KR20110124905A - 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법 - Google Patents

교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법 Download PDF

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Abstract

u-TSN(ubiquitous-Transportation Sensor Network)의 환경하에서 교통 부문 운영전략의 유효성을 정확하게 평가하기 위한 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법이 개시된다.
개시된 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법은, 교통 시뮬레이션 부분에서 교통 네트워크를 구성하고, 교통 시뮬레이션을 통해 차량의 링크 통행시간을 산출하여 공유 메모리에 저장하고, 통신 시뮬레이션 부분에서 상기 공유 메모리에 저장된 데이터를 기반으로 통신 시뮬레이션을 수행하여 통신에 성공한 차량의 리스트를 생성하여 차량 정보로 상기 공유메모리에 저장하며, 상기 교통 시뮬레이션 부분에서 상기 공유 메모리에 저장된 차량 정보를 기반으로 통신에 성공한 차량 간의 정보를 이용하여 링크 통행 시간을 산출하고, 상기 공유 메모리에 저장된 각 차량의 링크 통행시간을 갱신함으로써, u-TSN의 환경하에서 교통 부분 운영전략의 유효성을 정확하게 평가하게 되는 것이다.

Description

교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법{Data processing method for transportation and communication integrated simulation}
본 발명은 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 알고리즘에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 u-TSN(ubiquitous-Transportation Sensor Network)의 환경하에서 교통 부문 운영전략의 유효성을 정확하게 평가하기 위한 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, u-TSN(ubiquitous-Transportation Sensor Network)은 차량 대 차량 및 차량 대 인프라의 데이터 송수신을 기반으로 하는 새로운 첨단교통체계로 기존의 ITS(Intelligent Transportation System)에 비해 무선통신체계의 비중이 큰 교통체계이다.
u-TSN 교통 부문 운영전략의 유효성을 평가하기 위해서는 교통 시뮬레이션을 위한 교통 시뮬레이터와 통신 시뮬레이션을 위한 통신 시뮬레이터가 통합된 교통/통신 통합 시뮬레이터가 필요하다.
기존에 개발된 교통/통신 통합 시뮬레이터들은 통신 혹은 교통의 단일 시뮬레이터를 기반으로 하여 타분야의 결과를 가정하는 방식을 주로 이용함으로써, 현실을 정확히 반영하지 못하고 있는 단점이 있었다.
예컨대, 교통 시뮬레이터는 시간을 기반으로 개별 차량의 미시적 형태에 대하여 분석하는 것에 초점을 맞추었으며, 통신 시뮬레이터는 두 통신 주체 간의 이벤트 발생(통신)을 기반으로 통신상황을 구현하는 것으로 되어있다.
따라서 기존에 개발된 교통/통신 통합 시뮬레이터의 경우, 차량 간의 통신 상황을 반영한 차량의 행태 변화를 분석하는 데 있어, 통신 성공률과 통신범위 등에 대한 가정을 통해 분석을 수행하기 때문에, 현실을 정확히 반영하지 못하였으며, 이로 인해 교통 부분 운영전략의 유효성 평가가 정확하지 않은 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같이 기존에 개발된 교통/통신 통합 시뮬레이터에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명이 해결하려는 과제는 u-TSN(ubiquitous-Transportation Sensor Network)의 환경하에서 교통 부문 운영전략의 유효성을 정확하게 평가하기 위한 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 "교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법"은,
교통 시뮬레이션 부분에서 교통 네트워크를 구성하고, 교통 시뮬레이션을 통해 차량 들의 링크 통행시간을 산출하여 공유 메모리에 저장하는 단계와;
통신 시뮬레이션 부분에서 상기 공유 메모리에 저장된 데이터를 기반으로 통신 시뮬레이션을 수행하여 통신에 성공한 차량의 리스트를 생성하여 차량 정보로 상기 공유메모리에 저장하는 단계와;
상기 교통 시뮬레이션 부분에서 상기 공유 메모리에 저장된 차량 정보를 기반으로 통신에 성공한 차량 간의 정보를 이용하여 링크 통행 시간을 산출하고, 상기 공유 메모리에 저장된 각 차량의 링크 통행시간을 갱신하는 단계를 포함한다.
상기 교통 시뮬레이션 부분에서는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 기본 데이터를 정의하는 것을 특징으로 한다.
상기 기본 데이터는, 시뮬레이션 시각, 차량 ID, 차량 위치 정보, 데이터 크기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 교통 시뮬레이션 부분에서는, 상기 생성한 공유 메모리의 크리에이트(Create), 접속(Connect), 기록(Write), 판독(Read) 및 클로즈(Close)에 대한 세부구조를 정의하는 것을 특징으로 한다.
상기 교통 시뮬레이션 부분에서는 일정 주기(Time Spet)마다 차량의 링크 통과 여부 확인 및 링크 통행시간 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 교통 시뮬레이션 부분에서는 통신 시뮬레이션 결과에 의해 획득한 차량 정보를 기반으로, 통신에 성공한 차량간 또는 차량 대 인프라 간의 정보를 갱신하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 시뮬레이션 부분에서는 상기 공유 메모리에 저장된 데이터를 기반으로, 통신 시뮬레이션을 구현하고, 차량 간의 통신 및 차량과 인프라 간의 통신 성공 여부에 관한 정보를 생성하여 상기 공유 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 시뮬레이션 부분에서는 상기 공유 메모리에 저장된 데이터를 기반으로, 차량 들의 이동상황을 노드(Node)로 구현하고, 주변 상황 정보를 수집하며, 통신 시뮬레이션을 통해 통신 성공 여부 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신 시뮬레이션 부분에서는 상기 공유 메모리에 교통 시뮬레이션 부분과 동시에 접근하는 것을 방지하기 위해, 시간에 대한 동기화를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 교통 및 통신 분야를 모두 반영한 실증적인 u-TSN 운영 전략을 정확하게 평가할 수 있는 장점이 있다.
또한, 교통 시뮬레이션은 실 시스템에 대한 구축 없이도 효과를 평가하거나 결과를 정확히 예측할 수 있어, 시간적, 비용적, 안전적인 측면에서 매우 효율적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 통합 시뮬레이터의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법을 보인 데이터 흐름도.
도 3은 본 발명에 적용되는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 사용자 인터페이스 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는 새로운 상용 소프트웨어를 개발하여 교통과 통신 시뮬레이션의 모든 기능을 구현하는 것은 시간상, 예산상의 제약이 크므로, 교통/통신 시뮬레이션의 기본 엔진을 시장에서 가장 높은 평가를 받고 있는 상용 소프트웨어를 사용하였다.
즉, 교통 시뮬레이션 부분(100)은 Quadstone사(社)의 Paramics이며, 통신 시뮬레이션 부분(200)은 SNT(Scalable Network Technologies)사(社)의 QualNet을 이용하였다. 또한, TraCISS(Traffic Communication Integrated Simulation System) UI(User Interface)를 제작하여 TraCISS를 이용하고자 하는 사용자가 쉽게 이용할 수 있도록 하였다.
u-TSN 운영전략 수립 및 평가는 u-TSN에서의 교통정보 제공에 따른 운영전략을 수립하고, 이를 개발된 TraCISS를 통해 평가하는 방법으로 진행하였으며, 교통정보 제공에 대한 연구를 바탕으로 운영자 측면에서의 지점기반 멀티캐스팅을 이용한 교통류 분산제어 전략을 수립하였고, 이용자 측면에서의 에이전트 기반 브로드캐스팅을 이용한 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 정보제공 전략을 수립하였다.
도 1은 본 발명이 적용된 통합 시뮬레이터의 개념도로서, 참조부호 100은 교통 시뮬레이션을 위한 교통 시뮬레이션 부분으로서, 교통 시뮬레이터를 의미한다. 참조부호 200은 통신 시뮬레이션을 위한 통신 시뮬레이션 부분으로서 통신 시뮬레이터를 의미한다. 참조부호 300은 상기 교통 시뮬레이션 부분과 통신 시뮬레이션 부분이 상호 접속하여 필요한 정보를 공유하기 위한 공유 메모리를 의미한다.
교통 시뮬레이션은 실 시스템에 대한 구축 없이도 효과를 평가하거나 결과를 예측할 수 있어, 시간적, 비용적, 안전적인 측면에서 효율적이다. 특히, 미시적 교통 시뮬레이션은 개별 차량의 행태에 바탕을 둠으로써 세부적인 시스템을 모사 할 수 있다는 장점이 있으며, 현재 미시적 교통 시뮬레이션은 교통 네트워크의 계획, 설계, 평가, 분석 및 ITS의 평가 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
통신 시뮬레이션을 위한 Qualnet은 유무선 통신을 패킷 모드로 시뮬레이션하는 툴(Tool)로써 TraCISS 내에서는 V2V, V2I 통신의 성공 여부를 판단해주는 역할을 한다. Qualnet은 다양한 통신 프로토콜 및 네트워크, 애플리케이션에 대한 설계, 해석 및 검증을 수행하여 통신환경을 분석하는 소프트웨어이다. WLAN, Mobile Ad hoc Network, 셀룰러 네트워크 등의 기존 네트워크에 대한 다양한 프로토콜을 제공하며 이를 수정함으로써 특정 통신 상황에 대한 분석을 수행할 수 있다. API 함수가 제공되어 이용자 중심의 코딩 환경을 제공하며, 통신환경 및 시뮬레이션 모형에 관련된 파라미터가 수정 가능하여 높은 확장성을 지닌 장점도 있다. Qualnet은 노드 기반의 통신 네트워크에 대하여 실시간 시뮬레이션이 가능하다.
교통 시뮬레이션 부분(100)은 u-TSN을 구현하는데 상당 부분을 차지하고 있다. u-TSN 운영전략 수립 및 평가는 교통 시뮬레이션을 기반으로 수행되므로 통합 시뮬레이션의 중요 부분을 담당한다.
통신 시뮬레이션 부분(200)은 차량 간의 통신과 차량과 인프라 간의 통신을 시뮬레이션하며, 통신 성공 여부 정보를 생성하여 공유 메모리(300)를 통해 교통 시뮬레이션 부분(100)에 제공하게 된다. 본 발명에서 차량 간의 통신 및 차량과 인프라 간의 통신은 802.11a를 이용하여 시뮬레이션을 수행한다.
한편, 공유 메모리(300)를 이용하는 메모리 공유 방식은 하나의 메모리를 공유해서 접근하므로, 데이터 복사와 같은 불필요한 오버헤드가 발생하지 않으므로, 빠른 데이터의 이용이 가능한 장점이 있다. 그러나 하나의 시뮬레이터가 공유 메모리에 접근중일 때, 또 다른 시뮬레이터가 메모리에 접근하게 되면 자칫 데이터가 훼손될 수 있으므로, 이와 같은 현상을 방지하기 위해 본 발명에서는 사용시간 배분과 관련된 제어가 필요하다. 따라서 본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위해 시간 동기화를 구현함으로써 두 시뮬레이터 간 실행 순서를 제어한다.
또한, 통신 시뮬레이션 부분(200)에서는 교통 시뮬레이션 부분(100)인 Paramics에서 제공되는 일정 주기별(Time Step별) 차량의 위치 등 공간적 정보를 이용하여 두 시뮬레이터 간의 공간적 동기화를 구현한다.
기존의 교통 분야의 교통/통신 시뮬레이션 통합과 관련된 연구에서는 통신반경, 통신성공률 등 통신 분야의 시뮬레이션 관련 변수를 가정하는 한계점을 지녔으나, 본 발명에서는 메모리 공유를 통한 통합 시뮬레이션을 이용함으로써 u-TSN의 교통부문 및 통신부문 상황을 모두 시뮬레이션하여 현실에 가까운 결과를 도출할 수 있게 되는 것이다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법을 보인 흐름도(Data Flow Diagram)이다.
교통 시뮬레이션 부분(100)은 통합 시뮬레이션을 위한 네트워크를 구성하고, 통합 시뮬레이션을 위한 기본 데이터를 정의하게 된다(S101).
여기서 기본 데이터는 시뮬레이션 시각, 차량 ID, 차량 위치 정보, 데이터 크기 등으로 구성된다.
다음으로, 통합 시뮬레이션을 위한 네트워크 구성 및 출력 자료를 구성하고, 공유 메모리를 생성하며, 상기 생성한 공유 메모리의 세부구조 즉, Create, 접속(Connect), 기록(Write), 판독(Read), 클로즈(Close)를 정의하게 된다(S103).
이후, 교통 시뮬레이션을 실행하게 되는 데(S105), 이때 교통 시뮬레이션은 시뮬레이션의 일정 주기(Time Step)마다 차량의 링크 통과 여부 확인 및 링크 통행시간 정보를 산출하며, 이를 통해 공유 메모리를 갱신하게 된다((S107 ~ S109).
또한, Qualnet의 시뮬레이션 결과로 전송된 통신 성공 여부 정보에 따라 차량 간, 또는 차량대 인프라 간의 정보갱신을 수행하게 된다(S111).
통신 시뮬레이션 부분(200)은 상기 교통 시뮬레이션 부분(100)으로부터 공유 메모리(300)를 통해 전송받은 데이터를 바탕으로 통신 시뮬레이션을 구현하고, 차량 간의 통신 및 차량과 인프라 간의 통신 성공 여부에 관한 정보를 생성하여 상기 공유 메모리(300)를 통해 교통 시뮬레이션 부분(100)으로 전송한다(S113 ~ S115).
여기서 Qualnet의 기본 데이터 구조는 교통 시뮬레이션 부분으로부터 받아야 할 자료와 동일한 구조이며, 추가로 시뮬레이션 시각 정보를 제공받는 프로시저로 구성된다.
통신 시뮬레이션 부분(200)은 상기 공유 메모리(300)를 통해 교통 시뮬레이션 부분(100)으로부터 제공받은 기본 데이터들을 통해 차량 들의 이동상황을 노드(Node)로 구현하며, 주변 상황 정보를 수집하고, 통신 시뮬레이션을 통해 통신 성공여부 데이터를 작성하게 된다.
이렇게 작성되는 통신 성공 여부 데이터는 차량 정보로서 공유 메모리(300)에 저장되며, 교통 시뮬레이션 부분(100)은 상기 차량 정보를 기반으로 통신에 성공한 차량 간의 정보 교환을 수행하고, 이러한 정보를 기반으로 각 링크 통행시 링크 통행 시간을 산출하고, 각 차량의 통행시간 데이터베이스를 갱신하게 된다.
TraCISS의 UI(User Interface)는 도 3에 도시한 바와 같이, 두 시뮬레이터를 제어하는 기능과 실행 상황을 출력하는 출력 부분으로 구성된다. UI는 사용자가 컴퓨터나 프로그램과 의사소통을 하기 쉽고, 편리하게 사용할 수 있도록 하는 것이다. 따라서 사용자 인터페이스는 크게 사용자가 시스템을 조작하는 입력과 시스템이 그로 인한 반응, 결과를 보이는 출력으로 나눌 수 있다. 사용자 인터페이스의 종류는 컴퓨터와 인간의 상호작용을 하기 위한 수단에 따라 분류할 수 있으며, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI), 웹 인터페이스, 명령 줄 인터페이스(CLI), 텍스트 사용자 인터페이스(TUI) 등을 이용할 수 있다. 본 발명에서는 컴퓨터 사용자에게 익숙한 그래픽 사용자 인터페이스로 UI를 사용한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100… 교통 시뮬레이션 부분
200… 통신 시뮬레이션 부분
300… 공유 메모리

Claims (9)

  1. 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법에 있어서,
    교통 시뮬레이션 부분에서 교통 네트워크를 구성하고, 교통 시뮬레이션을 통해 차량의 링크 통행시간을 산출하여 공유 메모리에 저장하는 단계와;
    통신 시뮬레이션 부분에서 상기 공유 메모리에 저장된 데이터를 기반으로 통신 시뮬레이션을 수행하고 통신에 성공한 차량의 리스트를 생성하여 차량 정보로 상기 공유메모리에 저장하는 단계와;
    상기 교통 시뮬레이션 부분에서 상기 공유 메모리에 저장된 차량 정보를 기반으로 통신에 성공한 차량 간의 정보를 이용하여 링크 통행 시간을 산출하고, 상기 공유 메모리에 저장된 각 차량의 링크 통행시간을 갱신하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 교통 시뮬레이션 부분은, 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 기본 데이터를 정의하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기본 데이터는, 시뮬레이션 시각, 차량 ID, 차량 위치 정보, 데이터 크기를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 교통 시뮬레이션 부분은, 상기 생성한 공유 메모리의 크리에이트(Create), 접속(Connect), 기록(Write), 판독(Read) 및 클로즈(Close)에 대한 세부구조를 정의하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 교통 시뮬레이션 부분은, 일정 주기(Time Spet)마다 차량의 링크 통과 여부 확인 및 링크 통행시간 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 교통 시뮬레이션 부분은, 통신 시뮬레이션 결과에 의해 획득한 차량 정보를 기반으로, 통신에 성공한 차량간 또는 차량 대 인프라 간의 정보를 갱신하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 통신 시뮬레이션 부분은, 상기 공유 메모리에 저장된 데이터를 기반으로, 통신 시뮬레이션을 구현하고, 차량 간의 통신 및 차량과 인프라 간의 통신 성공 여부에 관한 정보를 생성하여 상기 공유 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 통신 시뮬레이션 부분은, 상기 공유 메모리에 저장된 데이터를 기반으로, 차량 들의 이동상황을 노드(Node)로 구현하고, 주변 상황 정보를 수집하며, 통신 시뮬레이션을 통해 통신 성공 여부 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 통신 시뮬레이션 부분은, 상기 공유 메모리에 교통 시뮬레이션 부분과 동시에 접근하는 것을 방지하기 위해, 네트워크 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 교통/통신 통합 시뮬레이션을 위한 데이터 처리 방법.
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