[논문]V2V 프로토콜에서 실시간 전송을 위한 동적 CW 할당 기법

김수로; 김동성; 이호균

doi:10.5573/ieek.2013.50.2.080

V2V 프로토콜에서 실시간 전송을 위한 동적 CW 할당 기법
Distance and Probability-based Real Time Transmission Scheme for V2V Protocol using Dynamic CW allocation 원문보기

Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea = 전자공학회논문지, v.50 no.2, 2013년, pp.80 - 87

김수로 (금오공과대학교 전자공학부) , 김동성 (금오공과대학교 전자공학부) , 이호균 (금오공과대학교 전자공학부)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 VANET(Vehicle to vehicle Ad hoc Network)의 V2V 프로토콜을 위한 긴급 메시지 전송을 위한 거리 기반의 동적 CW 할당 기법을 제안한다. 제안된 방법은 트래픽 부하 문제를 해결하기 위해 거리 기반의 존 할당 기법을 통해 특정 존(Zone)을 나누고 동적으로 CW 값을 할당한다. 소스노드와 최외곽의 노드가 최소 CW 값을 할당받아 채널에 접속할 수 있는 확률을 향상시켜 선택적 긴급 메시지를 재방송을 통하여 중복 패킷들의 수를 줄였다. 이로 인해 대역폭의 효율적 사용이 가능하고 패킷 충돌확률의 감소로 긴급메시지를 신뢰성 있게 전송하는 방법을 제시했다. 또한 차량 밀도가 급격히 높아질 경우 전송 구간의 패킷 충돌 확률을 적용하여 CW 값에 적용함으로써 재 충돌 확률을 낮추는 방법을 제시했다. 제안된 방법의 효용성을 증명하기 위해서 고속도로 환경의 시나리오에서 거리 및 확률 기반의 동적 CW 할당 알고리즘을 적용하여 종단 간 지연, 네트워크 부하, 처리량이 향상됨을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a CW (Contention window) allocation scheme for real-time data transmission of emergency data on VANET (Vehicle to vehicle Ad hoc Network, V2V) protocol. The proposed scheme reduces the probability of packet collisions on V2V protocol and provides bandwidth efficiency with short delay of emergency sporadic data. In the case of high density traffic, the proposed scheme provides a decrease of recollision probability using dynamic CW adjustments. For the performance analysis, a throughput, end-to-end delays, and network loads were investigated on highway traffic. Simulation results show the performance enhancements in terms of the throughput, end-to-end delays, and network loads.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

향후 연구를 통해 V2V 프로토콜에서 우선순위가 서로 다른 다양한 데이터의 실시간 전송에 대한 연구를 수행할 것이다. 또한 제안한 알고리즘을 거리 기반의 방식 외에 클러스터 및 위치 기반 방식들과 성능 비교를 통해 그 문제점을 분석하고 해결하고자 한다.
본 논문에서는 V2V 환경에서 트래픽 부하 문제와 기존의 거리 기반 방식의 문제를 해결하기 위해 동적 CW(Contention Window) 할당 방송(Broadcast) 기법을 제안한다.
본 논문에서는 차량용 V2V 프로토콜의 트래픽 부하 문제를 해결하기 위해 소스 노드와의 거리 기반으로 특정 존으로 나누어 동적으로 CW 값을 할당했다. 소스노드와 최외곽의 노드가 최소 CW 값을 할당받게 되어 채널에 접속할 수 있는 확률을 높였다.

가설 설정

d는 이전 소스 노드와의 거리차를 의미하고 R은 각 노드의 전송 범위이다. 본 논문에서는 각 노드의 전송 범위는 동일하다고 가정한다.
차량 간 거리는 100 m 이며 각 차량의 속도는 80㎞/h ~ 100㎞/h 의 사이의 속도로 이동을 한다. 성능 평가의 편의를 위해 차선 변경 및 추월은 없다고 가정하며 모든 차량들은 하나의 채널(5GHz 36ch)만을 사용하고 BSS id도 1로 통일한다. 선두 차량 중 임의의 4대가 20㎳ 간격으로 긴급메시지를 생성하여 전송하며 사고 발생 직후의 2㎞ 후방에 긴급 메시지 전송에 관한 성능 평가는 종단 간 지연, 네트워크 부하, 처리량으로 초점을 맞춘다.

제안 방법

긴급 메시지의 실시간 전송을 보장하기 위해 이전 구간의 패킷 충돌 확률을 적용한 거리기반 동적 CW 할당 알고리즘을 제안한다.
모의실험 환경은 그림 7과 같이 고속도로 4차로 환경에서 50, 100, 150, 200대까지 차량의 수를 변화시켜 가면서 기존의 방식과 제안된 거리 및 확률 기반의 동적 CW _min할당 알고리즘을 적용하였다.
소스 노드로 부터 먼 노드일수록 우선적 재전송 확률을 확보해 중계 노드가 될 확률을 높여준다. 이를 바탕으로 이웃 노드의 위치정보를 이용하여 재전송 확률 Pj를 계산한다.
이를 위해 거리 기반 경쟁 방식의 동적 CW 할당 방법을 제안한다. 제안된 방법은 그림 3과 같이 상대적인 거리 차에 따라 각 존으로 영역을 나눈다.
소스노드와 최외곽의 노드가 최소 CW 값을 할당받게 되어 채널에 접속할 수 있는 확률을 높였다. 이를 통해 선택 적으로 긴급 메시지를 재방송 해서 중복적으로 발생되는 패킷의 수를 줄이므로 대역폭의 효율적 사용이 가능하고 패킷 충돌 확률의 감소로 긴급메시지를 안전하고 신속하게 전송하는 방법을 제시하였다.
사이의 값으로 감소시키는 백오프 방식을 사용해 네트워크 과부하시 재충돌 확률이 높아지는 단점이 있다. 제안된 기법은 초기화 과정이 기존의 성공적으로 패킷을 전송한 CW_min 값을 선택적 초기화 값으로 사용한다.
이를 위해 거리 기반 경쟁 방식의 동적 CW 할당 방법을 제안한다. 제안된 방법은 그림 3과 같이 상대적인 거리 차에 따라 각 존으로 영역을 나눈다. 이전 소스노드로부터 최외곽 존에 있는 노드들이 최소 CW_min 값을 할당받게 된다.

데이터처리

실험의 각 결과 값은 각각의 차량 밀도를 변화시켜 30번을 실험한 결과의 평균값이다.

성능/효과

각 노드들이 수신된 패킷의 상대적인 거리를 이용하여 동적으로 CWmin값을 할당함으로써 MAC 계층에서 발생 가능한 패킷 충돌 현상을 최소화해 트래픽 부하 문제에 의해 발생되는 패킷 손실 및 전송 지연 등을 감소시키며 채널의 혼잡을 미연 방지 할 수 있다.
본 논문에서는 차량용 V2V 프로토콜의 트래픽 부하 문제를 해결하기 위해 소스 노드와의 거리 기반으로 특정 존으로 나누어 동적으로 CW 값을 할당했다. 소스노드와 최외곽의 노드가 최소 CW 값을 할당받게 되어 채널에 접속할 수 있는 확률을 높였다. 이를 통해 선택 적으로 긴급 메시지를 재방송 해서 중복적으로 발생되는 패킷의 수를 줄이므로 대역폭의 효율적 사용이 가능하고 패킷 충돌 확률의 감소로 긴급메시지를 안전하고 신속하게 전송하는 방법을 제시하였다.
따라서 최외각에 있는 차량이 채널을 선점유하여 우선적으로 패킷을 재방송 하고 대기중인 노드들은 백오프 절차를 중지해 패킷을 폐기함으로써 불필요한 패킷의 생성을 최소화할 수 있다. 이로써 중복 패킷을 최소화해 재전송되는 메시지의 수를 줄여 과부하 및 종단간 지연을 줄일 수 있고 대역폭을 효율적으로 사용하여 패킷 충돌 확률을 낮출 수 있다.
PDCW는 거리 기반의 개념과 충돌 확률 개념을 함께 사용해서 차량의 밀도에 상관없이 기존의 거리 기반의 선택적 재전송 방식을 적용한 전송 기법보다 짧은 지연 시간을 가진다. 정한 메시지를 선택적으로 재전송해 지연 시간을 줄이고 중복 재전송 메시지의 발생 확률을 줄일 수 있다.
제안된 방법의 효용성을 증명하기 위해서 고속도로 환경의 시나리오에서 거리 및 확률 기반의 동적 CW 할당 알고리즘을 적용해 종단 간 지연, 네트워크 부하, 처리량이 향상됨을 보였다.

후속연구

향후 연구를 통해 V2V 프로토콜에서 우선순위가 서로 다른 다양한 데이터의 실시간 전송에 대한 연구를 수행할 것이다. 또한 제안한 알고리즘을 거리 기반의 방식 외에 클러스터 및 위치 기반 방식들과 성능 비교를 통해 그 문제점을 분석하고 해결하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DDT 프로토콜의 사용은 VANET에 어떠한 영향을 미치는가?	DDT 프로토콜은 메시지에 소스 노드의 위치정보를 담아 주기적인 위치 정보 교환을 필요로 하지 않는다. 따라서 VANET 환경에서 다른 방식의 방송 기법에 비해 네트워크 부하 측면에서 좋은 성능을 나타낸다[8]. 하지만 차량 밀도가 커질수록 전송 범위 내의 외각의 차량의 수가 증가해 유사한 대기 시간을 가지는 차량들끼리의 경쟁을 하므로 메시지 전송 시 충돌 확률이 높아진다.
	VANET이란?	VANET은 차량 간 무선 통신 기술을 기반으로 하는 모바일 애드 혹 네트워크(MANET)의 일종이지만, MANET과 달리 차량의 고속 이동으로 인해 빈번하게 변화되는 네트워크 토폴로지와 노드밀도의 급변 등 차량환경에 따른 잦은 네트워크 단절이 발생하여 낮은 패킷 도착율 등의 문제를 가져온다[3∼4].
	VANET의 목적은 무엇인가?	VANET의 목적은 차량과 운전자의 안전을 보장하는 것이다. 일반적으로, 불특정 다수의 차량에게 차량 사고 발생 등의 긴급메시지를 전파할 수 있는 방식으로 방송 (Broadcast) 기법이 많이 사용된다.

참고문헌 (22)

S. Biswas, R. Tatchikou, F. Dion. "Vehicle-to-vehicle wireless communication protocols for enhancing highway traffic safety", IEEE Communication Magazine, Vol. 44, pp. 74-82. Jan, 2006.
B. Abderrahim, "Optimized Disseminaion of Alarm Messages in Vehicular Ad-Hoc Networks(VANET)". Springer-Verlog, LNCS, Vol. 4159, pp. 210-228, May, 2006.
변정식, 김태환, 홍원기, "VANET에서 네트워크 단절을 줄이기 위한 브로드캐스팅 프로토콜에 대한 연구", 2006년도 한국정보과학회 가을 학술발표 논문집 Vol. 33, pp. 217-222, Oct, 2006.
Y.Tseng, S. Ni, Y, Chen, and J. Sheu, "The Broadcast Storm Problem in a Mobile Ad hoc Network", Wireless Networks, vol. 8, pp. 153-167, May, 2002.

상세보기
Fan Li, Yu Wang, "Routing in Vehicular Ad Hoc Networks: A Survey", IEEE Vehicular technology magazine, vol. 2, pp. 12-22, June, 2007.

상세보기
김태환, 홍원기, 김희철, "차량 애드혹 네트워크에 서 경쟁윈도우를 이용한 메시지 브로드캐스트 기법", 한국정보과학회논문집 제 34권, vol. 6, pp. 421-560, Dec, 2007.
L. Briesemeister and G. Hommel, "Role-Based Multicast in Highly Mobile but Sparsely Connected Ad Hoc Networks," in Proc. MobiHOC 2000, pp. 45-50, Aug, 2000.
M. Sun et al., "GPS-Based Message Broadcast for Adaptive Inter-Vehicle Communication," Proc. of IEEE VTC 2000, Vol. 6, pp. 2685-2692, Sept, 2000.
N. Wisitpongphan and 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, pp. 84-94, Dec, 2007.

상세보기
Lassaad Gannoune and Stephan Robert. "Dynamic Tuning of the Contention Window Minimum (CWmin) for Enhanced Service Differentiation in IEEE 802.11 Wireless Ad-hoc Networks", IEEE PIMRC, vol. 1, pp. 311-317, Sept, 2004.
엄진영, 안종석, "구간별 충돌 확률 측정에 기반한 IEEE 802.11e EDCA 성능 향상", 한국정보과학회, 2007 한국컴퓨터종합학술대회 논문집 제34권, vol. 1, pp. 198-199, Dec, 2007.
김태환, 김희철, 홍원기, "차량 에드혹 네트워크를 위한 영역 기반 릴레이 노드 선택 알고리즘", 대한 전자공학회, 전자공학회 논문지-TC, 제 43권, vol. 9, pp. 88-98, Sept, 2006.
류민우, 차시호, 조국현, "이동하는 차량 간 통신의 신뢰성 향상을 위한 개선된 탐욕 메시지 포워딩 프로토콜", 대한전자공학회, 전자공학회 논문지 -TC, 제 47권, vol. 4, pp. 43-50, Apr, 2010.
Wireless Lan Medium Access Control(MAC) and Physical layer(PHY) specifications: Wireless Access in Vehicular Environment(WAVE), IEEE Std, D10.0, Jan 2010.
M. Durresi, A. Durresi, and L. Barolli. "Emergency broadcast protocol for inter-vehicle communications", in Proc. ICPADS 2005, pp. 402-406, July, 2005.
H. Alshaer and E. Horlait, "An Optimized adaptive broadcast scheme for Inter-vehicle communication," in Proc. VTC 2005, Vol. 5, pp. 2840-2844, May 2005.
M. Durresi, A. Durresi, and L. Barolli, "Sensor Inter-Vehicle Communication for Safer Highways," in Proc. IEEE AINA-2005, vol. 2, pp. 599-604, Mar. 2005.
A. Benslimane, "Optimized Dissemination of Alarm Messages in Vehicular Ad-Hoc Networks (VANET)," in Proc. HSNMC 2004, LNCS 3079, pp. 655-666, June 2004.
S. D. Yu, and G. W. Cho, "An Effective Message Flooding Method for Vehicle Safety Communication," in Proc. UIC 2006, LNCS 4159, pp. 219-228, May. 2006.
R. A. Santos, A. Edwards, O. Alvarez, "Towards an Inter-vehicle Communication Algorithm". in Proc. EAEE 2006, pp. 1-4, Sept, 2006.
Sukdea Yu and Gihwan Cho., "A Selective Flooding Method for Propagating Emergency Message in Vehicle Safety Communications", Proc. of International Conference on Hybrid Information Technology(ICHIT), Vol. 2, pp. 556-561, Nov, 2006.
C. Lochert, H. Hartenstein, J. Tian, H. Fussler, D. Hermann, and M. Mauve, "A Routing Strategy for Vehicular Ad Hoc Networks in City Environments", Proc. IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp. 156-161, June, 2003.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증