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강인성을 개선한 VANET에서의 자율 TDMA
Autonomous TDMA for VANETs with improved robustness 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.18 no.2, 2018년, pp.55 - 62  

박혜빈 (상명대학교 컴퓨터과학과) ,  정진우 (상명대학교 휴먼지능정보공학과)

초록
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VANET은 급격히 부상하고 있는 서비스 영역으로 수 ms 수준의 엄격한 latency 요구사항을 가진다. 이러한 수준의 낮은 latency를 보장하기 위해 latency가 보장되면서 coordinator에 의한 scheduling 없이 join/leave가 자유로운 Autonomous TDMA(ATDMA)가 제안된 바 있다. 본 연구에서는 hidden node, 채널 페이딩, 노드 밀집도 변이 등이 존재하는 non-perfect decoding 환경에서 동작하도록 ATDMA를 확장한 ATDMA revision(ATDMA-R)을 고안하였다. 또한 시뮬레이션을 통해 ATDMA와 ATDMA-R의 성능을 비교하여 ATDMA 대비 ATMDMA-R이 다양한 실제적 환경에서 강인성을 보이는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

VANET is a rapidly emerging service area with strict requirements of a few milliseconds' latency. Because current systems don't guarantee ultra-low latency, it has been proposed a latency-guaranteed Autonomous ATDMA(ATDMA) in which autonomous joining/leaving is allowed without coordinator's scheduli...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 ATDMA를 분석한 후 패킷 충돌을 야기할 수 있는 부분을 보완한다. 그 후 다양한 시뮬레이션 시나리오를 통해 ATDMA가 어떤 환경에서 강점과 약점을 지니는 지 파악한다.
  • 이를 위해 PLI(Packet Level Incoordination), PDR(Packet Delivery Ratio), SOD(Slot Occupation Distribution) 등과 같은 평가지표를 마련했으며, 노드의 decoding 능력, 채널 혼잡도, 무선 모델, hidden node, 이동성 등 여러 환경요소에 변화를 주어 다양한 시뮬레이션 시나리오 속에서 프로토콜을 평가했다. 본 논문에서는 [10][11][12]에서 거론된 평가지표와 환경요소들을 시뮬레이션에 수정 및 적용하여 ATDMA가 어떤 요소에 어느 정도 영향을 받는지 알아내고자 한다.

가설 설정

  • . 기본 채널모델은 fixed range communication model[10][12]을 사용하여 transmission range 내에서 송수신되는 신호는 다른 요소의 간섭이 없다면 감쇠되지 않는다고 가정한다[12]. 또한 차량 안전 응용에서 basic safety message(BSM)를 최소 100ms에 한번은 전송하도록 요구하므로[1], 노드는 100ms 간격으로 새로운 패킷을 생성한다고 가정한다.
  • 기본 채널모델은 fixed range communication model[10][12]을 사용하여 transmission range 내에서 송수신되는 신호는 다른 요소의 간섭이 없다면 감쇠되지 않는다고 가정한다[12]. 또한 차량 안전 응용에서 basic safety message(BSM)를 최소 100ms에 한번은 전송하도록 요구하므로[1], 노드는 100ms 간격으로 새로운 패킷을 생성한다고 가정한다. 첫 패킷은 노드가 네트워크에 진입하는 순간 생성되며, 이 가정으로 인해 노드는 네트워크에 진입하는 즉시 join을 시도하게 된다.
  • PCR(Packet Collision Rate)은 노드 r과 r이 생성한 패킷 중 하나인 p의 관점에서 관찰했을 때, 패킷 p가 전송되는 동안 r이 아닌 최소 하나 이상의 노드 s가 패킷 q를 전송할 확률이다. 본 논문에서는 다음의 수식을 통해 이를 구한다고 가정한다.
  • 본 연구에서의 시뮬레이션에서 노드는 100m 도로에 초당 1~4대가 고정적으로 진입하고, (road length)/(vehicle speed) 후 빠져나간다고 가정한다[11]. 기본 채널모델은 fixed range communication model[10][12]을 사용하여 transmission range 내에서 송수신되는 신호는 다른 요소의 간섭이 없다면 감쇠되지 않는다고 가정한다[12].
  • 본 연구에서는 실제로 노드를 이동시키는 것이 아니라 노드의 밀집도를 변화시킴으로써 제한된 의미에서 이동성을 적용한다. 이를 위해 이전 시나리오에서 네트워크에 진입하는 노드가 초당 1~4대로 고정되어 있다고 가정한 것과 달리 세 번째 시나리오에서는 초당 1~4대가 무작위로 들어온다고 가정하며 road length를 transmission range의 1.5배인 150m로 변경한 뒤 시뮬레이션을 수행한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
VANET은 어떠한 환경에서 동작하는가? Mission-critical 환경에서 동작하는 VANET(Vehicular Ad-Hoc Network)은 기존 서비스와 달리 엄격한 latency를 요구한다. 대표적인 VANET 표준인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)는 MAC 하위 계층 표준으로 IEEE 802.
VANET의 대표적인 표준은 무엇인가? Mission-critical 환경에서 동작하는 VANET(Vehicular Ad-Hoc Network)은 기존 서비스와 달리 엄격한 latency를 요구한다. 대표적인 VANET 표준인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)는 MAC 하위 계층 표준으로 IEEE 802.11p를 적용했는데, 최근 연구에 따르면 해당 표준은 노드 밀집도가 올라가면 ALOHA 수준의 열악한 성능을 보이고[1], CSMA 방식자체의 한계로 인해 unbounded latency와 broadcast storm 문제를 야기한다[2].
ATDMA가 고안된것은 WAVE의 어떠한 한계를 해결하기 위해서인가? 대표적인 VANET 표준인 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)는 MAC 하위 계층 표준으로 IEEE 802.11p를 적용했는데, 최근 연구에 따르면 해당 표준은 노드 밀집도가 올라가면 ALOHA 수준의 열악한 성능을 보이고[1], CSMA 방식자체의 한계로 인해 unbounded latency와 broadcast storm 문제를 야기한다[2]. 이에 대한 해결과 latency 보장을 위해 ATDMA(Autonomous TDMA)가 고안되었으며, latency 측면에서 WAVE에 비해 비교적 우수한 성능을 보임을 확인하였다[3].
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참고문헌 (13)

  1. Wu, Xinzhou, et al. "Vehicular Communications Using DSRC: Challenges, Enhancements, and Evolution." IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS 31.9 (2013): 399 DOI: https://doi.org/10.1109/JSAC.2013.SUP.0513036 

  2. Kawakami, Tomotaka, and Koji Kamakura. "Modified TDMA-based MAC protocol for vehicular ad hoc networks." Pervasive Computing and Communication Workshops (PerCom Workshops), 2015 IEEE International Conference on. IEEE, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/PERCOMW.2015.7134000 

  3. Hye-bin Park, Jinoo Joung, Byeongseog Choe. "TDMA-based MAC Protocol for Implementation of Ultra-low latency in Vehicular networks." The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, 17.1 (2017):33-39. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2017.17.1.33 

  4. Hadded, Mohamed, et al. "TDMA-Based MAC Protocols for Vehicular Ad Hoc Networks: A Survey, Qualitative Analysis, and Open Research Issues." IEEE Communications Surveys & Tutorials 17.4 (2015): 2461-2492. DOI: https://doi.org/10.1109/COMST. 2015.2440374 

  5. Omar, Hassan Aboubakr, Weihua Zhuang, and Li Li. "VeMAC: A TDMA-based MAC protocol for reliable broadcast in VANETS." IEEE Transactions on Mobile Computing 12.9 (2013): 1724-1736. DOI: https://doi.org/10.1109/TMC.2012.142 

  6. Zhang, Lin, et al. "A scalable CSMA and self-organizing TDMA MAC for IEEE 802.11p/1609.x in VANETs." Wireless Personal Communications 74.4 (2014): 1197-1212. DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-013-1572-3 

  7. ETSI. Intelligent Transport Systems (ITS); STDMA recommended Parameters and Settings for Cooperative ITS; Access Layer Part. Technical report, European Telecommunications Standards Institute, 2012. 

  8. Nakagami, Minoru. "The m-distribution-A general formula of intensity distribution of rapid fading." Statistical methods in radio wave propagation. 1960. 3-36. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-009306-2. 50005-4 

  9. Sjoberg, Katrin. Medium access control for vehicular ad hoc networks. Chalmers University of Technology, 2013. 

  10. Gaugel, Tristan. Multiscale Modeling of Inter-Vehicle Communication. Diss. Karlsruhe, Karlsruher Institut fur Technologie (KIT), Diss., 2016, 2016. DOI: https://doi.org/10.5445/ir/1000052977 

  11. Gaugel, Tristan, et al. "In-depth analysis and evaluation of Self-organizing TDMA." Vehicular Networking Conference (VNC), 2013 IEEE. IEEE, 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/VNC.2013.6737593 

  12. Gaugel, Tristan, et al. "Understanding differences in MAC performance." World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks (WoWMoM), 2014 IEEE 15th International Symposium on a. IEEE, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/WoWMoM.2014.6918995 

  13. Taliwal, Vikas, et al. "Empirical determination of channel characteristics for DSRC vehicle-tovehicle communication." Proceedings of the 1st ACM international workshop on Vehicular ad hoc networks. ACM, 2004. DOI: http://doi.acm.org/10.1145/1023875.1023890 

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