V2X 이해

아래 글은 아우토바인에서 발췌해 온 내용입니다. (간혹 링크가 삭제되는 경우가 있어서요)

어려운 내용을 개념적으로 아주 쉽게 설명을 잘 한 것 같습니다.

 

V2X (Vehicle to everything)는 차량과 사물 간 대화의 기술이다. 구성요소(OBU, RSU, VRU)는 대화 주체에 대한 정의이고, 시나리오(V2V, V2I, V2P, V2N)는 주체들 간 연결에 대한 것이고, 메시지(BSM, SPAT 등)는 주체들 간 대화의 내용을 의미합니다.

V2X에서 사용되는 용어 정리

 

구성요소

통신의 주체(구성요소)들은 장착된 위치에 따라 크게 OBU, RSU, VRU로 구분합니다. 통상적으로 자동차에 장착되는 주체를 OBU(On Board Unit)로 구분하며, 인프라에 장착되는 주체를 RSU(Road Side Unit)라고 구분합니다. VRU(Vulnerable Road User,Vulnerable Road Unit)은 사고가 났을 때 많은 피해를 받는 교통 약자 쪽을 지칭할 때 사용합니다. 특히 VRU는 선진국 시장 중 자전거와 오토바이 등이 교통수단으로 활발히 이용되는 유럽에서 많이 연구되고 있습니다. 이외에도 전동킥보드와 같은 라스트 마일 모빌리티 서비스 디바이스도 도로상 통신의 주체로 볼 수 있습니다.

통신을 통해 연결을 하려면 모든 디바이스는 통신 장비를 갖추어야 합니다. 통신 장비는 자동차나 핸드폰에 내장될 수도 있고, 별도 모듈로 장착될 수도 있습니다. 장착 형태에 상관없이 V2X 표준에서 정의한 신호를 주고받을 수 있는 송신 장비와 수신 장비가 갖추고 있어야 합니다.

 

OBU는 주로 차량에 장착되는 장비로 V2X 신호를 주고받는 역할을 합니다. 즉, 개별 차량의 위치, 속도, 방향 등을 RSU에 전달하는 역할을 합니다. 그러나 아직 법제화가 안된 상태이기에 자동차 제조사들은 원가상승을 피하기 위해서 장착을 안하고 있습니다. 장착 위치는 별도의 박스가 아니라 주로 TCU (Telecommunication Control Unit)의 PCB에 일체형으로 구성됩니다. 그래서 안테나만 분리되고 나머지는 TCU의 하부 구조로 OBU가 장착되는 추세입니다. 물론 After Market에 필요한 OBU는 어떻게 대응할 것인가라는 이슈는 있지만 아직 Before Market도 장착되지 않은 상태라 After Market용 OBU는 아직까지는 논외로 취급되고 있습니다.

RSU는 도로변에 설치되는 기지국으로 각 차량에서 보내는 정보를 수집하여 C-ITS에 전달합니다.

OBU와 RSU는 공통적으로 무선 통신 5.9GHz 대역을 송수신해야 되기 때문에 거기에 맞는 360도º를 커버할 수 있는 안테나가 필요합니다.

 

시나리오

시나리오는 주체들간 연결을 정의하는 것입니다. V2V는 차량과 차량 간의 연결, V2P는 차량과 보행자 간의 연결, V2I는 차량과 인프라 간의 연결, V2N은 차량과 네트웍 간의 연결 시나리오입니다. 이 모든 연결을 V2X라고 부릅니다.

V2N은 C-V2X 체계에서 개념이 도입되었습니다. Wave 시대에 무선통신 네트웍은 V2X 체계의 일부가 아니었습니다. 기본적으로 무선통신 없이도 차, 보행자, 인프라 등이 주체가 되어서 통신할 수 있도록 만들어 놓은 IoT 체계가 Wave 방식의 개념이었습니다.

Qualcomm을 필두로 한 통신 진영은 V2X 시장이 돈이 될 것 같다는 판단 하에 IoT 체계를 벗어나는 구간에서 수익모델을 갖기 위해서 진입한 것입니다. IoT 노드에서 과금은 못하지만 인프라를 통해서 교통정보 데이터가 클라우드로 올라갈 때는 막대한 데이터가 발생하게 됩니다. 궁극적으로 각각의 주체들이 IoT의 다이렉트 통신을 끊고, 기지국/중계기를 통해서 중계하겠다는 것이 통신진영의 비전입니다.

 

전송방식

WAVE 방식(Wireless Access in Vehicular Enviroments)은 와이파이(WiFi) 같은 무선랜 기반의 통신방식을 말합니다. DSRC(Dedicated Short Range Communications, 단거리 전용 통신 )은 WAVE와 동의어라고 보셔도 됩니다.

C-V2X 방식(Cellular Vehicle to Everything)은 LTE, 5G같은 이동통신망을 통한 통신방식을 말합니다. 맨앞자 C가 셀룰라인 것을 기억하면 됩니다.
중국과 미국은 위 2가지 중에 C-V2X를 단일기술표준으로 채택하였습니다. 우리나라는 아직 기술표준이 확정되지 않았습니다. 

 

메시지

메시지 표준은 자율주행 단계를 정하는 SAE(Society of Automotive Engineering)에서 동일하게 정의를 하고 있습니다. SAE의 J2735에서 세트가 정의되어 있습니다. 주체들 간에 메시지를 주고받을 때 프로토콜이 정의되지 않으면 큰 혼란이 생길 수 있습니다. 메시지 세트는 통신방식(Wave, C-V2X)에 상관없이 동일합니다. Wave와 C-V2X는 전송방식의 차이일 뿐, 메시지는 호환되게 만들어져 있습니다.

 

전체적인 기본 메시지 세트는 이미 정의가 되어서 준비가 되어 있다고 보면 됩니다. 메시지 세트의 대표적인 예로 BSM, SPAT를 살펴보겠습니다. BSM(Basic Safety Message)은 주로 OBU가 인프라를 향해서 쏘는 메시지이고, SPAT(Signal Phase And Timing Message)는 주로 신호등 정보를 담은 메시지입니다. 지금 신호가 무슨 색깔이고, 몇 초 후에 무슨 색깔로 바뀔것인지 드으이 정보를 담고 있습니다. 나아가 같은 신호 내에서도 예비동작을 알려주는 많은 정보를 포함하고 있습니다.

○ BSM에 포함된 정보들: 차량 ID, 상대적 시간, 위치_위도, 위치_경도, 위치_높이, 위치 정확도, CAN_기어상태, CAN_속도, 방향, 조향각, 가속상태, 제동상태, 차량크기(차폭 및 전장)

○ SPAT에 포함된 정보들

• Unit (DARK): Stop vehicle at stop line, do not proceed unless it is safe.
• Stop-Then-Proceed (Flashing): Stop vehicle at stop line, do not proceed unless it is safe.
• Stop-And-Remain: Stop vehicle at stop line, do not proceed.
• Pre-Movement: Stop vehicle, prepare to proceed.
• Permissive Movement Allowed: Proceed with caution, must yield to all conflicting traffic.
• Protected Movement Allowed: Proceed in direction indicated.
• Permissive-Clearance: Prepare to stop, proceed if unable to stop, conflicting traffic may be present.
• Protected-Clearance: Prepare to stop, proceed if unable to stop in direction indicated.
• Caution-Conflicting-Traffic (Flashing): Proceed with caution, conflicting traffic may be present at intersection conflict area.

이런 메시지 세트들을 조합해서 다양한 시나리오(예: Left Turn Assist, Intersection Movement Assist, Queue Warning 등)가 구성됩다. 메시지 자체는 시간 축 상 특정시점의 정보이고, 용도에 맞게 일련의 메시지 세트를 조합하고 연결하여 시나리오를 만듭니다. 시나리오는 표준이 없고, 자동차 회사나 나라별로 환경에 맞게 메시지 세트를 사용해서 만들어내는 응용의 범위입니다. 이런 메시지 세트를 어떻게 잘 사용해서 다양한 시나리오를 구현할 것인가는 자동차 회사와 각국 정부의 몫입니다.

한편, 한국은 실증사업이 진행되고 있는 세종, 대전, 제주, 서울 등에 설치되어 있는 RSU에서 메시지가 송출되고 있습니다. 각 지역별로 송출되는 메시지의 90%는 표준 메시지를 사용하지만 10% 정도는 지역별 특화된 서비스를 위해 비표준 메시지를 쓰고 있습니다. 이 때문에 한 대의 자동차가 각 지역을 돌아다닐 때 호환이 안되는 경우가 발생하고 있어 문제점으로 지적되고 있습니다.

 

참고사이트

• V2X 개념과 용어 정리 - 아우토바인