신호등을 제어하는 교통신호제어기는 차량의 흐름을 제어하는 중요한 역할을 하는 장치이다. 만약 도심지에서 교통신호제어기가 침해되었을 경우 교통마비 현상이 발생하거나 자칫 교통사고까지 유발할 수 있다. 하지만 현 교통신호제어기는 물리적 보안 이외 인증, 행위제어, 통신구간에 대한 보안이 무척 취약하다. 따라서 이를 보안하기 위해 각각의 위험 요소에 대해 분석하고 그에 맞는 대응방안을 마련할 필요가 있다. 본 논문에서는 신호등 교통신호제어기의 취약점을 분석하고 각각의 취약점에 대해서 대응책을 제시하고자 한다.
현재 국내에서 사용되고 있는 교통신호제어기는 220V의 고전압을 신호등에 일대일로 직접 전달하는 스위치 제어 방식이다. 이러한 방식은 교통신호제어기와 신호등들을 연결하는 데 상대적으로 많은 케이블이 소요되고, 또한 감전에 대한 우려가 있다. 이에 따라 도로교통공단에서는 경찰청 교통신호제어기 표준규격서에 디지털 통신 방식을 이용한 디지털 교통신호제어기의 규격을 추가하였다. 본 연구에서는 이러한 표준규격서를 바탕으로 디지털 교통신호제어기를 개발하고자 하였다. 또한 디지털 교통신호제어기와 아날로그 교통신호제어기가 혼재되어 있어도 현재 운영 중인 신호제어시스템에서 운영이 가능함을 검증하였다.
본 논문에서는 교통신호제어기 표준규격(NPA-TSC-2010 R14)과 호환성을 유지하면서, 교통신호제어시스템과 상용 LTE 이동통신망을 적용 가능한 검증필암호모듈 기반의 SSL VPN을 개발하여, 정보보안의 성능과 교통신호제어기의 통신성능을 만족할 수 있다는 결과를 제시한다. 또한 '교통신호제어기 표준규격'의 기기 변경이 최소화될 수 있도록 SSL VPN 개발에 필요한 기술을 구현하여 실증결과를 제시함으로써, 이를 바탕으로 교통신호제어 시스템의 보안 표준규격으로 제정될 수 있도록 기술 및 절차적 결과를 제시하였다.
기존의 교통신호기의 방법은 고정신호제어기이다. 즉, 교통대안을 한 가지씩 채택하여 24시간 내내 이미 결정한 교통신호대안에 의존하여 주기 싸이클을 결정하는 방법이다. 교통신호 운영자가 교통대안을 잘못 입력하여 설정하게 되면 교차로내에서 잘못된 교통대안으로 인해 교통지체가 빈번하게 일어남을 알 수 있다. 교통대안은 눈으로 보아 설정하는 것이 아니고 유력한 교통대안을 서로 비교하여 가장 영향력 있는 교통대안을 설정하는 것이 교통신호제어에 유효하다. 본 논문에서는 고정신호제어기를 사용하여 제어기에 맞는 교통대안을 찾는 방법을 퍼지계층분석방법을 이용하여 찾는 방법을 모색하고 기존제어기와 비교 검토한다.
신호교차로는 차량들의 회전 등으로 인한 상충이 빈번히 발생하고 차량의 주행이 교통신호에 의해 통제되기 때문에 자율주행차에게 가장 도전적인 공간이다. 교통신호가 존재하는 도시부 도로에서 안전한 주행을 도모하기 위해서는 자율주행차가 V2I 통신을 통하여 교통신호정보를 인프라로부터 제공받을 필요가 있다. 이러한 배경 하에 경찰청 교통신호제어기 표준규격서에는 교통신호정보 제공을 위한 규약이 추가되었다. 하지만, 기존 규약이 아날로그 교통신호제어기 위주로 정의되어 있어 현재 개발되고 있는 디지털 교통신호제어기에 적용하는 것에는 기술적 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 디지털 교통신호제어기로부터 자율주행차에게 교통신호정보를 제공하기 위한 신호정보연계모듈 개발 방안과 교통신호 전이 시의 정확한 교통신호정보를 제공할 수 있는 알고리즘 개선 방안을 제시하고자 한다.
현재 국내에서 사용되는 교통신호제어기는 4구신호등(적색, 황색, 녹화살표, 녹색) 체계로 개발된 "경찰청 교통신호제어기 표준규격"을 따르고 있으나, 국가정책에 따라 3구신호등체계로 바뀌어 운영될 예정에 있다. 이에 따라 본 연구에서는 기존 4구신호등 체계로 개발된 표준규격 교통신호제어기를 3구신호등(적색, 황색, 녹색) 체계에 맞도록 신호등기부를 개선하는 방법으로 3구신호등용 교통신호제어기를 설계 개발하였다. 등기구동장치(LSU)는 2조의 3색 R-Y-G 출력스위치를 가져 총 6개의 출력용량을 갖도록 개선되었다. 이동류별 및 교통수단별(차량, 버스, 자전거, 보행) 3색 신호를 부여하기 위해 최대 16개까지 등기구동장치(LSU)를 수용하여 총 96개의 출력 용량을 갖도록 버스체계가 개선되었다. 최대 32개까지 늘어난 적색 등 점멸제어를 위해 점멸기(FLASHER) 장치를 개선하였다. 소프트웨어 부문에서는 지역제어기와 센터시스템 간 통신규약이 개선 되었으며, 3구신호등 체계의 LSU에 적합한 새로운 시그널맵 코드체계를 부여하였다. 개발된 3구신호등 제어용 교통신호기에 대해 프로토콜 운전, 원격제어기능, 제어모드별 운전기능을 각각 시험하였으며, 테스트 결과 모두 정상적으로 동작하였다.
일반도로와 노면전차가 교차하는 신호교차로에서 준비되어야 하는 교통신호제어 운영조건을 검토하고 이를 토대로 노면전차 교통신호와 일반차량 교통신호의 효율적 통합 운영을 지원하기 위해 현재의 교통신호제어기가 추가 확보하여야 하는 기능적 및 기술적 요구사항을 진단한다. 본 연구의 검토 내용은 도로 현장에서 발생 가능한 일반차량과 노면전차의 다양한 교차상황, 노면전차 전용신호등의 등기단자 최소 구성, 교통신호현시 순서 운영상황 조합 및 이를 기반으로 한 현시표출방안을 포함한다. 분석결과 우회전 중첩현시 표출을 위한 중첩현시 등기장치 및 노면전차와 일반차량 복합 현시운영을 위한 사중고리현시표출체계 기능을 포함하는 교통신호제어기 도입이 필요함을 제안한다.
교통신호제어기의 표준규격에서 센터시스템과 지역제어기 간 통신방식은 전용선을 기준으로 한 모뎀방식의 시리얼통신으로 규정되어 있어, 지방도시에서 구축 운영되는 TCP/IP의 ITS 통신망에 내에 교통신호제어시스템에 대한 통신규격을 수용하지 못하고 있는 실정이다. 또, ITS 부문에서 데이터 교환을 위한 국내외 표준으로 이더넷 통신망을 기반으로 한DATEX-ASN 데이터 교환기술이 채택되고 있다. 따라서 본 연구는 교통신호제어시스템이 ITS 통신망 내에 구성이 가능하도록, TCP/IP 프로토콜을 기반으로 한 교통신호제어기 통신규격(안)을 개발을 목적으로 한다. 제어, 상태정보와 데이터 베이스 정보 등 표준규격 교통신호제어기의 23개 통신항목에 대한 통신규격(안)이 DATEX-ASN 통신처리 절차 및 구조 (KS ISO X 14827 Part1, 2, ISO/ DIS 15784 Part-3)를 적용하여 개발하였다. 실험을 위하여 통신항복별로 응용프로그램을 개발하였으며, 실험결과 통신항목 모두 인코딩 및 디코딩처리가 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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