제4장

Phase 1: 기초

개요

이 장은 WIA-COMM-003 V2X 통신 표준의 Phase 1, 즉 데이터 형식 단계를 다룹니다. 표준은 Phase 1에서 BSM, CAM, DENM, SPaT, MAP 같은 정규 메시지 봉투(canonical message envelope)와 이를 감싸는 기술 지형(DSRC, C-V2X PC5, 5G NR-V2X)을 함께 정의합니다. 지연, 패킷 전송률, 통신 거리 같은 성능 요구가 유효한 인코딩의 조건이 되기 때문에, 이 요구도 형식과 같은 단계에 둡니다.

4.1 목적, 범위, 용어

표준의 목적은 차량이 다른 차량, 인프라, 보행자, 클라우드 네트워크와 안전에 직결되는 정보를 주고받도록 하는 기술 틀을 정하는 것입니다. 철학은 홍익인간(弘益人間)이며, 차량 통신으로 인명을 구하고 혼잡을 줄이며 자율주행을 가능하게 하는 것을 지향합니다. 범위는 다음과 같습니다.

V2V, V2I, V2P, V2N 통신 프로토콜
메시지 형식 규격
보안 및 프라이버시 메커니즘
지연과 신뢰성 요구사항
충돌 회피 알고리즘
군집주행(platooning) 협조 프로토콜

이후 절에서 자주 나오는 용어는 아래 표와 같습니다.

용어	의미
V2X / V2V / V2I / V2P / V2N	차량과 모든 대상 / 차량 / 인프라 / 보행자 / 네트워크 간 통신
BSM	Basic Safety Message (SAE J2735)
CAM	Cooperative Awareness Message (ETSI)
DENM	Decentralized Environmental Notification Message
RSU / OBU	노변 장치(Road Side Unit) / 차량 탑재 장치(On-Board Unit)
DSRC	Dedicated Short-Range Communications (IEEE 802.11p)
C-V2X	Cellular V2X (LTE-V2X, 5G NR-V2X)

기술적 기초

시스템 구성의 중심은 차량의 OBU입니다. OBU는 다른 차량 OBU와 V2V 메시지를, RSU와 V2I 메시지를, 보행자와 V2P 메시지를, 클라우드 서비스와 V2N 메시지를 주고받습니다.

4.2 통신 스택, 주파수, 무선 기술

통신 스택은 위에서부터 다음 순서로 쌓입니다. 응용 계층(V2X 애플리케이션), 퍼실리티 계층(메시지 생성·처리), 보안 계층(인증·암호화), 네트워크·전송 계층(IPv6, TCP/UDP), 접속 계층(DSRC 802.11p 또는 C-V2X), 물리 계층(5.9 GHz 무선)입니다. 보안이 응용과 네트워크 사이의 독립된 계층으로 놓여 있으므로, 메시지는 생성된 뒤 전송되기 전에 보안 계층을 거칩니다.

ITS 대역은 5.9 GHz이며 지역별 할당이 다릅니다.

미국: 5.850~5.925 GHz (75 MHz)
유럽: 5.875~5.905 GHz (30 MHz)
일본: 5.770~5.850 GHz (80 MHz)

채널은 172번(5.860 GHz)이 안전 필수 제어 채널(CCH)이고, 174·176·178·180·182·184번(5.870~5.920 GHz)은 서비스 채널입니다.

접속 기술은 DSRC와 C-V2X로 나뉩니다. DSRC(IEEE 802.11p)는 채널당 10 MHz 대역폭에 OFDM(BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM)을 쓰고 3~27 Mbps의 데이터율을 가집니다. MAC은 CSMA/CA 방식이며 결합(association) 절차 없이 브로드캐스트와 유니캐스트를 지원하고, EDCA로 서비스 품질을 구분합니다. C-V2X는 LTE-V2X(Release 14)와 5G NR-V2X(Release 16 이상)로 나뉩니다. LTE-V2X에서 Mode 3은 기지국(eNodeB)이 자원을 스케줄링하고 Mode 4는 단말이 스스로 감지하여 스케줄링하며, 단말 간 직접 통신은 PC5 사이드링크로 이루어집니다.

4.3 메시지 봉투: BSM, CAM, DENM, SPaT, MAP

표준은 다섯 가지 메시지 봉투를 JSON 형태로 정의합니다. 모든 봉투는 messageType 필드로 종류를 밝힙니다.

메시지	근거 규격	핵심 내용
BSM	SAE J2735	Part I 핵심 데이터(10 Hz), Part II 선택적·이벤트 기반 데이터
CAM	ETSI EN 302 637-2	basicContainer, highFrequencyContainer
DENM	ETSI EN 302 637-3	management, situation, location
SPaT	SAE J2735	교차로 신호 상태와 잔여 시간
MAP	SAE J2735	교차로 차선 기하와 연결 관계

BSM Part I은 msgCount, id, timestamp, position, speed, heading, acceleration, steeringAngle, brakeStatus, vehicleSize로 구성됩니다. 값은 물리 단위가 아니라 정수 단위로 인코딩됩니다. 아래는 명세 예시를 줄여 인용한 것입니다.

{
  "messageType": "BSM",
  "msgCount": 127,
  "speed": 1800,        // 0.02 m/s 단위 (= 36 m/s)
  "heading": 18000,     // 0.0125도 단위 (= 225°)
  "acceleration": {
    "longitudinal": 50, // 0.01 m/s²
    "yawRate": 100      // 0.01 deg/s
  },
  "vehicleSize": { "width": 200, "length": 480 }  // cm
}

BSM Part II에는 경로 이력, 경로 예측, 차량 분류, 기상 정보, 노면 상태가 들어갑니다. 다만 모든 차량이 매번 보내는 것이 아니라 상황이 생겼을 때 덧붙이는 확장 영역입니다.

같은 위치를 표현해도 BSM 예시는 위도를 37774900000으로, CAM 예시는 377749000으로 적습니다. 메시지마다 정수 스케일이 다르다는 뜻이므로, 구현은 디코더를 공유하지 말고 메시지별 단위 정의를 따라야 합니다. CAM의 highFrequencyContainer는 방향을 0.1도, 속도를 0.01 m/s, 차량 길이와 폭을 0.1 m 단위로 표현하므로 BSM과 단위도 다릅니다.

DENM은 사건 중심 메시지입니다. management 안의 actionID는 originatingStationID와 sequenceNumber의 쌍으로 사건을 식별하고, detectionTime, eventPosition, relevanceDistance(예: lessThan500m), relevanceTrafficDirection, validityDuration(초), transmissionInterval(ms)이 유효 범위와 반복 전송 주기를 정합니다. situation에서는 eventType의 causeCode와 subCauseCode(예: collision / chainCollision)와 severity가 사건을 설명합니다.

SPaT와 MAP은 짝으로 쓰입니다. SPaT의 각 상태는 signalGroup, state(예: protected-Movement-Allowed), timing(minEndTime, maxEndTime, likelyTime, confidence, nextTime)을 담습니다. MAP의 laneSet은 차선마다 laneAttributes, maneuvers, nodeList, connectsTo, speedLimits를 가지며, connectsTo의 signalGroup이 SPaT의 signalGroup과 맞물립니다. 차량은 이 값을 대조해서 자기 차선이 어느 신호 그룹의 지시를 받는지 알 수 있습니다.

시장 분석

이 표준은 시장 규모나 점유율 수치를 규정하지 않으므로 여기서도 다루지 않습니다. 대신 명세가 제시하는 기술 지형은 DSRC, LTE-V2X, 5G NR-V2X가 성능 범위를 달리하면서 공존하는 구도입니다.

기술	통신 거리	지연	신뢰성
DSRC	시야 확보 시 최대 1000 m, 도심 300~500 m, 고속도로 500~800 m	통상 5~10 ms	300 m에서 패킷 손실 5% 미만
LTE-V2X	500~1500 m	10~20 ms	500 m에서 98%
5G NR-V2X	1000~2000 m	1~5 ms	500 m에서 99.9%

표준은 혼용 배치를 전제로 합니다. DSRC와 C-V2X를 함께 지원하는 이중 모드 장치, 두 방식 사이의 메시지 변환 계층, 가용성에 따른 기술 선택, 핸드오버 프로토콜이 그 요소입니다.

산업 응용

응용은 허용 지연에 따라 구분됩니다. 긴급 제동 경고는 단말 간 5 ms가 요구되고, 신호 정보나 지도 갱신은 수백 ms까지 허용됩니다.

응용	종단 간 지연	처리 시간	전송 시간
긴급 제동 경고	5 ms	2 ms	3 ms
충돌 경고	10 ms	5 ms	5 ms
차선 변경 경고	20 ms	10 ms	10 ms
신호 정보	100 ms	50 ms	50 ms
지도 갱신	500 ms	200 ms	300 ms

이 표는 지연 예산을 처리와 전송으로 나눠 놓았다는 점에서 실용적입니다. 예컨대 긴급 제동 경고에서 메시지 생성·검증에 쓰는 시간이 2 ms를 넘으면 무선 구간이 아무리 빨라도 예산을 지킬 수 없습니다.

표준 준수

Phase 1에서 준수 여부는 먼저 메시지가 근거 규격의 구조를 따르는지로 판단합니다. BSM, SPaT, MAP은 SAE J2735, CAM은 ETSI EN 302 637-2, DENM은 ETSI EN 302 637-3이 기준입니다. 접속 계층은 DSRC의 경우 IEEE 802.11p, C-V2X의 경우 3GPP 사이드링크(PC5)를 따릅니다. 신뢰성 목표는 패킷 전달률(PDR)로 표현되며 우선순위별로 다음과 같습니다.

안전 필수(충돌 회피): 300 m에서 99.9% 이상
높은 우선순위(경고): 500 m에서 99% 이상
중간 우선순위(인지): 500 m에서 95% 이상
낮은 우선순위(정보): 1000 m에서 90% 이상

구현 고려사항

4.4 전송 주기, 통신 범위, 혼잡 제어

메시지 종류마다 전송 주기가 정해져 있습니다. BSM/CAM은 10 Hz(100 ms 간격), DENM은 이벤트 발생 시 최소 1 Hz, SPaT는 10 Hz, MAP은 1 Hz 또는 변경 시, 보행자 메시지(PSM)는 2 Hz입니다. MAP은 정적 정보라 느리게 보내고 위치·속도는 빠르게 갱신하는 구분입니다.

통신 범위 목표는 V2V 직접 통신이 도심 300~500 m, 고속도로 500~1000 m, 시야 확보 시 최대 1000 m입니다. V2I는 교차로에서 반경 300 m, 고속도로에서 500 m이며 범위 확장에는 다중 홉 중계를 씁니다. V2P는 보행자 50~100 m, 자전거 100~200 m이고, V2N은 셀룰러 커버리지에 의존하며 도심 99% 커버리지를 목표로 합니다.

채널당 수용 차량 수는 DSRC 100~200대(10 MHz), C-V2X 200~500대, 5G NR-V2X 500~1000대입니다. 밀집 상황에서는 채널이 포화되므로 표준은 적응형 메시지 전송률, 송신 전력 제어, 채널 조정, 우선순위 기반 접근을 혼잡 제어 수단으로 둡니다. 명세의 참조 로직은 채널 점유율(channel busy ratio)로 전송률과 전력을 조절합니다.

def adapt_message_rate(channel_busy_ratio):
    if channel_busy_ratio > 0.7:   # 70% 점유
        return {'bsm_rate': 5, 'power': -10, 'priority': 'HIGH_ONLY'}
    elif channel_busy_ratio > 0.5: # 50% 점유
        return {'bsm_rate': 7, 'power': 0, 'priority': 'NORMAL'}
    else:
        return {'bsm_rate': 10, 'power': 20, 'priority': 'ALL'}

이 로직에서 점유율이 70%를 넘으면 BSM 전송률을 5 Hz로 낮추고 송신 전력을 -10 dBm으로 줄이며 높은 우선순위 메시지만 보냅니다. 앞서 본 10 Hz 기본 주기는 채널이 한산할 때의 값이고, 혼잡 시에는 인코딩이 유효하더라도 전송률이 낮아질 수 있다는 뜻입니다. 따라서 구현은 수신 측 로직이 5 Hz 입력으로도 동작하도록 설계해야 합니다.

미래 전망

명세가 가리키는 방향은 5G NR-V2X(Release 16 이상)입니다. 초고신뢰 저지연 통신(URLLC), 향상된 PC5 사이드링크, 네트워크 슬라이싱 지원, 최대 1 Gbps의 높은 데이터율이 특징이며, 앞의 비교표에서 보듯 지연 1~5 ms와 채널당 500~1000대 수용이라는 목표가 현재 형식과 혼잡 제어의 한계를 넓힙니다. 범위 항목에 포함된 충돌 회피와 군집주행 협조 프로토콜은 이런 저지연 환경에서 본격적으로 의미를 가집니다.

요약

4.5 요약과 다음 장으로의 연결

이 장에서는 V2X 표준의 데이터 형식 단계를 살폈습니다. 통신 대상은 V2V, V2I, V2P, V2N이고 통신 스택은 응용부터 5.9 GHz 물리 계층까지 여섯 층입니다. 접속 기술은 DSRC, LTE-V2X, 5G NR-V2X가 공존하며, 메시지는 BSM, CAM, DENM, SPaT, MAP 다섯 봉투로 정의됩니다. 메시지마다 정수 단위와 스케일이 다르다는 점이 구현의 주요 주의점입니다. 또한 지연 예산, PDR 목표, 전송 주기, 혼잡 제어가 인코딩과 함께 규정되는 것이 Phase 1의 특징입니다.

메시지의 모양과 성능 목표를 정했으므로, 다음 단계에서는 이 메시지들을 실제로 주고받는 방법, 즉 API와 프로토콜 수준의 동작으로 넘어갑니다. 그 단계에서도 이 장에서 정리한 메시지별 필드와 단위, 우선순위별 신뢰성 목표가 기준이 됩니다.