[论文解读] OpenCV2X: Modelling of the V2X Cellular Sidelink and Performance Evaluation for Aperiodic Traffic

Brian J. McCarthy, Andres Burbano-Abril+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2021

Advanced MIMO Systems Optimization被引用 25

一句话总结

OpenCV2X 是首个开源全栈仿真器，用于评估 SB-SPS 在非周期 CAM 流量下的 3GPP Release 14 C-V2X sidelink，并探索专用的非周期性调度机制。

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.

研究动机与目标

• 提供一个符合 ETSI/3GPP 消息与跨层标准的全栈开源 C-V2X sidelink 仿真器。
• 使用高度非周期性流量模式（如 CAMs）表征 SB-SPS 性能。
• 评估专用的非周期性调度机制及其与 SB-SPS 在混合流量中的共存性。
• 为 NR V2X Mode 2/Mode 4 的优先级设计选择以及未来的基于 5G NR 的 V2X 提供信息。
• 评估在非周期性流量下 SB-SPS 降级的条件。

提出的方法

• 开发一个全栈开源仿真器(OpenCV2X)，在 SimuLTE 的基础上扩展并整合 Artery/INET 或 Veins 以实现跨层 V2X 建模。
• 实现 C-V2X Mode 4 的 PHY/MAC 层（LtePhyVueMode4、LteMacVueMode4），并支持带感知/ CSR 过滤的 SB-SPS。
• 将功率分配到传输的资源块以计算每个 RB 的 PSSCH-RSRP 与 S-RSSI，以实现准确的 BLER/包错误率计算。
• 将 OpenCV2X 与解析的 LTE-V Mode 4 模型进行验证，并比较 Channel Busy Ratio (CBR) 与分配的包丢失归因。
• 建模 ETSI CAMs 与 3GPP 的非周期性流量，然后测试专用的非周期性调度机制及混合流量的共存性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同车辆密度下，当面对高度非周期性应用流量（如 CAMs）时，SB-SPS 的表现如何？
• RQ2 导致 SB-SPS 针对非周期性流量性能下降的条件有哪些，是否可以通过专用的非周期性调度机制来缓解？
• RQ3 专用的非周期性调度机制能否与 SB-SPS 在混合应用模型中有效共存？
• RQ4 哪些应用模型（3GPP 与 ETSI CAMs）主导信道负载并在不同发射功率与 MCS 下影响 PDR？
• RQ5 发射功率和 MCS 的变化如何影响 V2X Mode 4 下的 PDR 与干扰？

主要发现

• SB-SPS 在高度非周期性流量下性能下降，主要原因是授权中断频繁和冲突增加。
• 专用的逐包非周期性调度机制可以显著提升高度非周期性流量的性能，而较不变的到达率可以通过 SB-SPS 的参数调整来适应。
• 更高非周期性应用模型（ETSI CAMs）表现出显著较差的 PDR，尤其在密度增加时，相较于更周期的模式。
• 更高的发射功率和更高的 MCS 可以提升 PDR 但以鲁棒性折中；自适应 MCS/子信道配置可能有助于降低拥塞。
• OpenCV2X 验证显示 PDR 和 CBR 与解析的 LTE-V Mode 4 模型高度一致，平均绝对偏差在大多数密度下通常低于几个百分比。