버스 및 네트워크 시스템은 차량 내 통신을 개발, 테스트, 검증하는 데 사용되는 다양한 프로토콜, 아키텍처, 알고리즘을 포괄하는 복잡한 영역입니다. CAN과 LIN부터 SOME/IP 및 DDS를 지원하는 자동차 이더넷에 이르기까지, 버스 및 네트워크 기술의 기초 개념부터 최신 발전 동향까지 모두 살펴보세요.
차량 내 통신이 중요한 이유
오늘날의 차량은 기본 기능부터 첨단 운전자 보조 및 자율주행에 이르기까지 모든 기능을 관리하는, 상호 연결된 ECU들로 구성된 복잡한 시스템입니다. 이러한 시스템은 데이터를 신뢰성 있고 안전하며, 실시간으로 교환하기 위해 차량 내 통신 네트워크에 의존합니다. 수년에 걸쳐 버스 프로토콜은 LIN이나 CAN과 같은 단순한 저대역폭 솔루션에서 자동차 이더넷과 같은 고성능 기술로 진화해 왔습니다. 이러한 변화는 대역폭, 보안, 효율성에 대한 수요 증가에 의해 주도되었으며, 특히 차량이 점점 더 소프트웨어 정의되고 기능이 풍부해지면서 더욱 가속화되었습니다.
아키텍처 역시 변화했습니다. 전통적인 도메인 기반 설계는 배선 복잡성을 줄이고 모듈식 차량 플랫폼을 지원하는 존 기반 아키텍처로 대체되고 있습니다. 이러한 존 아키텍처는 차량을 설계하고 제작하는 방식에서 중대한 전환을 의미합니다. ECU를 차량 전체에 분산 배치하거나 기능별로 그룹화하는 대신, 존 기반 설계는 차량을 물리적 구역으로 분할합니다. 각 구역은 존 컨트롤러가 관리하며, 이 컨트롤러는 차량 소프트웨어 로직의 대부분을 처리하는 중앙 고성능 컴퓨팅 유닛(HPC)과 통신합니다. 존 아키텍처 내에서 이러한 통합이 이뤄지더라도, 통신 요구 사항은 차량 유형에 따라 달라집니다. 전기차, 상용 플릿, 오프하이웨이 기계는 각각 고유한 요구 사항을 지닙니다. 이러한 프로토콜과 아키텍처를 이해하는 것은 신뢰할 수 있고 확장 가능한 자동차 시스템을 구축하는 데 필수적입니다.
CAN – 임베디드 자동차 통신의 핵심 기반
컨트롤러 영역 네트워크(Controller Area Network, CAN)는 자동차 산업에서 가장 확립되고 널리 사용되는 통신 프로토콜 중 하나입니다. CAN은 1980년대 Bosch에서 처음 개발되었으며, 중앙 호스트 컴퓨터 없이도 전자 제어 유닛(ECU) 간의 견고한 실시간 통신을 가능하게 하도록 설계되었습니다. 이후 CAN은 승용차뿐만 아니라 비도로용 기계, 농업 장비, 항공우주 시스템, 산업 자동화 분야에서도 글로벌 표준으로 자리 잡았습니다. CAN은 측정 및 제어 신호의 교환을 가능하게 하며, 내장된 오류 감지 및 처리 메커니즘을 통해 높은 수준의 장애 허용 기능을 제공합니다.
CAN의 물리적 구현에는 CAN 컨트롤러, 트랜시버, 그리고 마이크로프로세서가 필요합니다. CAN은 이른바 ‘메시지 식별자’로 메시지를 식별하는 브로드캐스트 방식을 사용하는 메시지 지향 통신 프로토콜입니다. 수신 노드는 이 식별자를 기준으로 메시지 수신 여부를 결정합니다. 식별자는 또한 CSMA/CR(carrier sense multiple access with collision resolution) 방식의 버스 중재 과정에서 메시지의 우선순위를 결정합니다. 3비트 시간의 인터미션 이후 버스가 유휴 상태일 경우, 어떤 ECU든 전송을 시작할 수 있습니다. 충돌이 발생할 경우, 더 높은 우선순위의 메시지가 ‘승리’합니다. 우선순위는 메시지 식별자에 의해 결정되며, 숫자가 낮을수록 우선순위가 높습니다. 가장 높은 우선순위의 메시지는 지연 없이 계속 전송되고, 나머지 메시지는 백오프한 뒤 버스가 다시 유휴 상태가 되면 재전송을 시도합니다.
프로토콜 계층 및 변형
클래식 CAN은 ISO 11898 표준에 의해 정의됩니다. 버스를 규정하는 중요한 CAN 표준에는 세 가지가 있습니다.
- ISO 11898-1은 기존 CAN 2.0A 및 CAN 2.0B 규격에 따른 데이터 링크 계층을 정의합니다. 더 높은 대역폭 요구를 충족하기 위해 CAN FD(Flexible Data Rate)나 CAN XL(eXtended Layer)과 같은 변형 규격은 페이로드 크기를 늘리고 데이터 전송률을 대폭 향상시켜 이 표준을 확장합니다.
- ISO 11898-2(고속)와 ISO 11898-3(저속/내결함)은 OSI 모델의 물리 계층을 다루며, 각각 최대 1Mbit/s(고속)와 125kbit/s(저속)의 데이터 전송률을 지원합니다.
- ISO 11898-4는 ‘Time Triggered CAN’이라 불리는 안전 필수 메시지의 결정론적 통신을 위해 데이터 링크 계층을 확장한 규격입니다.
다른 버스와 달리, CAN의 기본 규격은 ISO/OSI 모델의 하위 두 계층만을 다룹니다. 따라서 CAN 자체에는 애플리케이션 계층이 정의되어 있지 않으며, 이를 보완하기 위해 상용차용 SAE J1939, 산업 자동화용 CANopen, 농업 분야용 ISOBUS 등 다양한 상위 계층 프로토콜이 등장했습니다. ISO 11898 표준에는 어떠한 보안 메커니즘도 포함되어 있지 않으므로, 인증, 무결성, 기밀성과 같은 보호 조치는 상위 프로토콜 계층에서 구현됩니다.
CAN 프레임 형식
CAN 메시지는 헤더, 페이로드, 트레일러 요소로 구성된 구조화된 프레임 형태로 전송됩니다. 주요 형식은 두 가지입니다:
- 기본 프레임 형식: 11비트 식별자
- 확장 프레임 형식: 29비트 식별자
표준 프레임(11비트 식별자)과 확장 프레임(29비트 식별자)은 동일한 CAN 네트워크 내에서 공존할 수 있습니다. CAN은 데이터 프레임 외에도 오류 프레임과 오버로드 프레임을 지원해 통신 무결성과 타이밍 관리를 보장합니다.
각 메시지는 시작 비트로 시작한 뒤 식별자가 이어집니다. 메시지는 클래식 CAN 기준으로 최대 8바이트까지의 가변 페이로드 길이를 가질 수 있으며, 정확한 길이는 제어 비트에 명시됩니다. 그 뒤에는 오류 검출을 위한 CRC(cyclic redundancy check)와 동기화를 위해 삽입되는 가변 개수의 스터프 비트가 이어집니다. 마지막으로 버스에 연결된 모든 ECU는 ACK(acknowledge) 및 EOF(end of frame) 필드를 통해 정상 수신을 확인하며, 오류 프레임이 발생할 경우 모든 수신 노드는 해당 데이터를 무시합니다. 이를 통해 네트워크 전반의 데이터 일관성을 보장합니다.
LIN – 비용 민감형 애플리케이션을 위한 경량 네트워킹
LIN(Local Interconnect Network)은 CAN의 비용 효율적인 대안으로 도입되었으며, 높은 대역폭이나 엄격한 실시간 성능이 요구되지 않는 애플리케이션을 위해 특별히 설계되었습니다. 윈도우 리프터, 시트 조절기, 공조 시스템, 실내 조명과 같은 단순 액추에이터 및 센서 제어 용도로 자동차 산업 전반에서 널리 사용됩니다. 구조가 단순하고 비용이 낮다는 특성 덕분에 이러한 비핵심 애플리케이션에 특히 적합합니다.
물리 구현은 마스터–슬레이브 통신 모델을 따르는 브로드캐스트 네트워크로, 단선 직렬 버스를 사용하며 하나의 마스터 노드가 최대 15개의 슬레이브 노드를 제어합니다. 마스터는 정적으로 정의된 LIN 스케줄 테이블에 따라 주기적으로 메시지 헤더를 전송함으로써 모든 통신을 개시합니다. 슬레이브 ECU는 자신에게 주소가 지정된 경우에만 응답합니다. 이러한 결정론적 스케줄링은 복잡한 중재 메커니즘의 필요성을 제거합니다. CAN과 마찬가지로 LIN 식별자 역시 각 메시지의 내용을 나타내며, 수신 노드는 이 식별자에 따라 메시지 수신 여부를 판단합니다. 마스터 ECU는 CAN이나 자동차 이더넷과 같은 상위 네트워크로 연결되는 게이트웨이 역할을 수행하는 경우가 많습니다.
프로토콜 계층 및 특성
LIN은 ISO/OSI 모델의 물리 계층, 데이터 링크 계층, 애플리케이션 계층에서 동작합니다. 더 복잡한 하드웨어가 필요한 CAN과 달리, LIN은 8N1 프레이밍과 최대 19.2 kbit/s의 고정 보드레이트를 사용하는 표준 UART/SCI 하드웨어를 기반으로 동작합니다. 일반적인 버스 길이는 최대 40미터에 달할 수 있습니다. LIN은 LIN Consortium에서 처음 개발되었으며, 현재 ISO 17987로 표준화되었습니다. 오류 처리는 식별자의 패리티 비트와 데이터 필드의 체크섬과 같은 단순한 메커니즘으로 제한됩니다. 재전송이나 오류 수정 절차는 기본적으로 제공되지 않습니다. 따라서 오류 복구는 애플리케이션 레벨에서 처리해야 합니다.
프레임 구조
LIN 프레임은 다음 두 부분으로 구성됩니다.
- 마스터가 생성한 헤더: 버스가 유휴 상태가 된 후, 마스터 ECU는 동기 브레이크(최소 13개의 도미넌트 비트 뒤에 1개의 리세시브 비트)를 전송합니다. 이 비트 시퀀스는 표준 UART를 준수하지 않는 유일한 문자이므로, 모든 수신기에서 메시지 시작으로 명확히 인식될 수 있습니다. 이어서 수신기 클록 사이클 동기화에 사용되는 동기 바이트와, 슬레이브가 어떤 데이터 메시지로 응답해야 하는지를 결정하는 LIN 식별자가 전송됩니다.
- 슬레이브의 응답: 정확히 하나의 슬레이브 ECU가 2–8바이트의 데이터와 1바이트 체크섬으로 응답합니다. LIN은 두 가지 체크섬 유형을 지원합니다: Classic(데이터만)과 Enhanced(데이터 + 식별자)입니다.
LIN은 다음을 포함해 여러 프레임 유형을 지원합니다.
- 무조건 프레임: 위에서 설명한 표준 데이터 교환에 사용됩니다.
- 이벤트 트리거 프레임 : 비동기 업데이트에 사용되며, 여러 슬레이브 ECU가 동일한 메시지에 응답할 수 있습니다. 실제로는 요청된 값이 변경된 ECU만 응답합니다. 여러 슬레이브가 동시에 응답하면 충돌이 발생할 수 있는데, LIN은 이를 해결할 수 없습니다. 따라서 동일한 메시지에 대해서도 각 ECU는 고유한 식별자를 가져야 합니다.
- 스포라딕 프레임 : 여러 메시지가 동일한 타임 슬롯을 공유할 수 있으며, 정적 우선순위에 따라 어떤 메시지가 전송될지가 결정됩니다.
- 진단 및 사용자 정의 프레임 : 구성 및 특수 기능을 위해 사용됩니다.
- 이러한 유연성 덕분에 LIN은 주기 통신과 이벤트 기반 통신을 모두 효율적으로 처리할 수 있습니다.
자동차 이더넷 – 소프트웨어 정의 차량을 위한 확장성 높은 고대역폭 네트워킹
차량이 복잡한 소프트웨어 정의 시스템으로 진화함에 따라, CAN과 LIN과 같은 전통적인 버스 기술은 대역폭, 확장성, 유연성 측면에서 한계에 도달하고 있습니다. 자동차 이더넷은 차량 내 통신을 위한 차세대 백본으로 부상했으며, 높은 데이터 전송률과 IP 기반 통신, 현대적 소프트웨어 아키텍처와의 원활한 통합을 제공합니다. 이를 통해 무선 업데이트(OTA), ADAS를 위한 고해상도 센서 융합, 자율주행을 위한 실시간 데이터 교환과 같은 고급 기능을 구현할 수 있습니다.
물리적 구현 측면에서는 물리 계층 표준에 따라 포인트 투 포인트 또는 멀티드롭 토폴로지를 따르는 스위치드 이더넷 네트워크가 사용됩니다. CAN이나 LIN과 달리, 이더넷 통신은 풀 듀플렉스 방식이며 이더넷 스위치를 통해 트래픽을 관리하고 충돌을 방지합니다. 각 ECU에는 이더넷 컨트롤러(MAC), PHY 트랜시버, 마이크로프로세서가 탑재됩니다. 통신은 표준 이더넷 프레임을 기반으로 하며, 주소 지정은 메시지 식별자 대신 MAC 및 IP 주소를 사용해 수행됩니다. 스위치는 혼합 중요도 트래픽을 위한 세그먼테이션, VLAN 기반 격리, 서비스 품질(QoS)을 가능하게 합니다. 존 아키텍처에서 이더넷은 종종 중추 역할을 하며, 존 게이트웨이를 고성능 컴퓨팅 유닛(HPC)에 연결합니다. 이러한 게이트웨이는 CAN이나 LIN과 같은 레거시 네트워크에 대한 프로토콜 변환 기능도 제공합니다. 안전 필수 애플리케이션에서 결정론적 통신을 보장하기 위해, 이더넷은 시간 동기화, 트래픽 셰이핑, 지연 시간 상한을 제공하는 TSN(Time-Sensitive Networking) 확장을 지원합니다.
프로토콜 계층 및 물리 표준
표준 IT 네트워크용으로 처음 개발된 이더넷은 전자파 적합성, 견고성, 비용 효율성 등 자동차 환경의 엄격한 요구 사항을 충족하도록 개조되었습니다. 이러한 적응 과정을 통해 ISO/OSI 모델의 여러 계층을 정의하는 자동차 전용 표준들이 개발되었습니다.
물리 계층 |
자동차 이더넷의 물리 코딩 서브레이어(PCS), 물리 매체 부착(PMA), 물리 매체 종속(PMD), 매체 종속 인터페이스(MDI)를 규정하는 다양한 표준이 존재합니다. 이들 표준은 비교적 저대역폭부터 고대역폭까지 폭넓은 범위를 포괄하며, 각기 다른 특성을 지닙니다. 물리 계층에서는 오토모티브급 케이블에서 요구되는 데이터 전송률을 달성하기 위해 PAM(pulse amplitude modulation), FEC(forward error correction), 에코 캔슬레이션을 조합해 사용합니다. PHY가 발전할수록 점점 더 복잡한 신호 처리 기법이 적용됩니다. 이는 물리 매체 상에서 데이터가 실제로 어떻게 전송되는지를 규정합니다. 가장 중요한 표준은 다음과 같습니다.
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데이터 링크 계층 |
자동차 이더넷과 함께 사용되는 모든 PHY는 일반적으로 MAC(Media Access Control) 계층을 통해 장치들이 물리적 전송 매체에 접근하는 방식을 관리하고, 로컬 네트워크 세그먼트 내에서 신뢰성 있는 데이터 전달을 보장합니다. 주요 기능으로는 출발지 및 목적지 MAC 주소를 포함한 데이터 프레이밍, 전송 매체 접근 제어, 프레임 검사 시퀀스(FCS)를 통한 전송 오류 검출, 혼잡 방지를 위한 흐름 제어 지원 등이 포함됩니다. MAC 계층은 두 개의 서브계층으로 구성됩니다. 하나는 네트워크 계층과 인터페이스하며 프로토콜 식별, 오류 검사, 흐름 제어를 담당하는 논리 링크 제어(LLC) 서브계층이고, 다른 하나는 프레임을 캡슐화하고 주소 관리를 수행하며 매체 접근 규칙을 적용하는 MAC 서브계층입니다. |
네트워크 계층 |
이더넷과 인터넷 프로토콜(IP)을 함께 사용해 로컬 네트워크를 넘어선 통신을 가능하게 합니다. 표준화된 전송은 IP 패킷을 통해 이루어지며, 이를 통해 노드에 대한 전역 주소 지정이 가능합니다. IP에는 두 가지 버전이 있습니다: IPv4는 점으로 구분된 십진수 표기법의 32비트 주소를 사용하고 사설 주소 대역을 허용하며, IPv6는 IPv4의 한계를 극복하기 위해 개발되어 콜론으로 구분된 16진수 형식으로 주소를 표현합니다. DHCP와 같은 추가 프로토콜은 IP를 지원하여 주소를 자동으로 할당하고 기존 네트워크에 새로운 장치를 통합합니다. |
전송 계층 |
OSI 모델의 4계층에는 두 가지 전송 프로토콜이 포함됩니다: TCP와 UDP입니다. TCP는 연결 지향 전송 방식을 제공하는 반면, UDP는 비연결 방식으로 동작합니다. 두 프로토콜 모두 효율적인 전송을 위해 데이터를 더 작은 단위로 분할하는데, TCP에서는 이를 세그먼트, UDP에서는 데이터그램이라고 부릅니다. TCP는 3-way 핸드셰이크를 통해 두 노드 간에 신뢰할 수 있는 연결을 설정하는 연결 지향 프로토콜로, 재전송과 무결성 검사를 통해 오류 없는 데이터 전달을 보장합니다. 반면 UDP는 비연결 방식으로 동작하며, 전달 보장이나 오류 수정 없이도 데이터그램을 단순하고 빠르게 전송합니다. UDP의 장점으로는 확인 응답이 필요 없어 지연 시간이 낮고, 멀티캐스트 및 브로드캐스트를 지원해 여러 수신자에게 효율적으로 데이터를 전송할 수 있다는 점이 있습니다. 반대로 TCP는 멀티캐스트나 브로드캐스트를 지원하지 않으며, 신뢰성과 전송 순서 보장이 필요한 경우에 사용됩니다. |
세션, 프레젠테이션, 애플리케이션 계층 |
하위 계층은 ECU와 외부 시스템 간에 주소 지정과 라우팅이 가능한 통신을 지원합니다. 그러나 이더넷을 실시간성과 안전이 필수적인 자동차 활용 사례에 적합하게 사용하려면 전용 미들웨어가 필요합니다. 이러한 미들웨어 계층은 서비스 추상화, 메시지 직렬화, 통신 관리 기능을 제공합니다. 대표적인 예는 다음과 같습니다.
이러한 기술은 서비스 지향 통신, 퍼블리시-서브스크라이브 패턴, 효율적인 데이터 분산을 가능하게 하며, 자율주행, 무선 업데이트(OTA), 중앙집중식 컴퓨팅의 핵심 구현 요소로 활용됩니다. 자동차 이더넷은 IP 기반 공격 표면을 도입합니다. 보안 대책으로는 데이터 링크 계층 암호화를 위한 MACsec, 네트워크 계층 보호를 위한 IPsec, 전송 계층 보안을 위한 TLS가 포함됩니다. |
프레임 구조
통신의 기본 단위는 이더넷 프레임이며, 물리적 매체를 통해 전송하기 위한 페이로드 데이터와 제어 정보를 캡슐화합니다. 패킷은 프리앰블(preamble)과 SFD(Start Frame Delimiter)로 시작합니다. 이는 이더넷이 CSMA/CD 방식으로 사용되던 시기에 수신 데이터의 동기화를 돕기 위해 처음 도입되었습니다. 현대 표준에서는 더 복잡한 신호 인코딩이 적용되며, 패킷의 시작과 끝을 검출하기 위한 특수 기호를 사용할 수 있습니다. 하위 호환성을 유지하기 위해 프리앰블과 SFD 필드는 여전히 프레임의 일부로 유지되고 있습니다. 각 이더넷 노드에는 고유한 48비트 일련번호가 할당되며, 이를 일반적으로 MAC 주소라고 합니다. 프리앰블 이후의 모든 패킷에는 이 MAC 주소를 통해 목적지와 출발지를 나타내는 정보가 포함됩니다. 처음에는 패킷이 해당 노드를 대상으로 하는지 판단하기 위해 목적지 주소만 확인합니다. 패킷의 목적지 주소가 일치하면 패킷을 끝까지 읽고, 일치하지 않으면 무시합니다. 다음 필드는 패킷의 길이 또는 EtherType을 나타냅니다. EtherType은 상위 계층에서 어떤 유형의 데이터를 처리해야 하는지를 알려줍니다. 이더넷은 모든 종류의 데이터를 담을 수 있는 컨테이너로 설계되었기 때문에, 여러 이더넷 변형은 각자 고유한 EtherType을 가집니다(예: Profinet, EtherCat). 페이로드의 최소 크기는 46바이트입니다. 데이터가 최소 페이로드에 미치지 못하는 경우, 남은 바이트는 패딩으로 채워집니다. 최대 길이는 1500바이트입니다. 패킷의 마지막에는 패킷 내 다양한 비트의 무결성을 확인하기 위한 순환 중복 검사(CRC)가 포함됩니다.
FlexRay – 안전 필수 시스템을 위한 결정론적 통신
자동차 시스템에서 더 높은 신뢰성, 내결함성, 실시간 성능에 대한 요구가 커지면서, FlexRay는 견고한 솔루션으로 부상했습니다. 특히 X-by-Wire 애플리케이션(X = 제동, 조향 등)과 같은 안전 필수 영역에서 강점을 발휘합니다. 주요 자동차 제조사 및 공급업체 컨소시엄에 의해 개발된 FlexRay는, 내장된 이중화 기능을 갖춘 결정론적 고속 통신을 통해 CAN 및 LIN의 한계를 극복하도록 설계되었습니다.
물리적 구현은 FlexRay 컨트롤러, 트랜시버, 마이크로프로세서로 구성됩니다. 선택 사양인 버스 가디언은 통신 스케줄 준수를 강제하여 결함 노드가 네트워크를 교란하는 것을 방지합니다. FlexRay는 단일 채널 또는 듀얼 채널 구성을 지원합니다. 두 번째 채널은 안전 필수 시스템의 이중화 또는 대역폭 집계를 위해 사용할 수 있습니다. 듀얼 채널 동작과 버스 가디언은 모두 시스템 신뢰성을 향상시킵니다. 이벤트 기반 프로토콜과 달리, FlexRay는 결정론적 TDMA(time division multiple access) 방식을 사용합니다. 전송 권한과 메시지는 통신 사이클 내 고정된 타임 슬롯에 할당됩니다. 정적 세그먼트는 시간 민감 메시지를 위해 고정 길이 슬롯을 사용하고, 동적 세그먼트는 이벤트 기반 메시지를 위해 미니 슬롯과 위치 기반 중재를 사용합니다. 이러한 하이브리드 접근 방식은 예측 가능한 타이밍을 보장하면서도 중요도가 낮은 데이터에 대해서는 유연성을 허용합니다.
프로토콜 계층 및 특성
FlexRay는 ISO/OSI 모델의 물리 계층과 데이터 링크 계층에서 동작합니다. 이는 ISO 17458 표준에 규정되어 있으며, 파트 2와 3은 데이터 링크 계층을, 파트 4와 5는 물리 계층을 다룹니다. AUTOSAR 표준의 FlexRay 전송 프로토콜(FrTp)을 통해 전송 계층까지 지원합니다. FlexRay는 채널당 최대 10 Mbit/s의 데이터 전송률을 지원합니다. 대역폭 집계를 위해 듀얼 채널을 사용할 경우 데이터 전송률은 두 배로 증가합니다. 이 프로토콜은 통신 사이클 및 매크로사이클로 구성되어 모든 노드에 전역 시간 동기화를 제공하며, ECU 간의 결정론적 실행을 보장합니다. FlexRay는 자체적으로 암호화나 인증 기능을 제공하지 않습니다. 따라서 AUTOSAR SecOC나 게이트웨이 기반 필터링과 같은 보안 조치가 필요합니다.
프레임 구조
FlexRay는 정적 세그먼트(시간 트리거 메시지용)와 동적 세그먼트(이벤트 기반 통신용)를 모두 지원해 결정성과 유연성 간의 균형을 맞추는 하이브리드 접근 방식을 제공합니다. 정적 세그먼트와 동적 세그먼트를 합친 전체 슬롯 수는 2047개로 제한됩니다.
- 정적 세그먼트 : 사전에 정의된 개수의 슬롯을 사용하며, 각 슬롯은 하나의 전체 FlexRay 메시지를 담을 수 있을 만큼 충분히 깁니다. 정적 세그먼트 내의 메시지는 두 채널 모두에서 동기화됩니다. 충돌을 방지하기 위해 한 번에 하나의 ECU에만 브로드캐스트 권한이 부여됩니다. 모든 ECU는 각 통신 사이클 동안 슬롯을 계산합니다. 슬롯 카운터는 현재 버스 접근 권한을 가진 ECU를 나타냅니다.
- 동적 슬롯 : 사전에 정의된 슬롯을 사용하지만, 동적 세그먼트의 슬롯보다 짧은 미니 슬롯으로 분할됩니다. 이 슬롯 동안 각 채널에서는 독립적으로 정확히 하나의 ECU만 브로드캐스트할 수 있습니다. 메시지는 최대 254바이트까지 가변적일 수 있지만, 동적 세그먼트의 전체 길이는 고정되어 있습니다. 이 경우 슬롯 카운터는 메시지의 우선순위를 나타냅니다. 슬롯 카운터 값이 높은 메시지가 한 통신 사이클 내에 전송되지 못하면 다음 사이클로 이월됩니다.
FlexRay 메시지는 헤더로 시작합니다. 이 헤더는 5개의 제어 비트로 초기화되며 프레임 ID, 페이로드 길이, 지정된 헤더 CRC, 사이클 카운트를 포함합니다. 프레임 ID는 현재 타임 슬롯의 번호를 나타냅니다. 페이로드 길이는 16비트 데이터 워드의 개수로 전송됩니다. 헤더 CRC는 전송 오류로부터 보호하며, 마지막 사이클 카운트는 네트워크 초기화 이후 증가한 통신 사이클 수를 나타냅니다. 그 다음 실제 페이로드 데이터가 이어지며, 페이로드 오류 검출을 위한 트레일러 CRC가 뒤따릅니다.
비교표
기준 |
CAN |
LIN |
FlexRay |
자동차 이더넷 |
주요 목적 |
ECU를 위한 고신뢰성 실시간 통신 | 간단한 액추에이터 및 센서를 위한 저비용 통신 | 안전 제일 시스템을 위한 결정론적 통신 | 소프트웨어 정의 차량을 위한 고대역폭 및 확장형 통신 |
대표적 적용 분야 |
파워트레인, 섀시, 차체 제어, 진단 | 편의 기능(윈도우, 공조, 시트) | X-by-Wire(제동, 조향), 안전 도메인 | ADAS, 인포테인먼트, 센서 융합, OTA 업데이트, 통신 핵심 기반 |
토폴로지 |
버스(2선 차동) | 버스/데이지 체인(단선) | 스타 또는 라인(단선 또는 2선 사용 가능) | 포인트 투 포인트(스위치드 스타), 멀티드롭(10BASE-T1S) |
결정성 |
이벤트 기반(우선순위 기반) | 정적 스케줄 기반 마스터–슬레이브 | 시간 트리거 방식(TDMA, 정적 + 동적 세그먼트) | TSN(Time-Sensitive Networking)을 통한 결정성 확보 |
대역폭 |
최대 1Mbit/s(클래식), 최대 8Mbit/s(CAN FD), 10Mbit/s 이상(CAN XL) | 최대 19.2kbit/s | 10 채널당 10Mbit/s(총 20Mbit/s) | 10 Mbit/s–10 Gbit/s(10BASE-T1S–MultiGBASE-T1) |
페이로드 |
8바이트(클래식), 64바이트(CAN FD), 64바이트 이상(CAN XL) | 2–8바이트 | 최대 254바이트 | 최대 1500바이트(표준 프레임) |
오류 처리 |
CRC, 비트 모니터링, 오류 격리 | 패리티 비트, 체크섬, 오류 수정 없음 | CRC, Bus Guardian, 듀얼 채널 이중화 |
CRC, FEC(고속 전송용), 트래픽 격리를 위한 VLAN/QoS |
보안 |
상위 계층 보호(예: SecOC) | 기본 제공 보안 없음 | 상위 계층 보호(예: SecOC) | MACsec, IPsec, TLS 또는 SecOC 필요 |
표준화 |
ISO 11898 | ISO 17987 | ISO 17458 | IEEE 802.3 + TSN (IEEE 802.1) |
비용 및 복잡성 |
낮음 | 매우 낮음 | 높음 | 중간~높음 |
향후 전망 |
로컬 ECU 환경에서 여전히 유효함 | 편의 기능 영역에서 여전히 유효함 | 감소 추세이며, 이더넷으로 대체되고 있음 | 존 아키텍처에서 핵심적인 역할 수행 |
