[논문]WAVE 통신 시스템에서의 핸드오버 메커니즘 성능 분석

정한균; 임기택

doi:10.12815/kits.2014.13.6.043

WAVE 통신 시스템에서의 핸드오버 메커니즘 성능 분석
Performance Evaluation of Handover Mechanism in WAVE Communication System 원문보기

韓國ITS學會論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.13 no.6, 2014년, pp.43 - 53

정한균 (전자부품연구원 SoC플랫폼연구센터) , 임기택 (전자부품연구원 SoC플랫폼연구센터)

초록
AI-Helper

차량-인프라 간(V2I, Vehicle-to-Infrastructure) 통신 환경에서 도로 상의 차량 및 사용자들에게 보다 양질의 서비스를 제공하기 위해서는 차량이 기지국 간을 이동 시에도 데이터 흐름이 끊어지지 않도록 하는 핸드오버 기능의 제공이 필요하다. WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments) 표준은 차량 환경에서 장치 간에 보다 효과적인 통신을 하기 위한 여러 기능들을 정의하고 있지만, V2I 서비스의 품질을 향상시키기 위한 핸드오버 기능은 포함하고 있지 않다. 본 논문에서는 WAVE 통신 시스템에 기반을 둔 핸드오버 메커니즘을 소개하고, 실제 도로 상에서 해당 메커니즘이 구현된 기지국 및 단말기를 이용한 실험을 통해 도출된 성능 분석 결과를 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

Supporting handover functionality in V2I communication environments is important to provide higher quality service to users on the road. Wireless Access in Vehicular Environments(WAVE) standards define some features that devices can communicate with each other more efficiently in vehicular environments but they do not include handover function for providing effective V2I services. In this paper, we introduce a handover scheme in WAVE system and show the performance result of proposed scheme.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 WAVE 통신 시스템에서 차량 단말이 기지국 간을 이동 시, 핑퐁 현상을 최소화하고 끊김 없는 IP 서비스를 제공하기 위한 핸드오버 메커니즘을 제안하였으며, 실제 도로에서의 현장 시험 결과를 분석하였다. 성능 분석 결과에 따라 본 논문에서 제시된 메커니즘이 실제 현장 시스템에 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 채널 수신 세기를 기반으로 한 단말기의 핸드오버 결정 메커니즘과 핸드오버 시 발생하는 IP 하향트래픽의 단절을 최소화하기 위한 핸드오버 호 제어 알고리즘을 제시하고, 제안된 메커니즘을 구현한 단말 및 기지국 등을 이용하여 실제 도로 상에서 수행한 성능 시험의 분석 결과를 보인다.
본 절에서는 OBE가 초기 접속 및 핸드오버 시에 핸드오버 대상 RSE 및 시점을 결정하는 핸드오버 결정 메커니즘을 소개한다.

가설 설정

1. OBE의 HO 엔티티는 Min_Connection_Time 이상의 탐색 절차를 거친 후 2~4 중 하나의 절차를 수행한다.

제안 방법

1. HO 엔티티는 주기적으로 Current RSE의 정보를 검사하여, WSA_AVG_RCPI(Current RSE, Min_Connection_Time) 값이 Disconnect_AVG_ RCPI 값 이하로 떨어지면 핸드오버를 시도하기 위해 RSE 정보 리스트를 탐색한다.
RSE3 → RSE4의 핸드오버 시에 OBE는 RSE3에 접속되어 있는 상태에서 RSE4와의 전파중첩영역의 A지점에 이르러 RSE3로부터 수신한 WSA들의 평균 수신세기가 기준 값 이하로 떨어지고 해당 시점에(B지점) RSE4의 평균수신세기가 기준 값을 초과하였으므로 RSE4로 접속 후 핸드오버 절차를 수행하였다.
WAVE 시스템에서 각 장치는 IP(Internet Protocol) 프레임을 서비스 채널(SCH, Service Channel)로만 교환할 수 있고, 안전 전용 메시지로써 고안된 WSMP(WAVE Short Message Protocol) 프레임은 핸드오버를 필요로 하지 않기 때문에, 본 논문에서 제시하는 메커니즘은 SCH를 통해 전달되는 IP 프레임에 대해서만 적용된다.
하지만 해당 시점(C지점)에서 RSE3의 평균 수신세기가 핸드오버 기준 값인 –85dBm을 넘지 않으므로 RSE2와의 접속을 계속 유지한다. 이후 D지점에서 평균 수신세기가 다시 한 번 기준 값 이하로 떨어지고 그 시점(E지점)에 RSE3로부터 수신된 WSA의 평균 수신세기가 핸드오버 기준 값을 초과하였으므로 RSE3에 접속 후 핸드오버 절차를 수행하였다.
Current RSE와의 연결을 끊지 않고 지속적으로 유지한다. 이후 HO 엔티티가 주기적으로 Current RSE의 WSA_AVG_RCPI(Current RSE, Min_ Connection_Time)을 재검사하여 접속 유지 또는 핸드오버 재시도 여부를 판단한다.
이후 RSE2와 RSE3의 전파 중첩영역의 B지점에 이르러 현재 접속 중인 RSE2의 평균 수신세기가 기준 값인 –85dBm 이하로 떨어지게 되어 새롭게 핸드오버할 RSE 정보가 있는지 RSE정보리스트를 탐색한다.
제안된 핸드오버 메커니즘의 성능을 분석하기 위해 중부내륙고속도로 내 시험도로 상에서 현장시험을 수행하였으며, 본 절에서는 시험 데이터를 분석한 핸드오버 성능 결과를 보인다.
WAVE 네트워크 프로토콜은 IPv6만을 포함하고 있으며 IPv4주소 획득 절차에 대해서는 정의하고 있지 않다. 하지만 아직까지 대부분의 장치가 IPv4를 지원하고 있어, 제안된 방식에서는 IPv4 장치를 고려하여 IPv4 주소 획득 절차를 다룬다.
현장시험을 위한 시스템 구성은 그림 8과 같다. 현장시험을 위해 3식의 RSE를 이용하여 도메인 내 핸드오버 네트워크 구조를 구성하였으며, 현장시험 시나리오는 다음과 같다.

이론/모형

이 네트워크 구성은 PMIP(Proxy Mobile IP) 구조를 기반으로 하고 있으므로 OBE (On-Board Equipment)가 동일 도메인 내에 속한 RSE(Road-Side Equipment) 간을 이동하는 도메인 내 핸드오버 뿐 아니라 서로 다른 도메인에 속한 RSE 간을 이동하는 도메인 간 핸드오버도 지원한다. Home 도메인과 Foreign 도메인 사이 IP 데이터 전달을 위해 GRE(Generic Routing Encapsulation) 기법이 적용된다.

성능/효과

2. CN은 10msec 주기로 UDP(User Datagram Protocol) 패킷을 OBE로 전송하며, 해당 패킷 들은 OBE가 현재 RSE를 통해 OBE로 전달된다.
3. RSE간 이동 시 핸드오버 절차가 완료되면, 새로운 RSE를 통해 IP 패킷이 OBE로 전달된다.
3. RSE는 Initial Attach Request 프레임을 Gateway 로 전달하여 OBE 정보를 등록하고 IP 할당을 요청한다.
본 논문에서는 WAVE 통신 시스템에서 차량 단말이 기지국 간을 이동 시, 핑퐁 현상을 최소화하고 끊김 없는 IP 서비스를 제공하기 위한 핸드오버 메커니즘을 제안하였으며, 실제 도로에서의 현장 시험 결과를 분석하였다. 성능 분석 결과에 따라 본 논문에서 제시된 메커니즘이 실제 현장 시스템에 적용될 수 있음을 확인할 수 있다. 제안된 핸드오버 메커니즘을 이용하여 차량에 설치된 WAVE 장치들은 도로 상을 이동하면서 보다 효율적인 서비스 데이터의 교환이 가능하며, 서비스 제공자 역시 사용자에게 보다 양호한 V2I 편의 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
그림 13은 OBE에 수신되는 IP 패킷의 수신 성공률을 나타낸 그래프이다. 시험 구간에서 평균 96.72%의 수신 성공률을 보이고 있으며, 기지국 간에 이동하는 핸드오버 지점에서의 수신 성공률 역시 모두 95% 이상의 값을 보이고 있다. 따라서 핸드오버로 인한 프레임 손실 현상은 관측되지 않는다.
총 3번의 핸드오버 시 발생한 핸드오버 평균지연은 10msec, 최대 지연은 11msec로 나타났다.

후속연구

성능 분석 결과에 따라 본 논문에서 제시된 메커니즘이 실제 현장 시스템에 적용될 수 있음을 확인할 수 있다. 제안된 핸드오버 메커니즘을 이용하여 차량에 설치된 WAVE 장치들은 도로 상을 이동하면서 보다 효율적인 서비스 데이터의 교환이 가능하며, 서비스 제공자 역시 사용자에게 보다 양호한 V2I 편의 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 ITS에서 사용되는 통신의 한계점은?	이 기술은 차량-인프라 간 통신(V2I, Vehicle-to-Infrastructure) 뿐 아니라 차량 간 통신 (V2V, Vehicle-to-Vehicle)도 지원한다. 기존의 ITS에서 사용되는 통신에서는 V2I 통신만 지원되었기 때문에, 제공되는 서비스의 종류나 범위가 제한되어 있었다. 하지만, 차세대 ITS 에서는 WAVE 통신 기술의 적용을 통해 V2V 및 V2I 통신을 모두 지원함으로써 다양하고 확장성 있는 서비스를 제공할 수 있게 되었다.
	WAVE 기술이란?	차량 환경에서의 통신을 위해 고안된 무선통신 기술표준인 WAVE 기술은 차세대 ITS 의 핵심 기술이다[2-6]. 이 기술은 차량-인프라 간 통신(V2I, Vehicle-to-Infrastructure) 뿐 아니라 차량 간 통신 (V2V, Vehicle-to-Vehicle)도 지원한다.
	IEEE 802.11과 IEEE 1609 표준화 그룹이 차량이 빠른 속도로 이동하는 환경하에서 효과적인 서비스를 제공할 수 있는 무선통신기술을 정의하였지만 사용자에게 고품질의 V2I 서비스를 제공하는 데 한계가 있는 이유는 무엇인가?	11과 IEEE 1609 표준화 그룹은 차량이 빠른 속도로 이동하는 환경 하에서 효과적인 서비스를 제공할 수 있는 무선통신기술을 정의하였다. 하지만, 이 표준들은 핸드오버 기능은 정의하고 있지 않아 사용자에게 고품질의 V2I 서비스를 제공하는데 한계가 있다.

참고문헌 (10)

NHTSA, Motor vehicle traffic crashes as a leading cause of death in the United States(2006), Retrieved Oct., 2009, from http://www.nhtsa.gov.
IEEE 802.11p: Wireless Access in Vehicular Environments(WAVE), July, 2010.
IEEE 1609.0: IEEE Guide for Wireless Access in Vehicular Environments(WAVE) - Architecture, Mar., 2014.
IEEE 1609.2: IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments(WAVE) - Security Services for Applications and Management Messages, April, 2013.
IEEE 1609.3: IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments(WAVE) - Networking services, Dec., 2010.
IEEE 1609.4: IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments(WAVE) - Multi-channel operation, Dec., 2010.
B. Gukhool and S. Cherkaoui, "Handoff in IEEE 802.11p based vehicular networks," Proc. of IFIP Wireless and optical communications networks, pp.1-5, April 2009.
J. Chung, M. Kim, Y. Park, M. Choi, and H. Oh, "Time coordinated V2I communications and handover for wave networks," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 29, no. 3, pp.545-558, Mar. 2011.

상세보기
A. Bohm and M. Jonsson, Handover in IEEE 802.11p based delay sensitive vehicle to infrastructure communication, Research Report IDE-0924, Halmstad University, Sweden, 2009.
Y. S. Song and H. S. Oh, "Handover performance evaluation by a IEEE 802.11p based handover algorithm and its parameter under high-speed driving environments," The Journal of the Korea Institute of Intelligent Transport Systems, vol. 12, no.5, pp.52-60, Oct. 2013.

원문보기 상세보기

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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)
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