1. 개요

이 보고서는 실행가능한 무선 이동시간 데이타 수집 시스템(wireless travel time data collection system)에 대한 연구 및 개발 프로젝트의 결과임. 블루투스(Bluetooth) 무선기술을 플랫폼(platform)으로 사용하여, 이전의 프로젝트는 데이타 수집 하드웨어와 네트워크 통신 실행에 중점을 두었음. 이 프로젝트에서는, 수집된 데이타의 처리 및 합성이 다루어졌음. 데이타 필터링(data filtering), 이동시간 표본 계산, 이동시간 통계의 계산, 이동시간 예측을 다루는 결과과 절차가 묘사됨. 교차로 성능을 추정하기 위해 수집된 데이타 사용에 대한 결과가 제시됨. 자동화된 이동시간 데이타 수집 시스템에 대한 디자인 및 요구사항도 제시됨.

2. 소개

이 보고서는 실행가능한 무선 이동시간 데이타 수집 시스템에 중점을 둔 일련의 프로젝트에서 세번째의 연구 프로젝트 결과를 제시함. 첫번째 프로젝트는 오레곤 교통부(Oregon Department of Transportation, ODOT)의 지능형 교통시스템 부서(Intelligent Transportation Systems Unit)가 자금을 지원하였는데, 갑싼 데이타 수집장치(data collection units, DCUs)를 최초로 개발하는 것에 중점을 두었음. 두번째 프로젝트는 오레곤 교통부와 오레곤 교통 연구 및 교육 컨소시엄(Oregon Transportation Research and Education Consortium, OTREC)가 자금을 지원하였는데, 무선 이동시간 데이타 수집 시스템에 대한 하드웨어와 통신 인프라에 중점을 두었음. 두번째 프로젝트의 일환으로, 다섯개의 데이타 수집장치와 지원 통신 인프라가 오레곤 주의 타이가드(Tigard, Oregon) 시에 있는 고속도로 99W의 5마일에 설치되었음. 이 보고서에서 묘사된 프로젝트는 이동시간 표본을 생성할 목적으로 설치된 데이타 수집장치에 의해 수집된 데이타를 처리하고 합성하며, 역사적인 이동시간 성능을 추정하고, 단기 이동시간을 예측하며, 교차로에서 하나의 데이타 수집장치로부터 수집된 데이타를 사용하는 것을 담고 있음.

무선 기술에 의해 가능하게 된 이동시간 데이타 수집방법은 차량 재식별(vehicle re-identification)임. 이는 차량과 연계된 식별가능한 무선 장치와, 이러한 장치를 탐지하는 도로 주변의 데이타 수집장치를 필요로 함. 차량이 도로를 따라 두 고정된 지점에서 식별될 때 식별시간의 차이가 이동시간 표본을 구성함. 블루투스는 이 프로젝트에서 사용된 무선기술이었는데, 차량에서 블루투스 장치가 일반적으로 사용되고 이전의 연구도 이동시간 데이타 수집을 목적으로 이 무선기술을 사용했기 때문임. 미디어 접근제어(media access control, MAC) 주소는 장치 식별자(device identifier)로써 차량에 있는 블루투스 가능 장치로부터 판독함. 블루투스 가능장치로부터 미디어 접근제어 주소의 수집에 기초한 이동시간 데이타 수집은 여러 주들에서 검토되었음. 과거 및 현재의 연구는 차량에 있는 블루투스 가능장치로부터 미디어 접근제어 주소를 판독하는 가능성을 검증하였음.

블루투스 무선 기술이 장치간(예를 들어, 핸드폰과 핸즈프리 핸드폰 장치)의 단거리 양방향 통신을 위해 개발되었기 때문에, 차량 식별의 목적으로 블루투스를 사용하는 것은 수집된 데이타의 처리와 관련된 많은 이슈를 야기함. 특정 연구이슈를 더 잘 이해하기 위해, 미디어 접근제어 주소 데이타 수집에 대한 배경정보가 아래에서 제시됨.

3. 배경정보

3.1 표본 데이타에 대한 기술 및 설명

하나의 데이타 수집장치로부터 수집된 데이타 표본은 <그림 1>과 같음. 이 데이타는 화요일 오후 5시경에 시작되어 7분 간격으로 기록된 미디어 접근제어 주소의 표본임. 미디어 접근제어 주소는 첫번째 열에서 보여지고, 판독치가 기록된 날짜 및 시간은 두번째와 세번째 열에서 보여짐. 왼쪽에 있는 표는 데이타 수집장치로부터 판독된 순서대로 미디어 접근제어 주소를 보여주고, 오른쪽에 있는 표는 미디어 접근제어 주송 의해 정렬되었음.

<그림 1> 설치된 블루투스 데이타 수집장치로부터의 미디어 접근제어 주소 데이타의 표본

<그림 1>에서 보여진 데이타는 블루투스 가능장치로부터 미디어 접근제어 주소를 읽을 때 일반적인 몇가지 특징을 요약함:

 
·         고정된 시간 동안 여러 미디어 접근제어 주소가 존재함
·         하나의 미디어 접근제어 주소는 여러번 읽혀질 수 있음
·         하나의 미디어 접근제어 주소가 읽혀지는 횟수는 다른 주소에 대해 다름
·         다른 미디어 접근제어 주소가 같은 날짜 및 시간을 가질 수 있음
 

이러한 데이타의 특징이 데이타 수집장치의 특징, 차량에 있는 블루투스 장치의 특징 및 사용된 안테나(antenna) 타입과 함께 고려된다면, 이러한 특징에 대한 이유가 설명될 수 있음. 사용된 데이타 수집장치는 3.84초마다 질문 절차(inquiry procedure)를 수행하였음. <그림 1>에 있는 표본 데이타를 수집하기 위해 사용된 데이타 수집장치에 부착된 안테나는 약 1,200 피트의 도로 범위 지역을 가지고 있음. 월레스 도로(Wallace Road)를 시간 당 45마일(초 당 66피트)로 이동하는 차량은 대략 18초 동안 안테나 범위에 있을 것이기 때문에, 미디어 접근제어 주소의 다중 판독(또는 식별)이 일어나야 함. 블루투스 질문 절차가 내재적으로 확률적이고 블루투스 장치가 라디오 신호강도에 대해 다양하는 사실은, 라디오 주파수 통신에 미치는 통제할 수 없는 요소들(예를 들어, 간섭과 다중경로)의 영향과 결합하여 왜 똑같은 속도로 움직이는 여러 다른 차량에 있는 블루투스 장치가 다른 횟수로 읽히는지를 설명함.

<그림 1>에서 보여진 데이타에서, 똑같은 미디어 접근제어 주소를 가진 기록들 사이에 관찰된 가장 작은 시간 간격은 4초였음. 월레스 도로 상에 설치된 데이타 수집장치는 3.84초 마다 질문 모드(inquiry mode)의 개시를 반복하도록 프로그램되어 있었음. 질문 모드의 길이는 똑같은 미디어 접근제어 주소의 판독간에 가장 작은 시간 간격을 결정함. <그림 1>은 또한 똑같은 시간 기록을 가진 다른 미디어 접근제어 주소를 보여줌. 이 미디어 접근제어 주소는 똑같은 질문 모드 기간에 읽혀졌으며, 같은 차량에 있는 여러 장치나 거의 똑같은 시간에 판독기(reader)를 지나가는 장치를 가진 여러 차량일 수 있음.

3.2 이동시간 표본의 계산과 관련된 특별한 이슈

데이타 수집장치로부터 얻어진 데이타의 특징이 설명가능하다 할지라도, 정확한 이동시간 표본을 생성할 목적으로 어떤 데이타가 저장되고 사용되며, 하나의 데이타 수집장치로부터의 데이타가 다른 데이타 수집장치로부터의 데이타와 어떻게 결합될지에 대한 문제가 발생함. 이러한 질문은 데이타 필터링, 이동시간 표본의 생성, 그리고 이동시간 표본과 이동시간 측정기준의 정확성과 정밀성과 관련이 있음.

4. 연구 목적

이 프로젝트의 목적은 블루투스 기반의 이동시간 데이타 수집 시스템이 폭넓게 실행될 수 있도록 연구개발을 완료하는 것임. 이 연구의 결과는 오레곤 교통부로 하여금 알려진 하드웨어, 소프트웨어, 데이타 처리 및 분석 절차, 그리고 데이타베이스 구조 및 보고서에 집중할 수 있도록 할 것임.

이러한 목적을 달성하기 위해, 이 연구는 다음의 내용을 포함함:

 
1.  블루투스 기반의 데이타 수집장치에 의해 수집된 미디어 접근제어 주소 데이타를 사용하는 데이타 처리 및 이동시간 성능 추정 절차를 개발 ？ 이전의 프로젝트에서 완료된 하드웨어와 데이타 수집시스템과 결합하여, 오레곤 교통부는 미디어 접근제어 주소의 무선 판독을 사용하는 실행가능한 이동시간 데이타 수집 시스템을 가질 것임.
2.  교차로의 성능 측정기준을 계산하기 위해서 하나의 블루투스 기반의 데이타 수집장치로부터 미디어 접근제어 주소 데이타를 사용
3.  계획, 운영 및 이동하는 사람들에 대한 정보를 지원하기 위해 사용될 수 있는 이동시간에 대한 프레임워크와 교차로 성능 데이타 보고서의 개발
 

이 연구를 통하여, 블루투스 가능장치로부터 미디어 접근제어 주소의 수집에 근거하여 이동시간 및 교차로 성능 측정기준을 추정하는 능력과 제한사항들에 대한 더 많은 이해도가 개선되었음.

5. 보고서 구성

이 보고서의 나머지 부분은 문헌검토로 시작됨. 문헌검토에서, 이동시간 데이타 수집, 데이타 필터링, 비독립적 이동시간 데이타의 분석, 이동시간 예측, 도로 시스템 성능 측정, 그리고 정보시스템 디자인 및 실행에 대한 블루투스 기술의 사용을 다루는 연구들이 검토되었음. 문헌검토에 이어 다음의 내용에 대한 분석과 결과가 제시됨: 데이타 필터링과 이동시간 표본 생성; 이동시간 통계; 교차로 성능분석; 이전의 결과에 대한 실행절차; 시스템 디자인과 기능적 요구사항. 블루투스 데이타 수집장치를 결합하고 설정하는 방법에 대한 사용자 매뉴얼이 부록에 포함됨.

6. 문헌 검토

문헌검토는 블루투스 미디어 접근제어 주소 데이타로부터 이동시간 표본을 생성하는 것과 관련된 기술적 이슈들을에 중점을 두었음. 이러한 주제로는 다음을 포함함:

 
1.  이동시간 표본을 생성하기 위해 블루투스 미디어 접근제어 주소 데이타를 사용하는 기존의 방법
2.  수집된 미디어 접근제어 주소로부터 생성된 이동시간 표본의 정확성
3.  데이타 필터링 기법
4.  수집된 비독립적 이동시간 표본의 통계적 분석
5.  이동시간 예측방법
6.  현재와 미래의 오레곤 교통부 이동시간 성능 측정기준
7.  네트워크 운영 프로토콜, 데이타 양과 관련된 이슈, 그리고 데이타 저장과 관련된 이슈를 시험하기 위해 많은 양의 데이타를 활용할 수 있는 정보시스템 디자인