[논문 리뷰] OpenCV2X: Modelling of the V2X Cellular Sidelink and Performance Evaluation for Aperiodic Traffic

Brian J. McCarthy, Andres Burbano-Abril외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 24.

Advanced MIMO Systems Optimization인용 수 25

한 줄 요약

OpenCV2X는 aperiodic CAM 트래픽 하에서 SB-SPS를 평가하고 비주기적 트래픽에 대한 전용 비주기적 스케줄링 메커니즘을 탐색하기 위해 3GPP Release 14 C-V2X 사이드링크의 최초 오픈 소스 풀스택 시뮬레이터입니다.

ABSTRACT

This paper presents OpenCV2X, the first publicly available, open-source simulation model of the Third Generation Partnership Project (3GPP) Release 14 Cellular Vehicle to Everything (C-V2X) sidelink, which forms the basis for 5G NR Mode 2 under later releases. This model is fully compliant with the existing vehicular service and application layers, including messaging sets as defined by the automotive and standards communities providing a fully standardised, cross-layer communication model. Using this model, we show how the current sidelink scheduling mechanism performs poorly when scheduling applications with highly aperiodic communication characteristics, such as ETSI Cooperative Awareness Messages (CAMs). We then provide the first indepth evaluation of dedicated per-packet aperiodic scheduling mechanisms, in contrast to schemes that parameterise the existing algorithm. This paper highlights that the level of aperiodicity exhibited by the application model greatly impacts scheduling performance. Finally, we analyse how such scheduling mechanisms might co-exist.

연구 동기 및 목표

• ETSI/3GPP 메시징 및 계층 간 표준을 준수하는 완전한 풀스택 오픈 소스 C-V2X 사이드링크 시뮬레이터를 제공한다.
• CAM과 같은 매우 비주기적인 트래픽 패턴에서 SB-SPS 성능을 특성화한다.
• 혼합 트래픽에 대한 전용 비주기적 스케줄링 메커니즘과 SB-SPS의 공존을 평가한다.
• NR V2X Mode 2/Mode 4 우선순위 지정 및 향후 5G NR 기반 V2X에 대한 설계 선택에 정보를 제공한다.
• 비주기적 트래픽에서 SB-SPS가 저하되는 조건을 평가한다.

제안 방법

• SimuLTE를 확장하고 교차 계층 V2X 모델링을 위해 Artery/INET 또는 Veins를 통합하는 풀스택 오픈 소스 시뮬레이터(OpenCV2X)를 개발한다.
• C-V2X Mode 4 PHY/MAC 계층(LtePhyVueMode4, LteMacVueMode4)을 구현하고 sensing/CSR 필터링으로 SB-SPS를 지원한다.
• 전송된 리소스 블록(Resource Blocks) 간에 전력을 분포시켜 각 RB마다 PSSCH-RSRP와 S-RSSI를 계산하여 정확한 BLER/패킷 오류율 계산을 수행한다.
• 분석적 LTE-V 모드 4 모델과 대조하여 OpenCV2X를 검증하고 Channel Busy Ratio (CBR) 및 패킷 손실 기여를 비교한다.
• ETSI CAM 및 3GPP 비주기적 트래픽을 모델링한 다음, 전용 비주기적 스케줄링 메커니즘과 혼합 트래픽 공존을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 차량 밀도에서 매우 비주기적인 응용 트래픽(예: CAMs)에 직면했을 때 SB-SPS의 성능은 어떻게 나타나는가?
• RQ2 비주기적 트래픽에서 SB-SPS 성능 저하를 유발하는 조건은 무엇이며, 전용 비주기적 스케줄링 메커니즘이 이를 완화할 수 있는가?
• RQ3 전용 비주기적 스케줄링 메커니즘이 혼합 응용 모델에 대해 SB-SPS와 효과적으로 공존하는가?
• RQ4 어떤 응용 모델(3GPP 대 ETSI CAMs)이 채널 부하를 지배하고 서로 다른 전송 전력 및 MCS에서 PDR에 영향을 미치는가?
• RQ5 전송 전력 및 MCS의 변화가 V2X Mode 4에서 PDR 및 간섭에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• SB-SPS 성능은 매우 비주기적 트래픽에서 저하되며, 주로 잦은 그랜트 중단과 충돌 증가 때문입니다.
• 전용 패킷별 비주기적 스케줄링 메커니즘은 매우 비주기적 트래픽의 성능을 크게 향상시킬 수 있으며, 덜 변동적인 도착 간격은 SB-SPS의 파라미터 조정으로 수용될 수 있습니다.
• 더 높은 비주기성을 가지는 응용 모델(ETSI CAMs)은 밀도가 증가할수록 더 주기적인 패턴에 비해 PDR이 현저히 낮아진다.
• 더 높은 전송 전력과 더 높은 MCS는 PDR을 개선할 수 있지만 강건성의 희생을 수반한다; 적응형 MCS/서브채널 구성은 혼잡 감소에 도움이 될 수 있다.
• OpenCV2X 검증은 PDR 및 CBR이 분석적 LTE-V Mode 4 모델과 근접하게 일치함을 보여주며, 평균 절대 편차는 밀도 전반에서 일반적으로 몇 퍼센트 미만이다.