차량간 통신은 노변기지국(RSE)을 통하지 않고 차량탑재장치(OBE)간에 정보를 전달하는 기술로 많은 관심을 받고 있다. 차량간 통신네트워크는 차량의 높은 이동 속도로 인하여 토폴로지의 변화가 심하기 때문에 기존 애드혹라우팅을 적용하기 어렵다. MMFP(Multi-hop MAC Forwarding)는 경로설정 과정과 위치정보를 사용하지 않고 목적지 노드의 도달 가능 정보를 사용하여 패킷을 전송하는 멀티 홉 유니 캐스트 포워팅 프로토콜이다. 그러나 공공 안전 서비스에서 차량간 통신을 통해 제공 될 수 있는 차량 충돌, 장애물, 안개 등에 대한 정보는 특정 운전자가 아닌 다수의 운전자에게 유용한 정보이기 때문에 유니캐스트보다 브로드캐스트로 전달하는 것이 효율적이다. 플러딩은 가장 단순한 형태의 멀티 홉 브로드 캐스트 방식으로 너무 많은 중복 패킷을 생성하여 패킷성공률 감소, 전송 지연 증가 등의 문제가 발생한다. 본 논문에서는 MMFP를 확장하여 차량간 통신 환경에서 멀티 홉 브로드캐스트 통신을 지원하는 두 가지 프로토콜을 제안한다. UMHB(Unreliable Multi-Hop Broadcast)는 일부 노드에게만 포워딩 의무를 부여하는 MMFP의 전송 방식을 기반으로 포워딩 노드의 수를 제한함으로써 플러딩의 중복 패킷 문제를 해결하나 신뢰성이 감소하는 문제가 있다. RMHB(Reliable Multi-Hop Broadcast)는 화인 응답과 재전송을 통해 UMHB의 비신뢰성 문제를 해결하나 전송 지연이 다소 증가한다. 그러나 RMHB의 지연 시간 증가는 충돌 방지 응용에는 문제가 되지 않음을 실험 결과를 분석하여 보인다.
차량간 통신은 노변기지국(RSE)을 통하지 않고 차량탑재장치(OBE)간에 정보를 전달하는 기술로 많은 관심을 받고 있다. 차량간 통신네트워크는 차량의 높은 이동 속도로 인하여 토폴로지의 변화가 심하기 때문에 기존 애드혹 라우팅을 적용하기 어렵다. MMFP(Multi-hop MAC Forwarding)는 경로설정 과정과 위치정보를 사용하지 않고 목적지 노드의 도달 가능 정보를 사용하여 패킷을 전송하는 멀티 홉 유니 캐스트 포워팅 프로토콜이다. 그러나 공공 안전 서비스에서 차량간 통신을 통해 제공 될 수 있는 차량 충돌, 장애물, 안개 등에 대한 정보는 특정 운전자가 아닌 다수의 운전자에게 유용한 정보이기 때문에 유니캐스트보다 브로드캐스트로 전달하는 것이 효율적이다. 플러딩은 가장 단순한 형태의 멀티 홉 브로드 캐스트 방식으로 너무 많은 중복 패킷을 생성하여 패킷성공률 감소, 전송 지연 증가 등의 문제가 발생한다. 본 논문에서는 MMFP를 확장하여 차량간 통신 환경에서 멀티 홉 브로드캐스트 통신을 지원하는 두 가지 프로토콜을 제안한다. UMHB(Unreliable Multi-Hop Broadcast)는 일부 노드에게만 포워딩 의무를 부여하는 MMFP의 전송 방식을 기반으로 포워딩 노드의 수를 제한함으로써 플러딩의 중복 패킷 문제를 해결하나 신뢰성이 감소하는 문제가 있다. RMHB(Reliable Multi-Hop Broadcast)는 화인 응답과 재전송을 통해 UMHB의 비신뢰성 문제를 해결하나 전송 지연이 다소 증가한다. 그러나 RMHB의 지연 시간 증가는 충돌 방지 응용에는 문제가 되지 않음을 실험 결과를 분석하여 보인다.
Inter-vehicular communication that propagates information without infrastructures has drawn a lot of interest. However, it is difficult to apply conventional ad-hoc routing protocols directly in inter-vehicular communication due to frequent changes in the network topology caused by high mobility of ...
Inter-vehicular communication that propagates information without infrastructures has drawn a lot of interest. However, it is difficult to apply conventional ad-hoc routing protocols directly in inter-vehicular communication due to frequent changes in the network topology caused by high mobility of the vehicles. MMFP(Multi-hop MAC Forwarding) is a unicast forwarding protocol that transport packets based on the reachability information instead of path selection or position information. However, delivering public safety messages informing road conditions such as collision, obstacles and fog through inter-vehicular communication requires broadcast rather than unicast since these messages contain information valuable to most drivers within a close proximity. Flooding is one of the simplest methods for multi-hop broadcast, but it suffers from reduced packet delivery-ratio and high transmission delay due to an excessive number of duplicated packets. This paper presents two multi-hop broadcast protocols for inter-vehicular communication that extend the MMFP. UMHB(Unreliable Multi-Hop Broadcast) mitigates the duplicated packets of MMFP by limiting the number of nodes to rebroadcast packets. UMHB, however, still suffers from low delivery ratio. RMHB(Reliable Multi-Hop Broadcast) uses acknowledgement and retransmission in order to improve the reliability of UMHB at the cost of increase in transmission delay, which we show through simulation is within an acceptable range for collision avoidance application.
Inter-vehicular communication that propagates information without infrastructures has drawn a lot of interest. However, it is difficult to apply conventional ad-hoc routing protocols directly in inter-vehicular communication due to frequent changes in the network topology caused by high mobility of the vehicles. MMFP(Multi-hop MAC Forwarding) is a unicast forwarding protocol that transport packets based on the reachability information instead of path selection or position information. However, delivering public safety messages informing road conditions such as collision, obstacles and fog through inter-vehicular communication requires broadcast rather than unicast since these messages contain information valuable to most drivers within a close proximity. Flooding is one of the simplest methods for multi-hop broadcast, but it suffers from reduced packet delivery-ratio and high transmission delay due to an excessive number of duplicated packets. This paper presents two multi-hop broadcast protocols for inter-vehicular communication that extend the MMFP. UMHB(Unreliable Multi-Hop Broadcast) mitigates the duplicated packets of MMFP by limiting the number of nodes to rebroadcast packets. UMHB, however, still suffers from low delivery ratio. RMHB(Reliable Multi-Hop Broadcast) uses acknowledgement and retransmission in order to improve the reliability of UMHB at the cost of increase in transmission delay, which we show through simulation is within an acceptable range for collision avoidance application.
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문제 정의
본 논문에서는 기존의 MMFP를 확장하여 차량 간 통신에서의 멀티 홉 브로드캐스트를 위한 두 가지 방법을 제안하고 성능을 분석하였다. 본 논문은 기존 MMFP의 암묵적 유니캐스트 방식을 확장하여 플러딩에서 발생하는 중복 패킷을 제한하는 UMHB와 UMHB의 신뢰성을 높이는 RMHB의 두 가지 멀티 홉 브로드캐스트 방식을 제안하였다.
본 논문에서는 오직 멀티 홉 유니캐스트만을 지원하는 MMFP를 확장한 멀티 홉 브로드캐스트 프로토콜 UMHB(Unreliable Multi-Hop Broadcast) 와 RMHB(Reliable Multi-Hop Broadcast)# 제안한다. UMHB는 가중치 정보를 통해 포워딩 노드를 선택하는 MMFP의 전송방식을 기반으로 플러딩의 중복 패킷 문제를 해결하는 프로토콜이다.
제안하고 성능을 분석하였다. 본 논문은 기존 MMFP의 암묵적 유니캐스트 방식을 확장하여 플러딩에서 발생하는 중복 패킷을 제한하는 UMHB와 UMHB의 신뢰성을 높이는 RMHB의 두 가지 멀티 홉 브로드캐스트 방식을 제안하였다. 제안한 방식의 성능을 평가하기 위해 플러딩과 비교한 결과 UMHB 는 플러딩에 비해 지연 시간이 감소한 반면 신뢰성이 떨어졌으며, RMH珥는 플러딩에 비해 높은 신뢰성을 보였으나 다소 지연 시간이 증가하는 것을 알 수 있었다.
가설 설정
따라서 가장 멀리 있는 노드가 포워딩을 못 할 수도 있지만 충돌 해지 단계로 인해 발생하는 지연 시간을 줄일 수 있다. 그러나 SB도 노드 밀도에 적응적으로 동작하지 못 하며, 모든 노드의 전송 범위가 같다는 가정을 필요로 한다. SB를 포함한 많은 연구들은 모든 차량의 전송 범위가 동일하다고 가정한다.
여기서는 앞서. 언급한 바와 같이 불충분한 시야로 인해 모든 차량이 바로 앞 차량의 브레이크등을 통해 긴급 상황을 인식할 수 있다고 가정하였다. (a)에서 차량 0의 운전자가 전방의 장애물을 인식하고 브레이크를 작동하면 차량 0은 (b)에서와 같이 속도 V에 따른 제동거리 <fe(v)만큼 진행 한 후에 정지한다.
여기에서 모든 차량은 정지 시에와 같이 앞차로부터 일정한 여유 공간인 爲의 간격을 두고 정지한다고 가정하였으며, de* 은 必와 爲의 합을 나타낸다.
제안 방법
UMHB도에서와 같이 2단계 black-burst를 통해 포워딩 노드의 수를 제한함으로써 브로드캐스트 스톰으로 인한 문제점들을 줄인다.
UMHB와 RMHB는 MMFP와 마찬가지로 네트워크 계층과 IEEE 802.11 MAC 계층 사이에 서브 계층으로 구현하였다. MAC 프로토콜은 ns-2 시뮬레이터의 802.
BMMM에서 전송 노드는 DCF를 통해 매체에 접속 할 때 모든 이웃 노드와 RTS/CTS를 교환한 후 DATA 패킷을 전송한다. 그 후 전송 노드는 각 노드에게 RAK(Request for ACK)를 전송하여 DATA 패킷을 성공적으로 수신하였는지 확인하도록 한다. BMW와 BMMM도 Role-Based Multicast와 마찬가지로 이웃 노드에 대한 정보를 필요로 하며, 멀티 홉 전송을 지원하지 못 한다는 한계를 갖고 있다.
하여 확장한 방식이다. 따라서, 여기서는 먼저 MMFP를 살펴보고, 다음으로 IV장에서 UMHB와 RMH珀를 위한 확장 사항을 알아보겠다.
본 논문에서 제안하는 두 가지 멀티 홉 브로드캐스트 프로토콜인 UMHB와 RMHB는 MMFP를 기반으로 하여 확장한 방식이다. 따라서, 여기서는 먼저 MMFP를 살펴보고, 다음으로 IV장에서 UMHB와 RMH珀를 위한 확장 사항을 알아보겠다.
본 논문에서 제안하는 두 가지 멀티 홉 브로드캐스트는 앞서 살펴본 MMFP를 기반으로 하여 확장한 방식이다. UMHB는 플러딩의 중복 패킷 문제를 해결하기 위해 MMFP의 암묵적 유니캐스트 방식의 2 단계 black-burst를 이용한다.
성능 비교는 평균 패킷성공률과 평균 패킷전송지연을 측정하여 수행하였다. 평균 패킷성공률은 2km 내의 전체 노드 중 성공적으로 패킷을 수신한 노드의 비율을 나타내며, 평균 패킷전송지연은 원천지 노드로부터 각 노드까지 패킷이 전달되는데 소요되는 시간을 나타낸다.
실험은 전체 노드의 수를 변화시키며 진행하였으며, 차간 거리는 전체 노드의 수에 따라 85m에서 13m로 변화한다. 실험은 임의로 선택된 1개의 노드가 20초 동안 lpkt/s의 트래픽을 2km내에 위치한 후방의 차량들에게 전송하도록 하였다. 이때 메시지의 방향성을 설정하기 위해 UMHB와 RMHB의 address 4필드를 사용하지 않고, 실험상 편의를 위해 각 차량의 ID를 사용하였다.
실험에서 각 노드의 전송 거리는 200m 이며 전송 속도는 54M1伯s로 설정하였다. 실험은 전체 노드의 수를 변화시키며 진행하였으며, 차간 거리는 전체 노드의 수에 따라 85m에서 13m로 변화한다. 실험은 임의로 선택된 1개의 노드가 20초 동안 lpkt/s의 트래픽을 2km내에 위치한 후방의 차량들에게 전송하도록 하였다.
이후에 전송 노드는 신뢰성을 높이기 위해 데이터 프레임을 전송 한 후 각 이웃 노드가 데이터 프레임을 성공적으로 수신하였는지 확인을 한다. 전송 노드는 이웃 노드 테이블을 통해 각 이웃 노드에게 데이터프레임에 대한 ACK를 전송해 줄 것을 요청하기 위해 새로운 제어 프레임인 RAK(Request for ACK)를 차례로 전송한다.
이후에 전송 노드는 신뢰성을 높이기 위해 데이터 프레임을 전송 한 후 각 이웃 노드가 데이터 프레임을 성공적으로 수신하였는지 확인을 한다. 전송 노드는 이웃 노드 테이블을 통해 각 이웃 노드에게 데이터프레임에 대한 ACK를 전송해 줄 것을 요청하기 위해 새로운 제어 프레임인 RAK(Request for ACK)를 차례로 전송한다. RAK를 수신한 이웃 노드는 데이터 프레임을 성공적으로 수신한 경우 ACK로 응답한다.
대상 데이터
실험은 와 같은 4차선 고속도로에서 반대 방향으로 운행 중인 차량을 통해 진행하였으며 차량의 속도는 차선에 따라 54km/h와 72km/h로 설정하였다.
암묵적 유니캐스트의 포워딩 노드 선정은과 같은 2단계 balck-buist[12, 13]를 통해 선정된다.
데이터처리
WH坦와 RMHB의 성능을 분석하기 위해서 ns-2 시뮬레이터 [14]를 이용하여 플러딩과 비교를 하였다. UMHB와 RMHB는 MMFP와 마찬가지로 네트워크 계층과 IEEE 802.
이론/모형
UMHB는 플러딩의 중복 패킷 문제를 해결하기 위해 MMFP의 암묵적 유니캐스트 방식의 2 단계 black-burst를 이용한다. 그러나 UMHB는 신뢰성이 감소하는 문제가 발생하며 이를 해결하기 위해 RMHB는 확인 응답 과정을 통한 재전송을 수행한다.
실험은 <그림 5>와 같은 4차선 고속도로에서 반대 방향으로 운행 중인 차량을 통해 진행하였으며 차량의 속도는 차선에 따라 54km/h와 72km/h로 설정하였다. 이때 실제적인 통신 모델을 적용하기 위하여 fading 모델로 ricean distribution [15]을 사용하였다. 실험에서 각 노드의 전송 거리는 200m 이며 전송 속도는 54M1伯s로 설정하였다.
성능/효과
여기서의 측정값은 원천지 노드로부터 가장 멀리 있는 노드까지의 지연 시간을 측정한 값이다. 각 프로토콜의 평균 전송지연은 UMHB가 8.7ms, 플러딩이 32.6ms, RMHB가 106.5ms 를 나타내며 최대 전송지연은 UMHB가 13.9ms, 플러딩이 33.7ms, RMHB가 211.1ms를 나타내는 것을 알 수 있다. UI血B가 플러딩에 비해 낮은 전송 지연을 보이는 것은 2단계 black-burst# 통해 포워딩 노드의 수를 감소시켜 채널이 활성화(busy)되는 시간을 줄임으로써 전체 지연 시간을 감소시키기 때문이다.
나타낸다. 각 프로토콜의 평균 패킷성공률은 RMHB가 100%, 플러딩이 94%, UMHB가 52%로 전체적으로 RM佰B는 플러딩에 비해 높은 성능을 보이나 UMH珥는 플러딩 에 비해 낮은 성능을 보이는 것을 알 수 있다. UMH坦가 플러딩에 비해 낮은 성능을 보이는 것은 UMHB의 2단계 black-burst로 인해 포워딩 노드의 수가 제한되기 때문이다.
제안한 방식의 성능을 평가하기 위해 플러딩과 비교한 결과 UMHB 는 플러딩에 비해 지연 시간이 감소한 반면 신뢰성이 떨어졌으며, RMH珥는 플러딩에 비해 높은 신뢰성을 보였으나 다소 지연 시간이 증가하는 것을 알 수 있었다. 그러나 RMHB의 지연 시간 증가는 그렇게 큰 요소가 아니라는 것을 실험결과를 분석하여 알 수 있었다. 향후에는 차량 속도 등의 인자를 달리하여 각 인자가 성능에 미치는 영향에 대해 분석할 예정이다.
RMH珥는 UMHB와 반대로 플러딩에 비해 높은 신뢰성을 보이나 지연 시간이 다소 증가한다. 그러나 성능 분석을 통해 RMHB의 지연 시간 증가가 사고 방지 효과에 큰 영향을 미치지 않음을 보인다.
빈번하게 발생한다. 두 번째로 고속으로 이동하는 차량간의 통신 시 도플러 효과(dopier effect) 등으로 인하여 전송실패가 빈번하게 발생할 수 있다. 세 번째로 차량의 대용량 밧데리를 이용할 수 있기 때문에 다른 애드혹 네트워크에 비해 전력 소모 문제의 중요성이 낮다.
본 논문은 기존 MMFP의 암묵적 유니캐스트 방식을 확장하여 플러딩에서 발생하는 중복 패킷을 제한하는 UMHB와 UMHB의 신뢰성을 높이는 RMHB의 두 가지 멀티 홉 브로드캐스트 방식을 제안하였다. 제안한 방식의 성능을 평가하기 위해 플러딩과 비교한 결과 UMHB 는 플러딩에 비해 지연 시간이 감소한 반면 신뢰성이 떨어졌으며, RMH珥는 플러딩에 비해 높은 신뢰성을 보였으나 다소 지연 시간이 증가하는 것을 알 수 있었다. 그러나 RMHB의 지연 시간 증가는 그렇게 큰 요소가 아니라는 것을 실험결과를 분석하여 알 수 있었다.
후속연구
그러나 RMHB의 지연 시간 증가는 그렇게 큰 요소가 아니라는 것을 실험결과를 분석하여 알 수 있었다. 향후에는 차량 속도 등의 인자를 달리하여 각 인자가 성능에 미치는 영향에 대해 분석할 예정이다.
참고문헌 (16)
W. Lee, H. Lee, and R. Raychaudhrui, "A multi-hop MAC forwarding protocol for high-speed mobile nodes," Proc. IEEE Wireless Commun. Networking Conf., pp. 3961-3966, Mar. 2007.
S. Y. Ni, Y. C. Tseng, Y. S. Chen, and J. P. Sheu, "The broadcast storm problem in a mobile Ad Hoc network," Proc. ACM/IEEE MobiCom, pp. 151-162, Aug. 1999.
G. Korkmaz and E. Ekici, "Urban multi-hop broadcast scheme for alert message propagation in vehicular Ad hoc networks," Proc. ACM Int. Workshop Vehicular Ad Hoc Networks, pp. 76-85, Oct. 2004.
E. Fasalo, A. Aznella, and M. Zorzi, "An effective broadcast scheme for alert message propagation in vehicular ad hoc networks," Proc. IEEE Int. Conf. Commun., vol. 1, pp. 423-428, June 2006.
C. E. Palazzi, S. Ferretti, M. Rocetti, G. Pau, and M. Gerla, "How do you quickly choreograph inter-vehicular communications? A fast vehicle-to-vehicle multi-hop broadcast algorithm explained," Proc. IEEE Consumer Commun. Networking Conf., pp. 960-964, Jan. 2007.
N. Wisitpongphan, O. K. Tonguz, J. S . Parikh, P. Mudalige, F. Bai, and V. Sadekar, "Broadcast storm mitigation techniques in vehicular ad hoc networks," IEEE Wireless Communications, vol. 14, no. 6, pp. 84-94 Dec. 2007.
ANSI/IEEE, "802.11: Wireless LAN Medium Access Controm(MAC) and Physical Layer(pHY)"
N. Balon and J. Guo, "Increasing broadcast reliability in vehicular ad hoc networks," Proc. ACM Int. Workshop Vehicular Ad Hoc Networks, pp. 104-105, Sept. 2006.
L. Briesemeister and G. Hommel, "Role-based multicast in highly mobile but sparsely connected Ad Hoc networks," Proc. Int. Symp. IEEE MobiHOC, pp. 45-50, Nov. 2000.
K. Tang and M. Gerla, "MAC reliable broadcast in Ad Hoc networks," Proc. IEEE Military Commun. Conf., vol. 2, pp. 28-31, Oct. 2000.
M. T. Sun, L. Huang, A. Arora, and T. H. Lai, "Reliable MAC layer multicast in IEEE 802.11 wireless networks," Proc. IEEE Int. Conf. Parallel Process., pp. 527-536, Aug. 2002.
J. L. Sobrinho and S. S. Krishnakumar, "Distributed multiple access procedures to provide voice communications over IEEE 802.11 wireless networks," Proc. Global Telecomm. Conf., vol. 3, pp. 1689-1694, Nov. 1996.
L. Jacob, L. Xiang, and Z. Luying, "A MAC protocol with QoS guarantees for real-time traffics in wireless LANs," Proc. ICICS-PCM, vol. 3, pp. 1962-1966, Dec. 2003.
The Network Simulator(Ns-2), http://www.isi.edu/nsnam/ns
G. L. Stuber, Principles of Mobile Communication, Kluwer Academic, 1996.
윤대권, 공주거리와 제동거리로 차량의 정지거리를 추정한다, 교통안전공단, http://www.kosta.or.kr
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