무선 랜 기반 V2X 통신에서의 보조 수신기를 활용한 동작에 따른 영향

홍한슬 ( Hanseul Hong ),김용호 ( Ronny Yongho Kim ) 한국항행학회 2018 韓國航行學會論文誌 Vol.22 No.4

자율주행을 현실화하기 위해 각국에서는 관련 통신 표준을 기반으로 시스템을 구성하고 있으며, 그 중 무선랜 표준을 제정하는 IEEE에서는 IEEE 802.11p와 WAVE 계열 표준을 제정하여 차량 통신용 무선 통신을 지원하고 있다. 최근 저전력 동작이 부각됨에 따라 보조 수신기를 활용하는 표준인 IEEE 802.11ba이 진행 중이며, 그 사용 예시에는 V2P 동작을 포함하고 있다. 이 때, V2X 통신에 사용되는 무선 랜 표준인 IEEE 802.11p가 IEEE 802.11ba와 같이 사용 될 경우, 기존 IEEE 802.11ba에서의 추가적인 wake-up frame의 전송으로 인해 채널 용량이 지나치게 낮아져 지연 시간 요구사항을 맞추지 못할 수 있다. 본 논문에서는 차량용 무선랜 표준인 IEEE 802.11p 및 WAVE가 최근 개발되고 있는 저전력 표준인 IEEE 802.11ba 표준과 결합될 때의 시스템 구성 방법을 제시하고 성능 분석과 고찰을 통해 미래 자율주행 통신에서 IEEE 802.11ba를 이용한 저전력 V2P 동작을 효과적으로 사용하기 위한 고려사항 및 개선 방안을 제시하고자 한다. To realize the self-driving technology, there have been various system designs based on the related V2X standards, especially the IEEE 802.11p and WAVE standard supporting the WLAN V2X communication. On the other hand, the new standard IEEE 802.11ba defining supplementary wake-up radio operation is now under standardization targeting the low power operation, and it includes the V2P operation in use cases. However, if IEEE 802.11ba is used with the IEEE 802.11ba for V2X operation, the additional transmission procedure of wake-up frame in IEEE 802.11ba may cause the congestion problem and fails to meet the delay requirement. In this paper, the system structure of the combination of IEEE 802.11ba with the 802.11p is studied. In addition, based on the analysis and simulation, the considerations and improvements for effective low-power V2P communication in future self-driving technology using IEEE 802.11ba are proposed.

IEEE802.11p 수신 단 채널 추정 기술의 성능 평가를 위한 SDR 테스트베드 기반 필드 테스트 연구

박진수(Jinsu Park),한승호(Seungho Han),송창익(Changick Song) 대한전자공학회 2020 전자공학회논문지 Vol.57 No.4

오늘날 차량용 무선통신시스템은 지능형 교통시스템 산업에서 운전자의 안전 및 응용 서비스 제공 등을 담당하는 중요한 역할을 수행하고 있다. 차량 환경에서 안정적인 정보 교환을 위해서는 고속이동에 따라 급변하는 채널을 정확히 추정할 수 있는 고성능 채널 추정 기술이 필요하다. 지금까지 다양한 채널 추정 기술들이 제안되어 왔지만 고가의 통신장비와 현실적인 제약에 의해 주로 컴퓨터 모의실험을 통해서 채널 추정 기술에 대한 성능 분석이 이루어졌다. 본 연구논문에서는 자체 개발한 IEEE802.11p 송/수신기 테스트베드를 실제 차량에 탑재하고 다양한 주행 환경에서 필드 테스트를 수행하고 그 결과를 분석하였다. 본 연구에서 개발한 테스트베드는 기존 필드테스트 관련 연구들과 달리 software defined radio 장비를 기반으로 구축되었기 때문에 문헌상에서 제안된 다양한 수신 알고리즘들의 구현과 비교 분석이 용이하다. 본 연구 결과를 통해 우리는 기존 문헌에서 제안된 다양한 IEEE802.11p 채널 추정 기술들의 실 환경 성능 데이터를 수집할 수 있었고 STA 기법이 다른 기법들 대비 다양한 주행 환경에서 가장 우수한 성능을 보이는 것을 관찰할 수 있었다. Today"s automotive wireless communication systems play an important role in the intelligent transportation systems industry, providing driver safety and application services. For stable information exchange in a vehicle environment, a high performance channel estimation technique is needed to accurately estimate the rapidly changing channel according to high speed movement. Various channel estimation techniques have been proposed so far, but due to the expensive communication equipment and realistic constraints, the performance analysis of the channel estimation technique has been conducted mainly through computer simulation. In this research paper, we conducted field trial with self-developed IEEE802.11p transmitter/receiver testbed was mounted on vehicle in various driving environments and analyzed the result. Testbed developed in this study was implemented on software defined radio equipment, unlike the existing field trial study, so it was easy to implement and compare various receiver algorithm. Through the result of this study, we were able to collect real environment performance data of various IEEE802.11p channel estimation techniques proposed in existing literature and observe that the STA scheme shows the best performance in various driving environments compared to other schemes.

802.11p 기반 다중 라디오 다중채널 네트워크 환경에서 안전 메시지 전송을 위한 내쉬 협상 해법을 이용한 채널할당

권영호 ( Yong-ho Kwon ),이병호 ( Byung-ho Rhee ) 한국인터넷정보학회 2014 인터넷정보학회논문지 Vol.15 No.3

IEEE 802.11p 차량 네트워크 환경 (WAVE)에서는 차량 운전자의 안전을 위해서 주기적으로 안전 메시지를 전송하도록 되어 있다. 차량 안전 메시지의 전송을 통해 도로상의 안전과 주행 효율을 제공하기 위해서 WAVE 표준에서는 멀티 채널 멀티 라디오 환경을 제안하고 있다. 그러나 WAVE 표준안은 안전메세지를 하나의 물리 디바이스에 하나의 채널을 이용하여 제어하고 전송하는 것으로 정의되어 있어서 다중 라디오 환경과 안전 메시지 전송 효율성을 고려하지 않았다. 또한 네트워크 무선상에서 서로 충돌이 일어나지 않는 채널을 할당하는 채널 할당은 네트워크 망구성방식을 잘 알고 있거나 모든 노드들이 같은 전송률을 가지는 무선 대역에 있어도 NP-hard한 문제로 잘 알려져 있다. 본 논문에서는 최신 802.11p와 1609.4 802.11p 표준을 이용해서 다중 채널 다중 라디오 WAVE 환경을 무선 메쉬 네트워크로 가정하여 Nash 협상 게임을 통해서 서로 간섭이 없는 채널을 할당하는 방법을 제안하고자 한다. 본 제안된 알고리즘은 시뮬레이션을 통해서 검증하였고 해당 알고리즘이 8채널 3 라디오 환경에서 랜덤 채널 할당 방법이나 Tabu 알고리즘 보다 효율성이 좋다는 것을 입증하였다. For the safety messages in IEEE 802.11p vehicles network environment(WAVE), strict periodic beacon broadcasting requires status advertisement to assist the driver for safety. WAVE standards apply multiple radios and multiple channels to provide open public road safety services and improve the comfort and efficiency of driving. Although WAVE standards have been proposed multi-channel multi-radio, the standards neither consider the WAVE multi-radio environment nor its effect on the beacon broadcasting. Most of beacon broadcasting is designed to be delivered on only one physical device and one control channel by the WAVE standard. also conflict-free channel assignment of the fewest channels to a given set of radio nodes without causing collision is NP-hard, even with the knowledge of the network topology and all nodes have the same transmission radio. Based on the latest standard IEEE 802.11p and IEEE 1609.4, this paper proposes an interference aware-based channel assignment algorithm with Nash bargaining solution that minimizes interference and increases throughput with wireless mesh network, which is deigned for multi-radio multi-cahnnel structure of WAVE. The proposed algorithm is validated against numerical simulation results and results show that our proposed algorithm is improvements on 8 channels with 3 radios compared to Tabu and random channel allocation algorithm.

IEEE 802.11p 구현을 위한 RF 회로 설계

이세연 ( Se Yeun Lee ),이명호 ( Myung Ho Lee ) 한국항행학회 2012 韓國航行學會論文誌 Vol.16 No.1

차세대 ITS 환경을 위한 차량용 무선 통신 규격인 WAVE 규격은 IEEE 802.11p와 IEEE P1609 규격을 통칭하며, IEEE 802.11p의 규격제정이 마무리됨에 따라 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 고속 차량 환경과 실내 환경의 차이는 무선 통신 채널 모델이 훨씬 가혹하다는 것이다. 따라서, 무선 통신 시스템의 설계 시 온도, 잡음, 다중 경로 페이딩과 같은 시스템의 성능을 저하시킬 수 있는 사항들을 충분히 고려하여야 한다. 본 논문에서는 IEEE 802.11p PHY/MAC을 기반으로 하는 WAVE 무선 통신 시스템을 위한 RF 회로를 설계하고 실제로 구현하면서 나타나는 문제들을 보이고 이를 해결하는 과정을 보였다. The WAVE specification, which for the Next-Generation ITS environment is a common title: IEEE 802.11p and IEEE P1609 specifications. These days, there are many activities for researching WAVE specification by release of the IEEE 802.11p specification. The difference between high-speed vehicle environment and the indoor environment, the wireless communication channel mode is that much more severe. Thus, the wireless communication system design, temperature, noise, multipath fading and can degrade the performance of the system points should be fully considered matters of. In this paper, we showed WAVE wireless communication system which based on IEEE 802.11p PHY/MAC design process, and also showed solving process many implementation problems.

Performance Analysis of IEEE 802.11p MAC Protocol in VANETs

Duc Ngoc Minh Dang(단넉민덕),Choongseon Hong(홍충선),Sungwon Lee(이성원),Jongwon Choe(최정원) 한국정보과학회 2014 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.20 No.1

VANET(Vehicular Ad hoc Networks)는 운전의 안전성, 편안함과 효율성을 향상시키는 지능형 교통 시스템(ITS: Intelligent Transportation System)을 위한 기술로 각광받고 있다. IEEE 802.11p/WAVE는 VANET에서 무선 접속을 지원하는 것을 목표로 하는 표준이다. IEEE 802.11p/WAVE MAC은 긴급을 요하는 트래픽을 위한 신뢰성 있는 브로드캐스팅과 성능적인 면에서 서비스 트래픽을 위해 높은 전송률을 지원해야 한다. 따라서 본 논문에서는 2-D 마코브 체인 모델을 사용하여 IEEE 802.11p에서 포화상태의 성능을 분석하고자 한다. 수치적인 결과를 통해 서비스 트래픽의 포화상태 처리량, 패킷 전송률, 그리고 긴급 트래픽의 평균 지연율과 같은 파라미터들이 망 성능에 어떻게 영향을 미치는지 확인할 수 있다. Vehicular Ad hoc Network (VANET) is emerging as a potential technology for the Intelligent Transportation System (ITS) to enhance the safety, comfort and efficiency of driving. The IEEE 802.11p/ WAVE is a standard intended to support wireless access in VANETs. The IEEE 802.11p/WAVE MAC needs to provide the reliable broadcast for emergency traffic and high throughput for service traffic as the performance metrics. Accordingly, in this paper we study on the saturation performance of the IEEE 802.11p by using the 2-D Markov chain model. The numerical results show how the network parameters impact the network performance: normalized saturation throughput of service traffic; packet delivery ratio and average delay of emergency traffic.

도심환경에서 IEEE 802.11p의 채널 추정 성능 분석

김윤경(Yoon-Kyeong Kim),문철(Cheol Mun) 한국정보기술학회 2014 Proceedings of KIIT Conference Vol.2014 No.5

본 논문은 IEEE 802.11p 표준을 기반으로 하는 V2I(Vehicular to Infrastructure) 통신시스템의 채널 추정 성능을 도심환경에서 분석한다. IEEE 802.11p 표준의 송신기와 수신기를 링크레벨 시뮬레이터로 구현하였으며 실제 도심환경을 모델링하고 차원 레이 트레이싱 시뮬레이터를 통해 도출된 V2I 페이딩 채널 모델을 사용하였다. AWGN(Additive White Gausian Noise) 환경과 실제 도심환경의 페이딩 채널 환경에서 완벽한 채널 추정 방식과 파일럿 신호를 사용하는 LS(least square) 채널 추정 방식의 SER(Symbol Error Rate) 성능을 비교 분석하였다. 실제 도심 환경과 같이 scattering이 많이 발생하는 주파수 선택적 페이딩환경에서는 4개의 파일럿 톤을 사용하는 LS 채널추정 방식을 사용하여 채널을 추정 하는 것에는 한계가 있음을 확인하였다. In this paper, performance of channel estimation in IEEE 802.11p is evaluated in V2I(Vehicular to Infrastructure) urban environments. SER performance is evaluated by IEEE 802.11p link level simulation by using TDL(Tapped Delay Line) power delay profile model obtained by 3D ray-tracing of real urban environments. Performance comparison of LS(least square) channel estimation with perfect channel estimation shows that the pilot spacing defined by is insufficient in IEEE 802.11p standard is limited in urban environments with high frequency selectivity.

IEEE 802.11p에서 차량단말기간에 혼잡상황 해결을 위한 동적충돌 윈도우 향상 기법

박현문(Hyun-Moon Park),박수현(Soo-Hyun Park),이승주(Seung-Joo Lee) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.47 No.6

본 논문은 IEEE 802.11p에 기반한 CSMA의 미디어 접근 제어로서, 경쟁 차량단말기(OnBord Unit, OBU)의 증가에 따른 전송 지연(transmission delay)과 감소(data throughput decrease) 문제를 해결하고자 한다. 경쟁 기반의 전송매체에서는 OBU 증가에 따라 충돌 확률이 높아진다. 이러한 미디엄 계층의 성능 향상을 위해 교통량과 데이터 종류를 고려하여 접속 단말기의 개별 충돌 윈도(Contention Windows, CW)를 동적으로 조절하는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)를 제안하였다. EDCA는 채널별 서비스 차별화를 위해 네 개의 클래스를 AC(Access Category)마다 고정된 최소 경쟁 윈도우(CWmin) 값과 최대 경쟁 윈도우(CWmax) 값을 적용한다. EDCA는 트래픽 특성별로 구분되어 AC 간의 차별화를 보장하지만, IEEE 802.11p에 구성된 채널별 특성과 네트워크 상태를 보장하지 않기 때문에, 짧은 채널 서비스별 혼잡에 따른 충돌 발생을 능동적으로 대처할 수 없다. 이에 따른 해결방안으로 CWminAS(CWmin Adaptation Scheme)와 ACATICT(Adaptive Contention window Adjustment Technique based on Individual Class Traffic)가 능동적인 CW의 제어 기법으로 제시되었다. 선행연구는 개별 AC 값에 따라 발생하는 충돌 확률을 고려하지 않거나 단일 채널 기반의 개별 AC 값만 고려하고, IEEE 802.11p의 채널별 요구 사항과 이에 따른 충돌 확률을 반영하지 않았다. 본 연구는 이전 서비스 구간에서 OBU 경쟁에 따라 발생하는 충돌 횟수와 현재 무선망의 혼잡을 고려하여, 다음 채널의 CW를 능동적으로 제어하는 기법으로 ACCW(Adaptive Control of Contention windows in considering the WAVE situation)를 제안한다. The study aims at offering a solution to the problems of transmission delay and data throughput decrease as the number of contending On-Board Units (OBU) increases by applying CSMA medium access control protocol based upon IEEE 802.11p. In a competition-based medium, contention probability becomes high as OBU increases. In order to improve the performance of this medium access layer, the author proposes EDCA which a adaptive adjustment of the Contention Windows (CW) considering traffic density and data type. EDCA applies fixed values of Minimum Contention Window (CWmin) and Maximum Contention Window (CWmax) for each of four kinds of Access Categories (AC) for channel-specific service differentiation. EDCA does not guarantee the channel-specific features and network state whereas it guarantees inter-AC differentiation by classifying into traffic features. Thus it is not possible to actively respond to a contention caused by network congestion occurring in a short moment in channel. As a solution, CWminAS(CWmin Adaptation Scheme) and ACATICT(Adaptive Contention window Adjustment Technique based on Individual Class Traffic) are proposed as active CW control techniques. In previous researches, the contention probabilities for each value of AC were not examined or a single channel based AC value was considered. And the channel-specific demands of IEEE 802.11p and the corresponding contention probabilities were not reflected in the studies. The study considers the collision number of a previous service section and the current network congestion proposes a dynamic control technique ACCW(Adaptive Control of Contention windows in considering the WAVE situation) for CW of the next channel.

Implementation of Embedded System for IEEE802.11p based OFDM-DSRC Communications

곽재민,Kwak, Jae-Min The Korea Institute of Information and Commucation 2006 한국정보통신학회논문지 Vol.10 No.11

본 논문은 IEEE802.11p 기반의 OFDM-DSRC 통신을 위한 임베디드 시스템의 구현에 대 한 것이다. IEEE802.11p 표준의 물리계층 규격에 대해 먼저 설명하고, 규격에 따른 모뎀의 BER 성능을 시뮬레이션을 통해 평가하고, 본 논문에서 구현한 시스템 구조와 설계방식, 구현 결과에 대해 설명한다. OFDM-DSRC 통신을 위해 구현한 임베디드 시스템은 FPGA, 플래쉬 메모리, ARM9 CPU 및 기타 주변장치들로 구성하였다. 구현 결과로부터, 본 논문에서 구현한 IEEE802.l1p를 따르는 OFDM-DSRC 시스템이 정상적으로 동작함을 확인하였다. 구현한 IEEE802.11p에 따른 임베디드 시스템에 대한 최적화를 통해 ITS와 같은 무선 통신 응용 시스템에 적용할 수 있을 것으로 예상된다. In his paper, embedded system implementation for IEEE802.l1p based OFDM-DSRC is presented. After the IEEE802.11p physical layer specification is introduced and BER performance of the modem is evaluated by simulation, implementation aspects of the system such as system architecture, design method and implementation results are addressed. Implemented embedded system for the OFDM-DSRC communication consists of FPGA, flash memory, ARM9 CPU Core, peripherals, etc. from the results, it is shown that the implemented system operates well according to IEEE802.11p specification. It is expected that implemented embedded system shall be used for wireless communication system such as ITS application by enhancing system optimizing.

차세대 V2X 시스템과 그 전송 거리 분석

안진수 ( Jinsoo Ahn ),김백 ( Baik Kim ),김용호 ( Ronny Yongho Kim ) 한국항행학회 2019 韓國航行學會論文誌 Vol.23 No.1

본 논문에서는 최신 커넥티드 카 기술에 적용되는 IEEE 802.11p 표준에 기반한 현세대 및 차세대 V2X (vehicle to anything) 시스템에 대해 분석하고 차세대 V2X 시스템에 적용될 수 있는 채널 접근 기술을 제시한다. 제안하는 기법은 차세대 무선랜 표준의 직교 주파수 분할 다중 사용자 전송 환경에서의 다중 사용자 전송 기법을 차용하여 IEEE 802.11p 기반 차세대 표준에 적용하는 방법을 제시하고 있다. 본 논문에서는 기존 IEEE 802.11p 표준 기반 시스템과 제안하는 시스템 간의 그 전송 거리 및 지리적 네트워크 면적 성능을 측정함으로써 제안하는 기법에 의해 해당 요소들이 어느 정도 개선될 수 있는지를 보이며, 이를 통해 얻어낸 본 연구의 실험 결과는 제안하는 기법들이 기존 V2X 표준 및 시스템의 성능을 개선시키는 데에 매우 적합함을 보인다. 또한, 본 논문은 제안하는 기법을 포함한 차세대 V2X 채널 접근 기법에 대한 분석 방법과 실험 결과를 함께 제공한다. In this paper, a novel channel access scheme for the next-generation vehicle to anything (V2X) system based on IEEE 802.11p standard which is applied to recent connected car technologies is suggested and analyzed. The proposed scheme proposes a channel access method utilizing OFDMA multi-user transmission for IEEE 802.11p based system. In this paper, the authors examine geographical distance and network area performance of IEEE 802.11p system and the proposed scheme. Results of this research show that the proposed scheme is quite suitable for improving conventional V2X standards and systems. This paper also provides mathematical analysis and simulation results of the conventional IEEE 802.11p system and the proposed scheme.

차량간 통신 환경에서의 모바일 컨버전스를 위한 무선 네트워크 성능 분석에 관한 연구

조기영,남호석,김승천,김준년 한국인터넷방송통신학회 2011 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.11 No.3

본 논문은 모바일 환경에서 IEEE802.11 무선랜의 성능을 실제로 측정하고 성능을 분석해본다. 성능 분석을 위해서는 기존의 IEEE802.11b/g와 차량간 통신(V2V) 환경에 적합하게 설계된 IEEE802.11p에 대해서 성능을 측정하여 분석하였다. 기존의 IEEE802.11b/g는 V2I, IEEE802.11p는 V2I와 V2V에서 실험을 진행하였다. 따라서 각각 자동차의 주행속도를 점차 증가시켜 실험을 진행하였으며, 그에 따른 통신반경, 링크접속시간, 데이터 전송속도를 측정하였다. This paper provides the performance measurement and analysis of Wireless LAN IEEE 802.11 in a mobile environment. The performances of IEEE802.11b/g and IEEE802.11p designed for Vehicle-to-Vehicle(V2V) communication are measured and analyzed. Diameter of communication and link access time are compared under variation of speed of the vehicle.