중앙집중형 C‑V2X 모드‑3 스케줄링을 위한 이분 그래프 매칭 기반 자원 할당

본 논문은 3GPP가 정의한 C‑V2X 통신 체계에서, 인프라 기반 중앙집중형 모드‑3에 적용 가능한 새로운 서브채널 스케줄링 방안을 제시한다. 서론에서는 C‑V2X의 두 운영 모드인 모드‑3(중앙 제어)와 모드‑4(분산 제어)의 기본 개념과 각각의 장·단점을 설명한다. 모드‑4는 차량이 스스로 전력 감지를 통해 적절한 서브채널을 선택하지만, 지역적인 정보만을 활용하므로 전역적인 최적화가 어렵고, 동일 채널을 여러 차량이 동시에 선택하는 충돌이 발생한다. 반면 모드‑3은 eNodeB가 전체 차량의 채널 사용 현황을 수집하고, 이를 기반으로 전역 최적화된 자원 할당이 가능하다는 점에서 잠재적인 성능 향상이 기대된다. 그러나 현재 표준화된 중앙 스케줄링 알고리즘은 부족한 실정이다. 이에 저자들은 두 가지 이분 그래프 매칭(BGM) 기반 알고리즘을 설계하였다. 첫 번째인 BGM‑Pow는 차량이 측정한 각 서브채널의 RSSI(수신 전력) 값을 엣지 가중치로 사용한다. 목표는 매칭 후 전체 가중치, 즉 전체 수신 전력을 최소화하는 것이다. 전력 최소화는 간섭이 적은 채널을 우선 할당함으로써 SINR을 개선하고, 패킷 수신률(PRR)을 높이는 효과를 기대한다. 두 번째인 BGM‑Dist는 서브채널 재사용 거리를 가중치로 정의한다. 각 차량‑채널 엣지는 해당 채널을 현재 사용 중인 다른 차량과의 최소 거리로 설정되며, 매칭 과정에서 최소 거리를 최대화하도록 최적화한다. 이는 동일 채널을 재사용하는 차량들 간의 물리적 거리를 늘려 코‑채널 간섭을 자연스럽게 억제한다. 시스템 모델에서는 10 MHz 대역폭을 1 ms·30 RB(리소스 블록) 크기의 서브채널로 나누고, 3개의 서브밴드(총 300개 서브채널)를 가정한다. CAM(협조형 인식 메시지) 전송률은 10 Hz이며, 각 메시지는 190 바이트 크기이다. 전송 전력은 23 dBm, 안테나 이득 3 dB, 그림자 페이딩 표준편차 7 dB, 상관 거리 10 m 등 실제 ITS‑용 파라미터를 적용하였다. 차량은 SPS(Semi‑Persistent Scheduling) 기간 동안 할당된 서브채널을 지속적으로 사용하고, 기간이 끝나면 재스케줄링 요청을 eNodeB에 전송한다. 시뮬레이션은 600대의 차량이 40 초 동안 이동하는 고속도로 시나리오를 설정하고, 5개의 서로 다른 랜덤 시드로 반복 수행하였다. 결과는 PRR을 거리별로 측정한 그래프로 제시된다. BGM‑Dist는 모든 거리 구간(0 ~ 150 m 이상)에서 모드‑4보다 높은 PRR을 기록했으며, 특히 중·장거리에서 그 차이가 크게 나타났다. 반면 BGM‑Pow는 근거리(≈30 m 이하)에서만 모드‑4를 능가했으며, 장거리에서는 거의 동일한 성능을 보였다. 이는 전력 최소화 방식이 간섭 억제보다는 전력 균등화에 초점을 맞추어, 차량 간 거리가 멀어질수록 효과가 감소함을 의미한다. 결론에서는 두 알고리즘의 장단점을 정리하고, 거리 기반 BGM‑Dist가 현재 시점에서 가장 실용적인 중앙 스케줄링 방안임을 강조한다. 또한 향후 연구 방향으로 RSSI와 거리 정보를 결합한 복합 매칭 기법을 제안한다. 이러한 접근은 중앙집중형 C‑V2X 모드‑3의 성능을 더욱 향상시켜, 5G‑NR 기반 V2X 서비스의 신뢰성 및 지연 요구사항을 만족시키는 데 기여할 수 있다.