양방향 전파를 이용한 차량 간 통신 전송 시간 분석

초록

본 논문은 차량 간 통신(IVC)에서 직접 전방 연결이 어려운 상황을 대비해, 반대 방향으로 이동하는 차량을 중계자로 활용하는 ‘횡단 전파’ 방식을 제안한다. 장비 차량 간 거리를 포아송 과정으로 가정하고, 직접 통신 범위의 결정적·확률적 모델을 기반으로 전체 전송 시간의 확률분포와 평균 전파 속도를 유도한다. 다중 차선 시뮬레이션으로 이론을 검증했으며, 단일 차선에서는 차량 플래토닝 효과로 오차가 커짐을 확인했다. 교통 혼잡 경고 시나리오에 적용했을 때, 장비 보급률 1%에서도 실용적인 성능을 보였다.

상세 분석

이 연구는 현재 상용 IVC 시스템이 직진 방향으로 연속적인 연결을 확보하기 어려운 현실을 인식하고, 반대 방향 차량을 이용한 ‘횡단 전파(transversal hopping)’ 메커니즘을 체계적으로 분석한다. 먼저, 장비 차량 간 거리 분포를 포아송 과정으로 모델링함으로써 차량 흐름이 무작위적이고 독립적인 가정을 수학적으로 정량화한다. 두 가지 직접 통신 범위 모델을 도입한다. 첫 번째는 최대 전송 거리를 고정값으로 두는 결정적 모델이며, 두 번째는 거리 변동성을 감안한 확률적 모델(예: 로그정규분포)이다. 이들 모델을 바탕으로, 첫 번째 홉(전방 차량 → 반대 방향 차량)과 두 번째 홉(반대 방향 차량 → 원래 방향 차량) 각각의 대기 시간과 전송 성공 확률을 미분 방정식 형태로 전개한다. 특히, 전송 시간이 시간 변수 t에 대한 누적분포함수(F(t))로 표현되며, 이를 통해 평균 전파 속도 v̄ = L / E