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차량 안전 통신을 위한 새로운 혼잡 제어 알고리즘 제안
A New Congestion Control Algorithm for Vehicle to Vehicle Safety Communications 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.5, 2017년, pp.125 - 132  

이원재 (국방기술품질원)

초록
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차량 안전 서비스는 무선 환경에서 차량 간 통신(Vehicle-to-Vehicle, V2V)을 통하여 운전 중 발생할 수 있는 위험을 사전에 감지하여 운전자에게 알려줌으로써 교통사고와 교통 체증을 줄이는 서비스이다. 차량 안전 서비스를 위해서 차량은 안전 메시지(Basic Safety Message, BSM)를 주기적으로 브로드캐스트 한다. 하지만, 차량 밀집 지역에서 이는 과도한 네트워크 트래픽의 원인이 되고 안전 메시지의 전송실패 확률과 지연을 급격하게 증가시켜 차량 안전 서비스의 안정성을 떨어뜨린다. 본 논문에서는 차량 안전 서비스를 수행하는 과정에서 발생하는 통신 혼잡 문제를 해결하기 위해 Channel Busy Ratio와 차량 수 간의 관계를 수식적으로 근사하고 이를 이용하여 전체 네트워크 혼잡도를 추정한다. 그리고 이를 기준으로 송신전력을 제어하는 새로운 상황인지 기반 송신전력제어 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 네트워크 시뮬레이터인 Qualnet을 이용하여 성능평가를 하였고 그 결과, 전체 네트워크 혼잡도의 추정이 특정 시나리오에서 정확하게 근사 되었으며 송신전력제어를 통해 차량 안전 통신 간 패킷 에러율이 감소한 것을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Vehicular safety service reduces traffic accidents and traffic congestion by informing drivers in advance of threats that may occur while driving using vehicle-to-vehicle (V2V) communications in a wireless environment. For vehicle safety services, every vehicle must broadcasts a Basic Safety Message...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • WAVE 기술은 1km의 통신 거리를 지원하며 최소 1Mbps부터 최대 54Mbps의 통신 속도를 지원하는 근거리 무선 통신 표준 기술이다. 본 기술은 고속으로 이동 중인 차량 간의 통신을 위한 기술로, 매우 짧은 무선 접속시간에 개별적 방송 메시지의 전송을 요구한다. 또한, 다중 채널(7개 채널)과 가변적인 송신 전력을 지원하며, 통신 영역의 다중 중첩성과 빠른 초기화를 통한 직접적인 차량 간 통신이 가능하고, 고속 이동 통신에 의한 페이딩 및 인접 채널 간섭에 강인한 채널 설계가 요구된다.
  • 채널 로드는 가까운 거리에서 통신을 수행하는 노드, 즉 주변 차량이 많을수록 늘어나는 경향을 가지므로 CBR과 주변 차량 수 간의 관계를 분석하는 것은 의미가 있다. 본 논문에서는 CBR과 주변 차량 수의 관계를 수식적으로 근사하고 이를 이용하여 전체 네트워크 혼잡도를 추정한다.
  • 본 논문에서는 송신전력을 전체혼잡도를 기준으로 조정하는 알고리즘을 제안한다. 각 차량은 전체혼잡도(CBR2hop)를 계산하고 이를 기준으로 송신전력(TX Power)을 증감하여 채널 로드를 일정하게 유지한다.
  • 본 논문에서는 원활한 차량 안전 서비스 제공의 핵심인 혼잡제어를 위한 상황인지 기반 송신전력제어 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 WSMP 메시지의 헤더에 있는 TX Power 필드를 이용하여 전체 네트워크 혼잡도를 추정하고 이를 기반으로 전체 네트워크 혼잡도를 일정하게 유지할 수 있도록 송신전력을 제어한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전송 지연이 길어진다면 어떤 문제가 발생하는가? 차량 안전 서비스는 일반적으로 100ms의 안전 메시지 송신 주기와 200m~400m의 전송 거리를 권장하고 있다[3]. 전송 지연이 길어지게 되면, 차량은 유효기간이 지난 잘못된 정보를 수신하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 안전 메시지를 전송하는 프로토콜의 설계에 있어서 신뢰성과 전송지연에 대한 요구사항은 엄격하게 규정된다.
차량 안전 서비스는 운전자에게 무엇을 제공하는가? 이렇게 주고받은 정보를 이용하여 각 차량은 분산적으로 협력 충돌방지, 전방 차량 충돌 경고, 차선 변경 지원 서비스 등과 같은 차량 안전 서비스를 운전자에게 제공한다. 이는 차량의 안전운행을 유도하고 교통 혼잡 상황을 개선하여 운전자에게 안전하고 쾌적한 주행환경을 제공한다[2].
차량 안전 서비스는 어떻게 이루어지는가? 차량 안전 서비스는 차량 간 근거리 무선 통신 표준인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Access) 표준을 기반으로, 차량 간 통신(Vehicle- to-Vehicle, V2V)을 통해 안전 메시지(Basic Safety Message, BSM)를 주변 차량들에게 주기적으로 브로드캐스트 함으로써 이루어진다. 이렇게 주고받은 정보를 이용하여 각 차량은 분산적으로 협력 충돌방지, 전방 차량 충돌 경고, 차선 변경 지원 서비스 등과 같은 차량 안전 서비스를 운전자에게 제공한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (10)

  1. IHS, "Shouldering the load: militaries look to unmanned beasts of burden", Jane's International Defence Review, http://janes.ihs.com, 2016. 

  2. Hanbyeog Cho, "Implementation and standard of ITS / Telematics service using inter-vehicle communication", The Korean Institute of Communications and information Science, vol. 25, no. 1, pp. 69-73, 2008. 

  3. National Highway Traffic Safety Administration, Vehicle Safety communications - Applications (VSC-A) Final Report:Appendix Volume 1 System Design and Objective Test, https://www.nhtsa.gov, 2011. 

  4. Yu-Chee TsengSze-Yao NiYuh-Shyan ChenJang-Ping Sheu, "The Broadcast Storm Problem in a Mobile Ad Hoc Network", Wireless Networks, vol. 8, no. 2, pp. 153-67, Mar. 2002. 

  5. Torrent-Moreno M., Mittag J., Santi P., Hartenstein P., "Vehicle-to-Vehicle Communication: Fair Transmit Power Control for Safety-Critical Information," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 58, no. 7, pp. 3684-3703, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/TVT.2009.2017545 

  6. C. Khorakhun, H. Busche, and H. Rohling. Congestion Control for VANETs based on Power or Rate Adaptation. In 5th Int'l Workshop on Intelligent Transportation (WIT), 2008. 

  7. Chen Q., Schmidt-Eisenlohr F., Jiang D., Torrent-Moreno M., Delgrossi L., Hartenstein H., "Overhaul of IEEE 802.11 Modeling and Simulation in NS-2," Proc. of the ACMMSWiM, pp. 159-168, Oct. 2007 DOI: https://doi.org/10.1145/1298126.1298155 

  8. Doojin Um, Songnan Bai, Jaeil Jung, "Performance analysis of Contention-based Broadcast Schemes for Vehicular Safety Applications in Vehicular Ad hoc Networks," KSAE Conference, 2009. 

  9. Kenny J. B., "Dedicated Short-Range Communications (DSRC) Standards in the United States," Proc. of the IEEE, vol. 99, no. 7, pp. 1162-1182, Jul. 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2011.2132790 

  10. Songnan Bai, Junho Oh, Jae-il Jung, "Context awareness beacon scheduling scheme for congestion control in vehicle to vehicle safety commuication," Ad Hoc Networks, pp. 2049-2058, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2012.02.014 

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