[논문 리뷰] An SDN hybrid architecture for vehicular networks: Application to Intelligent Transport System

Soufian Toufga, Philippe Owezarski외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 14.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)Engineering인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 스마트 교통 시스템(ITS)을 위한 차량 간 연결성을 향상시키기 위해 DSRC와 셀룰러 네트워크를 통합한 새로운 SDN 기반 하이브리드 아키텍처를 제안한다. 중앙집중식 프로그래머블 제어를 통해 다중 홈 다수의 차량을 제어함으로써 환경 데이터(예: 교통 밀도, 차량 이동 경로)를 클라우드 통합을 통해 활용하는 동적이고 맥락 인식 가능한 라우팅 및 로드 밸런싱을 통해 저지연, 고신뢰성 서비스를 지원한다.

ABSTRACT

Vehicular networks are one of the cornerstone of an Intelligent Transportation System (ITS). They are expected to provide ubiquitous network connectivity to moving vehicles while supporting various ITS services, some with very stringent requirements in terms of latency and reliability. Two vehicular networking technologies are envisioned to jointly support the full range of ITS services : DSRC (Dedicated Short Range Communication) for direct vehicle to vehicle/Road Side Units (RSU) communications and cellular technologies. To the best of our knowledge, approaches from the literature usually divide ITS services on each of these networks according to their requirements and one single network is in charge of supporting the each service. Those that consider both network technologies to offer multi-path routing, load balancing or path splitting for a better quality of experience of ITS services assume obviously separately controlled networks. Under the umbrella of SDN (Software Defined Networking), we propose in this paper a hybrid network architecture that enables the joint control of the networks providing connectivity to multi-homed vehicles and, also, explore the opportunities brought by such an architecture. We show through some use cases, that in addition to the flexibility and fine-grained programmability brought by SDN, it opens the way towards the development of effective network control algorithms that are the key towards the successful support of ITS services and especially those with stringent QoS. We also show how these algorithms could also benefit from information related to the environment or context in which vehicles evolve (traffic density, planned trajectory, ..), which could be easily collected by data providers and made available via the cloud.

연구 동기 및 목표

• 차량 네트워크에서 엄격한 QoS 요구사항을 가진 다양한 ITS 서비스를 지원하는 데 도전 과제를 해결하기 위해.
• 개별 네트워크 관리의 한계를 극복하기 위해 다중 홈 차량을 위한 DSRC 및 셀룰러 네트워크의 공동 제어를 가능하게 하기 위해.
• SDN의 프로그래머블성과 중앙집중식 지능이 ITS 응용 프로그램의 네트워크 성능 향상에 기여하는 바를 탐색하기 위해.
• 클라우드 기반 데이터 공유를 통해 실시간 환경 맥락(예: 교통 밀도, 차량 이동 경로)을 네트워크 제어 결정에 통합하기 위해.
• 변화하는 네트워크 및 교통 조건에 동적으로 적응할 수 있는 효과적인 네트워크 제어 알고리즘 개발하기 위해.

제안 방법

• 중앙집중식 컨트롤러를 사용하여 DSRC 및 셀룰러 네트워크의 제어를 통합하는 하이브리드 SDN 아키텍처 설계하기.
• 신뢰성 향상과 지연 감소를 위해 DSRC 및 셀룰러 링크 간의 다중 경로 라우팅 및 로드 밸런싱 구현하기.
• 클라우드를 통해 외부 데이터 공급자로부터의 맥락 인식 데이터(예: 차량 속도, 이동 경로, 교통 밀도)를 SDN 컨트롤러에 통합하기.
• SDN의 프로그래머블성을 활용하여 라우팅 및 자원 할당 결정에 대한 세밀하고 실시간 제어 가능하게 하기.
• QoS 요구사항과 현재 네트워크 상태를 기반으로 두 네트워크 유형 간의 조율을 담당하는 제어 평면 정의하기.
• 지능적인 의사결정을 위한 컨트롤러에 맥락 정보를 집계하고 배포하기 위해 클라우드 활용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 ITS 서비스를 위한 최적의 QoS를 달성하기 위해 DSRC 및 셀룰러 네트워크를 공동으로 제어하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 이질적인 차량 네트워크에서 제어를 통합하기 위해 SDN을 사용하는 데서 유래하는 이점은 무엇인가?
• RQ3 환경 맥락 정보(예: 교통 밀도, 차량 이동 경로)는 차량 환경에서 네트워크 제어 결정을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 동적이고 맥락 인식 가능한 라우팅 알고리즘은 다중 홈 차량 네트워크에서 신뢰성 향상과 지연 감소에 기여할 수 있는가?
• RQ5 실시간 프로그래머블 제어를 가능하게 하기 위해 필요한 아키텍처 구성 요소는 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 SDN 하이브리드 아키텍처는 DSRC 및 셀룰러 네트워크에 대한 중앙집중식 프로그래머블 제어를 가능하게 하여 적응성과 QoS 관리 향상에 기여한다.
• 다양한 액세스 기술의 공동 제어를 통해 동적 로드 밸런싱 및 다중 경로 라우팅이 가능해져 신뢰성 향상과 지연 감소에 기여한다.
• 컨트롤 플레인에 맥락 데이터(예: 교통 밀도, 차량 이동 경로)를 통합함으로써 더 지능적이고 반응성이 높은 네트워크 결정이 가능해진다.
• 엄격한 ITS 서비스 요구사항(예: 저지연 안전 응용)을 감안한 효과적인 네트워크 제어 알고리즘이 아키텍처에서 지원된다.
• 컨트롤러를 통한 클라우드 기반 맥락 데이터 통합을 통해 사전적이고 적응적인 네트워크 행동이 가능해져 전체 시스템 성능 향상에 기여한다.
• 이러한 접근은 차세대 ITS 응용 프로그램을 위한 이질적 차량 네트워크의 통합 및 최적화를 위한 SDN의 실현 가능성을 입증한다.