[기고] V2X 통신의 미래- LTE이냐, DSRC이냐
  • 2019-08-09
  • 글/ 마크 패크릭(Mark Patrick), 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)



앞으로 진행하는 모든 미국 자동차 설계에 V2X를 의무적으로 탑재하도록 요구하는 제안을 발표하면서 DSRC를 우선적인 선택으로 꼽았지만, 얼마 후에는 DSRC의 중요 안전 기능과 역 호환성을 유지하면서 DSRC 기능과 맞먹거나 우수할 수 있는 다른 기술들도 긍정적으로 검토할 것이라고 밝혔다.


인공 지능(AI)과 이미지 인식, 정교한 센서에 기반한 자율주행 차량을 둘러싼 모든 과장된 광고 속에서 운전의 혁신을 약속하는 또 다른 중요한 상호연관 기술을 놓치기 쉽다. 실제로 상호연관 기술은 자율주행차를 현실로 실현하는 결정적 요인이 될 운명이다. V2X라는 약자로 불리는 이 기술은 차량 대 차량(V2V, vehicle-to-vehicle) 및 차량 대 인프라(V2I, vehicle-to-infrastructure) 통신을 모두 포괄한다.

V2X는 넓게는 차량이 공공 도로와 다른 도로 사용자들과 상호작용할 수 있게 하는 일련의 표준과 기술을 가리킨다. 반드시 첨단 전자 하드웨어의 사용에 의존할 필요는 없으며, 충분히 증명된 네트워킹 프로토콜과 기술을 통해 구현될 전망이다. V2X는 비교적 단순하지만 높은 수준의 운전 지원, 보다 효율적인 도로 사용, 충돌 방지를 비롯한 다수의 유용한 애플리케이션을 가능하게 한다.



미국, 2020년까지 의무 장착 계획


오랜 기간 V2X 팩은 미국이 개발한 단거리 전용 통신(DSRC, dedicated short-range communication)과 유럽의 자율협력 지능형 교통시스템(C-ITS, cooperative intelligent transport system)이 주도해 왔다. 현재 미국 고속도로교통안전국(NHTSA)은 빠르면 2020년까지 미국의 자동차에 V2X 기술을 의무적으로 장착하도록 하는 제안을 확정한 상태다. V2X 기반 솔루션은 DSRC가 될 전망이다.

V2X는 커다란 잠재력에도 지역 전용 V2X 표준의 채택과 확정은 놀라울 정도로 더디게 진행되어 이미 십여 년을 훨씬 넘어섰다. 이러한 더딘 행보에 이동통신 업계는 최근 자체적인 V2X 표준인 셀룰러-차량사물통신(C-V2X)을 공격적으로 추진하는 기회를 잡고 있다.

2017년 1월 NHTSA는 앞으로 진행하는 모든 미국 자동차 설계에 V2X를 의무적으로 탑재하도록 요구하는 제안을 발표하면서 DSRC를 우선적인 선택으로 꼽았지만, 얼마 후에는 DSRC의 중요 안전 기능과 역 호환성을 유지하면서 DSRC 기능과 맞먹거나 우수할 수 있는 다른 기술들도 긍정적으로 검토할 것이라고 밝혔다. 그 결과 길게 끌었던 V2X 마라톤 경주가 갑자기 단거리 경주로 바뀌어 이제 결승점이 빠르게 다가오고 있다. 하지만 이전의 앞서 달리던 주자는 어떻게 될까? 너무 지체돼 결국 선두를 놓치게 될까?



확립된 기술: C-ITS와 DSRC


C-ITS와 DSRC는 모두 익숙한 IEEE 802.11 Wi-Fi 표준에서 파생된 버전을 프로토콜 스택의 물리적 및 매체 액세스 계층으로 사용한다. DSRC의 경우 이 프로토콜 계층은 IEEE 802.11p 표준에 의해 정의되는 반면, C-ITS는 기본적으로 유럽의 규정에 맞춰 조정된 802.11p의 한 버전인, 유사한 ETSI 정의 ITS-G5 표준을 사용한다.

C-ITS와 DSRC의 상위 수준 기능에서는 상당한 차이가 있지만, 두 기술 모두 광범위하게 호환되는 하드웨어에서 동작할 수 있으며 거의 동일한 주파수 범위에서 상주한다. 또한 이들 두 V2X 시스템은 모두 최소 300m 거리에서 약 3-27Mbps의 데이터 속도로 빠르게 움직이는 차량 간에 효과적으로 통신할 수 있다.

1999년에 미국 FCC는 높은 우선순위의 도로 안전 및 교통 관리 애플리케이션을 위해 5.850-5.925GHz 대역을 할당했으며, 유럽위원회는 유사한 목적으로 5.875-5.905GHz를 전용으로 할당했다. IEEE 802.11p와 ITS-G5는 이러한 각각의 범위에서 동작하도록 설계된다. 혼잡하고 빠르게 움직이는 자동차 환경에 더욱 최적화하기 위해 이들 표준은 일반적인 IEEE 802.11 Wi-Fi 주파수 사용을 수정하여 도플러 시프트와 다중경로 페이딩의 영향을 감소시킨다.

이러한 자동차 프로토콜과 802.11 계열의 다른 표준 간의 주요 차이 중 하나는 초기 핸드셰이크와 연관 시간을 거의 최소로 낮춘다는 점이다. 프로토콜은 거의 즉시 데이터를 전송할 수 있으며, 인증과 암호화 및 전체 식별을 더 높은 수준의 프로토콜로 넘길 수 있어 차량과 인프라는 서로 검출한 지 수십 밀리초 내에 속도와 위치에 대한 필수적인 데이터를 교환71하기 시작한다. 이는 명백히 충돌 방지와 같은 애플리케이션에 이상적이며, 다른 Wi-Fi 기술들의 보통 수 초가 걸리는 핸드셰이크 협상과 큰 차이를 보인다.

C-ITS와 DSRC는 MAC/PHY 액세스 수준에서는 매우 유사하지만, 그 이상의 네트워킹 및 전송 수준에서는 상당히 다르다. 두 기술 모두 IPv6을 통해 TCP/UDP를 지원하지만, 시간이 중요한 기능의 경우 각각 고유한 전문화된 낮은 오버헤드 메시지 전송 표준을 갖는다. DSRC는 IEEE 1609의 일부로 정의된 WSMP(wave short message protocol)를 사용한다.

그러나 C-ITS는 더 야심 찬 멀티홉 라우팅 시스템인 ETSI EN 302 636 표준 시리즈에 의해 정의된 GeoNetworking 서비스를 통한 기본 전송 프로토콜(BTP)을 채택한다. GeoNetworking은 지리적 인식 라우팅 기법으로, 노드의 물리적 위치에 따라 효율적으로 배치되는 애드혹 네트워크를 구성한다.

C-V2X: 이동통신 업계의 경쟁주자

C-V2X는 이동통신 표준화 국제협력기구 3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 3GPP 릴리스 14에 LTE-V2X로 처음 출범시킨 V2X 표준의 새로운 이름이다. 달라진 이름은 LTE로부터 많은 기대를 받는 5G 모바일 표준으로 업그레이드를 약속한다는 사실을 반영한다.

기기 간 모드의 직접 통신을 위해 C-V2X는 DSRC 및 C-ITS와 동일한 5.9GHz 스펙트럼을 사용한다. 그러나 C-V2X 기기는 전통적인 모바일 대역에서도 동작하여 이른바 차량 대 네트워크(V2N, vehicle-to-network) 모드로 모바일 네트워크와 통신할 수 있다. C-V2X 기기 간 통신은 SIM 카드, 모바일 가입이나 기타 모바일 네트워크 인프라가 필요하지 않다.

C-V2X는 DSRC 또는 CITS보다 훨씬 젊은 기술이며 여전히 개발 중에 있지만, 초기 테스트는 V2X 애플리케이션에 요구되는 데이터 속도에서 C-V2X는 도시의 주행 속도로 DSRC의 300m에 필적할 만한 범위에 도달하고 더 빠른 속도에서는 20-30% 더 우수한 범위를 달성하는 것으로 나타났다.

C-V2X vs 기존 강자

DSRC와 C-ITS 지지자들은 이 기술들이 기존 표준에 고착되지 않고 명백하게 정의된 단일한 목적을 위해 기본 원칙으로부터 신중하게 구성되었기 때문에 C-V2X보다 V2X 애플리케이션에 훨씬 더 적합하다고 주장한다. 예를 들어 DSRC와 C-ITS는 낮은 네트워킹 오버헤드와 낮은 지연을 제공하도록 설계되었다. 지연은 V2X에 매우 중요하다. 충돌 방지와 같은 기능은 50ms 미만의 라운드 트립 지연을 필요로 한다.

다른 기술 플랫폼에도 문을 열어놓고 있는 것은 분명하지만, NHTSA는 “현재 DSRC가 차량 통신 기반 충돌 방지를 지원하기 위한 지연 요구사항을 만족하는 유일한 성숙된 통신 옵션”이라고 믿고 있다. 또한 지지자들은 DSRC와 C-ITS는 거의 20년 동안 개발되었으며, 이는 이 기술들이 안정적이고 확실하다는 것을 의미한다고 주장한다. 대규모 테스트가 다양한 지역에서 진행되고 있다. 반면, C-V2X를 밀고 있는 주요 산업 기구인 5G자동차연합(5G Automotive Association, 5GAA)은 C-V2X가 “2018년에는 상업적으로 준비될 것”이라고 약속했다.

DSRC와 C-ITS 반대론자들은 이 기술들이 거의 20년이나 개발 중이면서 어떤 의미 있는 형태로도 대중시장에 도달하지 못한 것은 명백히 시장 준비가 되지 않았다는 사실을 시사한다고 반박할 수 있다. 또 이 기술들은 실행 가능한 업그레이드 경로가 결여된 오래된 기술에 기반하고 있다고 할 수 있다. LTE 및 5G 기술이 원래 V2X를 염두에 두고 설계되었다고 할 수는 없지만, C-V2X는 하드웨어, 소프트웨어 및 개발 비용을 줄이기 위해 거대한 글로벌 이동통신 시장이 펼치는 규모의 경제를 이용할 수 있다.

오래된 표준과 새로운 표준이 공존할 수 있을까?

5GAA는 C-V2X 기술이 C-ITS와 DSRC를 완전히 대체할 필요는 없다고 말한다. C-V2X는 5.9GHz 대역 내 빈 채널로 전환함으로써 사용 가능한 스펙트럼을 802.11p-기반 V2X 시스템과 공유할 수 있도록 설계된다. 또한 C-V2X는 C-ITS와 DSRC의 상위 프로토콜 계층을 지원할 수 있다. 이에 따라 IEEE 802.11 MAC 및 PHY 무선 계층만 3GPP에서 지정한 대응 계층으로 효과적으로 대체함으로써 전문화된 상위 수준의 DSRC 및 C-ITS V2X 메시지 전송 표준을 정상적으로 실행할 수 있다. 이러한 기능을 통해 C-V2X는 필수적인 V2X 기기에 대한 NHTSA의 요구사항을 충족할 전망이다.

아마도 어떤 기술이 더 나은지에 대한 질문은 실제로 보기보다 중요하지 않을지 모른다. 자동차 OEM은 선호하는 기반 기술을 선택하거나, 심지어 둘 다 지원하기 위해 두 가지 방식을 포함할 수 있다. 일례로 IC 공급업체 퀄컴은 바로 이를 보여주는 9150 C-V2X 칩셋을 발표했다.
 

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