MAC 계층 DCC 운용 방식에 따른 플래툰 및 협력 차선 변경 서비스 성능 분석 = Impact of MAC-Layer DCC Operation on Platooning and Cooperative Lane Change Services

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 VISSIM–MATLAB 기반 통합 시뮬레이션 환경을 구축하고, V2X 통신의 MAC 계층에서의 DCC 운용 방식이 플래투닝 및 협력 차선 변경 서비스 성능에 미치는 영향을 분석하기 위한 연구이다.
본 연구는 V2X 통신 환경에서 MAC 계층의 분산 혼잡 제어(Distributed Congestion Control, DCC) 운용 방식이 플래툰(platooning)과 협력 차선 변경(Cooperative Lane Change, CLC) 서비스의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 서비스 관점에서의 최적 DCC 운용 방안을 제안한다.
이를 위해 교통 시뮬레이터 VISSIM과 MATLAB 기반 V2X 링크/시스템 시뮬레이터 WiLabV2XSim을 연동한 다계층 Co-simulation 환경을 구축하였다. 제안된 시뮬레이터는 VISSIM에서 차량의 위치·속도·가속도 정보를 주기적으로 추출하여 V2X 통신 모듈에 전달하고, 통신 결과를 다시 차량 종 방향 제어, 플래툰 유지, 차선 변경 의사결정에 피드백하는 방식으로 교통 계층과 통신 계층을 통합적으로 모사한다.
본 논문에서는 (1) DCC 미적용, (2) 전체 브로드캐스트 메시지에 일괄 적용되는 기존 DCC, (3) 배경 차량에만 DCC를 적용하는 혼합 DCC 및 (4) 플래툰 차량에 한해 송신 전력을 상향하는 전력 제어 방안 등 여러 MAC 계층 운용 시나리오를 정의하고, 패킷 수신율(Packet Delivery Ratio), 통신 지연, CLC 성공률 및 응답 시간 등을 지표로 성능을 비교하였다.
시뮬레이션 결과, 전체 차량에 일괄 DCC를 적용하는 경우 채널 혼잡은 완화되지만, 플래툰 제어 및 CLC 서비스 관점에서는 응답 지연 증가와 간격 변동성 확대가 발생하여 서비스 품질이 저하될 수 있음을 확인하였다. 반면 배경 차량 위주로 DCC를 적용하거나, 플래툰 차량에는 상대적으로 높은 송신 전력을 부여하는 혼합 운용 전략은 DCC 미적용 대비 통신 신뢰도를 유지하면서도 기존 DCC 대비 응답 지연을 줄이고 플래툰 안정성과 CLC 성공률을 개선하는 것으로 나타났다.
제안된 VISSIM–MATLAB 기반 다계층 V2X Co-simulation 환경과 DCC 운용 전략에 대한 분석 결과는, 실제 도로 환경에서 플래툰 및 협력 차선 변경과 같은 협력 자율주행 서비스를 설계할 때 MAC 계층 DCC 및 송신 전력 파라미터를 서비스 관점에서 최적화하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 목적 5
• 1.3 논문의 구성 8
• Ⅱ. 이론적 배경 및 관련 연구 11
• 2.1 V2X 통신 및 DCC 개요 11
• 2.2 플래툰 및 CLC 서비스 개요 14
• 2.3 DCC·전력 제어의 필요성과 한계 18
• 2.4 기존 연구와의 차별성 24
• Ⅲ. 시뮬레이션 프레임워크 26
• 3.1 전체 시스템 구성 및 데이터 흐름 26
• 3.2 VISSIM–MATLAB 연동 구조 29
• 3.3 V2X 통신 모듈 및 DCC·전력 제어 모델 31
• 3.4 서비스 연계 구조(PDR·IPG와 플래툰/CLC 연동) 34
• Ⅳ. 시뮬레이션 시나리오 및 설정 37
• 4.1 플래툰 시나리오 구성 37
• 4.2 CLC 시나리오 구성 38
• 4.3 통신 환경 및 실험 케이스 정의 42
• Ⅴ. 플래툰 시나리오 결과 분석 46
• 5.1 DCC 유무에 따른 통신 성능(PDR, IPG) 46
• 5.2 DCC 유무에 따른 플래툰 성능 변화 49
• 5.3 혼합 DCC 전략의 성능 분석 53
• 5.4 송신 전력 변화에 따른 플래툰 성능 변화 55
• Ⅵ. CLC 시나리오 결과 분석 60
• 6.1 CLC 시나리오에서의 통신 특성(PDR, IPG) 60
• 6.2 IPG 변화와 차선 변경 완료 시간 62
• Ⅶ. 결론 65
• 7.1 연구 결과 요약 65
• 7.2 연구의 의의 및 한계점 67