표준 시험인증기술동향 차량용이더넷기술및표준동향 이정환한국전자통신연구원선임연구원 황현용한국전자통신연구원선임연구원 1. 머리말최근세계자동차업계에서는기존이더넷기술을자동차에도입하고자하는연구가활발히진행중이다. 현재의자동차네트워크는첨단운전보조장치, 인포테인먼트및진단장치등의수요로차량용전자제어장치의수와복잡성이증가하고있으며높은대역폭과융합을필요로하고있다. 이에따라자동차제조사, 차량용부품제조업체, 차량용반도체업체등은기존의차량용네트워크를대체할수있는새로운네트워크의필요성을제기하였다. 이에데이터통신네트워크에서널리사용중인이더넷기술을차량용네트워크로적용하기위한작업을진행하게되었다. 차량용네트워크로써이더넷기술을사용하는경우, 높은대역폭제공이가능하고전자제어장치개수감소및시스템의복잡도를줄일수있다. 또한, 기존의무거운케이블을이더넷케이블로대체하면차체의경량화와전체부품비용감소를유발할수있다. 이러한이유로, 세계자동차의주요업체들이자동차에이더넷기술을적용 한상용화제품을출시하기위해연구개발을진행중이며, 표준화기구에서는자동차네트워크용이더넷표준을제정하기위하여활발하게움직이고있다. 본고에서는차세대차량용네트워크로서관심을받고있는차량용이더넷기술의개요및표준화동향과업체별차량용이더넷적용현황을소개하고자한다. 2. 차량용이더넷기술동향자동차내부에는 LIN(Local Interconnect Network), CAN(Controller Area Network), FlexRay 등의다양한통신시스템이존재하고있다. 이러한차량통신시스템의이종성으로인해네트워크의통신효율, 전자시스템의비용및복잡성에대한문제가생기고있다. 차량통신시스템의이종성을줄이게되면개발비와복잡성이줄어들게되므로그대안으로업계에서차세대차량네트워크기술로이더넷을주목하고있다. 차량용이더넷기술은이러한장점을가지므로자동차내부에서다양한응용시스템에적용할수있다. TTA Journal Vol.146 061
의이더넷물리층칩을발표하였다. 2.2 운전보조장치 Infotainment 360 Camera System On-Board Diagnostics [ 그림 1] 차량용이더넷기술응용시스템 2.1 진단장치기존차량네트워크통신방식은제한된데이터전송속도와대역폭으로인해점차늘어나는진단정보들을수용할성능이충분하지않다. 따라서현재진단정보는데이터용량의증가와복잡성으로새로운방식의통신방식을요구하고있으며, 이로인해차량용이더넷기술은 OBD(On-Board Diagnostics) 분야에서관심을받고있다. OBD 분야에대한차량용이더넷기술은 ISO 13400 시리즈로제정된이더넷프로토콜기반의진단통신표준에의해가속화되었다. ISO 13400-1 은일반적인정보와유즈케이스정의, ISO 13400-2 는트랜스포트프로토콜과네트워크계층서비스, ISO 13400-3 은 IEEE 802.3 표준기반의유선자동차인터페이스, 그리고 ISO 13400-4 는이더넷기반의고속통신데이터링크커넥터를다루고있다. 브로드컴은 2010 년에 single twist pair를통해전이중방식을지원하여차량용이더넷솔루션제공이가능한 BroadR-Reach R 100Mbps 이더넷기술을선보였다. NXP는 2011 년에브로드컴의 BroadR- Reach R 기술을이용하여이더넷물리층칩을개발한다고발표했다. 또다른반도체업체인마벨과마이크렐은 2012 년에차량내부진단통신과같은다양한응용을위해상호운용이가능한 IEEE 802.3 표준기반 현재자동차제조사및부품공급업체들은다양한첨단운전보조장치 (ADAS: Advanced Driver Assist System) 를개발하고있다. 이러한첨단운전보조장치들은음성, 영상, 대용량데이터처리를요구하므로, 카메라대수의증가및고해상도대용량데이터의요구에따라차량용이더넷기술이이를해결할수있는최적으로솔루션으로평가되고있다. 프리스케일은 2012 년에다양한첨단운전보조장치에사용될수있는반도체솔루션을발표하였다. 프리스케일은단거리 / 장거리지원레이더를이용하는레이더솔루션과 LVDS 를차량용이더넷으로대체하기위해 MJPEG 로전송하는비전솔루션을제시했다. 현대자동차는브로드컴과함께 2012 년에차세대커넥티드카를공동으로개발하기로발표하였다. 브로드컴은차세대커넥티드카를위해현대자동차에 BroadR- Reach R 기술을제공하고, 현대자동차는이기술을이용하여서라운드뷰시스템, 차선이탈방지시스템과같은첨단운전보조장치를개발한다고발표했다. 2.3 인포테인먼트시스템현재자동차는차내에서오락과정보를모두수용할수있는시스템으로진화하고있으며, 오락및정보시스템을총칭하는인포테인먼트시스템에적용될예정이다. 이를위해음성데이터와영상데이터를지연없이동기화시켜전송할수있는차량용이더넷기술을인포테인먼트시스템에적용하려는시도들이늘고있다. 차량용인포테인먼트플랫폼국제표준인 GENIVI (GENeva In Vehicle Infotainment) 는인포테인먼트관련데이터전송을위해이더넷인터페이스사용을계획하고있다. 이를위해 GENIVI 는 2012 년에자동차이더넷국제산업포럼인 AVnu 얼라이언스와공동 062 03/04 2013
으로차량용인포테인먼트시스템을개발하기로합의했다. 또한, GENIVI 는 2013 년에국제전자제품박람회에서일본 JASPAR 와함께이더넷기반의차량네트워킹방안을협의하였다. 콘티넨탈오토모티브는 2012 년에국제전자제품박람회에서첨단운전보조장치를선보였다. 이첨단운전보조장치는차량주변 360 도전체에대한비디오신호가실시간으로인포테인먼트시스템에전송되는것을보여주었다. 3. 차량용이더넷기술표준화동향 3.1 OPEN Alliance SIG 오픈얼라이언스 SIG(Special Interest Group) 는 2011년 11월에차량환경에적합한이더넷표준을제정하여사용을확산하고자브로드컴, BMW, 프리스케일반도체, 하만인터내셔널, 현대자동차, NXP 반도체등이주축으로설립특수영리단체다. 주요목적은차량네트워크에이더넷기술채택, 비차폐트위스트단일쌍케이블상의이더넷연결산업표준제정, 그리고개방형의확장가능한이더넷기반망에폐쇄적인애플리케이션을병합하는것이다. 오픈얼라이언스 SIG 표준은기존의 IEEE 802.3 이더넷표준은준수하고 PHY 부분만표준으로제정한다. 이에 PHY는네쌍케이블을사용하는기존의이더넷과달리단지한쌍케이블 을사용하고, 파워오버이더넷처럼케이블을통해전력전송도가능하다. 또한, 브로드컴사의 브로드 R- 리치 이더넷기술을표준으로채택하고있으며, 브로드컴사는 브로드 R- 리치 이더넷기술에관심이있는회원사들에게타당성과비차별성조건에의해라이선스사용을허용하고있다. 오픈얼라이언스 SIG는운영위원회 (SC: Steering Committee) 와 5개의기술위원회 (TC: Technical Committee) 로구성되어있다. TC1은 100Mbps BroadR-Reach 표준설명과상호운영시험에대한지침을마련하고있으며, TC2 는 BroadR-Reach PHY 에대한최소한의진단요구사항및시험방법론과케이블, 커넥터등장비에대한요구사항에대해지침을정립중이다. TC3는 IEEE 802.3 RTPGE(Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet) 스터디그룹과상호연계해차량용네트워크에기가비트이더넷적용에대한개요및요구사항을정의하고있다. TC4 는차량, 전자제어장치및애플리케이션레벨별로유스케이스를조사하고, 이를토대로도구와벤더들의자세한정보를제공하는데목적이있다. TC5 는 100Mbps BroadR-Reach PHY 환경에서적용될수있는 IPv6/IPv4, TCP/UDP 및 IEEE 802.1Q Ethernet VLAN 등과같은다양한상위계층프로토콜들이문제없이동작되는지를검증하고있다. Steering Committee(SC) Facilitate the adoption of Ethernet-based communication in automotive Communication Committee(CC) TC 1 BroadR-Reach 100Mbps Specification TC 2 Enabling Technologies for 100Mbps BroadR-Reach TC 3 Gigabit Rate Ethernet for automotive TC 4 Tools TC 5 Gap Handling [ 그림 2] OPEN Alliance SIG 표준화그룹 TTA Journal Vol.146 063
3.2 AVnu Alliance AVnu 얼라이언스는 IEEE 802.1 Audio Video Bridging(AVB), IEEE 1722, IEEE1733, 그리고다양한네트워크링크계층들과관련된표준들의채택을촉구해전문적인품질의음성및영상전송의개발에몰두하는산업포럼이다. AVnu 얼라이언스는네트워크로연결된오디오, 비디오디바이스들의 AVB 상호연동가능성을확인하기위한프로세스및테스트절차들을제공한다. AVnu 얼라이언스는마케팅워크그룹 (MWG) 과테크니컬워크그룹 (TWG) 으로분류된다. 마케팅워크그룹에서는전문 AV 시스템, 자동차, 가전제품로구분되며, 자동차관련 AVnu 기반공통요구사항들은 IEEE AVB 802.1AS, Qat, Qav, IEEE 1722, IEEE 1722.1 표준들을포함하고있다. IEEE AVB 802.1AS 표준은 AVB 네트워크에서정확한동기화를제공하기위한요구사항이다. IEEE AVB 802.1Qat 표준은 AVB 네트워크에서스트림의대역폭예약을제공하기위한요구사항이다. IEEE AVB 802.1Qav 표준은 AVB 네트워크에서스트림을위해트래픽제어를제공하기위한요구사항이다. IEEE1722 표준은 AVB 네트워크에서 2계층을위해전송프로토콜을제공하기위한요구사항이다. 3.3 AUTOSAR AUTOSAR(AUTomotive Open System ARchitecture) 는최근차량용전자장비가복잡해짐에따라하드웨어나전자제어장치에의존적인소프트웨어의복잡성해결하고, 완성차업체와부품개발업체간전장소프트웨어재사용성및호환성개선과자동차의생산비용절감을목적으로만든개방형자동차소프트웨어플랫폼이다. 2003 년 6월 BMW, 폭스바겐, 콘티넨탈등세계적인자동차제조업체및부품제조업체들이공동으로참여해만든산업표준이다. AUTOSAR에서도차량에이더넷기술을도입하기위해 R4.x 버전부터이더넷통신클러스터를포함시켰다. 이를지원하고자이더넷드라이버, 이더넷트랜시버드라이버, 이더넷인터페이스, 이더넷상태매니저, UDP 네트워크매니저, 소켓어댑터등신규모듈이추가되었다. 이더넷드라이버와이더넷트랜시버드라이버는 AUTOSAR 소프트웨어아키텍처에서 MCAL(Microcontroller Abstraction Layer) 계층에속하며상위계층인이더넷인터페이스에하드웨어와독립적인인터페이스를제공하고, 이더넷프레임송수신역할을담당한다. 이더넷인터페이스는 EAL(ECU Abstraction Layer) 계층에속 TBD Formats System Profiles TBD Formats Avnu Pro Logo Avnu profile Certification Results Certification Results Consumer Logo Common Format Common Format Common Format AVnu Output Control Pro Base (Profile) Control Base (Profile) Control Consumer Base (Profile) Pro C&I C&I Avnu End-Point Certifications Consumer C&I Avnu Base Common Requirements (includes IEEE AVB 802.1AS, Qat, Qav, IEEE 1722, 1722.1) + Avnu Bridge Certifications Related MWG (Requirements) TWG (Test Generation) [ 그림 3] AVnu Alliance 표준화그룹 064 03/04 2013
RTE IPDU multiplexer AUTOSAR COM Dcm IF-PDUs IF-PDUs TP-PDUs TP-PDUs PDU Router IF-PDUs TP-PDUs TP-PDUs TP-PDUs TP-PDUs DoIP, SoAd, TCP/IP FlexRay TP CAN TP LIN TP IP-Datagram N-PDUs IF-PDUs N-PDUs IF-PDUs N-PDUs IF-PDUs Communication Service Ethernet Interface FlexRay Interface CAN Interface LIN Interface Eth Frame FlexRay Frame CAN Frame LIN Frame Communication HW Abstraction Ethernet Driver FlexRay Driver CAN Driver LIN Driver Communication Driver [ 그림 4] AUTOSAR 4.x 소프트웨어플랫폼구조도 하며다양한이더넷컨트롤러와이더넷트랜스시버들로구성된이더넷통신시스템인터페이스를제공하고, IP(Internet Protocol) 와 ARP(Address Resolution Protocol) 등과같은상위계층에게공통된형식으로하위버스시스템의사용을가능하게한다. 이더넷상태매니저는 EAL 계층에속하며이더넷통신클러스터의통신을시작하거나중지시키는통신매니저의역할을수행한다. UDP 네트워크매니저는 TCP/IP 스택을사용하는프로토콜로네트워크의정상동작과버스 -슬립모드간전이를관리하는역할을수행한다. 소켓어댑터는 PDU 라우터와 TCP/IP 프로토콜스택사이에존재하며, PDU 라우터와 TCP/ IP 프로토콜스택간의인터페이스를생성하는역할을수행하고 TCP/IP 스택의에러동작을검색하고처리한다. 또한, BSD(Berkley Software Distribution) 계열의상용제품을기반으로하고있으나, 성능향상을위해수정이나확장을허용하고있다. 이더넷기술과표준화동향에대해살펴보았다. 컨티넨탈, BMW, 폭스바겐등주요자동차업체들은차량용이더넷기술을연구중이며상용화제품개발준비에박차를가하고있다. 현재는인포테인먼트나운전자보조장치등정보계를중심으로제품개발을하고있으나, 향후제어계를포함해차량내전체네트워크를이더넷으로대체할계획을갖고있다. 국내에서도자동차관련제조및부품업체와네트워크장비개발업체가포럼을구성해카메라기반운전자지원시스템에적용할차량용이더넷스위치및게이트웨이등을개발중이다. 표준화에있어서는 ETRI, 현대자동차, 현대오트론등이오픈얼라이언스 SIG에가입하여활동중이나, 국내에서는크게움직임이없는상황이다. 차량용이더넷기술이현실화되기위해서는자동차와네트워크관련업체및연구소들의적극적인국내외표준화활동과협력이보다강화되어야할것이다. [ 참고문헌 ] 4. 맺음말 지금까지본고에서는최근주목받고있는자동차 [1] OPEN Alliance, OPEN Alliance Goals, Techinical Committees and Procedures, 2012. 11. 23. [2] Rick Kreifeldt, AVnu Supporting the Industry, Continental Technology day, 2012. 9. TTA Journal Vol.146 065
[3] 이정환, 차량용이더넷표준화활동현황, ICT Standard Weekly, 2013. 2. 4. [4] 한태만, 은지숙, 황현용, 차량용이더넷기술의현황및동향, 정보통신산업진흥원, 2012. 10. 9. [5] 성기순, 한태만, 차량 SW 플랫폼표준화동향, 전자통신동향분석제26권제6호, 2011. 12. [6] ISO, http://www.iso.org/, ISO 13400-1, ISO 13400-2, ISO 13400-3, ISO 13400-4. [7] Rob Hoeben, Ethernet gaining traction, OPEN Alliance, 2012. 9. [8] AUTOSAR, http://www.autosar.org/, Release 4.0 Overview and Revision History, AUTOSAR, 2009. 12. [9] Holger Gryska, Freescale Solutions for ADAS and Ethernet for, Frescale Technology Forum, 2012. 9. [10] Jakob Harder, Ethernet-based Vehicle Networking, JASPAR GENIVI F2F@CES, 2013. 1. 정보통신용어해설 비에스디 (BSD) 허가서 Berkeley Software Distribution License [BSD License] [ 관리운용 ] 캘리포니아대학이관장하고있는공개라이선스. 유닉스 (Unix) 의양대뿌리중하나인버클리의캘리포니아대학에서배포하는공개소프트웨어의라이선스이다. GNU 자유소프트웨어재단의일반공중라이선스 (GPL) 보다훨씬개방적인 4개항의간단한문구로되어있다. GPL 의경우, 파생된 SW도동일한라이선스를의무화하고있으나, BSD는자신의용도로사용이가능한차이가있다. 그동안 sendmail을비롯하여수많은인터넷관련소프트웨어의소스나바이너리가 BSD 라이선스로공개되어소프트웨어및인터넷발전에기여한바크다. 이러한정신은 FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, BSDi 등파생된라이선스에서도그대로이어지고있다. 066 03/04 2013