SAE J1939 표준화 현황

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1 SAE J1939 표준화현황 새로운애플리케이션계층요구사항으로인해 SAE는상용차량의파워트레인을네트워크로연결하는데주로사용되는 J1939 표준을계속개발해나가고있다. 하지만물리전송계층에이르기까지다른통신계층에서도최적화및확장이이루어지고있다. 본자료에서는 500 kbit 물리전송계층의도입과네트워크관리변경사항같은 SAE J1939 연구위원회에서진행되고있는논의의현상황을간략히살펴본다. 또한 AUTOSAR 릴리스 4 및 WWH-OBD 진단부문에서 J1939의표준화를위해추진중인노력에대해서도설명한다. CAN 버스 (ISO 11898에따른고속용 CAN) 를기반으로하는 SAE J1939 표준은주로상용차량에서파워트레인및섀시를네트워크에연결하는데사용된다. 이프로토콜은전자 ECU 간의통신을위한단일화된토대를형성하며플러그앤플레이원리로작동한다. 현재사용되고있는 J1939 표준은 19개의문서로구성되어있다 ( 그림 1). 이표준을담당하는 SAE 부속위원회는매년네번의회의를통해변경사항과추가개발사항을결정한다. 문서의현재버전은 SAE 웹사이트에서개별적으로구매할수도있고 JPaks 라는패키지로일괄구매할수도있다 [1]. SAE J1939 표준화현황 1/10

그림 1. SAE J1939 문서들의현황 (2010 년 9 월현황 ) 늘어난대역폭 지금까지몇년동안이표준에지정된최대 250kbit의대역폭으로인해상용차량개발자들은성능상의제한을받으며연구를진행할수밖에없었다 [2]. 통신측면에서보면 500kbit 데이터전송계층의개발은한참늦은감이있다. 특히유럽상용차량제조업체들은가까운미래에최종결정을내리기위해노력하고있다.

2 그림 1. SAE J1939 문서들의현황 (2010 년 9 월현황 ) 늘어난대역폭 지금까지몇년동안이표준에지정된최대 250kbit의대역폭으로인해상용차량개발자들은성능상의제한을받으며연구를진행할수밖에없었다 [2]. 통신측면에서보면 500kbit 데이터전송계층의개발은한참늦은감이있다. 특히유럽상용차량제조업체들은가까운미래에최종결정을내리기위해노력하고있다. 사양은별도의문서로발표될예정이며주요내용은다음과같다. > 두배의보드율 (250kbit가아닌 500kbit) > [2] 및 [3] 에정의된차폐및비차폐케이블을계속사용가능 > 토폴로지는최대길이가 1m인분기라인이있는버스이다. 진단툴을연결하기위해서는경우에따라길이가 5m인분기라인 ( 진단소켓에서진단툴까지 ) 을사용할수도있다. > 버스는 120Ω의특성임피던스로양쪽모두에서종결된다. 진단플러그에대한사양 [4] 은 500kbit 작동에맞게개정되었다. 또한녹색컬러코딩이지정된차량에 SAE J1939 표준화현황 2/10

3 새로운 유형 II(Type II) 진단소켓이사용되며해당커넥터키연결방식으로인해이전의 250kbit 유형 I(Type I) 진단플러그는사용할수없다. 유형 II 플러그는 유형 I 소켓과호환된다. 또다른변화는 유형 II 진단소켓에서이전에 SAE J1708/J1587에사용되던핀을예비용으로지정하고있다는점이다. 따라서 J1708/J1587 네트워크는더이상 유형 II 진단플러그를통해주소를지정할수없다. 동적주소에대한 SAE 의고민 네트워크관리영역에서도변경된부분이있다 [5]. 지금까지한동안 J1939 위원회는영구적으로할당되는 ECU 주소가부족한상황을처리하는방법에대해많은논의를이어왔다. 특히이는버스에직접연결되는센서를제조하는업체에문제가되는부분이다. 배기가스규제수준이높아지고보조시스템이추가됨에따라새로운디바이스의수가급속도로증가하고있다. 이에따라센서를위한전용네트워크에서새로운프로토콜을구현 ( 예 : 이전에예약된데이터페이지사용 ) 하는것에이르기까지많은대안이제시되었지만모두거부되었다. 그러는동안 SAE는아직새로운주소를추가로할당하지않았는데, ECU 공급업체로서는이러한상황이만족스럽지못했다. 또한공급업체들은해당제품디자인이영구적인가치를가지게될지를모르는경우가많았다. SAE는최신버전의네트워크관리 (Network Management) 에서 AAC(Address Arbitrary Capable) ECU를구현하도록권장하고있다. 이러한 ECU는순간적인차량구성을통해런타임에고유한주소를계산할수있다. 이러한접근방식은본질적으로상용차량영역에서는항상존재해왔지만이전까지실제로구현되거나사용된적이없는동적주소할당의메커니즘을활용하는데목표를두고있다. 완벽성을높이려면네트워크관리와함께새로추가된이름관리 (Name Management) 도언급해야한다. 이는 64비트디바이스이름의특정컴포넌트를변경하기위한표준화된인터페이스이다. 이인터페이스는관련기능또는측정파라미터가디바이스이름에서파생되는경우에필요할수있다. 따라서디바이스이름을사용하여이중흐름배기시스템의왼쪽이나오른쪽에서배기가스온도센서 ( 촉매컨버터의업스트림또는다운스트림 ) 의위치를식별할수있다. 여러 ECU를순서대로 SAE J1939 표준화현황 3/10

4 변경하여특정시점에활성화할수있는데, 이는네트워크의여러 ECU 에새로운기능을동시에 할당해야하는경우등에유용할수있다. 벡터 (Vector) 의 CANalyzer.J1939 버전 7.5 분석툴과 CANoe.J1939 개발및테스트툴에서는이러한 네트워크관리의변경사항을모두지원한다. 더욱가까워진 AUTOSAR 와 J1939 승용차업계의 AUTOSAR 도입이빠른속도로진행되고있다. 게다가상용차량및농기계시장에서도 AUTOSAR의이점을활용하는데관심을두고있다. 하지만이러한시장의특수한요구사항은 AUTOSAR를개발하는데초점이맞춰져있지있다. 따라서지금까지발표된 AUTOSAR 버전은이러한시장에서잠재성이매우제한적이었다. 특히 SAE J1939의요구사항은현재의 AUTOSAR 개념에매핑할수없거나매핑하더라도상당히제한적인방식으로만가능하다. AUTOSAR의 정적 접근방식은 J1939의 동적 동작과대조를이룬다. AUTOSAR 아키텍처에서는고정된 CAN 식별자만허용된다. 즉, 정확히하나의 CAN 식별자와하나의메시지레이아웃사이로할당이고정되어있는것이다. 이와반대로 J1939 관련메시지레이아웃은파라미터그룹 (PG: Parameter Group) 이라는식별자의특정부분에만할당된다. 29비트식별자의일부다른컴포넌트는동적특성을나타내며구성시정의되지않는다. 이러한동적식별자는네트워크에서발생할수있는각각의우선순위조합, 원본주소 (SA) 및대상주소 (DA) 에대한별도의정적식별자를만드는방식으로 AUTOSAR에서모델링할수있다 ( 그림 2). J1939 네트워크의모든노드를알고있고구성시노드주소를이미정의한상태라면 J1939 PG를 AUTOSAR에매핑하기가비교적쉽다. 이러한정적네트워크에서는 ECU 주소가고정되기때문이다. 따라서원본및대상주소도고정되므로정적식별자를통해작동할수있게된다. CAN 프레임에서사용할수있는 8바이트가넘는데이터를전송하기위해 J 에서는두개의전송프로토콜 (TP) 변형을지정하고있는데, 하나는브로드캐스트공지메시지 (BAM: Broadcast Announce Message) 변형이고다른하나는연결모드데이터전송 (CMDT: Connection Mode Data Transfer, RTS/CTS라고도함 ) 변형이다. 둘다이미 AUTOSAR 릴리스 4.0에정의되어있으며 2009년 SAE J1939 표준화현황 4/10

12 월부터지원되었다. 따라서 AUTOSAR 릴리스 4.0 은이미유럽의많은상용차량제조업체의요구 사항을수용하고있는것이다. 그림 2. J1939 네트워크안에서의 29- 비트아이덴티파이어 (Identifier) 의레이아웃 2012 년말에는 AUTOSAR 4.1 을통해 J1939 요구사항을보다세부적으로지원할예정이다.

5 12 월부터지원되었다. 따라서 AUTOSAR 릴리스 4.0 은이미유럽의많은상용차량제조업체의요구 사항을수용하고있는것이다. 그림 2. J1939 네트워크안에서의 29- 비트아이덴티파이어 (Identifier) 의레이아웃 2012 년말에는 AUTOSAR 4.1 을통해 J1939 요구사항을보다세부적으로지원할예정이다. 여기서 지원대상에는유럽및일부북미상용차량 OEM 이포함된다. AUTOSAR 에추가될향상된주요 사양은다음과같다. > 레이아웃이동일한여러메시지지원 ( 동일한파라미터그룹 ) > 동적 NM 없이 ( 즉, AAC 없이 ) SAE J1939/81에따라네트워크지원 > 요청메시지에대한응답 > 진단서비스지원 > J1939를통한온보드진단 (WWH-OBD) 벡터는유럽상용차량 OEM 과함께 AUTOSAR 에대한이러한 J1939 확장표준을지정하려는노력에 적극적으로참여하고있다. 벡터는이미 AUTOSAR 릴리스 4.0 을기반으로하는 J1939 확장표준이 SAE J1939 표준화현황 5/10

적용된 AUTOSAR 솔루션을선보이고있다 ( 그림 3). 이솔루션은유럽의한대규모상용차량 OEM 에서프로덕션환경에곧사용될예정이다. AUTOSAR 릴리스 4.1 에대한확장표준은현재개발 단계에있다. 그림 3. 벡터의 AUTOSAR 베이직소프트웨어에는 2 개의 J1939 전송프로토콜 (TP) 인 BAM 과 CMDT 가포함되어있다.

6 적용된 AUTOSAR 솔루션을선보이고있다 ( 그림 3). 이솔루션은유럽의한대규모상용차량 OEM 에서프로덕션환경에곧사용될예정이다. AUTOSAR 릴리스 4.1 에대한확장표준은현재개발 단계에있다. 그림 3. 벡터의 AUTOSAR 베이직소프트웨어에는 2 개의 J1939 전송프로토콜 (TP) 인 BAM 과 CMDT 가포함되어있다. WWH-OBD 를사용하는상용차량진단 온보드진단 (OBD) 은 ISO에서표준화한진단시스템으로, ODB의응용부문중하나는배기가스방출제어와관련된시스템을모니터링하는것이다. 시간이지남에따라이표준에서여러지역표준 ( 예 : ISO15031) 이파생되었으며, 현재는 WWH-OBD(World-Wide-Harmonized On-Board- Diagnostics) 로다시병합되었다. 이표준은 UN(United Nations) 에서발의했으며 UN의세계기술규정 (GTR-5: Global Technical Regulation 5) 에문서화되어있다. ISO 27145는 GTR 5를기술적으로구현한것으로, WWH-OBD에대한기술제약사항을정하고있다. WWH-OBD는처음에는상용차량시장을대상으로하고있지만결과적으로는다른차량산업으로도확장되어야한다. ISO 는 6 개의부분으로구성되어있다 ( 그림 4). 현재문서상태는 국제표준초안 (DIS: Draft International Standard) 이며최종안은 2011 년말로예정되어있다. 첫번째단계는방출량제어및 진단통신에대한요구사항을정하는일이었다. 이를위해차량측구현, 데이터액세스및 OBD SAE J1939 표준화현황 6/10

데이터를지정했다. 현재여러지역기관에서는여전히제한사항및임계값을정의하는중이며 이후에도조화가이루어지지는않을전망이다. 그림 4. WWH-OBD 는 6 개의 ISO 27145 문서에명시되어있다.

WWH-OBD로경제적으로전환할수있도록처음에는 CAN을통한진단이계속사용될예정이다. 장기적으로는이더넷을통한유선또는무선액세스기능을구현하는 DoIP(Diagnostics over Internet Protocol) 도가능할수있다. 그림 5.

7 데이터를지정했다. 현재여러지역기관에서는여전히제한사항및임계값을정의하는중이며 이후에도조화가이루어지지는않을전망이다. 그림 4. WWH-OBD 는 6 개의 ISO 문서에명시되어있다. 현재상용차량의온보드진단을위해두개의 CAN 기반프로토콜인 Diagnostics on CAN (ISO ) 및 J 이광범위하게사용되고있다 ( 그림 5). WWH-OBD로경제적으로전환할수있도록처음에는 CAN을통한진단이계속사용될예정이다. 장기적으로는이더넷을통한유선또는무선액세스기능을구현하는 DoIP(Diagnostics over Internet Protocol) 도가능할수있다. 그림 5. CAN 기반프로토콜로시행되는상용자동차의온보드진단. 현재의 OBD-II 표준과달리 WWH-OBD 에서는이미 ISO UDS(Unified Diagnostic Services) 로 정의된서비스를활용하며추가로필요한 OBD 관련서비스는없다. 특히 WWH-OBD 에서는 그림에서처럼 UDS 서비스를지원해야한다 ( 그림 6). SAE J1939 표준화현황 7/10

그림 6. WWH-OBD 는 UDS 로부터진단서비스를이용한다. 2014 년부터는새로등록되는모든대형 (Heavy-duty) 상용차량이 Euro VI 표준을따라야하므로 WWH-OBD 진단기능을갖춰야한다. 새로운유형의차량과관련된개발업무에서는이보다 1 년빠른 2013 년 1 월 1 일부터표준을충족해야한다.

8 그림 6. WWH-OBD 는 UDS 로부터진단서비스를이용한다 년부터는새로등록되는모든대형 (Heavy-duty) 상용차량이 Euro VI 표준을따라야하므로 WWH-OBD 진단기능을갖춰야한다. 새로운유형의차량과관련된개발업무에서는이보다 1 년빠른 2013 년 1 월 1 일부터표준을충족해야한다. UDS 진단서비스는 J1939도함께지원하는 CANbedded 통신소프트웨어를통해구현할수있는데, 이러한소프트웨어는벡터에서제공하며많은프로덕션구현을통해실제환경에서검증을마친상태이다. 또한최근에는 UDS를통한 WWH-OBD 진단기능을구현하기위해프로덕션환경에바로사용가능한 AUTOSAR 솔루션이나오기도했다. J1939 영역에기술된개발사항에서는이표준이어떤식으로현재의요구사항에맞게계속해서정기적으로조정되고있는지를보여준다. 승용차기술개념의이전, 확장및수정노력은 J1939 ECU 개발의경제성을높이는데목표를두고있다. 벡터는수년간축적한네트워킹관련전문기술을통해표준위원회에적극적으로관여하며꾸준히기여하고있다. 또한상용차량전자장치개발자들은임베디드소프트웨어및개발툴에새로운표준이조기에개발됨에따라혜택을얻고있다. 독일출판물 Elektronik Automotive 2010 년 12 월호번역판 그림제공 Vector Informatik GmbH SAE J1939 표준화현황 8/10

9 저자 : 피터펠메스 (Peter Fellmeth) 벡터 (Vector Informatick GmbH) 의그룹책임자이자제품관리자로근무하며 J1939, ISOBUS, 이더넷및 Car2x와관련된제품개발과고객별프로젝트를담당하고있다. 피터는 SAE J1939 및 ISO 11783(TC23/SC19/WG1) 의표준화에관여하는여러연구그룹에서회원으로적극적으로활동하고있다. 홀거소늘레 (Holger Sohnle) 벡터 (Vector Informatick GmbH) 의제품관리자로근무하며 J1939 및 ISOBUS 영역의임베디드소프트웨어를담당하고있다. 참조 : [1] [2] CAN und offene Protokolle im Nutzfahrzeug [ CAN and Open Protocols in Commercial Vehicles ], Elektronik automotive 5/2005, page 60 [3] SAE, J , Physical Layer, 250K bits/s, Twisted Shielded Pair [4] SAE, J , Reduced Physical Layer, 250K bits/sec, Un-Shielded Twisted Pair (UTP) [5] SAE, J , Off-Board Diagnostic Connector [6] SAE, J , Network Management SAE J1939 표준화현황 9/10

10 링크 : Homepage Vector: Solutions for J1939: Solutions for AUTOSAR: Product Information CANoe.J1939: Product Information CANbedded J1939: 본자료배포시최종인쇄물을당사에보내주시면감사하겠습니다. 배포와관련하여문의사항이있으시면언제든지연락주시기바랍니다 : 벡터코리아편집자연락처 : 마케팅부김용성서울특별시구로구구로동 마리오타워 1406 호 Tel Ext.5009, Fax Yongseong.Kim@vector.com SAE J1939 표준화현황 10/10

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론 2. 관련연구 2.1 MQTT 프로토콜 Fig. 1. Topic-based Publish/Subscribe Communication Model. Table 1. Delivery and Guarantee by MQTT QoS Level 2.1 MQTT-SN 프로토콜 Fig. 2. MQTT-SN