차량 군집주행을 위한 무선 다중접속 기술 연구

Abstract

군집주행 기술은 자율주행자동차 기술 분야 중 한 분야로서 첫 번째 차량과 나머지 여러 대의 차량을 무선 통신으로 연결하여 트럭들의 주행속도와 차간거리 등을 제어하는 기술을 말한다. 군집주행에서 가장 중요한 기술 중 하나는 V2X기술이라 할 수 있으며 대표적인 V2X(Vehicle to Everything)기술에는 전기 전자 기술자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 802.11을 차량환경에 맞게 개정한 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments) 기술이 있다. WAVE는 저 지연 통신을 지원함으로써 차량 환경의 높은 시간 요구조건을 만족시키기에 적합하다고 생각되나 차량 밀집지역에서는 혼잡 문제를 해결하지 못한다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 이러한 WAVE의 단점을 보완하기 위해, 현재 타임 슬롯 기반 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 무선 다중접속방식에 대한 연구가 여러 논문들을 통해 발행되고 있으며 WAVE의 CSMA/CA와 타임 슬롯 기반 CSMCA/CA 중 어떠한 다중접속방식이 더욱 효과적인 방법인지에 대해서는 명확히 말하기 어렵다. 본 논문에서는 군집주행의 특징을 이용하여 군집주행의 성능을 최대화 시킬 수 있는 무선 다중접속방식에 대해 연구하였다. 군집주행의 가장 큰 특징은 군집을 구성하는 차량 네트워크 환경에 큰 변화가 없고 변화가 생기더라도 그 변화는 예측 가능한 변화라는 점이다. 이는 군집을 구성하는 모든 차량들이 군집 네트워크에 대한 모든 정보(구성 차량 수, 차량 번호, 차량 순서 등)들에 대해서 알 수 있고 이를 바탕으로 정해진 순서에 따라 주기적 메시지를 전송하여 데이터 전송에서의 충돌을 최소화 하고자한다. 이벤트 기반 메시지의 경우, 주기적 메시지보다 높은 우선순위로 무선매체에 접근할 수 있도록 설계하였다. 따라서 동일한 시점에 두 종류의 메시지가 발생하여도 이벤트 기반 메시지가 먼저 무선 채널을 접근하여 주변 차량들에게 전달될 수 있도록 설계하였다. 본 논문은 IEEE 802.11p를 지원하는 ns-3 시뮬레이터를 이용하여 군집주행 시뮬레이션 환경을 구성하여 제안하는 무선 다중접속방식에 대한 테스트를 진행하였고 성능 평가를 하였다. 성능 평가 결과, 이벤트 기반 메시지 전송 지연시간 측면에서 차량 수의 변화에 상관없이 1000μs이하의 일정하고 안정적인 지연 시간을 확인하였고 충돌 회피 알고리즘에 따라 MAC(Media Access Control) 계층이상에서 100%의 메시지 전송 성공률도 확인할 수 있었다. 마지막으로 군집주행의 요구조건을 모두 만족시킬 수 있는 최대 수용 가능 차량 수 측면에서도 최대 20대까지 가능한 것을 확인하였으며 통신 반경에 대한 제한이 없다면 그 이상도 가능할 것으로 판단된다. 본 논문에서 제안한 무선 다중접속방식은 차량 네트워크 환경에 큰 변화가 없는 군집주행 환경에서, 차량 네트워크에 대한 정보를 기반으로 충돌을 회피하고 또한 군집주행에 적합하도록 수정된 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)를 통해 최소한의 경쟁시간으로 이벤트 기반 메시지에 대한 전송 우선권을 확보하여 군집주행의 높은 신뢰성을 확보하기에 적합한 방법이라고 판단된다.