<테마특강> 지능형교통시스템용 단거리무선통신 서비스

임춘식

◇한국항공대학 통신공학과 졸업

◇한국항공대학 대학원 전자공학석사

◇일본 요코하마국립대학 전자정보공학　박사

◇국방과학연구소 연구원

◇현재 한국전자통신연구원(I TS 연구개발팀장, 책임연구원)

　교통 혼잡·사고·공해유발 등 자동차의 대중화로 인해 야기되는 부정적인 면을 간과할 수 없는 시점에 도달했다. 만성적이고 전국적인 도로교통 혼잡으로 인한 경제적 손실은 88년 7600억원에서 98년에는 18조원으로 급증되었으며, 2000년에는 무려 20조원에 달할 것으로 예상된다. 실제로 운전자는 주행중인 도로가 왜, 얼마동안 막히는지, 우회도로를 이용할 수 있는지 등을 알지 못하고, 대중교통 이용자는 버스가 언제 도착하는지, 어디서 갈아타야 할 것인지를 알지 못하고, 운송업 사업자는 자사 화물차의 위치나 수송 소요시간을 알지 못한다. 따라서 사회생활과 경제활동을 지원하는 공공사회 기반구조로서 정보기술·통신기술·센서기술 및 제어기술 등을 이용해 보다 향상된 운송효과를 기대할 수 있는 지능형교통시스템(ITS:Intelligent Transport System)의 도입이 필요하다. 이는 도로·자동차·이용자 등 교통체계 구성 요소간 정보흐름을 원활하게 하여 단절된 교통흐름을 개선시키고 교통 이용자의 물류비용을 최소화하고, 여행시간의 단축 및 활용을 가능하게 할 것이다. ITS를 구축하기 위해서는 양질의 교통정보를 수집하고 효율적으로 분배하는 시스템의 도입이 필수적이며, 지금까지 발전된 정보통신기술을 이용한 ITS 전용 단거리무선통신(DSRC:Dedicate Short Range Communication)기술이 그 대안으로 떠오르고 있다. ITS 전용 DSRC기술은 통신 반경이 수 미터에서 수백 미터인 도로변 기지국장치와 이 통신영역을 통과하는 차량 탑재장치들 사이에서 이뤄지는 점대점(Point­to­Point) 또는 점대다점(Point­to­Multipoint) 양방향 고속통신 기술이다.

　이 기술은 공중 무선 통신망과 달리 도로에서 주행중인 차량을 대상으로 하여 도로변에 비교적 간단한 기지국 시스템을 설치하는 저가의 통신단말기로서 사용자에게 값싼 서비스를 제공할 수 있는 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라 적은 비용으로 교통정보수집이 가능하여 인적 및 물적 자원의 원활한 유통을 가능하게 한다.

　ITS 서비스에 적용되는 대표적인 단거리 무선통신기술은 그 용도에 따라 비콘(Beacon) 방식과 DSRC 방식으로 구분할 수 있다. 비콘 방식은 노변 기지국과 차량 단말기간 단방향 서비스(기지국 → 단말기, 단말기→기지국)를 위주로 하는 저속 데이터(10Kbps이하) 통신시스템으로서 제한적인 양방향 통신이 가능하다. 현재 응용중인 시스템은 적외선 레이저, 마이크로웨이브 등 다양한 시스템이 있다.

　이 통신방식은 차량 단말기와 노변 기지국간 양방향 통신이 가능한 경우도 있지만 여러 대의 차량 단말기와 다중접속이 지원되지 않으므로 통신 셀내에서 2개 이상의 단말기가 동시에 무선 채널을 액세스할 때는 링크 세트업이 안되는 단점이 있다.

　DSRC 방식은 크게 수동형 DSRC 방식과 능동형 DSRC 방식으로 분류된다. 현재 나와 있는 대표적인 수동형 DSRC 통신방식은 차량 단말기와 노변 기지국의 통신 셀 크기는 10미터 이내이고, 주파수 대역은 5.8㎓ 대역을 사용하며 최대 데이터 전송속도는 하향링크가 500Kbps, 상향링크는 250Kbps이다. 이 통신방식은 차량 단말기와 노변 기지국간 여러 개의 차량 단말기와 다중접속이 지원되지만 상향 링크 구성시 기지국의 CW(지속파)를 제공받아야 하므로 반이중(Half Duplex) 통신이 이루어지며 CW 전력으로 인하여 주파수 재사용을 위한 노변 기지국간 거리가 260미터 이상이 되어야 한다. 그리고 이 방식은 셀 크기가 10미터 이내여서 ITS 서비스의 제약을 받는 단점이 있다.

　반면, 최근 미국·일본을 중심으로 활발히 검토되고 있는 능동방식의 DSRC 통신방식은 차량 단말기와 노변 기지국간 무선 데이터 통신을 함에 있어 서비스 용도에 따라 통신 셀크기는 수 미터에서 수백미터이고 주파수 대역은 5.8㎓ 대역을 사용하며 데이터 전송속도는 양방향 링크가 1Mbps이상인 고속무선패킷통신방식이다. 이 통신방식은 한대의 노변 기지국이 여러 대의 차량 단말기와 다중접속이 지원하며, 주파수 재사용을 위한 노변 기지국간 거리가 최소 60m이상으로써 수동방식에 비해 셀 크기가 크고 주파수 재사용 특성이 우수하다. 능동형 DSRC 시스템은 일반적인 육상교통 분야는 물론 항공기 이착륙, 선박안전 및 조난 선박 구조 등에 이용될 수 있으며 개인이동통신, 무선호출기 등의 기존 통신서비스의 사용 효율을 높이고, 사용자 또는 이용자의 기호에 따라 다양하게 서비스 제공이 가능하다. 표1참조

　각국의 ITS 시스템에 대한 강력한 도입 요구에 힘입어 1992년부터 DSRC에 대한 국제 표준화 기구인 ISO/TC­204 WG­15에서 활발히 다루어져 왔으며, 국가별·지역별 표준화가 별도로 진행되어 왔다. 한 예로, 유럽의 CEN은 유럽 지역 내에서의 표준화를 완료하였으며, CEN과 ISO와의 협정을 이용하여 CEN(수동형) 방식의 규격으로 ISO의 표준화를 주도하여 추진하였으나, 미국·캐나다·일본 등 능동방식을 채택하는 회원국들의 강력한 반대에 부딪혀 ISO 표준채택이 무산된 상태다.

　미국은 5.8㎓ 대역의 사용을 위해 주파수의 할당은 하였으나, 우선적으로 900㎒ 대역의 기존 시스템을 수용하는 능동 및 수동방식이 동시에 제공될 수 있는 규격으로의 표준화를 추진하고 있다. 일본은 능동방식을 강력히 주장하는 그룹으로서 ETC 서비스 뿐만 아니라 일반적인 DSRC 서비스도 수용할 수 있도록 데이터 전송률 및 매체접속제어 기능을 강화한 규격을 제안하였으며, 일본 자체 내에서는 국가표준으로 채택한 상태이다.

　그러나 유럽이나 일본에서는 다양한 DSRC 서비스 중에서 현행 서비스 도입을 고려하고 있는 ETC 서비스 개발을 시작으로 상향(Bottom Up) 접근방식을 취하여 통합 아키텍처 없이 개별적으로 개발하여 기술적 연동성 및 호환성 문제에 부딪치게 되었으며, 정부 부처간의 갈등이나 마찰이 발생하여 조기 표준화를 필요로 했다.

　특히 전체 통신 기술 중에서도 차량에의 실시간 교통관련 정보의 효율적이고 값싼 제공을 가능하게 하기 위한 무선 통신 기술 개발이 절실한 시점에서 표준화된 규격확보는 범 국가적 지원 없이 그 효율적 실현이 어렵다고 할 수 있다. 비교적 뒤에 관심을 가지게 된 우리나라도 후발 주자의 장점을 살리고 우리나라의 교통현실에 맞는 범부처적인 하향 접근방식이 적합할 것으로 예측된다.

　1998년 5월의 ISO TC 204 회의에서는 물리계층과 매체접속제어 계층에 있어서의 각국의 독자성을 인정하는 의미에서 물리계층과 매체접속제어 계층의 규격은 ISO의 규격으로 만들지 않고, LLC 와 응용계층의 규격 표준화는 1999년 말까지 완료하는 것을 목표로 추진하기로 합의되어, 우리나라는 외국 규격과의 통합여부에 얽매이지 않고 물리계층과 매체접속제어 계층의 독자적인 규격을 만들 수 있는 절호의 기회를 가지게 되었고, LLC와 응용계층에 있어서는 국제 규격을 따라야 할 필요성이 생기게 되었다. 현재까지 국가별 제안된 규격을 비교하면 <표 2>와 같다.

　국가별 ITS추진과 시장 특성을 살펴보면, 미국인 경우 ITS아메리카가 예측한 미국의 ITS 시장규모는 2015년에 약 4200억 달러 수준이며, 이 중 80% 이상이 민간부문에서 발생할 전망이다. 주요 시장으로는 차량안전과 교통안내 서비스, 상업용 차량에 대한 각종 응용서비스, 전자 지불 서비스, 고속도로 관리 운영 서비스, 교통신호 제어 서비스에 적용 가능성이 매우 높다. 2000년에서 2005년 사이에 관련 서비스의 장비시장이 급성장할 것으로 전망되며 민간부문의 비중이 높을 것으로 예상된다. 유럽의 주요 시장은 첨단교통정보서비스분야(46%), 첨단차량서비스분야 및 도로서비스분야(29%), 첨단 화물운송서비스분야(11.7%)의 순서로 전망되며, 첨단교통정보서비스분야에는 차량 항법장치와 교통정보시스템 분야로 압축되어 시장형성이 예측되며, 첨단교통관리 분야는 상대적으로 낮을 것으로 전망된다. 국가별 특성이 상이하지만 교통정보 서비스제공을 위한 시스템 시장에 공동 주력하는 것이 특징이다. 아시아의 ADB 전망에 의하면 아시아권(일본 제외)에서 1996년에서 2000년까지 1조 달러의 인프라 구축비용이 소요될 예정인데 이중 35%가 교통개선, 15%가 교통정보 통신관련 비용이 될 것으로 보인다.

　특히 우리나라의 경우 단거리전용 무선통신시스템 단말기 시장은, 시스템의 공공성이 강하고 기반구조의 구축 및 활용이 시스템 운영상의 주요한 부분이므로 저가의 단말기를 조기에 공급하는 것이 필수적인 다양한 지불매체와의 인터페이스를 통한 자동통행요금징수 서비스, 상용차량 운행관리 서비스, 차량 사고방지를 위한 전방향 위험경고 예고서비스, 교통정보제공 서비스 등에 활용할 수 있어, 본격적인 상용 서비스제공이 예상되는 서비스는 2000년, 예측시장의 목표시점은 2010년을 기준 2010년의 총 차량대수 1776만대의 20%까지 보급 가정(350만대)하면, 이 경우 2001년부터 10만대 이상 보급되어 2004년에 100만대 수준에 달 할 것이다.

　직접적인 시장규모는 2004년까지 단말기 가격을 10만원으로, 2005년부터는 5만원으로 가정하면 2004년까지 500억원 수준. 2010년까지 3000억원 정도로 성장될 전망이며, 간접적으로 DSRC 시스템을 도입함으로써 교통서비스를 획기적으로 개선함으로써 전국적인 도로 교통혼잡을 10% 완화한다고 가정할 때 물류비 절감효과는 10년간 16조원, 20년간 45조원에 이르며 정보수집, 분석장비산업, 교통정보 제공업 등 교통정보산업과 관련한 첨단산업의 육성을 통하여 정보통신 분야에서 10년간 4조6000억원, 20년간 18조원의 새로운 시장을 창출할 것으로 기대된다.