Ⅰ. 서 론
무선 통신 등의 IT기술이 진화함에 따라 기존 내연기관 중심으로 발전해오던 자동차 기술은 점차 전자화· 지능화되고 있으며, 단순히 차량의 주행 성능을 중심으로 기술개발 하는 추세에서 탑승자에게 다양한 경험 을 제공하는 방향으로 변화하고 있다. 이에 탑승자에게 편의·안전 서비스를 제공할 수 있는 커넥티드 자율주 행 자동차가 등장했으며, 이를 가능케 하는 핵심 기술로 도로상에서 차량이 다른 차량(V2V, Vehicle to Vehicle), 인프라(V2I, Vehicle to Infrastructure), 보행자(V2P, Vehicle to Pedestrian), 네트워크(V2N, Vehicle to Network) 등 다양한 객체와 실시간으로 정보를 교환하여 안전 및 효율성을 향상시키고 협력주행을 가능케 하는 V2X(Vehicle to everything) 기술이 등장하였다(Chen et al., 2017;Gyawali et al., 2020). V2X 통신 기술을 바탕으로 차량 및 인프라에서 송수신하는 기본 안전 메시지(BSM)1)를 활용하여 C-ITS(Cooperative-Intelligent Transport Systems) 서비스 시나리오를 제공하는 등 (Baek et al., 2021;Oh et al., 2024) V2X 기술은 안전 중심 의 서비스 제공을 위한 기반 기술로 활용되고 있다.
최근 들어 각국에서는 V2X 기술 및 V2X 기반의 서비스를 활성화하기 위해 다양한 정책 및 지원 방안들 을 제시하며 노력하고 있다. 미국은 2024년 8월에 교통부에서 배포한 V2X 배포 활성화 방안(US DOT, 2024) 을 통해 2036년까지 V2X 인프라를 구축하는 계획을 확정하였으며, 2028년까지 전국 고속도로의 20%에 V2X 기술을 배치하는 것을 단기 목표로 설정하였다. 또한, 미국 FCC(Federal Communications Commission)에서는 2024년 11월 Cellular-V2X 자동차 안전 통신 규칙을 채택하였으며, 이 규칙에는 ITS를 위해 5.9GHz 대역에서 30MHz의 스펙트럼을 효율적으로 사용하도록 장려하고 있으며, 전력 및 배출 제한, 메시지 우선순위 등을 포 함한 Cellular-V2X 기술 매개변수를 FCC 규정에 명문화하고 있다(FCC, 2024). 유럽에서는 향후 NCAP(New Car Assessment Program) 로드맵에 V2X를 추가하였으며(Euro NCAP, 2022) C-Road 프로젝트를 통해 V2X를 활용한 커넥티드 자율주행 관련 기술개발을 지원 중이다. 국내의 경우 2023년 12월 과기정통부와 국토교통 부의 합의를 거쳐 C-ITS 단일 통신방식을 Cellular-V2X 방식인 LTE(Long Term Evolution)-V2X로 결정하여 단 일 방식하에 C-ITS 전국 확산을 추진 중이며, 2024년에는 KNCAP 자동차안전도평가시험 등에 관한 기술 규 정에 V2X 통신장치 시험방법 및 평가 방법이 신설되어 2025년부터 적용 예정이다(KATRI, 2024).
현재 국내의 V2X 기술 관련 성능 측정 및 평가 방법은 TTA(Telecommunications Technology Association)와 ITSK(Intelligent Transport Society of Korea)가 제정하였으며, TTA에서는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 36.521/38.521 및 이를 기반으로 작성된 TTA 표준(TTA, 2023)을 바탕으로 Cellular-V2X 사이드링크의 RF 적합 성을 시험하며, ITSK에서는 5.9GHz 무선 통신 기술을 이용한 차량탑재장치와 노변장비의 통신성능에 대한 시 험방법을 제시(ITSK, 2022)하고 있다. 해당 평가 방법들은 단말(DUT, Device Under Test) 위주의 평가법으로, 단말 부품 단위의 측정은 개별 부품의 성능을 실험실 환경에서 측정하고, 환경적 변수를 최소화하여 정확한 하드웨어 특성을 파악하는 등 무선 통신 단말의 기초적인 기술적 신뢰성을 보장하는 데 중점을 두고 있다. 따라서 단말 중심의 성능 측정 및 평가법을 실차 단위의 도로상 환경에 적용하여 차량이 실제 주행하는 상황 에서 통신 시스템의 전체 성능을 평가하는 데는 한계가 존재한다.
이러한 배경하에 V2X 기반의 협력주행 통신장치를 장착한 실차 단위의 안전 성능 평가법 관련 연구가 진 행되었다(KAIA, 2021: Lee and Choi, 2020). 해당 연구에서는 직선로, 경사로, 교차로 등의 다양한 주행 환경 에서 근거리, 원거리 상황 및 이동 중일 때의 수신 성능을 측정하는 등 정적 환경뿐만 아니라 차량이 실제 주행하는 동안 통신 시스템의 성능을 평가하는 평가법을 제시하였다. 그러나 연구에서 도출된 평가법은 한 국교통안전공단 자동차안전연구원에서 구축한 표준도로인 K-City(Kim et al., 2021) 중심으로 구성되었으며, 해당 평가법이 실제 도로에서도 실효성이 있는지에 대해서는 검증이 필요한 실정이다.
본 연구는 차량 2대의 V2V 통신 실도로 평가를 통해 협력주행 통신장치 장착 실차 안전 성능 평가법의 실효성을 검증하였다. 기존에 제시된 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020) 연구 내의 수신지점이 고정된 지점 (RP, Receiving point)이었던 반면, 평가법의 실도로에서의 검증을 위해 실제 타 차량이 운행되는 실도로 환경 에 따라 정지 상황이 아닌 차량 2대를 활용하여 이동하는 상황으로 평가법을 수정하여 검증을 진행하였으 며, 실질적인 차대 차 통신 상황을 적용하였다. 비교를 위해 표준도로인 K-City 기반 평가법의 검증을 진행하 였으며, 결과 비교 및 기존에 제시된 수신 세기 (RSSI, Received Signal Strength Indicator) 및 패킷 에러율(PER, packet Error Rate) 성능 적합 기준을 통해 실효성 검증을 수행하였다.
K-City와 같은 표준도로 환경은 실험 통제성과 재현성 측면에서는 유리하나 실제 도로에서 발생하는 복잡 한 변수를 충분히 반영하기 어려운데, 유사 실도로 구성에서 실제 환경을 반영한 검증을 통해 표준도로 기반 의 평가법이 얼마나 현실적으로 적용 가능한지 실효성을 평가할 수 있으며, 시험 결과가 표준도로와 실도로 간 일관성을 보여준다면 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020) 에서 제안한 표준도로 기반의 평가법이 현실적인 조건에서도 유효하다는 것을 입증할 수 있다. 또한, 실도로에서 표준도로 평가 결과와 비슷한 성능을 보여준 다는 것은, 평가법이 실제 주행 조건에서도 V2X 통신장치의 성능을 제대로 반영하고 있음을 의미하며, 이는 평가법이 기술적으로 신뢰할 수 있는 도구라는 점을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구를 통해 표준도로 기반 의 평가법이 실도로 환경을 대표하며 보편적 적용이 가능함을 확인할 수 있다.
본 논문의 하위 구성으로 2장에서는 협력주행 통신장치 장착 실차 평가 환경에 관해 설명하였으며, 3장에 서는 협력주행 통신장치 장착 실차 평가 항목에 대한 설명을, 4장에서는 협력주행 통신장치 장착 실차 평가 에 관한 결과를 제시하였으며, 마지막으로 5장에서는 본 연구의 결과를 도출하였다.
Ⅱ. 협력주행 통신장치 장착 실차 평가 환경
1. 평가 대상 차량 및 수신 차량의 셋업 환경
<Fig. 1>과 같이 협력주행 통신장치를 장착한 V2V 평가 대상 차량을 HV(Host Vehicle)로 정의하며, 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020) 내에서는 표준도로 기반의 고정된 지점(RP)이었던 수신장치 와는 달리, 실제 도로에서의 검증 수행을 위해 본 연구에서는 RV(Remote Vehicle)로 정의되는 수신 차량 내 수신장치가 탑재된다. 기본적인 측정 환경으로는 HV에서 송신하는 BSM을 평가 기준 지점에 위치한 RV의 수신장치에서 수신할 수 있도록 구성하며, 이때 HV와 RV 사이에는 장애물이 없이 시야가 확보되도록 한다.
HV는 자동차에 설치된 협력주행 통신장치에 전원을 공급하는 상태에 있어야 하며, BSM을 전송할 수 있 도록 자동차 점화 스위치를 작동 상태로 하거나 마스터 컨트롤을 작동 상태로 한다. 또한 자동차에 설치된 협력주행 통신장치의 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기가 위치정보를 수신할 수 있도록 충분 한 시간을 가진 후 평가를 수행한다. RV는 BSM을 수신할 수 있는 수신장치가 실시간으로 BSM을 수신할 수 있도록 전원을 지속적으로 공급하는 상태에 있어야 하며, V2X 통신 주파수인 5.855GHz~5.925GHz 대역의 수신이 가능한 안테나가 동축케이블로 연결되어 있어야 한다.
RV의 수신장치에서 측정되는 수신 신호의 세기는 수식 (1)과 같이 나타낼 수 있으며, Prx 는 수신 신호의 세기, Ptx 는 송신 신호의 세기, Grx 는 RV의 수신 안테나 이득, Gtx 는 HV의 송신 안테나 이득, Lair 는 자유공 간 감쇄, Lrx cable 및 Ltx cable 은 각각 수신단 및 송신단의 케이블 감쇄를 나타낸다.
이때 거리에 따른 자유공간 감쇄 Lair 는 수식 (2)와 같이 나타낼 수 있으며, d는 송신지와 수신지까지의 거리, f는 주파수를 나타낸다.
2. 대상 차량(HV) 평가를 위한 시험 환경 조건
협력주행 통신장치가 장착된 대상차량인 HV의 평가를 위한 시험 환경 조건으로, 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시하는 시험 환경 조건을 만족하거나 유사 환경을 구현할 수 있는 표준도로 및 실도로에서 평가를 수행하였다. 표준도로 시험 환경은 K-City 내의 각 시험에 적합한 시험장을 기반으로 구성하였으며, 실도로는 경기도 화성시에 위치한 유사 환경의 도로를 기반으로 구성하였다.
1) 직선로 시험장
직선로 시험장은 HV의 양 옆 2개 차선을 포함하여 차량의 앞, 뒤 모두 최소 300m의 가시거리가 확보되는 직선도로 시험장으로, 수신지점으로부터 100m ~ 300m 주행 구간에서 60km/h의 속도가 확보 가능해야 한다. 본 논문의 평가에서는 위 조건을 만족하는 K-City 표준 직선로와 총 1.7km 거리의 직선 실도로에서 평가를 수행하였으며, <Fig. 2>는 K-City 내 표준 직선로, <Fig. 3>은 실도로 직선로의 지도이다.
2) 교차로 시험장
교차로 시험장은 HV의 양 옆 2개 차선을 포함하여 차량의 앞, 뒤 모두 최소 120m의 가시거리를 가지며, 도로 교차지점 중심부터 대상차량 HV까지 최소 100m, 도로 교차지점 중심부터 RV의 수신지점까지 최소 20m(근거리), 55m(원거리)의 가시거리가 확보되는 교차 도로 시험장으로서, 120m의 주행 구간에서 60km/h 속도가 확보 가능해야 한다. 본 논문의 평가에서는 위 조건을 만족하는 K-City 표준 교차로와 실도로의 교차 로에서 평가를 수행하였으며, <Fig. 4>는 K-City내 표준 교차로, <Fig. 5>는 실도로 교차로의 지도이다.
3) 경사로 시험장
경사로 시험장은 6.8°와 11.3°의 경사각과 최소 30m 거리의 경사로로 정의한다. 본 논문의 평가 환경으로 K-City 표준도로의 경사로는 6.8°직선 완경사로 15m를, 실도로 경사로는 곡선경사로 30m를 활용한다. <Fig. 6>과 <Fig. 7>은 각각 실도로 상승경사로 및 하강경사로의 지도이며, 해당 구간의 경사는 4.6°이다.
Ⅲ. 협력주행 통신장치 장착 실차 평가 항목
협력주행 통신장치를 장착한 두 차량 간 V2V 통신성능 평가를 위해 HV, RV 사이에 동일한 간격을 유지 하는 정적 평가 3가지와 이동 차량에 대한 동적 평가 3가지를 시험한다. 각 평가 항목에 대한 도로 조건 및 평가 환경에 대해서는 앞서 Ⅱ-2에 명시하였다. 각 평가 항목별로 RV의 수신장치에서 수신 세기 (RSSI) 및 패킷 에러율(PER)을 측정하였으며, 평가 환경별 성능 적합 기준은 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시한 <Table 1>을 따른다.
<Table 1>
Requirement of Rx signal
| Evaluation environment | Performance compliance criteria |
|---|---|
| Straight road, Crossroad | PER per session < 10% |
| Close range, Hill | Average RSSI per session >-70dBm |
1. 정적 평가
정적 평가는 HV가 수신지점 RV로부터 정해진 일정 거리만큼 이격된 상태에서 상황에 따른 수신 특성을 확인하는 평가 과정이다. 원거리 직선로 정적 평가 및 경사로 정적 평가(상승, 하강)로 총 3가지의 정적 평가 를 진행한다. 이때 표준도로의 경우 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)과 같이 고정된 지 점에서 수신 가능하나, 실제 도로에서는 도로 위에 차량을 정차하여 평가하기에는 안전 문제 등 어려움이 발 생하여 HV와 RV가 동 간격을 유지하면서 동일 속력으로 주행하는 평가 환경으로 정적 평가를 수정했다.
1) 원거리 직선로 정적 평가
원거리 직선로 정적 평가는 수신지점과 거리 300m 지점에 정차되어 있는 HV에 장착되어 있는 협력주행 통신장치에서 송출되는 BSM을 수신지점의 RV에서 수신 상태를 확인하는 평가 과정으로, 차량 상태가 <Fig. 8>과 같이 정방향인 경우에 대해 진행한다. 표준도로의 경우 상기 서술한 바와 같이 평가를 진행하나, Ⅲ-1 에서 서술한 바와 같이 실도로에서는 평가를 위해 평가 환경을 수정하여 HV와 RV가 60km/h 속도로 거리를 300m 유지하면서 정방향으로 주행하여 정적인 평가 환경을 구성한다.
2) 경사로 정적 평가
경사로 정적 평가는 6.8°와 11.3°의 경사각을 갖는 두 경사로에서 정차된 HV에 장착되어 있는 협력주행 통신장치에서 송출되는 BSM을 15m 거리에 위치한 수신지점의 RV에서 수신 상태를 확인하는 평가 과정이 다. 표준도로에서는 정지된 상태에서 HV의 후방 15m 거리에서 RV가 수신하는 신호를 측정하며, 실도로에서 는 안전을 위해 HV와 RV 사이에 30m의 거리를 둔다. 표준도로 기반의 평가 구성으로 <Fig. 9>는 상승경사 로, <Fig. 10>은 하강경사로의 측정 위치를 나타낸다. 직선로 정적 평가와 마찬가지로, 차량은 일정 거리를 유지하며 동일한 속도로 주행하는 정적 평가 환경을 구성하여 평가를 진행한다.
2. 동적 평가
동적 평가는 HV가 평균 시속 60km/h의 속도로 이동할 때 수신지점의 RV에서의 수신 특성을 확인하는 평 가 과정이다. 직선로 동적 평가(근거리에서 원거리, 원거리에서 근거리) 및 교차로 동적 평가로 총 3가지의 동적 평가를 진행한다.
1) 직선로 동적 평가
직선로 동적 평가는 수신지점의 RV와 거리 100~300m 지점 사이 200m 구간에서 HV가 송출하는 BSM을 수신지점의 RV가 확인하는 평가 과정이다. 표준도로에서의 평가는 HV가 정차된 RV와 같은 차선에서 평균 60km/h의 속도로 근거리에서 원거리로 이동할 때, 그리고 RV의 반대 차선에서 원거리에서 근거리로 이동할 때 두 상황에서 수행된다. 실도로 원거리 직선로의 정적 평가와 같이, 실도로의 평가에서는 도로 위에서 차 량을 정차해두고 평가를 수행하기에는 어려움이 있다. 따라서 실도로 평가에서는 동일 차선에서 주행하다 근거리의 HV의 속도를 줄여서 근거리에서 원거리로 멀어질 때, 원거리의 HV의 속도를 올려서 원거리에서 근거리로 가까워질 때 두 경우의 100~300m 지점에 대한 수신 평가로 수정하여 수행한다. <Fig. 11>은 HV가 수신지점의 RV에 가까워지는 상황, <Fig. 12>는 HV가 수신지점의 RV와 멀어지는 상황을 나타낸다.
2) 교차로 동적 평가
교차로 동적 평가는 교차로에서 20m 근거리와 55m 원거리 두 지점에 위치한 수신지점의 RV를 기준으로 교차로를 가로지르는 방향으로 평균 60km/h의 속도로 이동하는 HV에 장착된 협력주행 통신장치에서 송출되 는 BSM을 RV에서 확인하는 평가 과정이다. 본 평가에서는 20m 근거리의 RV에서 수신하는 방식으로 진행 되었으며, <Fig. 13>과 같이 근거리의 RV를 기준으로 좌측에서 우측으로 HV가 이동할 때의 평가를 수행한 다. HV가 교차로 통과 전 100m 지점에서 교차로 통과 후 20m까지 총 120m 거리를 이동하는 동안 HV의 협 력주행 통신장치에서 송출되는 BSM에 대해 수신지점에서 상태를 확인한다.
Ⅳ. 협력주행 통신장치 장착 실차 평가 결과
본 장에서는 Ⅱ장에서 설명한 실차 평가 환경을 바탕으로 Ⅲ장에서 제시한 3가지 정적 평가와 3가지 동적 평가에 대해 표준도로와 실도로에서 수행한 결과를 정리하였다. 시험에 활용된 HV 및 RV 내 협력주행 통신 장치로는 Cohda Wireless사의 MK5를 탑재하였고, 수식 (1)에 따른 수신 신호 세기 Prx 관련 파라미터로는 Ptx = 20 dBm, Grx = 5 dBi, Gtx = 2 dBi, Lrx cable = 6 dB, Ltx cable = 6 dB이다. 참고 예시로 f =5.950GHz에서 거리 d=300m 인 경우 수식 (2) 따라 얻어지는 자유공간감쇄 Lair 는 97.5dB로, 이때 이론상의 수신 세기 Prx 는 -82.5dBm이 될 것이다.
1. 정적 평가
1) 원거리 직선로 정적 평가
<Fig. 14>는 표준도로 원거리 직선로에서, <Fig. 15>는 실도로 원거리 직선로에서 실차 기반 정적 평가를 수행한 사진이다. 본 시험 중 표준도로에서는 100ms 주기로 송신되는 BSM을 1회에 10초 동안 송수신하여 총 100개의 BSM을 송수신하였고, 실도로에서는 1회에 60초 동안 송수신하여 총 600개의 BSM을 송수신하였 으며, 도로 환경별로 총 5회의 시험을 진행하였다.
<Table 2>는 수행된 평가 결과로, 표준도로의 평균 수신 신호 세기는 –86.6dBm, 실도로의 평균 수신 신호 세기는 –86.9dBm으로 측정되었다. 표준도로의 평균 PER은 0.2%, 실도로의 평균 PER은 0.47%이며, 기존 제 안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시한 <Table 1>의 평가 환경별 성능 적합 기준에 따르 면 직선로의 성능 적합 기준은 회당 PER < 10%로, 표준도로 및 실도로 모두 만족함을 확인할 수 있었다.
<Table 2>
Scenario #1 Results
| Type# of test | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Standard road | Avg. RSSI (dBm) | -87.5 | -86.8 | -86.6 | -86.2 | -86.0 |
| PER (%) | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Real road | Avg. RSSI (dBm) | -86.5 | -86.4 | -87.5 | -87.3 | -86.8 |
| PER (%) | 0.34 | 0.34 | 0.83 | 0.50 | 0.34 | |
2) 경사로 정적 평가
<Fig. 16>은 표준도로 경사로에서, <Fig. 17>은 실도로 곡선 경사로에서 실차 기반 정적 평가를 수행한 사 진이다. 본 시험 중 표준도로에서는 BSM을 1회에 10초 동안 총 100개의 BSM을 송수신했고, 실도로에서는 1 회에 40초 동안 송수신하여 총 400개의 BSM을 송수신하였으며, 도로 환경별로 총 5회의 시험을 진행하였다.
<Table 3>은 상승 경사로 시험의 결과로, 표준도로의 평균 수신 신호 세기는 –62.2dBm이며, 실도로의 평 균 수신 신호 세기는 –73.1dBm으로 측정되었다. 평균 PER은 표준도로 및 실도로 각각 0.4% 및 0.2%로 측 정되었다. 이때 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시한 <Table 1>의 평가 환경별 성능 적합 기준에 따르면 경사로의 성능 적합 기준은 회당 평균 RSSI > -70dBm으로, <Table 3>을 참고할 시 실도로에서는 기준을 만족하지 못하는 것으로 보인다. 그러나 본 논문의 Ⅲ-1-2) 참고 시, 실도로 경사로 정 적 평가의 경우 안전을 위해 기존 평가법에서 제시한 HV와 RV간 15m가 아닌 30m의 거리를 두고 시험을 진 행한 관계로 식 (2)의 거리에 따른 전파 손실 기반의 보정이 필요하며, 표준도로와 같은 정방향의 경사로가 아닌 곡선 경사로 주행에 따른 영향의 보정이 필요하다. f =5.950GHz일 때 15m 및 30m에서의 자유공간 감 쇄 Lair 는 71.24dB, 77.26dB로 약 6dB의 차이가 발생하며, 실도로 경사로의 곡선에 대한 손실을 최소 3dB로 적용하면 표준도로와 실도로의 시험 결과 사이에는 약 9dB 이상의 차이가 발생한다고 볼 수 있다. 따라서 해당 보정 적용 시 실 도로에서의 평균 RSSI는 –64.1dBm이상일 것으로, 기존 제안된 평가법의 성능 적합 기준을 만족한다고 결론지을 수 있다.
<Table 3>
Scenario #2 Results
| Type# of test | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Standard road | Avg. RSSI (dBm) | -61.1 | -62.5 | -62.5 | -62.5 | -62.4 |
| PER (%) | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| Real road | Avg. RSSI (dBm) | -73.6 | -71.9 | -73.5 | -73.2 | -73.4 |
| PER (%) | 0.24 | 0 | 0.25 | 0.26 | 0.25 | |
<Table 4>는 하강 경사로 시험의 결과로, 표준도로의 평균 수신 신호 세기는 –63.7dBm이며, 실도로의 평 균 수신 신호 세기는 –72.9dBm으로 측정되었다. 평균 PER은 표준도로 및 실도로 각각 0.2% 및 0.23%로 측 정되었다. 이때 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시한 <Table 1>의 평가 환경별 성능 적합 기준에 따르면 경사로의 성능 적합 기준은 회당 평균 RSSI > -70dBm으로, 표준도로에서만 기준을 만족하는 것으로 보이나, 상기 상승 경사로 결과의 보정과 동일하게 적용 시 실 도로에서의 평균 RSSI는 – 63.9dBm이상일 것으로, 실도로에서도 기존 제안된 평가법의 성능 적합 기준을 만족한다고 볼 수 있다.
<Table 4>
Scenario #3 Results
| Type# of test | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Standard road | Avg. RSSI (dBm) | -63.8 | -63.7 | -63.7 | -63.6 | -63.6 |
| PER (%) | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| Real road | Avg. RSSI (dBm) | -73.9 | -72.5 | -71.7 | -72.8 | -73.6 |
| PER (%) | 0.22 | 0.22 | 0.23 | 0.25 | 0.23 | |
Scenario #3 Results
2. 동적 평가 결과
1) 직선로 동적 평가
직선로 동적 평가는 <Fig. 14>의 표준도로와 <Fig. 15>의 실도로에서 수행하였으며, 도로 환경별로 총 5회 시험하였다. 먼저 근거리에서 원거리로 멀어지는 경우, 표준도로에서 HV는 RV로부터 후면 100m 지점으로 부터 300m 지점까지 60km/h로 12초 정속 주행하여 200m를 이동하며, 이때 120개의 BSM을 송수신하게 된다. 실도로에서는 전면 RV 속도 60km/h, 후면 HV 속도 40km/h 조건 및 차 간격 100m가 도달했을 때부터 간격 이 300m가 되는 지점까지 36초 정속 주행하여 상대 거리가 200m 늘어나도록 이동하며, 이때 360개의 BSM 을 송수신하게 된다. <Fig. 18>은 HV와 RV간 거리에 따른 평균 RSSI 값을 나타낸다. 거리에 따른 자유공간 감쇄 수식 (2)에 따라 거리가 멀어질수록 수신 세기가 줄어들게 되며, 표준도로 및 실도로 모두 해당 경향성 을 나타내는 것을 확인할 수 있다. <Table 5> 참고 시 표준도로의 평균 PER은 0.17%, 실도로의 평균 PER은 0.17%로, 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시한 <Table 1>의 평가 환경별 성능 적합 기준에 따르면 직선로의 성능 적합 기준은 회당 PER < 10%로, 표준도로 및 실도로 모두 만족한다.
<Table 5>
Scenario #4 Results
| Type# of test | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Standard road PER (%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.83 |
| Real road PER (%) | 0.28 | 0 | 0.28 | 0.28 | 0 |
다음으로 원거리에서 근거리로 다가오는 경우, 표준도로에서 HV는 RV로부터 후면 300m 지점으로부터 100m 지점까지 60km/h로 12초 정속 주행하여 200m를 이동하며, 이때 120개의 BSM을 송수신하게 된다. 실 도로에서는 전면 RV 속도 40km/h, 후면 HV 속도 60km/h 조건 및 차 간격 300m가 도달했을 때부터 간격이 100m가 되는 지점까지 36초 정속 주행하여 상대 거리가 200m 줄어들도록 이동하며, 이때 360개의 BSM을 송수신하게 된다. <Fig. 19>는 HV와 RV간 거리에 따른 평균 RSSI 값을 나타낸다. 거리에 따른 자유공간 감 쇄 수식 (2)에 따라 거리가 가까워질수록 수신 세기가 높아지게 되며, 표준도로 및 실도로 모두 해당 경향성 을 나타내는 것을 확인할 수 있다. <Table 6> 참고 시 표준도로의 평균 PER은 0.33%, 실도로의 평균 PER은 0.27%로, 표준도로 및 실도로 모두 성능 적합 기준을 만족한다.
<Table 6>
Scenario #5 Results
| Type# of test | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Standard road PER (%) | 0 | 0 | 0.83 | 0 | 0.83 |
| Real road PER (%) | 0.55 | 0 | 0 | 0.55 | 0.28 |
2) 교차로 동적 평가
<Fig. 20>은 표준도로 교차로에서, <Fig. 21>은 실도로 교차로에서 실차 기반 동적 평가를 수행한 사진이 다. 교차로 동적 이동 중 BSM을 1회에 7초 동안 송수신하여 총 70개의 BSM을 송수신하였고 도로 환경별로 총 5회의 시험을 진행하였다. <Fig. 22>는 좌측 100m에서 우측 20m 지점으로 이동하는 시간에 따른 평균 RSSI 값을 나타내며, 표준도로의 수신 신호 세기는 –65.8~-82.4dBm이며, 실도로의 수신 신호 세기는 – 64.1~-78.2dBm으로 분포한다. <Table 7> 참고 시 표준도로의 평균 PER은 0.29%, 실도로의 평균 PER은 0%로, 기존 제안된 평가법 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시한 <Table 1>의 평가 환경별 성능 적합 기준 에 따르면 교차로의 성능 적합 기준은 회당 PER < 10%로, 표준도로 및 실도로 모두 만족한다.
<Table 7>
Scenario #6 Results
| Type# of test | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Standard road PER (%) | 0 | 0 | 0 | 1.43 | 0 |
| Real road PER (%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Ⅴ. 결 론
본 연구에서는 협력주행 통신장치 장착 실차 안전 성능 평가법의 실효성 검증을 위해 차량 2대를 활용하 여 V2V 통신 실도로 평가를 수행하였다. 고정된 수신지점으로 제시되었던 기존 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020) 연구 내 평가법의 실도로 검증을 위해, 타 차량이 운행되고 있는 유사 실도로 환경에서 평가법을 적용 할 수 있도록 정지 상황이 아닌 차량 2대를 활용하여 이동하는 상황으로 평가법을 수정하여 검증을 수행하 는 등, 실질적인 차대 차 통신 상황을 반영하였다. 직선로 시험장, 교차로 시험장 및 경사로 시험장 환경에서 3가지 정적 평가(원거리 직선로, 경사로 상승, 경사로 하강) 및 3가지 동적 평가(근거리에서 원거리 직선, 원 거리에서 근거리 직선, 교차로)를 수행하였으며, 비교를 위해 표준도로인 K-City 기반으로도 평가법의 검증 을 진행하였고, 각 도로 환경별로 기존 연구에서 제시된 성능 적합 기준인 수신 세기 (RSSI) 및 패킷 에러율 (PER)을 만족하는지 여부를 통해 실효성 검증을 수행하였다.
기존 표준도로 환경 기반의 평가법은 K-City와 같이 실험 통제성과 재현성을 확보한 상황에서 진행하도록 제시 되었으나 실제 도로에서 발생하는 복잡한 변수를 충분히 반영하기 어려운 관계로, 유사 실도로 구성에 서 실제 환경을 반영한 검증을 통해 표준도로 기반의 평가법이 얼마나 현실적으로 적용 가능한지에 대해 실 효성을 평가할 수 있으며, 표준도로에서 수행된 시험 결과와 유사 실도로에서 진행된 결과 간 일관성을 확인 할 수 있다면 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제안한 표준도로 기반의 평가법이 현실적인 조건에서도 유효하다는 것을 입증할 수 있다.
본 연구에서는 Ⅳ장의 평가 결과를 통해 정적 평가 및 동적 평가에서 표준도로 및 실도로 모두 (KAIA, 2021;Lee and Choi, 2020)에서 제시한 성능 적합 기준을 만족함을 확인할 수 있었고, 결과에서 유사 경향성 을 보여줌을 확인할 수 있었다. 실도로에서의 평가 결과가 표준도로 평가 결과와 유사 성능을 보여주며, 성 능 적합 기준을 만족한다는 것은, 평가법이 실제 주행 조건에서도 V2X 통신장치의 성능을 제대로 반영하고 있음을 의미하며, 이는 평가법이 기술적으로 신뢰할 수 있는 도구라는 점을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연 구를 통해 표준도로 기반의 평가법이 실도로 환경을 대표하며 보편적 적용이 가능함을 확인할 수 있었다.
동일한 평가에 대해서라도 전파 환경의 복잡성, 전자파 간섭 및 실험환경의 차이에 따라 표준도로와 실도 로 간 통신성능 차이가 발생할 수 있었다. 먼저 표준도로는 반사체와 장애물이 제한되어 있어 전파의 경로 손실과 다중 경로 효과가 적게 발생하나, 실제 도로에서는 주변 건물, 가로수, 표지판 등의 다양한 구조물로 인해 다중 경로 신호가 복잡하게 발생하여 이로 인해 동일한 직선 구간이라도 각 도로 간 통신성능 차이를 유발할 수 있다. 또한 표준도로는 통제된 환경으로 외부 무선 신호의 간섭이 최소화된 상태에서 시험이 이루 어지나 실도로에서는 다양한 무선 네트워크가 공존하여 이러한 간섭 신호로 인해 동일한 거리에서도 통신성 능에 변동성을 증가시킬 수 있다. 덧붙여 유사한 도로이긴 하나 차량의 주행 궤적 및 위치, 주변 구조물과의 상대적 거리 등 실제도로에서의 실험환경의 미세한 차이로 통신성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 연구에서는 기존 표준도로 기반으로 제시된 평가법의 실도로 검증 중심으로 한정하여 연구를 수행하 였으나, 다음과 같은 방향으로 후속 연구를 제안할 수 있다. 먼저 본 연구에서 수행된 5번의 실험만으로는 모든 전파 환경의 복잡성을 완벽히 반영하기 어려운 관계로, 반복 실험의 횟수를 늘리거나 표준도로와 유사 한 더 다양한 환경 조건에서 실험을 진행하여 결과의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 통신성능 평가관점에서 현재 제시된 성능 적합 기준에서 다루고 있는 RSSI 및 PER 뿐만 아니라 다양한 통신성능 지표를 포함하여 시험법 개선을 제안할 수 있다.
