철도통신기능은 안전한 열차 운행을 위한 운영자간의 통신 기능과 열차제어를 위한 데이터 전송 기능으로 분류된다. 관련 기술은 2004년 영업 운전을 시작한 유럽의 GSM-R이 가장 대표적인 철도통신 기술로 주어진다. 국내의 경우, 국가재난망에서 임대한 TRS가 철도 운영자간의 통신 기능으로 사용되고 있지만, 열차제어용 데이터 통신은 적용되지 못하고 있는 실정이다. 그러나 2014년 국내의 LTE 기술을 이용한 LTE-R의 개발이 세계 최초로 철도에 적용하여 성능 검증 및 국내 표준 제정에 성공하였다. 이를 응용한 LTE 기반의 국가재난안전망(PS-LTE)도 2016년 시범구축사업이 강원도에서 성공적으로 완료되었다. 본 논문은 철도통신의 핵심인 LTE-R의 통신기능과 데이터 전송 기능을 PS-LTE와 GSM-R의 기능과 비교, 검토하였다. 검토 결과는 LTE-R의 데이터 전송 기능이 GSM-R의 기능보다 우수함은 물론 철도통신기술은 PS-LTE의 요구 기능도 대부분 만족함을 시험을 통해 입증하였다.
국가재난안전통신망 구축사업 기술방식으로 공공안전 롱텀에볼루션(PS-LTE) 방식이 선정됐다. 이를 통해 2017년부터 경찰, 소방, 군 등 모든 재난안전 책임기관이 음성뿐 아니라 동영상 등 멀티미디어 정보를 활용해 구조활동을 벌일 수 있게 됐다. PS-LTE는 기존 LTE 기술에 그룹통화, 단말기 간 직접통신, 단독 기지국 기능 등이 추가된 방식이다. 지금까지 각 재난안전기관이 사용하던 통신기술은 음성만 전달할 수 있었다. PS-LTE 기술을 이용하면 멀티미디어 전송이 가능해진다. 본 논문에서는 해외 주요국에서 추진 중에 있는 광대역 공공안전통신정책 기술동향을 분석하고, 이를 통해 국내 광대역 공공안전통신 도입 시 고려해야 할 사항을 알아보았다.
재난안전통신은 각 국가의 안전을 위한 사회 공공시설 중에서 위기상황에 대처하기 위한 범국가적인 통신망이라고 할 수 있다. 또한 국민의 생명과 관련된 통신망으로, 어떠한 사적 이익도 배제해야 한다는 것이 전문가들의 공통적인 의견이며, 중요한 요소인 표준화된 재난안전통신망을 사용하여, 범국가적으로 대처해야만 한다는 공감대를 갖고 있다. 국가적인 차원에서 재난안전통신망 구축을 위한 노력이 이루어지고 있고, 최근 재난안전무선통신망으로 PS-LTE(PS-LTE Public Safety LTE) 기술을 채택하면서, 우리나라에서도 PS-LTE에 대한 적극적인 관심을 갖고 있다. 재난안전무선통신망 구축을 위해서 PS-LTE에서 요소 기술을 검증하기 위해 공공기관 및 학계에서 활발한 활동이 있다. 본고에서는 3GPP에서 진행되고 있는 재난안전통신에 대한 요구사항, 국내동향 및 그에 따른 표준화 동향을 살펴보고자 한다.
LTE (Long Term Evolution) 네트워크를 기반으로 하는 공공안전 및 재난통신 관련 연구가 활발히 진행되고 있으며, 기지국의 도움 없이 직접통신이 가능한 D2D (Device-to-Device) 통신 기술은 차세대 공공안전 및 재난통신망의 기반 기술로 각광받고 있다. 본 논문에서는 재난 지역의 기지국이 붕괴되었거나 통신 폭주로 인해 자원 할당이 지연되는 경우에 D2D 단말 탐색을 활용하여 재난 지역 단말들의 통신을 위한 신속하고도 정확한 주파수 자원 확보 기술을 제안한다.
현재 재난안전통신 시스템에서 광대역 이동통신 기술은 주요 화두로 부각되어 있고, 한국, 영국, 미국 등에서 PS-LTE(Public Safety-LTE) 기술을 기반으로 재난안전통신 수요에 대응하고 있다. 본 고에서는 PS-LTE 표준과 개발 동향에 대해서 소개하고자 한다. 서론에서는 PS-LTE 네트워크 아키텍처와 기술적 요구사항에 대해 소개하고, 본론에서는 국제표준화 기구에서 논의되고 있는 PS-LTE 관련 표준 기능과 현황에 대해 간단히 설명한다. 특히 그룹통신기술, 단말간 직접통신기술, 단독기지국 운용기술, 상호 운용성에 대해서 다루고, 개발 동향에 대해서도 살펴보고자 한다.
차세대 재난망 기술로서 언급되고 있는 PS-LTE는 LTE 기술을 근간으로 공공안전 통신에 필요한 단말 간 통신, 그룹통신 등을 지원하는 통신기술이다. 현재 우리나라는 구축계획을 수립하여 PS-LTE 시스템을 설치하고 있으며, 국제적으로도 PS-LTE를 활용한 재난망 시스템 구축에 많은 노력을 하고 있다. 그러나, 관련자만 접속할 수 있는 폐쇄망의 특성상 기존 상용망과 별도 구축이 필요하며 많은 기간과 비용의 소요가 예상된다. 효율적으로 재난안전통신망을 구축하기 위해서는 무조건적인 신규 구축보다는 기존 LTE망에 보안 및 접속우선권 등의 문제를 보완하여 신규 구축하는 PS-LTE망의 연동을 고려해야 할 것이며 이를 위한 사전 검토가 매우 필요하다.
본 논문은 재난통신 시스템을 실제적으로 활용하기 위해 반드시 필요한 표준운영절차(SOP)를 개발하기 위한 방법론과 전략들을 제시하고자 한다. 따라서 재난안전통신망의 SOP와 연계되는 다양한 요소들을 규명하고 특성을 분석하였고, 이를 기반으로 SOP의 효과적인 개발을 위한 프로세스와 전략을 개발하여 제시하였다. 아울러 개발되는 SOP를 재난안전통신망 구현 기술인 LTE에 반영하여 무선자원 할당의 토대가 되는 우선순위와 QoS가 어떻게 운영되어야 하는지도 제시하였다.
우리나라에서는 재난안전통신망(PS-LTE) 주파수로 철도망(LTE-R)에 이미 지정되어 있는 700 MHz 대역이 할당되었다. 따라서 동일채널간섭으로 인한 아웃티지를 줄이고 수율을 높이기 위한 연구가 필요하다. 본고에서는 안전망과 철도망이 공존하는 LTE-R 네트워크 다운링크 환경에서 RAN 공유시와 비 RAN 공유시, 또한 협력통신(CoMP)을 적용시와 미적용시에 PS-LTE UE 수율의 향상과 LTE-R UE 아웃티지 감소를 비교 분석한다. PS-LTE 와 LTE-R 네트워크의 공존 시나리오를 수행방법에 기반하여 네가지로 구분하고, 각각의 시나리오별로 UE의 아웃티지와 평균 수율을 측정한다. 열차제어신호는 최상위 MCS (mission critical service)에 해당되기에, PS-LTE UEs가 LTE-R 네트워크의 RAN 공유시, LTE-R UE에 더 높은 우선권을 주어 자원을 할당한다. RAN 공유 환경에서 협력통신인 CS CoMP를 적용하는 경우, 최고의 수율과 최소의 UE 아웃티지 성능을 보임을 알 수 있다.
2014년 세월호 침몰사고 발생 이후로 한국 정부는 LTE를 기반으로 한 재난안전통신망 구축을 추진하기 시작했다. 현재 구축비용과 망 구축에 걸리는 시간의 소요로 인해 상용망 활용이 중요시 되고 있다. 그러나 상용망을 사용할 경우 재난이 발생하면 일반인 사용자의 통화가 폭주하여 통신장애의 가능성을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 재난안전통신망이 상용망 활용 시 통화폭주로 인해 통신 장애가 발생할 때, 재난상황의 특성을 고려한 우선순위를 이용하여 대역폭을 할당해 더 좋은 품질의 서비스를 제공하는 방법을 제안하였다. 최고 효율을 얻기 위해 Fractional Knapsack Problem으로 문제를 정의한 후 Greedy algorithm을 통해 대역폭을 할당하는 방법을 제안하였다. 또한 성능 평가를 위해 제안하는 방법과 계급 우선 할당 방법, 균등 할당 방법을 비교하여 성능을 검증하였다. 할당된 사용자들의 Value의 합, 손실된 트래픽량을 비교했을 때 제안한 방법의 성능이 더 좋은 것을 확인 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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