주요 개념
- V2X(Vehicle to Everything)
- 5G
- 지능형 교통체계(Intelligent Transport Systems, ITS)
- 보안 및 프라이버시
세간에 자율주행(Autonomous Driving) 자동차를 생산하고 판매하는 기업들이 이슈가 되고 있고 이전보다 우리 삶에 더욱 가깝게 다가오고 있다. 하지만 이와 함께 여러 가지 법제도 마련에 대한 논의와 안정성 문제에 관한 논의가 오가고 있다. 또한 5G와 같은 통신기술 발달에 따라 많은 기업들이 교통정보를 실시간으로 수집하거나 교통수단의 수송효율을 높이기 위해 지능형 교통체계(Intelligent Transport Systems, ITS)에 주목하고 있다.
이미 자율주행 기술은 ADAS시스템(카메라, 레이더, 라이다 등)과 각종 최첨단 센서를 탑재하여 출시되지만 여전히 한계가 존재한다. 예를 들어 높은 언덕을 넘거나 안개가 짙은 환경에서는 센서와 카메라를 통해 주변 정보 획득에 한계가 있는 것 등이 있다. 즉, 더 나은 자율주행을 위해서는 주변의 정보를 센서와 카메라가 아닌 통신을 통해 환경 정보를 전송받음으로서 돌발상황에 대처할 수 있다. 이를 위해 사용되는 것이 V2X(Vehicle to Everything)이다.
하지만 빠른 속도로 자동차가 이동하며 여러 데이터를 송수신하며 달리는 것은 쉬운 일이 아니다. 지난 몇 년간 LTE를 사용한 Cellular V2X(C-V2X)가 많이 연구되었다. C-V2X는 IEEE 802.11p 기술을 기반으로 짧은 전파 거리를 가지고 있는 Dedicated Short-Range Communications(DSRC)에 비해 넓은 커버리지 영역을 가지고 있지만 중앙화 된아키텍처로 인해 종단 지연시간이 길어진다는 단점이 존재한다. V2X는는 차량이 고속으로 이동하더라도 반응할 수 있는 저지연을 필요로 하고, 교통상황이 혼잡하더라도 통신에 성공할 수 있는 높은 신뢰성을 가지고 있어야 한다. 이를 위해서 초저지연과 초신뢰 특성이 있는 5G를 V2X에 활용하는 5G-V2X가 연구되기 시작했다.
V2X는 크게 아래와 같이 4가지 핵심 기술로 구성되어 있다.
- V2V(Veghicle to Vehicle)
- V2I(Vehicle to Infrastructure)
- V2P(Vehicle to Pedestrian)
- V2N(Vehicle to Nomadic Device)
위와 같이 다양한 통신 과정을 표현하기 위해 만들어졌고 X 대신 무엇이든 대입할 수 있다. 말그대로 차량과 차량이 통신을 한다거나 차량과 인프라가 통신을 하면서 서로 정보를 주고받는 것이다. 이에 따라 최근 부상하고 있는 또 다른 X들은 아래와 같다.
- V2L(Vehicle to Load)
- V2G(Vehicle to Grid)
이 V2X 통신을 이용해 차량 주행 중 도로-자동차-운전자 및 보행자 간 연결을 통해 차량이 주행함과 동시에 유기적으로 상호 통신하며 교통정보를 교환하거나 공유하는 형태로 연구개발되고 있다. 조금 더 상세하게 설명된 그림은 아래와 같다.
여기에 추가적으로 앞서 언급한 V2L(Vehicle to *Load), V2G(Vehicle to Grid)가 있다.
먼저 V2L(Vehicle to Load)은 전기차가 외부 전자제품에 AC 전력을 공급하는 개념이다. 즉, 가정에서 콘센트에 코드를 꽂아 전자제품을 이용하듯이 야외에서도 전기차 내부 전력을 이용해 전자제품을 구동할 수 있게 하는 기술이다. 예를 들어 V2L 기술이 적용된 전기차를 사용한다면, 굳이 콘센트를 제공하는 캠핑장을 찾을 필요 없이 언제든지 전기차로부터 전기공급이 가능하기 때문에 원하는 장소 어디에서나 난방용품이나 조명 기구를 활용할 수 있다.
*Load : 전기를 사용하는 기기를 통칭
다음으로 V2G(Vehicle to Grid)이다. V2G를 활용하면 전기차 사용자의 차량 사용 패턴을 고려해 전기가 필요한 곳에 미운행 중인 전기차의 유휴 전력을 공급할 수 있다. 전력 사용이 최고조일 때 전기차의 전력을 스마트 그리드에 제공할 수 있다면 전력 회사는 여유 전력의 생산을 줄일 수 있고 이는 전력의 효율적인 활용과 더불어 환경보호에도 기여할 수 있을 것이다. 여기서 스마트 그리드란 전기 및 정보통신 기술을 활용해 전력망을 지능화·고도화함으로써 고품질의 전력 서비스를 제공하고 에너지 이용 효율을 극대화하는 전력망이다.
보안 및 프라이버시
V2X는 물론 매우 유용한 기술이 될 것이다. 하지만 지속적으로 상세한 위치 정보에 의존하므로 프라이버시 문제를 야기할 수 있다. 개인 소유 차량으로 위치 추적은 운전자의 동선이나 활동을 드러낼 수 있다. 악의적인 공격자가 V2X 사용자 위치 정보를 유포함으로써 차량 소유주나 렌터카 사용자 등에게 프라이버시 문제로 이어질 수 있다.
따라서 V2X는 메시지를 보호하기 위해서 엄격한 보안이 필요하다. 보안 기법의 하나로서 메시지로 공용 키 인증서를 사용해서 허가되지 않은 당사자가 데이터 교환에 끼어들지 못하도록 방어하고 통신을 보안적으로 익명화할 수 있다. 공용 키 인프라(PKI)는 디지털 보안 인증서를 생성하고, 관리하고, 사용하고, 저장하고, 폐기하기 위한 정책과 절차들로 이루어진다. PKI를 사용해서 전자 정보 전송을 보안적으로 할 수 있으며, 인증 수단으로서 단지 패스워드만이 아니라 좀더 엄격한 신원 확인을 요구한다.
그 밖에도 V2X 애플리케이션으로부터 차량간 통신, 좌회전 및 우회전 보조, 응급제동 경고, 교차로에서 향상된 맥락 인식을 들 수 있다. 네비게이션의 개념을 확장해 교통 혼잡에 따라서 속도를 제어하거나 속도 조절을 제안할 수 있으며 차선폐쇄나 도로 공사 같은 실시간 정보에 따라서 GPS 지도를 업데이트할 수 있다. 소프트웨어 기반 시스템이 점점 늘어나고 있는 자동차로 지도 업데이트에서부터 버그 교정과 보안 업데이트에 이르기까지 OTA(over-the-air) 소프트웨어 업데이트를 위해서도 V2X가 중요한 역할을 한다.
표준
이 V2X는 아래와 같은 표준이 있다.
- IEEE 802.11p WAVE
- ISO TC204 WG16 CALM
- ISO TC204 WG17
IEEE 802.11p WAVE
먼저 WAVE(Wireless Access in Vehiclular Environment)는 하나의 WiFi 공유기에 여러 개의 스마트폰이 연결되는 형태와 같다. 사실 V2X라는 기술은 자동차 환경의 차이점은 스마트폰이 시속 100km/h로 움직이는 상태에서 네트워크 상태를 유지해야 하는데 이는 쉬운 일이 아니다. 하지만 이 WAVE를 이용해 고속 주행 중인 차량과의 네트워크 형성이 가능해졌다. WAVE는 최대 200km/h로 이동하는 차량에서 최대 전송 범위인 1km와 함께 최대 54 Mbps급(LTE급)의 전송속도를 지원한다. 차량이 빠르게 이동하고 있는 만큼 WAVE 기술은 네트워크 접속할 때 인증 과정이 생략된다.
ISO TC204 WG16 CALM
TC204 WG16 CALM(Continuous Air interfaces - Long Medium Ranges)은 5~20m 거리 내에서 통신이 가능한 하이패스 같은 시스템으로 단방향으로 정보를 받는 시스템인 TC204에서 발전하였다. CALM은 앞서 언급된 WAVE와 같은 의미로 빠르게 움직이는 자동차의 무선 통신을 의미한다고 볼 수 있다. 다만 지능형 교통 시스템에 관련된 표준이기 때문에 조금 더 작은 의미라고 볼 수 있다.
ISO TC204 WG17
ISO TC204 WG17은 WG16에 비해 더욱 발전된 기술로만 이해하면 된다.
결론
이제 사실상 자동차도 컴퓨터, 스마트폰처럼 IT기기가 된 것이나 다름없다. 현대차 기술 칼럼의 말을 빌리자면 V2X란 ‘차량에 저장되어 있는 전기를 실생활의 여러 용도로 활용할 수 있는 기술을 통칭하는 용어다’라고 볼 수 있다. V2X 기술을 활발하게 적용하게 되는 가가운 미래 자율주행 시대에 사용자의 안전성뿐만 아니라 편의성도 급격하게 향상될 것으로 생각된다.
참고 자료
(이경탁 외, 2021) 고려대학교, 한국전자통신연구원 통신미디어연구소, "5G를5G 를 활용한 C-V2X 의 통신 효율성 향상 기술 동향"
http://global-autonews.com/bbs/board.php?bo_table=bd_035&wr_id=523
https://stock-slipper.tistory.com/99
https://www.elec4.co.kr/article/articleView.asp?idx=29816
