차량 간 통신환경에서 클러스터링 기반의 멀티채널 MAC 프로토콜 설계

Abstract

현재 텔레매틱스(Telematics) 서비스는 노변장치와 차량단말기의 통신을 기반으로 제공되고 있다. 하지만 이러한 통신 방식은 노변에 설치된 노변장치의 수적 한계로 인해 다양하고 연속적인 서비스를 제공하는데 문제점을 가지고 있다. 특히, 높은 신뢰성을 요구하는 안전서비스와 같은 서비스를 제공하기에는 노변장치와 차량단말기로 구성된 V2I (Vehicle-to-Infrastructure) 통신 방법은 한계점을 가진다. 따라서 기반구조가 없는 환경에서도 차량들이 독립적으로 통신망을 구성하고 연속적이고 신뢰성 있는 서비스를 제공하기 위하여 V2V (Vehicle-to-Vehicle) 통신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. IEEE 802 표준에서는 기존에 무선 랜 방식을 적용한 차량통신 방식인 IEEE802.11p WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments)를 표준화 중이다. WAVE는 V2I와 V2V 통신 방식을 지원하고 빠른 접속과 신뢰성 있는 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 하지만 매체접근제어계층과 물리계층은 토플로지 변화가 거의 없는 무선 랜 환경에서 설계된 IEEE 802.11a를 그대로 사용 하고 있다. 경쟁기반의 매체접근 방식은 충돌에 의한 지연을 발생시키고 고질적인 숨겨진 노드 문제(hidden node problem)와 노출된 노드 문제(exposed node problem)를 수반한다. 특히 높은 신뢰성과 적은 지연을 요구하는 차량환경에서 충돌과 경쟁에 의한 채널 독점은 심각한 전송 지연을 발생 시키게 된다. 또한 빠른 이동성에 의한 많은 토플로지 변화는 빈번한 숨겨진 노드 문제와 노출된 노드 문제를 발생시켜 네트워크 전체의 효율을 저하 시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서 V2V 환경에서 멀티채널을 통한 새로운 매체접근 제어 알고리즘을 제안하고자 한다. 제안 된 멀티채널 알고리즘은 기존은 WAVE에서 V2V통신으로 사용하는 10M 대역을 2-7(채널당 9M～1M)의 채널로 구분하여 채널을 관리하는 제어 채널과 패킷을 전송하는 데이터 채널로 구분하여 설계하였다. 제어채널을 통한 채널관리는 효율적인 V2V 통신을 위하여 많이 연구되어지고 있는 클러스터 기반 구조에 채널 테이블을 정의하여 사용 하였으며, 이를 바탕으로 시뮬레이션을 통해 최적의 채널용량을 도출하고 기존의 경쟁 기반의 매체접근제어 방식과 비교 평가하였다. 그 결과 채널 구분과 전송 요구 노드 수에 따른 채널 손실과 충돌과 경쟁에 의한 오버헤드의 사이에서 최적의 채널 용량 (4개 데이터 채널)을 도출 하였고 매체접근제어의 통신지연은 60%이상의 감소, 전체 전송률은 30% 향상을 나타내었다.; Nowadays, Telematics services are provided using the V2I(vehicle-to-vehicle) communication method. But It is difficult to provide telematics services kind of safety which is needed the high reliability, because the number of RSE(road side equipment) is limited. To solve this problem, V2V(vehicle-to-vehicle) communication has been studied recently. These days IEEE 802.11p WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments) standard is proceeded for Vehicle communication environment. It uses IEEE 802.11a PHY layer which is designed in wireless LAN environment with no mobility. Therefore, It's contention-based MAC can happen transmission delays and hidden node problem, exposed node problem. Especially, It will be serious problem in vehicle communication environment which is needed the low transmission delays and the high reliability. In this thesis, We proposed Clustering-based Multi-channel MAC protocol. We designed one control channel and data channels using WAVE standard's V2V channel 10M bandwidth. The vehicles form one communication group on the road, one cluster header will be selected from these nodes. Only the cluster head will manage the channel list for each node and inform each node of a available channel. Through the results of the analysis, throughput is improved 30% and end-to-end delay is improved 60% than IEEE 802.11 MAC.