C-ITS와 V2N
이동통신과 C-ITS의 상호보완적 관계에 대해
지난 1월 13일 전자신문에 도로교통공단 교통과학연구원이 대구시에서 신호등 정보를 LTE(4G)이동통신을 통해 제공하는 실험을 하였고 21년 말까지 30개소, 22년까지 대구 전역으로 확대한다는 기사가 났습니다.
위 기사를 보고 나면 이런 의문이 드실 수 있으리라 생각됩니다.
"아니 이렇게 일반 이동통신으로 교통신호 정보를 제공할 수 있으면 C-ITS는 굳이 왜 구축하는 거지?"
"WAVE 방식을 활용하면 교통신호제어기 별로 노변신호기가 필요하고 차량에도 전용단말이 있어야 한다는데 굳이 그렇게 까지 할 필요가 있나?"
(참고로 위 기사의 LTE망은 C-ITS용 전용통신방식으로 제안된 LTE-V2X (3GPP release 14)가 아닌 우리가 휴대폰을 사용하는 이동통신 LTE망입니다. 이름이 비슷해서 헷갈리기 쉬운데 LTE와 LTE-V2X는 서로 통신할 수 없는 다른 방식입니다.)
첫 번째 질문에 대해 간단히 답하자면, 이동통신을 통한 정보제공은 실시간성은 보장되지 않는 반면 C-ITS는 자율주행에 활용할 수 있는 실시간 정보를 제공하기 때문에 둘은 사용대상이나 용도가 다릅니다. 다만, 둘은 상호 배타적이거나 상호 경쟁적인 것이 아니라 상호 보완적인 관계라고 할 수 있습니다.
두 번째 질문의 경우, 실시간성을 보장하기 위해서는 이동통신 기지국을 통하지 않는 단말기간 직접통신이 필요하며 직접통신을 위해서는 WAVE뿐 아니라 C-V2X 통신도 전용단말이 필요합니다. 즉, 단말이 필요한 것은 WAVE 방식이기 때문이 아니라 C-ITS이기 때문이며, C-ITS에 활용하기 위해서는 WAVE건, LTE-V2X건 5G-V2X건 교통신호제어기에 RSU가 있어야 하고 (기사에는 RSE라고 되어 있는데 Road Side Unit과 Road Side Equipment로 단어만 다를 뿐 같은 것이라 보면 됩니다.) 차량에도 단말(OBU)이 있어야 합니다.
(참고로 C-V2X통신방식의 경우 이동통신망만 있으면 되고 별도의 RSU가 필요없다는 주장을 하는 경우도 있는데요. 이 경우 기술적으로 V2V와 V2N이 가능합니다만 도로관리청이나 경찰이 제공하는 유고상황정보, 신호정보 등을 인프라로부터 직접 받을 수가 없습니다. V2I를 통해 인프라측에서 교통정보를 제공할 인프라사이드 RSU가 없기 때문이죠. 그리고 V2N은 요금이 발생한다면 굳이 C-ITS가 아니라 이미 활용되고 있는 텔래매틱스 체계로도 가능하기 때문에 굳이 별도 주파수 자원을 활용할 필요성도 떨어집니다. 이러한 주장은 C-ITS의 본래의 목적이 무엇인지를 염두에 두지 않은 주장 같습니다. )
아래에서는 좀 더 자세하게 각 사안에 대해서 이야기해 보겠습니다.
이동통신 V2N을 통한 정보제공과 C-ITS를 이용한 정보 제공의 차이
전에 제가 작성한 "차량통신의 제도적 분류"에서 아래와 같은 이야기를 한 적이 있습니다.
C-ITS 체계의 서비스는 통합교통체계법 및 하위규정들에 의해 규정된 교통안전을 위해 공유가 꼭 필요한 정보 및 서비스를 정해진 품질로 공급하는 체계가 될 것입니다. 즉, 여기는 정해진 기능을 얼마나 신뢰성 있게 제공할 수 있느냐가 관건입니다. 즉, 온갖 부가적인 고도의 기능이 있을 필요는 없지만 핵심적인 서비스가 악천후나 혼잡상황 등 여러 악조건에서도 신뢰성 있게, 낮은 유지관리비로 구현되는 것이 필요합니다. IVI는 정반대의 요구조건을 갖고 있습니다. 어쩌다 좀 끊겨도 되지만 다양한 편의서비스를 대용량으로 고속으로 제공하는 것이 관건입니다. 여기는 통상적인 이동통신망을 활용해서 차량제조사가 서비스를 제공하거나 휴대폰을 차와 연동하거나 하는 방식이 될 것입니다. 이러한 점들을 고려하면 C-ITS 체계는 꼭 필요한 실시간 정보의 신뢰성 있는 공유와 관련된 쪽으로 발전하고, OTA/IVI 체계의 경우 실시간성에 민감하지 않은 C-ITS 정보를 재가공하거나 다른 정보와 융합하여 편의서비스와 함께 공급하는 쪽으로 상당히 다양한 비즈니스 모델들이 나올 여지가 있지 않을까 합니다. 또한 OTA/IVI단의 통신모듈도 이러한 서비스의 기능성을 구현해 내는 방향으로 발전의 여지가 있을 것 같습니다.
여기서 OTA/IVI는 통상적인 이동통신망을 활용하면서 "실시간성에 민감하지 않은 C-ITS정보를 재가공하거나 다른 정보와 융합하여 편의서비스와 함께 공급"할 것이라고 얘기한 부분이 있는데요. 바로 이 부분이 이번 대구시 사례와 같은 경우를 이야기한 것입니다.
C-ITS는 자율주행차가 동적 운전 임무(DDT: Dynamic Driving Task)에 활용할 수 있도록 실시간 정보를 제공해야 합니다. 그래서 현재 C-ITS 서비스들의 최대 허용 지연시간이 0.1초(100ms)입니다. 0.1초가 어느 정도 시간인지를 따져보면 차량이 36km/h (10m/s)의 속도로 주행할 경우 0.1초 늦게 감속을 하면 1m를 더 갑니다. 54km/h의 경우 1.5m 정도를 더 가게 되는데요. 자율주행차가 시내에서 주행하다가 정지선을 1~1.5m 침범할 수 있다고 하면 그 자율주행기능을 일반 국민들이 신뢰할 수 있을까요? 아마 신뢰의 마지노선 정도에 걸리지 않을까 싶기도 합니다. 만약 0.2초 지연이 발생하면 정지선을 2,3m를 침범할 수도 있는데 경우에 따라서는 횡단보도를 건너는 보행자에게 위험할 수 있을 수도 있습니다. 물론 자율주행차는 자기의 센서에 먼저 의존하고 C-ITS를 보완적으로 활용하겠지만, 2,3m 오차가 발생할 수 있다면 차량제작사 측에서 C-ITS를 신뢰할 수 있는 정보로 간주하고 활용하기는 어려울 것입니다. 그래서 최대 0.1초 이하의 지연을 보장기준으로 삼고 있는데요. 위 기사에서 보신 것처럼 기지국을 거쳐서 오게 되면 지연이 발생할 수 있습니다. C-ITS는 차량과 교통신호제어기 등 인프라, 차량과 차량 간 직접통신을 통해서 지연을 최소화하여 교통정보를 제공하는 시스템입니다.
그럼 위 기사에 나온 것과 같은 기지국을 통하는 V2N 통신 (Vehicle to Network, 차량-기지국 통신)은 의미가 없느냐? 그렇지 않습니다. V2N의 장점은 거리 제약이 없이 이동통신네트워크를 통해 어디든 제공이 가능하다는 점입니다. 따라서 경로를 계획하거나 시간을 갖고 전반적인 교통상황을 파악할 때는 유용합니다. 예를 들면 어디 어디가 막히니 어떤 길로 가자 이런 결정을 위한 정보는 굳이 0.1초 이내의 정확성이 필요하지 않습니다. 아니면 어디에 사고차량이 있다는 정보도 바로 사고 지점 근처에서는 C-ITS를 이용해 빨리 뒷 차들에게 정보를 전달해서 긴급한 차로 변경 등 동작을 취해야 하지만 몇 킬로 후방의 차들에게는 이동통신망을 이용해서 경로를 바꾸던지 운전자에게 경고를 주던지 하는 식으로 대비를 시키면 됩니다. 따라서 제가 실시간성에 민감하지 않은 C-ITS 정보는 이동통신망을 통해 공급하면 된다고 하였던 것입니다.
전의 "자율주행차의 분류와 운전자동화 단계" 글에서 아래와 같은 SAE J3016 기준의 DDT 개념도를 소개해 드린 적이 있는데요. C-ITS는 아래 그림에서 회색으로 표시한 DDT 영역에 도움을 줄 수 있고, 일반 이동통신을 활용한 V2N 교통정보는 회색 영역 바깥의 Strategic functions (전략적 기능: 목적지와 경로 계획 등) 수행에 도움을 줄 수 있습니다.
V2N의 활용가능성과 C-ITS 유효통신거리 논쟁이 trivial 한 이유
이 지점에서 한 가지 더 논하고 싶은 부분은 이러한 C-ITS와 V2N의 차이점을 잘 생각해 보면 C-ITS의 통신거리가 무작정 길 필요가 없다는 점입니다. 왜냐하면 실시간 통신이 굳이 필요하지 않은 거리 범위에서는 C-ITS 실시간 통신을 통해 개별 교통정보 센서 (신호등, 돌발상황 감지기 등)로부터 직접통신을 통해 정보를 받을 것이 아니라 교통센터를 거쳐 취합 정리된 정보를 현재 있는 이동통신 기능을 통해서도 받을 수 있기 때문입니다.
우리 신체로 보면 C-ITS는 생명보호를 위한 척수반사(무조건 반사), 교통센터를 거친 V2N 교통정보서비스는 대뇌를 통하는 조건 반사에 빗대어 볼 수 있습니다. (무조건 반사와 조건 반사 차이는 여기 설명 참조) 뜨거운 냄비에 손을 대었을 때는 그 감각신호가 대뇌까지 전달되기 전에 척수에서 바로 운동신경으로 신호가 전달되어 손을 움츠리게 됩니다. 즉, 교통안전에 필요한 실시간 정보는 교통센터(대뇌)로 가기 전에 V2I, V2V를 통해 전달하여 운행에 활용하게 하는 것입니다. 그 이외의 경우는 V2N을 통해 전달해도 무방합니다. 단, V2N은 꼭 C-ITS 전용 주파수를 활용할 필요는 없습니다.
이 점을 염두에 두고 C-ITS의 유효통신거리에 대해서 생각해 보면 좋겠습니다. 일각에서 특정 C-ITS 방식의 유효통신거리가 길기 때문에 해당 방식이 낫다고 주장하는 경우가 있는데요. 일정 거리 이상일 경우 어차피 C-ITS의 한계효용(marginal benefit)이 급감합니다. 기술적인 이유 때문이 아니라 어느 거리 이상은 실시간성이 필요하지 않기 때문입니다. 그냥 생각해봐도 서울에서 부산의 특정 교차로의 신호등 정보를 실시간으로 알 필요는 없을 것입니다. 그럼 여의도에서 잠실 롯데월드 앞의 신호등 정보는 어떨까요? 이런 식으로 거리를 점점 좁혀가다 보면 실제 동적운행임무 수행에 직접적으로 활용이 필요한 범위 내의 실시간 정보가 필요하다는 결론이 나게 됩니다. 그러나 기준을 만드는 입장에서는 숫자를 하나 정해야 할 수 있습니다. 현재 정해진 ITS표준상의 범위는 500m입니다. 실제 C-ITS를 구축하고 운영하기 위해서는 정해진 범위 내 충분한 통신성능을 만족하면서 다른 여러 고려사항, 즉 혼잡시에도 품질이 떨어지지 않는지, 터널 등 구조물이나 고층 건물의 영향에 민감하지는 않은지, 구축 비용, 요금 부과 여부, 구축 주체의 법적 책임성 등 통신거리 외의 다른 기술적 요소와 함께 비용적, 법규적 요소까지 다 같이 고려가 필요합니다.
다른 한 가지 중요한 요소는 실시간성이 중차대한 의미를 가지는 범위 바깥은 교통센터를 통해 이미 차량에 탑재된 이동통신모듈로 교통정보를 공급하면 된다는 점입니다. V2N 서비스는 네트워크 기지국을 경유하게 되는데 이 경우에는 꼭 C-ITS 전용주파수를 쓸 필요가 없고 이번 대구시 신호등 사례처럼 일반 이동통신망을 통해 스마트폰이나 차량 텔래매틱스 모듈로 정보를 제공해 줄 수 있습니다. 그리고 요새 나오는 대부분의 차량들은 텔래매틱스를 위해 이동통신 모듈이 탑재되어 있습니다. 대부분의 자동차 회사들이 이미 MVNO 즉 이동통신 가상망 사업자로 등록이 되었고 앞으로는 통신을 통한 차량 소프트웨어 업데이트를 위해서라도 이런 경향이 강화될 것입니다. 따라서 이 쪽 채널을 통한 V2N 정보제공도 활성화될 것입니다. (관련기사: 카 메이커는 V2N 옵션으로 가고 있다) 단, 이 정보들은 실시간이 아니므로 경로 설정이라든지 전반적인 교통상황 파악에 유용하지 이를 자율주행차의 제어에 활용하기는 어렵습니다. (요금 측면에서는 차량 모듈로 제공 시 통신 요금이 발생할 수도 있고 차 값에 통신요금을 미리 반영하여 월별 요금은 무료가 수도 있고 그 사이의 여러 과금 방식이 나올 수도 있습니다 )
이렇게 C-ITS를 통해 실시간 교통정보를 제공하고 일반 이동통신을 통해 시간적으로 민감한 정보를 제공하는 방식은 지금도 가능합니다. 아래 그림은 Automotive Electronics 기사(V2X에서 벌어지는 이상한 일)에서 가져온 그림입니다. 현재 WAVE방식이 상용화되어 있기 때문에 WAVE와 셀룰러 이동통신 네트워크를 이용하면 높은 상호보완성을 확보할 수 있으면서도 독립적으로 deployment가 가능함을 설명하고 있습니다. 독립성이 중요한 것이 C-ITS를 위한 인프라 중 교통정보 탐지를 위한 인프라 단의 RSU는 그 법적 책임 관계상 도로관리청이 설치를 해야 하고 이동통신 네트워크는 통신사가 관리하기 때문입니다. 현재 중국이 C-V2X를 추진하고 있는데 '운영주체' 부분에서 어려움을 겪을 공산이 큽니다. 이미 관련 기사(https://auto.gasgoo.com/news/202012/12I70233716C601.shtml)도 나왔는데요. 나중에 다시 한번 소개해 드리겠습니다.
교차로의 기능적 영역과 RSU가 커버해야 할 범위
다시 통신유효거리 문제로 돌아가서 구체적인 예시로 교차로를 놓고 V2I RSU가 얼마만큼의 거리를 커버해야 하는지 생각해보겠습니다. 교차로에는 교차로의 물리적 영역 (Physical Area of Intersection)과 기능적 영역 (Functional Area of Intersection)이 있습니다. 아래는 미국연방도로청의 교차로 접속 관련 페이지의 개념도입니다. 이러한 교차로의 기능적 영역 안에서는 당연히 실시간으로 교통인프라가 정보를 주어야 합니다. 이를 V2V로 의존할 수는 없고 교차로 상에 도로관리청이 정보제공에 책임을 지는 RSU가 있어서 교차로 영역 내의 차량에 정보를 제공해야 합니다. (정보제공에 책임을 져야 한다면 대부분의 차량은 다른 차에 V2V로 정보제공을 거부할 것입니다.) 반면 이 교차로 영역 바깥의 차량은 이 교차로의 모든 정보가 아니라 신호 정보 등 몇 개 핵심정보를 받으면 상황판단에 도움이 되기는 하지만 꼭 0.1초 이내라는 실시간성을 필요로 하지는 않을 것입니다. 이 경우는 V2N으로 주면 됩니다. 아울러, 이 경우는 안전을 위한 필수 서비스가 아니라 자기 운행효율성을 높이는 목적이 크므로 수익자 부담원칙에 따른 요금 발생도 정당화가 가능할 수 있을 것으로 예상됩니다.
교차로의 물리적, 기능적 영역 (FHWA)교차로의 영향권 사진 예시 (500m면 넉넉함을 알 수가 있습니다. 500m 기준은 교차로뿐 아니라 다른 도로와 연결이 없는 구간까지 적용되는 기준입니다. 반면 교차로가 촘촘히 있다면 500m 안이라도 노변기지국이 여러 개 있어야 할 수 있습니다.)
교차로 영향권 예시 (빨간 점은 교차로 관련 사건(Event) 발생 예상지점, 파란색은 일반 주행 관련 사건 발생 예상지점.) 현재 국토부에서는 교차로 등 도심도로 내의 여러 상황에서 C-ITS 인프라가 신호정보 등 다양한 정보들을 C-ITS 차량 단말쪽으로 전달해서 '자율협력주행'을 하기 위한 도심도로 자율협력주행 안전·인프라 연구사업을 시행하고 있습니다. (사이트는 화성에 있습니다. 관련기사) 이 사업은 C-ITS를 이용해서 실시간으로 자율주행에 활용할 수 있는 정보를 주는 것이고 도로교통공단의 LTE 신호제공은 실시간성은 떨어지나 더욱 범용적으로 V2N을 활용해서 교통신호정보를 주는 연구입니다. 둘 다 필요하고 상호보완적입니다. 향후에는 범부처 자율주행 R&D를 통해 각 부처가 R&D를 좀 더 협업해서 할 수 있는 가능성이 커졌습니다. 따라서 이런 상호보완적인 기술을 좀 더 통합적으로 발전시켜나간다면 명실상부한 자율협력주행 인프라 구축이 이루어지지 않을까 합니다.
도심도로 자율협력주행 안전ㆍ인프라 연구사업 개념도.C-ITS와 이동통신을 활용한 V2N 서비스의 차이와 상호보완성을 설명하다가 통신유효거리 논란의 적절성까지 다루게 되었는데요. 결국 이 서비스들은 상호 배타적인 것이 아니고 각각의 용도를 갖고 있으면서 서로의 활용성을 높여주는 상호보완적 관계입니다. C-ITS와 관련되어 소모적 논쟁을 하기보다는 이제 C-ITS를 구축해가면서 거버넌스 체계, 운영체계를 정비하고 실제로 제공되는 정보의 정확성을 높이고, 해킹에 대한 보안등 운영을 위한 제반 이슈들도 정리될 수 있도록 해야 할 필요가 있습니다.
마침 과기부가 발표한 디지털뉴딜 21년 실행계획에서 금년 내 누적 1,900km 구축 (실행계획 자료 24페이지), 홍남기 부총리님이 주재하신 혁신성장 빅3추진회의에서 금년도에 C-ITS를 1,200km까지 구축하겠다는 계획 등 (관련 보도자료) C-ITS 관련 금년도 구축계획이 이미 발표되었습니다. 이제 C-ITS를 어떻게 잘 만들고 얼마나 빨리 실제 교통상황에 활용하느냐에도 많은 주의를 기울여야 할 때가 된 것 같습니다.
