[논문 리뷰] Vehicular Ad Hoc and Sensor Networks; Principles and Challenges

Mohammad Jalil Piran, Garimella Rama Murthy외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 13.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)Engineering인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 고속도로 안전성과 교통 효율성을 향상시키기 위해 이동 중인 차량 노드와 도로변 센서 노드를 통합한 자기조직화형 차량형 애드hoc 및 센서망(VASNET)을 제안한다. 차량 간 및 도로변 인프라 간 무선 통신을 가능하게 함으로써, 동적 네트워크 구조, 고속 이동성, 고속 환경에서의 신뢰성 있는 데이터 배포와 같은 과제를 해결한다.

ABSTRACT

The rapid increase of vehicular traffic and congestion on the highways began hampering the safe and efficient movement of traffic. Consequently, year by year, we see the ascending rate of car accidents and casualties in most of the countries. Therefore, exploiting the new technologies, e.g. wireless sensor networks, is required as a solution of reduction of these saddening and reprehensible statistics. This has motivated us to propose a novel and comprehensive system to utilize Wireless Sensor Networks for vehicular networks. We coin the vehicular network employing wireless Sensor networks as Vehicular Ad Hoc and Sensor Network, or VASNET in short. The proposed VASNET is particularly for highway traffic .VASNET is a self-organizing Ad Hoc and sensor network comprised of a large number of sensor nodes. In VASNET there are two kinds of sensor nodes, some are embedded on the vehicles-vehicular nodes- and others are deployed in predetermined distances besides the highway road, known as Road Side Sensor nodes (RSS). The vehicular nodes are used to sense the velocity of the vehicle for instance. We can have some Base Stations (BS) such as Police Traffic Station, Firefighting Group and Rescue Team. The base stations may be stationary or mobile. VASNET provides capability of wireless communication between vehicular nodes and stationary nodes, to increase safety and comfort for vehicles on the highway roads. In this paper we explain main fundamentals and challenges of VASNET.

연구 동기 및 목표

• 고속도로에서 증가하는 교통 사고와 정체 문제를 고급 무선 네트워킹 솔루션을 통해 해결한다.
• 실시간 교통 모니터링을 위한 차량형 애드hoc 네트워크와 무선 센서 네트워크를 통합하는 종합적인 시스템을 개발한다.
• 안정적이고 저지연 통신을 통해 안전성 및 효율성 응용 프로그램을 지원하기 위해 이동 중인 차량과 도로변 인프라 간의 통신을 가능하게 한다.
• 높은 이동성 환경에서 내재된 과제, 예를 들어 빈번한 네트워크 구조 변화와 간헐적 연결성 문제를 극복한다.
• 확장 가능하고 자기조직화된 네트워크 아키텍처를 제안하여 차량 및 도로변 센서 노드를 활용해 견고한 고속도로 모니터링을 실현한다.

제안 방법

• 고속도로에 고정 간격으로 배치된 이동형 차량 노드(이동 중인 차량에 탑재된 노드)와 도로변 센서 노드(RSS)를 조합한 하이브리드 네트워크로 VASNET을 설계한다.
• 실시간 차량 속도 및 위치와 같은 차량 파ameters를 감지하기 위해 차량 노드를 활용하여 동적 교통 모니터링을 수행한다.
• 고속 이동 환경에서의 연결성 확보를 위해 사전 정의된 위치에 도로변 센서 노드(RSS)를 배치한다.
• 경찰, 소방, 구조 등 기지국 기능을 수행할 수 있는 정거장 또는 이동식 기지국을 통합하여 비상 대응 및 데이터 집계를 지원한다.
• 고속 이동 중인 차량 노드와 도로변 단위 간의 다중호프 무선 통신을 통해 고속도로의 높은 차량 속도 상황에서도 네트워크 연결성을 유지한다.
• 애드hoc 네트워크의 자기조직화 능력을 활용하여 중앙 집중식 제어 없이도 네트워크 기능을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무선 센서 네트워크를 어떻게 효과적으로 차량형 애드hoc 네트워크에 통합하여 고속도로 안전성과 교통 관리 수준을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 고속 환경에서 사용 가능한 확장 가능하고 자기조직화된 차량 및 센서 네트워크를 설계할 때 고려해야 할 핵심 과제는 무엇인가?
• RQ3 변동성이 큰 교통 조건에서 고속 이동 차량과 도로변 인프라 간에 안정적인 통신을 어떻게 유지할 수 있는가?
• RQ4 고밀도 교통 상황에서 네트워크 커버리지 확장과 데이터 손실 감소에 기여하는 도로변 센서 노드의 역할은 무엇인가?
• RQ5 기지국을 네트워크에 어떻게 통합하여 비상 대응 및 실시간 데이터 처리를 지원할 수 있는가?

주요 결과

• VASNET은 차량 및 도로변 센서 노드를 효과적으로 통합하여 고속도로 환경에 적합한 내구성 있고 자기조직화된 네트워크를 구축한다.
• 이동형 차량 노드와 고정식 도로변 센서를 조합한 하이브리드 아키텍처는 네트워크 커버리지 향상과 연결성 장애 감소에 기여한다.
• 차량과 도로변 단위 간 무선 통신을 통해 안정성 및 교통 효율성 응용에 필수적인 실시간 데이터 교환을 가능하게 한다.
• 네트워크 아키텍처는 정거장 및 이동식 기지국 모두를 지원하여 비상 대응 및 데이터 수집의 유연성을 높인다.
• 분산형이고 적응형 통신 프로토콜을 통해 고속 이동성, 동적 네트워크 구조, 간헐적 연결성 등의 핵심 과제를 해결한다.
• 선제적 모니터링과 경고 정보 배포를 통해 교통 사고 감소 및 고속도로 안전성 향상에 기여하는 확장 가능한 프레임워크를 제공한다.