WLAN-based Traffic Information Collection System · 제공정보의 형태, 방법에 따라 최대서비스와 최소서비스로 구분하여 검토 정의 : 요구성능은 무선통달구간을

WLAN-based Traffic Information Collection System

이나루티앤티(주)이사 이상근

UTIS(도시교통정보시스템)의적용기술, 교통정보수집제공기술및활용방안소개

KRnet 2009

다른 목적에 차용하거나 복사, 전제 또는 변조하여 인용할 수 없읍니다. © SKYEY - 2 -

Contents

◆ UTIS 사업 및 서비스 개요

◆ UTIS 표준 기술방식 및 사업추진 과정

◆ 서비스를 위한 통신 요구성능

◆ 무선통신기술 선정 현장성능시험 결과

◆ 선정기술(WLAN 방식)의 장점

◆ UTIS STANDARD and ARCHITECTURE

◆ WIRELESS CHARACTERISTICS

◆ UTIS 서비스 (접속,상향,하향,개별정보)

◆ 교통 정보 수집 및 제공 전략

◆ 보안 대책

◆ 활용 방안


RSE

도시교통정보센터

교통정보수집제공장치- GPS를 내장- 전자지도 내장- 스스로 운행정보생성

UTIS(Urban Traffic Information System) 개요

운행정보센터로전달

교통정보 RSE로전달

교통정보를차량에전달

운행정보를무선으로노변장치에전달

교통정보 수신

- 회전방향별 소통정보

- 최적경로안내

- 부분막힘상황

- CCTV화면 등 부가정보

OBE

OBE CNS


UTIS 표준 기술방식 및 사업추진 과정

시범 사이트 구축

150Km/h 고속 접속

한국도로공사 BMT

ITS 유무선 통신망

ETRI, 6개월간 평가

DSRC, 무선랜, 기타방식 중 무선랜선정

우수한 성능, 안정성

규격작성 공동연구수행 (2008. 3~ 4)

경찰청 표준 기술규격 확정(2008. 8)

모델검사, 성능검사기준장비 납품

성능검사시스템 개발, 구축완료

시스템의 성능

노하우를 겸비한안정성 중요

지자체 UTIS구축

축적된

현장 노하우

이나루방식

채 택

표준규격

작 성

검사시스템

구 축

지자체

사 업

기술방식

선정과정

전자입찰(’07.10) 1차 제안평가현장성능시험用

장비 입고현장성능시험(EIRI 주관)

최종기술평가

2007.10. 52007. 10. 18(4개 팀 통과)

2007. 12. 3(3개 팀 통과)

~ 2008.2.4(DSRC 탈락)

2008. 2. 27(이나루 무선랜방식 선정)


서비스를 위한 통신요구성능


통신유효거리(m)

서비스 구분100 200 300 500 1,000

이동체최대속도

요구성능

통신속도(Mbps)

최대서비스 7.2 3.7 2.6 1.6 1.0140Km/h

(고속도로속도분포의95%속도)

최소서비스 1.1 0.8 0.7 0.6 0.5

유효접속대수(대) 17 34 50 84 168

가용통신시간(초) 5 10 15 25 50

○ 제공정보의 형태, 방법에 따라 최대서비스와 최소서비스로 구분하여 검토

○ 정의 : 요구성능은 무선통달구간을 운행속도 기준 통과시간 내에 정해진 정보량을 교환해야 하는

최소성능을 의미함

-80km설계속도 서비스수준 E-F의 경계 교통밀도기준, 포화교통류 밀도 28대/km/lane, -포화

교통류 상태 여행속도 70km/h 에서의 통과시간을 가용 통신시간으로 적용

○ 최대서비스 : 경찰 ITS 기본계획상 적용 가능한 서비스 포함

○ 최소서비스 : 기본서비스에 충실(영상정보 등 제외)

서비스를 위한 통신요구성능


무선통신기술 선정 현장성능시험 결과

수율측정그래프(개별통신 성공 회수)

-20.0

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

P:1/5 P:2/5 P:3/5 P:4/5 P:5/5

측정위치

수율

(회/초

)

이나루

한국전파기지국

LG엔시스

방식 1방식 2

WLAN

정보처리 기본 성능 비교(전체 단말 중 정보교환이 성공한 단말 비율)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

접속정보성공율 개별정보성공율 방송정보성공율

정보 항목

정보

교환

성공

율

이나루 한국전파기지국 LG엔시스

요구성능 합격 기준 (80%)

WLAN 방식 1 방식 2


단말수 증가에 따른 평균접속시간 변화 비교(접속이 완료된 단말에 대해서만 평균을 취함)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

12대 24대 34대

접속대수평

균접

속시

간(m

sec)

이나루

한국전파기지국

LG엔시스

WLAN

방식 1

방식 2

무선통신기술 선정 현장성능시험 결과

다수단말 동시접속처리성능(34대)

0

10

20

30

40

50

60

70

50 150

250

350

450

550

650

750

850

950

1050

1150

1250

1350

1450

1500

이상

접속시간(msec)

접속

대수

이나루(미접속 : 6대) 한국전파기지국(미접속 : 1대) LG엔시스(미접속 : 3대)WLAN 방식 1 방식 2


선정기술(WLAN 방식)의 장점

• 동일한 주파수 대역

=> 상호 인식 및 회피 기능

• UTIS 요구성능 만족

• 동일한 주파수 대역

=> 상호 인식이 불가함

• 잡음(Noise)으로 작용하여 심각한 영향 미침

• 주파수 사용 감지 시 전송지연

• 동일 주파수 대역에서일반 무선랜 AP와 노변장치가 동시에 동작 가능

• 인근 무선랜 상황 파악

• 주파수 사용 유무 확인

• 최적의 채널 선택

• 주파수 간섭에 대한 회피

• IEEE 802.11e 지원

• 단말 별 Scheduling

• 계층별 QoS 지원을 통한다수 단말에 공정한 통신기회부여 가능

• 인근 무선랜 상황 파악

• 주파수 사용 유무 확인

• 최적의 채널 선택

• 주파수 간섭에 대한 회피


선정기술(WLAN 방식)의 장점

유효 통신 거리가 짧다(100m내외)

고속 이동 시 통신 성능 낮음

고속 이동 시 접속이 늦다(수초이상)

QoS 보장이 안 된다

외부 간섭이 심하다(ISM 밴드)

ITS에 적용이 힘들다

WLAN의 한계 ? Why WLAN !

유효통신거리 500~1000m@100km/h

접속성능: Typical 50ms@100km/h

유효통신성능: > 18Mbps@100km/h

IEEE 802.11e QoS 지원

ISM Band의 특성상 간섭가능성 상존함

IEEE 802.11h 및 CSMA/CA 로 최소화 가능.

“이미 안정화된 기술로 UTIS등ITS에 적합한 무선 기술”


UTIS STANDARD and ARCHITECTURE

IEEE 802.11

1997

IEEE 802.11g

IEEE 802.11ac/ad

(VHT)IEEE 802.11n

(HT)

2002 20092007

UTIS

IEEE 802.11b

IEEE 802.11a

IEEE 802.11e


확장(CNS)

MOBILEINFRA

UTIS관리(모니터링,장치제어,장애복구)

UTIS응용정보(수집,다중전송,개별)

Optical CommunicationOptical Cable

IEEE802.11a/eWireless

Internet Protocol

TCP/UDP

DHCP SNMP FTPDATEX-ASN

UPDU

기본교통정보(건교부 기술기준 IV ) 교환

파일 단위의 데이터 교환

기지국 네트워크 관리(NMS)

동적 기지국 주소체계 관리

WWW

STREAM

TCP/UDP

HTTP

UTIS

UPDU Internet Protocol



IEEE 802.11a/e Wireless LAN 표준

IP UTIP

IEEE 802.3 Ethernet 표준

DATEX-ASN 표준

국토부 기술기준UTIP

유선 구간

무선 구간



1. 참조 규격 범위

항목 사 양 요구기능

대역폭 20 MHz

사용주파수

(스캔 채널 범위)

OBE용 채널 범

위

-5725 ~ 5825 MHz

사용 채널범위(149, 153, 157, 161)

단, 스캔대상 채널을 선택적으로 설정할 수

있는 기능을 부여해야 한다.

161번 채널은 ETC운용지역에서 회피

하는 기술 적용( 출력 억제 )

무선브리지용 채

널 범위

-B, C대역(전파연구소 기타업무용 무선설비

의 기술기준 제7조 5항 가목 대역폭20Mhz이

하, 출력 10mW/Mhz 가능 주파수)

-마스터와 슬레이브간은 802.11a 및 WPA2

보안

DFS(Dynamic Frequency Control)

TPC(Transmitter Power Control)

안테나 이득 전파 관련 기술기준 및 법규에 따름

-통달거리 보장을 위한 규격

-측정기준은 시험기준 참고

송신출력채널당 19dBm@54Mbps 이상 (연속출력모드)Mhz당 10mW 이하

수신감도Typical -72dBm@54Mbps

-90dBm@6Mbps

WIRELESS CHARACTERISTICS

2. 무선 특성

- IEEE 802.11a-1999(Supplement to IEEE Std 802.11-1999)

- IEEE 802.11e


항목 사 양 적용 범위

유효통신거리 500m 이상 현장성능시험과 동일(설계사항으로 90%와 관계 없음)유효접속대수 RSE(기지국 1구성) 당 84 대

접속소요시간 최대 195msec/대 이내

현장시험 요구성능 기준 대비 90%

167msec/90%+10msec계측 마진

계측마진은 평균 측정 대신 최대값 기준측정 시험 방법을 위한 예비

정보처리성능

25초동안 각각 접속/개별/방송 정보량 교환 완료

-접속정보량

1회 2.1KBytes/OBE(접속정보형식으로 구성)-방송정보량

1025K/25초(테이블 5~10개로 나누어 방송 완료)-개별정보량

(339Bytes * 96회)/OBE 정보 교환 이상

현장성능시험 측정정보량 90% 성능-개별:2.399K * 0.9 ≒ 2.1K/OBE-다중전송:1139590*0.9 ≒ 1025K-개별:107회/OBE * 0.9

규격만족성능

-UTIS 규격서 프로토콜-UTIS 규격서 교통정보 작성(OBE) 및 제공(기지국)

-제어 및 관리기능

기지국-OBE간 공통기지국은 센터간 프로토콜 포함

OBE는 CNS간 프로토콜 포함

3. 요구성능(Minimum Requirements) 기준

- 현장성능시험 대비 약 90% 성능 기준

WIRELESS CHARACTERISTICS


UTIS 서비스 (General)

Center

RSE

OBE1

RSE 접속 후 수집 교통정보 업로드

교통정보 수집 (자체 GPS 수신 정보 기반)

25

3

1

2

3

4

5

주기적인 수집정보를 센터로 전송

소통정보 생성 및 전송

교통 소통정보 전송(하향정보)

4


UTIS 서비스 접속(Association)

RSE

OBE

IEEE 802.11 Auth. Request

IEEE 802.11 Auth. Response

IEEE 802.11 Assoc. Request + UTIS Crypto. Info.

IEEE 802.11 Assoc. Response + UTIS Crypto. Info

수집정보 업로드

12

3

1

2

3

0

0Channel scanning &

Detecting RSE

IEEE 802.11e 최상위우선순위


UTIS 서비스 (하향정보)

RSE

OBEOBE

12

Association

수집정보 업로드

하향정보

RSE 와의 Association 및 수집정보 업로드를수행한 OBE는 RSE의 통신영역 내에서

하향정보를 수신.


UTIS 서비스 (상향정보)

RSE

OBEOBE

13

4

25 6

상향정보 전송 예약

상향정보 전송

전송 승인

상향정보 전송 예약

상향정보 전송

전송 승인1

3

4

2

5

6

RSE는 상향 정보 전송 예약 OBE에 대한우선순위에 따라 상향 정보 전송을 허용.(hidden node problem 해결 및 정보

전송 효율 최적화)


UTIS 서비스 (개별정보)

RSE

OBE

4

Center1

23

개별정보 요청(필요 시 정보 전송 예약 수행)

개별정보 요청(Forwarding)

개별정보 요청(Forwarding)개별정보 응답

4

1

2

3

RSE/OBE는 개별정보 요청 패킷의크기가 256Bytes 이상의 경우에 한하여제한적으로 전송 예약 스케줄링을 통한

전송 수행.


Snap Boundary

Snap Boundary

링크단위정보작성기준점링크전체구간에대한대표정보를작성할때는교차로를벗어나는지점을기준으로한다.

△L

△t△L

세그먼트단위정보작성기준점링크 Attr속성에따라교차로또는 GPS기준점을시작점으로△ t의시간경과, 또는△ L의 거리경과마다세그먼트정보를작성한다.

교통정보 수집 -링크정보 작성


정보 작성범위

[굵은선 부분 정보+ PNODE ID]가 RSE를 만났을 때 최소 전송 범위. 완성된 링크정보 구간이 2개 이상이어도 첫 링크에 대한 PNODE는 전송

교통정보 수집 -ENTITY명칭 및 정보 작성 범위

PNODELINK1 LINK INFO SEGMENTs INFO …

PNODE*LINK2 LINK INFO SEGMENTs INFO …

NNODEFNODETNODE*

차량위치

LINK1PLINK

새로 완성된 링크 정보 구간(FNODE→TNODE 관계가 결정된

구간)

진행 구간(TNODE를 결정하지 못해링크ID 또는 링크 정보를

작성할 수 없음)

LINK2

TNODEFNODE*

이미 링크정보가업로드 된

지나쳐 온 링크 구간

PNODE

PNODE*FNODE**PNODE**

PNODE**FNODE** LINK INFO SEGMENTs INFO …


통신이 불가능한 지역에서도 GPS에 의존하여 교통정보를 수집할 수 있으며 통신이 가능해지면 전송하게 된다.

전자지도자동갱신

수집정보전송

교통정보 수집 – 음영구간 허용


이전 안내경로

링크단위로빠른 길을 찾는다.

UTIS 안내경로

회전방향별로빠른길을 찾는다.

교통정보 제공 – 회전류별 교통정보


긴 도로구간에서는 교통상황을 더 세분하여 관리하도록 설계

교통정보 제공 – 세그먼트 교통정보


○ UTIS 고품질 정보제공을 위한 CNS 요구기능

-UTIS에서 수집된 세그머트 정보까지 표출이 가능하도록 하기 위해 다음을 지정

-전체 도로망의 실시간 교통정보 그래픽 표시 기능

-특정 도로 노선의 실시간 교통정보 그래픽 표시 기능

-특정 링크를 확대하여 링크 내 세그먼트별 교통정보 표시 기능(개별정보 서비스)

-링크 상태 변경 요청 기능(개별 서비스로 구현)

-실시간 정보 기반 최적 경로 탐색 기능

-최단경로계산시 회전 방향별 여행시간 팩터를 분리하여 적용, 가장 현실적인 경로안내를 가능하게 함

전체소통상황정보 노선소통상황정보 링크 내에서의세그먼트 상세 정보

회전 방향별상세 정보

실시간정보기반최단경로안내

동일 링크라도 회전방향별로 다른 여행시간

을 반영

교통정보 제공 – 수요자 요구 교통정보


통합배포센터

A도시센터

B도시정보

A도시정보

B도시센터

교통정보 관리 – 전국단일교통권, 영역우선순위관리

전국소통테이블

지역소통테이블

구역소통테이블

time

구역

도시/지역

전국


강력한 이중 인증 조건1) 키가 일치해야 비밀번호 Plain Text를 얻어 인증절차에 돌입할 수 있음

2) 인증절차에서는 비밀번호 Plain Text를 암호화하여 암호화된 결과끼리 비교하여 인증

-> 키를 알더라도 비밀번호를 모르거나 비밀번호를 알아도 키를 모르면 인증이 안됨. 즉 키 해독을시도하려면 비밀번호를 알아야 샘플수집이 가능하고, 비밀번호를 알려면 Key를 먼저 해독해야 함. 보안 성능 상승 효과 기대

유연한 보안 정책 1) 하향 방송정보에 대한 공유 키는 센터에서수시로 변경 가능하여 해킹시도가 불가능

2) 방송정보에 대한 암호화를 기지국에 원격설정할 수 있도록 함으로서 방송정보의 공개정책에 따라 유연하게 적용할 수 있음

센터(RADIUS서버)

UTIS에 적용된기지국인증절차

표준 WPA2인증 절차

기지국

정보수집가능 정보수집어려움

빠른 보안 인증1) 표준 WPA2 인증 접속은 인증 및 접속시간

이 길어 이동성에 대한 대응이 약함

2) 기지국에서 키테이블과 암호테이블을 미러링하여 기지국에서 인증을 수행

3) 키테이블 교체가 필요한 경우 WPA2 표준인증을 거친 OBE에 대해 교체

보안 대책


기지국의 키 테이블

-제조사 ID(1-254)-제조사 PWD(암호화된)

-제조사별 Prv. KEY TABLE(128비트 X 256개) (개별/접속 정보용)

-공용 Grp. KEY (방송정보용)

-EXPIRED KEY LIST

-암호화 정책 변수(방송정보의 보호/공개데이터암호화여부 등)

OBE

-Prv. KEY TABLE(128비트 X 256개)

검사증발급 후 입력

Association Req: ID, Prv-Key-Index, PWD(AES)

SHA2 256 HASH 알고리즘에 의한 PASSWORD 암호화

AES(Advanced Encryption Standard) 128비트 암호화

AES 복호화

센터에서 PWD 암호화

OBE PWD 암호화

Association Res : 그룹키값, 데이터 암호화 정책

OBE PWD 복호화

OBE PWD 암호화

OBE PWD 제조사PWD 암호화된 결과를 비교

접속정보 업로드

Prv키로 접속정보 암호화

접속정보 복호화, 센터로 전송

Grp키로 방송정보 암호화

방송정보 다운로드

Grp키로 방송정보 복호화

Prv키에 의한 개별정보 암호화 교환

키 테이블 암호화

공용 그룹 키 전송

별도프로토콜

암호화 정책에따름

보안대책


교통정보 이외의 활용방안

RSE

이동중인차량에서

노변장치에

패킷중개요청 1. 위험요소의전파2. Group Broadcasting Packet



RSE원격 패킷 방송

- 실시간 정보

- 제어 정보 등

Field Device or Sensor

FILE 등록 방송

-교통/기상 등

Field Controller

Centor1. 위험요소의 전파2. Group Broadcasting Packet



• 점대점 통신 기능을 이용하여 통신 인프라 구간을 확장할 수 있음

• 충분한 대역폭을 활용하여 대부분의 도시 관리 서비스를 수용가능

광케이블

Wireless Backhaul

주정차위반지역


정보 전송 형태 도시부 교통정보인프라 도시부 ITS용 통신인프라파일방송

(파일 등록 방송 형태)

전국/도시/구역소통정보

멀티미디어 정보(IMAGE, 음성, 문자)

OBE 제어파라미터

OBE용 맵 업데이트

장치 펌웨어 업데이트

기타 형식을 추가하여 방송 등록 가능

행정권역/구역별 공공 정보의 전파

원격 방송

(기지국을 실시간 패킷 중개장치로 활용하는 형태)

실시간 문자 방송

실시간 음성 방송

장치 펌웨어 업데이트

기타 형식을 추가하여 원격방송 가능

교차로 및 도로구간 사고 전파

센터 긴급/구난 메시지 전파

교차로 주변 위험요소/신호 상태 전파

노측 방송시스템 구축UNICASTING(802.11a/UTIP)

보안인증접속

수집 운행 정보(업로드)

상세 소통 정보(운전자 요청)

돌발상황 제보(업로드)

기본교통정보(업로드 및 다운로드)

보안이 요구되는 서비스(UTIP기반)

-단속차량 원격 조회/관리

-이동식 도시 매설물/시설물 관리시스템등(응용 분야 넓음)

IP통신(802.11a/IP)

WPA2 접속

UTIP KEYTABLE 교환

웹기능이 요구되는 서비스(IP기반)

웹기반 CNS/키오스크 서비스

공공 인터넷 서비스 구역 설치OBE-TO-OBE(Local Service Station)

그룹 통신 기능이 요구되는 서비스

동일 응용서비스용 장치간 그룹 통신

노변 센서와 컨트롤러간 데이터 전송RSE-TO-RSE(Bridge)

(인프라를 연장하여 교통정보 수집 영역 확대) 인프라 통신기능이 요구되는 서비스

노변 CCTV 화상 전송

주정차 위반 실시간 영상 전송

공용 주차장 통신망 대체

UTIS 활용방안


경청해주셔서 감사합니다.

사업및 기술문의 :

이상근 : 이나루티앤티㈜, [email protected]

고광용 : 도로교통공단 선임연구원/박사, [email protected]

Documents

WLAN-based Traffic Information Collection System · 제공정보의 형태, 방법에 따라 최대서비스와 최소서비스로 구분하여 검토 정의 : 요구성능은 무선통달구간을