In this dissertation, vehicle-to-everything (V2X) communications for vehicle platooning is addressed. Vehicle platooning is maily classified into three main operational types, which are a network control-based method through vehicle-to-network (V2N) communications, a method controlled via vehicle-to-vehicle (V2V) communications within a platoon, and a method through simultaneous support of V2N and V2V communications. In this dissertation, to support vehicle platooning with V2X communications, two detailed research topics are investigated.
In the first study, we proposed efficient V2V groupcast schemes for vehicle platooning in a V2V network. In V2V groupcast for vehicle platooning, the leading vehicle serving as the platoon head delivers packets to the other vehicles within the platoon, and retransmission of groupcast, in general, is implemented in two ways. The first traditional retransmission scheme is to repeatedly conduct retransmission for a predetermined number of times without receiving acknowledgment signals from receiving vehicles, and in the second scheme, initiation of retransmission is determined according to the acknowledgment signal. Although the former scheme is very easy to implement, it may lead to inefficient resource utilization due to excessive retransmissions. For the latter, the same problem arises when link quality between source vehicle user equipment (S-VE) and destination VE (D-VE) is constantly poor. Therefore, in the first study, we propose a groupcast scheme that improves the groupcast success rate (GSR) and minimizes total time consumption (TTC) by formulating a Markov decision process (MDP). Simulation results show that the GSR and resource utilization efficiency of the proposed scheme are significantly improved as compared with the traditional schemes.
In the second study, platoon head selection-based vehicle platooning handover (VPH) schemes and vehicle platooning communication (VPC) schemes are investigated in a V2X network, where both V2I/N and V2V communications are involved. We consider two types of platoon heads, communication platoon head (C-PH) and handover platoon head (H-PH), which are responsible for VPH and VPC, respectively. The purposes of this study are to analyze the influence of platoon head selection on handover probability and link outage performance, to present three VPC schemes based on C-PH selection, and to derive the closed-form analytical expressions for overall link outage probability of the proposed VPC schemes with consideration of H-PH selection. In simulation, it is confirmed that by properly selecting an H-PH that performs group handover, the probability of VPH can be reduced and the overall link outage probability can be also reduced. In addition, we validate the analytical expressions for the derived link outage probability of the three proposed VPC schemes by simulation and show that the VPC scheme 3, which exploits instantaneous channel information for selecting C-PH, yields far superior performance over the other two VPC schemes in terms of lin outage.
본 논문에서는 군집 주행 서비스 지원을 위한 차량 사물 통신 시스템에 대해 다룬다. 군집 주행은 크게 차량과 기지국 간 통신을 통한 기지국 제어 기반의 방식, 차량군 내 차량 간 통신 기반의 제어 방식, 그리고 기지국-차량과 차량 간 통신의 동시 지원을 통한 제어 방식으로 구성된다. 본 논문에서는 군집 주행 서비스 지원을 위한 두 가지 주요 세부 주제에 대해 연구를 수행하였다.
첫 번째 세부 연구에서는 차량 간 통신 기반 군집 주행 환경에서의 효율적인 그룹캐스트 통신 방식에 대해 연구하였다. 군집 주행에서의 차량 간 통신 방식은 일반적으로 리더 차량이 차량군 내 나머지 차량에 패킷을 전달하는 그룹캐스트 방식이고 전통적인 그룹캐스트 방식의 재전송은 두 가지 방식으로 구현된다. 첫 번째는 수신 차량 단말로부터 확인 응답 신호를 수신하지 않고 미리 정해진 전송 횟수 동안 반복 전송하는 방식이고 두 번째는 수신한 확인 응답 신호에 따라 재전송 여부를 결정하는 방식이다. 첫 번째 방식의 경우, 구현이 용이한 장점이 있지만 불필요한 재전송으로 인한 비효율적인 자원 활용을 야기할 수 있고 두 번째 방식의 경우에도 송신 단말과 수신 단말 간의 링크 품질이 지속적으로 열악한 경우 동일한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 논문의 첫 번째 세부 연구에서는 군집 주행 환경에서의 그룹캐스트 문제를 마르코프 결정 프로세스의 문제로 공식화하여 그룹캐스트 통신 성공률과 자원 효율을 향상시키는 그룹캐스트 방식을 제안하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 방식의 그룹캐스트 성공률과 자원 활용 효율 성능이 기존 방식 대비 크게 개선되는 것을 검증하였다.
본 논문의 두 번째 세부 연구에서는 기지국-차량 통신과 차량 간 통신이 동시에 고려된 환경에서 차량군 헤드 선택 기반의 그룹 핸드오버 메커니즘 및 군집 주행 통신 방식에 대해 연구하였다. 본 연구의 주요 목적은 차량군 헤드 선택이 핸드오버 확률과 통신 실패 성능에 미치는 영향을 분석하고 차량군 헤드 선택 기반의 세 가지 차량군 통신 기법에 대해 제시하며 각 기법에 대한 통신 실패 확률을 수식적으로 유도하였다. 시뮬레이션 결과 그룹 핸드오버를 수행하는 차량군 헤드를 적절히 선택함으로써 그룹 핸드오버 발생 확률을 줄임과 동시에 통신 실패 확률도 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 제시한 세 가지 차량군 통신 기법에 대한 통신 실패 확률 수식을 시뮬레이션으로 검증하였고 세 가지 통신 기법 중 순간 채널 정보를 이용해 차량군 통신을 위한 헤드를 선택하는 기법이 나머지 두 기법에 비해 월등히 좋은 성능을 보여주는 것을 확인하였다.
