자동차 산업에서 네트워크 기술
의 중요성
Sonatus 3월 말 독일 뮌헨에서 열린 ‘자동차 이더넷 컨퍼런스(Automotive Ethernet Congress )’에 참석했습니다. 이 행사에는 26개국에서 온 1,000명 이상의 참가자, 연사 및 전시업체가 모였습니다. 이 행사는 자동차 이더넷 생태계를 이끄는 활력을 고스란히 보여주었습니다. 자동차 기술 세계에 깊이 빠져들수록 “소프트웨어가 세상을 집어삼키고 있다”는 말이 계속 머릿속을 맴돌지만, 이제는 이를 “네트워크가 세상을 집어삼키고 있다”로 바꿔야 할지도 모르겠습니다. 차량 내에서, 고립된 구성 요소에 상주하던 소프트웨어 기능들은 이제 다른 소프트웨어 기능들에 노출되고 있습니다. 일부는 중앙 집중화되어 있고, 일부는 클라우드에 있으며, 잠재적으로는 인접한 차량에 위치해 있을 수도 있습니다. 이는 서비스와 애플리케이션에 지대한 영향을 미칩니다. 이로 인해 서비스 품질, 대역폭, 신뢰성, 보안, 전력 소비 및 비용 측면에서 네트워크에 막대한 부담이 가해집니다. ‘자동차 이더넷 컨퍼런스’는 이더넷 기술의 적용을 통해 이러한 ‘삼켜진 세상’이 어떻게 실현될 수 있을지 살펴볼 기회를 제공했습니다. 다음은 세 가지 주요 핵심 내용입니다:
1. 고성능 차량 네트워크 구축이 매우 중요할 것입니다
이더넷 기술은 공공 및 민간 유선 인터넷의 표준입니다. 그러나 기존의 차량 내 네트워크는 CAN 및 Flexray를 비롯한 여러 대체 기술로 구성되어 있습니다. 이러한 기술들은 저비용과 결정론적 성능을 결합하여 차량 내 네트워크에 적합한 특성을 갖추고 있지만, 인터넷 및 클라우드 기술을 차량에 도입하려는 시점에서 볼 때, 이러한 기존 네트워크는 MTU, 대역폭, 효율성, 중복성 및 QoS 측면에서 문제를 안고 있습니다.
10BASE-T1S PHY는 기존 이더넷 PHY와 관련된 문제점을 해결하는 동시에 저비용 ECU에 이더넷 MAC을 제공함으로써, 게이트웨이나 터널링 방식 없이도 차량 전반에 걸쳐 네트워크 계층 연결성을 확보합니다. 이제 서비스 지향 아키텍처는 클라우드 및 커넥티드 카 서비스를 포함할 수 있는 평면형 아키텍처 내에서 모든 ECU를 직접 아우를 수 있게 되었습니다.
10BASE-T1S는 반이중 방식의 10BASE-T를 연상시키는 단일 트위스트 페어를 규정합니다. 이 방식은 CSMA/CD를 실행할 수 있지만, 대역폭 효율이 매우 높은 TDMA 메커니즘도 갖추고 있습니다. 이 모드를 PLCA(PHY Level Collision Avoidance)라고 합니다. PLCA의 장점은 스테이션에 할당된 액세스 기간이 20비트로 매우 짧지만, 전송할 데이터가 있을 경우 데이터의 실제 길이로 확장된다는 점입니다. 스테이션은 자신의 액세스 기간이 올 때까지 기다린 후 전송합니다. 한 스테이션이 전송을 마치면 다음 스테이션의 전송 기회가 20비트 동안 열리며, 전송할 데이터가 없는 경우 20비트만 낭비됩니다. 무작위 백오프 기간이 없기 때문에 노드 수가 알려져 있다면 네트워크의 최악의 경우 성능은 결정론적입니다. 8개 노드로 구성된 네트워크는 모든 노드가 전송해야 할 때 매우 효율적(99.5%)이며, 단 하나의 노드만 전송할 때는 최소 크기에서 최대 크기 프레임에 걸쳐 78.3%에서 98.7%의 효율을 보입니다.
네트워크 계층이 저가형 ECU로 확대됨에 따라, Sonatus 의 차량용 소프트웨어는 해당 애플리케이션의 대역폭, QoS 및 전력 요구 사항을 충족할 수 있도록 이러한 네트워크를 적절하게 구성합니다.
2. 전기차 시대를 맞아 OEM 기업들은 에너지 효율이 높은 네트워크가 필요하다
차량 네트워크에는 비대칭적인 트래픽 패턴이 널리 퍼져 있습니다. 카메라와 디스플레이는 매우 비대칭적인 특성을 보이는데, 카메라는 많은 양의 영상 데이터를 전송하지만 수신하는 데이터는 극히 적습니다(대부분 제어 데이터). 반면 디스플레이는 많은 양의 데이터를 수신하지만 전송하는 데이터는 극히 적습니다. 두 경우 모두 필요한 대역폭이 큽니다.
따라서 OEM 업체들은 노드와 스위치 사이에 대역폭이 한 방향으로만 완전히 활용되는 고대역폭 링크를 설치할 수밖에 없습니다. PHY는 에너지를 소모하는데, 이는 에너지 효율이 가장 중요한 고려 사항인 전기차의 경우 문제가 될 수 있습니다. 전송이 전혀 이루어지지 않는 상태에서 PHY를 가동하는 것은 에너지 낭비입니다.
EEE는 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 IEEE 802 기술입니다. 기본 개념은 일정 기간 동안 PHY를 일부 시간 동안만 작동시키는 것입니다. 비대칭 데이터 전송 속도에 맞춰 이더넷을 더욱 최적화하기 위해 ASA 2.0이라는 새로운 이더넷 PHY가 제안되고 있습니다. 이러한 최적화의 이점을 얻으려면 예상되는 비대칭 데이터 전송 속도에 따라 PHY를 구성해야 합니다. SDN 솔루션은 이 문제에 적합합니다. QoS 및 신뢰성 문제를 해결하기 위해 이미 네트워크 트래픽 정보가 필요하며, 이 정보를 활용하여 전력 관리 문제를 해결할 수 있기 때문입니다.
3. 애자일 소프트웨어 아키텍처는 필수적이다
AutoSAR은 현대 자동차에서 이더넷 스위칭의 중요성을 강조하며, 이더넷 스위치 구성을 위한 데이터 모델을 개발하고 있습니다. 이 모델은 저수준으로 기술되어 있으며, 기본적인 스위치 객체에 중점을 둡니다. 따라서 구성을 생성하고 이를 스위치에 배포하기 위해서는 별도의 애플리케이션을 개발해야 합니다. 구역 기반 아키텍처와 같이 여러 개의 스위치 네트워크가 존재하는 경우, 해당 애플리케이션은 각 스위치에 대한 구성을 생성하고 이를 적절히 배포하는 역할을 담당하게 됩니다.
Sonatus 단일 스위치 아키텍처와 구역 기반 아키텍처 모두에서 스위치 정책을 통한 스위치 구성을 시연했습니다. AutoSAR 모델을 지원할 수는 있지만, 현재 ‘ Sonatus ’는 IEEE YANG 모델을 사용하여 스위치에 적합한 구성을 생성하고 있습니다. AutoSAR과 IEEE는 이더넷 스위치 구성 및 모니터링 모델을 위한 경쟁적인 표준을 개발 중인 것으로 보입니다. 업계 전반에 걸쳐 다양한 접근 방식이 혼용될 가능성이 높으므로, 이 시장에서 성공하기 위해서는 민첩한 소프트웨어 아키텍처가 필요할 것입니다.
자동화된 미래로 가는 길
‘자동차 이더넷 컨퍼런스’에서는 자동차 산업에서 네트워크 기술의 중요성이 날로 커지고 있음을 강조했습니다. 차량의 연결성과 자동화 수준이 높아짐에 따라 네트워크의 서비스 품질, 대역폭, 신뢰성, 보안, 전력 소비 및 비용은 점점 더 중요한 요소로 대두되고 있습니다. 이더넷 기술의 발전에 힘입어 업계는 더욱 연결되고 자동화된 미래로 나아가고 있으며, 자동차 제조사들은 소프트웨어 정의 차량(SDV)으로의 전환을 가속화하기 위해 새로운 아키텍처를 도입해야 할 것입니다.
Sonatus→ ‘ Sonatus ’의 구성 요소인 ‘Ethernet Network Manager’에 대해 자세히 알아보세요. 이 구성 요소는 ‘ Foundation Network Services’의 일부입니다.
제임스 머피
기술 담당자, Sonatus
contact@sonatus.com