차량용 이더넷 Ethernet AVB 의미, 사용이유, 특징, 장단점

최근에 자동차 업계에서는 can 통신에 이어, 전달하는 정보의 부족으로 이더넷 통신의 중요성과 필요성이 대두되고 있다. 

can 통신은 일전에 공부를 해보았었고,

https://jieunj.tistory.com/25

차량용 통신: Can 통신과 Can FD의 구조와 업계 현황

그래서 오늘은 이더넷 통신과 차량용 이더넷 Ethernet AVB 의미, 사용이유, 특징, 장단점 에 대해 공부 해 보았다. 

 

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Ethernet 통신이란?

Ethernet 통신은 컴퓨터 네트워크를 위한 표준 기술로, 데이터를 교환하고 공유하기 위한 프로토콜을 제공한다. 이더넷은 케이블을 통해 데이터를 전송하며, 빠르고 안정적인 통신을 지원한다. 이더넷 통신은 폭넓게 사용되는 기술로서, 개인용 컴퓨터에서부터 기업의 대규모 데이터 센터에 이르기까지 다양한 환경에서 활용된다.

 

최근 자동차 업계에서 채택하는 이유

 -> 인터넷 분야에서 널리 사용되어 기술 성숙도가 높고, 개발 툴, 부품 등의 가격이 저렴함

 

 차량용 이더넷 통신

차량용 이더넷 통신은 최신 자동차에서 네트워크를 통한 다양한 기능을 구현하는 데 사용된다. 이를 통해 차량 내 각 시스템이 효율적으로 통신하며 안전성과 편의성이 향상된다. 예를 들어, 차량 내 인포테인먼트 시스템, ADAS(Advanced Driver Assistance Systems), 차량 간 통신(V2X) 등에 이더넷 통신이 활용된다.

 

 Ethernet AVB란?

Ethernet AVB(Audio Video Bridge)는 실시간 오디오 및 비디오 트래픽을 관리하기 위한 이더넷의 확장 표준이다. AVB는 IEEE 802.1 시리즈의 표준 중 하나로, 네트워크 상에서 실시간 데이터의 전송과 정확한 동기화를 보장한다. 이를 통해 자동차 음향 시스템 및 기타 응용 분야에서 정밀한 타이밍과 높은 품질의 오디오 및 비디오 스트림을 제공할 수 있다.

 Ethernet AVB의 사용 이유와 배경

Ethernet AVB는 실시간 통신에 필수적인 정확한 시간 동기화와 효율적인 트래픽 관리를 위해 설계되었다. 자동차 내에서는 여러 시스템 간의 통신이 밀접하게 연결되어 있으며, 정밀한 동기화는 안전성과 성능 향상에 기여합니다. 또한, 오디오 및 비디오 스트리밍에서 발생할 수 있는 지연을 최소화하여 사용자 경험을 향상시킨다.

ECU와 인포테인먼트 등 차량 내 기능 수요 증가로 필요성 대두 

대용량 실시간 데이터 전달 필요 

데이터의 안정성/ 실시간성 매우 중요 

오디오, 비디오 데이터를 안정적으로 전달 가능

-> 차량 Ethernet의 첫 응용 분야는 멀티미디어 (오디오, 비디오 등) 분야

 

 

 Ethernet AVB의 특징 한계점

<특징>

 

1. 시간 동기화 PTP Precision Time Protocol

카메라 및 오디오 데이터 동기화 지원

시간 동기화 방법 

• Master - Slave 단으로 구성
• PTP 메시지로 시간 정보를 교환
• 수신된 정보를 바탕으로 offset 및 delay 보정

 

2. 대역폭 예약 SRP  Stream Reservation Protocol 

소스 및 목적지 경로내의 모든 노드에 필요한 대역폭 예약

LAN 내에서 전달되는 서비스들의 스트림이 요구하는 대역폭 예약 또는 예약 해제

 

 

문제점과 한계점

AVB 기능이 매우 훌륭하고 큰 정보를 전달하는데 적합하지만,

AVB의 치명적인 단점은 차량에서 필요한 제어 컨트롤이 쉽지 않다는 점. 

차에서는 신호에 따른 컨트롤 및 제어가 필요한데, 이것이 AVB에 적합하지 않았고, 

기존의 Ethernet을 수정하여 멀티미디어 데이터 및 제어 데이터를 함께 전송할 수 있도록 개발하고자 함 (⇒TSN)

 

 

Ethernet TSN이란?

Ethernet TSN(Time-Sensitive Networking)은 시간에 민감한 실시간 통신을 위한 이더넷의 표준 집합이다. TSN은 다양한 기기 간의 정밀한 동기화와 트래픽 스케줄링을 허용하여 네트워크에서 발생할 수 있는 불확실성을 최소화 한다. 이는 자동차 및 산업 자동화 등 다양한 분야에서 실시간 통신이 요구되는 환경에서 큰 의미를 지닌다.

Ethernet TSN의 장점

Ethernet TSN은 다양한 장비 간의 일관된 시간 동기화를 제공하면서, 트래픽 관리와 대역폭 할당에 있어서도 효율적으로 동작한다. 이는 실시간 응용 분야에서 안정성과 신뢰성을 강화하며, 현대 산업의 요구 사항에 부합하는 솔루션을 제공한다.

정확한 시간 동기화
지연 시간 보장 및 예측 가능성, 초저 지연 시간
내결함성
신뢰성
스트리밍 서비스
TSN은 보장된 대역폭 및 시결정적(deterministic) 지연 스트림을 제공함

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결론

 

Ethernet AVB와 TSN은 이더넷 네트워크 기술이며 최근 자동차 및 산업 자동화 분야에서 적용되고 있다. 

 

AVB는 이더넷 통신의 약점을 보안하여, 시간 동기화와 데이터 예약 기술 들을 통해 Audio video 등 에 활용되며, 

 

자동차에서 필요한 제어 control을 위해서는 AVB가 아닌 TSN 방식을 적용한다.