† 교신저자, 한국철도기술연구원, 경전철기술지원팀 E-mail : [email protected]
* 한국철도기술연구원, 책임연구원 ** 한국철도기술연구원, 선임연구원
경산시험선
CBTC 시스템용 무선통신시스템 시험(2)
Analysis and Test of CBTC Wireless Communication System in
KyungSan test Line (II)
류상환* 조봉관† 이안호* 황현철** 양도철*
Sang-Hwan Ryu Bong-Kwan Cho An-Ho Lee Hyeon-Chyeol Hwang Doh-Chul Yang
ABSTRACT
Korean-Automated Guideway Transit (K-AGT) was successfully developed through Light Rail System Development Project. Since then, the domestic development rate of on-board signalling system of light rail has been improved up to 90% by Practical Utilization Project of Light Rail. After utilization project, furthermore, POSCO ICT has developed the wayside signalling system of CBTC, including wireless communication equipment. KRRI carried out the performance test of the wireless communication, interfacing and using the other CBTC equipments of KyungSan Test Line so as to see whether it conforms IEEE 802.11x, international communication standard in view of operational concept of CBTC.
In this paper, we presents analysis results of roaming test while train runs.
1. 서론 경량전철시스템기술개발사업을 통하여 한국형 무인운전 경량전철(K-AGT) 시스템을 성공리에 개발하였며 신호시스템의 국산화율 향상을 위한 연구가 진행되고 있다. 경량전철 실용화 사업을 통해 차상신호시스템에 대한 국산화 개발을 추진하여 경량전철 차상신호시스템을 제작하였으며, 그 성능을 확인하였다. 경량전철 실용화 사업에 대한 후속적인 연구로 포스코 ICT에서는 지속적으로 CBTC 시스템의 지상장치를 개발하고 있으며, 따라서 그동안 개발해 온 CBTC 시스템의 지상장치 중 하나인 무 선통신 시스템에 대해 자체 개발한 무선장치가 “CBTC 열차제어시스템의 운용개념에 따른 IEEE 802.11x 국제통신규격”에 적합한지의 여부를 경산시험선의 시험설비를 이용하여 시험을 실시하 였다. 본 논문은 경산시험선에서 국산화한 무선통신시스템의 주행중 Roaming 시험에 대해 분석 하였다. 2. 주행 중 Roaming 시험 2.1 Hop 구간별 Roaming 시험 열차의 주행 중 차상 무선장치가 지상 무선장치와의 연속적인 접속을 위해 수행하는 Roaming 절차에 소요시간을 확인하기 위한 것이다.
차상 무선장치 지상 무선장치
항 목 입력 내용 항 목 입력 내용
MESH 식별 STA MESH 식별 MPP, MP
MESH 기능 Bridge 모드 MESH 기능 MESH Portal Point, MESH Point 모드 사용주파수 2.4, 5GHz 사용주파수 2.4, 5GHz
계 설정 1 계 계 설정 1 계
표 1. 차상/지상 무선장치 및 무선제어기 시험파라미터
그림 1. 주행 중 Hop 구간별 Roaming 위치
No. 시험장비명 제조사 규격 1 지상 무선장치 포스코ICT IEEE 802.1/3/11 2 차상 무선장치 포스코ICT IEEE 802.1/3/11 3 무선제어기 포스코ICT IEEE 802.1/3/11 4 스위치허브 - IEEE 802.1/3 5 지상서버 포스코ICT 응용 SW 6 차상서버 포스코ICT 응용 SW 표 2. 주행 중 Hop 구간별 Roaming 시험장비 목록 순번 시험항목 시험절차 평가기준 1 무선장치 동작 확인 ․지상 및 차상 무선장치 접속 상태 확인 ․지상 무선장치 UDP 메시지 송신 ․지상 무선장치 수신 메시지 확인 A 2 D역->A역 열차 운행 ․D역 방향 1440m에서 A역으로 진로 설정 ․B역 본선과 A역까지 운행 B 3 무선장치 접속위치 확인 ․차상서버로 UDP 메시지 송신 ․차상서버 수신 메시지 확인 ․메시지 수신 위치 기록 ․접속된 지상 무선장치 확인 C 4 무선장치 Roaming 시간 확인 ․열차 정차지점 확인 ․UDP 메시지 200byte/10ms 송신 ․UDP 메시지 송․수신 시간 확인 C 표 3. 주행 중 Hop 구간별 Roaming 시험절차 - 평가기준 A : UDP 메시지 송․수신을 통한 지상 무선장치의 정상동작 그림 3. 주행 중 Hop 구간별 Roaming 시험장비 정상동작 - 평가기준 B : 수동 운전모드에서 5km/h, 15km/h, 30km/h, 60km/h 정속 주행 ① 시험열차는 C역 선로에 놓고 1440m 위치에서 A역으로 진로를 설정.
② 시험열차는 A역 20m 위치에서 C역 방향 1440m 위치로 진로를 설정. ③ 열차운전조건의 주행속도를 15km/h, 30km/h, 60km/h로 변경 - 평가기준 C : 무선장치 Roaming 발생 및 시간 그림 4. 주행 중 Hop 구간별 Roaming 발생 및 시간 - 무선장치 동작 확인 지상 및 차상 무선장치에 UDP 메시지를 송신하여 지상 무선장치 간에 정상적으로 연결되었음
그림 5. 주행 중 Hop 구간별 Roaming 무선장치 동작 확인 - 무선장치 Roaming 발생 및 시간 확인 지상 및 차상 무선장치 간에 Roaming 발생 및 소요시간을 그림 6과 같이 확인하였다. 그림 6. 주행 중 무선장치 Roaming 발생 및 시간 확인 지상 무선장치 간에 차상 무선장치의 접속위치는 그림 7과 같이 확인하였다. 그림 7. 주행 중 Roaming에 따른 접속위치 확인
순번 시험항목 평가결과 판정 1 무선장치 동작 확인 ․ 시험구성을 위한 무선장치의 정상 동작 확인 양호 2 D역->A역 열차 운행 ․ 열차 정속 주행 확인 양호 3 무선장치 접속위치 확인 ․ 지상 및 차상 무선장치 간 접속위치 확인 양호 4 무선장치 Roaming 시간 확인 ․ 무선장치 간 평균 200ms 이내의 Roaming 시간 보장 확인 양호 표 4. 주행 중 Hop 구간별 Roaming 평가결과 2.2 고속 Roaming에 따른 데이터 전송손실 시험 본 시험은 열차 주행 중 차상 무선장치에서 지상 무선장치로 신호정보 전송 시 발생할 수 있 는 전송손실을 확인하기 위한 것이다. 시험파라미터는 표 5와 같다. 차상 무선장치 지상 무선장치 항 목 입력내용 항 목 입력내용
MESH 식별 STA MESH 식별 MPP, MP
MESH 기능 Bridge 모드 MESH 기능 MESH Portal Point, MESH Point 모드 사용주파수 2.4, 5GHz 사용주파수 2.4, 5GHz
계 설정 1 계 계 설정 1 계
표 5. 차상/지상 무선장치 및 무선제어기 시험파라미터
(3) 시험설비의 구성
그림 9. 주행 중 고속 Roaming에 따른 데이터 전송손실 시험 구성 No. 시험장비명 제조사 규격 1 지상 무선장치 포스코ICT IEEE 802.1/3/11 2 차상 무선장치 포스코ICT IEEE 802.1/3/11 3 무선제어기 포스코ICT IEEE 802.1/3/11 4 스위치허브 - IEEE 802.1/3 5 지상서버 포스코ICT 응용 SW 6 차상서버 포스코ICT 응용 SW 표 6. Roaming에 따른 데이터 전송손실 시험장비 목록 순번 시험항목 시험절차 판정기준 1 무선장치 동작 확인 ․지상 및 차상 무선장치 접속 상태 확인 ․지상 무선장치 UDP 메시지 송신 ․지상 무선장치 수신 메시지 확인 A 2 D역->A역 열차 운행 ․D역 방향 1440m에서 A역으로 진로 설정 ․B역 본선과 A역까지 운행 B 3 무선장치 접속위치 확인 ․차상서버로 신호정보 메시지 송신 ․차상서버 수신 메시지 확인 ․메시지 수신 위치 기록 ․접속된 지상 무선장치 확인 C 4 무선장치 전송손실 확인 ․신호정보 메시지 200byte/10ms 송신 ․신호정보 미수신 메시지 확인 C 표 7. Roaming에 따른 데이터 전송손실 시험 절차 - 평가기준 A : UDP 메시지 송․수신을 통한 지상 무선장치의 정상동작 확인 - 평가기준 A : UDP 메시지 송․수신을 통한 지상 무선장치의 정상동작
그림 10. 주행 중 고속 Roaming에 따른 데이터 전송손실 시험장비 정상동작 - 평가기준 B : 수동 운전모드에서 5km/h, 15km/h, 30km/h, 60km/h 정속 주행 ① 시험열차는 C역 선로에 놓고 1440m 위치에서 A역으로 진로를 설정. ② 시험열차는 A역 20m 위치에서 C역 방향 1440m 위치로 진로를 설정. ③ 열차운전조건의 주행속도를 15km/h, 30km/h, 60km/h로 변경 - 평가기준 C : 무선장치 Roaming 발생 및 시간 확인
- 무선장치 동작 확인 지상 및 차상 무선장치에 UDP 메시지를 송신하여, 지상 무선장치 간에 정상적으로 연결되었 음을 확인한다. 그림 12. 주행 중 고속 Roaming에 따른 무선장치 동작 확인 - 무선장치 전송손실 확인 고속 Roaming 시 신호정보 전송손실은 0.1% 미만으로 그림 13과 같이 확인하였다. 그림 13. 주행 중 고속 Roaming에 따른 데이터 전송손실 확인
지상 무선장치 간에 차상 무선장치의 접속위치는 그림 14와 같이 확인하였다. 그림 14. 주행 중 고속 Roaming에 따른 접속위치 확인 순번 시험항목 평가결과 판정결과 1 무선장치 동작 확인 ․ 시험구성을 위한 무선장치의 정상 동작 확인 양호 2 D역->A역 열차 운행 ․ 열차 정속 주행 확인 양호 3 무선장치 접속위치 확인 ․ 지상 및 차상 무선장치 간 접속위치 확인 양호 4 무선장치 전송손실 확인 ․ 지상 및 차상 간 신호정보 전송 시 전송손실률 1% 이내 확인 양호 표 3.2.29 주행 중 고속 Roaming에 따른 데이터 전송손실 평가결과 3. 결론 경산시험선에 구축된 신호시스템은 RF-CBTC시스템의 AATC방식을 채택하고 있어 열차위치 검지 및 제한속도 정보 전송을 수행하는 차상-지상무선기간 무선통신이 중요하다. 본 논문은 국 산화한 무선장치에 대해 열차 주행중 Roaming 성능을 확인하기 위한 시험으로 열차를 C역에서 A역으로 주행하면서 Roaming 시험을 실시하였다. 시험 분석한 결과, 무선장치 간 평균 200ms 이내의 Roaming 시간을 보장하며, 로밍에 따른 데이터 전송손실률이 1% 이내로 확인되었으며 전반적으로 양호한 결과를 도출하였다. 참고문헌 1. 류상환, 조봉관 외, “SCADE를 이용한 모듈화된 차상신호장치의 시험,” 한국철도기술연구 원 보고서, 2010. 2. 조봉관, 정재일, “경전철시험선에서 송신전력 10mW/MHz에 대한 열차제어용 무선시스템 의 전파도달범위 예측,” 한국철도학회논문집, 10권, 5호, pp.589-595, 2007.
3. J.B. Yim and J. Y. Ku, "Research on the propagation mode theory of marine RFID in the fresnel zone," Proc. 2005 Autumn Conf. KSMES, pp.65-69, 2005.
