도(350km/h)용 열차제어시스템(KRTCS-2: Korea Radio based Train Control System-2, 이하 KRTCS-2라 함)에 적합한 표준사양(안)을 작성하고, 표준사양(안)을 기반으로 제작한 시작품을 일반열차 및 고속열차에 설치하고, 호남 고속선(정읍~익산) 및 원주-강릉선에 시험선을 구축하여 다양한 성능시험을 통해 표준사양(안)의 신뢰성 및 안전성을 확보하고자 한다. 이후 표준사양(안)은 국가 철도규격으로 제정하여 일반(광역) 고속철도 노선에 열차제어시스템을 적용함으로써 표준사양(안)이 실용화될 수 있도록 할 예정이다.
안전전송장치는 열차와 철도 시설 간에 통신을 제공하여 안전하고 효율적인 운영을 보장해야 하는 철도 시스템에서 사용되는 중요한 장치이다. 본 논문에서는 무선통신기반 차세대 열차제어시스템의 안전전송장치를 설계하고 시험하였다. 유럽규격과 국내규격을 분석하고 요구사항을 검토하여 국제적 수준의 안전전송장치의 HW 설계와 SW를 설계하여 제작하였다. 안전전송장치의 기능을 검증하기 위하여 시뮬레이터를 제작하여 설계된 기능이 구현되고 있는 것을 확인하였다.
무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)는 철도분야에서 효율적인 관리와 유지보수라는 측면에서 적용되어 사용되고 있다. 하지만 저속 철도 환경에서 사용되고 있는 현재의 IEEE 802.15.4/ZigBee 기반 센서 통신 기술을 차세대 고속철도에서 적용하기에는 열악한 무선 채널 환경에 노출되어 있다. 본 논문에서는 고속 철도 환경에 적합한 센서 통신 알고리즘을 제안한다. 에러율 및 전송률 향상을 위해 IEEE 802.15.4/ZigBee 기반 개선 알고리즘인 Equalizer, MIMO(Multiple Input Multiple Output), Flexible SF(Spreading Factor) 및 Modulation을 사용한다. 또한 IEEE 802.15.4/ZigBee 표준의 2.4GHz 대역 물리계층에서 각 알고리즘에 대한 성능을 비교 분석한다. 모의실험 결과, 제안한 알고리즘을 통해 기존 시스템보다 에러율 및 전송률이 향상 된 것을 볼 수 있다.
현재 이동/무선통신 환경은 사람과 사람 간의 통신 서비스 형태뿐만 아니라 IoT 통신 서비스로 점차 확대되어가고 있으며, Wi-Fi, Bluetooth 중심의 근거리 무선통신뿐만 아니라 더욱 통신영역이 좁아진 근접통신의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 근접통신 기술 개발이 지속적으로 이루어지고 있으며, 특히 기기 간의 대용량 데이터 교환이 증가함에 따라 기가급의 속도를 제공하는 초고속 근접통신 기술들이 활발하게 개발되고 있다. IEEE 802에서는 주변 기기들간의 직접(Point-to-Point: P2P) 통신을 지원하는 802.15.3e 초고속 근접통신 기술을 개발하고 있으며, 또한, 802.11ad의 후속 표준으로 개발이 시작된 802.11ay의 Usage Model에도 근접통신이 포함되어 있다. 본고에서는 이러한 초고속 근접통신 기술동향에 대해 기술하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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