The realization of connected cars and intelligent transportation system


 차량이 사람을 목적지까지 알아서 안전하게 데려다 주고, 사람은 차량 내에서의 시간을 보다 다양하고 가치 있는 일을 하며 보내게 된다는 미래는 이제 점차 가시화 되고 있다. 자율주행은 차량이 자체적으로 자율주행능력을 갖는 것으로도 실현될 수 있지만, 자율주행이
가능하도록 하는 인프라의 구축으로도 실현될 수 있다. 커넥티드 카(Connected Car)는 자율주행(Self-driving car)을 실현할 수 있는 또 다른 방법이기도 하며, 스마트 카(Smart Car)의 컨셉에 좀 더 다가간 형태이다.


 커넥티드 카는 자동차에 인터넷과 모바일기기 등 IT기술이 융합된 형태로, 자동차가 주변과 실시간으로 통신하면서 다양한 서비스를 제공하는‘ 연결성을 강조한 자동차’를 의미한다. 사물인터넷(IoT)의 발전과 더불어 커넥티드 카는 텔레매틱스(Telematics)1의 고도화된 개념으로 발전했다.


 기존의 자동차는 외부와의 연결성이 없었던 반면, 커넥티드 카는 항상 네트워크에 연결되어 있으면서 양방향으로 통신이 가능하다. 커넥티드카는 자동차의 연결성을 통해 차량의 내부요소 및 외부 인프라나 사물 등과 실시간으로 정보를 교환하고, 차량제어, 교통상황 파악, 교통사고 예방 및 실시간 대응 등 사용자에게 맞춤형 서비스와 다양한 컨텐츠를 제공할 수 있다. 이를 통해 운전자를 포함한 탑승자의 편의와 안전성에 기여할 수 있기 때문에‘, 달리는 컴퓨터’‘, 달리는 스마트폰’ 등으로 표현되기도 한다.


 자동차 산업은 과거로부터 꾸준히 IT산업과 융합·발전되어 왔다. 이제는 생필품 단계까지 이르며 4차산업혁명의 대표적인 사례로써, 다양한 혁신 기술의 등장 및 분야 간 협업이 더욱 가속화 되고 있다. 그에 따라 관련된 개념들은 다소 유사성을 띄며 산재해 있는데, 먼저 지난 호(2월, 5월)에 소개했던 자율주행자동차와 커넥티드 카의 개념 비교는 다음 [표]와 같다.

[표] 자율주행차와 커넥티드카의 비교
 자율주행자동차는 차량 스스로 주행환경을 인식하여 운전자의 운전을 보조해주거나 완전한 자율주행 단계를 목표로 하는 개념이다. 이를 위한 기반 기술들로는 센서를 비롯한 사물인터넷, 이들로부터 수집한 빅데이터, 이를 효율적으로 분석하고 판단하기 위한 인공지능 알고리즘이 있으며, 이 요소기술들 간의 결합으로 자율주행을 실현한다.


 커넥티드 카는 이미 지난 1996년 미국 제너럴 모터스(GM)가 최초 상용화2를 하면서 성장하기 시작한 텔레매틱스의 개념에서 시작되었다. 처음 커넥티드 카는 차량을 국지적인 네트워크상으로 연결하거나, 좀 더 발전되게는 인터넷으로 연결하여 다양한 서비스를 제공해주는 것이 목적이었다. 커넥티드 카는 네트워크 연결을 통한 다양한 서비스 제공을 넘어서서 최근 IoT의 발전과 맞물리면서 인프라 차원에서 지원하는 자율주행기술로 발전해 나가고 있다.


 정리하면, 자율주행이 차량의‘ 스스로 주행’에 초점을 맞춘 개념이라면, 커넥티드 카는‘ 차량과 주변의 연결’에 초점을 맞춘 개념이다. 최근에는 둘 간의 융합과 조율을 통해 완성된 스마트 카를 지향하고 그 경계도 모호해 지고 있다. 더 나아가 커넥티드 카는 도시 인프라 차원의 지능형 교통시스템(ITS: Intelligence Transport System)과 융합하며, 협력 지능형 교통시스템(C-ITS: Cooperative-ITS)으로 확장되고 있다.


 현존하는 자율주행기술들을 네트워크를 통해 연결하게 되면 보다 치밀하고 조직적인 주행환경이 가능해 진다. 커넥티드 카와 ITS의 기술은 자율주행 자동차의 센서들(LiDAR, RADAR, 카메라, 초음파 등) 인식 결함을 보완하여, 주행 시 보다 신뢰성 있는 환경을 제공한다. 뿐만 아니라, 중앙 교통통제가 용이해 지고, 교통상황에 대한 실시간 대응, 재해·재난에 대한 대처도 신속해 진다. 도로상에서 흔히 겪는 유령체증현상3이나 반응시간 지체4도 사라질 것이다.


 제4차 산업혁명 시대의 자동차의 개념들이 자율주행, 커넥티드 카, 스마트 카, 지능형교통시스템 등과 같이 산재해 있는 가운데 분명한 것은, 결국 자동차는 스스로 주행이 가능하고 인간에게 다양한 편의 서비스를 제공할 수 있는 안전 거주 공간이자 생활 필수 가전제품으로 거듭나고 있다는 것이다. 자동차와 교통 차원에서, 차량 자체가 똑똑해 지는 것뿐만 아니라, 동시에 차량 주변의 도심 인프라들도 인식과 판단을 할 수 있는 ‘지능’을 갖고 네트워크로 ‘ 소통’하게 되면서 4차산업혁명의 대표사례가 되고 있다.


 이에 따라 자동차의 전자기기와 SW가 핵심 부품의 역할을 하게 되고, 이를 개발 및 생산하는 전장 사업이 치열한 경쟁 속에서 발전하고 있다. 커넥티드 카 관련 전장사업은 V2X 기술, 차량용 OS, 데이터센터, 자율주행제어 기술 등이 있다.


 커넥티드 카가 연결성을 강조한 개념인 만큼 가장 대표적인 기술은 V2X 인데, 여기서 X는 다양한 대상이 될 수 있다. 예를 들면, 차량과 차량 간의 통신(V2V: Vehicle to Vehicle), 차량과 주변 인프라 간 통신(V2I: Vehicle to Infrastructure), 차량과 모바일 기기 간 통신(V2N : Vehicle to Nomadic devices), 차량과 전기 충전관련 통신(V2G: Vehicle to Grid) 등이 있다.


 V2X 기술들 중 V2V 기술은 차량들 간에 정보를 주고받는 기술로 주변 차량들에 대한 위치 및 속도 정보를 서로 공유하며, 교통흐름에 대한 정보제공, 교통흐름을 파악한 목적지까지의 대안 경로 설정, 갑작스러운 교통사고에 대한 방지, 불가피하게 사고가 발생하였다면 해당 정보를 주변에 전달하여 효율적인 대응과 추가적인 피해를 최소화 하는 기능들을 수행할 수 있다. 이러한 V2V 기술의 적용에 따른 기대효과로 인해 미국을 비롯한 선진국들은 V2V기술도입을 법제화하면서 도로교통 안전 측면에서 적용하고 있다. 국내에서도 지난 2014년부터 경부고속도로 서울-수원 구간에 V2V 통신을 위한 무선통신 기지국, 지능형 카메라, RADAR 장비 등을 설치하여 실증 시험을 하고 있다. 실험용 차량에 단말기를 설치하여 차간거리, 급제동 등의 정보를 서로 주고받으면서 돌발 상황에 대응하는 형태이다.


 V2I는 V2V의 확장형 기술이다. 도로 주변에 있는 신호등, 가드레일, 표지판, 고속도로 요금소, 버스정류소, 가로등, 지하철 입구 등 도로 주변 인프라에 센서와 통신단말을 갖추고 차량과 통신을 수행한다. 이를 통해 도로의 다양한 데이터를 수집하여 중앙 교통통제 센터에 교통흐름 제어를 위한 정보를 제공한다. 또는 주변을 지나는 차량에 교통상황, 주행 제한속도, 교량의 높이 또는 통행 제한 중량, 터널에 대한 길이 및 높이 정보 등 주행안전을 위한 각종 정보를 제공한다. 미국의 경우 미시간주는 완성차 제조업체인 GM과 협력하여 V2I 기술이 적용된 지능형 고속도로를 건설하고 있다.


 V2N은 사용자의 스마트폰과 같은 휴대용 단말과 차량간의 연결 또는 차량내의 디바이스들 간의 연결 기술인데, 개인단말을 통해 차량의 상태를 체크하거나, 원격 시동, 도난 경보, 네비게이션 연동, 운전 중 문자전송 등이 가능하다. 국내에서는 대표적으로 Bluelink(현대차), UVO(기아차), 스마트엔트리(르노삼성차) 등이 있다. V2G는 전기자동차에 탑재된 배터리의 전력을 주행 중에는 차량의 구동을 위해 사용하고, 차량이 주차중일시 전력사용이 많을 때는 차량 배터리의 전력을 반대로 송전하여 에너지를 사용할 수 있다.


 차량과 인프라간의 통신을 포함하는 V2X 기술을 위해서는 도로 자체, 가드레일, 신호등, 가로등과 같은 인프라를 활용하고 모든 차량이 연결될 수 있는 표준이 필요하기 때문에 정부 주도로 R&D가 추진되기도 한다. 예를들면, 미국의 경우에는 Smart Transportation System(STS)을 구축하기 위해 무선 인터넷 및 휴대전화 통신망을 지원하는 형태의 오픈 아키텍쳐를 개발 중이다. EU는 단말에 대한 표준화와 교통상황에 대한 네트워크 모니터링 시스템을 구축하고 있다. 우리나라는 국토교통부가 2012년부터‘ 자동차 도로교통분야 ITS 계획 2020’을 수립하고 연구와 ITS 구축을 진행 중이다.


 민간에서도 커넥티드 카 관련 전장기술 개발이 활발한데, 국내외 완성차 및 부품 업체뿐만 아니라 IT업계도 관련 기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 독일의 완성차 업체인 BMW는 지난 2016년 CES에서 자사의 커넥티드 카 운영 플랫폼(오픈 모빌리티 클라우드)을 공개했다. 이 플랫폼은 BMW 차량의 네트워크 시스템을 통서 운전자에게 차량 상태와 날씨, 스케쥴 등의 정보를 디스플레이로 알려준다. BMW는 국내에서 SK텔레콤과 협력한 5G 무선통신망을 사용하는‘ T5’라는 커넥티드 카를 공개 한 바도 있다.


 미국의 포드(Ford) 자동차도 자사의 음성인식 인포테인먼트 솔루션인 포드 싱크(SYNC)를 상용화 하였으며, 이를 기반으로 한 차량 및 사용자 데이터를 축적하며 커넥티드 카를 지원하기 위한 준 비를 하고 있다. 자 동차 부 품업체인 보 쉬(Bosch)는 자 체 클 라우드를 구축하여 커넥티드 카를 위한 ADAS(Advanced Driver Assistance System)을 개발 중이다. 국내 현대 모비스도 커넥티드 카 관련 ADAS 기술의 개발 및 상용화에 주력하고 있다.5


 커넥티드 카가 구현되면 차량의 근접한 주변과 차량 내부의 정보뿐만 아니라, 주변 차량 및 인프라와도 수많은 정보를 주고받아야 하므로 이러한 빅데이터를 관리하기 위한 데이터센터의 구축과 관리도 필요한데, 대표적으로 자동차 부품업체인 컨티넨탈(Continental)은 IBM과 협력하여 빅데이터를 구축하고 커넥티드 카의 자율주행을 위한 고정밀 차량용 LiDAR 요소기술 등을 개발 중이다.


 커넥티드 카를 위해서는 V2X 기술이 확보 되어야 하는 만큼 자동차의 전장 부문에서 네트워크 및 운영체제(OS) 관련 IT업체들의 경쟁도 가속화 되고 있다. 대표적인 네트워크 장비(라우터, 스위치 등) 업체 시스코(Cisco)는 자사의 무선네트워크 전환기술을 기반으로 차량 탑승자들이 원하는 네트워크 접속기능을 개발중이다. 이를 위해 자동차 부품업체인 컨티넨탈, 그래픽 칩 제조업체인 엔비디아(nVidia)과도 협력하고 있다. 통신업체인 AT&T 또한 커넥티드 카를 위한 LTE 회선 제공 사업을 추진 중이다.


 구글은 스마트폰을 통하여 수많은 사용자들에게 친숙한 안드로이드를 기반으로 커넥티드 카를 위한 구글맵과 인터넷 검색 서비스를 제공하고 있으며, 애플 또한 자 사의 음성인식 기술인 시리(Siri)를 기반으로 차량용 음성인식 기술인‘ 아이프리(EyeFree)’를 개발하였고, 이를 통해 지도 검색과 메시지 전송, 음악재생 등과 같은 서비스를 제공한다. 마이크로소프트는 차량용 운영체제인‘ 윈도우 임베디드 오토모티브 7(Window Embedded Automotive 7)’을 제공한다. 완성차 업체인 포드와 도요타, 기아자동차는 이 운영체제를 기반으로 하는 인포테인먼트 시스템을 MS와 공동 개발 중이다.


 V2X 기술은 앞서 언급한 지능형교통시스템(ITS)과도 깊은 연관이 있다. ITS는 기존의 도로교통 체계에 센서와 통신기술, 전자제어와 같은 IT 기술을 접목하여 교통 흐름에 대한 관리와 안전 및 환경 문제를 개선하려는 목적으로 등장한 개념이다. 초기의 ITS는 도로와 차량간의 통신이 주목표이자 기능이었다. 따라서 중앙 통제센터 의존적 이었고, 정보를 제공함에 있어서 지연(Delay)이 발생했다. 또한, 돌발 상황에 대하여 신속하게 대처하는 것에 한계가 있었다.


 최근에는 C-ITS 형태로 발전하면서 도로와 자율주행 자동차, 보행자 간의 협력 시스템으로 진화 했다. [그림]은 V2X 기술을 활용한 C-ITS의 사례를 나타낸다. C-ITS는 차량 간의 통신과 차량과 도로 인프라 간의 통신을 통해 차량 내의 탑승자에게 개별적으로 각종 실시간 정보를 제공할 수 있다. 또한, 교통정보센터는 도로 인프라에서 수집된 각종 정보를 주변 차량에게 알리고 교통흐름을 안전하고 효율적으로 통제하게 되면서, 돌발 상황에 대한 예방이나 사전대응, 신속한 사후 대응이 가능해 졌다.

[그림] V2X를 활용한 C-ITS의 사례
 세계의 ITS 추진 현황을 살펴보면, 미국의 경우 1990년대부터 정부주도하에 ITS 프로젝트를 추진 중이며, 2003년 VII(Vehicle Infrastructure Integration)를 시작으로, 2020년까지 Connected Vehicle의 상용화 목표로 하고 있다. 미국 내 6개 테스트베드에서 V2X의 실효성 검증 서비스를 추진 중이다. 유럽은 유럽위원회(EC)를 중심으로, 2020년 까지 범유럽 차원의 R&D 발전기금인 FP(Framework Programmes)와 유럽혁신기술연구사업(EIT)를 포괄하는 Horizon 2020을 통해 C-ITS 관련 프로젝트를 추진 중이다. 유럽에서는 커넥티드 카 서비스로 사고가 나면 응급호출 기능을 통해 신속한 구조를 가능케 하는 e-call 서비스를 2018년부터 의무화 할 예정이다.


 자동차 강국인 일본 또한 정부와 민간의 연계로 ITS-2010 프로젝트를 시작으로, Smartway, DSSS(Driving Safety Support Systems) 등과 같은 프로젝트를 진행하며 현재 상용화를 추진하고 있다. 우리나라 또한 ITS 관련 프로젝트를 일찌감치 시작중인데 2000년에‘ ITS 기본계획 21’을 수립하고 전자지불 시스템을 비롯한 시범사업을 추진해 왔으며, 2030년 까지 차세대 지능형 ITS 구축을 위해 비용을 투자하고 있다.


 ITS는 국제 표준화기구인 ISO6, 국제 전기통신연합인 ITU7에서 기술 표준화를 진행 중이며, 유럽에서도 CEN(유럽표준화 위원회), ETSI(유럽전기통신표준협회)를 기준으로 기술 표준화가 진행 중이다. ITS를 위한 기술표준에는 총 300여 가지가 있으며 교통관리, 대중교통, 전자지불, 교통정보 유통, 화물운송, 지능형 차량 및 도로, 여행정보 제공, ITS 기반 시설, 통신 표준 등이 있다.


 시장조사 기관인 가트너의 조사 자료에 따르면, 자율주행 기능을 갖춘 커넥티드 카는 2020년까지 약 2억 5천만대에 이를 것으로 전망하고 있다. 특히 IoT의 활용 분야로 가장 활발한 산업차원의 융합 및 개발이 진행되고 있으며, 발전 가능성이 있는 분야로 판단하고 있다. ITS 관련 시장은 주로 북미, 유럽, 동북아시아 위주로 형성되어 있으며, 2020년 까지 약 339억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되고 있다. 미국의 자동차공학회(SAE)에 따르면 2040년경에는 전 세계 자동차의 약75%가 완전자율 주행이 가능할 것으로 예측하고 있다.


 이처럼 급성장 중인 자율주행, 커넥티드 카, 스마트카, 지능형교통시스템 등 미래형 자동차 분야의 진보를 위해서는 몇 가지 고려되어야 할 점들이 있다. 커넥티드 카의 경우에는 차량과 통신 기기간의 호환성과 보안이 중요한 이슈이다. 차량 내에서 엔테테인먼트를 제공하는 OS의 경우, 자동차와 스마트폰 간의 호환성 문제를 고려해야 하며, 커넥티드 카는 인터넷을 통하여 차량 내 탑재된 소프트웨어의 업데이트가 가능하기 때문에 크래킹(Cracking)같은 문제에도 대비해야 한다.


 그리고 이 시스템들은 차량 내부 및 외부에서 제공되는 다양한 정보와 콘텐츠를 이용하기에 방대한 양의 데이터를 저장하고 처리하게 되므로, 데이터 축적 공간 확보 및 효율적인 분석 알고리즘이 전제되어야 한다. 다만, 자동차 스스로 인공지능을 탑재하여 Stand Alone 방식의 자율주행을 진행하는 것에 비하여, 도로 인프라를 활용하여 커넥티드 카 및 C-ITS 형태를 띄는 자율주행은 차량 각 개체가 반드시 상당한 수준의 지능을 가질 필요는 없다. 상호보완 관계에 있는 인프라 속의 자율주행은 보다 적은 컴퓨팅 능력으로도 완벽한 자율주행이 가능한 저비용 고효율 시스템이 될 것이기 때문이다. 차량의 자율주행 능력과 ITS를 활용한 커넥티드 카의 조합은 우리가 바라던 궁극적인 스마트카가 될 것이다.


1 텔레매틱스(Telematics) : Telecommunication과 Informatics의 합성어, 자동차와 무선통신을 결합하여 인터넷 연결, 실시간 차량의 위치 파악, 원격 차량 제어 및 진단, 위험경고를 통한 사고방지, 교통정보 등의 서비스를 제공
2 미국의 GM과 모토로라의 합작회사인 온스타(On-star)가 위성항법시스템(GPS)을 사용하여 도난차량 추적, 응급사태 시 지원, 길안내, 호텔 예약 등과 같은 서비스를 1996년 상용화
3 특별한 이유 없이 도로가 막히는 현상, 각 운전자들의 심리상태에 따라 근거 없는 차선변경으로 유발.
4 도로의 맨 앞 차량에서 뒤 차량으로 갈수록 앞으로의 행동에 대한 반응속도가 느려지는 현상.
5 ADAS 관련한 내용은 지난 5월호를 참조.
6 International Organization for Standardization
7 International Telecommunication Union


 

커넥티드 카 지능형 교통시스템 월간SW중심사회2017년6월