WAVE V2X 통신 시스템의 인프라 지원형 혼잡 관리 방안에 관한 연구

Abstract

미래 자동차 기술의 핵심이라 할 수 있는 ITS(Intelligent Transport Systems)와 자동차 통신 기술은 발전을 거듭하고 있다. 대표적인 자동차 통신 프로토콜로는 국제 전기전자 기술자 협회인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 정의한 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)가 있다. WAVE 통신은 지난 수년간 많은 연구가 진행되었고 V2X(Vehicle to Everything) 통신 프로토콜로는 가장 지속적인 발전을 이룩한 기술이다. 하지만 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식을 채택하는 경쟁 기반 프로토콜이라는 점은 WAVE 통신의 대표적인 단점으로 꼽히고 있다. 자동차 통신의 특수성을 고려했을 때 경쟁 방식의 채널 접속으로 인한 통신 혼잡은 분명한 문제점으로 부각되었다. 이를 극복하기 위해 WAVE 통신 시스템의 MAC 계층에서 시도하는 다양한 연구가 진행되었다. 하지만 각 WAVE 통신 디바이스의 MAC 계층에서 혼잡 제어를 시도하는 DCC(Decentralized Congestion Control) 방식은 결국 악조건의 경쟁 상황에서 시스템이 최소한의 통신 요구사항을 보장해주지는 않는다는 분명한 한계점을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 각 노드에서 분산적으로 시행하는 것이 아닌, 노변 장치가 주변 데이터를 통합적으로 이용하여 혼잡 관리 서비스를 주변 노드에 제공하는 모델을 통해 기존 방식의 한계를 극복하고자 한다. 본 논문에서 제안하는 인프라 지원형 혼잡 관리 방안에서는 노변 장치가 리소스 관리자의 측면에서 주변 노드들의 상황과 과거 통신 기록을 통합적으로 관리한다. 리소스 관리자는 통신 채널의 상황을 주시하며 주변 노드 수와 최근 통신 성공률을 통해 혼잡 상황을 감지하고, 혼잡이 발생할 경우 주변 참여 노드에게 혼잡 관리 기능을 제공한다. 혼잡 관리 알고리즘의 목적은 두 가지로, 통신 환경이 나쁜 상황에서도 최소한의 통신 요구사항을 보장하는 것과 점진적으로 혼잡 상황을 해결하는 것이다. 리소스 관리자는 이를 위해 주변 노드 리스트 관리, 통신 채널 스위칭, 통신 퍼포먼스 분석 기반 전송 파라미터 조정 등의 혼잡 관리 기능을 수행한다. 통신 혼잡 시나리오의 시뮬레이션 검증을 통해 인프라 지원형 혼잡 관리 방안의 성능을 검증한다. 그 결과 300개 노드가 참여하는 혼잡 상황에서 기존 대비 67%의 짧은 시간에 5배 이상의 최종 성공률을 달성하는 등 기존 WAVE 시스템에 비해 혼잡 제어 능력의 비약적인 향상을 이뤄냈다는 것을 확인하였다. 주로 MAC 계층에서 활발히 연구가 진행되었던 기존의 WAVE 혼잡 제어 기법과 병행할 수 있는 새로운 패러다임의 통신 혼잡 해결 방안이라고 볼 수 있으며 차량에서 다양한 서비스가 동시에 운용되는 차세대 V2X 환경에서 이러한 통합적인 혼잡 관리 체계는 반드시 필요한 시스템 요소가 될 것이다.