최근 텔레매틱스/ITS에서의 이슈는 차량 및 운전자의 안전과 교통흐름 개선을 위한 통신 기술 마련이다. 현재 고속으로 운행 중인 많은 차량들에 노변장치 등 인프라를 연결해 서비스를 제공하기에는 인프라 확장성, 차량 이동성 등의 문제로 한계가 있다. 이같은 흐름에 부응하고자 등장한 새로운 기술적 접근이 VANET(Vehicle Ad-hoc Network)이다. VANET은 이동 중이거나 정지 중인 차량들 간의 신호 또는 데이터를 송수신하는 무선통신을 통해 네트워크를 형성하는 것을 말한다[1].
VANET에서는 차량 간 통신을 바탕으로 네트워크를 형성하기 위해 여러 가지 요구사항이 제시된다. 1대1 통신, 즉 하나의 홉만을 지원하는 차량 간 통신은 그 범위가 극히 제한적이여 서비스 제한이 따른다. 예를 들어 차량장치의 통신 가능거리가 약 50미터인데  안개가 극심한 고속도로 상황에서 사고가 났다고 가정하면 정상적으로 주행하던 후방차량이 50미터를 남겨두고 메시지를 받기 때문에 대처하기 힘든 상황을 맞게 된다. 이같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것이 멀티홉 통신을 통한 네트워크 구성이다. 앞서 예를 들었던 상황에서 반대 방향으로 진행 중인 차량에게 사고 상황을 위치 정보와 함께 송신한다면 이를 수신한 차량이 진행 방향으로 진행하면서 전파함으로써 문제 해결이 가능해진다. 네트워크를 구성해 그룹통신을 지원한다면 이처럼 여러가지 이점이 생길 것이다. 이같은 필요 요구사항으로 시작된 것이 VANET이다.

VANET 라우팅 프로토콜

애드혹(Ad-Hoc) 네트워크에서는 기지국 없이 노드 간 통신이 가능해야 하기 때문에 노드 스스로 통신 경로를 탐색, 유지하는 라우팅 프로토콜 설계가 중요하다. 국제 인터넷 표준화 기구(IETF) 산하 워킹그룹인 MANET(Mobile Ad-hoc Network)을 중심으로 효율적인 라우팅 기법들이 다양하게 제안되고 있으며, 안전한 라우팅 기법에 관한 연구도 성숙기에 접어들고 있다. MANET의 특별한 형태인 VANET은 MANET의 기본 특성을 가지고 있지만 차량의 전력을 이용할 수 있고, 높은 이동성 등의 추가적 특성을 지닌 것이 차이점이다.
컨텐션 베이스(Contention based for-warding), 맵 베이스(Map based geogra-phic routing), 브로드캐스팅 및 멀티캐스팅(Broadcasting and Multicasting)의 3가지로 나눠 각 분류에서 개발된 몇 가지 프로토콜 특징을 소개한다.

Basic-CBF
(Contention Based Forwarding)
Basic-CBF(이하 ‘CBF`)의 특징은 포워딩할 때 통신에 참여한 노드들이 경쟁을 기반으로 해 다음 홉을 결정한다는 것이다. 이때 그리디 포워딩(Greedy forwarding) 방식을 사용한다. 비컨(beacon)은 사용되지 않는다. 그리디 포워딩 방식이란 다음 노드를 선택할 때 소스 노드와 통신이 가능한 노드들 중 소스 노드와 가장 가까운 노드를 선택하는 것을 말한다. 따라서 이 방식에서는 각 노드들의 위치 정보가 매우 정확해야 함이 요구된다. CBF에서는 비컨 메시지를 통한 이웃 노드 간의 위치정보 교환이 없기 때문에 대역폭(Bandwidth)을 줄일 수 있는 장점이 있다. 전송되는 패킷들에 대해서 여러 노드에서 일어나는 패킷 중복을 피하기 위해 서프레스(suppress) 알고리즘을 사용한다.
CBF에서 소스 노드는 목적지의 위치정보를 알고 있다고 가정한다. 동작은 크게 두 가지 형태다. 먼저 네트워크 노드들은 각기 다른 타이머를 유지하면서 시간경쟁 기반을 기본으로 하며, 소스로부터 패킷을 수신한 노드들은 목적지 노드와의 거리에 따라 랜덤 시간 값을 설정하고 시간을 카운트해, 먼저 ‘0’이 된 노드가 다음 노드로 선택되어 데이터 패킷을 전달한다. 이 때 경쟁에서 뒤쳐진 다른 노드들은 시간 카운트를 취소하고 다시 대기한다. 다음으로 데이터 패킷 전달 기회를 잡은 노드가 여럿일 경우, 패킷 중복을 방지하기 위해 CBF에서는 서프레스(Suppress)라는 개념을 도입한다. 그 중 Area-based 서프레션(suppression) 알고리즘은 원형의 전송 범위를 여러 구역으로 나눠 한정된 지역 내에 있는 노드들만 통신에 참여하게 하는 방법이다. 이처럼 CBF는 비컨 메시지 비사용과 패킷 중복 방지로 대역폭(Bandwidth)을 줄이고 높은 전송률을 나타낼 수 있다[2][3].

GSR
(Geographic Source Routing)
GSR은 도시 지도에 의해 제공되는 위치기반 라우팅 방법으로, 차량이 GPS 수신기를 통해 자신의 위치를 알 수 있고, 디지털 지도 시스템이 있다고 전제한다. 또 각자의 노드가 주기적으로 자신의 현재 위치를 비컨에 주기적으로 보냄으로써 모든 이웃 노드의 위치를 안다고 가정한다. GSR은 소스에서 목적지까지 최단거리 경로를 찾기 위해 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 사용하며, 경로가 만들어진 뒤 소스는 패킷이 경로를 따라 지나가는 교차로의 집합(Sequence of junction)을 계산키 위해 디지털 지도를 사용한다. 이후 교차로 순번이 즉각적인 노드 라우팅을 위해 패킷에 추가된다. 경로설정 후 교차로 사이의 패킷전송은 그리디 포워딩 방식을 사용한다.
GSR은 기존의 DSR(Dynamic Source Routing)과 비교했을 때, 위치정보를 토대로 라우팅 함으로써 네트워크가 확장되어도 오버헤드가 적다. 또 경로 손상시 패킷을 버리지 않고, 패킷 복구를 하기 때문에 효율적이다. 반면 두 교차로 사이에 충분한 노드가 있는지를 고려하지 않기 때문에 연결성이 고려되지 않아 더 높은 연결성을 가진 A-STAR에 비해 낮은 성능을 보인다[4][5].

A-STAR (Anchor-based Street and Traffic Aware)
GSR과 동일하게 교차로마다 시퀀스 넘버를 부여하는 도시 지도에 의해 제공되는 위치기반 라우팅 방법으로, 차량이 내비게이션 시스템 등의 지도 시스템을 가지고 있음을 전제로 한다. 버스 루트 정보와 도로 트래픽 정보를 활용해 높은 연결성을 지원하는 앵커 패스를 설정하는 대도시 차량 통신에 적합한 라우팅 방식이다.
교차로마다 시퀀스 넘버를 부여하고 기본적인 앵커 패스를 형성한다. 기본 앵커 리스트 또는 고정된 앵커 포인트를 알고 있어 내가 다른 노드로 전송할 때 최적 경로를 찾아 전송한다. 정적 맵 할당과 동적 맵 할당이 있는데, 정적 할당은 기본적으로 주어진 환경조건을 통해서 앵커 패스를 다익스트라 최저 가중치 알고리즘을 통해 계산하며, 동적 할당은 맵에 있는 각도로의 가중치를 재계산해 사용한다[6][7].

DDB
(Dynamic Delayed Broadcasting)
DDB 프로토콜은 DDB1과 DDB2가 있다. DDB1은 패킷 노드들의 전송을 최소화시키는 것이 주목적이다. 그림 5와 같이 두 노드 간 거리가 멀어질수록 주위 노드들이 실시간 상황정보를 헤더 패킷 부분에 저장해 두 노드가 멀어지더라도 주위에서 정보를 알아 낼 수 있다. 그림 6에 따라서 다음 DFD (Dynamic Forwarding Delay) 값이 결정된다. 그래프를 보면 알 수 있듯이 추가영역이 증가할수록 재방송(rebroadcasting) 시간인 Add-Delay가 짧아짐을 알 수 있다.
DDB2는 전력을 제어해 네트워크 수명을 최대화하기 위한 방식이다. DDB2의 조건은 네트워크에 일부분이 접속한 노드라도 모두 전송할 수 있어야 하며, 추가적인 영역이 전송할 수 있는 영역보다 작더라도 확인 후 전송하는 것이다. MAC 계층에 직접적으로 접근 가능해야 하며, 무선 인터페이스 큐에 대해 엄격해야 한다. 또 지연시간을 계산해 다시 처리 가능해야 한다.
그림 7은 DDB 전송방법을 간략화한 것으로서 최초 노드 ‘A’가 브로드캐스팅 방식으로 인근 노드들에게 전송한다. 수신한 노드들은 AC(Additional coverage)에 따라 DFD를 계산하게 되고 AC부분이 많은 노드가 짧은 지연시간을 가지게 된다. 노드 ‘B’가 짧은 지연시간을 가지고 전송하게 되고, 다시 나머지 노드들 간의 DFD 시간을 재설정하게 된다. 이때, 이미 전송했던 노드 ‘A’는 보냈던 패킷이라는 것이 확인된다면 재전송을 하지 않는다. DDB는 컨트롤 메시지가 전송되지 않기 때문에 네트워크 자원이 단순해 경제적 사용이 가능하다. DDB는 자동차 및 센서 네트워크와 같은 전력 제한을 요구하거나 빈번하게 변화하는 토폴로지 같은 무선 멀티 홉 네트워크(Wireless multi-hop network)에 대해 장점을 가지는 방송 프로토콜이다[10].

LCN(Least Common Neighbor)
LCN은 차량 간 애드혹 통신에서 브로트캐스팅 전송을 위한 플러딩의 한 방법이다. 차량마다 이웃 차량 리스트를 가지고 있고, 다음 홉을 결정할 때 최소의 공유 이웃 리스트를 가진 차량이 재방송 노드로 선택된다. 플러딩 시 오버헤드를 줄여줘 빠르게 데이터를 후방으로 전송할 수 있는 프로토콜이다.
이동하는 차량 ‘A’, ‘B’의 거리가 점차 벌어지면서 그림 8의 순서로 공유 노드 수가 줄어든다. 공유 노드 수가 적다는 것은 그 차량에서 가장 멀리 떨어져 있는 차량을 의미한다. 따라서 브로드캐스팅으로 전송할 경우 재전송 노드를 선택함에 있어서 공유 노드 수가 적은 노드를 선택하는데 효율적이다. 각 차량 간에는 헬로우 메시지를 통해 이웃 차량 리스트를 가진다. 차량 ‘A’에서 긴급 상황이 발생했을 경우 브로드캐스팅으로 긴급 메시지를 전송하고, 메시지 안에 이웃 차량 리스트를 포함해 전송한다. 긴급 메시지를 수신한 차량들은 자신의 이웃 차량 리스트와 긴급 메시지에 포함된 차량 ‘A`의 이웃 차량 리스트를 비교해 공유 리스트를 작성한다. 재전송 시간을 설정함에 있어 공유 차량 수를 이용해 가장 적은 공유 차량 수를 지닌 차량이 재전송 차량이 된다. 가장 적은 공유 차량 리스트를 가진 차량이 재전송을 하고, 차량 `A`의 라디오 통신영역 내에 있는 다른 차량들은 재전송된 긴급 메시지를 수신하면 자신이 재전송하려고 했던 긴급 메시지를 삭제한다.
위의 테이블과 같은 환경에서 일반적인 브로드캐스팅을 하는 경우(Pure)와 LCN 프로토콜을 사용해 브로드캐스팅 하는 방법을 비교한 결과, Pure보다 LCN 프로토콜을 이용했을 경우 전송 패킷 숫자가 현저하게 줄어든다. LCN 프로토콜을 이용해 브로드캐스팅 플러딩으로 했을 경우 플러딩 시 발생하는 오버헤드를 줄일 수 있고 메시지를 보다 빠르게 전송할 수 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine