원문 : 鈴木忠男, “VII車載機の紹介”, 「自動車技術(日本)」, 63(2), 2009, p.30~34

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1. 머리말

○ 최근 차차 간 통신, 노차 간 통신에 쓰이는 운전지원 시스템의 개발이 세계 각국에서 한창 진행 중이다. WSU(Wireless Safety Unit)는 일본의 (주)Denso가 미국의 VII(Vehicle Infrastructure Integration) 프로젝트를 위해서 개발한 WAVE 방식의 노차 간, 차차 간 통신의 시험평가 및 그 응용시험을 하기위한 시험용 차재기이다.

○ WSU는 미국에서 ITS용으로 할당되어 있는 5.9GHz대, 유럽의 5.9GHz대, 일본의 5.8GHz대에서 WAVE(Wireless Access for Vehicle Envoronment) 방식에 의한 노차 간, 차차 간 통신에 대응하는 것이다. 본고에서는 VII 및 WAVE 방식에 대한 개요 및 WSU의 개발경위를 소개하였다.

2. 인프라 협조 운전지원 시스템의 개발

○ 차차 간 및 노차 간 통신을 응용한 차량 교통의 안전향상 및 환경부하 감소를 목표로 해서 운전지원을 하는 시스템을 인프라 협조 운전지원 시스템이라고 한다. 예를 들면, 시야가 나쁜 교차점에서의 좌우에서 오는 차량의 존재를 차차 간 통신에 의해서 알게 되고 자기 차의 위치나 속도 등에 따라서 운전자에게 경보 및 주의환기를 시켜주는 운전지원 등이 있다. EEBL(Electronic Emergency Brake Light)은 앞에 가는 차량이 급브레이크를 밟는다는 정보를 무선통신으로 후속차량에 즉각 알려주어서 전방 충돌사고를 예방하는 시스템이다.

○ 환경보호, 에너지 절감을 목적으로 한 응용 시스템으로 신호기의 신호 형식 정보를 노차 간 통신으로 입수하여 적신호에 멈추는 회수를 줄여주기 위한 가장 알맞은 속도를 알려주는 시스템 등을 생각할 수 있다. 불필요한 차량의 정지를 억제하여 발진, 정지에 의한 연료소비 및 CO2 배출을 줄일 수 있다. 이와 같이 보이지 않는 차량을 감지하거나 자기 차에 없는 정보를 입수하는 점이 인프라 협조 운전지원 시스템의 특징이며 노차 간, 차차 간 통신의 핵심이 되는 기술이다.

○ 인프라 협조지원 시스템의 개발은 1999년 미국 연방통신위원회(FCC: Federal Communication Commission)가 5.9GHz대에 75MHz의 주파수를 ITS용으로 할당하면서 커다란 전기가 되었다. 주파수 자원은 차차 간, 노차 간 통신 실현의 가장 기본이 되는 것이다. IEEE802.11 Community에서는 통신방식의 표준화 논의가 시작되었고, WAVE라고 하는 노차 간 및 차차 간용의 통신방식이 제안되었다.

○ 미국 DOT(Department of Transportation)는 이 주파수에 의한 노차 간 통신을 이용한 인프라 정비의 프로젝트 VII를 시작하였다. 자동차업체의 안전운전 시스템 연구단체인 CAMP(Collision Avoidance Metrics Partnership)는 이 주파수대를 사용한 차차 간 통신의 가능성 조사를 실시하였다. 2008년 EC에서도 자동차업체, 기기업체, 연구기관 등을 중심으로 한 C2CCC(Car-2-Car Communication Consothium)이 미국과 동일한 WAVE 방식을 기본으로 통신의 표준화를 추진하고 있다.

○ 일본 Denso에서 개발한 WSU는 인프라 협조지원 시스템의 시험 및 평가를 위해서 개발한 시험용 차재기이다. 노차 및 차차 간 통신의 전파전달거리, 통신품질, 통신처리량 등의 평가와 차량에 적합한 통신 프로토콜의 개발, 노차 및 차차 간 통신을 응용한 활용방안 개발 등에 사용 가능하다.

3. 시스템 및 차재기

○ VII 프로젝트

– VII는 미국 DOT가 추진하는 프로젝트로서 그 목적은 교통의 원활화와 교통사고의 억제에 있다. VII가 상정한 시스템은 단순한 노측 시험용 차재기만이 아니라 정보를 정리, 배분하기 위한 대규모 설비가 필요하여 많은 비용의 출자가 필요하다. 국민적 합의를 얻기 위해서는 그 효과를 가시적인 형태로 보여주는 것이 필요하지만 실제로는 기술적인 어려움과 비즈니스 모델의 성립에 의문 등 해결해야 할 과제가 많이 있는 상태이다.

– 현재의 상황은 POC라는 시험을 완료하였고 2008년 11월 New York에서 실시된 ITS 세계대회에서 대규모 시연을 통하여 커다란 환영을 받았다. DOT는 2010년까지 대규모 실증실험을 실시해서 본격적인 인프라 전개를 실시할 것인지의 여부에 대한 최종 결단을 남겨두고 있다.

○ WAVE 방식

– WAVE 방식은 미국 VII에서 사용할 예정인 노차 간, 차차 간 통신을 위한 규격이다. 기본적으로는 기존의 WLAN802.11계의 기술을 최대한 응용해서 노차, 차차 간 통신에서 부족한 부분과 차재기에서 필요한 부분을 변경 및 추가한 것이다.

– MAC는 WLAN에서와 같은 비콘 송신 등은 없고 접속확립을 단시간에 할 수 있도록 노차, 차차 간 통신에 대응하는 단순한 구성으로 되어 있다. 다만 할당 된 75MHz를 7ch로 나누어 사용하기 때문에 ch 변환을 하기위한 기구로 CCL(Channel Coordination Layer)이 추가 되어 있다.

– 채널변환의 기본적 요구조건은 우선도가 높은 통신 메시지를 낮은 지연시간(low latency)으로 취급하면서 우선도가 낮은 통신을 더 실현하는 것이다. 그래서 CCL에서는 UTC라고 부르는 표준 타이밍을 사용해서 모든 차재기가 같은 타이밍으로 고우선도 통신채널을 수신토록 하고 있다.

– 네트워크 층에서 WAVE의 특징은 WLAN의 IP 프로토콜만이 아니고 WSM(WAVE Short Message)라고 부르는 독자의 메시지 방식을 갖고 있다. 협역에서 Low Latency 통신을 하기위한 시스템이고 안전에 활용되는 소용량의 메시지를 주고받는데 적합하다.

○ WSU 차재기

– WSU 내부구조는 CPU 및 각종 외부 I/F를 가진 SBC(Single Board Computer)부, 무선통신을 위한 변복조, 송수신 기능을 갖고 있는 RF 모듈부로 구성되어 있다. 무선통신의 기능은 WAVE 방식만이 아니고 장래 확장도 고려해서 별도의 모듈로 되어있다.

– SBC부에는 차량 어플리케이션 실장을 위한 OS로서 Linux를 선정하였다. 차량 탑재성을 고려하여 CAN I/F와 USB I/F, GPS 수신기 I/F를 갖추고 있다. 각종 실차 시험에 대응하기 위해서 CardBus I/F 및 CF I/F, RS232C의 콘솔 I/F도 갖추고 있다.

– WSU에는 VII가 채용하고 있는 WAVE 방식의 무선 모듈을 탑재하고 있다. WAVE 방식의 PHY는 IEEE802.11p로 제정 검토 중에 있지만 아직 정식으로 결정된 것은 없다. 이 방식을 정식으로 지원하는 칩셋(chipset)은 존재하지 않는다. 디스크리트(discrete)에 802.11 방식 시험용 차재기를 구성하는 것도 고려해 보았지만 VII에서 안전 및 교통원활화 시험을 하기 위해서는 소형이면서 가격이 싼 시험용 차재기를 제공하는 것이 필요하다고 판단되어 기존의 WLAN 칩을 그대로 사용하였다.

– SBC의 CPU는 FreeScale사제 SPC5200B를 사용하였고 Power PC 코어를 사용한 임베디드(Embedded)용 프로세서 MPC5200B의 차재 규격품이다. 메모리는 128MB의 플래시 ROM과 64MB의 RAM을 탑재하였다. 차재용 파일시스템의 보호기능을 도입한 Linux OS를 채용하였다. 차내 LAN은 차재성을 고려해서 널리 사용되고 있는 CAN 인터페이스 2ch를 장비하였다.

– 유럽에서는 C2CCC가 차차 간 통신을 중심으로 한 통신 표준화를 진행하고 있지만 미국의 WAVE와의 공통화도 기하고 있다. 안전관련 등 특히 Low Latency가 요구되는 통신을 우선 확보하기 위하여 2ch의 동시 수신(송신도 옵션)하는 것이 검토되고 있다.

– 유럽에서는 차차 간 통신에서 폭 넓은 정보전달 범위를 확보하기 위해 멀티홉(multihop)의 이용을 초기단계부터 예정하고 있다. 멀티홉 제어를 위한 네트워크 레이어에서의 메시지 포맷은 미국의 것과는 크게 다르게 되어 있다.

– 유럽에서는 독일 정부와 자동차업체와의 차량 안전기술 개발 프로젝트인 AKTIV의 2008년 6월 시연에서 WSU가 사용되었다. C2CCC의 2008년 10월 시연에서도 Denso는 주요 시험용 차재기 업체로 WSU를 공급하였다.

4. 맺음말

○ 고속주행 시의 멀티패스(multipath)의 영향, 정체 시의 통신 폭주, 우선 메시지의 취급 등 노차 간, 차차 간 통신은 아직 많은 기술적 과제를 안고 있다. 이러한 과제에 대해서 미국, 유럽, 일본 등 차량 메이커, 기기 메이커 및 대학 등의 공동 프로젝트에서 대응책 개발이 진행되고 있으며 기대가 되고 있다.

○ Denso에서도 독자적인 대책기술을 연구개발 중에 있다. 이러한 개발활동을 지원하기 위해서 시험용 차재기에 대해서도 특히 통신 제어기능의 유연성 등의 면에서 더욱 개선을 추진해 나가고 있다. 

◃전문가 제언▹

○ 최근 미국의 ITS 관련 연구는 차량과 도로기반 시설 통합(VII: Vehicle Infrastructure Integration) 프로젝트를 추진하는 방향으로 진행되고 있다. 차량과 도로기반 시설의 통합은 연방정부와 주정부의 교통부 그리고 자동차 제조업체들이 동참하여 이루어지고 있으며 국가 도로교통체계의 안전과 효율성을 향상시키는 것이 목적이다.

– 매년 미국의 고속도로에서 발생하는 43,000명 사망사고의 50%는 도로를 이탈하거나 교차로에서 위험한 운전 때문이라고 한다. 러시아워의 교통정체는 도로를 이용하는 사람들의 연간 약 40시간 이상을 낭비하고 있고 그 시간은 계속 증가 추세에 있다고 한다. 이의 해결방안으로 차차 간 및 노차 간의 통신이 가능하도록 전국적인 무선통신 기반을 개발 활용하여 교통안전과 지체와 정체 해소를 목적으로 VII 프로젝트가 시작되었다.

○ 고속의 고용량 무선 기술을 사용하는 VII 프로젝트는 운전자가 스마트 차량과 도로기반 시설간의 통신을 이용하여 정보를 얻게 함으로서 도로 이용자의 안전을 높일 수 있다. 차량과 도로기반 시설의 융합기술은 폭넓은 통신을 운전자에게 제공한다. 잠재적인 위험에 대한 경고나 일반적인 여행자 정보 등도 있다. 고속의 무선 통신을 상용차에 적용하면 차량의 생산성을 높이고 연료효율 향상과 이산화탄소 저감에도 기여하여 환경부하도 줄여준다.

○ 2008년 12월부터 2009년 3월까지 Aiichi현 Toyota시에서 열린 `안전운전 지원시스템(DSSS)`의 실증 실험에서는 일본 정부의 IT 신개혁전략을 기본으로 정부와 민간 기업이 일체가 되어 2010년도 인프라 협조시스템 실용화를 위해서 사고 저감 효과의 평가 및 시스템 기능의 검증을 실시하였다. 이번에 실시한 시스템은 신호간과 방지지원, 발진지연 방지지원, 일시정지 규제 간과 방지지원, 추돌 방지지원 및 횡단보도 보행자 간과 방지지원 등 5개 항목이었다.