다양한 WAVE 통신 환경 별 최적의 송신 파워 선택을 통한 기본안전메시지 수신율 향상 연구

Abstract

전 세계적으로 차량 운전자가 많아짐에 따라 교통사고 발생률이 증가하고 있다. 국내도 마찬가지로 교통여건이 변화함에 따라 많은 차량 사고가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해 많은 기업 및 연구기관에서 차량 안전 서비스와 관련된 연구를 활발히 진행하고 있다. 차량 안전 서비스에 따라 기본안전메시지 수신 빈도수는 다르며, 우선순위가 높은 안전 서비스의 경우 높은 빈도수의 기본안전메시지를 요구한다. 이러한 차량 안전 서비스는 WAVE를 통해 구현이 된다. WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 IEEE 802.11p표준과 IEEE 1609.x표준을 기반으로 하는 통신 기술이다. WAVE 통신 기술 MAC(Medium Access Control)계층의 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)혼잡제어 알고리즘에 따라 충돌을 회피한다. 그러나 차량 수가 증가함에 따라 통신하려는 패킷이 증가하고 경쟁이 과열되어 서비스 채널 구간을 점유하지 못한다. 신뢰성 높게 메시지를 제공하기 위해서는 10%미만의 PER(Packet Error Rate)가 요구된다. 한국지능형교통체계협회의 차세대 ITS 서비스 규격 표준의 서비스별 기능·성능 요구사항에 따르면 무선통신 서비스에 10% 미만의 PER이 명시되어 있다. V2V통신 환경에서 높은 차량이 밀집된 도로에서는 WAVE MAC계층의 충돌회피 알고리즘에 의해 높은 PER이 발생한다. 또한, 도심과 고속도로에서 각기 다른 페이딩이 반영되어 PER 발생에 영향을 미친다. 본 논문에서는 도심 및 고속도로 환경에서 실제 WAVE 통신 환경 파라미터를 반영시킨 속도 시나리오 별 시뮬레이션을 통해 최적의 송신 파워를 선택하는 연구를 진행하였다. 속도가 40, 60, 80km/h일 때, PER 10% 미만을 고려한 도심 직선도로의 최적 송신 파워는 각 20, 22, 23dBm으로 나타났다. 도심 교차로의 최적 송신 파워는 각 18, 20, 22dBm으로 나타났다. 송신 파워의 통신 반경 범위는 80~170m의 범위로 교차로에서 보다 낮은 송신 파워를 선택하는 것을 확인하였다. 또한, 고속도로에서 속도가 40, 60, 80km/h일 때, PER 10% 미만을 고려한 최적 송신 파워는 각 19, 20, 22dBm으로 나타났다. 하지만 100km/h 이상의 고속(100, 120km/h)에서는 자유 공간 경로 손실 페이딩으로 인해 발생하는 패킷 손실을 반영하여 10~20%의 PER 기준을 적용시켰다. 그 결과, 속도가 100, 120km/h일 때, 고속도로의 최적 송신 파워는 각 30, 32dBm으로 나타났다. 본 논문에서는 다양한 도로 환경, CSMA/CA 혼잡제어 알고리즘, 낮은 PER 그리고 차량의 속도를 고려한 시뮬레이션을 통해 송신 파워를 선택하여 원활한 차량 안전 서비스를 제공 받을 수 있음을 확인하였다.; As the number of drivers in the world increases, the incidence of traffic accidents is increasing. As in domestic, there are many car accidents due to changes in traffic conditions. To solve this problem, many companies and research institutes are actively conducting research related to vehicle safety service. The frequency of receiving basic safety messages depends on the vehicle safety service, and for high priority safety services, it requires a high frequency of basic safety messages. These vehicle safety services are implemented through WAVE. Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) is a communication technology based on the IEEE 802.11p standard and the IEEE 1609.x standard. WAVE communication technology Collision avoidance is avoided according to CSMA / CA congestion control algorithm of MAC (Medium Access Control) layer. However, as the number of vehicles increases, the number of packets to be communicated increases and the competition is overheated and the service channel interval can not be occupied. To provide highly reliable safety message, a PER (Packet Error Rate) of less than 10% is required. According to the functional and performance requirements of the next generation ITS service standard of the Korea Intelligent Transportation System Association, the PER of less than 10% is specified for the wireless communication service. In the V2V communication environment, a high PER is generated by the collision avoidance algorithm of the WAVE MAC layer in a high density road. In this paper, we have studied the optimal transmission power through simulation of velocity scenarios that reflect actual WAVE communication environment parameters in urban and highway environments. When the speed is 40km/h, the PER on straight roads in the city is 9.52 ~ 43.9%. Also, the PER at the intersection of the city center was 9.83 ~ 62.2%. In the simulation of this paper, 20dBm transmission power satisfying less than 10% of PER is the optimal transmission power in urban areas. For low-speed (40, 60, 80 km/h) driving on the highway, you can see the same PER percentage as in the city center. As a result, urban and PER standards were applied at speeds less than 100 km / h. However, at a high speed of 100 km/h or more (100, 120 km/h), it was applied to the PER of 10 ~ 20% in consideration of the packet loss caused by air loss. In this paper, it is confirmed that smooth traffic safety service can be provided by selecting transmission power through various road environment, CSMA / CA congestion control algorithm, low PER and simulation considering vehicle speed. In this paper, we confirmed that we can provide reliable vehicle safety service by selecting transmission power according to vehicle speed through simulation.