[3편] 차량 무선 통신 규격, DSRC vs. WAVE vs. C-V2X 기술적 측면, 응용 분야 및 미래 동향

목 차

1. DSRC, WAVE, C-V2X:차량 통신 기술의 미래
2. 단거리 전용통신, DSRC 기술 정의, 유형 및 통신 프로세스 설명
3. 차량 환경용 무선 접속, WAVE 기술 정의, 유형 및 통신 프로세스 설명
4. 이통통신 기반의 V2X 통신 기술, C-V2X 기술정의 및 전송모드
5. DSRC, WAVE, C-V2X 무선 통신 기술 비교
6. 미래 동향 및 마무리

 

1. DSRC, WAVE, C-V2X: 차량 통신 기술의 미래

차량 통신 기술은 빠르게 진화하고 있는 분야로, 안전하고 효율적인 교통을 위한 핵심 역할을 합니다. 이 블로그 포스트에서는 주목받고 있는 차량 통신 기술 중 DSRC(Dedicated Short-Range Communication), WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments), 그리고 C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1.1 DSRC(Dedicated Short-Range Communication) 기본 이해

[DSRC 정의 및 목표]

DSRC(Dedicated Short-Range Communication)는 차량 간 및 차량과 인프라 간의 짧은 거리 통신을 위한 기술로, 안전 운전 및 효율적인 교통 관리를 위해 설계되었습니다.

[DSRC 기술적 측면]

DSRC(Dedicated Short-Range Communication)는 5.9 GHz 주파수 대역에서 작동하며 고속 이동 중에도 안정적인 통신을 제공합니다. 데이터 전송은 초당 수백 킬로바이트로 이루어지며, 통신은 암호화 및 기타 보안 기술로 보호됩니다.

[DSRC 응용분야]

DSRC(Dedicated Short-Range Communication)는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 차량 간 충돌 회피, 교통 신호 최적화, 긴급 상황 통보 등이 그 예시입니다.

1.2 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environmentsd) 기본 이해

[WAVE 개념]

WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 차량 통신을 위한 표준을 제공하는 기술로, IEEE 1609 표준 패밀리에 기반하고 있습니다. 안전 및 효율성을 강조하여 차량과 인프라 간의 통신을 개선합니다.

[WAVE 아키텍처]

WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments) 아키텍처는 표준화된 계층 구조를 기반으로 하여 신뢰성 있는 통신을 가능케 합니다. 각 계층은 고유한 역할을 수행하며 효율적인 데이터 전송을 지원합니다.

[WAVE 상호 운용성]

WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 표준을 준수하여 다양한 차량 시스템 간에 상호 운용성을 제공합니다. 이는 차량 간 충돌 회피 및 교통 관리를 위해 중요합니다.

1.3 C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) 기본 이해

[C-V2X 정의 및 목표]

C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)는 휴대전화 네트워크를 기반으로 하는 차량 통신 기술로, 차량 간 및 다양한 교통 요소와의 통신을 가능케 합니다.

[C-V2X 기술적 측면]

C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything) 휴대전화 인프라를 활용하여 실시간 통신을 지원합니다. 이 기술은 높은 대역폭을 통해 다양한 데이터 유형을 처리하며, 차량과 다른 객체 간의 효율적인 상호 작용을 허용합니다.

[C-V2X 응용분야]

C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)의 응용 분야는 다양합니다. 긴급 제동 시스템, 교통 혼잡 관리, 보행자와의 상호 작용 등이 그 예시입니다.

 

2. 단거리 전용통신, DSRC 기술 정의, 유형 및 통신 프로세스 설명

2.1 DSRC(Dedicated Short-Range Communication) 기술 정의

DSRC의 기술적 정의는 도로변에 설치된 노변 기지국( Road Side Equipment, RSE)과 도로상에서 주행 중인 차량에 설치된 차량 탑재 장치(On Board Eqipment, OBE) 간에 짧은 시간에 고속의 데이터 통신 서비스를 위한 근거리 전용 무선 통신 기술을 말합니다.

2.2 DSRC(Dedicated Short-Range Communication)의 유형

5.8 GHz 대역의 단거리 전용통신인 DSRC는 다음 아래 표와 같이 수동방식(Passive) DSRC와 능동방식(Active) DSRC의 2가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

구분 항목	수동방식(Passvie) DSRC	능동방식(Active) DSRC
개념	OBE 내에 주파수 발진기를 내장하지 않고 RSE로부터 수신된 반송파를 증폭하여 재반사하는 방식	OBE 내에 주파수 발진기를 내장하고 있어서 독립적으로 반송파를 송신이 가능한 방식
주파수 대역	5.8 GHz	5.8 GHz
셀 크기	10 미터	10 미터
대역폭	5 MHz	10 MHz
변조방식	하향(ASK), 상향(DPSK)	ASK
전송속도	하향(500 Kbps), 상향(250 Kbps)	1 Mbps
프로토콜	HDLC	Slotted ALOHA

* ASK(Amplitude Shift Keying): 진폭 편이 방식

* DPSK(Differential Phase Shift Keying): 차동 위산 편이 변조 방식

* HDLC(High-level Data Link Control): 호스트가 일대일(1:1) 또는 일대다(1:N)로 연결된 환경에서 데이터 송수신 기능을 제공하는 프로토콜

* Slotted ALOHA: 시분할 다중접속 기술을 사용하는 무선통신 프로토콜

 

수동방식 DSRC는 주로 신호 ​​수신 및 처리에 관한 것이므로 차량이 주변 환경을 인식해야 하는 애플리케이션에 적합합니다. 반면에 능동방식 DSRC는 신호 송수신을 모두 포함하여 차량과 인프라가 통신 네트워크에 적극적으로 참여하고 안전, 교통 최적화, 협력 운전 시나리오를 포함한 다양한 애플리케이션에 기여할 수 있도록 합니다.

 

3. 차량 환경용 무선 접속, WAVE 기술 정의, 유형 및 통신 프로세스 설명

3.1 WAVE(Dedicated Short-Range Communication) 기술 정의

WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 고속의 이동 환경에서 차량 간(V2V) 또는 차량과 인프라 간(V2I) 실시간 통신을 지원하는 차량 네트워킹 기술 IEEE 802.11p 물리계층과 IEEE 1609 프로토콜의 조합으로 구성되어 있습니다. 그래서 WAVE는 도로 안전 및 교통 효율성 향상과 관련이 있는 경우가 많습니다.

3.2 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)의 프로토콜 스택 및 구성요소

WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)의 프로토콜 스택은 아래 그림과 같이 크게 IEEE 802.11p 물리계층과 IEEE 1609 프로토콜 계층의 조합으로 구성되어 있습니다.

 

WAVE 프로토콜 스택 구조 개념도(IEEE 802.11p + IEEE 1609,x)

 

위 그림 IEEE 802.11p 규격과 IEEE 1609 규격의 조합으로 이루어진 WAVE 프로토콜 스택 구조에 대한 주요 규격에 대한 구성요소를 살펴보면 다음 아래 표와 같습니다.

 

주요 규격 구성요소	세부 설명
IEEE 802.11p	WAVE 통신 스택의 하위 계층에 해당되며 PHY(1계층)과 MAC(2계층)에 대하서 정의하고 있음
IEEE 1609	MAC(2계층) 계층과 그 위 상위 계층에 대해서 정의하고 있음
IEEE 1609.1	Application과 Application 간의 주어진 자원을 효율적으로 사용 가능하도록 자원을 관리하는 RM(Resource Management)에 대해서 정의하고 있음
IEEE 1609.2	보안이 보장되지 않는 무선 네트워크를 통해 통신하는 Application이 안전하게 통신 가능하도록 보안 서비스를 제공하는 것에 대해서 정의하고 있음
IEEE 1609.3	네트워크(3계층) 계층과 전송 계층(4계층)에 대해서 정의하고 있음
IEEE 1609.4	WAVE MAC(2계층)의 멀티 채널 오퍼레이션을 제공하하는 것을 정의하고 있음

 

4. 이통통신 기반의 V2X 통신 기술, C-V2X 기술정의 및 전송모드

4.1 C-V2X(Cellular-Vehicle to X) 기술 정의

이동통신(3GPP Release 14) 기술 기반의 C-V2X는 운전자의 육안이나 자동차 센서가 도달하지 않는 범위에 관한 정보를 LTE 통신망을 사용하여 정보를 수집한 후에 운전자에게 경고 및 정보제공을 함으로써 안전 운전을 지원하는 기술을 말합니다.

 

LTE/5G/6G 이동 통신망을 이용한 C-V2X 개념도

 

C-V2X(Cellular-V2X)는 DSRC 무선통신 대신에 이동 통신망 네트워크를 사용하여 인프라 구축 비용이 상대적으로 적게 드나, DSRC에 비해 지연 시간이 상대적으로 길다는 단점을 가지고 있습니다.

4.2 C-V2X(Cellular-Vehicle to X) 기술의 전송모드 2가지

C-V2X(Cellular-V2X) 무선 통신의 전송모드는 크게 V2X 간 직접적으로 통신하는 방식과 LTE 네트워크를 사용하여 통신하는 방식으로 분류할 수 있습니다.

전송모드	세부 설명
차량과 보행자 / 차량과 도로 인프라간 직접적인 통신	LTE Direct 기술을 기반으로 고속으로 주행하는 차량간에 통신하거나 복잡한 교통 상황이나 네트워크 커버리지 밖에서도 실시간으로 차량간에 정보를 교환 가능한 혁신적인 기술
기존 대역폭이 넓은 LTE 네트워크망 통신	수 Km 떨어진 곳의 전방 사고 소식을 전달 받거나, 주차 공간을 알림 등의 정보를 제공하는 기술

 

5. DSRC, WAVE, C-V2X 무선 통신 기술 비교

DSRC, WAVE 및 C-V2X를 비교하면 각각의 기술이 제공하는 독특한 특징이 있습니다. DSRC는 짧은 거리에서 안정적이지만, C-V2X는 휴대전화 네트워크를 통한 통신으로 더 긴 거리에서도 연결을 유지합니다. 위 세 가지 기술들에 대해서 주요 핵심적인 구성요소를 비교하면 아래 표와 같습니다.

기술적 구성요소	DSRC	WAVE	C-V2X
주파수 대역	5.795~5.81 Ghz	5.885~5.925 GHz	셀룰러 네트워크(LTE/5G)
통신 범위	단거리	단거리~중거리	장거리
데이터 전송속도	1 Mbps	27~54 Mbps	LTE(100 Mbps) 5G(20 Gbps)
통신 접근 방식	전용 단거리 통신 V2I	차량 환경에서의 무선 접속 V2V, V2I	셀룰러 차량간 통신\ V2X
보안 조치	암호화 및 기타 보안 프로토콜	표준화돤 보안 조치	셀룰러 네트워크 보안 프로토콜
응용 분야	교통관리, 충돌회피, 비상경보 단말 및 기지국간 통신(Hi PASS)	안정 응용 프로그램, 교통 최적화(HD 동영상 서비스)	비상제동, 보행자 상호작용
아키텍쳐	독립적인 아키텍쳐 사용	계증화된 아키텍쳐 사용	기존 셀룰러 아키텍쳐 사용
미래 진화	지속적 DSRC 표준개발	IEEE 1609 패밀리 표준 진화	5G 네트워크 진화

 

6. 미래 동향 및 마무리

DSRC는 상호 운용성을 개선하고 광범위한 채택을 촉진하기 위해 표준화에 대한 지속적인 노력을 기울여 왔습니다. DSRC 애플리케이션은 교통 관리, 스마트 교차로, 향상된 차량-인프라(V2I) 통신에 중점을 두면서 기본 안전 기능을 넘어 확장되었습니다. 그리고 WAVE 기술은 보다 포괄적이고 효율적인 교통 관리를 위해 점점 더 광범위한 ITS 프레임워크에 통합되고 있습니다. WAVE 생태계 내에서 진행 중인 R&D 노력은 연결된 차량의 진화하는 요구 사항에 맞춰 신뢰성, 보안 및 성능을 향상하는 것을 목표로 합니다.

 

더 나아가 5G 네트워크 출시로 C-V2X는 연결성 향상, 지연 시간 단축, 용량 증가 등의 이점을 누리고 더욱 발전된 애플리케이션을 구현할 수 있을 것으로 예상됩니다. C-V2X는 전 세계적으로 실제 시험 및 배포를 진행해 왔으며 안전 애플리케이션 및 교통 관리를 포함한 다양한 사용 사례에서 그 기능을 선보였습니다. 현재 자율주행차의 안전성과 조율성을 향상하기 위해 DSRC, WAVE, C-V2X를 자율주행차와 통합하는 추세가 늘어나고 있습니다. 세 가지 기술 모두에서 사이버 위협으로부터 차량 통신 네트워크를 보호하기 위한 보안 조치 강화에 중점을 두었습니다.

 

차량 통신 기술은 현재 계속해서 진화하고 있습니다. 향상된 보안 및 더 나은 상호 운용성을 갖춘 차세대 기술의 등장이 기대되며, 이는 교통 산업을 더욱 효과적으로 변화시킬 것으로 예상됩니다. DSRC, WAVE 및 C-V2X는 차량 통신 분야에서 혁신적인 역할을 하고 있습니다. 각 기술은 안전성과 효율성을 향상하는 데 기여하며, 앞으로의 기술 발전으로 더욱 발전할 것으로 기대됩니다.

 

다음 포스팅 [4편]에서는 지능적으로 운전자 보조하는 기술인 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 관해서 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.