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V2X
V2X(Vehicle-to-Everything, V2X communication)는 차량·사물 통신이라고 하며 차량이 유·무선망을 통해 다른 차량 및 도로 등 인프라가 구축된 사물과 정보를 교환하는 것 또는 그 기술을 뜻하는 것으로 자동차와 자동차(V2V: Vehicle to Vehicle), 자동차와 인프라(V2I: Vehicle to Infrastructure), 자동차와 보행자 및 보행자 소지 이동단말(V2P: Vehicle to Pedestrian) 간 통신은 물론이고 차량 내 유무선 네트워킹(IVN: In-Vehicle Networking)을 총칭하는 개념이다.
전방 교통 상황이나 차량 접근을 알리고, 신호등이나 속도제한 구간 등 교통 기반 시설과 소통하거나 주변 보행자 정보를 지원하는 데 활용한다.
V2X는 운전자가 식별할 수 없는 300m 이상 먼 곳까지 감지할 수 있게 한다. 센서로 알 수 없는 다른 차량 작동 상태나 주변 상황도 수신해 운전자가 잠재적 위험 상황을 확실하고 빠르게 예측하도록 돕는다.
세계 각국은 V2X 표준 기술로 미국의 웨이브(WAVE)로 대표되는 단거리 전용 통신(DSRC: Dedicated Short Range Communication) 방식과 셀룰러-V2X(C-V2X) 방식을 놓고 고심하고 있다.
이 중 웨이브는 와이파이 기반 V2X로, 국내에서는 2007년부터 개발을 시작하였다. 2014년부터는 세종과 대전 유성을 연결하는 구간에 V2X를 기반으로 한 협력·지능형 교통 체계(C-ITS: Cooperative Intelligent Transport Systems)를 구축해서 시범으로 운영하고 있다. 2021년에 3단계 시범사업을 진행한다.
C-V2X는 엘티이(LTE)와 5세대(5G) 이동통신 등의 셀룰러 기반 V2X다. 5G 상용화 이후 차량용 통신기술로 주목받고 있다.
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목차
개요
현재 우리가 쓰고 있는 내비게이션을 떠올려보자. 내비게이션은 현재 차량이 어느 위치에 있는지 인지하고 길을 안내할 뿐만 아니라 구간별 제한속도, 단속 카메라 위치 등을 알려준다. V2V, V2I는 여기서 좀더 진화한 기술이다.
V2V는 차량끼리 정보를 주고받는다. 차량에 탑재된 센서와 차량 간 통신이 발달하면 주변 차량과의 간격 및 속도를 제어할 수 있다. 전방 교통 정보, 차량 접근 알림, 추돌 경고 등이 가능하다. V2I는 도로에 설치된 기지국을 통해 차량 주행 정보를 주고받음으로써 교통 현황, 사고 상황 등을 실시간 제공한다. 통신이 신호등 역할을 대신하는 것은 물론 주차공간 등의 정보도 제공할 수 있다. 전문가들은 V2V 및 V2I 기술을 통해 연쇄 추돌 사고나 앞차와의 사고를 미연에 방지하고 교통체증을 줄일 수 있다고 말한다.
일례로 완성차 업체 아우디는 2016년 4G LTE 기반 V2I 신호등 정보 시스템인 'TTS(Traffic Technology Services, 교통 기술 서비스)'를 공개했다. TTS를 지원하는 차량은 헤드업 디스플레이 등을 통해 신호가 바뀌는 시간을 알 수 있다. 신호대기 시에도, 감속 시에도 유용하다. <더버지>에 따르면 내비게이션은 TTS를 활용해 더 빠른 길을 알려줄 수 있다. 미국 라스베이거스, 달라스, 덴버, 팔로 알토, 워싱턴DC 등 총 7개 도시에서 해당 시스템을 지원하고 있다.
<더버지>는 "이것은 다른 도시의 자동차 제조업체와 기업이 본받아야 하는 커넥티드 시티로 나아가는 단계다"라고 전했다.
V2N은 차량 내의 내비게이션 시스템과 같은 기기들과 스마트폰, 태블릿 등 각종 모바일 기기를 연결하는 기술이다. V2P는 차량과 보행자가 서로를 인지할 수 있도록 한다.
역사
안전성을 높이고, 사고를 줄이고, 운전자 지원을 위해 차량 간 통신 프로젝트를 수행한 역사는 미국의 전자 도로 안내 시스템(ERGS)과 일본의 CACS와 같은 프로젝트를 통해 1970년대로 거슬러 올라갈 수 있다. 차량 네트워크의 역사에서 대부분의 이정표는 미국, 유럽, 일본에서 비롯된다.
WLAN 기반 V2X의 표준화는 셀룰러 기반 V2X 시스템의 표준화를 대체한다. IEEE는 2010년에 처음으로 WLAN 기반 V2X(IEEE 802.11p) 사양을 발표하였다. 차량(V2V) 간, 차량과 인프라(V2I) 간 직접 통신을 지원한다. 이 기술을 DSRC(Dedicated Short Range Communication)라고 한다. DSRC는 802.11p에 의해 제공되는 기본 무선 통신을 사용한다.
2016년 토요타는 세계 최초로 V2X를 탑재한 자동차를 선보였다. 이 차량들은 DSRC 기술을 사용하며 일본에서만 판매된다. 2017년에 GM은 V2X를 도입한 두 번째 자동차 회사가 되었다. GM은 미국에서 DSRC V2X를 탑재한 캐딜락 모델을 판매했다.
2016년, 3GPP는 LTE 기반의 V2X 사양을 발표하였다. 802.11p 기반의 V2X 기술과 차별화하기 위해 일반적으로 "셀룰러 V2X"(C-V2X)라고 부른다. C-V2X는 직접 통신(V2V, V2I) 외에도 셀룰러 네트워크(V2N)를 통한 광역 통신도 지원한다.
2017년 12월 기준으로 유럽의 한 자동차 제조업체는 2019년부터 802.11p 기반의 V2X 기술을 도입하겠다고 발표했다. C-V2X 기술을 지원하고 개발하는 업계 단체인 5G 자동차협회(5GAA)가 2017년과 2018년에 수행한 일부 연구 및 분석에 따르면 모두 직접 통신 모드에서 셀룰러 기반 C-V2X 기술이 성능, 통신 범위 등 여러 측면에서 802.11p보다 우수한 것으로 나타났다, 802.11p 기반 V2X 기술 기업 중 하나인 NXP가 발표한 백서에서 이러한 주장 중 많은 부분이 논란이 되고 있다.
V2X를 위한 통신 표준 기술 WAVE vs LTE V2X
V2X기술 시장이 커지면서 자율주행차 시장에서 우위를 선점하기 위해 각국의 주요 기업과 연구 단체들은 기술 개발과 기술 표준화를 위한 연구를 하고 있다.
V2X를 위한 통신 표준 기술로는 ①DSRC방식의 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)와 ②cellular V2X 방식의 LTE V2X가 있다.
WAVE는 근거리 통신 표준에서 가장 활용도가 높은 IEEE 802.11p WIFI 기술을 자동차에 맞도록 개선해 2012년에 완료한 표준이다. 자동차용 통신 표준으로 거의 유일한 표준으로서 미국을 포함한 대부분의 국가 교통부에서 주도하는 기술이다. 국내에서도 국토부가 주도해 시범 서비스 등을 제공하고 있다.
그러나 보안과 운용의 안정성에는 취약점이 있을 수밖에 없다. 초기에는 통신에 연결된 차량이 많지 않고 인프라와도 통신을 주고받아야 하는 상황이 많지 않기 때문에 문제가 발생하지 않겠지만, 차차 전달해야 하는 정보가 늘어나면 주파수 배분 등 어려움이 예상된다. 기지국이 없이 운용되는 표준이라 조정 역할을 담당할 주체가 없어 향후 어려움이 많을 수밖에 없다.
LTE V2X는 기지국을 통해 각 차량과 인프라의 요청을 받고 판단해서 주파수 할당의 우선순위와 순서를 정해줄 수 있다. 긴급 요청이 오면 기존 통신 중인 주파수를 일부 확보해서 재할당해줘 안정적인 자율주행 운행에 기여할 수 있다. LTE에서 분화된 표준이기 때문에 유럽 중심의 3GPP가 주도하고 있다.
IITP의 '자율주행과 V2X 통신 기술 동향' 보고서에 따르면 5G가 도입되기 이전까지는 LTE V2X가 자율주행차 통신의 표준이 될 가능성이 높다. 미국 입장에서는 WAVE를 더 선호할 수 있지만 기지국 관련 WAVE의 한계점을 해결하기 어렵기 때문이다. 보고서는 WAVE와 LTE V2X가 경합을 벌이겠지만 결국 5G에 통합될 수밖에 없을 것으로 내다봤다.
사용사례
V2X는 즉각적인 통신을 통해 다음과 같은 도로 안전 애플리케이션을 지원한다.
- 전방 충돌 경고
- 차선 변경 경고/사각지대 경고
- 비상 전자식 브레이크등 경고
- 교차로 이동 보조 장치
- 비상 차량 접근
- 도로 공사 경고
- 플래투닝
스팩트럼 할당
여러 국가의 C-ITS의 스펙트럼 할당은 다음의 표에 나타나 있다.
| 국가 | 스펙트럼 (MHz) | 할당 대역폭 (MHz) |
|---|---|---|
| 오스트레일리아 | 5855 – 5925 | 70 |
| 중국 | 5905 - 5925 (trials) | 20 |
| 유럽 | 5875 – 5905 | 30 |
| 일본 | 755.5-764.5 및 5770 – 5850 | 9 및 80 |
| 한국 | 5855 – 5925 | 70 |
| 싱가포르 | 5875 – 5925 | 50 |
| 미국 | 5850-5925 | 75 |
자율주행과 V2X
자율주행차의 시대가 가까워지면서 국내외에서 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 자율주행 기반 기술 중 가장 중요한 분야는 '안전기술'이다. 차량 간 추돌을 예방하고 주행 경로의 위험요소를 미리 알려준다.
자율주행 안전기술은 크게 ADAS(주행보조시스템) 센서 방식과 V2X(Vehicle to Everything communication) 방식으로 나뉜다.
그 중 차량이 카메라, 레이더(Radar), 라이다(Lidar) 등 ADAS 센서로 주변 위험을 직접 감지하는 방식은 탐지거리가 짧으며 장애물 뒤의 상황은 감지가 불가능한 한계가 있다. 센서들은 시야를 벗어나지 않은 영역 내에서만 활용할 수 있다는 제약 조건이 있다.
그래서 V2X기술이 더욱 주목 받고 있다.
V2X 상용화
상용화 시기에 대해서 LTE-V2X는 2022년 그리고 5G-V2X는 2026년에 대규모 투자 및 상용화가 이뤄질 것으로 보고 있다.
기술방식에 대해서 모든 자동차 업계는 4G/5G가 자동차에 필요하다는 데에 만장일치를 보고 있다.
3GPP 기술은 진화하는 기술이 하나의 칩에 구현되므로 4G/5G, LTE-V2X, 5G V2X, 모두 하나의 칩에 구현이 될 것이다.
또한, 자동차 업계는 DSRC/ITS-G5와 4G/5G를 동시에 장착할 생각이 없으며 만약 이런 경우에는 큰 가격 상승을 가져올 것이다. 자동차 업계는 경제성이 중요하므로 비용 절감 방향의 기술방식을 따라갈 것이다.
5GAA는 한국이 낙후된 DSRC를 선택하고 LTE-V2X를 배척하면 5G V2X 진화의 걸림돌이 될 것을 심히 우려하고 있다.
또한, 한국은 5G 기술에 대단한 경쟁력을 가진 나라인데 이러한 선택은 한국의 산업 경쟁력을 스스로 악화시킬 것으로 보고 있다. 이는 한국의 세계 시장 경쟁력에 있어서 중국이나 미국보다 불리함을 가지게 될 것이다.
자동차 업계 및 관련 산업계는 C-V2X의 진화 방향을 따라갈 전망이다.
중국의 발빠른 상용화
중국은 2018년 LTE-V2X 기술에 주파수(5.9GHz 대역, 대역폭 20MHz)를 할당했다. 또한, 2025년 목표는 신차 출시의 50%가 LTE-V2X 장비를 장착하고 2030년에는 거의 모든 신차가 LTE-V2X 장비를 장착함을 목표로 하고 있다.
중국의 상용화는 이미 2020년에 시작되어 6개의 LTE-V2X 장착 자동차 모델이 시판 중이다. 2021년에는 총 10개의 자동차 모델이 LTE-V2X를 장착하고 출시될 전망이다. 중국은 노변 기지국 설치도 앞서 나가고 있는데 2020년 현재 5개 지역에 900여 개의 노변 기지국이 설치돼 있다. 추가의 5개 지역에 노변 기지국을 설치하고 있다. 2021년에 예상되는 노변 기지국의 숫자는 총 3300여 개다. 이 중 흥미로운 구간은 G5021이라는 고속도로이다. 총연장이 100km가 넘는 길이이며 터널도 많이 있는데 가장 긴 터널은 길이가 무려 7.3km 나 된다. 이 구간을 모두 커버할 수 있도록 노변 기지국을 설치 중이다.
미국의 규제 및 상용화
2020년 11월 미국 주파수연방위원회 (FCC)는 "5.9GHz 현대화"라는 행정명령의 발효에 대한 투표를 시행했다. 투표의 결과로 C-V2X에만 주파수(5.9GHz대역, 대역폭 30MHz)를 할당했으며 기존에 설치된 DSRC는 2년 안에 철거하거나 C-V2X로 전환해야 한다.
지금 현재 이 행정명령의 발효를 앞두고 있다. 또한, 행정명령 발효 후 30일 이내에 면제절차(Waiver process)를 가동할 텐데 이는 C-V2X를 2021년에도 상용화할 수 있는 프로그램이다. 이후, 추가행정명령 예고를 통해 5G NR V2X 기술의 주파수를 확보할 것으로 예상된다.
미국의 상용화 또한 속도를 내고 있는데, 가장 대표적인 경우가 Ford 사의 상용화 계획이다. 미국의 포드사는 2022년, 즉, 내년부터 출시되는 모든 신차에 LTE-V2X를 장착하겠다고 발표했다.
또한, 아우디는 올해 안에 스쿨버스와 스쿨존에 대한 안전서비스를 아틀란타주에서 LTE-V2X를 이용해 제공할 것이라고 발표했다. 이 프로젝트는 전국의 수십만 대의 스쿨버스에 대한 적용이 가능하다.
유럽의 기술 중립
유럽은 주파수할당을 기술이 아닌 서비스에 할당하고 있다. 따라서, 5.9GHz 대역에 40MHz는 안전서비스, 20MHz는 통상서비스, 그리고 10MHz는 도시 철도서비스에 할당하고 있다.
기술 측면에서 살펴보면, 2019년에 ITS-G5라는 기술을 단독으로 쓰는 것을 골자로 하는 Delegated Act가 유럽회원국 투표에 부쳐졌다.
결과로, 총 28개국 중 무려 21개국의 반대로 부결이 되었다. 이는 인구수 기준으로 65%나 되는 것이다. 이에 따라, 유럽은 기술의 중립성을 선언한 것이다.
따라서, 유럽 정부의 역할은 기술방식을 정하기보다는 시장이 활성화될 수 있도록 중립성을 유지하는 것이며 기술의 선택은 5GAA와 같은 산업계에 맡긴다는 입장이다.
유럽에는 C-ROADS, CONCORDA, NordicWay, Indid와 같은 프로젝트들이 있다. 그러나 이러한 프로젝트들을 시장 상황이나 유럽회원국의 입장이라고 볼 수는 없다.
5GAA는 약 3년에서 5년 사이에 기술방식의 경향이 뚜렷하게 될 것으로 예측하고 있다. 따라서, 5GAA는 유럽의 기술 중립을 고려해 듀얼 모드(Dual mode) 노변 기지국을 추천하고 있다.
V2X 시장 규모
미래에셋증권의 자율주행 리포트에 따르면 V2X 시장규모는 2015년 기준 약 2조원이다. 2020년까지 전체 약 7조 원 규모의 시장을 형성할 것으로 전망된다.
2020년에는 2380만대에 장착이, 2025년 V2X 모듈 장착대수는 4350만대 될 것이라 예측된다. V2X 통신 모듈의 판매 가격은 업계의 경쟁 심화와 부품 이원화 등으로 매년 3% 수준의 감소가 예상된다.
V2X의 단점
현재로서는 네트워크 인프라 구축 미비, 해킹과 정보 유출 위험성, 주파수 간섭 등의 문제점이 존재한다. 통신이나 교통환경 인프라 구축이 미비한 현재 시점에서는 V2X 기술을 적용하더라도 안정적인 무선통신 구현이 어렵고 수많은 자동차가 V2X 통신을 하면 네트워크에 상당한 부하가 예상된다.
V2X 통신이 해킹을 당한다면, 주파수 간섭으로 인한 의도치 않은 사고가 발생하거나 제3자가 의도적인 교통사고를 유발할 수도 있다. 여러 문제들은 앞으로 차차 해결해 나가야 한다.
동영상
참고자료
- 〈차량-사물 통신〉, 《위키백과》
- 〈V2X〉, 《용어로 보는 IT》
- 〈차량·사물 통신〉, 《ICT 시사상식 2021》
- "Vehicle-to-everything", Wikipedia
- 홀거 로지에, 〈V2X 통신 서비스의 이모저모〉, AEM, 2020-01
- 넷만두, 〈자율주행차 안전 핵심기술 V2X는 무엇?〉, 《티스토리》, 2018-02-06
- 오토저널, 〈자율주행자동차 V2X 통신 기술 동향〉, 《글로벌오토뉴스》, 2021-01-26
- 박남수 기자, 〈"5G-V2X, 2026년 대규모 투자·상용화 이뤄질 것"〉, 《정보통신신문》, 2021-04-17
같이 보기
