[논문]차량 통신 네트워크 아키텍처 기술의 발전과 미래

김광기

차량 통신 네트워크 아키텍처 기술의 발전과 미래 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.66 no.5, 2017년, pp.25 - 36

김광기 (인하대학교)

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문제 정의

무선 통신을 차량에 도입하고자 하는 두 가지 움직임에 대하여 알아보자. 첫번째는 도로 교통 시스템의 안전성과 효율성을 높이고자 하는 요구이다.
본 고에서는 자동차 통신 네트워크 기술에 대한 소개를 시작으로 차세대 네트워크 아키텍처와 제어기 통합에 대해서 다루었다. 현재와 미래의 자동차는 단순 교통 수단으로써의 기능을 넘어서서 안전/편의 기능뿐만 아니라 개인비서 역할에 이르기까지 다양한 기능을 안정적이고 효율적으로 구현할 수 있도록 확장성을 지닌 하드웨어, 소프트웨어, 그리고 네트워크 아키텍처를 가져야만 한다.
ECU의 통합은 제어기의 수를 줄이고 네트워크를 간소화 하기 위한 분명한 해결책이지만, 어떠한 방식으로 제어기를 통합해야 하는지, ECU 통합에 의해서 증가하는 소프트웨어 복잡성에는 어떻게 대응할 수 있는지, 기능 안전의 문제없이 어떻게 제어기 통합을 구성할 수 있는지, 타임투마켓을 위험에 빠뜨릴 수 있는 막대한 새로운 테스트 기술 개발을 어떻게 피할 수 있을지, 그리고 이러한 질문에 답하기 위해 다른 업계에서 무엇을 배울 수 있는지 등 해결하고 참고해야 할 사항들이 아직 많이 남아있다. 이번 절에서는 ECU 통합에 대한 새로운 접근법을 요약하여 테스트 프로세스에 미치는 영향을 최소화 하면서 복잡성을 줄일 수 있는 방법에 대해서 이야기 하려고 한다. 이는 실제로 ECU 기능 혁신을 가속화 할 수 있는 접근 방식이며 미래 지향적인 자동차 제조업체를 위한 경쟁력 확보의 방향을 제시할 수 있다.
이번 절에서는 다른 주요 응용 도메인들에 대표적으로 사용되는 차량 네트워크 기술들에 대해서 설명하도록 하겠다. 세 가지 가장 일반적인 차량 네트워크, 즉 LIN, CAN 및 FlexRay 에 대하여 중점적으로 알아보고 다음 절에서는 비교적 최근에 차세대 차량 네트워크 기술로 주목을 받고 있는 이더넷 기술에 대하여 알아보도록 하겠다.

제안 방법

이번 절에서는 다른 주요 응용 도메인들에 대표적으로 사용되는 차량 네트워크 기술들에 대해서 설명하도록 하겠다. 세 가지 가장 일반적인 차량 네트워크, 즉 LIN, CAN 및 FlexRay 에 대하여 중점적으로 알아보고 다음 절에서는 비교적 최근에 차세대 차량 네트워크 기술로 주목을 받고 있는 이더넷 기술에 대하여 알아보도록 하겠다. 임베디드 통신 네트워크는 기능을 향상시키고 배선의 양을 혁신적으로 줄이는데 공헌했지만, 상이한 네트워크에 대한 이종 와이어와 게이트웨이의 사용은 구조적으로 상당히 복잡하며 가격이 비싼 단점이 있다.
소프트웨어 재사용 및 개발 생산성을 높이기 위해서 자동차 OEM, 협력업체, 그리고 여러 전장업체들은 AUTOSAR(AUTomotive Open Systems ARchitecture)라고 하는 파트너쉽을 만들었다. AUTOSAR는차량 전장용 임베디드 소프트웨어 아키텍처 표준화를 정의하고 네트워크로 연결된 ECU의 소프트웨어 구성을 지원한다.
CAN은 결정적충돌해결(Deterministic Collision Resolution) 을 사용하여 통신 필드버스에 대한 접근을 제어하는 충돌회피 브로드캐스트 버스(충돌 방지 기능이 있는 캐리어 감지 다중 액세스, CSMA/CA)이다. 실시간성을 보장하고 타이밍 분석을 수행할 수 있는 고정 우선 순위 기반 중재 메커니즘을 구현한다. 실시간 분산 제어시스템의 복잡도가 증가함에 따라 프로세서의 처리 능력은 향상 되었고 CAN 필드버스에 연결되는 ECU의 수도 증가하고 있다.
차량 네트워크 설계의 패러다임 변화는 메시지가 도메인 경계를 통해서 하위 대상 제어기로 전송되는 방식에서도 찾을 수 있다. 이전까지의 차량 네트워크가 복잡하고 도메인 의존적인 게이트웨이를 통해서 데이터 전송을 구현한데 반해, 이더넷 백본 네트워크에 서는 기술이 이미 성숙단계에 있는 이더넷 라우터와 스위치에서의 IP 기반 라우팅과 게이트웨이 기능 구현을 제안한다. IP 기반 라우팅은 기본 네트워크 구현에 의존하지 않으므로 전체 차량내 네트워크에 대한 통일된 주소 지정 개념을 적용할 수 있게 한다.

성능/효과

이는 고정식 기계 구성 요소를 동적 구성 또는 재구성 가능한 전자 구성 요소로 교체하면서 유기적인 전체 시스템 수준의 통합을 가능케했다. 버스 토폴로지로 연결된 통신 네트워크는 배선의 수를 대폭 줄이고 X-by-wire 시스템은 고도의 신뢰성과 내결함성이 있는 전자 제어시스템으로 기존 기계 또는 유압 메커니즘에 대한 의존을 줄임으로써 차량을 더 가볍고 저렴하고 안전하게 할 뿐만 아니라 연비 향상의 효과도 가져왔다.

후속연구

AUTOSAR Adaptive는 변화/적응 가능한 가변적 네트워크 아키텍처를 지원한다는 점에서 기존 AUTOSAR 표준과 차별화된다. 가변적 네트워크 구성은 커넥티비티, 첨단운전지원, 그리고 자율주행에서 요구하는 다양하고 실시간적인 기능 요구 사양들을 만족할 수 있는 전장 구조를 가능케 할 수 있을 것으로 기대된다.
실시간 분산 제어시스템의 복잡도가 증가함에 따라 프로세서의 처리 능력은 향상 되었고 CAN 필드버스에 연결되는 ECU의 수도 증가하고 있다. 더 많은 노드가 필드버스에 연결되면서 CAN의 최대 속도인 1Mbps는 성능 병목현상을 발생시키는데, 이를 해결하기 위한 달성 가능한 버스 이용률을 증가시키는 방법으로써 타이밍 요구 사항을 만족시키면서 증가 된 이용을 실현할 수 있도록 하는 새로운 해서 및 분석 방법 그리고 CAN을 효율적으로 스케줄링하는 기술의 개발이 필요하다.
이더넷 기반의 차량 네트쿼크 아키텍처는 자동차 산업의 기술을 전반적으로 IT 산업의 기술들과 호환될 수 있도록 하기 위해 표준화하는 움직임을 가속화시킬 것으로 전망된다. 더 많은 자동차 OEM의 이더넷 기반 네트워크 아키텍처 채택은 결과적으로는 대량생산에 따른 개발 비용 절감과 다양한 이더넷 호환 제품들이 시장에 나올 수 있도록 할 것이다.
이는 이더넷이 진단, 오디오/비디오 스트리밍 및 고도의 신뢰를 요구하는 제어 데이터의 전송까지 다양한 클래스의 데이터를 수용할 수 있기 때문이다. 완전 이더넷 기반의 자동차 네트워크 아키텍처로의 전환이 지금 당장 이루어지기 보다는 점차적으로 진행될 것이라고 예상된다. AVB(Audio Video Bridging) 이더넷과 TTEthernet은 이미 실시간 성능과 함께 다양한 수준의 QoS(Quality of Service)를 제공할 수 있지만 동일한 통신 구조에서 서로 다른 데이터 클래스의 공존을 검증하기 위한 추가 작업이 더 필요하다.
그림 13에서 볼 수 있듯이 차량 아키텍처 구성을 단순화 시킨다. 제어기 통합과 네트워크 아키텍처 구성의 간소화 및 최적화는 자동차 OEM들이 자율주행 그리고 커넥티드카와 같은 미래 기술들을 원활하게 차량에 접목할 수 있도록 하는데 중추적인 역할을 할 것이다.
카메라, 레이더 그리고 초음파 센서들은 차량 주변을 감지하고 소리 또는 영상으로써 운전자에게 주변 상황에 대한 정보를 제공한다. 타이어공기압 경보시스템(Tire Pressure Monitoring System)과 같이 라디오 주파수를 이용한 무선 통신으로 센서와 장치가 연결되는 경우도 있지만, 보안에 취약하고 통신 신뢰성을 보장하지 못한다는 측면에서 그 사용에는 한계가 있기 때문에 와이어링(배선) 하네스를 통한 통신이 앞으로도 대부분의 차량내 통신을 위해서 지배적으로 사용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	와이어링(배선) 하네스를 이용한 통신이 주를 이루게 된다는 이유는 무엇인가?	카메라, 레이더 그리고 초음파 센서들은 차량 주변을 감지하고 소리 또는 영상으로써 운전자에게 주변 상황에 대한 정보를 제공한다. 타이어공기압 경보시스템(Tire Pressure Monitoring System)과 같이 라디오 주파수를 이용한 무선 통신으로 센서와 장치가 연결되는 경우도 있지만, 보안에 취약하고 통신 신뢰성을 보장하지 못한다는 측면에서 그사용에는 한계가 있기 때문에 와이어링(배선) 하네스를 통한 통신이 앞으로도 대부분의 차량내 통신을 위해서 지배적으로 사용될 것이다.
	네트워크 아키텍처의 등장 배경은 무엇인가?	ECU를 통해서 구현되는 새로운 기능이 추가적으로 차량에 적용됨에 따라서 새로운 하드웨어와 소프트웨어 그리고 다른 제어기들과의 연결을 위한 네트워크 개발을 요구하게 되었는데, 이는 설계의 복잡성을 증가시켜서 생산 단가를 높일 뿐만 아니라 기능 신뢰도 측면에서도 부정적인 영향을 미친다. 이러한 복잡도 증가와 단가 상승 그리고 신뢰성 확보의 문제를 해결하고 설계 확장성을 높이기 위해서, 차량내 통신 네트워크를 시스템적으로 설계하고자 하는 엔지니어들의 노력으로 네트워크 아키텍처에 대한 고민이 시작되었다.
	분산 임베디드 제어 방식이란 무엇인가?	기본적으로 지금까지의 자동차 전자 제어 시스템은 분산 임베디드 제어 방식이다. 하나의 전자제어장치(Electronic Control Unit(ECU))에 의한 집중 제어가 불가능하기 때문에 차량 네트워크에 의한 분산 제어 또는 복수의 전자 제어장치들에 의해서 통합 제어가 이루어진다. 이러한 차량내 분산 전기전자 제어시스템과 네트워크 연결은 그 복잡성과 다양성이 계속해서 증가하는 추세이고 다수의 센서들과 프로세서들이 차량 내에서 물리적으로 분산되어 다양한 기능들을 수행하도록 요구한다.

참고문헌 (12)

Tuohy, S., Glavin, M., Hughes, C., Jones, E., Trivedi, M. and Kilmartin, L., 2015. Intra-vehicle networks: A review. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 16(2), pp.534-545.

상세보기
최지웅, 최은민, 한성민, "차세대 자동차를 위한 스마트카 핵심 네트워크 기술," Convergence Research Review (융합 연구 리뷰), vol. 3, no. 2, pp. 30-60, Feb. 2017.
윤현정, 차량 내부 네트워크 기술 표준화 현황. 한국정보통신기술협회 (2015).
Navet, N., Song, Y., Simonot-Lion, F. and Wilwert, C., 2005. Trends in automotive communication systems. Proceedings of the IEEE, 93(6), pp.1204-1223.
Navet, N. and Simonot-Lion, F., 2008. A review of embedded automotive protocols. Automotive Embedded Systems Handbook, Industrial Information Technology Series, pages, pp.4.1-4.31.
Colt Correa, Charles M. Kozierok, Robert B. Boatright, Jeffrey Quesnelle, "Automotive Ethernet-The Definitive Guide", Intrepid Control Systems (2014).
LIN Specification Package, Revision 2.2A, LIN Consortium, (2010).
FlexRay Communication System, Protocol Specification Version 3.0.1, (2010).
The OPEN Alliance SIG (http://www.opensig.org)
Windriver Automotive Solutions (http://www.windriver.com/solutions/automotive)
AUTOSAR (http://www.autosar.org/)
Adaptive AUTOSAR (https://www.autosar.org/standards/adaptive-platform/)

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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