Automotive Ethernet을 알기 위해서는 Ethernet에 대해서 우선 알아야한다.
이더넷(Ethernet)
: 원칙적으로 하나의 인터넷 회선에 유/무선 통신장비 공유기, 허브 등을 통해 다수의 시스템이 랜선 및 통신포트에 연결되어 연결이 가능한 네트워크 구조
전세계 학교, 가정, 사무실에서 가장 많이 활용되는 네트워크 규격으로, OSI 모델 7계층 중 물리 계층(신호와 배선)과 데이터 링크 계층(MAC 패킷, 프로토콜 형식)에서 그 구성 형식이 정의된다.
매번 많이 듣던 캐리어센스가 여기서 나온다.
이더넷 통신 방식중에 중요한 CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) 방식이 있다.
이 방식들은 여러대의 시스템이 동시에 통신을 하게되면 문제가 발생할 수 있는데, 이 부분을 어떠한 방식으로 처리 하는지에 대한 기술을 말한다. 보통 우리가 일반적으로 느끼기에 동시에 통신을 해도 충돌은 발생하지 않는데? 라고 생각할 수 있지만, 하나의 이더넷(LAN) 회선에서는 우리가 체감할 수 없는 아주 짧은 시간에 데이터 송/수신을 제어 및 처리를 하여 통신을 하게된다.
- 보낸 사람은 케이블의 신호와 이력을 확인하고, 다른 사람에게 신호가 흐르고 있지않음을 확인 후 전송을 시작한다
- 전송 중에도 파형에 의해 다른 사람의 송신과 충돌하지 않는지를 감시하며, 만약 충돌하는 경우에는 일정량의 전송 후 중단하고 각 보낸 사람마다 일정 시간의 딜레이를 두고 전송을 재시작 한다.
이더넷 규격
통신이 가능한 랜선의 데이터 전송 속도를 정의하는 것으로 보면 된다.
일반적으로 가장 많이 사용하는 3가지 종류로 1000BASE-T / 100BASE-TX / 10BASE-T 규격을 많이 사용한다.
속도가 빠른 순으로 정리하자면 1000BASE-T> 100BASE-TX> 10BASE-T 순으로 볼 수 있다.
현재 국내에서는 기가 인터넷이 일반적으로 보급되고 있어 기가바이트 1 Gbps (1000Mbps) 이더넷 통신이 가능한 1000BASE-T 규격의 랜선과 장비를 채택하고 있다. 보통 5메가 픽셀 500만 화소 사진 1000 장 정도를 대략 20초 이내로 전송할 수 있는 속도이다.
가장 중요한 랜선과 통신 장비에서 지원하는 포트가 다른 경우 속도의 차이dl다.
예를 들어 1000BASE-T (1 Gbps) LAN 포트에 10BASE-T를 지원하는 케이블을 연결 한 경우, 속도는 10BASE-T (10 Mbps) 만 통신이 가능하다. 그래서 통신 장비에서 지원하는 속도와 랜선의 규격을 맞추어 주는것이 중요하다.
규격 | 전송속도(최대) | 호환성 |
1000BASE-T | 1Gbps | 각각의 케이블 속도에 관계됨, 예를 들어 1000BASE-T LAN 포트에 10BASE-T를 지원하는 케이블을 연결한 경우, 속도는 10BASE-T (10Mbps) / 100BASE-TX 케이블을 연결한 경우 100 Mbps 이하 |
100BASE-TX | 100Mbps | 1000BASE-T 10BASE-T 케이블 연결 가능. 1000BASE-T는 100BASE-TX에서 100 Mbps 속도는 이하 /10BASE-T 는 10 Mbps 속도 이하 |
10BASE-T | 10Mbps | 1000BASE-T 및 100BASE-TX 대응 케이블 모두 연결 가능하지만 속도는 모두 10 Mbps 이하 |
과거에는 자동차의 주요 통신망은 CAN과 LIN이었다. 하지만 ADAS기술과 인포테인먼트 시스템 등의 발전으로 제어기 개수의 증가와 상응하는 데이터 양이 증가함에 따라, 기존의 CAN과 LIN통신만으로는 이러한 대용량 데이터 처리가 불가능하기에 차량용 이더넷이 등장하게 됐다.
차량에서는 IT에서 사용하는 이더넷 통신을 그대로 적용하고자 시도했습니다. 하지만, 이더넷 통신을 그대로 차량에 적용하기에는 온도, 신뢰성, EMC, 방수 등의 요구 사양이 맞지 않아 사용할 수 없었고, 대신 차량용 이더넷 통신을 별도로 개발한다.
2011년 OPEN (One-pair Ether-Net) Alliance가 설립되어 자동차 OEM, 부품사, 반도체 회사들이 참여하여 1pair (2가닥)의 차량용 이더넷 통신을 개발한다. (인터넷 선의 이더넷 케이블은 보통 4pair, 8가닥이다.) OPEN Alliance의 로고가 twist pair로 되어 있는 이유도 바로 1pair를 이용하여 이더넷 통신을 개발했기 때문이다. 그리고 2015년 BMW의 서라운드 뷰, 재규어의 인포테인먼트 시스템, 폭스바겐의 주차지원 시스템에 적용되면서 차량용 이더넷이 상용화되기 시작한다. 그리고 IEEE에서 Ethernet 100Base-T1을 차량용 이더넷 표준으로 지정한다.
최근에 자동차는 차량에 카메라, 라이다, 레이더와 같은 센서가 증가하면서 이미지/영상 처리와 같은 대규모 데이터를 송수신해야 하는데, 이때 바로 차량용 이더넷을 사용하게 된다.
앞서 이더넷에 대해 간략하게 정리했지만 한 번더 짚고 가자.
💡이더넷의 주요 특징
>> 1:1 통신 네트워크 구성>> 송수신 채널 분리로 2개의 제어기가 동시에 송수신이 가능>> Packet switching 기능>> 메인 네트워크와 서브 네트워크의 계층적 구성 가능>> Adress 기반 통신으로 해당 주소로 데이터 전송>> 메신저의 송수신이 유연
그림 1은 일반적으로 사용되는 표준 이더넷 100Base-TX의 구성이며, 그림 2는 차량에서 사용되는 이더넷 100Base-T1의 구성이다. 일반 이더넷은 2pair(4가닥) 또는 4pair(8가닥)의 전선을 사용하며, 차량용 이더넷은 1pain(2가닥) 전선을 사용합니다. 차량용 이더넷의 경우 신뢰성을 높이고 비용을 줄이기 위해 물리 계층 구조를 변경하였지만, 나머지 구조는 일반 이더넷 통신과 동일하다.
일반 이더넷은 주소 체계만을 이용하여 ID에 따라 데이터를 송수신한다. 하지만 차량용 이더넷은 서비스나 기능에 따른 별도의 프로토콜인 Ethernet AVB (Audio Vidio Bridging)를 주로 사용한다. 주소와 기능을 연동한 것으로 예를 들어 다수의 스피커 시스템, 서라운드 뷰, 실시간 카메라로 영상처리를 하는 ADAS에서 Ethernet AVB를 주로 사용한다.
분산형은 과거 자동차 네트워크의 구조로 여러 개의 전자제어장치가 각각의 노드로 연결되어 있는 고지앋. 그리고 중앙의 Central gateway에서 제어장치들을 직접 관리한다. 반면 우측의 그림은 백본망으로 구성된 자동차 네트워크이다.여기서 backbone, 척추를 의미하여 네트워크 구조가 도메인 중심으로 있는 것을 말한다. 도메인 집중형은 자동차의 기능에 따라 파워트레인, 샤시, 바디, 자율주행, 인포테인먼트 등으로 나눌 수 있으며, 도메인을 대표하는 제어기가 중앙의 Central gateway와는 빠르게 이더넷 통신을 한다. (또는 기능에 따라 분류하는 것이 아닌 차량의 위치를 구획하여 구성할 수도 있다.) 한편, 차량용 이더넷 통신은 비용 문제 때문에 차량 전체에 적용되지는 못하며, 아직까지는 CAN과 LIN 통신 사용이 지배적이다. 하지만 ADAS, 서라운드뷰와 같이 꼭 필요한 곳에는 차량용 이더넷 통신이 적절하게 사용되고 있으며 앞으로도 더 많은 곳에 적용될 것으로 예상된다.
참고 자료:
https://koreascience.kr/article/JAKO201505555994290.pdf
https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=lagrange0115&logNo=222681220169 .
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=haeri056&logNo=220805367585
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%B4%EB%8D%94%EB%84%B7
https://gdnn.tistory.com/101
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