<자율주행 자동차공학 - 정승환 저, 2023년 01월 10일 발행> 책을 기반으로 작성된 글입니다.
V2X
Vehicle to Everything의 약자로 자율주행자동차와 정보를 교환하는 기술을 통칭한다. 자율주행자동차가 어떤 대상과 정보를 교환하느냐에 따라 그 종류가 나뉜다.
최근에는 V2X 기술과 GPS 및 UWB(Ultra WideBand) 기술이 접목되어 V2X 통신 음영 지역과 사각 지역에서도 자율주행 서비스될 수 있는 관련 기술이 연구 개발 중이다.
종류
- V2V : Vehicle To Vehicle
- V2P : Vehicle To Pedestrian
- V2I : Vehicle To Infrastructure
- V2H : Vehicle To Home
- V2N : Vehicle To Network
- V2C : Vehicle To Cloud
V2V
- 차량간 통신
- 단거리 전용 통신(DSRC)를 이용해 각각의 정보 교환
- 정의된 차량의 ID를 기준으로 위치 정보와 속도 및 조향각도 등의 주행 정보를 교환
- 센서만을 이용하여 인식할 수 없는 주행 돌발 상황에 대한 예측 제어를 가능하게 한다.
V2P
- 차량과 보행자간의 통신
- 보행자의 위치, 헤딩 정보와 속도 등의 정보를 교환
- 교차로 시작 지점 등에서 장애물로 인해 센서로 보행자를 인식할 수 없는 경우 필요하다
V2I
- 차량과 RSU(Road Side Unit)와의 정보 교환 기술
- 도로 인프라로는 신호등, 교차로 등이 있다.
- 신호등의 ID, 위치, 색상 변경 시간 정보 등의 정보를 이용해 자율주행 제어 전략에 활용한다.
- 교차로 폭 등의 정보도 활용 가능
- 카메라 센서만으로 인식하기엔 변경사항이 이미 적용된 후에 그 사항을 알 수 있어 미리 대처가 불가능하다.
V2H
- 전기자동차 기반, 전기자동차의 남은 전기 에너지를 가정전원망에 공급할 수 있음
- 긴급시 활용
- 전력 판매
- V2B (Vehicle to Building)도 유사
V2N
- 차량과 모바일 기기와의 일정한 정보 교환
- 보행자 보호, 내비게이션 연동 및 스마트 기기를 이용해 차량의 상태와 정보를 모니터링 할 수 있다.
V2C
- 자율주행 S/W 업데이트, 개인 정보, 의료 서비스, 금융 서비스, 및 인포테인먼트(infortainment) 데이터를 클라우드 서버를 통해 자율주행자동차 내부 통신망과 연결해 정보 공유 가능
- 뉴스, 음악 및 영화 등의 영상 데이터 전송으로 역할 확장 기대
V2X 통신 방식
| 구분 | WAVE (DSRC) | Celluar |
|---|---|---|
| 채택 | 유럽 | 미국, 중국 |
| 기반 | WIFI | 이동 통신망 |
| 표준화 | IEEE (2012년 완료) | 3GPP (2014년 시작) |
| 주파수 | 5.9GHz | 5.9GHz |
| 데이터 전송 속도 | 27Mbps | 100Mbps ~ 20Gbps (5G ~ LTE) |
| 신뢰성 | 95~99 (%) | 95~99 (%) |
| 지연 시간 | 0.1s 미만 | 0.01 ~ 0.1 (s) 미만 (5G ~ LTE) |
| 이동 속도 | 200km/h | 160 ~ 500 (km/h) (5G ~ LTE) |
| 영역 | 1km 미만 | 수 km |
WAVE
- WAVE 통신의 경우 2012년에 기술이 완성되었기 때문에 기술의 안전성은 확보
- BUT 통신 영역이 범위가 좁고 확장성에 한계가 있다.
Celluar
- 기존에 구축되어 있는 5G, LTE통신망을 활용한다. (기지국 활용)
- 기존 모바일 통신 인프라를 활용하기 때문에 통신 영역도 넓고 지연 시간도 WAVE에 비해 짧다.
- BUT 초기 통신 인프라망 구성에 많은 비용이 든다.
SAE J2735 메시지 세트
DSRC(단거리 전용 통신)에서 사용하는 표준 메시지 세트
BSM
Basic Saftey Message
- 차량 ID
- 위도 정보
- 경도 정보
- 주행 속도
- 헤딩 방향
- 조향 각도
등의 주행 데이터를 담고 있음
- 제동 제어 상태
- 차량 경고등 점등 상태
등의 모듈 상태 정보
- 차량 전폭
- 전장의 제원 데이터
위와 같은 정보를 주변 차량이 수신할 수 있도록 “주기적”으로 전송
CSR
Common Safety Reqeust
BSM을 교환하는 차량들을 중심으로 현재 실행되고 있는 안전과 관려된 정보를 담고 있음
수신된 안전정보는 다시 BSM에 추가하여 다음 주기에 전송함
EVA
Emergency Vehicle Alert
긴급 사항 발생시 근방 차량에 경고 메시지를 전송하는 용도
경고에 대한 상세 정보를 담고 있다.
- ATIS (Advanced Traveler Information System) 메시지 기반
- 위도, 경도, 도로 폭 및 제한 속도 등의 정보 포함
ICA
Intersection Collision Avoidance
교차로에 진입하는 차량들에게 충돌 위험에 대한 경고를 전송하는 목적
메시지 전송 매체는 차량 또는 교차로 설치된 도로 인프라 시설 모두 가능
MAP
Map Data
지역 ID, 지도 위도, 지도 경도, 차로 폭, 차로 방향 및 차로 유형, 도로 연결 ID 등의 정보 전달
도로의 특정 위치에서 발생한 이벤트 정보를 SPAT(Signal Phase And Timing) 메시지와 연동해 전달 및 활용할 수 있다.
PVM
Probe Vehicle Message
도로를 중심으로 차량의 이동 경로 정보, 차량 이벤트 데이터를 RSU로 전송
- 현재 위도
- 현재 경도
- 현재 속도
- GPS 정확도와 제동
- 조향 및 가속의 차량 거동 데이터
- 방향 지시등 및 각종 경고등 점등 상태
등의 차량의 현재 상태에 대한 정보 포함
⁉️ BSM과 다른 점은?
RSA
Road Side Alert
차량이 현재 주행하는 도로 상에서 앞으로 발생할 위험 요소 정보를 제공한다.
- 보행자 출현
- 낙하물 출현
과 같은 객체 방해물 속성 정보
- 역주행 차량
- 저속 주행 차량
과 같은 특이 이동 물체 방향과 속도 정보
SPAT
Signal Phase And Timing
신호등이 설치된 교차로에서 현재의 신호등 상태 정보 제공
- 교차로 위치 ID
- 신호등 ID
- 신호 제어기 상태
- 신호 색깔 상태와 현재 신호 유지 시간
V2X 통신 원리
WAVE 기반의 IEEE 802.11p
WAVE 기반의 5.9 (GHz) 주파수의 10 (MHz) 대역폭의 IEEE 802.11p 무선 통신 기반의 V2X 통신
WAVE 통신 프로토콜
- IEEE 1609.1 핵심 시스템 (Core System) 규격
- 최상위 계층
- 정보 데이터 교환 담당
- 사진에서 saftey/non-saftey applications의 resource manager 역할을 한다.
- IEEE 1609.2 통신 보완 규격
- IEEE 1609.3 네트워크 서비스 규격
- IEEE 1609.4 멀티 채널 운영 규격
Celluar 통신 방식의 PC5
- V2V 통신의 경우 OBE(On board Equipment) 단말기를 이용, 별도의 주파수를 사용해 1(km) 미만의 PC5 무료 통신망을 구성한다.
- 1(km) 이상의 통신 범위를 요구하는 경우 기지국들간의 무선 접속 Uu 유로 통신망을 이용해 중앙 제어 방식으로 운영한다.
PC5 프로토콜
- 제어 평면 프로토콜
- 사용자 평면 프로토콜
두 개의 프로토콜로 구성
- 5개 계층으로 구성
- PHY (Physical)
- 10~20 MHz 대역폭의 5.9 GHz 주파수 대역
- 물리 계층 사이드링크(Sidelink) 신호를 이용해 데이터 송신
- MAC (Media Access Control)
- 논리 채널과 전송 채널 사이의 매핑과 스케줄링
- HARQ (Hybrid Automatic Repeat and Qequest) 를 통한 오류 수정
- RLC (Radio Link Control)
- 상위 계층으로의 데이터 전송
- 오류 수정
- 분할 및 재조립 과정
- PCDP (Packet Data Convergence Protocol)
- 제어 평면 데이터와 사용자 평면 데이터의 암호화와 해제 기능
- 제어 평면 데이터의 오류 검증
- RRC (Radio Resource Control)
- 통신 접속 계층과 비접촉 계층의 정보를 전송
- SDAP (Service Data Adaptation Protocol)
- 필요에 따른 데이터 패킷 교환 담당
- PHY (Physical)
V2X 장점 및 단점
V2X 통신망을 활용할 경우 차량의 센서에 의존하는 것보다 더 넓은 인지 영역을 보장할 수 있어 안정적인 자율주행 예측 제어가 가능해진다.
⇒ 객체의 정보를 ‘미리’ 받을 수 있음
다양한 객체들과 LOS(Line Of Sight)와 NLOS(Not Line Of Sight) 조건과 상관없이 일정한 인지 성능을 유지할 수 있다.
하지만 주고받는 데이터에 대한 비용, 인프라 설치 및 운영 비용, 그리고 표준화 관련 법적 근거 마련 문제를 해결해야 한다.
'자율주행 > 개념 정리' 카테고리의 다른 글
| 자율주행자동차와 프로세스 및 자율주행자동차 기술 단계 (SAE J3016) (0) | 2023.03.19 |
|---|
댓글