5G Moves C-V2X Into the Fast Lane
C-V2X 기술 발전 가속하는 5G
2021년 09월호 지면기사  /  글 | 딜런 맥그로스(Dylan McGrath) 선임, 키사이트테크놀로지스


V2X 기술 혁신은 오랜 시간 점진적으로 진행돼왔지만, 그 성과는 제한적이었다. 그러나 5G 기술(향후 5년 내에 전 세계 인구의 60% 이상이 사용하게 될 것으로 전망)의 출현으로 C-V2X 기술이 대중화될 것이며 결과적으로 자동차 주행의 안전, 속도, 효율성을 향상시킨다는 약속을 지킬 수 있게 될 것이다.

글 | 딜런 맥그로스(Dylan McGrath) 선임, 키사이트테크놀로지스
       딜런 맥그로스(Dylan McGrath)는 기술 전문기자이며, EE Times의 총괄 편집자였다.
       현재는 키사이트테크놀로지스에서 선임 업계 솔루션 관리자 직책을 맡고 있다.
 



5G 무선통신은 새로운 기술과 비즈니스 모델을 양산하는 것뿐만 아니라 많은 기존 기술의 기능과 이용 사례를 확장시키고 있다. 그 대표적인 예 중 하나가 자동차 안전을 강화하고 생명을 구하며 연료 소비를 줄이고 차량 운송의 효율성을 향상시키는 차량 사물통신(V2X) 기술이다. 셀룰러 기술 기반의 V2X 통신 또는 C-V2X는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 5G 표준 강화에 힘입어 중요한 기능을 확보하는 동시에 그 배포 범위를 크게 확대할 수 있게 된다. 지난해 완성된 3GPP 릴리즈 16은 여러 가지 C-V2X 기능이 강화되었으며 릴리즈 17에도 더 많은 기능이 예정돼 있다.  

V2X 기술은 20년이 넘는 역사에도 불구하고 아직까지 그 활용도가 제한적이다. 차량 또는 도로 인프라에서의 구현이 부족하다는 데서 그 이유를 찾을 수 있다. 초기 V2X 구현 시절에는 단거리 전용통신(DSRC), 차량 전용 중단거리 무선통신 채널에 의존했다. 그러나 DSRC는 차량이나 정지 신호등, 요금소, 도로 표지 등과 같은 인프라에 대규모로 배포되지 못했다. 



그림 1 | 독일 아우토반을 주행하는 차량 


LTE(Long Term Evolution) 기반 C-V2X는 3GPP 릴리즈 14에서 처음 표준화되었으며 지난 해 LTE 기반 C-V2X를 장착한 차량이 최초로 출시되었다. 이는 C-V2X 기술 역사에서 중요한 이정표였지만, C-V2X의 실질적인 기회는 5G 기술과 함께 찾아온다. 5G는 C-V2X가 그 진가를 발휘할 수 있는 큰 기회다. 궁극적으로 5G 기술은 휴대 전화뿐만 아니라 5G 셀룰러 기능이 장착된 모든 유형의 제품에도 대규모로 배포될 것이기 때문이다. 

이처럼 폭넓은 활용 범위는 C-V2X의 배포 규모가 커질수록 그 유용성이 향상된다는 점에서 중대한 의미를 갖는다. 일례로 ‘메트칼프의 법칙(Metcalfe's Law)’은 네트워크의 가치가 그 사용자 수에 비례한다는 내용을 담고 있다. C-V2X가 최적의 효과를 얻기 위해서는 차량과 인프라의 상당 부분에 배포되어야 한다. 통신 성능이 차량에 큰 도움을 주기 위해서는 도로 위에 같은 언어를 사용하는 차량과 시스템이 많아야 한다.


5G 향상

5G는 LTE보다 C-V2X 기술에 따른 더 많은 이점을 얻을 수 있다. 5G는 대기시간을 현저히 단축시키고 반응성과 신뢰성을 높이고 더 넓은 대역폭을 지원하므로 교통정보, 도로상황, 인도 위치를 비롯해 보다 안전한 도로운행에 필요한 다양한 데이터를 거의 실시간으로 교환할 수 있다. 또한 5G는 인구 밀도가 높은 도심 지역 내에서 어디서나 연결된다. 즉, 단말기에서 사물인터넷(IoT), 주차권 판매기, 교통 신호, 건물, 교통 카메라 등 모든 것에 연결될 수 있다. 

릴리즈 15, 16, 17의 향상된 기능 중 많은 항목이 소위 말하는 초고신뢰 저지연 통신(URLLC, Ultra-Reliable Low-Latency Communications)과 관련이 있다. URLLC는 현재 가장 널리 알려진 5G 이용 사례 중 하나다. URLLC는 두 가지 개별 기술, 즉, 통신 안정성을 향상시키는 기술과 시스템 대기 시간을 극적으로 줄여주는 기술로 구성되며, 이 두 기술의 통합을 통해 더욱 빠르고 안정적인 데이터 전송이 가능하다. URLLC는 차량 군집주행 지원, 협조주행(coordinated driving), 원격주행, 집합적 상황인식(collective situational awareness) 및 충돌방지를 위한 센서 데이터 공유, 실시간 교통량 및 인프라 업데이트와 같은 다수의 최신 C-V2X 기능을 지원하는 데 필요하다. 

3GPP 릴리즈 16과 향후 릴리즈 17에서는 5G C-V2X 고도화로 스루풋과 신뢰성이 향상되고 초저지연 효과를 얻게 될 것이다. 이러한 기술 발전은 C-V2X를 차량, 도로 인프라, 보행자, 사이클 이용자와 같은 안전에 취약한 도로 이용자를 연결하는 유비쿼터스 무선통신으로 발전시킴으로써 안전, 에너지 효율, 주행 속도를 향상시키는 결과를 가져올 것이다.

3GPP 릴리즈 15에도 C-V2X 교통안전을 강화하는 기능이 포함되어 있지만, 릴리즈 16은 추가 기능으로 한 단계 더 업그레이드되었다. 릴리즈 16에서는 사이드링크 통신기술이 향상되어 장치 간 직접통신을 지원한다. 사이드링크 통신은 차량이 네트워크와 독립적으로 도로 시스템의 정보와 기타 요소를 공유할 수 있다는 점에서 C-V2X에 중요한 기능이다. 즉, 사이드링크 기술을 통해 네트워크 인프라 또는 셀룰러 서비스가 부족한 원거리 지역에 있는 다른 차량과 통신할 수 있다. 사이드링크는 C-V2X에 의존하는 미래의 자율 주행에 있어서 필수적인 선도 기술이기도 하다.

릴리즈 17에는 차량 군집주행, 협조주행 등 더 복잡한 C-V2X 이용 사례를 지원하는 기능이 포함된다.


중요한 신뢰성

다수의 최신 C-V2X 기능은 인근 차량, 인프라 및 클라우드와 실시간에 가까운 통신이 필요하다. V2X의 이점을 입증하는 데 사용되는 비가시선(non-line-of-sight) 애플리케이션 중 하나가 바로 블라인드 교차로 경고(blind intersection alert)다. 블라인드 교차로 경고는 블라인드 교차로에 접근하는 다른 차량과 일반적인 근접 거리에 있는 차량이 상대 차량이 인지하지 못하는 대상이나 상황(예를 들어, 보행자가 차량 주행 도로를 건너려고 하는 경우)을 알려주기 위해 경고 메시지를 보낼 수 있는 기능이다. 




그림2 | 잠재적 충돌 방지에 도움을 주는 차량 간 통신 묘사


잠재적 충돌이나 도로상황에 대한 데이터 풀링으로 교통안전을 개선할 수 있는 가능성은 분명하지만, 효과를 얻기 위해서는 즉각적인 데이터 송수신 기능이 필요하다. 블라인드 교차로에 접근하는 차량에 길을 건너는 보행자를 알려주는 경고 메시지는 차량이 교차로에 도착하기 전에 전송되어야 한다.

여러 동일한 이유로 통신 신뢰성 또한 중요하다. C-V2X 경고를 통해 위와 같은 상황에서 비극을 방지하기 위해서는 차량이 신호를 수신해야 한다. 필요한 대상이 경고를 받지 못한다면 쓸모없는 기능일 뿐만 아니라, 기술적 결함이 비극적인 상황을 악화시키는 결과를 초래할 것이다.  
3GPP 릴리즈 15는 최대 1밀리 초(ms) 대기시간으로 고도의 보안 URLLC 통신을 보장한다. 인간 두뇌가 오디오 자극에 반응하는 평균 시간은 150밀리 초 이상인데, URLLC 기술은 이보다 약 150배 더 빠른 속도로 데이터를 주고받을 수 있다는 것을 뜻한다. 즉, URLLC 통신은 거의 즉각적으로 데이터를 전송하며 이는 인간이 자동차 경적소리에 반응하는 시간보다 훨씬 더 빠른 속도다.    

릴리즈 15에서는 또한 URLLC 연결 신뢰성을 99.999%로 규정하고 있다. 즉, 100,000회 중 99,999회가 필요한 대상으로 전달된다. 엄밀히 말해 완벽한 신뢰성은 아니지만 실제로 달성 가능한 수준이다.  

5G 표준은 이처럼 엄격한 목표를 준수하기 위해 여러 가지 서비스 품질 구성요소를 구현하며 TSN(Time-Sensitive Networking), 새로운 프레임 구조, 유연한 수비학, 동적 시분할 이중통신 방식(TDD) 및 데이터 전송을 위한 기타 물리적 계층 절차가 여기에 포함된다. 

네트워크 엔지니어는 일반적으로 무엇보다 효율성을 고려하여 모바일 트래픽 관리 프로토콜을 최적화한다. 그러나 URLLC는 정반대로 효율성보다는 전송속도와 신뢰성을 극대화하도록 설계된 리소스 집약적인 구성요소를 구현한다. 이처럼 다소 무모해 보이는 기능에는 전송된 데이터가 어떤 경우에도 반드시 대상에 도달할 수 있도록 설계된 여러 중복 기능이 포함돼 있다. 

지정된 패킷이 손실되거나 오류와 함께 도달하는 경우, 동일한 패킷을 여러 번 보내는 등의 반복 기술을 예로 들 수 있다. 주파수 다이버시티는 동일한 정보를 다른 주파수에서 또는 다른 안테나로 전파해서 필요한 대상이 전송 데이터를 수신할 확률을 높이는 기법이다.  

URLLC가 제공하는 속도와 신뢰성뿐만 아니라 릴리즈 15, 릴리즈 16, 릴리즈 17의 향상된 기능은 C-V2X 그룹 캐스팅과 유니캐스팅 개념을 지원하기 위한 브로드캐스팅 이상의 새로운 통신 모드를 제공한다. 이러한 통신 모드는 차량 간, 차량과 도로 인프라 및 안전에 취약한 보행자 간의 정보 교환을 크게 강조한다.


기술 발전에 따른 실질적 효과




그림3 | 통행량이 많은 고속도로에서 C-V2X 기술을 사용하는 운전자 


V2X 기술 혁신은 오랜 시간 점진적으로 진행돼왔지만, 그 성과는 제한적이었다. 그러나 5G 기술(향후 5년 내에 전 세계 인구의 60% 이상이 사용하게 될 것으로 전망)의 출현으로 C-V2X 기술이 대중화될 것이며 결과적으로 자동차 주행의 안전, 속도, 효율성을 향상시킨다는 약속을 지킬 수 있게 될 것이다. 미국 고속도로교통안전국(National Highway Safety Administration)의 2014년 보고서에서는 5G C-V2X 기술이 최대 80%까지 자동차 사고의 심각성을 줄이거나 근절시킬 수 있을 것이며, 동시에 고속도로 주행시간과 연료소비를 크게 줄일 수 있을 것으로 예측했다.

C-V2X 기술의 발전은 자동차 안전에 미치는 막대한 영향뿐 아니라, C-V2X 모듈 제조업체와 자동차 생태계 내 다른 기업에게 큰 비즈니스 기회를 제시한다. 여러 예측에 따르면, 향후 6년간 전 세계 C-V2X 하드웨어 및 소프트웨어 시장은 10%가 넘는 연평균 성장률과 함께 2019년 4억 5,000만 달러에서 2026년 8억 달러 이상 규모로 성장할 것이다. C-V2X 기술은 URLLC, 초광대역 이동통신(eMBB, enhanced Mobile BroadBand)을 비롯한 5G NR 표준의 다른 구성요소에 힘입어 결국 차량 안전에 측정 가능한 영향을 미칠 수 있는 역량을 보유하고 폭넓은 배포 규모를 달성할 수 있게 될 것이다. [AEM]


[AEM] Automotive Electronics Magazine



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