분산 이동컴퓨팅 연구실

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DDS 기반 통신 성능 분석
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■ 도로 상황감시 시스템에서의 DDS 적용성 연구

개요

기존 연구에서는 교통 시스템의 효율성 및 안전성 향상을 위해 차량 에지 컴퓨팅 기술의 적용 가능성을 연구하였다. 중앙집중식 ITS(Intelligent Transportation System) 환경에서 발생하는 네트워크 병목 현상과 처리 지연 문제를 해결하기 위해, CCTV 영상 데이터를 차량 내 에지 서버에서 직접 처리하는 시스템 구조를 설계하였으며, DQN(Deep Q-Network) 기반의 최적 차량 선정 알고리즘을 개발하였다. 또한, 객체 탐색(object detection) 및 분류(classification) 기술을 활용하여 도로상의 장애 상황을 실시간으로 인식하는 프로토타입 시스템을 구현하고, 도로 환경 시뮬레이터를 통해 해당 시스템의 실효성을 검증하였다.
[정현제, 황지혁, 쏜쏜 윈모, 얼지 턱터흐 and 최훈. (2024). 도로상황 감시 시스템을 위한 차량 에지 컴퓨팅]

본 연구에서는 기존 연구에서 제시된 차량 에지 컴퓨팅 기반 도로 감시 시스템의 통신 방식을 개선하기 위해 DDS(Data Distribution Service)를 적용한 실험을 진행하였다. 기존 시스템은 TCP/IP 소켓 통신을 활용하여 데이터를 교환했으나, 다수의 차량이 연결되는 환경에서 네트워크 병목과 높은 지연 시간이 발생하는 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해 DDS를 적용하여 실시간 데이터 전송 성능을 향상시키고, DQN 기반 최적 차량 선정 메커니즘과의 연계를 통해 보다 효율적인 차량 에지 서버 운영 방안을 검증하였다.

[발간/구독(publish/subscribe) 방식]

주요 연구 내용

● Python 소켓, GurumDDS 유니캐스트, GurumDDS 멀티캐스트 방식의 성능 비교
● 1:1 및 1:N 통신 환경에서의 데이터 전송 속도 및 지연 시간 분석
● DDS의 자동 노드 연결 및 멀티캐스트 통신을 통한 확장성 평가

실험 환경

● 송신자(Publisher): Intel Core i7-12700F, 32GB RAM, Windows 11 Pro
● 수신자(Subscriber): Intel Core i5-1135G7, 32GB RAM, Windows 11 Pro
● 네트워크 환경: 동일 네트워크(LAN) 내 유선 이더넷 연결(1Gbps), 별도의 네트워크 트래픽이 존재하지 않는 독립적인 네트워크

영상 크기

● 해상도: 1920×1080 (Full HD)
● 프레임 속도: 30fps (초당 30 프레임)
● 비디오 포맷: MP4 (H.264 코덱 사용)
● 영상 크기: 100MB

연구 결과

1:1 통신 성능 비교

● Python 소켓 방식은 평균 0.5초의 안정적인 전송 속도를 기록하며, 표준 편차가 0.004초로 변동성이 낮았다.
● GurumDDS 유니캐스트 방식은 평균 0.457초로 Python 소켓보다 빠른 초기 성능을 보였지만, 표준 편차가 0.266초로 변동성이 높아 통신 안정성이 다소 떨어졌다.
● GurumDDS 멀티캐스트는 1:1 통신에서는 평균 0.742초로 가장 높은 지연 시간을 보였다.

[1대 1 통신 소요 시간]

1:N 통신 성능 비교

● Python 소켓과 GurumDDS 유니캐스트 방식은 노드 수 증가에 따라 급격한 성능 저하를 보였다. Python 소켓은 각각의 노드와 개별적으로 연결하는 방식이기 때문에 노드 수가 5개 이상일 때 지연 시간이 급격히 증가하였다.
● 반면, GurumDDS 멀티캐스트 방식은 노드 수가 증가해도 일관된 성능을 유지하며 가장 낮은 지연 시간을 기록하였다.
● 특히, 노드 수가 10개 이상일 때부터 Python 소켓과 GurumDDS 유니캐스트 방식은 지연 시간이 1초 이상 증가한 반면, GurumDDS 멀티캐스트 방식은 0.4초 이내의 안정적인 지연 시간을 유지하였다.

[1대 N 통신 속도 변화량 비교 / 세로(시간), 가로(연결 노드수)]

활용 분야

● ITS(Intelligent Transportation System) 기반 실시간 도로 감시
● 대규모 IoT 센서 네트워크 통신 최적화
● 자율주행 차량 간 V2X 통신

분산 이동컴퓨팅 연구실

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