스마트차량과 자동차 사물인터넷(IoV) 기술동향 분석

스마트차량과 자동차 사물인터넷(IoV) 기술동향 분석(Analysis of Technology Trends in the Smart Cars and the IoV)

 

1. 서론

• 자동차와 IT간 융합이 가속화되면서 가까운 미래에 사물인터넷 환경의 스마트카(smart car) 시대가 열릴 것으로 전망
• 스마트카는 사물인터넷(Internet of Things : IoT) 기술을 적용하여 자동차의 안정성, 편의성 극대화
• 자동차-IT 융합의 기술 주요 트렌드
  : 연결성, 웨어러블 디바이스, 친환경, 자율주행 기술, 차량용 앱과 자체 앱스토어의 본격화, 자동차 운영체제 기술 등

2. 자동차 사물인터넷(IoV) 주요 기술 및 서비스

• 자동차 사물인터넷(Internet of Vehicles, Automotive IoT)의 초기 개념이라고 할 수 있는 커넥티드카(connected car)가 중요한 키워드 중의 하나로 떠오르고 있음

1. 커넥티드카
   • 정의 : 자동차 내부의 각종 기기와 외부의 네트워크가 무선통신을 통해 연결됨으로써 정보연결성과 접근성이 제공되어 차량 자체를 정보 기기처럼 활용할 수 있는 자동차를 의미
   • 주요 구성 요소
     (1) 자통차에 내장되어 탑승자가 필요로 하는 정보와 서비스를 제공하는 장치 및 플랫폼
     (2) 자동차 내부의 각종 장치나 외부 네트워크에 접속할 수 있도록 하는 네트워크 지원 장치
     (3) 탑승자가 접근할 수 있는 서비스 및 콘텐츠 
   • 연결성 : 웨어러블 또는 V2X(Vehicle to Everything) 통신환경에서 제공
   • 주요 서비스 : 자율주행, 클라우드 접속, 운전자 인터랙션, 차세대 텔레매틱스 등
   • 관점에 따른 중요도 정리
     
     • 텔레매틱스 관점
       • 자동차에 내장되거나 스마트폰과 연동하면서 유무선통신으로 인터넷에 접근할 수 있는 정보 연결성과 데이터 접근성을 제공하는 편의 측면을 강조
       • 인터넷에 접속하여 강종 정보 공유
       • 클라우드에 미리 저장했거나 클라우드가 수집한 개인의 선호도 정보를 이용하여 개인 맞춤형 정보를 제공
       • 자동차 관리 서비스 회사의 서버가 자동차의 주요 부품의 상태를 원격 모니터링
       • 교통사고가 발생했을 때 자동으로 응급 신호를 발신하는 서비스
     • 첨단 교통 시스템 관점
       • DSRC(Dedicated ShortRange Communications), WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)와 같은 표준 방식의 V2X를 이용하여 도로상황인식 성능을 향상시켜서 교통사고발생을 감소시키는 안전과 보안 측면을 강조
       • 안전운전정보 또는 경보를 제공
       • 사고발생 감소를 위한 능동 안전 관리를 위해 도로 인프라를 제어하여 자동차가 신호등 또는 도로 인프라와 교통정보를 주고받으며 교통흐름을 개선하는 기술
     • 지능형 자동차의 관점
       • 운전자와의 상호작용을 통해 업무 부담을 크게 줄여주는 반 자율주행(semi-automated driving) 또는 독자적으로 무인 주행이 가능한 완전 자율주행(full-automated driving)상태에서 안전하게 정보를 제공하는 측면을 강조
       • 운전자에게 증강 현실, 음성, 제스처 상호작용으로 정보를 제공
       • 스마트 센서로 전방의 도로상황을 인지하여 사고발생에 따른 충돌을 예방
       • 운전자의 간섭이 없는 자율주행
       • 스마트폰을 이용한 자동 주차 및 인출
     • 통신 측면
       • 단거리 무선통신 또는 유선통신을 통해 스마트폰에 연결할 수 있는 기기 또는 자동차에 내장되어 단독으로 이동통신 서비스를 제공할 수 있는 통신방식과 인터넷 접근성을 강조
       • 인포테인먼트 기기와 스마트폰을 USB나 Bluetooth로 연결하는 MirrorLink와 같은 환경 뿐만 아니라, 자동차에 내장된 3G/4G 통신기기가 자동차를 WiFi Hotspot으로 만들어 자동차 안에서 각종 기기를 원활하게 사용할 수 있도록 하는 개념 등을 포함
     • 정보 접근성 측면
       • 고객 맞춤형 정보 제공을 강조
       • 라디오, 음악, 비디오 등의 콘텐츠와 더불어 빈번히 이용하는 도로나 자주 찾는 지역에 대한 정보를 클라우드 서버가 분석하여 고객 맞춤형 정보를 생산
       • 운전자의 위치와 선호도를 감안하여 최적의 실내 온도를 맞추기 위해 에어콘이나 히터를 미리 가동하는 고객 밀착형 서비스
       • 인터넷과 클라우드를 통한 접근성 제공과 동시에 개인정보뿐만 아니라 자동차 제어 시스템도 보호해야 하는 보안과 안전 측면의 고려가 반드시 필요
2. V2X통신
   • 차량 내 디바이스 간 네트워크(In-Vehicle Network: IVN), 차량 간 통신(V2V) 네트워크, 차량과 인프라 간 네트워크(Vehicle to Infrastructure network: V2I), 보행자와 차량 간 네트워크(Redestrian to Vehicle network: P2V)로 구분됨
   • V2I : 통신 인프라와 연결되는 형태의 IP기반 패킷 통신망
     • V2I 통신 응용서비스 : 교차로 안전지원, 속도 관리, 차량 합류지점 정체, 도로상태 경고, 실시간 교통상황, 돌발상황, 차량 예방 진단, 교통 제어상태
   • V2V와 P2V : 객체(사람, 차량, 센서) 간 Ad-hoc 통신으로 인프라 없이 이동하는 환경에서의 패킷 통신망
     • 긴급 브레이크 등 경고, 전방 추돌경고, 교차로 안전지원, 사각지대 및 차선변경 경고, 추월경고, 제어 불능 경고
   • WAVE
     •  V2X 통신을 위해 사용되는 통신 기술
     • 주파수 5.9GHz로 시속 180km/h 이상의 고속 주행 환경에서도 차량 간 또는 차량과 인프라 간에서 패킷프레임을 100ms 이내에서 송수신 할 수 있도록 하는 표준
     • IEEE 802.11a/g 무선기술을 차량 환경에 맞게 수정 개량한 프로토콜
     • 가용범위가 넓은 광대역 주파수를 사용하기 때문에 이동 중 대용량의 정보를 편리하게 사용할 수 있는 장점이 있음.
3. 자율 주행
   • 최근 급속한 고령화 사회로의 진입에 따라 운전 능력과 돌발상황에 대처하는 능력이 현저하게 떨어지는 고령 운전자가 늘어남에 따라 자율주행 자동차에 대한 연구개발에 박차를 가함
   • 1990년대부터 자율주행 자동차 관련 연구개발(R&D) 시작, IHS에 따르면 글로벌 무인자동차 시장규모는 2025년 23만대, 2050년 2000만대 이상으로 늘어날 전망임
   • 미국 도로교통안전국(National Highway Traffic Safety Administration : NHTSA)의 자율주행 가이드라인
     • 0레벨 : 자율주행 시스템의 작동 없이 오로지 운전자에 의해서만 통제되는 자동차
     • 1레벨 : 특정 기능을 지원하는 1개 이상의 자동화 시스템이 탑재된 자동차
     • 2레벨 : 대부분의 상황에서 운전자가 자동차를 운전하지만 2개 이상의 자동화 시스템이 탑재되어 차량을 통제하는 수준의 자동차
     • 3레벨 : 본격적인 자율주행 시스템을 갖춘 구글카와 아우디 TTS등의 자율주행 자동차
     • 4레벨 : 완벽한 자율주행이 가능한 차량
4. 클라우드 접속 서비스
   • 스마트 센서를 장착하고 이동하는 자동차를 클라우드에 연결된 스마트 객체 중의 하나로 활용하는 서비스
   • 서비스 종류 : 정보수집 및 가공, 서비스 관리 및 제공, IoV(Internet of Vehicles)관련 서비스
     • 정보수집 및 가공
       : 블랙박스 영상에서 프라이버시 영역을 열화 또는 제거하는 프라이버시 관리, 관리된 영상으로 안개/결빙/수막/미끄럼/교통/사고정보 등의 실시간 도로현황정보를 가공, 영상 정보/ 주행 속도 정보/ 제동 및 가속 장치 정보를 생성하는 시간별 교통정보 통계 생성하는 시간별 교통정보 생성, 도로포장 및 평탄 상태를 분석하는 위치별 도로 상태정보 생성
     • 서비스 관리 및 제공 
       : 블랙박스 영상으로 도로 및 주변의 공산 데이터베이스 구축, 위치별 과거 블랙박스 영상과 현재 영상을 비교하여 공간정보갱신, 가공된 도로평탄정보를 이용하여 완충, 가속, 제동 및 조향 장치 제어, 가공된 실시간 도로현황정보를 이용하여 안전운전 활용, 가공된 도로평탄정보를 도로보수계획 수립에 활용, 자동차의 개인 클라우드 관리자와 사무실 및 홈의 관리자 사이에 연결성 제공 등
     • IoV 관련 서비스 분야 
       : V2X 소셜 네트워킹 및 자동차 내장형 스마트 센서 네트워킹, 자동차에 적합한 퍼스널 클라우드 컴퓨팅 및 퍼스널 빅 데이터 분석, Vehicle to Grid(V2G) 통신 및 에너지 네트워킹 등
5. 운전자 인터랙션 서비스
   • 무선통신환경, 사용자 인터페이스, 플래쇼폼 및 앱 관리, IoV 보안관리 등의 기본적인 기능을 제공하는 서비스
     • 무선통신환경 
       : 스마트폰 또는 자동차에 내장된 통신단말을 이용하여 외부 네트워크와 인터넷에 대한 접근성 제공, 스마트폰과 자동차에 내장된 단말을 USB와 같은 유선 또는 Bluetooth와 같은 무선으로 연결하여 테더링 및 정보 연동 기능, 착용형 기기와 내장 단말을 무선으로 연결하는 기능, 자동차에 내장된 통신단말을 이용하여 WirelessLan 또는 WiFi hotspot 등이 있음
     • 정보수집 사용자 인터페이스
       : 내장되거나 클라우드에 있는 음성인식엔진을 이용항 음성인식 또는 음성 인터페이스, 전화 응대를 위한 핸즈프리 인터페이스, 자동차에 내장된 단말과 스마트폰 또는 웨어러블 기기를 연동한 터치 인터페이스, 자동차에 내장된 카메라 또는 모션캡처 기기를 이용한 제스처 인터페이스, 터치스크린으로 구성된 대시보드나 센터페시아의 터치 인터페이스, 조그 셔틀, 버튼, 다이얼 등을 이용한 인터페이스, 사용자의 연령, 선호도, 감성 등을 고려한 터치스크린의 개인화된 메뉴 등
     • 서비스 플랫폼 및 앱 관리
       : 무선통신 네트워크를 이용한 앱스토어 접근성, 앱 업데이트 지원, 펌웨어와 소프트웨어 무선 업데이트를 위한 Firmware Over-the-Air(FOTA) 및 Software Over-the-Air(SOTA) 환경과 원격에서 소프트웨어의 운영성 및 적합성을 점검하는 소프트웨어 구성관리가 있음. 그리고 자동차를 위한 콘텐츠 서버 관리자, 제공자, 서비스 센터, 최종 사용자를 위한 접근 및 제어를 제공하는 콘텐츠 포탈 서비스, 자동차/사용자로부터 수집되는 정보를 클라우드 기반으로 분석하고 관리하여 서비스하는 플랫폼, 플랫폼과 상호작용을 하도록 상주하면서 소프트웨어나 펌웨어의 갱신, 포스트웨어 객체나 데이터의 전달 등을 담당하는 에이전트 등
     • IoV 보안관리 
       : 단말에 설치된 앱이 자동차의 주요 제어장치에 접근하는 것을 감시 및 차단, 외부 네트워크로부터의 해커 또는 바이러스 침입 탐지 및 차단, 통행 요금 징수 및 원격 결재 등에서 보안이 보장되는 통신화경 제공 등
6. 차세대 텔레매틱스 서비스
   • 위치정보를 이용하여 교통정보 제공 및 경로안내를 도와주는 위치정보 제공 및 경로안내 서비스, 차량 추적, 주차장 정보를 제공하는 무선 위치 기반 서비스, 긴급 구난 정보 전송 및 응급 대응 등을 제공하는 차량 관리 서비스
     • 교통정보 제공 및 경로안내
       : GNSS(Global Navigation Satellite System : GPS, Galileo, Glonass 등)을 이용하여 스마트폰이나 자동차의 위치정보 제공, GNSS와 WiFi 네트워크 정보를 이용하여 도심에서 정밀한 위치정보 제공 등과 자동차에 장착된 카메라로 쵤영한 영상과 클라우드에 있는 랜드마크/도로표지판 영상 정보를 비교하여 위치 오차 보정, 내장된 내비게이션 소프트웨어 또는 스마트폰의 테더링을 이용한 경로 안내, 목적지까지의 루트에 대한 실시간 교통정보/전방의 사고발생 정보/경유지 및 목적지의 기상정보 제공과 무선통신 네트워크를 이용한 지도의 부분 업데이트(map air update), 선호도를 고려한 경로안내 및 우회도로 제공 등
     • 무선 위치 기반 서비스
       : 자동차의 위치와 가까운 주차장 위치, 주차 가능 여부 및 주차요금에 대한 정보 제공과 주유소 이용 안내 및 요금정보 제공, 현재위치, 목적지 등에 있는 인근 호텔이나 식당의 위치정보 제공, 응급 사고발생에 따른 구조 신호(eCall) 송출, 및 카쉐어링(car sharing)/카풀(car pool)을 위한 사회관계망(SNS) 서비스 등
     • 차량 관리 서비스
       : 자동차 원격 시동, 잠금 및 해제 서비스, 타이어 압력과 같은 자동차 안전 부품의 운영상태 감시, 관리 대상 자동차의 실시간 위치 추적 및 종합관리 서비스, 도난 차량의 위치 확인 및 회수 서비스, 자동차의 연비관리, 운전자의 운전습관 분석 등을 통한 친환경 운전지원 등
7. 스마트카 인포테인먼트 플랫폼 기술
   
   • 대체로 Apple, Google, Microsoft, GENIVI Alliance, AT&T가 중심이 되어 자동차 제조사들과 협력하는 플랫폼 측면의 협력이 강조됨.(자세한 내용은 논문 참조)
8. 결론
   • 편의성과 안전성 향상을 제공할 수 있는 스마트카 및 자율주행 자동차에 적용될 첨단 IoT 기술/서비스에 대해 알아보고 스마트카 인포테인먼트 플랫폼 기술을 소개 및 분석함
   • 이러한 발전추세에 장애요인
     • 자동차 제조사의 발목을 잡을 가능성이 있는 서비스
       : 잘못 설계된 소프트웨어를 포함하고 있는 자동차 부품 등에 대해 문제 발생 시 제조물책임법에 의해 소비자에게 배상을 하거나 리콜을 해야만 하는 상황 발생
     • 충돌회피를 위한 차량 간 V2V 통신과 같은 안전 관련 서비스의 도입이 쉽지 않음
       : 교통사고 발생 시, 책임 소재를 가리기 어려움
   • 장애요인을 해소하고 IoT 기반의 스마트카 기술의 발전을 위해서는 범국가적인 차원에서 기술개발, 산업 융합, 특허, 인프라 구축 등을 고민해야 하는 시점임은 분명함