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5G는 자율주행에 어떤 영향을 미칠까?

자율주행 기술에 있어, 5G 상용화가 갖는 의미를 살펴봅니다.

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완벽한 자율주행에 한발 더 다가갈 5G 상용화

지난 4월 5일, 통신 3사가 일반 고객 개통을 시작하며 5G 시대가 열렸습니다. 5G 시대에는 더욱 빠른 통신 속도로 많은 것들을 할 수 있지만, 그중에서도 가장 주목받는 것은 자율주행차의 발전입니다. 자율주행차가 도로의 상황을 예측하고 대응하기 위해서는 지연 없는 네트워크 연결이 필수이니 말이죠. 이번 글에서는 네트워크의 발전이 가져올 자율주행 기술에 대해 알아보고자 합니다.


저지연성이 핵심인 5G 네트워크

먼저, 5G의 특징에 대해 살펴보겠습니다. 흔히 매우 빠른 통신망 정도로 생각하는 5G의 핵심은 속도보다는 ‘저지연성(Low Latency)’을 꼽을 수 있습니다. ‘레이턴시’란 지연속도를 뜻하는데요. 통신망을 통해 어떤 행동을 취했을 때 결과물이 빨리 돌아오는 것을 말합니다.



예를 들어 요즘 흔히 쓰는 블루투스 헤드폰의 경우 레이턴시가 높으면 소리가 조작보다 늦게 나오게 됩니다. 만약 이 레이턴시가 높은 헤드폰으로 통화를 한다면 메아리가 울리거나 상대방이 한참 기다려야 말하는 쪽의 소리를 듣게 되겠죠.



저주파 위주의 LTE와 달리 5G는 저주파와 초고주파를 섞어서 사용합니다. 초고주파의 경우 대량의 데이터를 전달할 수 있는데요. 저주파에 비해 음영지역이 큰 단점도 있습니다. 즉, 셀룰러 타워 근처가 아니면 통신이 잘 터지지 않는 특징이 있죠. 따라서 표준 업체들은 여러 안테나를 묶어서 활용하는 ‘빔포밍(beamforming)’ 기술을 사용합니다. 이로써 5G의 강점인 속도는 살리고 음영지역은 최소화하는 기술이 가능한 것입니다.

5G의 네트워크 구성도, 4G 신호를 중심으로 작은 5G 셀타워 여러 개를 설치해 활용합니다.

또한, 이러한 다양한 네트워크 주파수 할당을 통해 대량의 IoT 기기를 연결할 수 있고, 빔포밍으로 끊김을 최소화합니다. 그 결과로 나타나는 것이 저지연성입니다. 적은 레이턴시로는 많은 것을 할 수 있는데요. 자동차 외에도 스마트 팩토리나 원격 수술 로봇 등에 투입되고 있습니다. 특히 원격으로 수 술할 때 사람이 직접 수술하는 수준의 반응속도가 나온다니 좀더 많은 생명을 살릴 수 있겠죠.


자율주행차와 5G

완전한 자울주행차는 라이다, 레이더 등의 다양한 센서에 네트워크 기술이 결합할 때 가능합니다. 도로의 다양한 상황에서 즉각적인 반응, 다른 기기들과의 정보 교환 등으로 편의성과 안전성이 증가할 수 있습니다. 자율주행차를 활발히 연구하고 있는 구글 역시 자율주행차 출시 시기를 5G가 상당히 보급되고 난 2020년으로 주장하고 있을 정도입니다.



예를 들어 자율주행차가 완전 자율주행을 하고 있을 때, 센서가 인지하지 못하는 물체가 등장했다고 가정해봅시다. 고양이나 개 등의 작은 생물이나 사람, 자전거, 모터사이클 등의 물체는 이미 자동차의 DB에 등록돼 있을 것입니다. 그러나 갑자기 그것보다 훨씬 작지만 단단한 물건이 튀어나왔다면요? 센서가 100% 인지하지 못하는 경우 자율주행차는 이 물건의 정보를 클라우드로 보내 실시간 머신러닝을 통해 물건을 분석하고 거기에 맞는 조치를 내릴 것입니다.



만약 100km로 주행 중 이러한 위협이 등장했을 때 4G(LTE)의 지연속도(50ms)로 가정하면 차량이 1.4m 진행 후 제동이 시작됩니다. 반면 5G의 초지연 속도인 1ms의 경우 2.8cm 후 제동이 시작되게 됩니다. 따라서 운전자와 보행자에게 더욱 안전한 기술이 되는 셈이죠. 이는 사람의 제동 지연 속도(약 200~300ms)보다도 훨씬 빠릅니다.

자율주행차는 도로를 달리면서 수많은 사물과 데이터를 주고받게 됩니다.

대량연결(mMTC: massive Machine-Type Communications)도 자율주행차 지원에 큰 도움이 되는 기술입니다. 5G의 경우 4G보다 다양한 주파수를 섞어 사용하고, 각 주파수를 해당 기기군에 묶어서 별도로 사용할 수도 있습니다. 예를 들어서 안전성이 뛰어난 주파수가 있다면 자율주행차 전용으로 쓰도록 할당하는 식이죠. 이 주파수 대역이 다양하므로, 저지연성과 결합하면 다양한 사물을 직접 통신하게 할 수 있다는 특징이 있습니다. 이미 많이 발전한 사물인터넷(Internet of Things)에 날개를 달아주는 셈이죠.



자율주행차에도 이 특성은 매우 유효합니다. 예를 들어 각종 신호등이나 표지판 등에 IoT 기능을 넣어 정보를 주고받게 하는 것입니다. 그렇다면 사고 위협에서 비교적 자유로워지고, 정체가 심한 구간에서는 우회하게 될 것입니다.


엣지 컴퓨팅으로 도로 상황 파악을 더 빠르게

물론 이러한 조치 없이도 자율주행차를 안전하고 빠르게 운행하기 위해 엣지 컴퓨팅도 도입될 것입니다. 엣지 컴퓨팅이란, 물리적 거리가 먼 데이터센터와 함께 쓰는 ‘근처에 있는 작은 클라우드’를 말합니다. 예를 들어 자율주행차 전용으로 엣지 컴퓨팅을 제공하면, 이 엣지가 해당 지역의 자율주행차나 도로상황 등을 빠르게 파악하고 머신러닝해 근처의 자율주행차에게 정보를 제공할 수 있도록 하는 것입니다.



엣지 컴퓨팅 역시 5G 상용화와 함께 날개를 달 것으로 예상됩니다. 엣지와 클라우드, 엣지와 사물간 통신에도 저지연성이 필수이기 때문입니다. 이는 주행뿐 아니라 차량 고장 등의 상황에서도 훌륭한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 부품끼리 정보를 주고받아 엣지 혹은 클라우드가 이를 분석하고, 운전자에게 반대로 이를 알려주거나 직접 수리 센터로 보내고, 혹은 수리 차량을 자동으로 보내는 등의 행동이 가능할 것입니다.


통신 속도와 자율주행차

저지연성 외에도 뛰어난 통신 속도를 활용한 다양한 행동을 할 수 있습니다. 우선, 완전 자율주행차가 쏟아내는 데이터는 시간당 4TB에 이를 것으로 예상되고 있는데요. 이 중 중요한 정보를 추려 엣지나 클라우드에 보낸다고 해도, 대량의 데이터 교환이 이뤄져야 할 것입니다. 5G의 이론적 최고 속도는 20Gbps로, 초당 약 2GB, 시간당 약 8,300GB를 내려받을 수 있는 속도입니다. 3~4TB의 데이터 중 클라우드로 꼭 보내야 할 것들을 잘 선별한다면 5G통신만으로도 클라우드 내에서 완전한 분석과 안전 조치들을 할 수 있을 것입니다.


자율주행차의 멀티미디어 활용

CES2019에서 실시간 감정반응 차량제어 시스템(R.E.A.D.)을 통해 미래 모빌리티의 가능성을 선보인 기아자동차

세계 최대 전자 박람회인 ‘CES2019’와 ‘MWC19’에서 각 자동차 제조사들은 자율주행차가 보급됐을 때를 가정한 전시를 진행한 바 있는데요. 특히, 운전에서 자유로워진 운전자를 위해 AR이나 VR, 영화와 OTT 등 차량에서 즐길 수 있는 다양한 엔터테인먼트 콘텐츠를 선보인 곳이 많았습니다.



그런데 실제로 자율주행차가 도로를 달릴 때 엔터테인먼트 콘텐츠를 이용한다면, 콘텐츠를 다운받아서 차에 설치하는 건 좋은 사용자 경험이 아닐 것입니다. 따라서 AR과 VR 등의 대용량 영상을 실시간으로 스트리밍하는 것이 필요할 텐데요. 5G 통신 속도로 이를 구현할 수 있습니다. 현재 통신 3사는 아이돌 라이브, 야구 중계, 영화 등 다양한 콘텐츠를 5G 전용으로 출시하는 중입니다.


자율주행차는 언제 상용화될까

현대모비스와 KT는 MOU를 채결하고 5G 기반 커넥티드카 기술을 개발하고 있습니다.

5G 네트워크를 적용한 자율주행차는 현재 통신사와 자동차 제조사 등에 의해 활발하게 연구가 진행되고 있습니다. 현대모비스는 KT와 5G 기반 커넥티드카 기술 협력을 위한 MOU를 채결했는데요. KT는 현대모비스의 자율주행차에 장착되는 5G 단말기와 5G 통신 기지국 간 연결을 지원하고, 현대모비스는 자율주행차의 각종 센서들을 통해 교통 정보를 수집해 주행에 영향을 끼치는 핵심 정보를 서버로 송신하는 기술을 개발합니다.



LG U+는 지난 3월 11일, 사전에 정해지지 않은 경로로 5G 관제 시스템 기반 도로주행을 하는 데 성공한 바 있습니다. LG U+와 한양대 에이스 랩이 공동 개발한 것으로 현대자동차의 그랜저가 사용됐으며, 5G 상용 기지기국에서 8km 정도를 주행하는 데 성공했습니다.


자율주행차는 언제 상용화될까

현대자동차와 SKT는 모빌리티 및 커넥티드카 분야 스타트업 육성에 나섭니다.

현대자동차는 SKT와 모빌리티 및 커넥티드카 분야 스타트업을 선발해 육성?투자하는 ‘제로원 트루이노베이션 엑셀러레이터(ZER01ne x True Innovation Accelerator)’ 프로그램을 시행합니다. 현대자동차는 서비스 테스트 지원 및 스타트업에 개발지원금을 제공하고 공동 사업을 추진할 예정입니다.



자율주행차의 발전은 통신 속도보다는 센서 고도화와 머신 러닝 고도화에 달려 있습니다. 통신이 없어도 달리고 멈출 수 있어야 하기 때문이죠. 통신 속도는 5G가 전국에 촘촘하게 보급됐다고 가정했을 때 문제는 없을 것으로 보입니다. 이제 자율주행차의 안전성 테스트가 검증돼야 하는 시점이 된 것이죠. 대다수 업체는 주로 2025년쯤을 상용화 첫 단계로 예측하고 있습니다. 그때가 되면 5G는 공기 같은 상태가 되어있겠네요. 자율주행차를 타고 VR 영상을 보며 원하는 곳에 안전하게 도착하는 시대가 멀지 않았습니다.

글. 이종철(바이라인 네트워크)

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