차량 군집주행 시 송신전력 제어를 이용한 효율적인 메시지 전송방법 연구

Abstract

통신기술의 발전으로 환경인식센서 의존적이었던 감응식 순항제어(ACC)는 차량 간 통신(IVC)를 통해 협력형 감응식 순항제어(CACC)로 발전하였고 그 결과 인접 차량으로부터 수신한 정보에 대한 시스템 반응 시간을 줄이고 차량 간 간격을 최소화하여 군집주행 어플리케이션을 실현시킬 수 있었다. 군집주행의 이점으로는 연료 효율, 안전성, 편의성을 들 수 있다. 앞 차량과의 짧은 간격을 유지하며 주행함으로써 공기저항을 줄여 연료 효율을 높이고 차량 간의 주기적 메시지 전송으로 안전을 보장받는다. 그러나 군집은 통신공학의 관점에서 안전한 주행을 하기 위해서 엄격한 메시지 갱신 주기와 메시지 교환의 신뢰성이 필요하다. 현재 WAVE 프로토콜을 이용한 군집주행 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 하지만 WAVE 프로토콜은 일정 수준 이상의 노드 수로 인해 채널이 포화될 경우 채널 접속 지연시간이 기하급수적으로 늘어나고 이로 인한 패킷 손실 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점은 군집주행에서 군집 내 차량들의 안전을 위태롭게 하거나 차량 간 거리가 더 이상 연료 효율을 보일 수 없는 수준까지 만들 수 있다. 군집주행은 안전한 주행을 위해 선두차량의 제어정보와 추종차량의 상태정보가 필수적임이 많은 연구들을 통해 증명되었다. 하지만 아직 메시지 형식에 대한 표준화가 진행되지 않았고 하나의 메시지가 여러 가지 목적으로 쓰이며 불필요한 정보를 포함하여 채널 점유시간을 늘리고 넓은 통신반경을 사용하여 채널 혼잡을 가중화시킨다. 또한 군집주행은 차량 간 일정 간격을 유지한 채 같은 속도로 주행하고 있기 때문에 통신시스템에게 상당히 안정적인 토폴로지를 제공하는 특성이 있다. 본 논문에서는 추종 차량의 상태정보 메시지를 주행정보 메시지와 상태정보 메시지로 분할하였고 메시지별로 송신전력 제어 무선 다중접속 알고리즘과 그에 따른 효과를 극대화할 수 있도록 안정적인 네트워크 토폴로지를 이용한 메시지 전송 알고리즘을 제안하였다. 네트워크 토폴로지 기반 무선 다중접속 알고리즘을 통해 군집주행의 당면과제인 10ms의 요구조건을 만족하였으며 안정적인 메시지 전송 성공률을 보여주었다. 이를 통해 더욱 차량 간 간격을 줄여 연료효율을 높일 수 있을 것이고 주행 속도를 높여 도로에서 소모되는 시간을 줄일 수 있을 것이다. 하지만 시뮬레이션 설정은 하나의 군집 내 통신의 상황을 가정한 것이고 네트워크 토폴로지를 이용한 메시지 전송 알고리즘은 인접한 여러 군집이 존재할 경우 각 군집 선두차량의 제어정보 전송에 대한 조정이 필요하므로 향후 군집간의 통신에 대한 연구가 필요하다.