클라우드기반 자율주행 차량의 데이터 트래픽 특성을 고려한 LTE 네트워크의 전송지연 감소 방안

Abstract

자율주행 차량은 제한된 컴퓨팅 자원과 차량에 장착된 센서 성능의 한계, 그리고 아직 충분하게 성숙하지 못한 차량용 통신 시스템으로 인한 기술적 제약을 가지고 있다. 이를 극복하기 위하여 무선 통신망을 이용하여 실시간으로 주행 관련정보를 수신하여 자율주행에 이용하는 방법이 연구되고 있다. 본 논문에서는 클라우드 데이터센터를 통하여 자율주행 차량의 주행을 직접 제어할 수 있는 클라우드 기반 자율주행 자동차(Cloud Connected Vehicle

CCV)와 그 시스템에 대하여 설명한다. CCV 시스템은 클라우드기반 자율주행 차량, LTE 네트워크와 Cloud datacenter로 이루어진 자율주행 차량 시스템이다. CCV는 자율주행 차량의 제어를 위해 필요한 lidar, vision system과 GPS와 같은 각종 주행 정보를 LTE 네트워크를 통해 cloud datacenter로 전송한다. Cloud datacenter에서는 고성능의 컴퓨팅 파워를 통하여 다수의 CCV에서 발생하는 정보를 분석하여 향상된 자율주행을 위한 vehicle control 서비스를 각 CCV에게 제공한다. 본 논문은 CCV 시스템을 제안하고, LTE 네트워크를 통해 전송되는 센서 스트리밍 데이터와 실시간 차량 제어 데이터의 특성을 분석한다. 이를 통해 현재 LTE 네트워크에서 CCV 서비스를 지원하기 위한 문제점들을 도출한다. 그 중에서 가장 중요한 문제인 자율주행 차량의 실시간 제어를 위해 보장되어야 할 CCV 시스템의 end-to-end latency와 이를 해결하기 위한 방안을 제시한다. 해결 방안으로는 latency의 예측과 보장이 어려운 패킷 데이터 네트워크의 범위를 최소화 시키기 위해 클라우드 데이터 센터를 LTE 네트워크에서 직접 운영하는 방안을 제안한다. 또한 제안된 시스템을 LTE 프로토콜에서 지원하기 위해 CCV 데이터 트래픽을 위한 새로운 QoS 타입을 추가한다. 제안된 시스템을 따르면 LTE 네트워크 내부의 PDN-GW와 직접 연결되고 데이터 트래픽은 별도의 QoS로 전송되기 때문에, CCV 데이터 트래픽 전송 의 경우 지연시간이 감소되는 효과가 있다. 이와 같은 CCV 시스템 제안사항을 NS-3를 사용하여 모델링하고, CCV 데이터 트래픽 전송 상황에서 발생한 전송 지연 시간을 측정하였다. 실험 결과 제안된 CCV 시스템에서 약 3ms의 지연시간 감소를 확인하였다. 본 논문에서 제시된 CCV 시스템을 따르면 CCV 데이터 트래픽의 end-to-end latency가 감소하여 클라우드에서 자율주행 차량의 vehicle control을 가능하도록 한다.