차량 대 전체

Vehicle-to-everything
차량 연결(불연)

차량 대 전체(V2X)는 차량과 차량에 영향을 미치거나 영향을 받을 수 있는 모든 개체 사이의 통신이다. V2I(차량 대 인프라), V2N(차량 대 네트워크), V2V(차량 대 차량), V2P(차량 대 보행자), V2D(차량 대 장치) 등 보다 구체적인 통신 유형을 통합한 차량 통신 시스템이다.

V2X의 주요 동기는 도로 안전, 교통 효율, 에너지 절약이다. 미국 NHTSA는 V2V 시스템이 시행될 경우 교통사고가 최소 13% 감소해 연간 43만9000건의 충돌이 줄어들 것으로 추산하고 있다.[1] 사용 중인 기반 기술에 따라 V2X 통신 기술은 (1) WLAN 기반과 (2) 셀룰러 기반 두 종류가 있다.

역사

안전성을 높이고, 사고를 줄이고, 운전자 지원을 위해 차량 간 통신사업을 추진한 이력은 미국 전자도로지도시스템(ERGS), 일본 CACS 등의 사업으로 1970년대를 거슬러 올라갈 수 있다.[2] 차량 네트워크 역사상 대부분의 이정표는 미국, 유럽, 일본에서 유래한다.[2]

WLAN 기반 V2X의 표준화는 셀룰러 기반 V2X 시스템의 표준화를 대체한다. IEEE는 2010년에 WLAN 기반 V2X(IEEE 802.11p)의 사양을 처음 발표하였다.[3] 차량(V2V) 간, 차량과 인프라(V2I) 간 직접 통신을 지원한다. 이 기술을 DSRC(Deduced Short Range Communication)라고 한다. DSRC는 802.11p가 제공하는 기본 무선 통신을 사용한다.

2016년 도요타는 세계 최초로 V2X를 장착한 자동차를 선보였다. 이 차량들은 DSRC 기술을 사용하며 일본에서만 판매된다. GM은 2017년 V2X를 도입한 두 번째 자동차 회사가 됐다. GM은 미국에서 DSRC V2X를 탑재한 캐딜락 모델을 판매한다.

2016년 3GPP는 LTE를 기반으로 한 V2X 사양을 기초기술로 발표했다. 802.11p 기반 V2X 기술과의 차별화를 위해 일반적으로 "셀룰러 V2X"(C-V2X)라고 한다. 직접 통신(V2V, V2I) 외에도 C-V2X는 무선 네트워크(V2N)를 통한 광역 통신도 지원한다.

2017년 12월 현재 유럽의 한 자동차 제조사가 2019년부터 802.11p 기반 V2X 기술을 도입한다고 발표했다.[4] 반면 2017[4]과 2018,[5]모든에서의 일부 연구, 분석은 5세대 이동 통신 자동차 협회가(5GAA)수행되 –은 산업 조직과 C-V2X 기술 개발 – 지원은 직접적인 의사 소통 모드에서cellular-based C-V2X 기술 802.11p 있는 업무, 통신 범위, 같은 여러 측면에서 우수한 것으로 나타났다.dreliability, 예를 들어 802.11p 기반 V2X 기술에서 활동 중인 회사 중 하나인 [6]NXP가 발행한 백서에서 이러한 주장 중 많은 부분이 논란이 되고 있지만, 동료 검토 저널에서 발행하기도 한다.[7]

기술 개요

802.11p(DSRC)

원래의 V2X 통신은 WLAN 기술을 사용하며 차량과 차량(V2V) 간, 교통 인프라(V2I) 간에서 직접 작동하며, V2X 송신자 2명이 서로의 범위 내에 들어오면서 차량 애드호크 네트워크를 형성한다. 따라서 원격 지역이나 미개발 지역의 안전을 보장하기 위한 핵심인 차량이 통신할 수 있는 통신 기반 구조가 필요하지 않다. WLAN은 대기 시간이 짧기 때문에 V2X 통신에 특히 적합하다. CAM(Cooperative Awareness Messages) 또는 BSM(Basic Safety Message)으로 알려진 메시지와 DENM(Distributed Environmental Notification Messages)으로 알려진 메시지를 전송한다. 기타 도로변 인프라 관련 메시지로는 신호 단계 및 타이밍 메시지(SPAT), 차량 내 정보 메시지(IVI), 서비스 요청 메시지(SRM) 등이 있으며, 이러한 메시지의 데이터 볼륨은 매우 낮다. 무선 기술은 WLAN IEEE 802.11 표준 제품군의 일부로서 미국에서는 WAVE(차량 환경)에서는 무선 액세스, 유럽에서는 ITS-G5로 알려져 있다.[8] 차량에는 직접 통신 모드를 보완하기 위해 V2N 기반 서비스를 지원하는 전통적 셀룰러 통신 기술을 탑재할 수 있다. V2N을 사용한 이 확장은 유럽에서 셀룰러 시스템과 방송 시스템(TMC/DAB+)을 갖춘 C-ITS 플랫폼 우산[9] 아래 달성되었다.

3GPP(C-V2X)

보다 최근의 V2X 통신은 셀룰러 네트워크를 사용하며, 이를 WLAN 기반 V2X(또는 C-V2X)와 차별화하기 위해 셀룰러 V2X(또는 C-V2X)라고 한다. 그동안 5G 자동차협회(5GAA)가 C-V2X를 홍보하는 등 여러 산업단체가 WLAN 기반 V2X에 비해 유리한 점(단점을 동시에 고려하지 않음)[10]을 이유로 추진해왔다. C-V2X는 처음에 3GPP 릴리즈 14에서 LTE로 정의되었으며, 다음과 같은 몇 가지 모드로 작동하도록 설계되었다.

  1. 장치 간(V2V 또는 V2I) 및
  2. 장치 간 네트워크 연결(V2N).

3GPP 릴리즈 15에서는 V2X 기능이 5G를 지원하도록 확장된다. C-V2X는 차량 간 직접 통신(V2V)과 기존의 무선 네트워크 기반 통신을 모두 지원한다. 또한 C-V2X는 5G 기반 시스템과 서비스로 마이그레이션 경로를 제공하므로 4G 기반 솔루션과 비교하여 비호환성과 높은 비용을 의미한다.

차량과 다른 장치(V2V, V2I) 간의 직접 통신은 이른바 PC5 인터페이스를 사용한다. PC5는 사용자 장비(UE), 즉 이동 전화기가 직접 채널을 통해 다른 UE와 직접 통신하는 기준점을 말한다. 이 경우 기지국과의 통신이 필요하지 않다. 시스템 아키텍처 수준에서 근접 서비스(ProSe)는 UE들 간의 직접 통신의 아키텍처를 지정하는 기능이다. 3GPP LAN 규격에서 "sidelink"는 PC5를 통한 직접 통신을 가리키는 용어다. PC5 인터페이스는 원래 릴리즈 13에서 공공 안전 커뮤니티(Public Safety-LTE 또는 PS-LTE)를 위한 미션 크리티컬 통신의 요구를 해결하기 위해 정의되었다. 업무상 중요한 통신의 동기는 자연재해 시나리오와 같이 인프라를 이용할 수 없는 상황에서도 법 집행기관이나 긴급구조기관이 LTE 통신을 이용할 수 있도록 하기 위해서였다. 릴리즈 14에서는 스마트워치 등 웨어러블 기기가 포함된 통신 등 다양한 시장 요구에 맞게 PC5 인터페이스 활용이 확대됐다. C-V2X에서는 PC5 인터페이스가 V2V와 V2I의 직접 통신에 재적용된다.

셀룰러 V2X 모드 4 통신은 각 사용자 장비(UE)에서 독립적으로 무선 자원을 스케줄링하는 감지 기반 반주파식 스케줄링이라는 분산된 자원 할당 체계에 의존한다.[11]

C-V2X는 PC5를 통한 직접 통신 외에도 C-V2X 기기가 Uu 인터페이스를 통한 전통적인 방식으로 셀룰러 네트워크 연결을 사용할 수 있도록 한다. uu는 UE와 기지국 사이의 논리적 인터페이스를 가리킨다. 이를 일반적으로 차량 대 네트워크(V2N)라고 한다. V2N은 C-V2X에 대한 고유한 사용 사례로, 802.11p 기반 V2X는 직접 통신만 지원한다는 점에서 존재하지 않는다. 그러나, 또한 C-V2X의 경우 WLAN 기반 V2X와 마찬가지로, 2개의 통신 무전기는 주변국과의 PC5 인터페이스와 네트워크와의 UU 인터페이스를 통해 동시에 통신할 수 있어야 한다.

3GPP는 V2X를 활성화하는 데이터 전송 기능을 정의하지만, V2X 의미 콘텐츠를 포함하지 않고 3GPP V2X 데이터 전송 기능에 대해 CAM, DENM, BSM 등과 같은 ITS-G5 표준의 사용을 제안한다.[12]

사용 사례

즉석 통신을 통해 V2X는 다음과 같은 도로 안전 애플리케이션을 허용한다.

미국 도로교통안전청(NHTSA) 보고서 '차량 간 통신: 응용을 위한 V2V 기술의 준비'[13]에는 미국이 구상한 초기 사용 사례가 나열돼 있다. 유럽 표준화 기구인 ETSI와 SAE는 사용 사례로 보는 표준에 대해 발표했다.[14][15] 초기 사용 사례는 도로 안전과 효율성에 초점을 맞춘다.[16] 3GPP, 5GAA, 5GCAR과 같은 조직에서 새로운 고급 사용 사례를 도입하여 높은 수준의 자동화를 실현한다.[2]

중기적으로는 V2X가 실제 주행에 개입할 수 있다고 가정했을 때 자율주행의 핵심 지원자로 인식되고 있다. 이 경우 차량은 HGV가 하는 방식대로 플래툰과 결합할 수 있을 것이다.

표준화 이력

IEEE 802.11p

WLAN 기반 V2X 통신은 ASTM(American Society for Test and Materials)에서 초안한 표준 세트를 기반으로 한다. ASTM E 2213 시리즈 표준은 도로 기반 시설뿐만 아니라 차량 자체 간 고속 정보 교환을 위한 무선 통신을 검토한다. 이 시리즈의 첫 번째 표준은 2002년에 출판되었다. 여기서 V2X 통신에는 WAVE(Vehicular Environments)라는 약어가 처음 사용되었다.

2004년부터 전기전자공학연구소(IEEE)는 자사의 표준 제품군 IEEE 802.11 for Wireless Local Area Networks(WLAN)의 산하에 차량의 무선 액세스에 관한 연구를 시작했다. 차량용 무선 통신의 초기 표준은 IEEE 802.11p로 알려져 있으며 ASTM이 수행한 작업에 기초하고 있다. 이후 2012년에 IEEE 802.11p가 IEEE 802.11에 통합되었다.

IEEE 802.11p가 안정화된 2007년 무렵 IEEE는 1609.x 표준 패밀리 표준 애플리케이션과 보안 프레임워크[17](IEEE는 WAVE라는 용어를 사용함)를 개발하기 시작했고, SAE가 V2V 통신 애플리케이션에 대한 표준을 지정하기 시작한 직후였다. SAE는 이 기술에 DSRC라는 용어를 사용한다(이것이 미국에서 만들어진 용어다). ETSI와 병행하여 지능형 교통 시스템 기술 위원회(ITS)를 설립하고 프로토콜과 응용[18] 프로그램의 표준을 생산하기 시작했다(ETSI는 ITS-G5라는 용어를 만들었다). 이 모든 표준은 IEEE 802.11p 기술을 기반으로 한다.

2012년과 2013년 사이에, 일본 무선 산업 및 기업 협회(ARIB)는 또한 700 MHz 주파수 대역에서 IEEE 802.11, V2V 및 V2I 통신 시스템을 기반으로 지정했다.[19]

2015년에 ITU는 ETSI, IEEE, ARIB, TTA(한국전기통신기술협회)에서 지정한 시스템을 구성하는 전 세계적으로 사용 중인 모든 V2V 및 V2I 표준의 요약본으로 발행되었다.[20]

3GPP

3GPP는 2014년 릴리즈 14에서 셀룰러 V2X(C-V2X) 표준화 작업을 시작했다. 기반기술로 LTE를 기반으로 하고 있다. 사양서는 2017년에 발표되었다. 이 C-V2X 기능은 LTE를 기반으로 하기 때문에 흔히 LTE-V2X라고 부른다. C-V2X가 지원하는 기능 범위에는 직접 통신(V2V, V2I)은 물론 광역 셀룰러 네트워크 통신(V2N)이 모두 포함된다.

릴리즈 15에서 3GPP는 C-V2X 표준화를 계속하여 5G를 기반으로 하였다. 사양은 릴리즈 15가 완성됨에 따라 2018년에 발표된다. 기반 기술을 나타내기 위해 5G-V2X(LTE-V2X)라는 용어가 LTE 기반 V2X(LTE-V2X)와 대비되는 경우가 많다. 어느 경우든 C-V2X는 특정 기술 세대와 무관하게 셀룰러 기술을 이용한 V2X 기술을 가리키는 일반적인 용어다.

릴리즈 16에서 3GPP는 C-V2X 기능을 더욱 강화한다. 그 일은 현재 진행 중이다. 이런 식으로 C-V2X는 5G로의 마이그레이션 경로를 지원함으로써 본질적으로 미래형이다.

LTE-V2X PC5와 802.11p 간 직접 통신 기술의 효과성을 사고 회피와 치명적이고 심각한 부상 감소 관점에서 비교하기 위한 연구와 분석이 수행되었다[4][5]. 이 연구는 LTE-V2X가 더 높은 수준의 사고 회피와 부상 감소를 달성한다는 것을 보여준다.[4] 그것은 또한 LTE-V2X가 성공적인 패킷 전달과 통신 범위의 더 높은 비율을 수행한다는 것을 나타낸다. 또 다른 링크 레벨 및 시스템 레벨 시뮬레이션 결과는 가시선(LOS) 시나리오와 비 가시선(NLOS) 시나리오 모두에서 동일한 링크 성능을 달성하기 위해 LTE-V2X PC5 인터페이스에서 IEEE 802.11p에 비해 낮은 신호 대 잡음 비율(SNR)을 달성할 수 있음을 나타낸다.[5]

또한 셀룰러 기반 V2X 솔루션은 PC5 인터페이스를 스마트폰에 통합하여 도로 사용자를 전체 C-ITS 솔루션으로 효과적으로 통합함으로써 다른 유형의 도로 사용자(예: 보행자, 자전거 사용자)를 더욱 보호할 수 있는 가능성을 가져온다. 차량 대 개인(V2P)에는 보행자 및 자전거 이용자를 감지하여 해당 도로 이용자와 관련된 사고 및 부상을 방지하기 위한 취약 도로 사용자(VRU) 시나리오를 포함한다.

직접 통신과 광역 셀룰러 네트워크 통신 모두 동일한 표준(3GPP)에서 정의되기 때문에, 두 통신 모드는 모두 하나의 칩셋으로 통합될 가능성이 높다. 그러한 칩셋의 상용화는 규모의 경제를 더욱 강화시키고 두 가지 유형의 통신을 사용하는 광범위한 비즈니스 모델과 서비스로 가능성을 가져온다.

규제이력

미국

1999년 미국 연방통신위원회(FCC)는 지능형 교통 시스템을 위해 75 MHz를 5.850-5.925 GHz의 스펙트럼에 할당했다.[21] 그 이후로 미국 교통부(USDOT)는 V2X에 대한 다양한 이해관계자들과 협력하고 있다. 2012년 미시간 주 앤아버에서 사전 배치 프로젝트가 시행되었다. 각 브랜드의 자동차, 오토바이, 버스, HGV를 아우르는 2800대의 차량이 제조사별로 장비를 이용해 참여했다.[22] 미국 도로교통안전청(NHTSA)은 이 모델 배치가 도로 안전을 개선할 수 있고 WAVE 표준 기술이 상호운용 가능하다는 증거로 보았다. 2014년 8월 NHTSA는 차량 대 차량 기술이 기술적으로 배치 준비가 되어 있다고 주장하는 보고서를 발표했다.[13] 2014년 8월 20일 NHTSA는 V2X 통신의 안전 이익은 차량 비행대의 상당 부분을 장착해야 달성할 수 있다고 주장하며 연방 [23]관보에 제안된 규칙 제정 사전 통지서(ANPRM)를 발행했다. 조기채택기업에 대한 즉각적인 효익이 없기 때문에, NHTSA는 의무 도입을 제안했다. 2015년 6월 25일 미국 하원은 이 문제에 대한 청문회를 열었는데,[24] NHTSA는 물론 다른 이해관계자들이 V2X에 대한 사건을 다시 논쟁했다.[25]

유럽

EU 범위의 주파수를 획득하기 위해,[26] 2008년에 처음 발표된 ITS-G5 ETSI EN 302 571의 경우, 무선 애플리케이션에는 조화 표준이 필요하다. 조화 표준은 여기서 ETSI TR 101 788의 ETSI 시스템 참조 문서를 요구한다.[27] Commission Decision 2008/671/EC는 운송 안전 ITS 애플리케이션을 위해 5 875-5 905 MHz 주파수 대역의 사용을 조화시킨다.[28] 2010년에 ITS 지침 2010/40/EU가[29] 채택되었다. ITS 애플리케이션이 상호운용 가능하고 국경을 넘어 운영될 수 있도록 하는 것을 목표로 하며, V2X를 커버하고 기술의 성숙을 요구하는 2차 법률의 우선 영역을 정의한다. 2014년에 유럽 위원회의 업계 이해관계자 "C-ITS 배치 플랫폼"은 EU에서 V2X를 위한 규제 프레임워크를 개발하기 시작했다.[30] 그것은 EU 전체에 걸친 V2X 보안 PKI(Public Key Infrastructure)와 데이터 보호에 대한 주요 접근방식을 식별했으며, ITS-G5 기반 V2X와 도로 충전 시스템 사이의 무선 간섭을 방지하기 위한 경감 표준을[31] 용이하게 했다. 유럽위원회는 5G 실행 계획과[32] 첨부 설명서에서 ITS-G5를 초기 통신 기술로 인정하여 EU 회원국들이 구상하는 대로 ITS-G5와 셀룰러 통신으로 구성된 통신 환경을 조성하였다.[33][34] SPUP@F, Testfeld Telematik, 디지털 테스트베드 아우토반, 로테르담-비엔나 ITS 코리더, 노르딕웨이, 나침반4D 또는 C-RODS와 같은 다양한 사전 배치 프로젝트가 EU 또는 EU 회원국 수준에서 존재한다.[35] V2X 표준 구현에 대한 실제 시나리오도 존재한다. 교차로 이동 보조 사용 사례에 V2X 표준이 사용되는 첫 번째 상용 프로젝트. 브르노시/체코공화국에서 80개의 교차로들이 브르노시의 대중교통 차량으로부터 V2X 통신 표준으로 제어되고 있는 것이 실현되었다.[36]

스펙트럼 할당

다양한 국가의 C-ITS에 대한 주파수 할당은 다음 표에 제시되어 있다. 3GPP에서 C-V2X 표준화에 앞서 802.11p에서 V2X의 표준화로 인해, 주파수 할당은 원래 802.11p 기반 시스템을 위한 것이었다. 단, C-V2X의 전개가 배제되지 않도록 기술중립형이다.

나라 스펙트럼(MHz) 할당된 대역폭(MHz)
호주. 5855 – 5925 70
중국 5905 - 5925(필수) 20
유럽 5875 – 5905 30
일본. 755.5-764.5 및 5770 – 5850 9와 80
한국 5855 – 5925 70
싱가포르 5875 – 5925 50
미국 5850-5925 75

전환기 고려사항

V2X 기술(C-V2X 또는 802.11p 기반 제품)의 배치는 시간이 지남에 따라 점진적으로 이루어질 것이다. 신차는 2020년경부터 두 가지 기술 중 하나를 탑재하게 되며 점차 도로 위에서의 비중이 높아질 전망이다. 폭스바겐 골프 8세대는 NXP 기술로 구동되는 V2X 기술을 탑재한 최초의 승용차였다.[37] 그 동안에도 기존(레거시) 차량은 도로 위에 계속 존재할 것이다. 이는 V2X 지원 차량이 비 V2X(레거시) 차량 또는 호환되지 않는 V2X 차량과 공존해야 함을 의미한다.

채택의 주요 걸림돌은 법적 문제이며, 거의 모든 차량이 채택하지 않는 한 실효성이 제한된다는 사실이다.[38] 영국의 주간지 이코노미스트지는 자율주행이 기술보다는 규제에 의해 더 추진된다고 주장한다.[39]

그러나, 최근의 연구는[4] 이 기술이 시장에 채택되고 있는 과도기 동안에도 교통 사고를 줄이는 데 이점이 있다는 것을 보여준다.

참고 항목

참조

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  27. ^ 여기 2014 버전: 전자파 적합성 및 무선 스펙트럼 Matters(ERM), 시스템 참조 문서(SRDOC) 도로 안전 및 교통 관리, 비안전 관련 ITS 애플리케이션(http://www.etsi.org/deliver/etsi_tr/103000_103099/103083/01.01.01_60/tr_103083v010101p.pdf))을 위해 5,855GHz ~ 5,925GHz 범위에서 작동하는 범유럽 조화된 통신장비의 기술적 특성
  28. ^ 위원회 결정 2008/671/EC "지능형 운송 시스템(ITS)"의 안전 관련 적용을 위한 5875-5905 MHz 주파수 대역의 무선 스펙트럼의 조화 사용에 대한 결정(http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32008D0671)
  29. ^ 도로 운송 분야에서 지능형 교통 시스템의 구축 및 기타 운송 모드와의 인터페이스 프레임워크에 관한 지침 2010/40/EU (http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX%3A32010L0040)
  30. ^ C-ITS 구축 플랫폼 – Final Report, 2016년 1월(http://ec.europa.eu/transport/themes/its/doc/c-its-platform-final-report-january-2016.pdf)
  31. ^ 지능형 교통 시스템(ITS); 유럽 CEN DSRC 장비와 5GHz 주파수 범위에서 작동하는 지능형 교통 시스템(ITS) 사이의 간섭을 방지하기 위한 완화 기법(http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/102700_102799/102792/01.02.01_60/ts_102792v010201p.pdf)
  32. ^ 유럽을 위한 5G: 실행 계획 – COM (2016) 588, 각주 29(http://ec.europa.eu/newsroom/dae/document.cfm?doc_id=17131)
  33. ^ 5G 글로벌 개발 – SWD(2016) 306페이지(http://ec.europa.eu/newsroom/dae/document.cfm?doc_id=17132)
  34. ^ 암스테르담 선언 – 연결 및 자동 주행 분야의 협력(https://english.eu2016.nl/binaries/eu2016-en/documents/publications/2016/04/14/declaration-of-amsterdam/2016-04-08-declaration-of-amsterdam-final-format-3.pdf 웨이백 기계에 2017-03-01 보관)
  35. ^ C-ROS의 경우: 유럽 시설 연결 – 2015 운송 제안 – 프로젝트 선정을 위한 제안서(https://ec.europa.eu/inea/sites/inea/files/20160712_cef_tran_brochure_web.pdf)를 참조하십시오.
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  37. ^ Abuelsamid, Sam. "Volkswagen Adds 'Vehicle-To-Everything' Communications To Revamped Golf With NXP Chips". Forbes. Retrieved 2020-03-31.
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  39. ^ "Uberworld". Economist. 3 September 2016. Retrieved 2018-08-19.

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