V2X - Saving Lives and Reducing Congestion
V2X, 생명을 구하고 교통혼잡을 줄인다
2020년 07월호 지면기사  /  글│후안유 구(Huanyu Gu) 시니어 매니저, 제품 마케팅 & 사업 개발 ADAS & V2X 부문, NXP 반도체



NXP의 후안유 구 매니저는 한국의 V2X는 하이브리드 방법이 신중한 결정이 될 수 있다고 말했다. 결정 이후엔 DSRC가 V2X
기술을 빠르게 전개하기 위한 검증되고 테스트된 바로 이용할 수 있는 기술이라고 강조했다.


글│후안유 구(Huanyu Gu) 시니어 매니저, 제품 마케팅 & 사업 개발 ADAS & V2X 부문, NXP 반도체



전 세계는 점점 더 연결되고 있다. 스마트폰에서 주방의 스피커에 이르기까지 많은 면에서 디지털 기술의 발전은 우리 일상생활에 깊숙이 들어와 있다. 그리고 지난 10년여 간 자동차 역시 디지털로 단장됐다. 운전 부담은 줄고, 이동은 더 안전하게 됐으며, 사각지대 감지, 차선이탈 경고, 적응형 순항제어 시스템과 같은 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)은 현재 인기 있는 카 브랜드에서 일반화됐다. ADAS의 보편적인 채택과 그 혜택 때문에 운전자, 동승자, 보행자가 경험하는 운전의 전 과정은 훨씬 더 안전해지고 있다.

ADAS 시스템은 실시간으로 작동하고, 자동차 가까이에서 무슨 일이 일어나고 있는지 감지한다. 하지만, 자동차가 바로 인접한 곳 이상, 더 멀리 볼 수 있는 기술도 이미 마련돼 있다. V2V(차량 대 차량) 통신과 V2I(차량 대 인프라) 등으로 불리는 V2X를 통해 차는 다음 코너 주변이나 도로 2 km 전방에 무엇이 있는지 파악할 수 있다. V2X는 도로교통 안전을 개선하는 것은 물론, 혼잡 지역 주변의 교통 흐름을 좋게 만들고, 다가올 위험과 변덕이 심한 도로 상태, 도로 교통사고에 대해 알려주는 역량을 향상시켜준다.  

V2X 운영은 단순한 차량과의 통신 이상을 의미한다. 교통 흐름을 조절하기 위해 조정할 수 있는 신호등과 기타 도로 인프라 장비와의 통신까지 포함한다. 이런 방식으로 V2X 시스템은 사고와 피크 타임의 혼잡지역에서 교통 흐름이 분산되도록 유도할 수 있어 교통정체 현상을 피하고 CO2 배출량 감축에 기여할 수 있다. 

V2X 실행을 통해 얻을 수 있는 혜택이 많기는 하지만, 주요 동인은 무엇보다도 도로 안전이다. 운전자, 동승자, 보행자 및 기타 도로 사용자들을 위한 안전을 의미한다. 전 세계적으로 매일 수백 명이 도로 교통사고로 목숨을 잃고 있는데, 그 중 상당수는 V2X가 설치되면 구할 수 있는 목숨이다. 안전을 생각한다면 V2X를 생각해야만 한다.


한국, C-ITS 실행 계획

전 세계 국가들은 V2X가 포함되는 C-ITS(Cooperative Intelligent Transport System: 협력 지능형 교통체계)에 대한 자국의 기준과 절차를 적극적으로 마련하고 있다. C-ITS는 도로 사망자를 줄이고, 주요 도시의 교통체증 심화 문제를 처리하는 것을 목표로 한다. 

한국에는 카메라, 교통 흐름 센서, 통제 도로 신호 등으로 구성된 기존의 지능형 교통 시스템이 이미 설치돼 있다. 한국은 도로 사상자와 교통 혼잡을 줄이는데 있어 상당한 진전을 이뤘다. 하지만, 2018년 한 해만 해도 도로사고로 32만 3,037명 이상이 다치고 3,781명이 목숨을 잃었다. 도로 사상자와 관련된 비용은 25조 8,000억 원을 초과했다. *1 여기에 교통혼잡, 정체, 20 km/h 이하의 서행으로 인한 재무적 영향으로 28조 5,000억 원이 추가된다. 

기존의 ITS 시스템에서 나오는 정보 흐름은 일방향이다. 교통량과 사고 정보를 수집해서 중앙 시스템에 전달해서 처리하고 배포하는데 시간이 걸리며, 수동적인 교통 관리 정보만을 제공한다. 한국이 계획하고 있는 C-ITS 시스템이 실행된다면 교통사고는 과거 대비 46% 감소하고 도심 주행 속도는 30% 개선될 것으로 추정되며, 그 결과 연간 8,000억 원을 절감할 수 있을 전망이다.*2


V2X 기술 선택 

국가 C-ITS 시스템 실행과 관련된 의사 결정은 광범위한 파장을 갖는 복잡한 결정이다. 그 결정 중 하나는 V2X와 관련된 핵심 통신기술을 선정하는 것인데, V2X 관련 핵심 통신기술에는 2가지가 있다. 기술적 결정을 제외한 전반적 개요가 다음과 같이 강조돼 있으며, 기타 중요한 요인에는 전개 가능한 기술의 가용성 일정, 산업 및 국가 정부기관에서 이미 실행한 투자비용, 자동차 소유주의 운영비용 등이 있다.

현재의 V2X 표준은 DSRC(Dedicated Short-Range Communication: 단거리 전용통신)이며, 2015년부터 대량생산에 들어갔다. DSRC V2X 표준, 802.11p는 Wi-Fi에서 나온 것이며, 다이내믹한 자동차 환경에 운영되도록 최적화돼 있다.  

지난 몇 년간 C-V2X(Cellular V2X)라고 하는 또 다른 V2X 표준이 부상했다. 현재 진화하고 있는 이 표준은 기존의 셀룰러 기술이 확장된 것으로 다음에 설명된 이유로 NXP는 이 표준은 전혀 실행 가능성이 없다고 주장한다.  

현 DSRC 표준은 2010년 비준됐다. 최초 안전 테스트 시범사업 중 하나가 2012년 디트로이트에서 시작됐으며, 그 이후로 유럽, 미국뿐만 아니라, 한국, 중국, 싱가포르 등지에서 수 백 개에 이르는 테스트베드와 시범 프로젝트가 실시됐다. 토요타는 2015년 일본에서 첫 DSRC 생산을 시작했고, 지금까지 18만 대 이상의 자동차를 생산했다. 2017년, GM은 DSRC를 캐딜락 CTS에 통합했다. 


그림 1|DSRC 여정 로드맵
출처|NXP


2018년 업계 실무 그룹은 802.11bd라는 이름의 차세대 DSRC 표준 개발 업무를 맡게 됐다. 2019년, 위임법(Delegated Act)의 부결에도 불구하고, 오스트리아를 비롯한 유럽에서는 DSRC와 관련된 의미 있는 발전이 이뤄졌다. 오스트리아는 2020년에 DSRC를 전격 도입하기로 했고, 폭스바겐은 DSRC가 표준 안전기능으로 장착된 폭스바겐 골프 8 출시를 발표했다. 폭스바겐은 유럽에서 가장 먼저 대량생산으로 V2X를 출시한 자동차 제조업체이며 세계 최대 규모의 V2X 기술 출시 계획을 감독하고 있다. 이 출시는 DSRC 기반의 표준을 바탕으로 한다.
 
DSRC의 기술 및 시장 성숙도와는 대비되게 C-V2X는 상대적으로 새로운 표준으로 아직도 상당한 수정 작업을 거치고 있다. 셀룰러 네트워크를 이용하는 C-V2X는 현재 진행 중인 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP) 셀룰러 산업 개발 로드맵의 일부다. 더 이상 추가 연기가 없다면, 현재 기준으로 표준 릴리스 16(Rel.16)은 올해 비준이 될 것으로 보이며, 이는 C-V2X 실행에 얼마나 시간이 걸릴지 의문을 제기하게 한다. 


V2X 기술 선택시장 출시 관련 과제 

복잡한 기술 표준 세트는 모두 그 본질이 심오하다. 표준은 무선신호의 정확성부터 통신 프로토콜 그리고 애플리케이션과 정보를 어떻게 주고받는지를 정의하는 네트워크 스택에 이르기까지 시스템 운영의 핵심을 다룬다. 표준 내 규정된 요구 속성과 기능을 모두 보여주는 무선 모뎀과 보안 컨트롤러와 같은 특수 직접회로의 설계는 개발에 수년이 걸릴 수도 있다. 그런 다음, 표준 규격에 맞춰 철저한 검사를 실시해 규제 준수를 명확히 할 필요가 있다. 

자동차 시스템 용도로 설계된 모든 부품에는 반드시 만족해야 하는 추가 규격이 있다. 고온 작동 온도, 진동 및 몇 가지 안전 관련 요건이 추가 규격에 해당된다. 자동차 영역 내 전자장치 기반 시스템의 기능안전성 역시 가장 중요한 사안에 해당된다. 마지막이긴 하나, 앞서 언급된 것만큼 중요한 점은 다양한 공급업자와 제조업체들의 V2X 칩셋, 통신 스택 및 시스템을 대상으로 상호운용성 검사를 실시해서 OEM과 도로 운영업체가 내린 공급 관련 결정과 상관없이 자동차와 스마트 인프라가 서로 “이야기”를 할 수 있도록 하는 것이다. 

이러한 요건과 출시 관련한 성명서에 담긴 C-V2X의 현 위치를 바탕으로 NXP는 C-V2X가 실행되기까지는 상당한 시간이 걸릴 것으로 본다. 어쩌면 DSRC 기술의 현 단계와 비교해서 최대 10년은 뒤쳐져 있다고 볼 수 있다. 

미국의 초기 OEM DSRC 생산을 예로 들어보면, 표준의 실행 승인으로부터 총 7년의 시간이 걸렸다. 이것은 전반적인 반도체 산업 기준에 부합하는 것이다. DSRC 칩셋 개발에 4년이 걸렸고, 그런 다음 OEM 대량생산 목적으로 숙련된 티어 1 서플라이어가 시스템을 개발하는데 추가로 3년이 걸렸다. 빠르게 움직이는 소비가전 산업과 달리, 자동차 애플리케이션은 훨씬 더 많은 검사를 수반하고 성숙도, 안정성 및 100% 신뢰성을 증명할 필요가 있다.  

자동차 산업의 개발 사이클은 수년을 기준으로 한다. 이에 반해 셀룰러 및 소비가전 산업은 일반적으로 수개월을 기준으로 한다. NXP는 기존의 셀룰러 기술에서 비롯되기는 했지만 C-V2X의 경우도 마찬가지일 것으로 생각한다. 많은 이들이 던지는 질문은, 과연 언제 성숙한 C-V2X 표준과 솔루션을 OEM의 대량생산과 대규모 인프라 출시 목적으로 상업적으로 사용할 수 있을 것인가이다. 이 질문에 대한 견해는 다를 수 있지만, 가능한 C-V2X 출시 일정을 감안했을 때 한 가지 거의 확실한 것이 있다. 그것은 C-V2X가 2019년 10월 15일에 나온 문재인 대통령의 미래 자동차 산업 개발 전략을 지원하는 것은 불가능할 것이라는 점이다. 

이 전략에 따라 설정된 목표 중 하나는 2027년까지 전국 도로망에서 자율주행차를 상업화하는 것이다. 이에 따라, 빠르게는 2023년에 C-ITS 인프라가 전국 고속도로와 주요 도시에 설치돼야 할 것이다. 빡빡하기는 하지만 달성 가능한 전략의 일정을 감안했을 때 한국의 국가적 전략 목표를 달성할 수 있는 기술은 DSRC 밖에 없다. 

기술 의사결정 배경 이면에는 전 세계 도로 교통사고 사상자가 계속해서 늘어나고 있고, 2016년에는 135만 명이 목숨을 잃었다는 냉혹한 현실이 있다. 미 교통부에 따르면, DSRC는 음주/약물을 복용하지 않은 운전자가 관련된 사고의 80%를 다룰 수 있다. 


V2X 설치 비용

지금까지 이 글에서는 비용 영향을 다루지 않았다. 

V2X의 경우 비용은 두 가지 방식으로 분명해진다. 먼저, 한국은 생명을 지켜주는 V2X 기술을 개발하고 도시와 고속도로에 배치하는 등 이미 V2X 시범사업에 수십억 원을 투자했다. 시범사업은 서울, 제주도, K-시티, 판교, 대전-세종고속도로, 경부-중부 고속도로 등에서 실시되었고, 전부 DSRC를 사용했다. 정부 당국, 교통부, 규제 및 표준 기구, 인프라 제공업체들은 인적, 재무적 관점에서 이러한 시범사업을 통해 얻은 가치를 설명하고 증명해야 하며, 기존 투자 위에 미래 C-ITS 시스템을 구축해야만 한다. 

V2X와 관련된 다른, 보다 개인적인 측면은 개인 소비자와 도로 사용자들에게 비용이 얼마나 들 것인가다. 원칙적으로 V2X가 구현하는 기본 안전 기능은 모두가 사용할 수 있고, 구매할 수 있어야 한다. 이 비용은 OEM, 인프라 제공업체 그리고 시스템 및 부품 납품업체 모두에게 발생하는 비용에 비례한다. 기술과 선정된 공급업체에 따라 기술 접근 요금과 특허 라이센싱 때문에 추가적으로 개발 및 생산비용이 증가할 수 있다. 그 결과 비용 증가로 인해 중소기업이 시장경쟁에 참여할 진입 장벽이 높아지게 된다.

그리고, 개인 소비자가 부담해야할 비용도 높아지는 결과를 낳게 돼, 생명을 구하는 V2X 기술 혜택을 비용을 부담할 수 있는 사람들만 누리게 만들 것이다. 또한, 미국과 유럽의 최근 사례를 보면 셀룰러 기술 공급업체와 그들의 고객 즉, 주요 글로벌 자동차 업체와 자동차 티어1들 간 반독점 분쟁 가능성이 제기되고 있다. 자동차 산업은 이러한 이견으로 발생한 독점적 지위로 인해 공정하고, 합리적이며, 차별 없는 특허 및 라이선스 접근이 보장되지 못할 것을 우려하고 있다. 

  
V2X 기술 비교

그림 2는 두 가지 V2X 기술 간의 핵심적인 기술적 차이를 보여준다. 

두 기술의 많은 면은 추가 연구가 필요하다. 특히, 통신지연, GNSS 클럭 신호의 필요성, 심한 교통체증 지역에서의 성능 관련 부분이 그러하다. 각 비교 항목별로 기술 문서 하나씩을 작성할 수도 있겠지만, 그 중 일부가 갖는 잠재적인 영향을 간단히 살펴볼 필요가 있다. 예를 들어 직접 통신 모드(PC5 모드 4)에서 통신 동기화를 유지하기 위해서 C-V2X의 경우 GNSS 클럭 신호가 필요하다는 요건은 터널과 밀집된 도심에 만들어진 도시 협곡을 지날 때 안전 시스템으로서의 성능에 즉각적으로 영향을 미칠 것이다. 이와 비교해서 DSRC는 비동기 통신 프로토콜로 ‘말하기 전에 듣기(Listen-before-talk)’ 메커니즘을 활용해서 데이터 충돌을 피한다. 이러한 메커니즘은 DSRC가 안정적으로 저지연 성능을 구현하는데도 기여한다. DSRC는 교통체증 상황에서도 일반적으로 10 ms 이하로 지연이 적다. 반대로 C-V2X 지연은 최대 100 ms까지 올라가기도 하며 체증 정도에 따라 다양하게 나타난다. 

기술과 관련해 마지막으로 언급할만한 점으로 자동차 산업과 도로 인프라에 중요한 것은 기술이 이전 버전과 역호환성을 유지하는 것이다. 그렇게 되면 자동차는 일반적으로 10~12년 정도 되는 라이프 사이클 전 기간에 걸쳐 다른 자동차와 통신할 수 있고, 항상 대규모 투자를 수반하는 도로 인프라와도 일단 건설되고 나면 기술의 차세대 버전이 도입된다하더라도 오랫동안 통신할 수 있다. 

DSRC 표준의 차세대 버전인 802.11bd는 현재 현장에 적용된 802.11p 표준과 완전 역호환된다. 반면에, Rel.16를 포함해 곧 출시될 C-V2X 릴리스와 현재 나와 있는 릴리스 간에는 역호환성이 없기 때문에 두 릴리스는 동일한 주파수 채널 내에서 작동할 수 없다. 



그림 2|DSRC 와 C-V2X의 기술 비교 
출처|NXP


하이브리드 옵션      

포괄적인 산업 관점에서 NXP는 V2X에 하이브리드 방식을 채택하는 것이 신중하고 타당한 옵션이라고 믿는다(그림 3). Wi-Fi와 셀룰러 기술의 장점만을 결합함으로써 각각의 기술이 중요한 역할을 하는 것이다. 지연이 적고, 교통체증이 심한 상황에서 탁월한 성능을 보여주는 DSRC는 지연이 중요하고 안전과 관련된 V2X 및 C-ITS 서비스를 제공하게 된다. DSRC는 최대 2 km거리까지 커버할 수 있다. 

셀룰러 기술은 검증된 고대역폭 데이터 서비스로 DSRC를 적절히 보완하면서 저지연 특성에 좌우되지 않고 2 km 이상 통신 커버리지를 필요로 하는 편의와 편안함 관련 서비스를 차량의 V2X 시스템 내에서 제공하는 것이다. 

하이브리드 방식의 장점은 여러 면에서 찾을 수 있다. 먼저, DSRC와 셀룰러 기술은 모두 검증된 성숙한 기술이다. 한국에서 기술은 현재 전개 준비가 돼 있다. 한편으로 한국은 셀룰러 인프라와 관련해 선진국이다. 동시에 한국의 C-ITS 시범사업과 DSRC 인프라 투자는 물론, 적극적인 한국기업들의 글로벌 DSRC OEM 생산 프로그램 참여로 선진 기술 노하우를 가진 다양한 산업이 한국에 만들어졌다. 정부의 최종 결정만이 유일하게 빠진 부분이라 할 수 있다.  

둘째, 하이브리드 모델을 채택하면 정부 당국, 교통부, 그리고 도로 운영업체들이 지금까지 투자한 DSRC 기반 C-ITS 인프라를 유지할 수 있고, 현재 마련된 것을 바탕으로 전국 C-ITS 인프라를 운영 및 구축할 수 있다. 

셋째, 셀룰러 커버리지가 없는 곳에서는 편의와 편안함 관련 기능을 일시적으로 제공하지 못하게 될 것이다. 그렇다 하더라도, DSRC를 활용하는 안전 서비스는 어디를 가든 지역에 상관없이 최종 사용자들이 이용할 수 있다. 

마지막으로, 자동차 제조업체 입장에서 하이브리드 방식의 장점은 실용성이다. 하이브리드 방식을 채택하면, 안전 모듈과 편의성 및 편안함 관련 모듈을 분리할 수 있다. 이 두 가지 모듈은 강도, 보안, 기능안전성 면에서 필요한 시스템 요건이 다르다. 그렇기 때문에 두 개의 물리적 속성으로 분리하면, 비용과 시스템 복잡성을 줄이는데 도움이 된다. 

분리가 갖는 또 다른 장점도 있다. 자동차 제조업체들은 기능 차별화를 통해 타깃 시장에 따라 다른 자동차 브랜드와 모델을 관리한다. 대부분의 자동차 모델에 안전 기능이 광범위하게 제공되겠지만, 편의성 및 편안함 관련 서비스는 선별된 프리미엄 브랜드나 모델에만 제공하는 것이다. 또한, DSRC(802.11p 에서 802.11bd로)와 셀룰러 기술(4G에서 5G)의 마이그레이션은 기술 준비 상태와 타깃 시장의 인프라 커버리지에 따라 동시에 일어나지 않을 것이다. 하이브리드 모델은 자동차 제조업체에 많은 유연성과 자유를 제공하기 때문에 자동차 브랜드와 모델 별로 여러 다른 기술과 기술 세대를 혼용 적용할 수 있게 해준다. 



그림 3|하이브리드 추진. DSRC + 기존 셀룰러
출처|NXP


당연히, 유럽이 C-ITS 보급을 선도하고 있고, 위에서 제안한 하이브리드 모델을 이미 따르고 있다. 이 점을 감안하면, C-ITS 실행 결정을 아직 하지 않은 국가들은 유럽 이니셔티브와 비슷한 길을 따른다면 안심할 수 있을 것이다. 예를 들어, 유럽은 지난 10년여 간 DSRC 기반 C-ITS 운용 시범사업에 상당한 투자를 해왔다. 그리고 자율주행에 앞장서면서 C-ITS 보급과 관련해 빠듯하기는 하지만 현실적인 목표도 설정했다. 또한 유럽은 EU ITS-디렉티브 2010/40/EU에서 5.9 GHz 밴드 내 C-ITS 상호운용성을 의무화했다.

앞서 언급한 대로, 폭스바겐이 인기 있는 골프 플랫폼에 DSRC를 기본 옵션으로 출시하겠다는 결정을 내림으로써 다른 모델에도 DSRC 기반의 V2X를 적용할 길이 열릴 수 있다. 다른 자동차 제조업체들도 폭스바겐을 따르고 있다. 2021년에 두 번째 유럽 OEM이 DSRC 생산을 시작할 예정이다. 유럽 전역에서 2020년 중반까지 DSRC 기반 인프라는 6,000 km까지 전개될 것이다. 오스트리아는 2,200 km의 고속도로망을 커버하는 2020-2022 전국 DSRC 설치 사업에 착수했다. 2019년 이후 유럽 18개국이 DSRC 기반 인프라 보급을 약속했으며 그 투자금은 총 4억 2,100만 달러에 이른다. 


결론 및 한국 C-ITS의 방향

다른 모든 C-ITS 결정과 마찬가지로, 안전은 최우선 순위다. 한국의 경우 의사결정 과정에서 기술 성숙도, 비용, 현실적인 설치 일정을 고려할 필요가 있다. 하이브리드 방법이 한국에게 신중한 결정이 될 수 있다. 하이브리드 방식을 통해 도로교통 전략 한가운데 안전을 채택하는 자동차 선진국으로서의 입지를 계속해서 유지할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다.  
결정을 한 뒤 가능한 빨리 기술을 실행하기 위해서는 현장에서 검증되고 테스트된 바로 이용할 수 있는 솔루션이 필요하다. DSRC는 현재 이용 가능한 기술이다. 그럼 이제 생명을 구하고, 비용을 초래하는 교통혼잡을 줄이는 일을 시작하자.

 


참고
*1. 도로교통공단 도로교통사고비용의 추계와 평가 (2019년판)   
http://taas.koroad.or.kr/web/bdm/srs/selectStaticalReportsList.do?menuId=WEB_KMP_IDA_SRS_RTE 

*2. C-ITS 시험사업홍보관 https://www.c-its.kr/english/introduction.do
 

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  • [ 이두화 2020-07-08 오후 12:20:20 ]
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유익한 정보 감사합니다.

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