[기고] 스마트모빌리티 지향의 V2X 기술 표준화 동향 및 시장성 분석

[글=박세환 Ph.D.]
       ㈜기술법인 엔펌(ENF) 전문위원(Chief Consultant)
       한국산업기술진흥협회-ReSEAT프로그램 전문위원
       한국CCTV연구소(KCI) 영상보안CCTV산업발전연구회 회장
       용인시정연구원 비상임연구위원
       한국과학창의재단 전문가형과학기술분야진로컨설턴트
       한국기술교육대학교 창업지원센터 자문위원
       한국생산기술연구원 클린팩토리구축진단전문가
       국가과학기술인력개발원 멘토링사업 멘토
       과학기술정보통신부 연구자권익보호위원회 위원

ADAS(Advanced Driver Assistance System, 운전자 보조 시스템) 기술과 함께 도로 교통 인프라를 ICT와 연계하여 교통정보를 공유하는 V2X(Vehicle to Everything) 기술이 확산되고 있다. 이를 통해 자동차, 에너지, 서비스를 융합한 스마트모빌리티(Smart mobility) 산업이 이동성(mobility)에 대한 패러다임을 빠르게 변화시켜가고 있다. 이번 호에서는 커넥티드카 및 C-ITS를 통해 자율주행 기술로 구현되고 있는 스마트모빌리티 산업의 개요, 기대 효과 및 구축 사례 등 스마트모빌리티 산업 이슈에 대해 설명한다.

스마트모빌리티 산업 이슈

V2X와 ADAS 기술은 소비자의 자동차 구매 시 의사 결정에 가장 큰 영향을 주는 요소가 되고 있다. 따라서 격변하는 글로벌 자동차 기술 시장에 진입하기 위해서는 이와 관련된 소프트웨어와 하드웨어 개발 및 보안 기능 강화 등 경쟁력을 갖춰야 한다. 특히 더 강력한 성능과 보안, 다른 기기와의 연결성 등을 수용할 수 있는 범용 프로세서와 개방형 표준 소프트웨어를 조기에 구축하는 데 주력할 필요가 있다.

최근 들어서는 미국 등 선진국을 중심으로 V2V(Vehicle to Vehicle)를 넘어 V2I(Vehicle to Infrastructure) 의무화가 추진되고 있다. 이에 관련 업계에서는 V2X 시대가 오는 시점을 5G 통신이 본격적으로 시작되는 2020년으로 예상하고 있다. 이처럼 V2X 통신 기술은 운전자와 보행자에게 안전한 서비스를 제공하는 바, 차세대 5G V2X 환경에서 자율주행 및 서비스 시장은 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.

모빌리티 산업은 자동차 주행 기술과 핵심 부품 및 생산 기술에 따라 다음과 같이 네 단계로 분류할 수 있다.

V2X 기술은 모빌리티 4.0에 기반을 두고 V2V, V2I, V2P(Vehicle to Pedestrian), V2N(Vehicle to Network) 등과 융합되면서 커넥티드카 및 C-ITS(Cooperative-Intelligent Transportation System, 차세대 지능형 교통시스템)를 통해 완벽한 이동성과 운전자의 자유로움을 제공할 수 있는 자율주행 기술로 구현되고 있다.

미국자동차공학회(SAE)에서는 자율주행 기술 실현 수준과 기술 성숙도에 따른 자율주행 레벨을 6단계로 규정하고 있다. 0단계는 자율주행 기능이 없는 단계, 1단계는 자율주행 기술 작동 단계(운전자가 속도·방향 통제 등), 2단계는 부분 자율주행 단계(주행 시 운전자의 감독 필요), 3단계는 제한적 자율주행 단계(운전자 개입 감소), 4단계는 완전한 자율주행 단계(운전자는 목적지만 설정), 5단계는 완전한 무인 자율주행 단계다.

자율주행 기술을 효과적으로 정착시키기 위해서는 이 규정을 기반으로 지능 통신, 보안, 정밀 측위, 친환경성 등이 향상된 ADAS 기술의 동반 성장이 필수적이다. 아울러 보다 효율성이 높은 V2X 통신을 구현하기 위해서는 다양한 도로 환경적 요구 사항과 자율주행 서비스를 수용할 수 있는 핵심 기술 개발이 필요하다. 고려해야 할 도로 환경적 요구 사항은 날씨와 기온, 교통량(교통 흐름), 돌발 상황, 카 쉐어링 서비스, 자율 주행 핵심 기술 등이 있다.

V2X 기술은 운전 중 도로 인프라 및 상대 차량과 교통 정보를 공유할 수 있는 다양한 무선통신 기술(V2V·V2I·V2P·V2N 등)이 접목되어야 한다. 아울러 상대 차량의 위치를 운전자와 자동차의 자율주행 통신모듈(ACM)에 알려주는 정밀 측위 기술과 결합되어 자율주행을 지원한다. ADAS에는 주행 중 발생할 수 있는 사고 위험을 알려주는 최첨단 센서들(Camera, RADAR, LiDAR, Ultrasonic 등)이 장착된다.

스마트모빌리티 기대 효과

도시의 과밀화, 인구 고령화, 1인 가구 증가 등 사회 환경적 변화로 인해 특히 대도시와 도심 지역의 교통난, 아울러 교통사고로 인한 사상자 증가 등 위협 요인이 가중되고 있다. 이는 인간 삶의 질을 떨어트리고 있어 사회 환경적 변화 흐름에 맞는 교통 수요에 대한 획기적인 대응책이 요구되고 있다. 스마트모빌리티 산업이 활성화되면 교통 혼잡 완화, 에너지 소비 절감, 이산화탄소 배출 저감, 대기 오염 감소, 이동 시간 절약 등 매우 다양한 사회적 편익을 기대할 수 있다.

스마트모빌리티 구축 사례

V2X 및 ADAS 기반의 자율주행자동차를 통한 스마트모빌리티 산업은 프랑스, 일본, 미국, 영국, 싱가포르, 중국 등의 메이저 기업들이 글로벌 기술 시장을 주도하고 있다. 주요국의 스마트모빌리티 구축사례를 [표 3]으로 정리했다.

V2X 기술 국제 표준화 동향

1. 유럽의 V2X 표준화 동향

유럽에서는 2000년 ISO기술위원회(ISO/TC 204)를 중심으로 다양한 차량 엔터테인먼트 기기를 통해 텔레매틱스 서비스를 제공할 수 있는 CALM(Communication Access for Land Mobile) 표준을 개발했다. CALM은 ‘ITS-Station’이라는 통신 시스템을 통해 어떤 물리 계층을 갖는 단말기로도 통신이 가능한 표준이다.

이를 토대로 WAVE(Wi reless Acceess in Vehicular Environment, 차량 환경에서의 무선 접근) 및 이동통신(LTE 혹은 5G)을 이용한 다양한 조합을 통해 V2V, V2I 기술 표준화를 진행하고 있다. 특히, 5G 시스템의 특성은 차량 및 교통 데이터의 요구 사항을 잘 수용하고 있어 3GPP Release 16 표준화 과정에서 차량 간 직접 통신에 5G 무선 기술이 적용되면서 2019년 하반기에 5G의 표준화가 완료됐다. 5G를 이용한 자율주행이나 차량 제어 등의 분야에 관심이 높아지면서 2016년 말에는 주요 자동차 제조사와 ICT 기업 등을 중심으로 5GAA(5G Automotive Association, 5G자동차협회)를 결성해 5G 시스템을 이용한 V2X 조기 활성화에 주력하고 있다.

2. IEEE 802.11p WAVE 기술 표준

초기 V2X 기술은 통행 요금 지불 시스템 등으로 사용되었기에 전송 거리가 짧고 데이터 전송량의 한계가 있었다. 이에 2010년 7월, IEEE(미국 전기전자기술자협회)에서는 IEEE 802.11a의 주파수 대역폭을 10MHz로 줄여 앰뷸런스나 승객용 차량 등에 적용할 수 있는 Wi-Fi/DSRC(Dedicated ShortꠓRange Communications, 단거리 전용 통신) 기반의 IEEE 802.11p WAVE 기술 표준을 자율 주행을 위한 V2X 표준으로 제정했다. WAVE 기술의 주요 사양은 주파수 5.9GHz, 최대 주행 속도 200km/h, 최대 전송 거리 1km, 대용량 데이터 전송률 최대 27Mbps다.

특히, Wi-Fi/DSRC를 구현하기 위해 도로변의 소형 기지국과 차량 단말기를 통해 커버리지 100m 이하인 ITS 서비스와 3.8톤 이하 자동차의 도로 주행 안전성을 향상시키기 위해 5.9GHz 주파수대의 DSRC 관련 법제도가 마련됐다. 또한, IEEE 802.11p(5.9GHz 대역) 기반의 차량 통신 시스템으로 ITS-G5뿐만 아니라 2G, 3G 등의 셀룰러도 포함시켜 표준화를 진행하고 있다. 이와 함게 차량 통신 표준으로 2015년 초부터 이동통신 네트워크인 LTE 기술을 이용한 차량 통신에 대한 표준화에 주력하고 있다.

아울러 국제 이동통신 표준화 기구인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 2017년 3월 LTE 차량 통신을 위한 표준화를 완료한 바 있다. 이후 성능 개선 및 5G와의 융합을 통해 LTE 기술로 지연 시간을 단축하고 차량 간 직접 통신을 지원하기 위한 논의가 진행되고 있다. 기존의 WAVE 기술은 직접 통신을 통한 차량 안전에 초점이 맞춰져 있었지만 차량 통신은 차량 간 직접 통신 이외에 이동통신망을 이용할 수 있다.

이 때문에 통신 커버리지 문제 해결뿐만 아니라 보다 많은 데이터 전송이 가능해져 영상 등 다양한 서비스도 지원할 수 있게 되었다. 이는 고속 주행 환경에 최적화된 차세대 통신 방식으로, V2I 및 V2V의 차량 안전 서비스를 위한 지능형교통시스템(ITS)에 적합하다.

스마트모빌리티 지향의 V2X 통신 모듈 관련 국내외 IEEE 802.11p 표준화 동향을 요약하면 [표 4]와 같다.

V2X 기술 시장성 분석

1. V2X 통신 모듈 관련 기업 동향

V2X 통신 모듈 관련 글로벌 기술 시장을 주도하고 있는 해외 메이저 기업으로는 NXP Semiconductor, Qualcomm, U-blox 등이, 국내에서는 LG전자, LG이노텍, 삼성전자, 르노삼성자동차, SK텔레콤, 서울대 지능형자동차IT연구센터, 한국전자통신연구원(ETRI) 등이 포지셔닝 되어 있다. 국내외 주요 기업의 V2X 통신 모듈 기술 개발 동향을 [표 5]로 정리했다.

2. 차량용 LiDAR 시장 성장 추이

프랑스 시장조사업체 욜 디벨롭먼트(Yole Development)에 따르면, 자율주행 차량용 LiDAR 글로벌 시장 규모는 2018년 13억 달러에서 연평균 성장률 55%를 기록하며 2024년에는 28억 달러의 시장을 형성할 것으로 예상된다. 아울러 ADAS용 LiDAR 글로벌 시장 규모는 2018년 8억 8200만 달러에서 연평균 성장률 113%의 성장을 지속해 2024년에는 14억 달러의 시장을 형성할 것으로 예상된다. 이로써 2024년에는 전체 LiDAR 시장의 70%를 차량용 LiDAR가 차지하게 될 것으로 전망된다.

3. 미국의 V2X 통신 모듈 시장 성장 추이

자율주행 관련 글로벌 기술 시장을 주도하고 있는 미국, 유럽, 일본, 한국 등의 주요 국가에서는 정책적인 프로젝트(정부-완성차-부품사 협력)를 중심으로 실시간으로 차량 간 교통 정보 공유를 위한 V2X 통신 모듈 CCU(Communication Control Unit) 개발 기업, 보안 솔루션 개발 기업, 통신 서비스 기업들이 적극적으로 글로벌 시장에 진출하고 있다.

V2X 기술 시장에서 최고 수준의 선도국인 미국은 2022년까지 모든 신차에 V2V 통신 장비를 의무화하는 규정을 2017년 초에 이미 발표한 바 있다. 미국도로교통안전국(NHTSA)에서는 2020년 차량당 V2V 장착 비용을 341~350달러로 예상하고 있다. 시장조사 및 컨설팅 기업 비전게인(Visiongain)의 자료에 따르면, 미국 내 V2X 통신 모듈을 장착한 신차는 2015년 500만 대에서 연평균 30%씩 증가해 2020년에는 1870만 대에 달했다.

자율주행자동차 안전 위한 대책 마련 병행 필요

스마트모빌리티 산업이 빠르게 확산하는 데에는 경제 성장에 따른 자동차의 급속한 증가, 도시 도로 교통의 복잡도 증가, 라이프 스타일 변화에 따른 도시형 모빌리티의 필요성 증가 등 다양한 요인이 작용하고 있다. 이에 관련 업계는 기존 차량 통신을 뛰어 넘는 고주파수, 고 전송률 및 정교한 측위 정확도를 지원할 수 있는 정보 전송 네트워크 기술 개발에 주력하고 있다.

V2X 기술은 핵심 센서인 레이더, 라이다, 카메라 시스템 등의 발전으로 자율주행의 상용화를 견인하고 있다. 하지만 이러한 센서들은 가시거리 내에서만 활용할 수 있다는 제약 조건이 있다. 이러한 센서의 제약 조건을 보완하여 시야의 제약 조건에 영향을 받지 않는 360도 인식 능력을 제공할 수 있는 핵심 기술 개발이 필요하다. 아울러 자율주행자동차에 관한 안전 규제와 기술 검증, 시설물 설치 및 프로토콜 개발 등 제도적 준비가 필요하다.