이 글은 다임러의 차세대 인포테인먼트 시스템에 대한 IP 아키텍처의 구성 요소를 설명한다. 그리고 이 시스템의 IP 아키텍처가 지원하는 여러 가지 기본 기능을 설명하고, 이를 구현하기 위해서 필요한 상응하는 프로토콜, 기능성 및 역할에 대해 설명한다. 또한 현재 그 구현 상태와 각각의 프로토콜 스택의 성능 테스트뿐 아니라, 공개된 과제 및 최적화에 대한 결과를 제공한다.



글 │
알렉산더 레온하디(Alexander Leonhardi) 박사
우베 발터(Uwe Walter) 박사
리코 하우크(Rico Hauke)
마르코 매니스칼로(Marco Maniscalco),다임러 AG

인터넷 액세스는 현대의 차량 인포테인먼트 시스템의 필수 기능이 됐다.
오늘날 사용자에게 가장 최신의 온라인 정보와 서비스의 제공은 필수 조건이다. 고급 분산형 인포테인먼트 시스템의 경우 어떤 기능은 헤드 유닛(Head Unit, HU) 뿐 아니라, 예를 들면 뒷좌석 엔터테인먼트 장치나 TV 튜너 등 여러 가지 특별한 장치에 의해 제공되며 다양한 종류의 모바일 컨슈머 장치에 액세스할 수 있다. 여기서 통신은 대부분 IP(Internet Protocol)에 기반을 두고 있으므로 그에 맞게 메커니즘을 조정해야 한다.
우리는 서로 다른 장치의 기능성 및 역할의 정의와 가능한 접속 및 액세스 권한에 대한 규격뿐 아니라, 시스템의 IP 아키텍처를 위한 IP 관련 설정에 대한 정의를 제공한다. MOST 150에 도입된 MOST 이더넷 채널은 분산형 인포테인먼트 시스템에서 필요한 모든 프로토콜과 메커니즘(예를 들어 IP, TCP, HTTP; 인터넷에서 사용되는 프로토콜의 정의에 대해서는 [2] 참조)을 구현하는 데 필요한 인프라를 제공하지만, 간편하고 효율적인 오디오 및 비디오 스트리밍을 위한 동기 및 등시성 채널과 같은 필수 통신 기능은 유지한다.
이 글은 다임러의 차세대 인포테인먼트 시스템에 대한 IP 아키텍처의 구성 요소를 설명한다(시스템 개요는 [3] 참조). 2절에서는 이 시스템의 IP 아키텍처가 지원하는 여러 가지 기본 기능을 설명하고, 3절에서는 이를 구현하는데 필요한 상응하는 프로토콜, 기능성 및 역할에 대해 설명한다. MOST 이더넷 채널을 통해 기본 MOST150 네트워크는 IP 트래픽을 전송하기 위한 효율적이고 사용하기 쉬운 해결책을 제시한다. 4절에서는 현재 그 구현 상태와 각각의 프로토콜 스택의 성능 테스트뿐 아니라, 공개된 과제 및 최적화에 대한 결과를 제공한다. 5절에서는 향후 작업에 대한 전망과 함께 마무리한다.

IP 아키텍처가 제공하는 기능성
여기서는 IP 아키텍처의 기본 기능을 간단히 설명한다. 먼저, 인터넷 액세스를 실현하기 위한 여러 가지 방법이 지원된다. 예컨대 블루투스나 USB를 사용해 중앙 라우터 역할을 하는 헤드 유닛에 접속된 사용자 모바일폰을 통해 인터넷 액세스를 할 수 있다. 대안으로서, 특별한 국가별 통신 장치나 선택 가능한 통신 장치를 사용할 수 있다. 이러한 통신 장치는 원격 진단 기능과 같은 특정 차량 중심의 서비스에 액세스하는 데도 사용할 수 있다.
인터넷 접속은 헤드 유닛의 내비게이션 애플리케이션에서부터 뒷좌석 엔터테인먼트 장치의 웹 브라우저에 이르기까지 장치에 관계없이 인포테인먼트 시스템 상의 모든 애플리케이션에서 액세스할 수 있다. 무선랜(WLAN)을 사용하는 경우, 헤드 유닛은 태블릿PC와 같은 사용자 모바일 장치를 위한 WLAN 핫스팟으로도 역할을 할 수 있다.
또한, IP 기반 프로토콜은 인포테인먼트 네트워크에서 애플리케이션 간의 통신에도 사용된다. 예를 들면, 미디어 재생 애플리케이션을 위한 메타데이터 데이터베이스와 같은 대용량의 데이터를 전송하거나 또는 HTML 기반의 정보에 접속하는 데 사용된다. 이러한 안정적이고 잘 검증된 메커니즘을 사용함으로써 새로운 기능을 보다 쉽게 도입할 수 있다.
보안 상의 이유로, 인포테인먼트 시스템에서 애플리케이션의 인터넷 트래픽은 백엔드 시스템에 의해서 암호화된 접속을 통해 라우팅 된다. 백엔드 시스템은 방화벽 메커니즘 또는 바이러스 스캐너를 통해 트래픽을 제어하고, 필터링하고, 수정할 수 있으며 빠르게 진화하는 인터넷 위협으로부터 인포테인먼트 시스템을 보호한다. 백엔드 시스템에 걸리는 부하를 줄이기 위해서 사용자 모바일 장치의 인터넷 트래픽과 일부 미디어 스트리밍 애플리케이션의 인터넷 트래픽(예를 들어, IP 라디오)은 백엔드 시스템을 통해 라우팅 되지 않는다. 이러한 애플리케이션의 보안을 보장하기 위해 보안 메커니즘을 인포테인먼트 시스템에 추가할 필요가 있다.

IP 메커니즘과 역할
앞서 설명한 기능을 달성하기 위해서 시스템에 있는 장치들은 그에 맞춰 서로 다른 IP 관련 메커니즘을 구현한다(그림 1 참조).



보통 헤드 유닛은 인포테인먼트 시스템에 있어서 중앙 라우터이며 가정에서 DSL 라우터와 비슷한 역할을 한다. 현재 시스템은 인터넷 액세스를 제공하는 라우터 및 모바일 장치의 역할을 대안으로 채택할 수 있는 임베디드 UMTS나 LTE 모듈을 갖춘 MOST 기반의 통신 장치를 포함하지 않고 있다. 그러나 IP 아키텍처는 이러한 확장을 위한 준비가 돼 있다. MOST 네트워크 상의 다른 장치는 라우터가 제공하는 IP 접속에 액세스할 수 있다. 모바일 장치는 인터넷 액세스[예를 들어, 다이얼업 네트워크(Dialup Network, DUN) 또는 개인통신망(Personal Area Network, PAN) 프로파일을 제공하는 블루투스를 통해)]을 제공하거나 또는 WLAN을 통해 라우터가 제공하는 인터넷 접속을 사용한다.



그림 2는 라우터에만 필요한 선택 가능한 구성 요소와 장치의 IP 스택을 보여준다. 기본적으로 IP 스택은 장치에서 실행되는 애플리케이션을 위한 TCP 또는 UDP 프로토콜에 대한 액세스를 제공한다. 일반적으로 애플리케이션은, 예를 들어 웹 브라우저의 경우에 TCP 상위에 HTTP 등 추가 애플리케이션 수준 프로토콜을 구현한다. 장치는 주어진 네트워크 인터페이스에 IP 데이터를 전송할 수 있다. 장치의 네트워크 인터페이스의 개수에 따라, IP 스택은 어느 인터페이스를 통해 IP 패킷이 전송되는지를 결정하는 복잡한 라우팅 테이블을 포함하고 있다.
IP 시스템에서 동적인 주소 할당을 지원하기 위해, 예를 들면 사용자 모바일 장치인 경우 라우터는 시스템에 있는 장치에 IP 주소와 다른 IP 관련 설정을 제공하는 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 위한 서버를 구현한다. 하지만 MOST 장치는 시스템이 빠르게 스타트업 할 수 있도록 정적으로 IP 주소가 할당된다. 네트워크 주소 변환(Network Address Translation, NAT)은 서비스 프로바이더로부터 받은 IP 주소를 로컬 주소로 변환한다. 문자 기반 주소(Uniform Resource Locator, URL)를 IP 주소로 변환(resolution)하기 위해 헤드 유닛은 도메인 네임 시스템(Domain Name System, DNS)을 위한 전달 메커니즘(forwarding mechanism)도 구현한다.
보안 메커니즘으로서 IPSec(Internet Protocol Security) 클라이언트는 다임러 백엔드 시스템과의 암호화된 접속을 확립하는 데 사용된다. 인포테인먼트 시스템에서 애플리케이션에 들어오고 나가는 모든 트래픽은 적절한 보안 메커니즘을 구현할 수 있는 이 백엔드 시스템을 통해 라우팅 되고 한 곳에서 관리된다. 방화벽 메커니즘은 이러한 애플리케이션에 들어오고 나가는 다른 트래픽을 차단한다. 단지 정의된 예외는, 예들 들면 멀티미디어 스트리밍에 대해 백엔드로의 시큐어 터널(secure tunnel)을 우회해 인터넷에서 서비스에 직접 액세스 하는데 허용된다.
IP 아키텍처의 설정은 IP 주소와 장치의 IP 관련 설정, 이들의 라우팅 테이블 뿐만 아니라 시스템의 방화벽에 대한 규칙을 정의한다. 라우팅 테이블을 통해서 이것은 특정 서브네트워크에 IP 트래픽을 구분할 수 있다. 예를 들면 헤드 유닛의 인터넷 접속을 이용하는 모바일 장치의 IP 트래픽은 인터넷에 직접 접속할 수 있지만 IPSec 접속은 우회한다. 방화벽 규칙은 모바일 장치에 대해 인포테인먼트 네트워크 상의 다른 애플리케이션과 장치에 전달되는 어떠한 IP 트래픽이든 방지한다.

 MOST150 이더넷 채널
MOST로 연결된 장치들 간에 IP 트래픽을 전송하기 위해서 MOST150 이더넷 패킷(MEP) 채널을 사용한다. 다임러는 이미 패킷 채널에 할당된 최대 대역폭과 처리 능력(throughput)에 대한 조사 결과를 발표했다. 이 실험에서([3] 참조) 실제 달성한 대역폭은 107 MBit/s이었으며 최대 대역폭 142.8 Mbit/s까지 이용할 수 있음을 보여주고 있다(효율 75%).
현재 다임러는 개발한 장치 샘플로 실제 시스템에서 MEP 채널의 성능을 조사하고 있다. 여기서 경계(boundary)는 패킷 채널을 위해 최대 대역폭 43.75 Mbit/s를 남기고 65로 설정했다. MOST의 특성으로 인해 이 대역폭은 오디오/비디오 스트림의 전송에 사용하는 병렬 동기 또는 등시성 채널에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나 MOST 데이터 패킷(MDP) 채널에서 병렬 트래픽에 영향을 받는다. 다임러는 MDP 채널에서 병렬 트래픽을 아직은 생성하지 않고 측정했다.
처리 능력은 헤드 유닛과 뒷좌석 엔터테인먼트 장치에서 실행되는 iperf로 TCP와 UDP에 대해 측정됐다. 단방향 트래픽의 경우 36 Mbit/s의 TCP 대역폭을 달성했으며, 이것은 사용 가능한 대역폭의 약 82% 정도이다. 이것은 TCP의 프로토콜 오버헤드로 인해 이더넷과 같은 다른 네트워크 기술에 비해 양호한 비율이다. UDP의 경우에는 이것보다 약간 낮다. 양방향 트래픽의 경우 헤드 유닛과 뒷좌석 엔터테인먼트 장치 간의 트래픽에 대해 비슷한 결합 대역폭(combined bandwidth)을 달성했다. UDP의 경우 양방향에서 대역폭이 거의 비슷한 반면, TCP의 경우 대역폭에 일부 변화가 관찰돼 현재 조사하고 있다.

결론과 미래 작업
이 글은 다임러의 차세대 차량 인포테인먼트 시스템의 IP 아키텍처를 설명한다. IP 아키텍처는 인터넷에서 정보와 서비스에 액세스할 수 있는 인포테인먼트 시스템의 애플리케이션을 위한 기본 메커니즘을 제공한다. MOST150의 이더넷 채널에 기반을 해 MOST 네트워크에 있는 모든 장치는 인터넷에 액세스할 수 있다. IP 아키텍처의 메커니즘은 IP 액세스 또는 보안 고려사항에 대한 요구에 따라 접속을 설정할 수 있는 유연성을 제공한다.
다음 단계로 인포테인먼트 시스템의 IP 아키텍처는 사용자 모바일 장치의 IP 메커니즘과 보다 긴밀하게 통합될 것이다. 이를 위해서 더 높은 계층의 적정한 표준을 지원해야 한다(예컨대 [4], [5] 참조). 특히 현재 WLAN을 통해 완벽하게 통합된 모바일 컨슈머 장치들의 유스 케이스가 점점 더 많아지고 있으며 차량 인포테인먼트 시스템에서도 지원돼야 한다.
 

AEM_Automotive Electronics Magazine