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VANET 환경을 위한 우선순위 기반 클러스터링 알고리즘
Priority Based Clustering Algorithm for VANETs 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.20 no.8, 2020년, pp.637 - 644  

김인환 (연세대학교 컴퓨터과학과)

초록
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VANET (Vehicular Ad Hoc Networks)은 차량 간, 차량과 인프라 간의 네트워크이다. 높은 이동성, 이동 제한, 장애물에 의한 신호 방해와 같은 VANET 고유의 특성은 안정적인 VANET 서비스 제공을 어렵게 한다. 이를 해결하기 위해, 본 논문에서는 기존 버스 기반 클러스터링을 개선한, 차량 종류 기반 우선순위 클러스터 방법을 제시한다. 제안 알고리즘은 차량 종류, 예상 통신 수명, 주변 노드 링크 차수를 바탕으로 우선순위, 링크 품질, 연결성을 평가해 클러스터를 구성한다. 차량의 종류를 바탕으로 미리 결정된 우선순위를 활용함으로써 클러스터 헤드 선택을 단순화하고 클러스터 커버리지를 높이고자 한다. 제안 알고리즘은 커넥티드카 환경에서 안정적인 서비스를 제공하는데 기여함으로써 다양한 서비스 활성화의 기반이 될 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

VANET (Vehicular Ad Hoc Networks) is a network between vehicles and between vehicles and infrastructure. VANET-specific characteristics such as high mobility, movement limitation, and signal interference by obstacles make it difficult to provide stable VANET services. To solve this problem, this pap...

주제어

#버스   #우선순위 기반   #차량 종류   #클러스터링   #차량애드혹네트워크  

표/그림 (6)

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 VANET을 위한 우선순위 기반 클러스터링 알고리즘을 제안한다. Jingxuan Wang[4]의 아이디어를 바탕으로, 차량을 유형별로 구분하고 우선순위를 부여해 클러스터 헤드 선택을 단순화하고 커버리지를 높인다.
  • 본 논문에서는 버스를 고정 클러스터 헤드로 사용하는 클러스터링 기법을 바탕으로 VANET 환경을 위한 우선순위 기반 클러스터링 알고리즘을 제시했다. 구체적으로 차량을 버스, 통근 자동차, 일반 자동차의 세 가지 유형으로 분류하고 있는 우선순위를 부여함으로써 클러스터링 과정을 단순화하고 커버리지를 높이고자 했다.
  • 본 논문에서는 이런 문제를 해결하기 위해 버스를 활용한 클러스터링 알고리즘을 제안한다.
  • 본 논문에서는 클러스터링 과정에서 버스 외의 차량 유형을 추가 고려함으로써 앞서 언급한 "블라인드 스팟"과 “서비스 불가" 문제로 인한 영향을 줄이고자 했다.
  • 상대 속도는 연결 안정성을 반영하는 값이므로 모든 노드는 상대 속도가 -ΔVth 및 +ΔVth 조건을 만족하는지 확인한다.
  • 이를 극복하기 위해 MECNs(Multi-access Edge Computing Nodes)와 FCNs 같은 컴퓨팅 노드가 사용되곤 하는데, VANET 에서는 Basic Safety Message (BSM) 교환과 Service Migration 빈도 측면에서 성능 문제라는 두 가지 기본적인 문제를 해결할 필요가 있다. 저자는 버스를 에지 노드로 활용해 문제를 해결하고자 했다. 하지만, 버스가 없는 상황에서는 고정된 RSU 에 의존하므로 모바일 클러스터를 충분히 활용하진 못했다.
  • 제안 알고리즘은 고정 클러스터 역할 담당 차량을 사전 결정함으로써 클러스터링 과정을 간소화시키고 커버리지를 증가시키는데 목적이 있다. 다만 제안 알고리즘은 우선순위의 차량 종류가 추가되었으나 클러스터링 과정은 기존의 버스 중심 클러스터링과 거의 유사하다고 볼 수 있다.

가설 설정

  • 모든 차량이 동시에 클러스터링 과정을 시작하면 네트워크에 혼잡이 발생하기 때문에 특정 지역의 차량중 하나가 클러스터링 과정을 시작한다. CI 메시지를 전송하는 차량은 해당 지역에서 가장 느린 노드로 가정 한다. 아직 클러스터에 참여하지 않은 차량이 이 메시지를 수신하면 클러스터링 과정을 수행한다.
  • 따라서 잦은 네트워크 파티션 또는 병합으로 인해 자동차 간의 안정적인 통신을 달성하기 어렵다. 둘째, 노드의 움직임은 도로에 의해 제한된다. 차량은 도로를 따라 주행해야하며 특히 도시 환경에서 앞 차량 및 교통 신호의 동작에 크게 영향을 받는다.
  • 모든 자동차는 사전에 유형이 분류되어 있다고 가정 한다. 버스 유형은 공공 기관에 의해 입력될 수 있다.
  • 보다 정교한 모델을 만들기 위해서는 차량 간 상호 협력을 통해 생성한 관측 결과를 머신러닝 기술을 활용해 분류할 수 있을 것이다. 모든 차량은 기본적으로 일반 차량으로 입력된다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
VANET이란? VANET (Vehicular Ad Hoc Networks)은 차량 간, 차량과 인프라 간의 네트워크이다. 높은 이동성, 이동 제한, 장애물에 의한 신호 방해와 같은 VANET 고유의 특성은 안정적인 VANET 서비스 제공을 어렵게 한다.
VANET의 노드의 움직임은 도로에 의해 제한되는 특성은 어떤 문제를 야기하는가? 차량은 도로를 따라 주행해야하며 특히 도시 환경에서 앞 차량 및 교통 신호의 동작에 크게 영향을 받는다. 이 특성은 확장성의 문제를 야기하기도 한다. 즉, 네트워크의 노드 밀도가 낮아지거나 높아지는 일이 빈번하게 발생할 수 있다. 이 같은 상황은 모두 라우팅 프로토콜에 바람직하지 않은 이슈다.
안정적인 VANET 서비스 제공을 어렵게 하는 요소들은 어떤 것들이 있는가? VANET (Vehicular Ad Hoc Networks)은 차량 간, 차량과 인프라 간의 네트워크이다. 높은 이동성, 이동 제한, 장애물에 의한 신호 방해와 같은 VANET 고유의 특성은 안정적인 VANET 서비스 제공을 어렵게 한다. 이를 해결하기 위해, 본 논문에서는 기존 버스 기반 클러스터링을 개선한, 차량 종류 기반 우선순위 클러스터 방법을 제시한다.
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참고문헌 (14)

  1. Y. Toor, P. Muhlethaler, and A. Laouiti, "VEHICLE AD HOC NETWORKS: APPLICATIONS AND RELATED TECHNICAL ISSUES," Communications Surveys & Tutorials, IEEE, Vol.10, No.3, pp.74-88, Third Quarter 2008. 

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  2. M. L. Sichitiu and M. Kihl, "Inter-vehicle communication systems: a survey," Communications Surveys & Tutorials, IEEE, Vol.10, No.2, pp.88-105, Second Quarter 2008 

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  3. R. Ramanathan and M. Steenstrup, "Hierarchically-organized, multihop mobile wireless networks for quality-of-service support," Mobile Networks and Applications, Vol.3, No.1, pp.101-119, 1998 

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  4. J. X. Wang and Wei Yan, "RBM: A Role Based Mobility Model for VANET," Communications and Mobile Computing, 2009. CMC '09. WRI International Conference on, Vol.2, pp.437-443, 6-8 Jan. 2009 

  5. Y. Y. Luo, W. Zhang, and Y. Q. Hu, "A New Cluster Based Routing Protocol for VANET," Networks Security Wireless Communications and Trusted Computing (NSWCTC), 2010 Second International Conference on, Vol.1, pp.176-180, 24-25 April 2010 

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  7. J. Luo, X. Gu, T. Zhao, and W. Yan, "MI-VANET: A New Mobile Infrastructure Based VANET Architecture for Urban Environment," Vehicular Technology Conference Fall (VTC 2010-Fall), 2010 IEEE 72nd, pp.1-5, 6-9 Sept. 2010 

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  10. L. Zeng, J. Zhang, Q. Han, L. Ye, Q. He, X. Zhang, and T. Yang, "A Bus-Oriented Mobile FCNs Infrastructure and Intra-Cluster BSM Transmission Mechanism," IEEE Access, Vol.7, pp.24308-24320, 2019 

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  11. I. Kim and J. Song, "Classification of Clustering Schemes in VANETs," Vol.4, No.2, p.4, 2014. 

  12. N. Chaib, O. S. Oubbati, M. L. Bensaad, A. Lakas, P. Lorenz, and A. Jamalipour, "BRT: Bus-Based Routing Technique in Urban Vehicular Networks," IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, pp.1-13, 2019. 

  13. 서울시 교통정보과, 2019 서울특별시 교통량 조사자료, 서울시, 2019. 

  14. https://topis.seoul.go.kr/refRoom/openRefRoom_3_1.do 

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