많은 사람들이 이더넷을 말할 때 그들이 실제 의미하는 것은 인터넷 프로토콜(IP)이나 또 다른 패킷 기반 통신 프로토콜이지 물리 계층이 아니다. 이 때문에 이더넷을 언급할 때 업계에 혼란을 초래한다.

이더넷이라는 용어는 사람마다 그 의미가 다르다. 사실 이더넷은 컴퓨터를 연결하는 데 사용하는 물리 계층과 데이터 링크 계층을 정의하는 IEEE 802.3 표준을 의미한다. 이 표준은 4쌍의 트위스트 페어 케이블(CAT5)과 패킷 정보를 위한 특정 포맷, 그리고 이들 케이블을 일반 사무실 또는 가정에 있는 컴퓨터에 연결하는 전자공학(electronics)을 규정한다.

이것은 IT 통신의 세계에서 사용되는 다양한 인터넷 프로토콜과 기타 통신 메커니즘과 같은 물리 계층 위의 상위 통신 프로토콜을 다루지 않는다. 또한 이러한 연결은 심지어 적절한 이더넷 시스템에서 사용되는 것과 유사한 패킷 정보를 사용하는 경우에도 WiFi, 블루투스 또는 또 다른 네트워킹 물리 연결과 같은 것들을 다루지 않는다. 많은 사람들이 이더넷을 말할 때 그들이 실제 의미하는 것은 인터넷 프로토콜(IP)이나 또 다른 패킷 기반 통신 프로토콜이지 물리 계층이 아니다. 이 때문에 이더넷을 언급할 때 업계에 혼란을 초래한다.

IP 통신은, 특히 자동차 내에서 서로 다른 도메인 간에 또는 차량 외부 세계와의 통신과 관련해서 확실한 미래의 물결이다. IP 통신은 이미 많은 텔레매틱스 애플리케이션에서 시작되고 있다. 우리는 이러한 통신 유형이 자동차에서 그 존재감을 계속 확장해 나갈 것으로 예상한다. 또한 엔지니어들이 각 기술이 제공하는 장점들을 활용함으로써 패킷 기반 통신이 다른 보다 효율적인 스트리밍 기술들과 공존할 것으로 예상한다.

예를 들어 독립적인 시스템들이, 특히 인터넷 시스템 또는 OEM 진단 시스템과 같은 오프보드 시스템과 통신을 해야 할 경우 패킷 통신의 장점, 즉 데이터의 출발지와 도착지 사이에 변화하는 상호접속에 적응할 수 있다는 점을 활용할 수 있다. 또한 이들은 패킷들을 재전송해야 할 수도 있는 신뢰할 수 없는 연결 상에서, 그리고 컴퓨터들이 꺼지거나 연결이 차단되는 경우처럼 출발지와 도착지 사이의 경로가 사라지거나 도중에 다른 것이 나타날 수도 있는 곳에서도 동작하도록 설계된 표준화된 프로토콜들을 활용할 수 있다.

이러한 메커니즘은 엔진 제어 및 인포테인먼트와 같은 각각 별개로 개발된 차량 내부 도메인 간 통신에 필요할 수 있다. 이러한 유형의 통신은 서로 다른 그룹이 서로 통신할 수 있는 공통 언어를 제공한다. 이더넷 스타일(Ethernet-style) 프레임과 패킷들은 이를 위한 유용한 도구이다.

장치들 간에 연속적인 정보의 흐름이 있는 경우와 같은 애플리케이션에서는 패킷 통신의 오버헤드가 필요 없는 보다 효율적인 메커니즘을 사용할 수 있다. 예를 들어 운전자 지원 시스템의 카메라로부터 운전석 디스플레이로 이동하는 비디오 정보나 앰프로 이동하는 오디오 정보와 같이 연속적으로 흐르는 스트림 정보가 있는 경우에는 그 스트림을 패킷 정보로 자를 필요가 없다.

그 이유는 상당한 양의 주소 정보와 에러 정정 정보가 추가되기 때문이다. 이렇게 되면 프로세서는 잘라진 패킷 각각을 처리해야 하고, 송신된 오버헤드 비트의 최대 3/4을 버리게 되며, 일종의 D/A컨버터에 입력되는 연속적인 스트림으로 데이터를 다시 조합해야 하므로 프로세서는 중단될 수도 있다. 이더넷은 또한 통신 채널, 송신 에러, 각종 장치의 제어 등을 관리하는데 필요한 상위 레벨의 프로토콜을 제공하지 않는다. 그러한 상위 레벨의 프로토콜이 있긴 하지만 더 이상 이더넷 영역의 일부가 아니다.

사실 상위 레벨 프로토콜들은 이더넷이 아닌 많은 다른 물리 계층상에서 사용될 수 있다. 스트리밍 데이터의 패킷 통신은 상당한 양의 대역폭을 낭비하며, 패킷들을 처리하는데 필요한 소프트웨어 스택과 함께 증가된 인터럽트 부하를 처리하는 프로세서 성능 요건이 매우 현저하게 높아진다. 이러한 스택들은 결정론적 통신을 어렵게 하고, 오디오/비디오 프리젠테이션에 영향을 미치는 다양한 길이의 지연을 유발한다.

차량 내 스트리밍 데이터에 대해, 자동차 전장 업계에서는 이미 거의 MOST 표준으로 결정했다. 지난 13년 동안 MOST는 세계 모든 지역에서 대부분의 주요 자동차 메이커들의 160개 이상의 자동차 모델에 사용돼 왔다. 1억 개 이상의 MOST 장치가 사용 중에 있으며 각 차량에는 여러 개의 장치가 사용되고 있다. 이 기술은 이더넷 프레임은 물론, 모든 병렬로 실행되는 스트리밍 정보를 처리할 수 있다. IT 산업에서 사용되는 상위 계층 프로토콜들은 하위 레벨의 링크 계층 이외에 어떤 변경도 하지 않고 MOST 표준을 통해 통신할 수 있다. 이더넷 프레임들은 변경 없이 전송되고, 다른 채널들은 오버헤드 없이 오디오/비디오 데이터를 전송하는 데 사용할 수 있다.

실제 이더넷 물리 계층 측면에서, 이더넷은 EMC(Electromagnetic Compatibility) 문제뿐만 아니라 차량 내 표준 이더넷 케이블 설치와 관련된 문제로 인해 자동차 애플리케이션에 적합하지 않다. 물론 여기에 적용할 수 있는 브로드컴의 BroadR-Reach와 같은 독점 기술들이 있긴 하지만 이들 기술은 실제 표준 이더넷이 아니며, 이 시점에서 업계의 일부 언론이 제안한 자동차 제조사들 사이에 널리 채택되지도 못했다. 저비용의 자동차용 표준에 기반한 이더넷 솔루션을 구현하기 위해서는 해결해야 할 많은 과제가 있으며, 자동차용 기가비트 물리 계층을 정의하려는 현재 IEEE의 노력이 현실화되기까지는 수년이 걸릴 것이다.

간단히 말해 이더넷 스타일 프레임은 확실히 자동차 애플리케이션에서 사용이 늘고 있지만 이더넷 물리 계층은 그만큼 사용이 늘지 않고 있다.

이더넷 역할 공고히 하기 위한 기술 요구사항

이더넷이 패킷 기반 통신 기술을 의미하는 경우, 앞서 언급했듯이 그 역할은 차에서 미래의 애플리케이션에 꽤 잘 부합된다. 이러한 부합은 여전히 강화되고 있지만 차량의 실내 및 실외에서의 도메인 간 통신에 패킷 기반 통신이 매우 연관성이 있다는 것에는 의심의 여지가 없다.

이러한 패킷 정보를 전송하는 물리적 수준에서의 구현에 대해서는 아직 두고 볼 일이다. 지금까지 자체 고속 네트워크를 위해 MOST 기술을 표준으로 채택한 150개 이상의 차량 모델이 있다. MOST는 순차적으로 패킷 통신과 변경되지 않은 이더넷 프레임을 전송할 수 있는 전용 이더넷 패킷 채널을 포함할 수 있게 됐다. 우리는 이더넷이 기존 MOST 인프라를 사용해 차량 내에서 일부 통신 유형에 사용될 것으로 예상한다. 또한 차세대 멀티기가비트 버전의 MOST 표준이 이미 미래의 애플리케이션을 위해 개발되고 있다. 패킷 통신이 모든 차량 내 애플리케이션에 사용되더라도, MOST 기술의 전체 대역폭은 패킷 기반 채널과 병렬로 스트리밍 통신이 가능한, 자동차 용도로 입증된 물리 계층을 제공하는 이더넷 스타일 통신에 할당할 수 있다.

MOST150은 자체 프레임 내에 전용 이더넷 채널을 가지고 있다. 이 채널은 상위 레벨의 이더넷 네트워크 관리 스택에 의한 어떤 특별한 처리 없이 표준 이더넷 패킷을 송신할 수 있다. 심지어 MOST150 INIC(Intelligent Network Interface Controllers)는 이더넷 스타일 MAC 주소가 있어서, 이더넷 패킷이 정확한 위치에서 추출되고 다른 표준 이더넷 장치로 전달될 수 있다. 따라서 시스템에 중앙 스위치 허브와 추가적인 하드웨어가 필요 없다. 오디오 및 비디오 프로그램과 같은 스트리밍 데이터는 MOST 메커니즘을 사용해 병렬로 전송할 수 있으며, 가용한 대역폭을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다. 

실제로 애플리케이션이 IP 기반 전송만을 요구할지라도, MOST150 네트워크는 이더넷 채널에만 자체 대역폭의 전부를 할당할 수 있다. 따라서 검증된 자동차 물리 계층은 이미 차에서 이더넷 전송을 위해 사용할 수 있다.
MOST150은 각 기술이 차량에 제공하는 장점을 지원하는 단일 물리 계층을 가지고 있다.

국제표준화기구(ISO)는 네트워크 통신을 위한 OSI(Open Systems Interconnect) 참조 모델을 개발했다. 이더넷의 경우에 이 모델은 그림 1과 같다.

동일한 모델을 MOST150을 통해 사용하려면 간단히 하위 두 계층을 변경해 MOST로 대체하면 된다. 그러면 병렬로 추가 MOST 계층을 실행할 수 있다. 새로운 모델은 그림 2와 같다.

모든 상위 계층은 변경되지 않고 그대로다. 이더넷 통신을 위해 변경되는 것은 데이터 링크 계층과 물리 계층뿐이다. 실제 컨슈머 관련 애플리케이션은 어떤 변경도 필요 없다. MOST 패킷 채널은 이더넷 스택으로부터 병렬로 혹은 독립적으로 실행할 수 있는 자체 네트워크 스택을 가지고 있다.

IP 통신을 위한 많은 IT 관련 스택이 있지만, 자동차 업계는 시스템 관리 및 제어 기능과 같은 자동차 애플리케이션에 특화된 많은 기능을 포함하고 있는 고유 통신 스택과 CAN과 같은 다른 자동차 네트워크에 대한 게이트웨이를 개발했다. 이러한 스택은 표준 이더넷 상에서 실행되도록 준비되지 않았지만, MOST에서는 이미 실행할 수 있다. 단일 데이터 링크 계층 및 물리 계층에 이더넷과 MOST를 결합하면, 자동차 정보와 엔터테인먼트 시스템을 관리하는 데에 더 이상 쓸데없는 시간을 낭비할 필요가 없으므로 필요한 개발 노력을 줄일 수 있다. 차량에 이더넷 기능을 추가할 경우 현재 설치돼 있는 전체 자동차 네트워크 관리 인프라를 그대로 활용할 수 있다. 자동차 개발 및 제조 시스템을 대상으로 한 완전한 툴 체인이 이미 존재하며 약간의 변경만으로 현재 MOST 기능 세트에 이더넷 기능을 추가할 수 있다.

MOST 표준은 이미 GM, 폭스바겐, 토요타를 비롯해 세계 주요 자동차 제조사들에 의해 자리를 굳혔다. 이들 회사는 이미 MOST 기술의 비용 효율성을 미드레인지에서 로엔드 차량까지 입증한 볼륨 메이커들이다. 또한 MOST 이더넷 패킷 채널은 자동차 제조사가 차량에 이더넷 스타일 통신을 구현할 수 있도록 돕고 있다.
이더넷 스타일 통신은 이미 준비돼 있지만, 이더넷 물리 계층은 실제로 차량에 사용되고 있지 않다.

해결해야 할 과제

가장 큰 도전과제는 적시에 적정 비용으로 적정 시스템을 확보하는 것이다. 차량 내부의 네트워크 통신 인프라는 강건성과 열악한 환경에서 견뎌야 한다는 관점에서 일반적인 IT 인프라보다 요구사항이 훨씬 까다롭다. 마이크로칩은 컨슈머 및 자동차 애플리케이션 분야의 리더이다. 단순히 컨슈머 장치를 자동차 애플리케이션용으로 안정화하기란 쉽지 않다. 장치는 자동차 애플리케이션에 사용된다는 디자인 목표를 가지고 출발해야 한다.

대역폭은 곧 돈이다. 여러분은 물리적인 연결에도 그 돈을 사용할 수 있으며, 또는 더 빠른 계산 능력을 제공하는 더 큰 프로세서에 돈을 지불할 수 있다. 과제는 최적의 시스템을 구하는 방정식의 모든 면에 대해 균형을 잡는 것이다. 이것은 시스템 설계자들의 참여가 필요하다. 자동차 제조사들은 처음부터 자동차가 제조 라인에서 나온 후에, 그리고 대리점에서 판매된 지 수년 후에도 그 시스템을 어떻게 지원할지를 포함해 다양한 파라미터들을 특정하는 과정에 참여해야 한다.

자동차 제조사와 그들의 부품 협력업체들만이 네트워킹 및 통신 시스템의 다양한 경쟁관계 사이에서 올바른 득실을 평가할 수 있다. 사용하고자 하는 적절한 기술을 선택하기 위한 기간은 향후 5년 또는 심지어 10년을 내다봐야 한다. 자동차 메이커는 기술의 결정권자가 돼야 하며 다른 산업에서 제공하는 기술의 사용자들이 돼서는 안 된다.
네트워킹 시스템과 같은 인프라는 자동차 간에 큰 차이가 없다. 따라서 가장 큰 관심은 대시보드 뒤에 있는 데이터를 이동시키는 공통 “배관”을 사용하는 것이다.

자동차 제조사들은 시장규모가 훨씬 크고, 그래서 주로 자동차 산업보다 훨씬 더 영향력이 있는 다른 산업을 위해 만들어진 장치에 의존하기 보다는 그들이 실제로 영향력을 미칠 수 있는 기술에 서로 협력할 필요가 있다. 이들의 제품은 몇 개월이 아닌 수십 년을 고려한 매우 긴 라이프사이클을 가지고 있어서, 내장 신뢰성과 강건성이 요구된다. 또한 그들은 이 기술을 구현하기 위해 선택한 실제 장치가 10년 이후에도 제조될 것이라는 확신을 가지고 있다. 이때가 되면 오늘날의 가전과 IT 장치들은 단지 오랫동안 잊어진 기억 속에 있을 것이다.

이더넷 스타일 통신은 MOST 표준과 같은 스트리밍 기술과 함께 이러한 과제 중 일부를 해결하는 데 도움이 될 수 있다. 반면 이더넷 물리 계층은 자동차에 적합하지 않다. 

AEM_Automotive Electronics Magazine