Design of V2X-based Vehicular Contents Delivery Network for Autonomous Driving

Abstract

Recent technical innovation has driven the evolution of autonomous vehicles. To improve safety as well as on-road vehicular experience, vehicles should be connected with each other or to vehicular networks. Some specification groups, e.g., IEEE and 3GPP, have studied and released vehicular communication requirements and architecture. IEEEs Wireless Access in Vehicular Environment focuses on dedicated and short-range communication, while 3GPPs New radio V2X supports not only sidelink but also uplink communication. The 3GPP Release 16, which supports 5G New Radio, offers evolved functionalities such as network slice, Network Function Virtualization, and Software-Defined Networking. In this study, we define and design a vehicular network architecture compliant with 5G core networks. For localization of autonomous driving vehicles, a high-definition map needs to contain the context of trajectory . We also propose new methods by which autonomous vehicles can push and pull map content efficiently, without causing bottlenecks on the network core. We evaluate the performance of V2X and of the proposed caching policy via network simulations. Experimental results indicate that the proposed method improves the performance of vehicular content delivery in real-world road environments.

최근들어 기술의 혁신은 자율주행 자동차의 발전을 가속화 하고 있다. 보다 높은 수준의 자율 주행을 구현하기 위해서, 차량은 네트워크를 통해 서로 연결되어 있어야 하고 차량의 안전과 편의성을 향상 시킬 수 있도록 정보를 공유 할 수 있어야 한다. 표준화 단체인 IEEE와 3GPP는 차량 통신 요구사항, 아키텍처를 연구하고 개정해왔다. IEEE가 전용 채널을 통한 근접 지역 통신에 초점을 맞추는 반면에, 3GPP의 New Radio V2X는 Sidelink 뿐만 아니라 Uplink 통신을 동시에 지원한다. 5G 통신을 지원하는 3GPP Release 16은 Network Slice, NFV, SDN과 같은 새로운 통신 기능들을 제공한다. 이 연구에서는 새롭게 정의된 5G Core Network Architecture를 바탕으로 차량 네트워크를 정의하고 설계하였다. 자율주행 자동차의 측위를 위해서, 고해상도 지도는 각 구성요소들의 의미와 속성을 자세하게 포함하고 있어야 한다. 우리는 이 연구에서 V2X 네트워크 상에 HD map을 중계할 수 있는 Edge Server를 제안 함으로써, 중앙에서 발생할 수 있는 병목현상을 줄이고 전송 Delay를 최소화한다. 또한 Edge의 컨텐츠를 등록하고 삭제하는 정책으로 기존의 LRU, LFU가 아닌 새로운 컨텐츠 교체 알고리즘을 제안하였다. 실제 주행 시험과 시뮬레이션을 통한 실험을 통해 전송 품질을 향상시켰으며, Edge 컨텐츠의 활용도를 높였다.