자율주행의 핵심기술,
V2X 통신 기술이 여는 미래

Writer. 임태호(호서대학교 정보통신공학부 조교수)

눈앞에 다가온 자율주행과 V2X

테슬라는 20169월 ‘오토파일러 8.0’을 발표하면서 이 프로그램은 200여 가지 기능이 강화되었고, 인공지능 학습 알고리즘과 클라우드의 데이터 연동을 통하여 더욱 정밀한 자율주행을 지원한 다고 설명했다. 구글도 20185월에 열린 개발자 행사에서 구글 클라우드 플랫폼, 텐서플로우를 중심으로 현재까지 개발한 다양한 기술을 토대로 25,000대에 이르는 가상 차량이 시뮬레이터에서 운행되고 있고, 폭우나 폭설과 같은 악천후에 대응하기 위해 인공지능 기술을 기반으로 문제를 해 결해 나가고 있다고 발표했다. 이를 토대로 구글은 자율주행 자동차 출시 시기를 5G가 상용화되는 2020년으로 못 박은 바 있다. 여기에서 시사하는 점은 자율주행에는 통신 기술의 역할이 크다는 것 이다. 센서와 카메라가 아무리 발달해도 네트워크 인프라와 연결되지 않은 자율주행은 한계가 있기 때문이다. 자율주행 자동차에 장착된 다양한 센서를 이용하여 기본적인 자율주행이 가능하지만 원 거리의 도로정보 및 교통신호 정보 등을 통신으로 사전에 받거나 급하게 사고 차량을 피해야 하는 사항을 미리 전달 받는다면 더욱더 안전한 자율주행을 통해 많은 사고를 막을 수 있을 것이다. 또한 빛의 반사나 역광으로 카메라의 식별 장애나 센서의 오류가 생겨도 자동차 간의 통신으로 위험을 회피할 수 있다. 이외에도 신호등과 빌딩, 주차장, 보행자의 스마트폰과 차량이 네트워크로 연결되면 좀 더 완벽한 자율주행이 가능해진다.
본고에서는 완벽한 자율주행을 위한 핵심 통신 기술인 V2X(Vehicle to Everything communication, V2X communication) 기술에 대해서 다루고자 한다. 특히, V2X 통신 기술 표준으로 주목받고 있는 WAVE 기술과 LTE V2X에 대해서 자세히 살펴보고 곧 다가올 5G V2X에 대해서도 살펴보도록 하겠다.

자율주행 기술의 발전과 통신 기술

자율주행 자동차란 운전자가 가만히 있어도 자동차 스스로 도로의 상황을 파악해 자동으로 주행하는 차를 말한다. 즉, 운전자가 브레이크, 핸들, 가속 페달 등을 제어하지 않아도 자동차 스스로 판 단과 제어를 하는 자동차를 의미한다. 이러한 자율주행 기술은 자율화된 수준에 따라 <표 1>과 같 이 구분하고 있다.
그렇다면 현시점에서 자율주행 자동차 기술은 어디까지 왔을까? 미국 도로교통안전국(NHTSA, National Highway Traffic Safety Agency)의 차량 자율화 수준 구분에 따르면 현재 자율 주 행 자동차 수준은 2~3단계로, 아직까지 ‘완전 자율주행 자동차 수준’인 4단계에 미치지 못한다. 4 단계에 도달하려면 언제 어디서나 완벽한 무선 통신이 가능하고 V2X통신 기술이 접목되어 서비스가 되어야 한다.

차세대 ITS 시스템이 V2X 통신 기술에 주목하는 이유

앞 장에서도 언급했듯이 자율주행 자동차가 제아무리 첨단 센서 기능을 장착한다고 해도 완전한 자율주행을 위해서는 주변 환경 정보가 있어야 돌발 상황에 대처할 수 있다. 언덕을 넘을 때나 안개가 짙은 다리를 건널 때 센서와 카메라는 한계를 갖는다. 그래서 차세대 지능형교통체계(Intelligent Transport Systems;ITS)에 대한 연구개발 방향은 차량주행 중 도로-자동차-운전자 및 보행자 간 연결을 통해 차량이 주행하면서 유기적으로 상호 통신하며 교통정보를 교환하거나 공유하는 형태로 연구되고 있다. 이와 같이 차량과 차량 사이의 통신은 물론 차량과 사물 간의 통신을 하는 기술을 총칭하여 V2X라 한다. V2X 통신 기술이란, 차량이 유·무선망을 통해 다른 차량 및 도로 등 인프라가 구축된 사물과 정보를 교환하는 것 또는 그 기술을 뜻하는 것으로 V2V(Vehicle to Vehicle), V2I(Vehicle to Infrastructure), V2N(Vehicle to Nomadic Device), V2P(Vehicle to Pedestrian) 등을 총칭한다.

이와 관련된 V2X 기술은 유럽, 북미, 일본, 한국 등 텔레매틱스/ITS 기술 개발에 참여하는 주요국에서 지난 수년간 여러 프로젝트를 통해 실효성을 검증하고 있다. 특히, 최근에는 스마트폰 활성화 및 LTE 서비스 확대 등에 힘입어 차량과 스마트폰을 연결하여 차량 안에서 인터넷은 물론, 스마트폰을 활용한 다양한 부가 서비스를 제공하기 위한 V2N 기술 개발까지 진행되고 있는 추세이다.

차량과 차량
사이의
통신은 물론
차량과 사물 간의
통신을 하는
기술을 총칭하여
V2X라 한다.

V2X 통신 표준 기술 비교

V2X를 위한 통신 표준 기술로는 DSRC 방식의 WAVEcellular V2X 방식의 LTE V2X가 있다. WAVE는 근거리 통신 표준에서 가장 활용도가 높은 IEEE 802.11p WiFi 기술을 자동차에 맞도록 개선하여 2012년에 완료한 표준이다. LTE V2X의 경우에는 기지국을 통해 각 차량 및 인프라의 요청을 받고 판단해서 주파수 할당의 우선순위와 순서 등을 정해줄 수 있다. 긴급한 요청이 오면 기존 통신 중인 주파수를 일부 확보해서 재할당해 줌으로써 안정적인 자율주행 운행에 기여할 수 있을 것이다. 물론 LTE에서 분화된 표준이기 때문에 유럽 중심의 3GPP가 주도하고 있다. 미국 정부 입장에서는 WAVE를 더 선호할 수 있지만, 기지국 관련 WAVE의 한계점을 해결하기 어렵다는 측면에서 5G가 도입되기 이전까지는 LTE V2X가 자율주행차 통신의 표준이 될 가능성이 높다. 그리고 WAVELTE V2X가 경합을 벌이겠지만 결국 5G에 통합될 수밖에 없을 것으로 예상한다. 5G 통신 기술 중 자율주행차에 가장 필요한 것은 단연 저지연 특성이다. 전송 지연은 유선 구간에도 있고, 서버의 연산 시간 또한 필요하다. 20~30m 이동 이내에 중요한 데이터를 송/수신하고 판단하여 대응하는 모든 과정이 1초 이내에 이루어져야 한다. 1ms 이하의 전송지연 특성을 가진 5G가 향후에 꼭 필요할 수밖에 없는 이유이다.
미래에 자율주행차 시대가 도래하면 새로운 가치 제공의 측면에서 고속 데이터 전송 속도 또한 필요할 것으로 판단한다. 자율주행이 가능해짐에 따라 차량 내 여가 활동에 대한 수요가 증가하게 될 것이다. 특히 동영상 등의 미디어 콘텐츠 소비가 일상화될 것으로 예상된다. 문제는 대용량의 동영상 시청이 동시에 이루어진다면 기존 LTE의 최대 전송속도인 1Gbps로는 용량이 부족할 것이라는 점이다. 따라서 다수의 승객이 탑승한 수많은 차들이 모여 있는 도로 위의 특성을 감안하면 더욱 높은 전송속도와 실시간성이 요구될 것이다. 미래의 V2X 통신이 5G를 기반으로 해야 할 이유이다.

자율주행 자동차와 V2X 시대를 대비해야

자율주행 자동차가 미래의 자동차의 모습이라는 것은 자명한 사실이며 V2X 통신 기술이 필수적인 기술임을 확인하였다. 자율주행 자동차와 도로는 센서와 V2X 통신이 결합되어 상황 인지의 범위가 확대되는 것은 물론 이를 기반으로 안전을 위한 경고 서비스를 제공하고 차량 제어까지 범위가 확장되고 있다. 자율주행 자동차가 보편화되는 미래 사회는 모든 사람들이 운전면허증을 가질 필요도 없을 것이고, 부모 없이 아이들이 차량을 타고 이동할 수 있을 것이다. 자동차가 스스로 기름을 채우고, 수리하러 가서 항상 운행할 수 있도록 준비할 수도 있으며, 스쿨존이나 사고 위험지역 등에서는 강제로 준법 주행을 하게 할 수도 있을 것이다. 이러한 안전하고 편리한 미래 자율주행 자동차 시대가 하루 빨리 현실화되길 기대한다. 또 우리나라 기업들도 자율주행 자동차 기술의 선도적인 개발을 통해 미래 먹거리를 확보하길 기대해 본다.


참고문헌
1. “테슬라 오토파일럿 8.0발표안전성 3배로 향상”, 《전자신문》, 2016. 9. 12., http://www.etnews.com/20160912000363
2. “SKT, 벤츠·BMW와 커넥티드카·자율주행차 연구”, 《아시아경제》, 2016. 11. 6. http://view.asiae.co.kr/news/view.htm?idxno=2016110609122783464
3. “SKT-BMW, ‘5G 커넥티드카 시동’”, 《블로터》, 2016. 11. 15. http://www.bloter.net/archives/267537
4. “C-ITS 2017년 본격 도입”, 《오토모티브》, 2014. 9. http://www.autoelectronics.co.kr/article/articleView.asp?idx=1502
5. Google I/O 2018, https://events.google.com/io/
6. IEEE, “IEEE Std 1609.2-2013 – IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments -Security Services for Applications and Management Messages”, 26 Apr 2013.
7. 3Gpp, “Study on LTEbased V2X Services(Release 14)”, 3GPP TR 36.885 v1.0.0(2016-03)》』

자율주행의 핵심기술,
V2X 통신 기술이 여는 미래

Writer. 임태호(호서대학교 정보통신공학부 조교수)

눈앞에 다가온 자율주행과 V2X

테슬라는 20169월 ‘오토파일러 8.0’을 발표하면서 이 프로그램은 200여 가지 기능이 강화되었고, 인공지능 학습 알고리즘과 클라우드의 데이터 연동을 통하여 더욱 정밀한 자율주행을 지원한 다고 설명했다. 구글도 20185월에 열린 개발자 행사에서 구글 클라우드 플랫폼, 텐서플로우를 중심으로 현재까지 개발한 다양한 기술을 토대로 25,000대에 이르는 가상 차량이 시뮬레이터에서 운행되고 있고, 폭우나 폭설과 같은 악천후에 대응하기 위해 인공지능 기술을 기반으로 문제를 해 결해 나가고 있다고 발표했다. 이를 토대로 구글은 자율주행 자동차 출시 시기를 5G가 상용화되는 2020년으로 못 박은 바 있다. 여기에서 시사하는 점은 자율주행에는 통신 기술의 역할이 크다는 것 이다. 센서와 카메라가 아무리 발달해도 네트워크 인프라와 연결되지 않은 자율주행은 한계가 있기 때문이다. 자율주행 자동차에 장착된 다양한 센서를 이용하여 기본적인 자율주행이 가능하지만 원 거리의 도로정보 및 교통신호 정보 등을 통신으로 사전에 받거나 급하게 사고 차량을 피해야 하는 사항을 미리 전달 받는다면 더욱더 안전한 자율주행을 통해 많은 사고를 막을 수 있을 것이다. 또한 빛의 반사나 역광으로 카메라의 식별 장애나 센서의 오류가 생겨도 자동차 간의 통신으로 위험을 회피할 수 있다. 이외에도 신호등과 빌딩, 주차장, 보행자의 스마트폰과 차량이 네트워크로 연결되면 좀 더 완벽한 자율주행이 가능해진다.
본고에서는 완벽한 자율주행을 위한 핵심 통신 기술인 V2X(Vehicle to Everything communication, V2X communication) 기술에 대해서 다루고자 한다. 특히, V2X 통신 기술 표준으로 주목받고 있는 WAVE 기술과 LTE V2X에 대해서 자세히 살펴보고 곧 다가올 5G V2X에 대해서도 살펴보도록 하겠다.

자율주행 기술의 발전과 통신 기술

자율주행 자동차란 운전자가 가만히 있어도 자동차 스스로 도로의 상황을 파악해 자동으로 주행하는 차를 말한다. 즉, 운전자가 브레이크, 핸들, 가속 페달 등을 제어하지 않아도 자동차 스스로 판 단과 제어를 하는 자동차를 의미한다. 이러한 자율주행 기술은 자율화된 수준에 따라 <표 1>과 같 이 구분하고 있다.
그렇다면 현시점에서 자율주행 자동차 기술은 어디까지 왔을까? 미국 도로교통안전국(NHTSA, National Highway Traffic Safety Agency)의 차량 자율화 수준 구분에 따르면 현재 자율 주 행 자동차 수준은 2~3단계로, 아직까지 ‘완전 자율주행 자동차 수준’인 4단계에 미치지 못한다. 4 단계에 도달하려면 언제 어디서나 완벽한 무선 통신이 가능하고 V2X통신 기술이 접목되어 서비스가 되어야 한다.

차세대 ITS 시스템이 V2X 통신 기술에 주목하는 이유

앞 장에서도 언급했듯이 자율주행 자동차가 제아무리 첨단 센서 기능을 장착한다고 해도 완전한 자율주행을 위해서는 주변 환경 정보가 있어야 돌발 상황에 대처할 수 있다. 언덕을 넘을 때나 안개가 짙은 다리를 건널 때 센서와 카메라는 한계를 갖는다. 그래서 차세대 지능형교통체계(Intelligent Transport Systems;ITS)에 대한 연구개발 방향은 차량주행 중 도로-자동차-운전자 및 보행자 간 연결을 통해 차량이 주행하면서 유기적으로 상호 통신하며 교통정보를 교환하거나 공유하는 형태로 연구되고 있다. 이와 같이 차량과 차량 사이의 통신은 물론 차량과 사물 간의 통신을 하는 기술을 총칭하여 V2X라 한다. V2X 통신 기술이란, 차량이 유·무선망을 통해 다른 차량 및 도로 등 인프라가 구축된 사물과 정보를 교환하는 것 또는 그 기술을 뜻하는 것으로 V2V(Vehicle to Vehicle), V2I(Vehicle to Infrastructure), V2N(Vehicle to Nomadic Device), V2P(Vehicle to Pedestrian) 등을 총칭한다.

이와 관련된 V2X 기술은 유럽, 북미, 일본, 한국 등 텔레매틱스/ITS 기술 개발에 참여하는 주요국에서 지난 수년간 여러 프로젝트를 통해 실효성을 검증하고 있다. 특히, 최근에는 스마트폰 활성화 및 LTE 서비스 확대 등에 힘입어 차량과 스마트폰을 연결하여 차량 안에서 인터넷은 물론, 스마트폰을 활용한 다양한 부가 서비스를 제공하기 위한 V2N 기술 개발까지 진행되고 있는 추세이다.

차량과 차량
사이의
통신은 물론
차량과 사물 간의
통신을 하는
기술을 총칭하여
V2X라 한다.

V2X 통신 표준 기술 비교

V2X를 위한 통신 표준 기술로는 DSRC 방식의 WAVEcellular V2X 방식의 LTE V2X가 있다. WAVE는 근거리 통신 표준에서 가장 활용도가 높은 IEEE 802.11p WiFi 기술을 자동차에 맞도록 개선하여 2012년에 완료한 표준이다. LTE V2X의 경우에는 기지국을 통해 각 차량 및 인프라의 요청을 받고 판단해서 주파수 할당의 우선순위와 순서 등을 정해줄 수 있다. 긴급한 요청이 오면 기존 통신 중인 주파수를 일부 확보해서 재할당해 줌으로써 안정적인 자율주행 운행에 기여할 수 있을 것이다. 물론 LTE에서 분화된 표준이기 때문에 유럽 중심의 3GPP가 주도하고 있다. 미국 정부 입장에서는 WAVE를 더 선호할 수 있지만, 기지국 관련 WAVE의 한계점을 해결하기 어렵다는 측면에서 5G가 도입되기 이전까지는 LTE V2X가 자율주행차 통신의 표준이 될 가능성이 높다. 그리고 WAVELTE V2X가 경합을 벌이겠지만 결국 5G에 통합될 수밖에 없을 것으로 예상한다. 5G 통신 기술 중 자율주행차에 가장 필요한 것은 단연 저지연 특성이다. 전송 지연은 유선 구간에도 있고, 서버의 연산 시간 또한 필요하다. 20~30m 이동 이내에 중요한 데이터를 송/수신하고 판단하여 대응하는 모든 과정이 1초 이내에 이루어져야 한다. 1ms 이하의 전송지연 특성을 가진 5G가 향후에 꼭 필요할 수밖에 없는 이유이다.
미래에 자율주행차 시대가 도래하면 새로운 가치 제공의 측면에서 고속 데이터 전송 속도 또한 필요할 것으로 판단한다. 자율주행이 가능해짐에 따라 차량 내 여가 활동에 대한 수요가 증가하게 될 것이다. 특히 동영상 등의 미디어 콘텐츠 소비가 일상화될 것으로 예상된다. 문제는 대용량의 동영상 시청이 동시에 이루어진다면 기존 LTE의 최대 전송속도인 1Gbps로는 용량이 부족할 것이라는 점이다. 따라서 다수의 승객이 탑승한 수많은 차들이 모여 있는 도로 위의 특성을 감안하면 더욱 높은 전송속도와 실시간성이 요구될 것이다. 미래의 V2X 통신이 5G를 기반으로 해야 할 이유이다.

자율주행 자동차와 V2X 시대를 대비해야

자율주행 자동차가 미래의 자동차의 모습이라는 것은 자명한 사실이며 V2X 통신 기술이 필수적인 기술임을 확인하였다. 자율주행 자동차와 도로는 센서와 V2X 통신이 결합되어 상황 인지의 범위가 확대되는 것은 물론 이를 기반으로 안전을 위한 경고 서비스를 제공하고 차량 제어까지 범위가 확장되고 있다. 자율주행 자동차가 보편화되는 미래 사회는 모든 사람들이 운전면허증을 가질 필요도 없을 것이고, 부모 없이 아이들이 차량을 타고 이동할 수 있을 것이다. 자동차가 스스로 기름을 채우고, 수리하러 가서 항상 운행할 수 있도록 준비할 수도 있으며, 스쿨존이나 사고 위험지역 등에서는 강제로 준법 주행을 하게 할 수도 있을 것이다. 이러한 안전하고 편리한 미래 자율주행 자동차 시대가 하루 빨리 현실화되길 기대한다. 또 우리나라 기업들도 자율주행 자동차 기술의 선도적인 개발을 통해 미래 먹거리를 확보하길 기대해 본다.


참고문헌
1. “테슬라 오토파일럿 8.0발표안전성 3배로 향상”, 《전자신문》, 2016. 9. 12., http://www.etnews.com/20160912000363
2. “SKT, 벤츠·BMW와 커넥티드카·자율주행차 연구”, 《아시아경제》, 2016. 11. 6. http://view.asiae.co.kr/news/view.htm?idxno=2016110609122783464
3. “SKT-BMW, ‘5G 커넥티드카 시동’”, 《블로터》, 2016. 11. 15. http://www.bloter.net/archives/267537
4. “C-ITS 2017년 본격 도입”, 《오토모티브》, 2014. 9. http://www.autoelectronics.co.kr/article/articleView.asp?idx=1502
5. Google I/O 2018, https://events.google.com/io/
6. IEEE, “IEEE Std 1609.2-2013 – IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments -Security Services for Applications and Management Messages”, 26 Apr 2013.
7. 3Gpp, “Study on LTEbased V2X Services(Release 14)”, 3GPP TR 36.885 v1.0.0(2016-03)》』

2018-10-28T16:21:54+00:00