[논문 리뷰] Autonomous Vehicles in 5G and Beyond: A Survey

Saqib Hakak, Thippa Reddy Gadekallu외 5명|arXiv (Cornell University)|2022. 07. 21.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)인용 수 5

한 줄 요약

이 종합적 서베이는 자율주행차(AV)와 5G 및 그 이상 기술(B5G)의 통합에 대해 포괄적인 분석을 제공하며, 5G의 초고신뢰저지연통신(URLLC), 고속이동통신(eMBB), 대량기기통신(mMTC)이 실시간 항법, 물체 탐지, 차량간통신(V2X)과 같은 핵심 AV 기능을 어떻게 가능하게 하는지 강조한다. 주요 기여는 AV-5G 융합을 위한 기술적 지원 요소, 보안 도전 과제, 표준화 노력, 향후 연구 방향을 통합한 프레임워크를 규명한 데 있다.

ABSTRACT

Fifth Generation (5G) technology is an emerging and fast adopting technology which is being utilized in most of the novel applications that require highly reliable low-latency communications. It has the capability to provide greater coverage, better access, and best suited for high density networks. Having all these benefits, it clearly implies that 5G could be used to satisfy the requirements of Autonomous vehicles. Automated driving Vehicles and systems are developed with a promise to provide comfort, safe and efficient drive reducing the risk of life. But, recently there are fatalities due to these autonomous vehicles and systems. This is due to the lack of robust state-of-art which has to be improved further. With the advent of 5G technology and rise of autonomous vehicles (AVs), road safety is going to get more secure with less human errors. However, integration of 5G and AV is still at its infant stage with several research challenges that needs to be addressed. This survey first starts with a discussion on the current advancements in AVs, automation levels, enabling technologies and 5G requirements. Then, we focus on the emerging techniques required for integrating 5G technology with AVs, impact of 5G and B5G technologies on AVs along with security concerns in AVs. The paper also provides a comprehensive survey of recent developments in terms of standardisation activities on 5G autonomous vehicle technology and current projects. The article is finally concluded with lessons learnt, future research directions and challenges.

연구 동기 및 목표

• 자율주행차(AV) 기술의 현재 상태와 5G 및 B5G 네트워크와의 통합을 분석하기 위해.
• AV 응용 프로그램을 위한 네트워크 슬라이싱, 다중접근 엣지 컴퓨팅(MEC), 소프트웨어정의네트워킹(SDN)과 같은 핵심 기술적 지원 요소를 특정하기 위해.
• AV-5G 통합에서의 보안, 프라이버시 및 표준화 과제를 검토하기 위해.
• 향후 연구 방향을 요약하기 위해, 예를 들어 양자 컴퓨팅과 인지 AI를 통한 차세대 AV를 위한 것.
• 국제 기구인 ITU 및 3GPP 등에서 진행 중인 프로젝트와 표준화 활동에 대한 통합적 개요를 제공하기 위해.

제안 방법

• AV 용도에 적합한 URLLC, eMBB, mMTC에 중점을 둔 5G 및 B5G 기술에 대한 체계적 서베이.
• MEC, SDN, 네트워크 슬라이싱, V2X 통신(V2V, V2I, V2P)과 같은 기반 기술 분석.
• 차량 네트워크에서 물리계층 보안(PLS) 및 신뢰 관리와 같은 보안 메커니즘 평가.
• AV-5G 통합 관련 ITU, 3GPP 및 기타 표준화 기구(SDO)의 표준화 활동 검토.
• 실제 프로젝트 및 이니셔티브(예: H2020 자금 지원 프로그램 포함)의 통합을 통해 구현 준비도 평가.
• 향후 AV-5G 융합에 기여할 수 있는 신규 기술, 예를 들어 양자 컴퓨팅 및 인지 AI 탐색.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G 및 B5G 기술은 자율주행 시스템의 지연, 신뢰성, 대역폭 요구 사항을 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ2 실시간 AV 운영을 지원하는 핵심 기술적 지원 요소들 — MEC, SDN, 네트워크 슬라이싱 — 은 무엇인가?
• RQ3 AV-5G 시스템에서 주요 보안 및 프라이버시 위협은 무엇이며, 이를 완화하기 위한 대응 조치는 무엇인가?
• RQ4 3GPP 및 ITU와 같은 SDO에서 진행 중인 현재 표준화 노력은 AV 전용 요구 사항과 얼마나 일치하는가?
• RQ5 향후 기술, 예를 들어 양자 컴퓨팅 및 인지 AI는 AV-5G 통합을 어떻게 변화시킬 수 있는가?

주요 결과

• 5G의 URLLC 기능(1ms 지연)은 긴급 브레이킹 및 실시간 경로 계획과 같은 안전이 핵심인 AV 응용에 필수적이다.
• 네트워크 슬라이싱은 고대역폭 영상 스트리밍(eMBB) 및 대량 센서 연결(mMTC)을 포함한 다양한 AV 서비스에 맞춤형 QoS를 제공한다.
• MEC와 SDN는 데이터 처리를 분산시킴으로써 V2X 통신의 지연을 줄이고 확장성을 향상시킨다.
• AV-5G 시스템의 보안 위협으로는 위조 공격, 방해 공격, 데이터 무결성 침해 공격 등이 있으며, 이를 완화하기 위해 PLS 및 신뢰 기반 메커니즘이 제안되었다.
• 3GPP 및 ITU의 표준화 노력은 진행 중이지만 여전히 분산되어 있으며, 핵심 5G SDO에서 AV에 특화된 초점이 부족한 상황이다.
• 양자 컴퓨팅 및 인지 AI와 같은 신규 기술은 AV 의사결정, 경로 최적화, 악조건 하에서의 내구성 향상에 기여할 잠재력이 있다.