R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202020CTAP-C151975-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 5G 기반 자율협력주행 도로 데이터 수집배포 프로토콜 및 통신 아키텍처 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-15 ~ 2020-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김효곤 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 206,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 206,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 고려대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 배경: 자율주행 기술의 급격한 발전과 5G 시대의 개막 ● 최근 인공지능 기술의 발달로 자동차 업계는 물론 IT 업계까지 자율주행차를 선보이며 2019년 현재까지도 자율주행의 급격한 발전이 이루어지고 있음 - 2018년 12월, 구글 모회사 Alphabet의 자율주행부문 Waymo가 미국 애리조나 주 피닉스 지역을 대상으로 'Waymo One'라는 이름으로 자율주행차 상용 robotaxi 서비스를 시범적으로 운영하기 시작함 - 캐딜락, 아우디, 현대차 등 국내외 자동차기업들도 레벨 3 (조건부 자동화, 운전자는 적극적으로 주행에 개입할 필요는 없지만, 자율주행 한계 조건에 도달하면 정해진 시간 내에 대응해야 함) 자율주행차 개발에 박차를 가하고 있음 ● 학계, 산업계에서는 자율주행차의 신속·안전한 이동을 지원하기 위해 ICT를 활용, 안전한 도로 환경을 구현하기 위한 연구를 진행 중임 - 도로환경정보를 수집·전달하는 기술을 다각도로 연구중. IoT 센서 기술을 활용하여 도로 상황을 실시간으로 파악하거나, 도로 자체에 ICT를 활용하는 융합형 도로 기술도 제시되었음 - 주변의 도로 지형, 표지판, 사고, 날씨, 차량에 대한 정보를 실시간으로 제공하기 위해 개발된 Local Dynamic Map (LDM)은 도로와 차량 정보를 연계하고 저장을 효율적으로 할 수 있음 - 차량은 LDM을 기반으로 주변의 지형, 도로시설물의 위치 및 내용, 실시간 교통 상황, 차량의 위치 등의 정보를 얻어 자율주행 제어에 사용할 수 있음 - 최근 지도 및 자율주행차 기술과 연계하여 관련 표준이 지속적으로 논의·제정되고 있음 ● 3GPP의 5G 표준화가 2020년 공식적으로 확정될 예정이고, 이는 국제 표준으로 승인될 것으로 여겨져 상용화도 동시에 진행 중임 - 2017년 12월 Non-Standalone (NSA)모드 승인, 2018년 6월 Standalone (SA)모드 표준이 승인되어 5G가 본격적으로 상용화되기 위한 기반이 마련되었고 이어 2018년 9월 Release 15 기술규격의 ASN.1 제정이 완료됨 - 5G 상용화를 기점으로 다양한 5G 기반의 융합 서비스들이 새로운 비즈니스를 창출하고 4차 산업혁명을 이끌게 될 것이며 V2X가 그 한 축을 담당할 것임 - Release 16 표준 추진을 위한 Work Item (WI) 중 5G 기반 융합 서비스 지원을 위한 진화 기술 항목으로 자율주행차를 위한 NR-V2X가 포함됨 표. URLLC와 관련 Release 16 Work Item (WI) 업무범위 구분 - 세계 여러 분야의 기업에서 5G 시대의 주도적 위치를 선점하기 위해 표준화뿐만 아니라 상용화도 앞다투어 진행 중임 - 우리나라도 평창 동계올림픽에서 주요 경기장에 5G 네트워크 환경을 설치하여 막대한 데이터가 오가는 중계 시스템에 활용하거나 ‘평화의 비둘기 쇼’를 통해 시연하기도 하였음 ○ 문제: 5G-V2X와 도로 그리고 그 연계에 대한 준비 부족 ● 3GPP에서 C-V2X 표준화를 진행 중이고, 5G의 진화 기술 Work Item (WI)에 NR-V2X가 포함될 정도로 V2X가 5G의 주요 활용 분야로 여겨지고 있음에도, 국내에서는 V2X와 5G 연계를 위한 선제 대응을 하지 못하고 있음 - 5G의 한 축을 담당하고 있는 IoT 기술에 대응하여, 해외에서는 도로 자체에 고밀도로 센서를 설치하여 도로 상황을 실시간으로 수집하는 등 안전성을 높이려는 연구가 이미 발표되었음 - LDM을 통한 도로환경정보 시스템을 구축하고자 하는 연구가 진행 중이나, 5G 표준과 연계하여 대응하려는 연구는 없는 상태임 - 한국정보통신기술협회 (Telecommunications Technology Association, TTA)의 표준화전략맵의 ICT 디바이스분야-자율주행차 항목에 따르면, V2X 관련 표준화가 논의되고 있는 연구 주제들 각각이 국외 진행상황에 비해 뒤처지고 있는 실정임 - 모바일 단말의 경우 국내 기업이 5G 표준화에 발빠르게 대응하여 실질적인 5G 상용화를 이끌 것으로 전망됨에 반해 V2X 기술은 상용화에 이르지 못하여 5G 관련 V2X 표준화와 상용화에 주도적 역할을 하지 못하고 있음 ● 자율주행을 위한 궁극적인 목표인 신속· 안전한 이동을 구현하고자 함에 있어 통신 기술만으로 접근하는 것은 한계가 있음 - V2X 기술은 주로 사고 예방에 초점을 맞추고 있어, 특정 상황에 한정하여 안전을 위한 정보를 ‘교환’하는 데 집중해 왔음 - 그러나 최근에는 원활한 자율주행을 구현하기 위해 전체적인 교통 환경에 대한 운영 시스템이 필요하고, 이를 위해서는 도로를 비롯한 교통 환경과 실시간 상황에 대한 고밀도의 정보 ‘수집’이 필수적인 요소임 - 특히 도로 환경을 구성하고 있는 차량과 보행자, 주변 인프라의 위치를 정확하게 파악하고 수집하는 것은 자율주행에 있어 필수적인 요소임. 현재 Global Navigation Satellite System (GNSS) 기술을 중 [최종목표] 우리 과제는 5G 기반 자율협력주행 도로 데이터의 효율적 수집·배포를 지원하는 프로토콜과 도로 인프라의 강건한 통신 아키텍처를 제공하는 것을 목표로 함. 구체적으로, 도로 인프라가 VRU, 블랙아이스, 도로 혼잡 및 교통사고와 같은 실시간 LDM 정보를 효율적으로 수집·배포할 수 있도록 할 것임. 또한, 자율주행차에 위해를 가하려는 공격을 도로 인프라의 지원을 통해 방어할 수 있도록 하는데 목적이 있음 ● 1차 연도에는 5G 기반 실시간 LDM 정보 수집배포 지원 프로토콜에 대해 연구할 것임 - 5G 기반 LDM 업데이트를 위한 정보들이 무선과 backhaul 양쪽 모두 과도한 데이터 트래픽을 생성할 수 있기 때문에 이를 효율화 하는 연구 - 5G를 통한 LDM의 배포에서 여러 cell에 불필요한 정보가 배포되지 않도록 LDM 활용을 원활하게 할 수 있도록 하는 연구 - 5G 기술을 사용하는 V2V 통신과 LDM 업데이트 사이의 무선 자원 분배의 효율화 연구 ● 2차 연도에는 자율협력주행 도로 인프라의 5G 기반 강건한 통신 아키텍처에 대하여 연구할 것임 - 다수의 IoT 센서를 통해 VRU의 위치를 정확하게 파악하여 LDM type4에 반영하는 연구 - 5G 통신에 jamming과 같은 통신 공격을 통해 자율협력주행을 위협하는 공격을 탐지 및 방지하는 연구 - 도로 인프라의 지원을 적극적으로 이용할 수 있도록 도로에 설치된 다수의 IoT로부터 전송되는 데이터를 효율적으로 수집하는 연구 [연구내용 및 범위] ● 1차 연도: 5G 기반 실시간 LDM 정보 수집·배포 지원 프로토콜 연구 - 5G 기반 LDM 수집·배포를 위한 효율적인 차량-클라우드 (V2Cloud) 통신 아키텍처 연구 ☞ 실시간 LDM 업데이트를 위한 uplink/downlink 무선 자원 필요량 예측 연구 ☞ 5G URLLC 기반 LDM 업데이트를 위한 V2Cloud 프로토콜 연구 ☞ Localized information의 효율적인 업데이트 및 배포를 위한 연구 ☞ MEC을 기반으로 실시간으로 업데이트되는 정보로 인한 backhaul에 가해지는 트래픽 최소화 연구 - 5G의 통신상의 LDM 정보 업로드 (uplink)와 V2V 전송 (sidelink) 사이의 무선 자원 관리 효율화 연구 ☞ 실시간 업데이트 상황에서 uplink와 sidelink에 필요한 무선 자원 예측 연구 ☞ LDM과 V2V 응용의 요구조건 만족을 위한 효율적인 가변 무선 자원 할당 연구 - 세부 연구 내용 ？ LDM 수집배포를 위한 필요 자원 예측 연구 ？ LDM 수집배포를 위한 RSU에서의 MEC 연구 ？ Localized information을 위한 SC-PTM 기술 연구 ？ 차량-클라우드 (V2Cloud) 간 통신 인터페이스 연구 ？ LDM 수집배포를 위한 V2Cloud 프로토콜 개발 ？ Backhaul에 가해지는 트래픽 최적화 알고리듬 개발 ？ Uplink/sidelink를 위한 무선 자원 배분 최적화 알고리듬 개발 ？ 시뮬레이션을 통해 uplink/sidelink 무선 자원 사용량 측정 ？ 최적화, 시뮬레이션을 통해 기능 검증 및 성능 측정 ● 2차 연도: 자율협력주행 도로 인프라의 5G 기반 강건한 통신 아키텍처 연구 - 5G 기술을 이용, 도로 주변 IoT 센서들을 활용하여 VRU의 정확한 위치를 파악하기 위한 아키텍처 연구 ☞ 도로 주변 IoT 센서들이 수집한 VRU 전송 신호들을 도로 인프라가 종합하여 VRU의 정확한 위치를 파악하는 연구 - Roadside attacker로부터의 jamming 및 false information 공격 방어 아키텍처 연구 ☞ 신호 발신 위치 추적을 통한 false information 탐지 연구 ☞ Jamming 및 false information 대응 방안 연구 - 5G의 mMTC를 통해 다수의 IoT 센서로부터 도로 상황 정보를 효율적으로 수집하기 위한 연구 ☞ 5G mMTC 기반 다수의 IoT 센서에서 전송되는 대량의 uplink 데이터 스케줄링 기법 연구 ☞ 5G mMTC 서비스에 grant-free 방식의 적용을 통한 저지연 자원 할당 기법 연구 ☞ Grant-free 저지연 자원 할당 기법의 충돌 (collision) 최소화 연구 - 세부 연구 내용 ？ VRU의 안전을 위협하는 예상 시나리오 조사 ？ Roadside attacker로부터 공격 예상 시나리오 조사 ？ 다수의 IoT 센서로 인한 무선 자원 사용 형태 조사 ？ IoT 센서를 활용하여 대상의 위치를 파악하는 기술 연구 ？ Grant-free 방식 프로토콜에서 전송 collision을 최소화하는 연구 ？ 아키텍처 내 roadside attacker의 공격을 탐지하는 알고리듬 개발 ？ 아키텍처 내 roadside attacker의 공격을 미연에 방지하기 위한 알고리듬 개발 ？ 5G mMTC 서비스에서 저지연 통신을 위한 grant-free 프로토콜 개발 ？ IoT 센서의 1m 이하의 위치 정확도 제공 검증 ？ 시뮬레이션을 통한 roadside attacker의 공격 탐지 및 방지 연구 검증 ？ 5G mMTC 서비스 내 grant-free 방식 프로토콜의 적용 및 테스트 |
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| 색인어 | 한글 | 5세대 이동통신 | 자율협력주행 | 도로 인프라 | LDM 수집배포 | 통신 아키텍처 |
| 영문 | 5G | Cooperative Autonomous Driving | Road Infrastructure | LDM Acquisiton & Distribution | Communication Architecture | |
| 최종보고서 | 1 제출 공문.pdf 2 최종보고서.pdf 3 최종평가 결과 안내 및 수정보완 대비표_고려대학교.pdf | |||||