1. 차량용 통신 및 네트워크 개념

차량용 통신 개념

• 차량용 통신 : 차량 내 수십 개의 제어기들이 서로 안정적으로 정보를 공유하고 전달하기 위해 사용되는 유선 통식 방식
• 장점 : 신호선 단순화, 커넥터 소형화, 무게를 절감하면서 융합 제어가 가능하도록 한다.

차량용 네트워크의 개념

• 차량용 네트워크 : 다양한 방식으로 구성 가능하지만, 일반적으로 버스 구조를 가진다.
• 차량 내 개별 제어기의 역할에 따라 도메인 기준으로 그룹화하여 네트워크를 분리하는 것이 일반적이다.

2. 차량용 통신 및 네트워크 도입 배경

차량용 통신 및 네트워크 도입 배경

• 최근 차량에는 수십개의 제어기가 탑재되며, 그 개수가 계속 늘어나는 추세이다.
• 차량 내 탑재되는 제어기가 늘어남에 따라, 신호선 연결만으로는 내부 신호 복잡도가 늘어나, 단순하고 안정적인 정보 공유를 위해 통신을 사용한다.
• 차량용 통신은 제어기의 특성이나 목적에 따라 요구 사항에 맞는 통신 프로토콜을 사용한다.

적용 현황

• CAN, LIN, Ethernet, FleRay와 같은 다양한 통신 프로토콜을 사용하는 다양한 네트워크들이 각각 존재하며, GateWay로 연결된다.
• 서로 다른 이종 통신으로 구성된 네트워크는 반드시 GateWay로 연결해 주어야 한다.
• 기존 신호선은 한번에 1bit 정보 통신!

3. 차량용 통신 종류 소개

차량용 내부 통신 종류

• 내부 통신은 제어기간 통신, 센서 통신, 멀티미디어 통신 등 다양한 요구 사항에 맞게 통신 방식을 결정한다.
• 제어기 간 통신에 주로 사용되는 방식은 CAN, LIN, FlexRay 등이 존재하며, 최근 고속 대용량 데이터에 대한 수요로 Ethernet 통신이 확대 적용 중이다.

차량용 외부 통신의 종류

• 외부 통신은 차량 간 통신, 차량과 인프라 통신, 차량과 디바이스 통신, 진단통신 , 전기차 통신등 다양한 통신 방식이 존재한다.
• V2X 통신에는 DSRC/WAVE 통신, 진단 통신에는 CAN, Ethernet, 전기차 충전에는 CAN, PLC 등이 사용된다
• 최근에는 LTE, 5G등 셀루러 데이터 통신을 차량에 적용한 커넥티느 카를 개발중이다.

4. CAN 통신 개념

CAN 통신의 도입 배경

• 기존 산업용으로 사용되던 통신 방식이 맞지 않아, 새로운 통신 개발
• CAN은 자동차 환경에 맞는 비용, 무게, 설계 용이성, 실시간성, 안정성 등을 고려한 통신 방식으로 Boshc와 OEM 주도로 최초 개발되었다.
• 최초 CAN 이후 저속 CAN(느리지만 한가닥으로 통신가능), CAN-FD(빠름)등 차량 내 제어 환경이나, 요구 사항이 변함에 따라 개선된 CAN 통신들도 개발중

CAN 통신 개념

• Multi-maset : 어떠한 제어기도 원하는 시점에 데이터 전송, 송신 가능
• Twisted-pair : CAN 통신은 Twisted-pair 형태의 꼬임선로를 이용하여 유선 통신을 함
• Bus topology : CAN 통신은 Bus Topology로, 네트워크가 구성되어 통신선을 서로 공유함에 따라 네트워크에 연결되는 제어기의 추가, 제거가 용이 하다.

5. CAN 통신 물리 계층

CAN 통신 물리 계층 구조

• 신호를 전달하는 매체의 구성을 포함하여, 비트 전송을 위한 전기적, 기계적, 기능적인 수단에 대한 내용을 담고 있는 계층 사양을 말한다.
• Twisted Wire를 이용하여 통신선을 공유하는 bus 형태로 네트워크를 구성한다.
• 통신 속도 설정을 통해 조절 가능하며 최대 1000, 보통 500kbps 를 사용한다.
• 통신 선로 상의 반사파 제거를 위해 bus 양 끝단에 120옴 에 해당하는 종단 저항을 배치

CAN 통신 물리 계층 동작 원리

• 차동 신호는 두 개의 전송선 위에 위상이 서로 반대로 흐르는 신호를 말하며, 두 신호의 전압 차이를 이용하여 비트 데이터를 전송한다.
• 차동 신호의 전압 차이를 이용하여 신호를 판별하기에 노이즈에 강한 특성을 가진다.
• 두 개의 통신선의 전압 차이를 이용해서 로직적으로 0,1을 판별, 0이면 Dominant bit, 1이면 recessive bit라 명명하여 둘이 충돌시 Dominant bit이 이긴다.
• Transceiver IC는 물리 계층의 동작 사양을 IC 형태로 구현한 것으로, 0,1전기 신호를 물리 신호로 전환하여 전달한다.

6. CAN 통신 데이터링크 계층

CAN 통신 데이터 링크 계층 구조

• 데이터 링크 계층은 데이터를 네트워크 전송 방식에 맞게 프레임화 해서 각 프레임의 형태 구성과 데이터 전달 과정의 오류 검출 등의 사양이 명시되어 있는 영역이다.
• CAN 통신 프레임은 디지털 데이터 전송 단위이며, 일반적으로 전송하는 데이터를 담을 수 있는 틀 형태로 규정된다.
• CAN 통신 프레임은 Arbitration 필드, Control 필드, Data 필드, CRC 필드, ACK 필드 등으로 구성된다.

CAN 통신 데이터링크 계층 동작 원리

• CAN 메시지 프레임 내의 Arbitration 필드에는 CAN Message ID 정보를 담을 수 있는 자리가 정해져 있다.
• CAN Message ID는 메시지를 구분하는 용도로 사용되며, 동시에 우선순위를 정해주기도 한다.
• 우선순위에 다라 중재라는 과정을 거쳐 순차적으로 동시 입력된 메시지 프레임을 처리한다.

7. LIN 통신 개념

LIN 통신 개념

• 저비용으로 구현할 수 있는 직렬 통신 방식으로 소형 센서 및 액추에이터 연결에 주로 활용한다.
• LIN 네트워크는 CAN 네트워크의 서브 넷으로 주로 사용한다.
• Single-wire 12V 버스를 이용하여 네트워크를 구성
• Single Master - Multiple Slaves 네트워크 구조를 가짐
• LIN 네트워크에 연결할 수 있는 쵀대 노드 수는 16개, 메시지 수는 64개 이하이다.
• 최대 통신 속도는 20kbps, ISO 17987 국제 표준에 정의되어 있다.

LIN 통신 동작 원리

• 한개의 마스터 노드와 여러개의 슬레이브 노드로 구성
• LIN 통신은 12V 베터리 전압을 이용한 전압 레벨 통식 방식을 이용하며 0V는 Dominant, 12V는 recessive를 의미한다.
• 슬레이브 제어기는 마스터의 요청에 맞게 응답 데이터 전송, 명령을 수행한다.
• 네트워크는 마스터에 의해 초기화 되며 이 마스터는 동기화 break, 동기화 byte, 메시지 ID로 구성된 헤더를 전송, 본인의 ID에 대해 수행하게 된다.

8. LIN 통신 활용

LIN 통신 제어기 구조

• MCU(Microcontroller) 와 LIN Transceiver로 구성
• MCU내 Serial Communication Interface(SCI) 통신 모듈은 범용적인 직렬 통신 인터페이스 중 하나이다.
• LIN 통신 제어기는 이러한 SCI 통신 모듈을 이용하고 외부 전송을 위한 신호 증폭을 Tranceiver IC가 수행한다.
• Single Wire 구조이고, MCU 내장 SCI 모듈을 사용하기에 소프트웨어적인 프로토콜 구현으로 저렴한 제어기와 네트워크 설계가 가능하다.

LIN 통신 활용 사례

• 운전대 멀티 펑션 스위치 : Cruise, 와이퍼, 오디어 제어 버튼
• 컴포트 장치 : 온도, 습도 선루프, 조명
• 엔진 : 소형 모터, 쿨링팬 모터
• 내-외장 장치 : 사이드 미러, 도어 윈도우, 시트 포지션 모터, 시트 압력 센서 등

9. Ethernet 통신 배경

Ethernet 통신 적용 배경

• 컴퓨터 네트워크 기술의 하나로, 일반적인 LAN에서 가장 많이 사용
• 지원하는 통신 속도는 10mbps ~ 10Gbps
• 자동차 전자 제어기의 증가, 카메라, 진단, 안전 보조장치, 엔터테인먼트등 대용량 데이터 발생으로 인해 고속 통신이 필요하게 되었다.
• 산업룡 Ethernet은 차량에 적용하기에 조건, 신뢰성, 와이어링등의 조건이 맞지 않아, 직접적인 사용은 어려웠다
• 차량용 Ethernet 개발을 위해 OPEN 단체가 설립되었고, 2016년 부터 국제 표준 단체 IEEE에서 표준화를 진행중

적용 현황

• 2008 BMW가 진단 및 리프로그래밍 용도로 IT 에서 사용하던 (2/4-pari) Ethernet 기술 개발
• 2011 Oepn(One pair Ehter net)이 설립되어 2ㄷ가닥 통신선으로 가능한 Ethernet 기술 개발
• 2015년 부터 Surround View, 엔터테인먼트, 주차 지원등 ADAS와 엔터테인먼트 시스템 연결하는 Ethernet 통신 적용 제어기들이 증가
• IEEE 표준 단체에서 IEEE Standard 100 Base-T1이라는 이름 하에 표준화가 진행되고 있음
• 제어용 통신으로 확대 적용하기 위해 최근에는 신뢰성 높은 Ehternet 통신이 개발중임

10. Ethernet 통신 개요

Ethernet 통신 개요

• 전이중화 (Full duplex)는 송신과 수신 과정이 동시에 동작할 수 있는 연결 방식을 의미하며 1:1 통신에 사용한다.
• Ethernet 스위치는 MAC 주소를 기반으로 패킷이 전달되도록 하는 기능을 갖춘 장치로, 계층적 네트워크 구성이 가능하고, 연결된 장치의 추가, 제거가 용이하다.Ethernet 패킷에는 송신 측 MAC 주소와 수신 측 MAC 주소를 포함하고 있어 스위치를 통해 계층적 구조로 연결된 제어기에 데이터를 전달 할 수 있다.

차량용 Ehternet 통신 개요

• 차량용의 경우 one-pair UTP(Unshield Twisted Pari) 통신선을 사용하는 구조로 새롭게 설계되었다.
• 차량 내에 제어 데이터와 멀티미디어 데이터 처리를 위한 모든 요구 사항을 만족하고, 다양한 종류의 데이터를 실시간으로 전달하고 동기화하기 위해 별도의 통신 프로토콜을 개발
• 차량에서는 옵션 사항이나, 차량 variant등의 이류로 제어기의 추가 및 제거가 용이해야 하므로 서비스에 따라 패킷 전달 기능을 다르게 적용할 수 있는 기술들도 적용되었다.
• Ehternet 백본은 차량 내 주요 제어기를 Ethernet으로 연결하고 나머지 관련 제어기를 서브 네트워크로 구성하는 네트워크 구조를 의미한다.

11. Ethernet AVB 통신 개요

Ehernet AVB 통신 개념

• AVB(Ethernet Audio Video Brdiging)은 IEEE 802.1을 따르는 기술 표준
• 오디오, 비디오등의 멀티미디어 스트림 데이터의 품질을 보장하며 동시에 원활하게 전달하기 위해 고안하였다.
• 멀티미디어 데이터가 전송될 때, 오디오 데이터와 비디오 데이터는 서로의 싱크가 lip-sync처럼 잘 동기화될 필요가 있다.
• 주변 Ethernet Bridge의 클럭을 동기화 기술로 전송 지연을 최소화시켜 스트리밍 서비스를 가능하게 한다.

차량용 Ehernet AVB 통신 개념

• ECU와 인포테인먼트 기능의 수요 증가로 차량용 Ethernect에 대한 연구를 진행해왔음
• OBD(On Board Diagnotics), ADAS시스템이 탑재되면서 대용량, 고속 실시간 데이터 처리가 중요해짐
• AVNU 단체에서 자동차 환경에 맞는 요구 사항을 기존 산업용 Ethernet AVB 통신에 반영한 Automotive Ethernet AVB 통신에 대한 표준화를 진행하게 되었음.
• 자동차의 경우 안전과 밀접한 데이터도 네트워크에서 처리되기 때문에 데이터의안정성과 실시간성이 매우 중요
• 차량용 Ehternet AVB 스택은 AVB 지원 하드웨어와 AVB 지원 소프트웨어 프레임워크 부분으로 구성

12. Ethernet AVB 통신 표준

Ehternet AVB 통신 표준 사양 구성

• 802.1Qav : AV 프레임 전송 기능, Traffic Shaper 기능
• 802.1as : AV 장치 간 시간 동기화
• 802.1Qat : 스트림 대역 예약
• IEEE 1722 : AV 스트림 전송 프레임 구성
• 802.1ba : AVB 브리지, 단말 요구 사항 정의

Ehternet AVB 표준 사양 스펙

• IEEE 802.Qav는 AV 프레임 전송 기능 및 남는 대역에서의 일반 프레임 전송 기능을 지원할 수 있도록 Credit 개념을 사용하는 Traffic Shaper라는 것을 지원
• IEEE 802.1AS는 AV 장치 간 시간 동기화 지원, 시간 동기화란 각 장치 간의 시간의 차이를 보상하면서 동작 Clock을 서로 맞추는 작업으로 장치 간 실시간성 보장에 중요한 요소
• IEEE 802.1Qat는 대역폭 할당 기법을 명세해 놓은 표준으로 Talker와 Listener 사이의 스위치들이 주어진 시간적 요구 사항을 만족할 수 있도록 대역폭을 제공할 수 있는지 확인하고 이를 확보하는 과정임
• IEEE 1722는 AVB 데이터의 전송 프로토콜을 명시해 놓은 것으로 메시지 프레임 포맷을 정의함

13. Ethernet TSN 통신 개요

Ethernet TSN 통신 배경

• 안전과 민감한 제어 시스템에서는 약간의 통신 지연이 큰 사고 발생으로 이어질 수 있기에, 정교한 통신 처리와 시스템 동기화가 요구됨
• TSN(Time-Sensitive Network)란 초저지연 인프라 기술의 하나로서, Ehernet 계층의 시간 제어 네트워크의 하나이다.
• TSN은 AVB에서 확장된 네트워크로서, 제어 데이터를 실시간성을 보장하며 안전하게 전송 보장하는 기능이 추가되고 있다.

Ethernet TSN 통신 표준

• TSN은 IEEE 802.1(국제 전기 전자 기술자 협회, 네트워크 기술 표준 담당) 내 TSN 태스크 그룹에서 개발중
• 기존 Ethernet AVB 통신을 TSN으로 이름을 변경하여 멀티미디어 뿐 아니라 제어 데이터까지 처리하도록 기능 개선을 추진 중이다.
• 표준 사양
  • 802.1Qv : Time-critical data 우선 처리
  • 802.1Qbu : Message Preemption 처리
  • 802.1Qch : 전송 스케줄 관리
  • 802.1CB : 중복(Redundant) 프레임 처리
  • 802.1AS : 시간 동기화 처리

14. TCP/IP 통신

TCP/IP의 개념

• TCP/IP 스택은 네트워크를 통해 서로 정보를 공유하는 표준 프로토콜의 집합을 의미한다.
• IP는 인터넷 프로토콜로서, 인터넷 환경에서 IP 주소 체계에 의해 정보가 전달될 수 있도록 하는 규약
• TCP는 여러 데이터를 순차적으로 전송할 때 송-수신이 제대로 이루어졌는지 확인하는 과정을 포함한 전송 제어 규약
• TCP/IP 스택은 물리 계층의 통신 방식과 상관없이 상위 애플리케이션끼리 데이터를 송-수신할 때 필요한 부가 정보를 담을 수 있는 표현법과 방식을 정의한 상의 프로토콜이다.

TCP/IP 스택 구조

• TCP/IP 스택은 응용, 전송, 네트워크, 테이터 링크, 물리 계층 등으로 나뉘어 구성
• 응용 계층에는 실제 전달하고자 하는 데이터만 필요
• 전송 계층에서는 TCP 혹은 UDP 형태로 저장하고 전달하는 방식에 대한 내용을 정의
• 네트워크 계층은 IP 주소를 포함하여, 송-수신할 대상에 대한 정보를 정의
• 데이터 링크 계층은 데이터 전송에 사용한 통신 방식을 정의
• 물리 계층은 실제적인 유선이나 무선으로 전달되는 물리적인 신호의 모양을 정의한다.

15. 진단 통신 배경

진단 통신 도입 배경

• 배출 가스 제어 장치의 고장과 MisFire 등 배기 가스 증가 원인이 되는 현상을 막기 위해 차량의 상태를확인할 수 있는 인터페이스가 필요
• 차량의 안전과 관련된 고장 정보를 운전자에게 전달할 필요가 있어 MIL(Malfunction Indicating Lamp)로 경고하여 배출 가스 제어 장치의 고장, 열화에 의한 배출 가스 증가를 억제 하기위한 목적으로 도입
• 1988년 이후 캘리포니아주에서 판매되는 모든 자동차에 대해 OBD 탑재가 의무화되면서 전 세계의 자동차에 점차적으로 진단 통신과 OBD가 적용

진단 통신 법규 및 표준

• OBD는 진단 통신을 이용하여 차량을 진달할 수 있도록 차랴 내에 정해진 커넥터 모양과 통신 방식, 필수 진단 정보 등의 내용을 담고 있는 법규이다.
• DLC(Diagnostic Link Connector) 진단 커넥터는 차량 내에 별다른 도구 없이 접근 가능한 곳에 설치되어야 한다.
• 차량 내 전자 제어 장치와 외부 진단기 간의 통신 규약을 정의하기 위해 ISO 국제 표준에서 UDS(Unified Diagnostic Services) 통합 진단 서비스 내용을 ISO 14229로 정의하고 있음
• ISO 15765-3 에서는 CAN 통신을 이용한 진단 프로토콜을 정의하고 있음
• 진단 통신은 저자 제어 장치 진단, 제어기 리프로그래밍, 원격 제어등 다양한 서비스를 지원한다.

16. 진단 통신 개요

UDS 통신 개념

• UDS는 통합 진단 서비스 프로토콜로 다양한 진단 서비스를 지원하기 위해 진단 절차 및 데이터 표현법 등을 정의한 통신 규약
• OBD-II는 제한된 법적인 서비스 정보만 제공하지만, UDS는 제조사와 기술자 간의 진단 서비스를 구현하기 위한 내용까지 포함하고 있는 규약을 정의하고 있음
• UDS클러이언트는 진단 서비스를 요청하는 측으로 일반적으로 진단기, 테스터기가 해당된다
• UDS 서버는 진단 서비스 요청을 수신하는 측으로 일반적으로 차량 내 전자 제어기가 해당되며, 진단 서비스 요청에 대한 응답을 제공해야 한다.
• UDS는 물리적인 통신 방식에 상관없이 두 장치 간의 진단 서비스를 표현하는 방법, 진단 서비스 절차 등의 내용을 담고 있는 상위 프로토콜이다.

UDS 통신 서비스

• UDS 통신 서비스는 진단기와 제어기 간의 진단 통신을 통해 할 수 있는 서비스를 정의
• 대표적으로 네트워크 계층의 프로토콜 제어, 제어기 내부 데이터 취득, 고장 코드 기록, 백업, 원격 강제 구동, 소프트웨어 업데이트 등이 있음
• 최신 차량에는 UDS 외에도 차량 내 전자 제어기들의 상태 모니터링 및 점검을 위해 외부에서 테스터라고 하는 컴퓨터(클라이언트)를 차량의 Bus 시스템에 연결하여 개별 제어기의 고장 메모리를 확인하거나, 새로운 소프트웨어로 업데이트 하는 등 양산 이후 제ㅐ어기 유지, 보수 모니터링 관리 용도로 널리 활용되고 있음.

17. 게이트웨이 시스템 개요

게이트웨이 시스템 하드웨어 구조

• 게이트웨이는 다양한 통신 방식으로 구성된 이종 네트워크 간의 정보 교환이 이루어지도록 데이터를 변환하는 장치이다.
• 차량용 게이트웨이 장치는 CAN, LIN, Ethernet 같은 이종 통신 네트워크 간의 정보교환, 내부 네트워크 관리, 외부 인터페이스 통제, 진단 모니터링, 데이터 미러링, 로링 등의 기능을 지닌다.
• 게이트웨이 장치의 하드웨어는 Controller, Transceiver등으로 구성
• Controller는 Main microcontroller IC에 내장된 경우가 많으며 CAN,LIN Controller등이 있음

게이트웨이 시스템 소프트웨어 구조

• 게이트웨이 소프트웨어는 일반적으로 차량용 전자 제어기의 표준 소프트웨어 플랫폼으로 알려진 AUTOSAR 소프트웨어 플랫폼을 기반으로 개발하는 경우가 많다.
• AUTOSAR에는 통신 및 네트워크 제어를 위한 다양한 프로토콜 스택이 구현되어 있음
  • COM : 통신 메시지 중 Signal 단위 처리
  • SM : 통신 상태(State) 관리
  • NM : 네트워크 관리
  • PDUR : PDU 라우터 (전달)
• 이종 네트워크 간의 메시지를 전달하는 방법에는 Frame,PDU,signal Routing이 존재Frame - 도일 네트워크간PDU - 이종 네트워크간. 하나의 메세지를 호환가능한 단위로 분할하여 전달Signal - 필요한 signal부분만을 재조합 하여 전송

18. ITS 개요

ITS(Intelligent Transport systems) 개념

• ITS는 교통수단 및 교통 시설에 전자,제어 및 통신 등 첨단 기술을 접목하여 교통 정보 및 서비스를 제공하고 이를활용함으로써 교통 체계의 운영 및 관리를 과학화 - 자동화하고, 교통의 효율성과 안정성을 향상시키는 교통 체계
• 버스 정류장의 버스 도착 안내 시스템, 교통량에 따라 자동으로 차량 신호가 바뀌는 시스템, 내비게이션의 실시간 교통 정보(TPEG), 하이패스 등이 ITS에 해당
• 카메라를 통해 교통사고,차량고장,도로 파손등의 돌발 상황을 실시간으로 파악, 대응하여 피해를 줄이고, 교통소통에 미치는 영향을 최소화하여 목적지까지의 소요시간, 우회 경로, 주차 정보 등을 제공, 빠른 길로 안내하고 교통량을 분산하는 등 효율적인 교통 운영을 위해 도입

C-ITS 개념

• C(Cooperative)-ITS는 V2X통신을 활용하여 서로 데이터를 공유하고, 능동적인 돌발 상황 대응 및 예방이 가능한 교통 안전중심의 차세대 ITS를 의미한다.
• C-ITS는 V2X 통신 기반의 정보를 공유하여 실시간 정보의 수집과 제공, 연계 서비스의 제공 등 다양한 서비스로 확장이 가능하다.
• CAV(Connected Autonomous Vehicle)는 자율주행차에 V2X 통신을 기반으로 연결성을 제공함으로써 인프라 통신이 하나의 센서와 서비스로 연결되는 자동차를 의미한다.

19. ITS 현황

C-ITS 국내 개발 현황

• C-ITS 인프라 구축을 위해 필요한 구성 요소1) 도로 인프라 지원 시스템 : RSU(Road Side Unit), 중계기, CCTV2) C-ITS 센터 : 도로 인프라의 정보를 기반으로 교통 시스템을 운영하는 데이터 통제 센터3) ITS 차량 단말기 : OBU(On-board Unit), 차량 내에 탑재되어 RSU나 다른 차량과 통신할 수 있는 단말기
• 국내의 경우 2014년부터 C-ITS 인프라 구축을 위한 시범 사업과 실증 사업들이 진행중임.
• 서비스 개발, 검증, 인프라 구축, 단말기 배포, 표준, 인증 절차 사양 개발등을 진행중임

주요 서비스

• 원활한 도로교통 주행, 충돌예방 등

  	- 위치 기반 교통 정보 제공 서비스

  • 원격 자동 결제 서비스
  • 교통 위험 정보 안내 서비스
  • 사고 위험 정보 안내 서비스

• V2V, V2I등의 통신을 기반으로 정보 공유를 통해 자율주행차의 센서 오차, 돌발상황 대체 기능의 한계를 극복할 수 있도록 다양한 서비스 개발중

20. V2X 통신 개념

V2X 통신의 정의

• V2X는 통신으로 연결된 미래의 자동차를 위한 기반 기술이다.
• 차량이 무선망을 통해 다른 차량 및 도로 등 인프라가 구축된 사물과 정보를 교환할 수 있도록 지원하는 기술을 의미한다
• 완전히 자동화된 교통 인프라를 가능하게할 핵심 기술

V2X 통신 개념

• V2V : 차량간의 통신. 돌발상황을 뒤차에게 전달
• V2I : 차량과 인프라 간에 무선으로 정보를 주고 받는 기술. 교통상황이나 돌발 상황을 안내받을 수 있어 사고 예방 가능
• V2D : 차량과 디바이스 기기 간에 무선으로 정보를 주고 받는 기술. 모바일 기기를 가진 개인 간에 정보를 교환해 차량과 보행자가 가까워지면 양쪽 모두에게 경고음을 발생시켜 사고 방지

21. V2X 통신 표준화 현황

V2X 통신 특징

• 자동차 외부 통신은 V2X를 구현하기 위해 다양한 통신 방식이 사용됨

  	- V2V/V2I: DSRC/WAVE, CALM, LTE, 5G, Wi-Fi 등

  • V2D: BLE, USB, UWB 등
  • V2G: PLC, CAN, J2847 등
• 다수의 차량이 전파 통신을 이용하여 차량과 차량 간의 통신 또는 차량과 인프라 간의 통신을 자율적인 네트워크로 연결하는 기술은 VANET(Vehicular Adhoc Networks) 이라 한다.
• 네트워크를 형성하는 각 노드가 고속으로 이동하여 네트워크의 연결 시간이 짧아 연결 상태가 불안정한 상태로 유지된다는 점으로 기존의 통신환경과 매우 다름

V2X 통신 표준화

• V2V/V2I 통신 기술은 VANET 기술로서 Wi-FI 기술을 기반으로 자동차와 인프라의 환경에 맞추어 표준화를진행하여 802.1p를 새롭게 개발
• DSRC(Dedicated Short Range Comuunication)은 ITS를 위한 단거리 무선 통신 기술로 전자요금 징수, 무정차 기반 자동 요금 지불 서비스, 교통정보 서비스 등을 위해 개발된 통신 기술이다.
• WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 통신 프로토콜은 802.11p 기반의 V2X 기능 구현을 위한 통신 메시지의 전송 규칙 등을 표준화한 것
  

22. WAVE 통신 개요

DSRC 통신 개념

• DSRC는 근거리 전용 통시능로 차량과 노변 기지국 간에 사용되는 근거리 통신이다.
• 20m 이하의 노변-차량 간 양방향 근거리 통신으로, 일 대 다수의 통신기능, 고속 전송기능(1mbps), 값싸고 단순한 변조 기술을 사용하는 것이 특징이다
• DSRC는 요금 징수, 교통량 수집과 정보를 제공하는 네트워크 통신 기술로 기존에 ITS에 가장 많이 활용하였음.
• 사물 인터넷 환경과 스마트카의 개발에 따라 교통상황을 실시간으로 인지하여 교통 사고를 미연에 방지하고 교통 흐름을 원활하게 조정할 수 있는 통신 기술의 개발이 요구에 맞는 V2X의 개념으로 확장하기에는 부족하여 DSRC에서 WAVE통신이 확장 개발중

WAVE 통신 개념

• V2X룰 를 위항 대역 할당, 기지국과 단말기 간의 서비스 정보를 주고 받기 위해 양방향 통신을 제안하면서 개발 시작
• 공공 안전, C-ITS 서비스를 위한 V2X 차량 네트워킹 기술 WAVE는 IEEE 802.11a/g 무선 와이파이 기술 차량 환경에 맞도록 개량한 802.1p MAC/PHY 기술을 기반으로 개발
• 무선 통신 장치들이 혼선 없이 자신의 무선 신호를 전달하려면 다른 신호와 겹치지 않는 자신의 주파수 영역인 주파수 대역폭을 가져야 하는데 WAVE 통신은 5.9Hz 영역대를 사용
• Wave 통신으 1개의 제어 체널과 6개의 서비스로 나누어 통신
• 제어 체널은 모든 기지국이 동일한 체널을 사용하여 모두가 알아야 하는 메시지를 전송
• 서비스 체널은 각 기지국마다 독립된 체널을 할당, 미리정의된 서비스 제공

23. WAVE 통신 표준 (SAE J2735)

SAE J2735 표준 구성

• SAE J2735(DSRC Message Set Dictionary)는 WAVE 통신을 통해 애플리케이션 간 전달되는 메시지 규격을 정의함
• 유럽 V2X 표준 단체 ETSi에서 ITS/V2X 메시지 정의를 다음 표준에서 제시하고 있음
• 표준 구성Data Dictionary(데이터 사전), Message Set(메세지 모음), Data Frame(데이터 프레임 구조), Data Element(데이터 요소)

SAE J2735 표준 Message Set

• DSRC SAE j2735에는 총 16종류의 메시지 세트가 정의되어 있으며 계속 업데이트 중

• 주요 메시지 종류

  	- BSM(Basic Safety Message): 기본 안전 메시지

  • EVA(Emergency Vehicle Announcement): 응급 차량 접근 메시지
  • RSA(Road Side Alert): 인프라에서 차량으로 보내는 알림 메시지
  • SPAT(Signal Phase and Timing): 교통 신호 등 정보 메시지

24. C-V2X 통신 개요

C-V2X 통신 기술의 정의

• LTE/5G 모바일 네트워크 통신 기술 기반의 V2X 통신 기술로 단거리 DSRC/WAVE 통신과 구분된다
• C-V2X는 일반적인 휴대전화와 달리 2종류의 전송 모드를 가진다.indirect : 일반적인 통신 모드로 중계기를 통해 다른 기기와 연결. V2N에 활용가능direct : 중계기 없이 모바일 기기간 직접 연결되는 방식. V2I, V2V, V2P와 같은 서비스에 사용가능
• 5GAA는 5G기반의 c-V2X를 표준화를 진행하는 단체
• ETSI(유럽 통신 표준 협회)에서 유럽 지역의 C-V2X표준화를 진행중

C-V2X 와 V2X와의 차이

• 성능면에서 C-V2X가 우위에 있다고 볼수 있자만, 용화나 인프라 측면에서는 V2X가 많은 진전을 보여 사용화 단계까지 진행되어 있는 상태
• C-V2X의 LTE-V2X나 5G-V2X의 표준화는 아직 진행 중이며 상용화 까지는 많은 시간이 필요한 상황
• C-V2X의 경우 LTE/5G망을 이용하기에 기존의 인프라를 활용할 수 있어 중복투자가 없다는 장점 존대
• 기존 WAVE 통신의 상위 애플리케이션 프로토콜을 그대로 활용할 가능성이 높아 통신 매체만 변경되는 차원에서 기술 전환이 이루어질 가능성도 높은 상황이다.

25. 전기차 충전 시스템 개요

전기차 충전 시스템 개념

• 전기차는 전기 에너지를 베터리에 저장하고, 베터리로 부터 구동력을 얻어 움직이는 자동차
• 전기차와 전력망을 연결해 주는 기반 시설이 전기차 충전 인프라이며, 베터리를 충전하기 위한 전력의 대부분은 직접 전력망에 연결하여 공급
• 전기차 충전 인프라는 Smart Power Grid(한전), Charging Station, Interface 구조를 가진다.

충전 시스템 구조

• 전기차의 내부는 크게 OBC, 베터리 시스템, EPCU(통합 전력 제어 장치, 자동차 내부 전원 공급), 감속기, 구동 모터로 구성되며 충전과 관련 있는 시스템은 OBC와 베터리 시스템이다.
• OBC(on Board Charger)는 고전압 베터리의 충전을 위해 외부 AC 전원을 DC 전원으로 변환시키는 장치. 완속 충전이와의 연결을 담당한다.
• 베터리 시스템은 베터리 자체와, 베터리 제어를 위한 BMS(Battery Management System)으로 구성. BMS는 베터리의 각 셀과 내구성과 성능이 최적이 되도록 충-방전 기능을 담당
• Charging Station은 전력망으로 부터 AC 전압을 차량 충전에 맞는 DC 전압으로 변환하여 공급하는 역할. 또한 전력망과 연결되어 과금. 충전량 등의 정보를 교환하는 통신이 이루어지며 PLC, CAN 통신 등이 이에 활용된다.

26. 전기차 유선 충전 통신 개념

전기차 유선 충전 통신 개념

• 전기차 충전 방식은 SAE J1772(IEC 62196)에 따르면 AC Level 1/2, DC level 1/2로 나뉜다 .
• AC LV1 : 가정에서 표준으로 사용되는 120V 고류 전압을 이용하여 충전하는 방식으로 최대 전달 전력은 2kW를 사용
• AC lv2 : 단일 혹은 삼중 위상 교류 전압 240V를 이용하여 충전하는 방식으로 LV1에 비해 충전 속도가 빠르다
• DC LV1,2: 직류 고전압 50 ~1000V를 이용하여 매우 높은 전류 (Level 1: 80A, Level2: 400A)로 충전 진행

전기차 유선 통신 표준

• 전기차 유선 충전 통신에는 다양한 종류가 존재하며, 각 국가별로 다른 표준을 사용하고 있어 SAE, IEC, ISO등의 표준 단체에서 표준안을 마련하기 위해 준비 중이다.
• 충전 통신은 대표적으로 Control Pilot, CHAdeMO, PLE 등이 존재
• Control Pilot : 충전 파워 조절 제어 신호에 6단계의 전압 레벨로 나눠진 PWM 신호를 사용하여 충전기와 배터리 간의 제어에 이용
• CHAdeMO : CAN 통신을 이용하여 데이터 기반 충전 프로세스를 제어하는 방식
• PLC : PLC 통신을 이용하여 데이터 기반 충전 프로세스 및 인프라 연계 서비스를 제공하는 방식