[논문 리뷰] Enhancing Vulnerable Road User Safety: A Survey of Existing Practices and Consideration for Using Mobile Devices for V2X Connections

Nishanthi Dasanayaka, Khondokar Fida Hasan외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 29.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)참고 문헌 52인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 4G/5G 모바일 브로드밴드(MBB)를 활용하여 스마트폰 기반의 차량-취약 보행자 사용자(VRU) 간 양방향 실시간 안전 경고를 가능하게 하는 차량-취약 보행자 사용자(V2VRU) 통신 시스템을 제안한다. C-ITS 표준과 모바일 에지 컴퓨팅(MEC)을 활용함으로써 상황 인식 능력을 향상시키고 사고 위험을 감소시켜 현재의 단방향 V2X 솔루션의 한계를 보완한다.

ABSTRACT

Vulnerable road users (VRUs) such as pedestrians, cyclists and motorcyclists are at the highest risk in the road traffic environment. Globally, over half of road traffic deaths are vulnerable road users. Although substantial efforts are being made to improve VRU safety from engineering solutions to law enforcement, the death toll of VRUs' continues to rise. The emerging technology, Cooperative Intelligent Transportation System (C-ITS), has the proven potential to enhance road safety by enabling wireless communication to exchange information among road users. Such exchanged information is utilized for creating situational awareness and detecting any potential collisions in advance to take necessary measures to avoid any possible road casualties. The current state-of-the-art solutions of C-ITS for VRU safety, however, are limited to unidirectional communication where VRUs are only responsible for alerting their presence to drivers with the intention of avoiding collisions. This one-way interaction is substantially limiting the enormous potential of C-ITS which otherwise can be employed to devise a more effective solution for the VRU safety where VRU can be equipped with bidirectional communication with full C-ITS functionalities. To address such problems and to explore better C-ITS solution suggestions for VRU, this paper reviewed and evaluated the current technologies and safety methods proposed for VRU safety over the period 2007-2020. Later, it presents the design considerations for a cellular-based Vehicle-to-VRU (V2VRU) communication system along with potential challenges of a cellular-based approach to provide necessary recommendations.

연구 동기 및 목표

• 50% 이상의 모든 도로 사고 사망자 수를 차지하는 취약 보행자(VRU) 사망자 수 증가 문제를 해결하기 위해
• 현재의 단방향 V2X 시스템이 VRU가 경고를 보낼 수는 있지만 안전 정보를 수신할 수 없음을 고려할 때의 한계를 규명하기 위해
• 4G/5G MBB와 C-ITS 표준을 활용한 스마트폰 기반의 양방향 V2VRU 통신 프레임워크를 제안하기 위해
• 실시간 안전 응용 프로그램을 지원하기 위해 모바일 밴드웨어 네트워크에 V2VRU 시스템을 구현할 때 발생하는 기술적 과제를 분석하기 위해
• 실시간 안전 응용 프로그램을 지원하기 위해 모바일 에지 컴퓨팅(MEC)과 중간소프트웨어를 통해 상호운용성을 확보하기 위한 솔루션을 제안하기 위해

제안 방법

• 4G/5G 모바일 브로드밴드(MBB)를 활용한 스마트폰 기반 V2VRU 시스템 아키텍처를 설계하여 양방향 통신을 구현한다.
• VRU 안전을 위한 통신 요구사항을 정의하기 위해 C-ITS 표준과 사례를 적용한다.
• 계산을 에지 서버로 오프로드함으로써 지연 시간과 전력 소비를 줄이기 위해 모바일 에지 컴퓨팅(MEC)을 도입한다.
• 실시간 안전 경고 전파를 가능하게 하기 위해 에지에서 발행-처리-구독 모델을 활용한다.
• DSRC와 셀룰러 V2X 시스템 간의 상호운용성을 가능하게 하기 위해 이중 기술 기반의 도로변 장치(RSU) 중간소프트웨어를 제안한다.
• 표준화된 V2X 메시지 형식을 사용하여 지연 시간, 신뢰성 및 확장성 제약 조건 하에서 시스템 성능을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 모바일 브로드밴드 인프라를 활용하여 양방향 V2VRU 통신을 효과적으로 구현하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 실시간 안전 응용 프로그램을 위해 4G/5G MBB 네트워크에 V2VRU 시스템을 구현할 때 발생하는 핵심 기술적 과제는 무엇인가?
• RQ3 모바일 에지 컴퓨팅(MEC)은 스마트폰 기반 V2VRU 시스템에서 지연 시간과 에너지 효율을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 중간소프트웨어는 DSRC와 셀룰러 V2X와 같은 이질적인 V2X 기술 간의 상호운용성을 어떻게 지원할 수 있는가?
• RQ5 C-ITS 표준은 확장성과 보안이 확보된 V2VRU 통신 시스템 설계를 어떻게 지원하는가?

주요 결과

• 현재의 VRU 안전을 위한 C-ITS 솔루션은 대부분 단방향이어서 VRU가 경고를 보낼 수는 있지만 안전 정보를 수신할 수 없어 효과가 제한된다.
• 4G/5G MBB를 활용한 스마트폰 기반 V2VRU 통신은 실현 가능하며 최적화된 시스템 아키텍처를 통해 실시간 안전 경고를 지원할 수 있다.
• 모바일 에지 컴퓨팅(MEC)은 데이터 처리를 에지 서버로 오프로드함으로써 통신 지연 시간과 기기의 전력 소비를 크게 줄인다.
• 에지에서의 발행-처리-구독 모델은 수신자에 대한 안전 경고 전파를 확장성 있고 저지연으로 가능하게 한다.
• 표준화된 RSU에 중간소프트웨어를 탑재함으로써 DSRC와 셀룰러 V2X 시스템 간의 상호운용성이 달성될 수 있다.
• 다양한 제조사 간 호환성과 시스템 전반의 신뢰성을 확보하기 위해 표준화된 인터페이스와 메시지 형식이 필수적이다.