Study on optimized positioning of radio communication equipment and roaming algorithm for CBTC

(1)

를 위한 고속로밍 알고리즘 과 CBTC

무선통신장비의 위치 최적화 연구

Study on optimized positioning of radio communication equipment and roaming algorithm for CBTC

김 윤배

^*

이 성호

^**

Yun-Bae Kim Seong-Ho Lee

---

Abstract

In this paper, a new algorithm is proposed for high speed roaming in an Intelligent Train Control System(ITCS) and study on optimized positioning of radio communication equipment. A DCS(Data Communication System) which is a main part of CBTC(Communication Based Train Control) system, is consisted of radio based wireless communication system and wired optical system. In the radio based wireless communication, the position of AP enclosures and antennas shall be optimized for the guaranteed communication channel between wayside and trains both in open aired and tunnelled area. Also a communication channel established between wayside and train shall be maintained while train moves at its maximum speed.

This study shows the way of determining the optimal position for the railway side communication equipment in Bundang Line and how to achieve continuous communicating channel for tracking and controlling train.

---

서론 1.

본 연구의 목적은 RF CBTC 의 핵심장비인 통신설비 즉 DCS 를 구성하는 선로변의 무선장비인

와 차상 무선장비인 의 원활한 통신을 위하여 무선 기지

AP(Access Point) MR(Mobile Radio) AP

국의 수량 위치 선택사항 안테나의 배치 등을 결정하는 방법과 열차가 선로상 주어진 최고 속도 , , , 주행 시 원활한 통신을 보장하는 로밍 (Roaming) 알고리즘 개발이다 본 논문에서 제시한 철도신호 . 제어 시스템에서의 무선통신은 열차의 위치인식을 위해 기존에 사용하는 궤도회로를 대신하여 열 차에 설치된 차상설비가 지상자를 판독하여 자체적으로 인식한 위치를 무선통신을 통해 지상설비 와 통신함으로써 열차의 위치추적과 각종 제어신호를 주고 받기위해 개발된 통신설비를 대상으로 한다 지능형 열차제어 시스템에 사용되는 통신설비는 . ISM 2.4GHz 대역의 IEEE 802.11(b) 표준 을 따라 개발된 무선통신장비로 열차의 안전운행을 위해 제시된 통신요구사항 즉, Packet Loss

이하 미만 그리고 를 만족하여야 한다 또한

1% , Roaming time 100msec Data Latency 35msec . 선로 변에 설치된 무선장비 위치선정의 최적화를 통해 통신선로의 장애 시에도 원활하게 통신을 할 수 있도록 통신영역의 이중화를 만족하며 열차가 최고속도 주행 시에도 안전한 열차제어를 위 , 해 적절한 시간 내에 로밍이 이루어져야 한다 본 논문에서는 위에서 제시한 통신사양에 적합한 . 통신장비의 개발과 고속로밍을 위한 개선된 알고리즘 개발 그리고 선로 전 구간에서 최고속도에 , 서도 원활한 통신이 가능하도록 지상 무선장비의 위치선정 최적화 연구내용과 성과를 기술하였다.

지능형열차제어 시스템 구성 2.

도시철도 표준화 사업의 일환으로 시행되고 있는 분당선 지능형열차제어 시스템(Intelligent 시범설비 구축사업은 새로운 시스템의 도입으로 운행속도증가 운전시격

Train Control System) ,

단축 그리고 유비보수비용절감 등이 목적이다 지능형열차제어 시스템의 구성은 지상설비 차량설 , . , 비 사령설비 그리고 통신설비로 구성된다 여기서 통신설비는 지상설비와 차상설비 사이의 무선통 , . 신을 통하여 열차의 위치 운행속도 등을 감지함으로서 열차를 추적 모니터링하고 안전하게 열차 , , 를 제어하기위한 설비로 지상 무선장비 (AP: Access Point) 와 차상 무선장비 (MR: Mobile Radio) 로 구성되어진다.

* 삼성 SDS( 주 ) SOC2 개발팀 수석 철도전문대학원 석사과정 정회원 , ,

** 서울산업대학교 전자정보공학과 부교수

(2)

통신설비의 구성 2.1.

그림 1 에서 지상 무선장비 AP 는 지상설비와 Ethernet 으로 DCS 와 광케이블로 일대일 연결되 며 열차의 이동 중에도 차상설비와 연속적인 통신과 통신장애를 최소화 할 수 있도록 통신영역 중화를 고려하여 일정거리 간격으로 선로 변에 설치된다 또한 기존의 무선 컴퓨터 네트워크에

2 .

사용되는 AP 개념을 포함하면서 열차의 최고속도에서 원활한 통신이 가능하도록 고속의 로밍 을 지원하기 위한 부가적인 기능을 갖는다 또한 차상 무선장비 은

(Roaming) . MR(Mobile Radio)

차상설비와 연결되며 차량의 제어용 컴퓨터 VOBC(Vehicle on board Computer) 에 설치된다 . 지상설비의 제어명령과 차상설비의 상태정보 등이 MR 을 통해 무선으로 지상설비와 통신이 이루 어진다 모든 무선정보는 보안모듈 . (Security Device) 을 통해 암호화 복호화로 보호되어 안전한 / 무선통신을 지원한다.

통신장비의 하드웨어 구성 2.2.

지상 통신장비와 차상 통신장비는 아래 그림 2 와 3 에서 보이듯이 유사한 구조를 갖으며 통신 장비의 하드웨어 구성은 거의 동일하다 . AP 와 MR 은 모두 Atheros 의 MAC/Baseband

인 와 인 칩셋으로 이루어져 있으며

processor AR2312 Radio-on-a-Chip(RoC) AR5112 digital

과 으로 나눌 수 있다 은

section RF section . Digital Section SDRAM, Flash, IEEE802.3(u) 로 이루어져 Ethernet switch, LEDs, Monitoring EJTAG(Extended Joint Test Action Group)

있으며 , RF Section 은 802.11b/g 인 2.4GHz 와 802.11a 5.8GHz 로 구성되어 있다 하나의 . RoC 인 AR5112 에서 두 개의 채널 중 선택적으로 사용가능하며 각 채널별 PA(Power Amp) 와

및 매칭 소자와 필터링 소자가 추가적으로 구성되어있다

LNA(Low Noise Amp) .

무선통신을 이용한 철도신호제어 시스템이 안전하게 통신을 수행하기 위해 제시된 통신요구 사양 은 다음과 같이 Packet Loss Rate 1% 이하 , Data Latency 35msec 미만 그리고 로밍시간 이내를 모두 만족 하여야한다 또한 무선장비는 무선 랜 접속기능 접속기능

100msec . , Ethernet ,

브리지기능 지원기능

IEEE 802.1D , DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) , 기능 송신출력 조절기능 로밍기능 과 관리기능이 지원된다

NAT(Network Address Transition) , , .

차상 무선통신 장비

지상무선통신설비 보안모듈

MR (Mobile Radio) 차상 안테나 차상 안테나

광전 변환기 AP (Access Point)

지상 안테나 지상 안테나

VO BC RU

VO B C

차상무선 R U

통신설비

차상무선

통신설비 V O BC

R U

V O BC RU

지상 무선통신 장비

차상무선 통신설비

지상무선통신설비 차상제어장치

(VOBC)

데이터 통신장치

(DCS)

그림 1 CBTC 통신시스템 구성 개념도

AR5112 (11a/g/b RF chip)

AR2312 (Network Processor/

WMAC/BBP) UART

LED RESET

RF Data Control

SDRAM

Flash RF Data

Control 40 MHz 40 MHz

X-tal

Ethernet HUB

BPF LNA

BPF PA

Diplexer

LNA

PA BPF

PDET

Bridge Switch

SMA CON SMA CON

4port RJ-45

IEEE802.11b/g

IEEE802.11a

Power Supplies 4line interface

그림 3 차상 통신장비 (MR) 구성도

AR5112 (11a/g/b RF chip)

AR2312 (Network Processor/

WMAC/BBP) UART

LED RESET

RF Data Control

SDRAM

Flash RF Data

Control 40 MHz 40 MHz

X-tal

Ethernet PHY

BPF LNA

BPF PA

Diplexer

LNA

PA BPF

PDET

Bridge Switch

SMA CON SMA CON

1port RJ-45

IEEE802.11b/g

IEEE802.11a

Power Supplies

그림 2 지상 통신장비 (AP) 구성도

(3)

고속로밍을 위한 개선된 알고리즘 3.

앞에서 설명한 AP/MR 의 여러 가지 소프트웨어 기능 중에서 지능형열차제어 시스템이 성공적으 로 구현되기 위해서 가장 중요한 기능중 하나가 고속로밍 기능이라 할 수 있다 이장에서는 차상 . 무선통신 장비인 MR 의 동작 중 고속로밍 알고리즘의 기능구현에 대하여 설명한다 . MR 이 효율적 인 로밍을 수행하기 위한 절차로 우선 AP 의 전파범위를 설정하는 작업이 필요하다 두 번째로 인 . 접한 BSS(Basic Service Set) 내의 AP 에 대한 Channel Probing 을 수행하는 Channel Scanning 이 필요하며 마지막으로 응답받은 중에서 가장 효율적인 방법으로 절체를 수행하는

Algorithm AP

로밍단계로 이루어진다 본 연구에는 . AP 를 검색하기 위한 기술과 Multi-Path Fading 상황에서 최 적의 비콘 신호 (Beacon Signal) 를 이용하여 효율적으로 로밍을 수행하는 알고리즘을 적용하였다 .

무선 랜의 동작 3.1.

우선 IEEE 802.11 무선 랜 규격을 만족하는 단말 (MR: Mobile Radio) 과 AP 사이의 접속절차 를 설명하면 , 802.11 Protocol 은 LAN access 를 위한 인증 (authentication) 과 접속 (association) 서비스를 제공한다 . Authentication 은 link level 기능을 제공하는데 초기에는 인증과 접속이 되지 않은 상태이고 , MR 단말기로부터 authentication request 를 받은 AP 는 적절한 접근허용 조건을 만족할 때 successful 메시지를 보낸다 인증된 . MR 은 association request 를 보내고 successful 메시지를 받으면 정상적인 통신이 가능해진다 접속해제 . (disassociation) 는 MR 과 AP 에 의해서 수 행되고 요청 , (request) 이나 거절 (reject) 이 아닌 알림통보 (notification) 이다 접속해제는 . AP 가 서 비스로부터 이탈되거나 MR 이 AP 의 서비스 영역을 벗어났을 때 발생한다 . 또한 AP 는 idle

동안 활동이 없는 에 대해서 접속을 끊어버린다 역시 인증해제 도

threshold MR . (deauthentication)

통보 정보로 접속해제 (disassociation) 시 함께 이루어진다 .

기능 3.2. Channel Scanning

차상 무선장비인 MR 이 열차의 제어 데이터손실을 최소화하고 로 밍속도를 개선할 수 있는 방안으로 본 연구에서는 인접 지상 무선장 비 AP 또는 새로운 망에 대한 정보를 알아내기 위해서 실시간으로 무선 환경을 반영하는 정보를 포함하는 AP 의 비콘 메시지 (Beacon

를 이용한다 비콘 메시지는 의 값을

Message) . AP Beacon Interval 조정해서 변경 가능한데 여기서는 일반적으로 사용하는 100msec

값을 사용하였다 비콘 간격이 일 때 의

(default) . 100msec Scanning 동작은 사용자가 정의한 RSSI(Receive Signal Strength Level) 값과 현재 수신되고 있는 비콘 메시지의 신호세기를 비교하여 이때 연결된

로부터의 신호세기가 일정레벨 보다 낮아

AP RT(Roaming Threshold)

진 경우에 수행된다 . 여기서 RT 를 정하는 기준 값은 Radio 에 따라 적정한 지점을 찾아야 한다 이 지점은 최대 신호

Coverage .

세기를 100% 로 했을 때 10~30% 이하로 떨어지는 지점이 되는데 , 바꾸어 말하면 수신감도가 -60dBm 에서 -80dBm 정도 되는 위치이 다 즉 이 지점은 이웃하는 . AP 로부터 좋은 신호감도가 검색되기 때문 에 패킷 손실을 줄일 수 있는 방법으로 볼 수 있다 일단 . MR 이 AP 검색단계로 들어가면 각 Channel 별로 Probe Request 를 보내서 응

Deauthentication Notification

State 1

Unauthenticated

State 2 Authenticated

State 3 Associated Successful

Authentication

Successful Authentication or Reassociation

그림 4 무선 랜 동작 상태도

초기화 MR

RSSI < RT

Sending Probe Request to nearby APs

Collecting Probe Result

종료

그림 6 채널 검색 흐름도

M

R

A P

S e n d a u t h e n t i c a t i o n f r a m e

R e c e i v e a n d c a l c u l a t e c h a l l e n g e t e x t A n d s e n d i t t o S T A

S e n d f r a m e ( c h a l l e n g e t e x t , w e p a l g o r i t h m )

R e c e i v e a n d d e c r y p t f r a m e w i t h s e c r e t k e y A n d s e n d s u c c e s s o r n o t , U p d a t e l o c a l S IB

그림 5 무선 랜의 인증 및 접속 절차

Yes

No

(4)

답을 받는다 정해진 . Time-out 시간동안 응답이 없으면 이후의 프레임은 무시한다 본 연구에서 . 채널당 10msec 타이머에 의해 구현되었고 3 개의 채널을 검색하는데 최대 30msec 가 소요된다 . 이렇게 수집된 Probe 응답을 통하여 BSS 내의 AP 에 대한 RSSI 를 포함하는 최신정보를 Update 하고 Switching 알고리즘에 이용한다 . 사용자가 정의한 RSSI 은 실제로 설치된 AP 의 Radio

측정값에 따라 시험을 통한 적정 값을 결정할 필요가 있다

Coverage .

개선된 로밍 알고리즘 3.3.

앞장의 Channel Scanning 알고리즘에 의해 Update 된 AP 데이터베이스 (BSSset) 중에서 원하는 로의 최적의 로밍을 구현하는 알고리즘에 대하여 설명하면 아래의 그림 에서 보는바와 같

AP , 7

이 무선 채널환경은 실시간으로 변하고 있으며 환경에 따라 도플러효과와 페이딩 종류도 다르게 나타난다 여기서 페이딩 영향을 최소화 할 수 있는 방안으로 비콘 메시지를 분석해서 순시적인 . 채널환경변화가 발생할 때 일련의 비콘 세기가 허용한도 이내에 있는 경우는 페이딩의 영향으로 판단하고 로밍을 수행하지 않도록 소프트웨어로 처리하였다.

AP 1 AP 2

이동체

AP 2 Radio Wave AP 1 R

adio Wave

θA2 P

θA1 P

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ −

= V t

f j A

sr c θ

π λcos 2 exp

λ^cosθ fD=V

(cos 1 cos 2)

2 ^AP ^AP

D

f V θ θ

λ ⁻

=

Incoming signal arriving at an angle theta

whrer Doppler frequency fD is

Two wave arrive at the DSSS mobile unit from two 802.11b AP different direction theta AP1 and theta AP2. The amplitude of the received signal is

The OFDM mobile unit speed V can be found from a short-term fading signal from

λ fd

V=

AP1 AP2

Fade Margin = 18 dB

Mobile Unit는 각 AP에서 송출하는 비콘신호를 분석 하여 RSSI를 비교 후 최적 roaming 포인트를 soft/

hard roaming 이중화 알고리즘으로 roaming 포인트 를 결정

Sensitivity Level

Mobile Unit의 고속이동으로 인한 short-term fading/도플러 효과와 무선 환경에서 발생되는 Rayleugh fading을 적용하여 802.11b장비의 최대 이동속도와 fade margin을 예측

AP 1의 fading Signal

Rayleigh

AP 1 AP 2

이동체

AP 2 Radio Wave AP 1 R

adio Wave

θA2 P

θA1 P

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ −

= V t

f j A

sr c θ

π λcos 2 exp

λ^cosθ fD=V

(cos 1 cos 2)

2 ^AP ^AP

D

f V θ θ

λ ⁻

=

Incoming signal arriving at an angle theta

whrer Doppler frequency fD is

Two wave arrive at the DSSS mobile unit from two 802.11b AP different direction theta AP1 and theta AP2. The amplitude of the received signal is

The OFDM mobile unit speed V can be found from a short-term fading signal from

λ fd

V=

AP1 AP2

Fade Margin = 18 dB

Mobile Unit는 각 AP에서 송출하는 비콘신호를 분석 하여 RSSI를 비교 후 최적 roaming 포인트를 soft/

hard roaming 이중화 알고리즘으로 roaming 포인트 를 결정

Sensitivity Level

Mobile Unit의 고속이동으로 인한 short-term fading/도플러 효과와 무선 환경에서 발생되는 Rayleugh fading을 적용하여 802.11b장비의 최대 이동속도와 fade margin을 예측

Rayleigh

의 는 에 대한

BSS update BssId broadcast

메시지를 받은 가 로

probe AP MR Probe

를 보냈을 때 발생한다 우선 이

Request . MR AP

로부터 response 를 하나도 못 받았을 경우 현 재의 연결을 유지한다 두 번째로 선택된 . AP 가 현재 연결된 AP 의 신호세기보다 낮은 경우에도 기존의 연결을 유지한다 기타 부수적인 조건으 . 로 신호가 좋은 Best AP 가 선택된 경우 Join 을 위한 request 를 보내고 인증과정을 진행한다 . 이 경우 원하는 AP 로의 접속이 되지 않으면 한 번 더 접속을 시도한다.

위치 최적화를 위한 시험 및 측정 4.

고속로밍을 실현하기위한 지상 무선통신 장비의 위치최적화를 구현하기위해 3 단계로 접근하였 다 우선 현장에서 로밍시험을 실시하는 것은 많은 시설과 인력이 필요하므로 우선 모의시험환경 . 을 구축하여 인력과 시간단축 효과를 얻을 수 있었으며 이결과를 두 번째 단계로 도로환경에서 , 자동차를 이용한 시험에 사용하고 최종 단계에서 실제 분당선 선로 변에 지상 무선장비를 설치 , 한 후실재열차를 이용한 시험을 거쳐 무선통신 장비의 최종 최적거리와 위치를 선정하였다.

Sending Channel Probe Request

MR AP #1 AP #2

Receiving Channel Probe Response

Attempt roaming from AP#1 to AP#2

Sending Join Probe Request

Probe Response - ACK

Sending Authentication Request

Authentication Response - ACK Sending Association Request

Association Response - ACK

그림 8 로밍절차의 제어 흐름도

(5)

를 이용한 시험 4.1. Roaming Simulator

시뮬레이터를 이용하여 로밍시험을 할 수 있는 모의시험환경을 구축함으로써 본 연구에 소요되 는 인력절감과 시간단축 효과를 얻을 수 있고 문제점을 사전에 파악하여 무선통신 테스트 장비의 소프트웨어 성능 최적화를 이루는데 목적이 있다 본 개발은 모의시험을 구축할 수 있도록 사전 . 환경을 구축하였고 윈도우용 로밍시뮬레이터 (Roaming Simulator) 를 개발하여 무선통신구간의 로 밍시험을 검증하였다.

로밍시뮬레이터의 동작 하에 측정한 Packet Loss Rate 은 1% 이하를 유지하였고 평균 로밍 시간도 100msec 이내에 이루어져 무선구간의 로밍기능이 충실히 수행됨을 확인하였다 .

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 시 간

RSSI

CH .1 CH .5 CH .9

그림 10 시뮬레이터의 RSSI 변화추이 그림 11 측정한 Packet Loss Rate 지상터널 환경시험

4.2. 두 번째로 개발된 AP/MR 통신장비를 사용하여 지상터널 내에서의 무선통신 시험을 실시함으 로써 터널내의 전파환경을 분석하고 고속이동시 무선데이터의 품질을 확보하고 로밍기능이 정상 적으로 수행되는지를 검증하기위해 측정을 실시하였다..

U T P

U T P U T P U T P

O p tica l ca b le O p tic a l ca b le O p tica l ca b le

R F C a b le

R F C a b le R F C a b le

R F C a b le

U T P

S A R o a m in g s im u la ter M e d ia C o n ve r te rM e d ia C o n ve r te r M e d ia C o n ve r t e r M e d ia C o n ve r te r M e d ia C o n ve r t e r M e d ia C o n ve r te r

IT C S -A P 1 IT C S -A P 2 IT C S-A P 3

S h ie ld B o x

S h ie ld B o x U T P

S m a r t B i t N e tw o r k S w itc h

그림 9 고속로밍 모의시험을 위한 구성도

지 상장비

용 A

P Mai

n AN

T Diversit

y AN

T

지상장비

용 A

P Mai

n AN

T Diversit

y AN

T

지 상장비

용 A

P M ai

n AN

T Diversit

y AN

T 100base

T POE

HUB

중앙제어센터 시험

용 P

C

AP간 이격거 리

AP간 이격거 리 25 deg (안테나 방사 패

턴)

25 deg (안테나 방사 패

턴) 25 deg (안테나 방사 패

턴)

25 deg (안테나 방사 패

턴)

Diversit

y AN

T

그림 12 지상터널 시험 개념도

시 속 60 k m / A P 로 근 접

-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40

1 27 53 79 105 131 157 183 209 235 261 287 313 339 365 391 417 443 469 495 521 547 573 599

P ac k et Number

Signal Strength (dBm)

0 10 20 30 40 50 60

Relative Time (sec)

S ignal S trength Relative Tim e

그림 13 측정데이터 예 (60Km/h)

(6)

z Coverage 측정결과 : 측정을 위해 지향성 안테나 (6dBi, beam 각도 :25 도 를 이용한 측정으로 ) 평균 약 800m 을 얻어 이중화를 고려 AP 이격거리를 직선거리에서 약 400m 로 확정하였다 . z Packet Loss Rate 측정결과 : 최고속도 120Km/h 에서도 1% 이하를 얻었다 .

z Roaming Time 측정결과 : 80Km/h 에서 120Km/h 정도에서 평균 55~63msec 정도 소요됨 . 분당선 지하터널 환경시험

4.3. 본시험은 분당선 오리 역에서 정자 역사이의 1.5km 구간에서 터널구조를 중점적으로 고려하여 , 기본적으로 한 플랫폼 당 하나의 AP 를 설치하는 것이 좋지만 무선링크 Criteria 를 만족할 경우 경제성을 고려하여 산정하는 것이 좋다 플랫폼의 구조는 크게 상대식 섬식 그리고 쌍섬식 등으 . , 로 나뉜다 역사 플랫폼에서의 . AP 설치와 역사 진 출입 구간의 터널에서의 / AP 설치는 여러 상황 을 연동해서 고려해야 하며 또한 Radio Coverage 에 따라 좌우된다 역간 터널은 크게 복선 . Box 터널 단선 , x2 터널로 나누어진다 각 터널별로 . AP 위치는 차량지붕으로부터 1m 이내에 설치하며 차상의 안테나도 전면 후면의 좌우 지붕에 각각 설치된다 , .

그림 14 AP 안테나 설치위치

RF 안 테 나 RF 안 테 나

400

3,600 (건축한계) 3,200 (차량한계)

300

300 300 400

200

400 400 200

200 200

200 200 200

300

그림 15 터널의 안테나 설치 단면도

시험방법으로는 AP 를 설치하고 기본설정을 마친 뒤 , 우선 SSID 와 채널상태를 확인 MAC 를 기록하고 의 유선포트가 설치된 를 설치한다 을 측정자의 와 연결한 후

Address , AP PC . MR PC

는 채널은 번 는 로 설정한다 을 부팅하고 와 정상

SSID ITCS, 1 , Roaming Threshold 0dB . MR , AP

적으로 통신이 이루어진 상태에서 Chariot 툴을 기동시킨다 . MR 을 장착한 측정자가 도보로 AP 의

를 가장자리로 이동하면서 상의 이 이상으로 증가하

Cell Coverage Chariot Packet Loss Rate 1%

는 부분의 위치를 파악하고 그 위치를 서비스 Coverage 의 임계점으로 기록한다 위와 같은 방법 . 으로 먼저 도보로 AP 를 설치한 위치를 결정한다 .

AP Antenna

AP Enclosure

Media Converter Network

Laptop Computer

그림 16 Coverage 측정시험 개념도 그림 17 Packet Loss Rate 측정 예

측정결과 동일한 송신출력의 AP 를 설치할 경우 Radio Coverage 는 비슷한 것을 나타났다 따 . 라서 AP 간의 유효거리도 일정한 것으로 판단된다 터널에서 측정한 시험결과는 정적인 상태에서 . 시험한 결과와 비슷하게 나왔으나 실제 열차가 고속으로 이동하는 상황에서 구조물에 의한

영향을 감안하여 최대 임계치보다 짧게 설정하였다

multipath fading .

분당선 무선통신 로밍시험 4.4.

분당선의 유형별 radio coverage 에 따라 산정된 AP 간 유효거리이내의 설치를 통하여 안정되게

통신이 되도록 거리를 확보한 후 오리역과 정자역사구간 AP 를 설치하여 열차를 이용하여 통신시

험을 실시하였다 열차가 고속으로 주행 시 주어진 조건 내에서 지능형열차제어 시스템에서 요구 .

(7)

하는 통신성능을 만족여부를 확인하기 위한 시험을 하였다.

위에서 설명한 각종의 시험을 통해 얻은 데이터를 기반으로 최종 설계에 반영하여 1 차 사업구 간이 예비시험구간 오리 서현 약 ( - ) 5.5Km 사이에 지상 무선통신 장비인 AP 를 설치하였다 최고속 . 도 100Km/h 에서 열차를 이용한 로밍시험에서 지능형열차제어 시스템에서 요구되는 1% 이하의

미만의 그리고 이내의 을 확인 할

Packet Loss Rate, 35msec Latency 100msec Roaming Time

수 있었다 또한 분당선에 설치된 지상 및 차상 무선통신 장비를 이용하여 지능형열차제어 시스템 . 의 기능과 성능을 확인하는 각종 현장승인시험을 거쳐 최종 철도기술연구원의 인증시험을 성공적 으로 통과하였다.

결 론 5.

본 논문에서는 열차의 수송능력과 유지보수 효율성이 높은 지능형 열차제어 시스템의 핵심 분야 인 무선통신 장비의 최적위치 선정과 고속로밍 알고리즘에 대해 연구한 것이다 기본기능의 로밍부분 . 의 코드를 AP 의 Beacon 신호를 체크하여 인접한 AP 로 빠른 시간에 로밍이 이루어질 수 있도록 변 경하여 열차의 최고속도에서도 원활한 통신이 이루어지도록 개선하였다 각종 통신시험을 통해 얻은 . 결과를 설계에 반영하여 실제 분당선 에서 무선통신 장비의 최적 위치를 통신영역의 , 2 중화 및 고속 핸드오버를 고려하여 선정하였다 향후 연구과제로 본 논문에서 검증된 . AP 최적 위치선정 조건을 기 반으로 측정 및 분석 단계의 결과를 반영하여 지능형열차제어 시스템의 구축을 실현하였다.

참고문헌

1. David M. Pozar, Microwave & RF Design of Wireless Systems, Released 1, WILEY, 2001 2. Patrick M. Centolanzi, Communication Based Train Control Overview, New York Transit, 2001 3. Internet Website “http://www.tsd.org”

4. De Leuw, “New York City Transit New Technology Signal System Study”, Cather&Company of New York, Inc, 2000

5. IEEE Std 1474.1, “IEEE Standard for Communications-Based Train Control(CBTC) Performance and Functional Requirements", 1990

김종기 김유호 기존도시철도의 도입에 따른 병행운전방안 도출연구 년 추계 학술

6. , , “ CBTC ”, 2003

대회 논문집 , 2003 권 , 3 호 , pp151 - 156, 2003 년 11 월

김윤배 정재옥 를 위한 무선통신장비의 최적 위치 선정연구 년 추계 학술대회

7. , , “CBTC ”, 2004

논문집 , 2004 권 단일호 , , pp1 - 6, 2004 년 11 월

8. Kuun Ed, "Open Standards for CBTC & CBTC Radio Based Communications", APTA Railway Transit Conference, Alcatel Canada, 08 JUN 2004.

S A 시 험 용

PC

측정자 측정자

AP Enclosure

AP Enclosure Medial

Converter Network

Switch

EndPoin t용 Laptop Computer

AP An ten na F/O cable

UTP cable

Coaxial cable Coaxial cable

AP Antenn a Coaxial cable

AP Antenna

Coaxial cable

AP Antenn a