차량통신은 IT기술과 차량산업을 결합한 대표적인 융합기술이다. WAVE 기술은 전 세계적으로 널리 채택되어 사용되어지고 있는 차량통신 표준이다. 본 논문에서는 WAVE 시스템 이용하여 실제 테스트베드상에서 구현한 서비스에 대해 소개한다. 먼저 전체적인 WAVE 시스템에 대해 간략히 살펴본 후 서비스를 구현하기 위한 테트스베드에 대해 소개하고, 테스트베드상에서 구현된 차량간통신 및 차량 기지국간통신을 이용한 다양한 응용 서비스에 대해 알아본다. 실제 응용 서비스의 구현을 바탕으로 하여 실제 시스템 구현에 필요한 사항 및 다른 분야와의 융합분야에 대해서도 논의한다.
WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) 통신은 차량이 주행하면서 도로 인프라 및 다른 차량과 상호 통신하며 교통정보 및 서비스를 교환 및 공유하는 정보통신 융합 시스템인 국내 C-ITS (Cooperative-Intelligent Transportation System)의 핵심적인 기술이다. 본 논문에서는 고속도로에서의 WAVE 통신에 있어서 통신거리에 따라 통신성능이 현저히 떨어지는 null 점의 발생 위치를 분석하기 위하여 two-ray 지면 반사 모델을 사용하여 down-fade와 up-fade가 발생하는 위치를 수식으로 정의하였으며 실제 고속도로 LOS (Line Of Sight) 환경에서 WAVE 통신 장치를 사용한 RSSI (Receiver Signal Strength Indicator) 값 측정 실험결과와 비교 검증하였다. 또한, down-fade 발생의 문제점을 개선하기 위하여 수신 안테나 다이버시티 기능을 적용한 WAVE 통신 보드를 구현하고 실험을 통해 수신 성능이 개선되는 것을 확인하였다.
차량 간 통신을 위한 직교 주파수 분할 다중화 (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)기반 WAVE (Wireless Access for Vehicular Environment) 시스템의 물리계층 표준은 기존에 정지환경을 기반으로 표준화된 IEEE802.11a 무선랜 (WLAN: Wireless Local Area Network)의 물리계층 표준을 따르는 것으로 되어 있다. 따라서 이동환경에 기반한 WAVE 시스템에서 단순한 등화방식을 적용할 경우 빠른 페이딩의 영향으로 인하여 프레임 초기 채널특성과 말기 채널특성의 변화가 초래되어 시스템의 수신 성능이 저하되게 되고, 특히 고차 변조방식에서는 더욱 문제가 된다. 따라서 본 논문에서는 WAVE 시스템의 64-직교진폭변조 (QAM: Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 고차 변조에서 채널 등화성능을 향상시키는 방식에 대해 연구하였다. 훈련 심볼을 이용하는 기존의 채널추정방식을 기반으로 하되 WAVE 채널처럼 빠르게 변화하는 채널특성을 추적하기 위해 일정한 주기 마다 미드엠블을 삽입하는 전송구조를 제안하였다. 또한 미드엠블 사이의 심벌들의 채널 변화는 다양한 보간법을 적용한 등화 알고리듬을 제안하였다.
차량에서의 무선통신의 발달과 함께 WAVE(Wireless access in vehicular environments) 상에서도 보안에 대한 위험성이 증가하였다. 이를 위해 IEEE 1609.2로 스누핑, 도청과 같은 공격으로부터 메시지를 보호하기 위한 보안 서비스를 규정하였다. 이를 보안 라이브러리를 하드웨어 형태로 구현 가능하며 본 논문에서는 이에 적합한 AES-CCM 구조를 설계하였다. 동일 FPGA에서 비교 논문의 구조와 비교하여 27 % 적은 slice를 사용하였으며 기존 라이브러리모듈에서 레지스터를 공유하였을 경우를 고려하면 약 45 % 적은 slice를 사용한다. 또한 xc5vlx110t-2ff1136 상에서 1355 Gbits/s의 처리량을 보인다.
ITS와 WAVE 등의 도입 및 스마트 폰의 광범위한 보급에 따라 WMN 기술은 IEEE802.11 기반의 AP의 무선접속 범위를 확장시키기 위한 효율적인 기술로서 인정받고 있다. 본 논문에서는 WMN 구현에 있어서 대부분의 메쉬 라우터가 갖고 있는 다중 인터페이스/다중 채널 기능을 활용하여 전반적인 통신 속도 및 처리율 향상을 위한 MAC 프로토콜을 제안하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 성능을 검증하였다.
본 논문은 지능형교통시스템(ITS: Intelligent Transport System)을 위한 V2X 간의 무선통신시스템에 적용되는 WAVE(Wireless Access in Vehicle Environments) 안테나 시스템에 대한 연구이다. 5.825~5.9GHz 주파수대역의 WAVE 통신은 차량이 주행하면서 도로 인프라에 설치되어 있는 기지국과 다른 차량에 장착되어 있는 단말기간의 무선통신에 사용할 수 있도록 하는 표준화된 프로토콜이다. 최근의 WAVE 통신시스템 연구에서는 통신거리에 따른 통신성능을 향상시키기 위해서 기지국과 차량 단말기 기술개발 위주로 연구되고 있으나, 본 논문에서는 시스템 성능 개선 가능성을 검토하고자 차량 루프에 장착가능한 자동차용 안테나 시스템의 설계구조 개선에 대한 연구를 진행하였다. WAVE 안테나 베이스 구조에 EBG(Electro Band-Gap) 구조를 적용하여 비교시뮬레이션을 통해 반사손실이 저감되어 성능이 향상되는 것을 확인하였다.
차량 간 무선 통신을 목적으로 만들어진 직교 주파수 분할 다중화 (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)기반 WAVE(Wireless Access for Vehicular Environment) 시스템의 물리층 표준은 기존에 표준화된 IEEE802.11a 무선랜(WLAN: Wireless Local Area Network)의 표준을 따르는 것으로 되어 있다. 따라서 WAVE는 초기 동기 이후 차량 간 다중 경로 페이딩(Multipath Fading) 채널의 영향으로 인하여 심볼 타이밍에 있어서 연속적인 시간 지연이 발생함에 따라 시스템의 수신 성능이 저하되게 된다. 본 논문은 추가적인 심볼 시간 지연을 보상해 주기 위한 심볼 시간 추적(Tracking) 알고리듬을 제안하고 있다. 본 논문에서는 제안된 알고리듬을 최대 지연 시간 (Maximum Timing Delay)이 적용된 최악의 통신환경에 적용하여 모의실험을 수행하였다. 실험결과에 의하면 제안된 알고리듬은 가산성 백색 가우스 잡음 (AWGN: Additive White Gaussian Noise) 채 널 및 페이딩 채널 환경에서 시스템의 수신 성능을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 연구는 스마트하이웨이 같은 첨단 도로 인프라가 구축이 되어 WAVE(Wireless Access for Vehicular Environments) 기술을 이용하여 차량의 정보를 수집하는 서비스를 시행할 경우, 차량데이터를 수집하는 전송간격의 결정 문제를 다루고 있다. 여기서 차량데이터는 위치정보이외에 속도, RPM, 연료소모량 및 DTC 코드와 같은 차량안전데이터를 포함하는 OBD II와 연계된 차량수집장치로부터 매초별로 수집될 수 있는 데이터이다. 이러한 차량데이터는 기존의 교통소통정보로 가공 및 제공이 가능할 뿐만 아니라 다각화된 서비스가 가능한 컨텐츠로 활용이 될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 실시간 차량데이터를 일상적인 상황에서 수집될 경우 교통조건의 변화에 따라 전송간격(교통정보 수집주기)를 변경하는 방법으로 공간적, 시간적 교통상황을 고려하는 모델을 제안한다. 연구에서는 이러한 전송간격 결정모델에 대하여 교통상황묘사가 가능한 VISSIM이라는 미시적 교통시뮬레이터를 기반으로 시나리오를 약 32가지 설정하여 전송간격, 통신전송량, 통신간격, 통신수 및 BPS 등에 대하여 확인하여 보았다. 그 결과 2차로의 1km 고속도로 구간에서는 차량데이터를 2회 정도 수집할 경우에 통신전송량의 특성상 가장 적절할 것으로 확인되었다. 향후 다양한 도로상의 무선 통신 기술이 도입될 경우 교통 및 통신기술 특성을 동시적으로 고려한 전송간격 모델을 제시한 본 연구는 그 활용가치가 높을 것으로 판단되는 바이다.
차량통신 네트워크는 운전자 및 동승자, 더 나아가 보행자에게 안전 서비스 및 다양한 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있다는 점에서 미래의 ITS(Intelligent Transportation System)를 주도할 핵심적 기술로 기대되고 있다. 본 고에서는 최근 연구가 활발히 진행되고 있는 차량통신 네트워크의 개념과 특징을 살펴보고 대표적인 차량통신 표준인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments) 기술의 개요와 MAC(Medium Access Control) 기술에 대해 살펴본다.
차량 간 통신에서는 무선 랜을 기반으로 한 연구가 활발히 진행되고 있으며, IEEE 802.11p WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment)에서도 802.11a를 기반으로 한 방식을 채택하고 있다. 하지만 무선 랜 방식은 하나의 채널을 경쟁 모드로 사용하기 때문에 빠른 접속을 요구하는 차량 환경에서 경쟁을 회피하기 위해 CSMA/CA(Carrier Sense multiple Access/Collision Avoidance) 알고리즘을 사용하는 것은 찾은 충돌로 인한 통신 지연을 유발 할 수 있다. 본 논문에서는 차량 간 통신에서 이러한 문제점을 해결하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원하기 위하여 차량 환경에 적합한 클러스터링 기반의 멀티채널 매체접속제어 프로토콜을 설계하고 설계된 프로토콜을 바탕으로 차량 간 통신에 적합한 채널 조건을 확인하였다 클러스터 헤드를 통해 각 채널을 관리하고 채널을 할당함으로써 기존 경쟁 기반의 싱글 채널을 사용함에 따라 생기는 패킷 충돌 및 통신 지연을 60%이상 줄이는 것을 시뮬레이션을 통해 확인 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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