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상렬 연
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1 2014 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2014A212 KRTCS 차상장치시스템의핸드오버기능구현및성능평가 Implementation and Performance Evaluation of Handover Function for KRTCS Onboard Equipment 이재형 *, 이성훈 *, 최동혁 *, 조동래 * Jae-hyung Lee *, Sung-hoon Lee *, Dong-hyuk Choi *, Dong-rae Cho *, Yong-il Kim * Abstract RF-CBTC(Radio Frequency Communication Based Train Control) system improves the safety of train operation and the operating efficiency based on wireless communication between onboard ATP(Automatic Train Protection) and wayside ATP. Thus, persistent link is needed for communication. In case of KRTCS(Korean Radio-based Train Control System), maximum number of train, which can be controlled by a wayside ATP, is defined as 10 to 40 train sets. Even though the revenue line is extended or the maximum train set is added, the persistent link without degradation of wayside ATP should be maintained by adding a wayside ATP with handover. In this paper, the handover function for onboard ATP system is designed and implemented based on KRTCS standard. The handover function of the implemented onboard ATP system is evaluated with wayside ATP that has a handover function on Dae-bul test line. Keywords : Handover, KRTCS, RF-CBTC, Onboard ATP 초록무선통신기반열차제어시스템은차상 ATP 와지상 ATP 간의유기적인무선통신을기반으로열차운행의안전성및운용효율성을향상시킨다. 이러한특성들은차지상 ATP 간의통신지속성이필요로된다. 한국형무선기반열차제어시스템 (KRTCS) 에서는지상 ATP 가제어할수있는최대차량편성수를 10~40 편성으로정의한다. 열차운행노선의연장이나운행편성이증가될경우, 핸드오버영역을구분하고추가적인지상 ATP 를구성하여통신지속성을유지시켜야한다. 본논문에서는 KRTCS 사양을기반으로차상 ATP 에서의핸드오버기능을설계및구현하고목포대불선 KRTCS 시험구간에서핸드오버기능을갖춘지상 ATP 와연동하여성능을평가한다. 주요어 : 핸드오버, 한국형무선기반열차제어시스템, 무선통신기반열차제어, 차상자동열차방호 1. 서론최근도시철도및광역철도신규노선이나무인운행이가능한기존선연장의경우보다안전적인열차운행을보장하고효율적유지보수및선로의용량을증대시키기위하여무선통신기반열차제어시스템 (RF-CBTC: Radio Frequency Communication Based Train Control) 이도입되고있다 [1]. 교신저자 : 포스코 ICT 기술연구소철도 / 교통기술팀 (roigianz@poscoict.com) * 포스코 ICT 기술연구소철도 / 교통기술팀

2 무선통신은 RF-CBTC 시스템에서열차의방호및자동운행을위한핵심적인매체로열차제어에필요한정보를교환하기위해연속적인통신이유지되어야한다. [2] 에서는단일지상 ATP(Automatic Train Protection) 장치에서제어할수있는최대차량편성수를 10에서 40 편성으로정의한다. 열차운행노선의연장이나운행편성의증가또는차고지출입고차량에의해서최대차량편성수가초과될경우, 핸드오버영역 (Zone) 을구분하고해당 Zone의열차를제어하는지상 ATP를추가적으로구성해야한다 [3]. 본논문에서는한국형무선기반열차제어시스템 (KRTCS: Korean Radio-based Train Control System) 사양을기반으로차상 ATP의핸드오버기능을구현하고, 목포대불선 KRTCS 시험구간에서핸드오버기능을갖춘지상 ATP와연동하여성능평가절차 [4] 에따라구현된핸드오버기능의유효성을입증한다. 2. KRTCS 핸드오버기법 핸드오버는이동중인열차의차상 ATP 장치가해당지상 ATP 장치의제어영역을벗어나인접한다른지상 ATP 장치의제어영역으로진입할때자동동조되어지속적으로통신상태가유지되는기능이다. 핸드오버기능은 Zone이나눠져있는영업노선의경우차지상간에필수적으로구현이되어있어야하며, KRTCS의차지상 ATP간핸드오버기능은 Fig. 1과같이수행된다. 1 진행열차의이동권한 (MA: Moving Authority) 이핸드오버경계 (Border) 에위치 2 지상 ATP(N) 에서 Handover Preannouncement 메시지를송신 3 차상 ATP는지상 ATP(N+1) 과 SOM(Start of Mission) 수행 4 지상 ATP(N) 에서지상 ATP(N+1) 로 Handover MA Request 메시지를송신 5 지상 ATP(N+1) 에서지상 ATP(N) 으로 Wayside ATP Message로응답 6 열차전두부가핸드오버경계에위치하면제어영역을지상 ATP(N+1) 로변경 7 열차후두부가핸드오버경계를통과하면지상 ATP(N) 과 EOM(End of Mission) 수행 Fig. 1 KRTCS Handover Procedure

3 열차의 MA가핸드오버경계에위치하여지상 ATP(N) 으로부터 Handover Preannouncement 메시지수신하는시점에서차상 ATP의핸드오버절차가시작된다. 지상 ATP(N) 은 Handover Preannouncement를송신후 5초이내에지상 ATP(N+1) 로부터 \ayside ATP Message가수신되지않으면 Handover Preannouncement를차상 ATP로재송신한다. 이는통신링크품질저하또는일시적인장치결함에의해서핸드오버절차가정상적으로수행되지못하였을경우를해결하기위하여 2절차부터핸드오버절차가재수행된다. 그리고핸드오버절차중예외상황으로 Handover Preannouncement 수신후열차가핸드오버경계를지나기전에정차하여방향전환시에는차상 ATP는지상 ATP(N+1) 과 EOM을수행하고핸드오버절차를종료시킨다. 3. KRTCS 핸드오버기능구현및성능평가 3.1 핸드오버기능구현 포스코 ICT의차상 ATP는 Fig. 2와같이 PikeOS 기반으로외부장치들로부터정보를수신하는 ATP_Read, 차상 ATP의주요기능을담당하는 ATP_Fucn, 외부장치들로차상 ATP의정보를송신하는 ATP_Write, 그리고로그정보를수집하는 ATP_Log 리소스파티션으로구성된다. PikeOS의리소스파티션은소프트웨어의동작영역들을완전히분리하는기능을제공한다. 파티션간의자원은 Queuing port 및 Sampling port, Shared memory 등을이용하여공유된다. 핸드오버기능은다음과같이각리소스파티션에소프트웨어모듈로구현된다. ATP_Read: 핸드오버기능을수행하기위한지상 ATP 메시지를수신하여 Handing 지상 ATP와 Accepting 지상 ATP 메시지를구분한다. ATP_Func: 핸드오버경계를기반으로지상 ATP(N) 에서지상 ATP(N+1) 로제어영역을전환하는시점과지상 ATP(N) 과의 EOM 시점을결정하여핸드오버기능을수행한다. ATP_Write: 지상 ATP(N+1) 과 SOM 수행및지상 ATP(N) 과의 EOM 수행을위한메시지생성및송신한다. Fig. 2 ATP System Layer of POSCO ICT.

4 Wayside ATP(N) Onboard ATP Wayside ATP(N+1) Handover preannouncement Determine handover border Initiation of communication session Acknowledgement of initiation of communication session Validated tran data Acknowledgement of Train data Compare train position with handover border Termination of communication session Acknowledgement of termination of communication session Fig. 3 Handover Flow of Onboard ATP Fig. 3은구현된핸드오버기능의흐름을보여준다. 초기지상 ATP(N) 으로부터 Handover Preannouncement 수신을기점으로핸드오버기능이수행된다. 차상 ATP는수신된 Handover Preannouncement 메시지의핸드오버경계를기반으로제어영역을변환하는시점과지상 ATP(N) 과의 EOM 시점을결정한다. 그리고 Accepting WATP의 IP 및포트번호를참조하여지상 ATP(N+1) 과 SOM을수행한다. 차상 ATP는열차가이동하면서산출되는위치정보와제어영역변환시점을비교하여두정보가일치할때지상제어영역을지상 ATP(N+1) 로전환하며, 열차위치와지상 ATP(N) 과의 EOM 시점을비교하여두정보가일치할때지상 ATP(N) 과 EOM을수행하여핸드오버기능을종료시킨다. 핸드오버기능수행중차상 ATP 는열차의방향정보와핸드오버경계의방향을비교하여상이할경우지상 ATP(N+1) 과 EOM을수행한다. 3.2 시험선성능평가 핸드오버의성능평가는목포대불선 KRTCS 시험구간 ( 일로역 ~ 대불역, 약 12km) 의 KRTCS 지상신호설치구간에서한국철도기술연구원에서발행한시험절차서 [4] 를기반으로철도안전인증센터의인증시험감독관입회하에수행된다. 시험의목적은열차안전한운행을위한 ATP 주행시험으로 핸드오버절차서 에적합하게차지상제어장치간각종정보의송수신및동작이정상적으로수행되는지검증하기위함이다. 목포대불선 KRTCS 시험구간은 KRTCS 신호설비가구축되어있으며 200m 간격으로태그그룹이형성되어있다. 핸드오버경계는 38번태그를기준으로하며위치는 7k400 지점인오룡역과남악역사이가된다.

5 Fig. 4 Test of Protection Zone, Temporary Speed Restriction, and Moving Authority on Handover Zone KRTCS 핸드오버시험종류는방호구역, 제한속도, 이동권한확인시험과역간이동핸드오버시험으로나눠진다. 방호구역, 제한속도, 이동권한확인시험 : Fig. 4와같이핸드오버진입영역에방호구간및임시제한속도를설정하여핸드오버영역에서이동권한및속도제어를확인하기위한시험으로이동권한단축에의해서안전마진을고려하여핸드오버경계점전에열차가정차하고정차완료후방호구역을해제하여핸드오버진행및제한속도에따른열차속도제어를확인하는시험 역간이동핸드오버시험 : 열차가목표속도를추정하며핸드오버경계에서도정상적으로제어영역변경이되는지확인하는시험 Fig. 5는열차를오룡역에서남악역으로이동하면서방호구역, 제한속도, 이동권한확인시험의결과이며, 차상 ATP에서핸드오버절차에따라발생된로그자료이다. Fig. 5 Log of Handover Result

6 차상장치 포스코 ICT 방호구역, 제한속도, 이동권한확인시험 Table 1 Handover test results 지상장치 Case 1 Case 2 Case 3 일로역 대불역 일로역 대불역 일로역 대불역 A사 A사 B사 B사 B사 A사 통과 통과 통과 역간이동핸드오버시험 통과통과통과 당사의차상신호장치는 Table 1과같은 3가지의 Case로성능평가시험을수행하였으며, 타컨소시엄지상장치와연동하여상호운영성시험을완료하였다. 시험결과를통하여핸드오버기능이정상적으로수행됨을확인할수있으며타컨소시엄지상신호장치와의호환성도확인됨을알수있다. 4. 결론 본논문에서는 KRTCS 표준을기반으로차상장치용핸드오버기능을구현하였다. 구현된차상신호장치는핸드오버구간에서통신연속성을유지하며열차제어에필요한각종정보 ( 방호구역, 임시제한속도, 열차위치, 이동권한, Linking 정보, Gradient, MRSP 등 ) 를정상적으로송수신하여열차를방호및제어한다. KRTCS 신호설비가갖춰진실제환경에서핸드오버시험절차서에따라성능시험을수행하여구현된핸드오버기능의유효성을입증하였다. 그리고타컨소시엄지상 ATP 장치와의상호운영성시험을통하여당사차상신호장치의호환성을검증하였다. 참고문헌 [1] 국토해양부연구개발계획서 (2010), 도시철도용무선통신기반열차제어시스템표준체계구축및성능평가 [2] 한국철도기술연구원 (2011), 무선통신기반열차제어시스템개발사양서 [3] 김민수, 오세찬, 윤용기, 김용규 (2014) 한국형무선통신열차제어시스템차지상 ATP의핸드오버기능및절차연구, 한국정밀공학회춘계학술대회, pp [4] 한국철도기술연구원 (2014), 본선시운전상호운영성 ( 간격제어, 핸드오버 ) 시험절차서

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Microsoft Word - KSR2016A108 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A108 한국형무선통신기반열차제어시스템인터페이스구성연구 A Study on the interface for Korean Radio-based Train Control System 박주훈 *, 홍상아 *, 장선영 *, 김희식 ** Ju Hun Park *, Sang-A Hong *, Sun Young Jang