글│  안드레아스 슈람 (Andreas Schramm)       공학석사 BMW AG
출처│차량 네트워크 통신 입문                   「MOST: 자동차 멀티미디어 네트워크」

비교를 위한 추상적 개념 모델

MOST, 이더넷, IEEE 1394를 정의하는 데 사용된 표준 범위가 상이하기 때문에 사실상 직접 비교는 어렵다. 이더넷과 IEEE 1394 명세는 OSI를 위한 ISO 참조 모델(ISO Reference Model)의 처음 두 계층만을 다루기 때문에, 이 두 계층에 대해서만 자세히 언급한다. 따라서 상호 비교를 위해 필요에 따라서는 추상적 개념 모델을 이용한다. 고찰을 위한 근거를 표 1에 제시한다. 차량용 애플리케이션에서 충족되어야 할 요건을 기초로 멀티미디어 콘텐츠 전송을 중심으로 비교했다. 개별 버스 시스템의 복잡성으로 인해 각 기술의 주요 측면에 대한 개괄만을 소개한다.

시스템 아키텍처

시스템 아키텍처의 장단점은 버스 시스템을 비교하는데 있어서 중요한 측면이다.
이더넷
이더넷은 1973년 제록스 팔로 연구 센터(Xerox Palo Research Center, PARC)에서 최초로 개발했으며, IEEE 프로젝트 802를 통해 1980년 이후 지속적으로 발전해왔다. 최종적으로 IEEE Standard 802.3 [IEEE 802.3]로 표준화됐다.
이더넷 명세는 LAN을 위한 네트워크 기술의 프레임워크를 구성한다. MOST와 비교하여 이더넷 명세는 기기들이 상호 통신할 수 있는 버스 아키텍처와 같은 하드웨어만을 정의한다. IEEE 802에서는 OSI를 위한 ISO 레퍼런스 모델의 데이터 링크 계층(계층 2)과 물리 계층(계층 1, 비트 전송 계층)만이 규정돼 있다.
근본적으로 이더넷은 여러 작업장에 있는 컴퓨터를 상호 연결하도록 만들어졌다. 때문에 시스템은 불규칙적인 데이터 패킷 형태로 데이터를 전송할 수 있도록 설계됐다. 이러한 데이터 전송 형태는 대부분 컴퓨터 기반 애플리케이션에 적합하며, 제한된 정보 블록이 한 장소에서 다른 장소로 전송된다.
수년에 걸쳐 다양한 이더넷 기술이 개발됐다. 각각은 속도, 사용된 케이블 형태, 회선 코딩 등에서 서로 상이하다. 공식 이더넷 매체 유형은 다음과 같다:

● 10 MBit/sec 이더넷
  - 동축 케이블
  - 꼬임쌍선 케이블
  - 광섬유 케이블
● 100 MBit/sec 이더넷 - 고속 이더넷
  - 꼬임쌍선 케이블(Cat.5)
  - 광섬유 케이블
● 1 Gbit/sec 이더넷
  - 꼬임쌍선 케이블(Cat.7)
  - 광섬유 케이블
● 10 Gbit/sec 이더넷
  - 단일-모드 광섬유
  - 다중-모드 광섬유
  - 2쌍 이중-동축 구리 케이블

또한 WLAN(Wireless Local Area Network)이라는 이름으로도 알려져 있는 IEEE 프로젝트 802.11은 근거리 무선 통신망을 위한 무선 표준을 정의하고 있다. 이러한 네트워크가 실질적으로 이더넷 표준에 포함돼 있지 않을지라도 이더넷 데이터 블록 포맷에 기반하고 있기 때문에 이더넷과 상호 연동될 수 있다.
표 2는 현재 규정된 데이터 전송 속도를 보여준다.
데이터 전송 속도를 고려할 경우, 표시된 값이 명목값이며 획득 가능한 순수한 데이터 전송 속도는 이상적인 조건 하에서도 이들 값의 절반보다 조금 높은 정도라는 사실을 고려해야 한다. 또한 네트워크 내 모든 기기들이 업로드와 다운로드를 위한 대역폭을 공유해야 한다.
WLAN이 여전히 증가 일로에 있지만, 오늘날 이더넷 기술을 사용하는 가장 일반적인 기기는 현재 10 MBit/sec, 100 MBit/sec, 1 Gbit/sec의 전송 속도를 따르는 꼬임쌍선 구리 케이블 또는 광섬유 케이블로 통신한다. 초기에 이더넷을 통한 데이터 전송은 공용 버스 라인 상에서 이루어졌다. 현재는 스타 토폴로지를 주로 사용한다. 이더넷 스타 토폴로지는 각각의 연결된 기기에 대한 양방향 통신 기능을 제공하는 중앙 스위치로 구성된다(그림 1 참조). 여러 스위치를 직렬 연결함으로써 트리 구조를 구성할 수 있다. 링 또는 버스 등과 같은 토폴로지 역시 가능하지만 잘 사용하지 않는다.
홈 인포테인먼트 시스템 내에서 이더넷과 MOST 비교
IT 분야에서 이더넷이 일반적인 네트워크 토폴로지가 되면서 현재 홈 인포테인먼트 시스템용으로도 제안되고 있다. 다음에 소개하는 홈 네트워크 예를 통해 전통적인 아키텍처의 복잡한 배선 구조를 확인하고, 멀티미디어 애플리케이션용 MOST 아키텍처와 비교해 볼 수 있다. 이더넷 쪽에서 멀티미디어 콘텐츠 전송을 위한 필요한 메커니즘을 제공한다고 가정한다(그림 2 참조).
때로는 건물 내에 새로운 회선을 설치하는 작업이 상당히 복잡하고 비용도 많이 들어간다. 세계의 많은 지역에서 건물을 벽돌과 시멘트로 건축하기 때문에 벽 내부에 케이블을 설치하기가 쉽지 않다. CAT-5 이더넷 케이블은 직경이 대략 6 mm이다. 반면에 표준 MOST POF는 직경이 2.3 mm이다. 이것은 CAT-5 케이블(대략 28 mm2)의 단면적이 MOST POF 회선(대략 4 mm2)의 단면적보다 7배나 크다는 사실을 의미한다. 작은 단면적은 특히 벽면 모서리를 따라 케이블을 설치하는 작업을 간편하게 해준다. 이러한 사실 때문에 해당 예의 전기적인 연결은 현재 광 이더넷으로 대체됐다(그림 3).
설치를 간편하게 하는 만큼만 광 이더넷을 이용한 배선의 복잡성도 줄일 수 있다. 전이중 이더넷을 구현하기 위해서는 개별 노드 사이에 이중 광케이블 형태로 양방향 통신을 제공해야 한다.
그러나 MOST 링(그림 4)은 각 연결에 대해 단지 광케이블 하나만 필요하기 때문에 배선의 복잡성을 상당히 줄일 수 있다.
표 3은 앞서 언급한 세 가지 예제 배선의 복잡성을 비교한 내용이다.
이러한 사례를 보면, 배선 작업과 복잡도를 고려하는 경우 MOST 구성이 장점이 있다는 사실을 확인할 수 있다. 이더넷 시스템에서 각각을 연결할 때 구리 케이블 4개 또는 광케이블 2개가 필요하다. 하지만 MOST 링 토폴로지는 각 노드를 연결할 때 컴포넌트가 절반만 필요하다.

IEEE 1394
실제 IEEE 1394 명세는 이더넷 명세와 마찬가지로 1995년에 애플 컴퓨터 사가 파이어와이어(FireWire)라는 이름으로 발표한 순수한 하드웨어 명세다. 처음에는 애플 컴퓨터에 주변기기를 연결하기 위한 목적이 있었다. 이후 최종 사용자 기기를 위한 일반적인 인터페이스 기술로 발전했다. IEEE 1394는 물리 계층(layer 1, 비트 전송 계층)과 데이터 링크 계층(layer 2)만을 규정하고 있다.
현재 IEEE는 IEEE 1394를 속도 기준으로 표준 두 개로 나누었다.
● IEEE 1394a: 100, 200 또는 400 MBit/sec
  - 꼬임쌍선 케이블 (코어가 4개 또는 6개인 케이블)
● IEEE 1394b: 800 MBit/sec
  - 꼬임쌍선 케이블(코어가 9개인 케이블)
  - 광섬유 케이블

IEEE 1394 토폴로지는 각 기기 간에 양방향 연결 기능을 가진 트리 구조다(그림 5 참조). 네트워크 별로 기기를 최대 63개까지 연결할 수 있다. IEEE 1394a는 링 폐쇄 구조를 지원하지 않는다. 즉 최초 기기와 최종 기기 사이에 연결이 불가능하다. 이러한 기능은 IEEE 1394b에서만 지원된다.

사례: 차량용 인포테인먼트 시스템을 이용한 IEEE 1394와 MOST 비교
차량용 인포테인먼트 시스템을 예로 들어 MOST 네트워크와 IEEE 1394의 배선을 비교해 보자. 그림 6은 전방 디스플레이, 뒷좌석 디스플레이, GPS 내비게이션 시스템, CD 체인저, 앰프 등을 장착한 자동차를 보여준다. 좌측 자동차는 MOST를, 중앙 자동차는 트리 토폴로지에 기반한 IEEE 1394a를, 우측 자동차는 링 토폴로지에 기반한 IEEE 1394b 네트워크를 사용한다.
표 4에 그림 6에 나타낸 차량 구성에 필요한 컴포넌트를 정리했다.
차량 내부에서 컴포넌트 배선을 보면, MOST가 IEEE 1394보다 복잡도가 낮다는 것을 확인할 수 있다. IEEE 1394 시스템 내 각 연결은 광케이블 2개, FOT 2개, 광 접점 2개가 필요하다. 컴포넌트 수는 토폴로지와 상관없다. 트리 토폴로지와 링 토폴로지 모두 연결 당 같은 수의 컴포넌트가 필요하다. 하지만 MOST 링 네트워크는 컴포넌트 수가 대략 절반만 필요하다.
차량에 장착될 컴포넌트와 케이블 수는 전체 시스템 비용에 상당한 영향을 미친다. 또 다른 측면에서, 예를 들어 라커 패널과 도어 필러를 따라 병목현상이 나타나기 때문에 와이어 하니스가 두꺼워짐에 따라 설치 역시 어려워진다. 하지만 환경 친화적이고 저공해, 저에너지 소비 차량을 생산하기 위해 비용과 무게를 줄여야 한다. 이는 국제경쟁의 객관적인 목표다. 이런 측면에서 배선 연결과 케이블 비용 절감은 중요한 역할을 한다.

AEM_Automotive Electronics Magazine