[자율주행] IoT, 통신, 네트워크 등 용어 정리

플랫폼 5가지 구성 요소

자율주행 플랫폼은 크게 5가지 레이어로 나뉜다.

임베디드 하드웨어는 차량이나 RSU에 물리적으로 탑재되는 장치들이다. 센서, GNSS, ECU, OBU/RSU 같은 통신 모듈이 여기에 해당하고, 현장에서 전원을 받아서 실시간으로 데이터를 수집·처리하는 역할을 한다.

네트워크 및 서버 하드웨어는 수집된 데이터를 관제센터까지 전달하고 처리·저장하기 위한 물리 인프라다. IoT 서버, 스위치, 라우터, 방화벽 같은 장비가 포함된다.

시스템 소프트웨어는 하드웨어 위에서 응용 프로그램이 돌아갈 수 있게 해주는 계층이다. OS(서버용 VM OS, 임베디드 OS), 미들웨어, DB, 메시지 브로커(MQTT, CoAP 등)가 여기에 속한다. 쉽게 말하면 응용 소프트웨어가 동작하기 위한 토대를 깔아주는 역할이다.

응용 소프트웨어는 실제 자율주행 기능을 구현하는 계층이다. V2X 통신 스택, IoT 서비스(보행자 케어, 도로 감시), GIS 기반 모니터링, 빅데이터 분석 플랫폼 등이 여기에 해당한다. 실시간 안전 메시지 전송, 경로 계획, 이벤트 처리 같은 구체적인 서비스를 제공하는 계층이라고 보면 된다.

상용 소프트웨어는 자체 개발이 아니라 외부 벤더에서 구매해서 쓰는 제품이다. DBMS, 관제 소프트웨어, 보안 솔루션 같은 것들이고, 이런 제품들을 조합해서 플랫폼을 완성한다.

 

1. 하드웨어 및 가상화

IoT 물리 서버는 현장 센서·차량에서 올라오는 데이터를 실시간 처리하고 저장하는 서버다.

VMware 가상화는 하나의 물리 서버 위에 여러 VM을 만들어서 독립적으로 운영하는 기술이다. 서버 자원을 효율적으로 쓸 수 있고, VM 단위로 서비스를 분리할 수 있다는 장점이 있다.

SSD는 반도체 기반 비휘발성 저장장치다. HDD와 달리 기계식 디스크가 없어서 데이터 접근 속도가 빠르고 지연 시간이 낮다. 서버에서는 OS 디스크나 DB 데이터 캐시 용도로 쓰이며, I/O 성능에 직접적인 영향을 준다.

 

2. 네트워크 및 보안 장비

라우터(Router)는 네트워크 간을 연결하는 장비다. 서로 다른 IP 대역의 네트워크 사이에서 트래픽을 전달하며, 외부망↔내부망의 관문 역할을 한다. NAT(네트워크 주소 변환)이나 방화벽 기능이 포함되기도 한다.

스위치(Switch)는 같은 네트워크 내부에서 데이터 프레임을 전달하는 장치다. 각 포트가 MAC 주소를 학습해서 목적지 포트로만 프레임을 보내기 때문에 허브보다 훨씬 효율적이다. 서버팜에서는 고성능 스위치가 서버 간 통신 병목을 줄여준다.

방화벽은 네트워크 경계에 설치되어 허용/차단 규칙에 따라 트래픽을 필터링하는 장비다. 패킷 필터링과 상태 기반 검사(Stateful Inspection)를 통해 공격을 차단한다.

IPS(Intrusion Prevention System)는 네트워크로 유입되는 공격을 실시간 탐지하고 차단하는 보안 장비다. 서명 기반 탐지와 행위 기반 탐지를 혼합해서 알려진 공격뿐 아니라 이상 징후까지 방어한다.

DMZ(Demilitarized Zone)는 외부망과 내부망 사이에 위치한 완충 지대 네트워크다. 외부에 노출되어야 하는 서버(웹 서버, 메일 서버 등)는 DMZ에 두고, 내부망·DB 서버와는 방화벽으로 추가 분리한다. 이렇게 하면 DMZ 서버가 공격당해도 내부망 침입을 막을 수 있다.

 

3. IoT·V2X 통신과 위치 기반 기술

IoT 서비스 프로토콜은 센서·디바이스가 생성하는 데이터를 전송·수집·분석하기 위한 프로토콜이다. 보행자 케어나 도로 감시 시스템처럼 낮은 지연 시간과 신뢰성이 중요한 환경에서는 MQTT, CoAP, AMQP 같은 경량 메시징 프로토콜을 사용한다. 보안은 TLS/SSL 암호화로 확보하고, 디바이스 ID 관리, 데이터 형식 변환, 실시간 이벤트 처리까지 IoT 서비스가 종단간 관리한다.

V2X(Vehicle-to-Everything)는 차량이 주변의 모든 것과 통신하는 기술이다. RSU와 통신하면 V2I, 다른 차량이면 V2V, 보행자면 V2P, 클라우드면 V2C가 된다. 통신 방식으로는 DSRC(IEEE 802.11p) 기반과 셀룰러 기반(C-V2X)이 있고, 차량은 BSM(Basic Safety Message)을 주기적으로 뿌려서 자기 위치·속도·방향을 주변에 알린다.

WAVE(Wireless Access in Vehicular Environments)는 IEEE 802.11p/1609 표준 기반의 차량 전용 무선통신 기술이다.
차량↔차량, 차량↔인프라 간 직접 통신에 쓰인다. IEEE 1609.3/1609.4 표준이 네트워크 전송 계층과 무선 채널 관리, 채널 교환 등을 담당한다.

Network Framework는 WAVE 통신으로 수집한 데이터를 관제센터 플랫폼까지 전달·처리하는 영역이다. GIS 화면, VPN/SSL 통신, TCP/IP 스택, 스트리밍 서비스 등이 포함되며, 데이터의 라우팅·암호화·실시간 스트림 전송을 담당한다.

단말은 현장에 설치된 통신 장치를 의미한다. V2X 환경에서 차량에 장착되는 단말을 OBU(On-Board Unit)라고 부른다.

RSU(Road Side Unit)는 교통 신호기·가로등 등에 장착되어 주변 차량과 교통 신호 정보를 교환하는 장비다. WAVE 통신으로 차량과 안전 메시지를 주고받고, 수집된 데이터는 LTE/5G 망을 통해 관제센터로 전송한다. 내부에 GNSS 수신기, 센서, 고성능 CPU/GPU를 탑재해서 정밀한 위치·속도 측정과 실시간 처리가 가능하다.

GNSS(Global Navigation Satellite System)는 위성으로 위치·속도·시간을 계산하는 위성항법 시스템 총칭이다. GPS(미국), GLONASS(러시아), Galileo(유럽), BeiDou(중국) 등이 포함된다. 수신기가 여러 위성 신호를 받아 삼변측량으로 위치를 계산하는 방식이며, 자율주행·물류·항법에서 필수적인 기술이다. 차량이나 RSU에 GNSS 안테나를 장착해서 V2X 통신에 정확한 위치 정보를 제공한다.

 

4. 기타 용어

GIS(Geographic Information System)는 지리 정보를 수치 데이터와 결합해서 지도 위에 시각화하는 시스템이다. 교통 관제센터에서는 차량 위치·속도·도로 상황을 GIS 화면에 표시해서 실시간 모니터링을 수행한다.

인트라넷은 조직 내부에서만 사용하는 폐쇄형 네트워크다. 직원 포털이나 내부 업무 시스템 같은 게 여기서 운영된다.

내부망은 외부 인터넷과 분리된 조직 전용 네트워크이고, 외부망은 불특정 다수가 접근할 수 있는 인터넷 기반 네트워크다.

Active 장비는 현재 서비스 요청을 처리 중인 장비이고, Standby 장비는 Active 장비에 장애가 발생하면 즉시 인계받도록 대기하는 장비다. 이중화 구성에서 짝으로 운영된다.

BSM(Basic Safety Message)은 차량이 주기적으로 주변에 브로드캐스트하는 안전 메시지다. 위치, 속도, 가속도, 방향, 차종 등의 정보가 포함되어 있고, 주변 차량과 RSU가 이 메시지를 수신해서 충돌 예방에 활용한다.