차량-도로 간 통신 기반의 교통신호제어 기법에 관한 연구

심우석 대구대학교 대학원 2007 국내석사

차량 검지시스템은 도로 상에 설치되어 정보를 획득하고, 교통신호제어에 이용할 수 있는 교통정보로 처리하여 출력하는 시스템을 말한다. 일반적으로 정확한 교통정보를 실시간으로 획득하는 것은 다양한 교통 환경에서 교통정체를 줄이고 교통신호를 제어하는데 반드시 필요하다. 도로 상의 교통정보를 획득하기 위해 사용된 대부분의 차량 검지시스템은 고가의 설치비용, 한정된 검지영역, 일기 조건으로 인한 검지오류, 복잡한 감지 알고리즘 등의 단점으로 인해 충분한 교통정보를 제공하지 못하고 있다. 신호 현시(Signal Phase)란 교차로 상에서 교통신호의 조합을 의미한다. 즉,한 주기(Cycle) 중에서 동시에 진행하는 교통류에 할당된 시간구간을 말한다. 교통신호제어 기법은 이러한 신호 현시의 지속시간(Duration Time)을 결정하여 교통신호를 효율적으로 제어하는 기법이다. 기존 교통신호제어 기법은 한정된 교통정보의 이용, 복잡한 신호제어 알고리즘, 검지영역 전체 차량 수 정보에 따른 현시 지속시간 결정 등의 문제점으로 인해 교통 혼잡을 효과적으로 해결하지 못하고 도로 상의 차량대기시간을 증가시키는 단점을 가진다. 게다가 대부분의 기법이 매우 제한적인 도로 환경을 대상으로 제안되었기 때문에 실제 교차로 환경에 적용하기에는 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 교차로 상의 차량대기시간을 줄이고, 정확하고 상세한 교통 정보를 획득하기 위해 새로운 차량 검지시스템인 차량-도로 간 통신 기반의 차량 검지시스템을 제안한다. 또한 검지시스템으로부터 획득한 교통정보를 바탕으로 새로운 교통신호제어 기법인 구역 분할 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 차량 검지시스템은 차량과 센서네트워크 사이의 통신을 통하여 교통정보를 획득한다. 센서네트워크는 교차로 주변에 일정한 간격으로 설치된 센서노드들로 구성되며, 모든 차량은 RF 송수신기, GPS 수신기를 내장한 텔레매틱스 단말기를 장착하고 있다. 차량에 설치된 텔레매틱스 단말기는 교차로 주변 교통상황을 추정하기 위해 무선통신을 통해 노드들에게 유용한 교통정보를 제공한다. 제안하는 구역 분할 기법은 최적의 신호 현시 지속시간을 구하기 위해 모든 구역의 차량 밀도를 검사한다. 각 구역은 센서 노드가 가지는 검지영역을 의미하고, 교차로 주변의 도로는 각 센서노드들에 의해 구역별로 구분된다. 교차로 상에 차량의 대기시간을 최소화하기 위해 직진 차량과 같은 직진류 차량뿐만 아니라 좌회전 차량, 우회전 차량과 같은 회전류 차량정보도 이용한다. 구역 분할 기법은 신호 현시 순서의 결정방식에 따라 고정된 신호 현시 순서를 가지는 고정형 신호 현시(FSP : Fixed Signal Phase) 기반의 교통신호제어 기법과 차량 밀도에 따라 신호 현시 순서가 선택되는 선택형 신호 현시(SSP : Selective Signal Phase) 기반의 교통신호제어 기법으로 구분된다. 교통신호제어 기법의 성능평가는 고정시간 교통신호제어 기법, Gomide,Mamdani가 제안한 퍼지 교통신호제어 기법과의 실험을 통해 이루어졌고, 실험결과 FSP가 기존 신호제어 기법에 비해 평균대기시간이 최대 65.1%, 평균 지체시간이 최대 64.5%, 비용함수가 최대 60.7% 개선된 결과를 보였다. FSP와 SSP의 성능을 비교한 결과는 차량 발생 수가 거의 일정할 경우에는 비슷한 성능을 보였고, 차량 발생 수가 일정하지 않을 경우에는 SSP가 FSP에 비해 뛰어난 성능을 보였다. A vehicle detection system is a device that collects traffic information around an intersection. In general, exact traffic information at real time is needed for a traffic signal control to minimize traffic jams under various road circumstances. Most of existing vehicle detection systems mainly use to obtain traffic information on the road cannot provide sufficient traffic information to control traffic signals effectively due to high installation cost, limited detection area, detection error by weather condition and so on. A signal phase is a light combination of traffic signals at an intersection. A signal control scheme determines the transition among signal phases and the time that a phase lasts for, which is called phase duration time. Using the traffic information obtained by the vehicle detection system, a signal control scheme controls the signal phase duration time. The existing signal control schemes do not resolve the traffic congestion effectively and increase the average vehicle speed in the urban road since they use restricted traffic information, complicated signal control algorithm, phase duration time decision by whole area vehicles number information and so on. In addition, most of them have a difficulty of being adapted to real road because they assume very restricted road environment. In this paper, a new vehicle detection system with a zone division signal control scheme is proposed to provide correct and detail traffic information and decrease the vehicle’s waiting time at the intersection. The vehicle detection system obtains traffic information in a way of vehicle-to-roadside communication between vehicles and sensor network. The sensor network is composed of sensor nodes deployed at a regular interval around the intersection. Vehicles have telematics terminals with a RF module and a GPS receiver. The telematics terminal in a vehicle offers useful information to sensor nodes to estimate the traffic condition around the intersection via wireless communication. The zone division signal control scheme inspects the vehicle density at every zone to get an optimal phase duration time. The zone is a detection area covered by a sensor node and thus, a road around intersection is divided into several zones due to several sensor nodes deployed around the intersection. It exploits the information of left-turn and right-turn vehicles as well as straight-going vehicles to minimize the waiting time of vehicles at an intersection. The zone division signal control scheme is divided by FSP(Fixed Signal Phase) and SSP(Selective Signal Phase) according to decision method of signal phase order. In this paper, we compared the proposed signal control scheme with pre-timed signal control scheme, Gomide’s fuzzy signal control scheme and Mamdani’s fuzzy signal control scheme. The simulation results show that the zone division signal control scheme reduces the average vehicle waiting time, the average delay time and cost function by up to 65.1%, 64.5% and 60.7% compared to the existing signal control schemes. Keywords : Vehicle Detection System, Traffic Signal Control Scheme,Vehicle-to-Roadside Communication, Sensor Network, Signal Phase

SIP 프레즌스 모델에 기반한 RFID 객체의 Track and Trace 방식

김동욱 韓國外國語大學校 大學院 2008 국내석사

본 논문에서는 RFID 객체의 Track & Trace를 위해 프레즌스 모델을 응용한 새로운 방법을 제안한다. RFID객체 이력추적기술은 EPC-DS를 기반으로 다수의 연구가 진행되고 있는데 객체의 이력정보를 중앙집중식으로 관리하는 문제점과 상세이력정보를 제공할 수 없는 문제점이 있다. 또한 Track & Trace를 위해 조회를 원하는 응용에서 객체 혹은 객체정보를 갖고 있는 요소에 직접 접근할 수 있는 방식이 필요하다. 이러한 부분을 고려하여 RFID URN 을 변환하여 객체정보에 접근할 수 있도록 하고 객체의 Track & Trace 방식을 제안한다. 이 방식을 활용하여 지금까지와는 달리 상세이력정보 및 객체 모니터링을 제공하고 이력정보를 통합적으로 관리하는 요소대신 SIP 메시지를 이용한 분산구조를 활용하여 병목구간이 없도록 할 수 있다.

휴대 전화망 기반의 원격 차량 진단 및 제어 서비스에 관한 연구

최용운 대구대학교 2005 국내석사

Telematics, which is a compound word of a telecommunication and informatics, provides drivers with useful driving information such as driving path guidance, accident or robbery detection, traffic conditions and other valuable data at real time. As the number of vehicles on the road has steadily risen during the last 10 years, the traffic accidents, the congestion, and road damage have also increased dramatically. Telematics are considered as a promising way of reducing these kinds of problems. Recently, good-quality contents and cheap terminals with good performance and communication capability are required to offer various network services. This paper proposes and implements how to build a telematics terminal equipped with CDMA and GPS running embedded Linux, to check a vehicle’s state through communication between telematics server and vehicle terminals using a cellular phone and to control a vehicle using SMS as shown in Figure 1. In order to do this, we use the SK-VM platform which is mobile terminal platform based on JAVA to design, implement and evaluate it. The proposed system is divided into diagnosis and control systems. The diagnosis system is for confirming the status and location of vehicle using cellular phone, which is implemented based on the SK-VM. The control system, using an embedded CDMA modem in telematics terminal, is designed to use SMS to control the vehicle. The components of the vehicle diagnosis and control system consist of a cellular phone, a server for the telematics services, and an in-vehicle terminal. A cellular phone can connect to the telematics server and receive the status and location data of the vehicle via HTTP and displays this information to the user. On the other hand, the SMS code is transmitted to the in-car terminal to control it. Telematics server offers information stored in its database to the user after authorization process when a request from user’s cellular phone is received. It also stores or renews the information depending on new data received from the terminal. The in-vehicle terminal offers vehicle status and location information via an embedded CDMA network to the telematics server. 텔레매틱스란 통신(Telecommunication)과 정보과학(Informatics)의 합성어로 운전경로 안내, 차량 사고나 도난감지, 교통상황 및 각종 생활 편의정보를 운전자에게 실시간으로 제공한다. 지난 10년간 국내 자동차 보유 대수가 급격히 증가 하면서 고통사고 증가, 교통 정체, 도로 파손등과 같은 문제점을 유발하였고, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 방안으로 텔레매틱스 서비스가 주목 받고 있다. 본 논문에서는 텔레매틱스 서비스를 위하여 내장형 리눅스 기반의CDMA 및 GPS를 장착한 텔레매틱스 단말기를 제작하고, 휴대 전화를 이용하여 원격지에서 인터넷에 연결된 텔레매틱스 서버와 차량 단말기간의 통신을 통해 차량의 상태를 확인하고, SMS(Short Message Service)를 이용하여 차량을 제어하는 방법을 제안하고 구현한다. 이를 위해 JAVA기반의 휴대 전화 단말 플랫폼인 SK-VM을 이용하여 제안하는 시스템을 설계 및 구현하고 이를 검증한다. 제안하는 시스템은 차량 진단 시스템과 제어 시스템으로 구분된다. 차량 진단시스템은 휴대 전화를 이용해 차량의 현재 상태와 위치를 확인 할 수 있는 시스템으로 SK-VM을 이용하여 구현하였다. 차량 제어시스템은 텔레매틱스 단말기에 내장되어 있는 CDMA 모뎀을 이용하여 휴대 전화의 SMS로 직접 차량을 제어 할 수 있도록 설계 하였다. 차량 원격 진단 및 제어 시스템을 구성하는 각각의 요소들은 사용자 휴대 전화기, 서비스 제공을 위한 관제 서버, 그리고 차량에 장착되는 텔레매틱스 단말기로 구성된다. 휴대 단말기의 경우 무선 인터넷 서비스를 이용하여 텔레매틱스 서버에 접속하여 차량의 상태와 위치 정보를 HTTP로 전송 받아 사용자에게 필요한 정보를 제공하는 역할을 수행하며, SMS를 이용하여 차량 제어를 위해 정의된 규정대로 생성된 SMS 코드를 단말기로 전송하여 차량을 제어하는 역할을 수행한다. 서버는 사용자 휴대전화에서 정보 제공 요청이 있을 시 인증 과정을 거친 후 데이터베이스에 저장되어 있는 정보를 사용자에게 제공하는 역할을 수행하며, 또한 텔레매틱스 단말기로부터 수신되는 데이터가 있는지 확인하여 전송된 데이터를 데이터베이스에 저장, 갱신하는 역할을 수행한다. 텔레매틱스 단말기는 차량의 각종 상태 정보와 위치 정보를 내장되어 있는 CDMA 모뎀을 이용해 서버에 정보를 제공하는 역할을 수행한다.

LTE-D2D 차량 네트워크에서 정보 전달 방법

심용희 숭실대학교 대학원 2015 국내석사

최근 차량 간 통신 기술인 차량 애드혹 네트워크(Vehicular Ad-hoc Networks, VANET)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 동적으로 움직이는 차량 환경의 특성상 차량 간 통신은 무선 링크를 통해 이루어진다. 현재 차량 간 통신을 위해 제안된 표준 차량 통신 프로토콜인 IEEE 802.11p는 한 홉 전송을 수행하기 때문에 차량 환경에 효율적인 정보 전송을 수행하는데 한계가 있다. 본 논문은 차량 환경에서 효과적인 정보 전달을 위해 무선 근거리 통신 중 하나인 LTE-D2D 기술을 사용한 차량 네트워크를 제안한다. 이때 전송 메시지 형태는 이름 기반 정보 메시지를 사용한다. 일반 차량 노드는 요청하는 메시지를 중간 매개 노드인 대형 차량 노드로 전송한다. 즉, 차량 간 정보 전달을 위해 각각의 LTE 기지국의 셀 안에 위치한 일반 차량 노드가 대형 차량 노드에게 정보를 요청하고 대형 차량 노드는 일반 차량 노드가 요청한 정보를 가지고 있는 경우 LTE-D2D 방식으로 연결을 맺어 응답해준다. 요청한 정보를 가지고 있지 않거나 직접통신 중인 일반 차량 노드와 거리가 멀어져 직접 통신 범위를 벗어나는 경우 직접통신을 하고 있는 인접 대형 차량 노드에 정보를 요청하거나 LTE 기지국을 통한 통신으로 자연스럽게 전환된다. 성능 분석은 수식적 모델링을 기반으로 셀룰러 네트워크와 제안된 LTE-D2D 기반 차량 네트워크에서의 패킷 전달 시간에 따른 데이터 처리율을 비교하였다. LTE-D2D 기술을 적용한 차량 네트워크 구조를 통해 차량 통신의 정보 전달의 커버리지를 향상시킬 수 있고 중간 노드인 대형 차량 노드에 프록시 서버의 기능을 하여 LTE 기지국이 받는 부하를 줄일 수 있다. Recently Vehicular Ad-hoc Network(VANET) which is communication between vehicle to vehicle has been researched. Since vehicles move dynamically in the vehicle environment, vehicle communication has been performed on the radio link. Current IEEE 802.11p which is suggested for vehicle to vehicle communication supports one hop communication. Thus, it has a limitation to carry out efficient data dissemination. In this thesis, we suggest LTE-D2D based vehicle ad-hoc network to provide efficient data dissemination in the vehicle environment. In this network architecture, we use name based message with IP packet options. We put the intermediate vehicle node called ‘super vehicle node’ and each normal vehicle in the cell requests to the super vehicle node. If the super vehicle node has the data requested by normal vehicle, they transfer the data directly to the normal vehicle node. and If they has not the data or move beyond the communication range with the vehicle which communicate directly, they ask to near super vehicle node on direct communication or transit LTE communication. Performance analysis is based mathematical modeling. We compare LTE cellular network to LTE-D2D based vehicle network according to data processing rate according to packet delivery time. As a result, we can improve coverage of data dissemination through proposed network architecture and reduce load of LTE eNodB through intermediate node which has proxy function.

지능형 자동차를 위한 원격제어 모델 및 메시지 전파 프로토콜

김태환 대구대학교 대학원 2007 국내박사

지능형 자동차는 인간의 개입을 최소화하여 자동차 스스로 사건의 감지, 데이터 처리, 정보 제공 및 수집이 가능한 첨단화된 자동차이다. 지능형 자동차는 운전자의 안전을 위해 자동차 내부 네트워크뿐만 아니라 외부의 이종 네트워크와 연계하여 더욱 다양한 안전 및 교통정보를 공유한다. 지능형 자동차의 안전 및 교통정보 수집영역을 확장하기 위해서는 다양한 이종 네트워크간의 효율적인 연계 모델의 설계가 매우 중요하다. 이러한 중요성에도 불구하고 자동차 환경의 다양한 특성, 광범위한 연구영역, 다양한 기술융합 등의 어려움 때문에 지능형 자동차를 위한 네트워크 아키텍처, 서비스 모델, 프로토콜에 관한 연구가 부족한 상태이다. 본 논문에서는 먼저 사전 연구로서 지능형 자동차를 위한 네트워크를 세 가지 즉, 자동차 내 네트워크, 도로-자동차간 네트워크, 자동차간 네트워크로 분류하고 각 네트워크 프로토콜별로 그 특징과 제약사항을 분석하였으며, 이를 바탕으로 아래와 같은 두 가지 연구를 수행하였다. 첫째, 자동차 원격제어를 위한 네트워크 및 서비스 모델을 제안하였다. 제안한 모델은 CAN 기반 자동차 내 네트워크와 CDMA 기반 도로-자동차간 네트워크를 기반으로 하며, 자동차 내 네트워크는 게이트웨이를 통해 인터넷에 연결된 지역 네트워크가 된다. 세부 연구에서는 자동차 원격제어 서비스 제공을 위한 서비스 모델과 사용자 인터페이스 설계를 수행 하였으며, 제안한 모델의 성능평가를 위해 자동차 원격제어 시스템과 서비스를 구현하였다. 성능평가 결과 다양한 이동 환경에서 1초 이내의 왕복응답시간과 자동차 원격제어 서비스에 적합한 QoS를 보였다. 둘째, VANET에서 효율적인 긴급 메시지 전파를 위한 PCB, RCB, OCB 등 세 가지의 멀티-홉 브로드캐스트 프로토콜을 제안하였다. 자동차 환경의 독특한 특성들로 인하여 MANET에서 제안된 네트워크 프로토콜들은 VANET에서 좋은 성능을 기대하기 어렵다. VANET에서 긴급 메시지는 운전자의 안전과 밀접하게 관련되기 때문에 신속한 메시지 전파 프로토콜이 요구된다. PCB는 소스노드로부터 거리를 기반으로 경쟁윈도우 크기를 계산하고 주어진 경쟁윈도우 내에서 임의의 메시지 전송 대기시간을 선택하는 방식을 사용하며, RCB는 소스노드로부터 더 멀리 있는 노드가 릴레이 노드로 선정되도록 주어진 경쟁윈도우의 일부를 예약하는 기법을 기반으로 한다. 한편, OCB는 소스노드로부터 가장 멀리 있는 노드가 보다 짧은 메시지 전송 대기시간을 선택하여 릴레이 노드로 선정될 수 있도록 주어진 경쟁윈도우의 크기를 최적화하는 방식을 적용한 기법이다. VANET 환경을 위해 제안된 세 가지의 멀티-홉 브로드캐스트 프로토콜은 경쟁윈도우를 이용하여 노드들 간의 경쟁을 통해 낮은 네트워크 부하와 짧은 종단간 메시지 전파 지연시간을 갖는다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 성능평가 결과, 제안한 프로토콜은 기존의 기법보다 약 83% 우수한 성능을 보였다. The intelligent vehicle is a state-of-the-art technology that can actively sense accidental events occurred in road environments and autonomously cope with traffic accident. The information for driver's safety can not be obtained from the inside of a vehicle but also from the outside of a vehicle. In addition, it is shared through heterogeneous networks connecting several objects on the road. The expansion of communication area for traffic information in intelligent vehicle requires to design a connection model of several heterogeneous networks to improve traffic safety. However, only a few studies have been conducted on network architecture, service models, and protocols for intelligent vehicles. In this paper, networks for intelligent vehicles are classified into three parts: in-vehicle network, roadside-to-vehicle network and inter-vehicle network. Characteristics and constraints of network protocols are analyzed and two main studies are described based on the analysis. First, a network architecture and a service model are proposed for vehicle tele-operation that can control and manage vehicles at a distance. The proposed model is based on the CAN-based in-vehicle network and CDMA-based roadside-to-vehicle network. The in-vehicle network becomes a local network connected to the Internet through a gateway. In a detailed study, a service model and user interfaces are designed to provide vehicle tele-operation services. A remote vehicle control system and services are implemented to evaluate the performance of proposed model. The results of the performance evaluation in various mobile environments show that round trip time takes less than one second and its QoS is suitable for vehicle tele-operation services. Second, three types of multi-hop broadcast protocols, PCB, RCB, and OCB, are proposed to disseminate emergency messages efficiently in VANET. Since emergency messages in VANET are closely related to driver's safety, a protocol is needed to disseminate emergency messages promptly. PCB calculates a contention window size based on the distance from a source node and randomly selects a waiting time for message re-broadcasting in the given contention-window. RCB reserves a part of the given contention-window so that a relay node farther from the source node can be selected. OCB optimizes the size of given contention-window so that the farthest node from the source node can be chosen as a relay node by selecting a shorter waiting time for message re-broadcasting. The proposed three multi-hop broadcast protocols for VANET have a low network load and a short end-to-end delay time for disseminating emergency messages through contention between nodes using the contention-window. According to the results of the performance evaluation via computer simulation, the proposed protocols show about 83% higher performance than other existing broadcast protocols.

실시간 제어 시스템을 위한 LR-WPAN 기반의 무선 산업용 통신망 구현에 관한 연구

이원희 숭실대학교 대학원 2014 국내석사

산업용 통신망은 산업 환경에서 다수의 실시간 시스템을 운용, 관리하기 위한 기술이다. 이러한 산업 환경에 실시간 시스템은 엄격한 요구 조건하에 동작하기 때문에 신뢰성 및 실시간성 제공이 필수적이다. 이에 기존의 산업용 통신망 기술은 안정성이 높은 유선 기반의 산업용 통신망이 주를 이루었다. 그러나 무선 기술의 비약적인 발전으로 인해 무선 통신망의 성능과 신뢰성이 향상되고 무선기기들의 가격이 저렴해지면서 무선 통신 기술을 산업 환경에 접목하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 본 논문에서는 안정성 측면의 장점을 지닌 기존의 산업용 통신망과 확장성 및 유지/보수 용이성 측면의 장점을 지닌 무선 통신 기술을 융합한 형태의 무선 산업용 통신망을 제안하고, 이를 구현하기 위한 세부 기술들의 방법론을 제시하여 무선 산업용 통신망을 구현하였다. 이를 성능평가하기 위하여 실시간 제어 시스템의 대표 모델인 역진자 시스템에 구현된 무선 산업용 통신망을 적용하였으며, 구현된 무선 산업용 통신망의 경성 실시간 시스템으로의 적용 가능성을 확인하였다. Industrial network is the technology that manage the several real-time system in industrial environment. In order to operate under strict requirements, real-time system is essential is the provision of real-time property and reliability in industrial environments. Then previous industrial network technology was adjusted mainly wire-based industrial network. However performance and reliability of wireless network is improved by development of wireless technology. And the price of wireless equipment is keeping cheap and trying to adjust industrial environments wireless communication technology has been actively. Therefore, in this paper, we provide industrial wireless network in the form of a fusion of wireless communication technology which has the advantage of the face of the maintenance/maintainability and scalability of the industrial conventional network with the advantages of view of stability the presented methodology detailed techniques for implementation, we implemented a industrial wireless network. We applied the wireless industry network for evaluating performance. We adjust inverted pendulum system which is a representative model of a real-time control system to verify the applicability to hard real-time system of the wireless industry network implemented were.

ICN에서 효과적인 라우팅 및 캐싱에 대한 연구

강민욱 숭실대학교 대학원 2022 국내박사

최근 급증하는 트래픽의 효과적인 처리를 위해 컨텐츠 이름을 기반으로 라우팅을 수행하는 정보 중심 네트워크인 ICN에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 이동 네트워크 환경에서 ICN을 효과적으로 제공하는 방안을 연구한다. 첫째, MEC 및 SDN 컨트롤러 기반의 네트워크 구조에서 컨텐츠 인기도 및 우선순위에 기반하고 사용자의 QoE를 고려하는 컨텐츠 전달 비용 최소화를 위한 효과적인 캐싱 기법을 제안한다. 둘째, 동적으로 변화하는 네트워크 환경에 적응하고 라우팅 비용을 최소화하며 컨텐츠 생산자의 이동성을 효과적으로 지원하기 위한 동적 라우팅 기법을 제안한다. 마지막으로, 5G 네트워크에서 ICN을 지원하기 위한 네트워크 기능, 구조 및 절차를 제공하는 연동 방안을 제안한다. 본 연구 결과는 이동 네트워크에서 효과적인 ICN 라우팅 및 캐싱을 제공하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Recently, Information-Centric Networking (ICN), which performs routing based on content names for effective processing of rapidly increasing traffic, has been proposed. In this paper, a method to effectively provide ICN in a mobile network environment is studied. Firstly, we propose an effective caching scheme for minimizing content serving cost with content popularity and priority considering user's QoE in the network based on MEC and SDN controller. Secondly, we propose a dynamic routing scheme to adapt to the dynamically changing network environment, minimize routing costs, and effectively support the mobility of content producers. Finally, we propose an inter-working method that provides network function, architecture, and procedure to support ICN in 5G networks. It is expected that the results of this study can be used to provide effective ICN routing and caching in mobile networks.

텔레프레즌스 서비스와 이종 서비스 연동

이윤진 숭실대학교 일반대학원 2014 국내석사

인터넷과 영상 장치들의 발달로 실감 형 영상회의 서비스인 텔레프레즌스 서비스가 활발하게 발전되고 있다. 텔레프레즌스 제품 간 상호 연동성을 보장하기 위하여 국제 표준화 단체인 IETF(Internet Engineering Task Force) CLUE(ControLling mUltiple streams for tElepresence) 워킹그룹은 SIP(Session Initiation Protocol) 기반 텔레프레즌스 시스템의 멀티미디어 스트림 제어 및 전송 기술 표준화를 진행 중이다. 또한 ITU-T SG16 Q5에서도 이 기종 단말 간 텔레프레즌스 서비스의 상호 연동성을 위한 연구가 진행되고 있다. 이러한 텔레프레즌스 서비스의 상호 운용 및 이 기종 단말과의 연동을 위한 연구가 진행되면서, 텔레프레즌스 서비스는 이제 여러 멀티미디어 서비스와 연동이 요구된다. 본 논문에서는 IETF CLUE에서 정의하는 멀티미디어 제어 방식과 프레임워크를 기반으로, 텔레프레즌스 서비스와 IMS, RTCWeb과 같은 이종 서비스 간의 멀티미디어 서비스를 연동하여 멀티미디어 세션에 대한 목적지의 수를 확장하고자 한다. 이를 위해 연동 게이트웨이를 설계하고 연동 절차와 방법을 제시하며 구현 및 실험을 통해 성능을 분석한다. With the development of Internet and video devices, the Telepresence service that is realistic video conferencing is being actively developed. In order to ensure interoperability between Telepresence products, the standardization for control and transmission the multimedia stream of Telepresence system based on SIP(Session Initiation Protocol) is in progress by IETF(Internet Engineering Task Force) Working Group CLUE(ControLling mUltiple streams for tElepresence). ITU-T SG16 Q5 is also studying the interoperability between heterogeneous devices for Telepresence services. As both the interoperability of Telepresence services and interworking between heterogeneous devices are studied, the Telepresence service needs the interworking system with other multimedia services. On the basis of the multimedia control technology and framework defined in IETF CLUE, this paper suggest the interworking system between Telepresence service and heterogeneous services such as IMS or RTCWeb. And it will expand the number of destinations for the multimedia session. For this, we design the gateway and propose the procedures and methods of interworking. Finally, we analyze the system performance by implement and experiment.

초고해상도 다채널 신호재생 시스템 설계에 관한 연구

전윤석 숭실대학교 대학원 2021 국내박사

초고해상도 다채널 신호재생 시스템은 다수의 디스플레이를 활용하여 대형 디지털 사인이지 시스템을 구축하는데 필수적이다. 최근 TV제조사 주도로 다양한 종류의 UHD(Ultra High Definition) TV가 출시되고, 방송 서비스 역시 UHD 지상파 방송이 시작되면서 UHD 해상도는 보편화되었다. 디지털 사인이지 시장에서는 UHD 패널 가격의 하락으로 고해상도를 채택하는 비율이 높아졌으며, 여기에 표시되는 콘텐츠 역시 고화질을 요구하고 있다. 이를 위해 단일 시스템으로 UHD 해상도를 지원하는 신호재생 시스템에 관한 연구부터 다수의 디스플레이에 선택적으로 영상을 표시할 수 있는 다채널 신호재생 시스템, 8K UHD 해상도를 지원하는 신호재생 시스템, 신호재생 시스템 다수를 네트워크로 동기화하여 디스플레이와 연동함으로써 하나의 스토리를 완성하는 대형 사인이지 시스템까지 다양한 연구가 되고 있다. 그러나 기존 연구들은 개별 시스템의 조합으로 시스템 사이 중복된 데이터 전송으로 인해 과도한 데이터 전송률을 요구하거나, 입력 지터(Jitter)가 그대로 출력 신호로 전송되는 구조로 화면전환 시 끊김이 발생한다. 기존 8K UHD 신호재생 시스템은 전문가용 장비로 개발되어 고화질을 지원하지만, 과도한 스토리지 용량을 요구하여 다수의 영상을 사용해야 하는 곳에서는 사용이 어렵다. 그리고 기존 네트워크 동기화 시스템들은 범용 PC 하드웨어를 사용한 소프트웨어 기반 동기화 시스템으로 협소한 공간 설치가 어렵고, 멀티 화면 출력을 위해서는 별도 그래픽 카드가 필요하다. 이에 본 논문에서는 다채널 4K 신호재생 시스템부터 8K UHD 신호재생 시스템, 단일 신호재생 시스템을 네트워크로 연동하여 동기화하는 기술에 관해 연구하였다. 이를 통해 첫 번째로 4개의 신호재생 시스템과 4채널 매트릭스 스위처를 하나로 결합한 시스템을 제안한다. 신호재생 시스템에서 불필요한 중복 데이터를 제거하여 내부 매트릭스 스위처로 전송함으로써 매트릭스 내부 메모리 사용량을 절감하였으며, 매트릭스 입력과 출력 신호를 분리 설계하여 입력 지터(Jitter) 특성이 출력으로 전달되지 않도록 하였다. 그리고 이를 고도화하여 두 번째로 HDMI(High Definition Multimedia Interface) 2.0 4개로 분할 출력할 수 있는 8K UHD 신호재생 시스템을 제안한다. 4개의 4K UHD 신호재생 시스템을 하나의 시스템으로 결합하고, 내부에서 프레임 단위로 동기화하며, HDMI 신호 레벨까지 매칭하여 최대 800Mbps로 압축된 영상을 재생할 수 있는 시스템이다. 세 번째로 4K UHD 단일 신호재생 시스템에 다중출력이 가능하게 하여 네트워크로 연동함으로써 초고 해상도 신호를 출력할 수 있는 시스템을 제안한다. 연동되는 단일 시스템은 다중출력이 가능하여 동기화된 영상부터 오디오, 기타 동기화된 신호 출력이 가능한 시스템으로 다수의 시스템을 연동할 때 연동 수량을 줄일 수 있다. The Ultra high resolution multi-channel signal generation system is essential for building the system as it is a large digital signage utilizing multiple displays. Ultra high resolution has become common as various types of UHD TV have recently been released and broadcasting services have also begun to broadcast UHD terrestrial broadcasting. In the digital signage market, the ratio of high-resolution adoption has increased due to falling prices of UHD panels, and the contents displayed here also require high quality. For this purpose, various studies have been conducted the research on signal generation systems that the multi-channel signal generation system that can display images selectively with multiple displays, 8K UHD signal generation system, and the large signage system that completes a single story by synchronizing. However, existing studies require excessive data transfer rates due to redundant data transfers between systems as a combination of individual systems, or lag occurs when switching screens to a structure in which input jitter are transmitted to the output as they are. Existing 8K UHD signal generation systems are developed as professional equipment to support high quality but are difficult to use in places where excessive storage capacity is required, and multiple videos are required. And existing network synchronization systems are software-based synchronization systems that use general-purpose PC hardware, making it difficult to install a small space, and a separate graphics card is needed for multi-output. This paper proposed the technology of synchronizing multi-channel signal generation system, 8K UHD signal generation system, and single signal generation system by network synchronizing. The first proposed system was combined 4 signal generation systems with 4 channel matrix switcher. By removing duplication of data from the signal generation system and sending it to the internal matrix switcher, memory usage within the matrix was reduced, and the matrix input and output signals were designed separately to prevent input jitter from being transmitted to the output. By upgrading this, the second proposed system was an 8K UHD signal generation system that enables split output with four HDMI 2.0 outputs. It is a system that combined four 4K UHD signal generation systems into one system, synchronizes frame-by-frame, and synchronized to HDMI signal level to play compressed video up to 800Mbps. The third proposed system was multiple outputs in a 4K UHD signal playback system, allowing it to output ultra-high resolution signals by synchronizing its with the network. A single synchronizing system is capable of multiple outputs, allowing for the output of synchronized video, audio, and other synchronized signals, which can reduce the synchronizing quantity.

근거리 무선 네트워크에서 기기 간의 간섭의 감소 및 대역폭 효율의 증대를 위한 중첩 상승여현 펄스정형 OQQPSK 변조 기법에 관한 연구

전상엽 韓國外國語大學校 大學院 2015 국내석사

근거리 무선 네트워크에서 기기 간의 간섭의 감소 및 대역폭 효율의 증대를 위한 중첩 상승여현 펄스정형 OQQPSK 변조 기법에 관한 연구 최근 데이터 통신 시스템을 위한 다양한 무선 통신 기법들이 연구되어왔다. 국내에서 제안된 근거리 무선통신 기술 피코캐스트(Picocast)는 이미 국제 표준 과정을 거쳤으며 지속적인 기술 연구를 통해 진화가 이뤄지고 있다[1]. 피코캐스트 기술은 국제적으로 비면허로 동작할 수 있는 2.4GHz인 ISM 대역에서 운영된다[2,3]. 이 주파수 대역은 이미 보편화 되어있는 WLAN을 비롯하여 Bluetooth, Zigbee와 같은 다양한 근거리 무선 네트워크(Wireless Personal Area Networks : WPAN) 기술들이 사용되고 있으며 이들의 사용량은 지금도 꾸준히 증가되고 있다. 사용량이 증가됨에 따라 무선 기기들은 같은 공간에 존재하는 경우가 점점 빈번해지고 있으며 같은 공간에서 같은 주파수 대역을 사용함에 따라 시스템 상호간 간섭으로 인한 문제들이 더욱 증가될 것이다. 따라서 피코캐스트, WLAN, Bluetoothe, Zigbee 등의 통신 장치들이 공존하는 2.4GHz 주파수 대역에서는 이종 시스템 간의 간섭뿐만 아니라 동종 시스템 간의 간섭도 발생하므로 잡음에 강인하면서도 타 시스템에 대해 간섭을 최소화하기 위해 스펙트럼 효율이 우수한 변조 방식에 대한 연구가 진행되어왔다. 각각의 무선 기기에서 사용되는 변조 방식은 다음과 같다. IEEE 802.15.1에서 무선 주파수를 이용하여 서로 통신할 수 있도록 정의된 Bluetooth 는 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) 방식을 사용한다[4]. IEEE 802.15.4 Zigbee는 저가, 저속, 저전력 근거리 무선 네트워크를 위해 정의된 표준이며 변조 방식으로는 OQPSK(Offset Quadrature Phase Shift Keying) 방식을 사용한다[5]. 피코캐스트 1.0은 Bluetooth와 동일하게 GFSK 변조 방식을 사용한다[2]. 다음 버전인 피코캐스트 2.0은 빠른 멀티미디어의 확산과 그에 따른 데이터 사용의 증가에 따라 고속의 데이터 전송 속도의 요구를 만족시키기 위하여 피코캐스트 1.0과 Bluetooth, Zigbee에서 사용되는 변조 방식인 GFSK와 OQPSK보다 대역폭 효율이 증가된 방식 고려되고 있다. 차기 피코캐스트 2.0에서는 두 개의 MSK(Minimum Shift Keying) 신호를 멀티플렉싱한 QMSK(Quadrature Minimum Shift Keying)가 검토되고 있다. OQPSK변조 방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)에서 I 채널 Q 채널의 데이터가 동시에 변화하면 도, 즉 만큼의 반송파 위상 변화가 발생하는데 이를 방지하기 위한 것이다[6]. QPSK 변조된 신호에서 의 위상차이는 송신기 및 수신기 필터를 통과하면 출력 신호의 진폭에 변화가 일어나게 되며 추가적인 오차를 발생시킨다. 특히 의 위상 천이는 포락선을 순간적으로 0이 되게 한다. 따라서 선형성(linearity)이 매우 좋은 전력 증폭기의 사용이 요구된다[7]. 만일 I 채널과 Q 채널의 부호가 동시에 변화하는 경우가 발생하지 않도록 한다면 QPSK 신호의 위상은 변화하는 경우가 발생하지 않는다. OQPSK 변조 방식은 I 채널과 Q 채널의 데이터 중 하나가 시간 상으로 반 심볼 길이만큼, 즉 만큼 지연되도록 만들고 직교 반송파로 다중화 변조하는 전송 방식이다. 이와 같이 두 채널의 신호간에 시간차가 생기게 함으로써 I 채널과 Q 채널이 동시에 부호 변화가 일어나는 것을 방지하여 변조된 신호의 방송파 위상이 천이되는 현상이 발생하지 않는다. QPSK가 마다 위상 천이가 일어나는데 비해 OQPSK는 마다 최대 의 위상 천이가 일어날 수 있으며, 필터를 통과하였을 때 QPSK와 달리 포락선이 순간적으로 0으로 떨어지는 일이 발생하지 않는다. 즉 OQPSK 신호도 대역제한 필터를 통과하였을 때 순간적으로 포락선 변동이 생길 수 있지만 QPSK에 비해 변화 폭이 작다. 이러한 이유로 OQPSK는 시스템이나 채널 비선형성이 있는 경우, 또는 이동 단말기와 같은 증폭기의 높은 효율이 요구되는 경우 유리하다. 하지만 QPSK나 OQPSK 변조된 신호는 나 의 위상 변화가 있기 때문에 고주파 성분이 많이 생성된다. 따라서 위상 변화 폭을 더 줄이면 대역 외 스펙트럼 특성을 더 좋게 만들 수 있을 것이다. MSK(Minimum Shift Keying)은 OQPSK 신호에 펄스 정형을 함으로써 신호의 위상 변화를 연속적으로 하는 변조 방식이다[8]. MSK 변조 방식은 QPSK에 비하여 주엽의 크기가 증가하지만 부엽의 크기가 대폭 감소하여 인접 채널 간의 간섭이 줄어든다. 또한 전송 신호가 정 포락선 특성을 유지하여 비선형 채널에서 충격성 잡음에 강인하므로 비용이 저렴하고 전력 효율이 좋은 비선형 증폭기를 사용할 수 있다[9]. [10]에서 제안된 방식은 기저대역 MSK 신호에 Gaussian-Filter를 적용하여 펄스 정형함으로써 GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)이라 불린다. GMSK와 Bluetooth에서 사용되는 GFSK는 Gaussian-Filter를 사용하므로 부엽의 크기가 MSK나 FSK에 비하여 더 억제되는 방식이다. 하지만 부엽의 크기를 줄여 채널 간 간섭을 줄이는 것도 중요하지만 디지털 통신 시스템 설계에서는 주어진 대역폭에서 가장 높은 데이터 전송 속도를 제공하도록 하는 것도 중요하다. MSK와 GMSK는 정 포락선 특성을 유지하면서 좋은 스펙트럼 특성을 가져 대역폭 효율이 우수한 연속 위상변조(Continuous Phase Modulation : CPM)에 해당된다. CPM 변조 방식은 주파수 펄스 길이에 의해 크게 두 종류로 구분되는데 펄스 길이가 한 심볼 구간인 경우 full response라 하고 여러 심볼 구간인 경우 partial response로 구분한다[11~14]. Full response CPM은 주파수 펄스가 한 심볼로 제한되므로 심볼 간 간섭인 ISI가 발생하지 않아 비트오율 성능이 우수하며 대표적인 변조 방식으로는 MSK가 이에 해당된다. Partial response CPM은 주파수 펄스의 길이가 여러 심볼이므로 ISI에 의한 약간의 성능 열화가 발생하지만 위상 천이가 full response 방식보다 부드러워져 부엽의 크기가 더 억제되어 스펙트럼 특성이 더 우수해지는 장점이 있다. Full response CPM의 대표적인 변조 방식은 [10]에서 제안한 GMSK이며 이는 Gaussian-Filter로 펄스 정형하므로 위상 변화가 MSK 방식보다 더 부드러워 부엽의 크기가 작아지는 장점이 있다. 하지만 최근 멀티미디어 데이터 전송요구에 맞춰 더 빠른 전송 속도가 요구되고 ISM 대역에서 여러 무선기기들의 사용이 증가되므로 간섭 또한 증가하고 있다. 따라서 주어진 대역폭에서 전송률을 증가시켜 대역폭 효율을 개선시키며 부엽에 크기를 줄이는 연구가 활발히 진행되어왔다. QPSK(OQPSK)나 GMSK보다 데이터 전송률을 증가시킨 대표적인 예로 Q2PSK(Quadrature Quadrature Phase Shify Keying)와 QMSK변조 기법이 있다. QQPSK는 QPSK를 확장한 변조 방식으로 BPSK(Binary Phase Shift Keying)와 동일한 비트오율 성능을 얻으면서 MSK보다 주엽의 폭이 절반으로 감소하므로 대역폭 효율이 우수하다[15]. [16]에서 제안된 QMSK 변조 방식은 피코캐스트 1.0에서 사용하는 GFSK보다 데이터 전송률이 높기 때문에 차기 피코캐스트 2.0에서 검토되고 있다. QMSK는 여현파 기반의 MSK 신호와 정현파 기반의 MSK 신호를 멀티플렉싱하여 전송 신호를 생성한다. QQPSK는 QPSK보다 데이터 전송률을 증가시켜 대역폭 효율을 개선시켰지만 기본적으로 PSK 변조된 신호의 스펙트럼은 부엽이 크기 때문에 QQPSK도 여전히 대역 외 간섭이 크다는 단점이 있다. QMSK 변조 방식은 MSK 기반이므로 partial response CPM 보다는 부엽의 크기가 큰 편이므로 인접 채널에 미치는 간섭 영향이 증가하여 스펙트럼 효율이 상대적으로 낮다. MSK보다 부엽 억제 특성이 우수한 GMSK를 다중화한 quadrature multiplexed GMSK(QM-GMSK)는 Q2PSK나 QMSK보다 주엽의 폭은 약 정도 크지만 부엽의 크게 억제되므로 실제 스펙트럼 효율이 상대적으로 더 높다[17,18]. 두 개의 GMSK 신호를 다중화하는 과정에서 발생하는 ISI에 의한 비트오율 성능 열화를 방지하기 위하여 반 파장의 정현파를 곱하는 방식으로 BFSK와 대등한 비트오율 성능을 보장한다. QM-GMSK는 입력 비트를 차동부화화하여 인접 비트의 극성에 의해 두 개의 기저대역 파형 중에서 하나의 기저대역 파형을 선택하는 방식으로도 볼 수 있다[17,18]. QM-GMSK에서 기저대역 펄스를 반 파장 정현파의 제곱으로 근사화시키면 가우시안 LPF를 펄스 정형필터로 사용하지 않고 송신기를 구현할 수 있어서 구조가 간단해지는데, 이것이 [19]에서 제안된 offset-QQPSK(OQQPSK)이다. OQQPSK는 별도의 필터 사용이 요구되지 않아 송/수신기 구조가 간단해지며 QM-GMSK와 유사한 스펙트럼 특성을 갖는 장점이 있다. OQQPSK는 Bluetooth에서 사용되는 변조 방식인 GFSK와 Zigbee에서 사용되는 OQPSK보다 데이터 전송률도 우수하며 부엽의 크기도 감소하여 스펙트럼 효율이 우수하다. 본 논문에서는 기존의 OQQPSK에서 펄스 정형으로 사용되는 반 파장 정현파 대신 심볼길이보다 큰 RC(Raised Cosine), SRC(Square Raised Cosine) 펄스를 사용하여 중첩 펄스 정형하는 방식을 제안하였다[20]. 제안된 방식은 중첩 펄스 정형으로 RC 펄스를 사용하면 부엽의 크기는 유사하면서 주엽의 폭은 약 감소하며 SRC 펄스로 중첩 펄스 정형 하면 주엽의 폭은 기존의 OQ2PSK와 동일하면서 부엽의 크기가 감소하여 스펙트럼 특성을 개선시켰다. 또한 기존 OQQPSK의 송신기로 복조가 가능하며 BFSK와 동일한 성능을 보장한다[20]. 따라서 여러 무선 기기들이 공존하는 WPAN에 적용하기 적합하리라 예상된다. 논문의 구성은 다음과 같다. 2 장에서는 기존에 연구가 진행되었던 여러 변조 기법에 대하여 알아본다. 1 절에서는 full response CPM과 partial response CPM의 대표적인 변조 방식인 MSK와 GMSK를 통해서 CPM의 여러 특성을 알아보며 2 절에서는 직교 역위상 천이 기반 변조 방식 중에서 잘 알려진 QPSK, QQPSK, QMSK, QM-GMSK 및 OQQPSK에 대하여 기술한다. 3 장에서는 본 논문에서 제안한 중첩 펄스 정형 기법을 적용한 OQ2PSK에 대하여 기술한다. 중첩 펄스 정형 기법을 적용한 OQ2PSK의 송/수신기 구조 및 비트오율 성능과 스펙트럼 특성에 대하여 기술하였으며 이론적은 스펙트럼을 증명하고 이를 시뮬레이션으로 검증하였다. 4 장에서는 본 논문의 결론을 맺는다.