[3주차] LIN Bus & V2X 의 이해

# LIN Bus & V2X 의 이해

 

# LIN (Local Interconnect Network)

: 차량 내부 통신 분야에서 사용되는 HW & SW 프로토콜 중 하나로서, 복잡한 차량 내부에서 다양한 기기들이 통신할 수 있는 인터페이스를 제공하는 저속 통신 프로토콜

—> LIN Bus와 같은 의미

 

 

- 인터페이스를 제공받는 기기

: 디지털 클러스터 (Digital Cluster)

: 각종 제어 모듈 (Steering Wheel, Ari Conditioner, Engine, Smart Key)

 

 

- LIN Bus 특징 및 개요

통신 방식	단방향 통신
전송 속도	20 kbps 이하
통신 거리	수 m 이내
케이블 타입	단선 케이블
노드 수	최대 16개
프로토콜	Master-Slave 방식, CSMA/CR 프로토콜 사용
용도	저속, 단순 제어 기능에 적합
응용 분야	자동차의 전기/전자 시스템, 기타 산업용 제어 장치 등

 

+ 참고 자료

: https://www.csselectronics.com/pages/lin-bus-protocol-intro-basics

LIN Bus Explained - A Simple Intro [2023]

 

 

 

 

# LIN 의 주요 특징

- LIN의 노드 체계

: LIN은 노드 체계에 있어 Master-Slave 구조를 사용하는데, 이 구조의 상세는 아래 표와 같다. Master 노드는 다수의 Slave 노드에게 명령을 내리고, Slave 노드는 Master 노드로부터 받은 명령을 수행하고 응답하는 과정을 거친다. 이러한 통신 방식에서 Master 노드는 통신 버스의 관리를 담당하며, Slave 노드는 Master 노드로부터 받은 명령을 수행하는 역할을 맡는다.

	Master Node	Slave Node
개수	일반적으로 1개	n개
역할	Slave 노드에게 명령 하달	상부의 명령 수행
명령 하달	가능	불가능
응답 수신	가능	가능
명령 수행	일반적으로는 불가능	가능
응답 전송	가능	가능

—> 일반적으로 한 네트워크 안에서는 노드 간의 충돌을 피하기 위해 단 1개의 Master Node가 존재한다. 만일 다수의 Master Node가 존재할 경우, 예외적으로 Master Node는 타 Master Node의 명령을 하달받아 수행할 수 있다.

 

+ 참고 자료

: https://www.aurigait.com/blog/jenkins-master-and-slave-nodes/

Jenkins Master and Slave Nodes - Auriga IT

 

 

- LIN과 통신 방식

: LIN은 전송 방향이 (일반적으로)마스터 노드에서 슬레이브 노드로만 이루어지는 단방향 통신 방식을 취한다. 즉, 마스터 노드가 명령을 보내고, 슬레이브 노드가 그 명령에 대한 응답을 보내는 방식으로 통신이 이루어지는데, 이러한 통신 방식은 데이터 전송 방향이 일방향으로 고정되어 있기 때문에 단방향 통신 방식으로 분류된다.

+ 참고)

1. 단방향 통신 ≠ 단방향적 데이터 흐름

2. 단방향 통신 ≠ 노드 간 메세지 교환 불가

3. 단방향 통신 ≠ 각 노드 간 데이터 요청 및 반환 X

—> 전체적인 Data Flow가 통신 명칭 결정

 

 

- LIN 버스의 통신 속도

: 최대 20kbps ≤ CAN 버스

	LIN	CAN
통신 속도	저속	고속
요구되는 데이터 처리 능력	Low	High
제어 담당 역할	조명, 스피커, 스위치	엔진, 에어백, 브레이크

 

 

- LIN 버스의 데이터 전송 방식

: LIN 버스는 CSMA/CR 방식의 전송을 수행한다.

CSMA	Carrier Sense Multiple Access == 신호 캐리어 다중 접속
CR	Collision Resolution == 충돌 (문제) 해결

 CSMA/CR(Carrier Sense Multiple Access with Collision Resolution) 방식은 다수의 노드가 동시에 데이터를 전송하려고 할 때 충돌이 발생하는 문제를 해결하기 위한 방식으로, 버스를 먼저 감지한 노드가 먼저 데이터를 전송한다. 만일 다수의 노드가 동시에 버스를 감지하였을 경우, 각 노드는 임의의 시간을 기다린 후 데이터를 전송한다.

 

CSMA/CR 통신은 아래과 같은 단계로 데이터를 전송한다.

 

1. 데이터를 전송하고자 하는 노드는 LIN 버스의 사용 가능 여부 확인을 위해 캐리어 감지

+ 캐리어: 버스 상에 데이터 전송이 일어나는 것을 나타내는 전기 신호

 

2. 캐리어가 감지되면, 해당 노드는 데이터 전송을 위해 버스에 접근

 

3. 데이터 전송 전 노드는 다른 노드와의 동시 전송을 방지하기 위해 데이터 충돌 검사

—> 사용되는 충돌 검사 방법: bit stuffing, bit monitoring, checksum

 

4. 충돌 감지 시, 해당 노드는 데이터를 전송하지 않고 일정 시간 대기

—> 대기 후 충돌 검사를 다시 진행하며, 충돌이 감지되지 않을 때까지 위 작업을 반복함

 

5. 데이터가 성공적으로 전송되면, 다른 노드들이 해당 데이터 수신

 

+ 참고 자료

: https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-csma-ca-and-csma-cd/

Difference between CSMA/CA and CSMA/CD - GeeksforGeeks

 

 

- LIN 버스와 통신 케이블

: LIN 버스는 단선 케이블을 통한 데이터 전송을 수행한다. 이 단선 케이블은 총 2개의 전선으로 구성되어있는데, 그 종류는 아래와 같다.

데이터 전송 신호선 (K-Line)

그라운드 선 (GND)

LIN 버스가 사용하는 단선 케이블은 아래와 같은 특징을 지니고 있는데, 아래와 같은 이유로 LIN 버스는 차량 내부와 같이 비교적 짧은 거리에서의 통신에 주로 사용되고 있다.

장점	단점
저렴한 비용	긴 거리에서는 신호 왜곡 발생
설치 및 유지 보수 용이	전기적 노이즈에 취약

 

+ 참고 자료

: https://www.kvaser.com/about-can/can-standards/linbus/

Introduction to the LIN bus

 

 

- LIN 버스의 장점과 단점

장점	단점
간단하고 경제적인 설계 가능	속도가 느리기 때문에 대용량 데이터 전송 불가능
표준화 되어 있어 이식성이 좋음	통신 거리가 짧고 특정 시스템에만 적용 가능
전력 소비가 낮아 저전력 시스템에서 유용함	오류 발생시 문제점을 파악하는 것이 어려울 수 있음
단선 케이블로 통신하기 때문에 설치가 용이함	LIN 프로토콜 자체에 보안 기능이 없음
오류 발생 시 대처 방법이 명확하게 정의되어 있음	데이터 전송 중 충돌 발생 가능성이 있음
데이터 전송 도중 오류 발생 시 다른 노드에 영향을 미치지 않음	대규모 시스템에는 적합하지 않음
구현 및 디버깅이 비교적 용이함	CAN 버스와 비교하면 기능적인 한계가 있음
단순한 메시지 프로토콜로 인해 빠른 응답 시간 가능	높은 통신 대역폭이 필요한 시스템에는 적합하지 않음
선을 분리하지 않고 CAN과 공존 가능함	대부분의 LIN 버스 트랜시버가 내장 안테나를 사용하기 때문에 통신 거리에 제한이 있음

--> 트랜시버

: 마스터 노드와 슬레이브 노드에 장착되어 있는 통신용 전기 신호 제어 장치로, 전기 신호를 변환하거나 전송하는 역할을 담당한다.

 

+ 참고 자료

: https://hw-server.com/products/rs_optika/prevodniky_optika.html

LIN - Local Interconnect Network | HW-server.com

 

 

 

 

# V2X (Vehicle to Everything)
: 차량이 다른 차량 및 도로 등 인프라가 구축된 사물과 교통정보 등을 교환하는 통신기술

V2V	차량과 차량	주변 차량들과 각자의 위치 및 속도 정보, 주변 상황 등에 대한 정보 교환 및 돌발상황 대처
V2I	차량과 주변 인프라	기지국과 차량의 주행 정보 교환
V2P	차량과 보행자	보행자 단말기와 차량 간 정보 교환으로 돌발 상황 대처 및 교통사고 예방
V2N	차량과 네트워크	네트워크를 통한 차량에게의 도로 상황 등의 정보 실시간 제공

 

+ 참고 자료

: https://www.autoweek.com/news/technology/a36190311/v2x-technology/

Everything You Need to Know about V2X Technology

 

 

 

 

# WAVE & C-V2X

	WAVE	C-V2X
기반	DRSC	셀룰러
표준화 여부	O	X
장점	높은 안전성	빠른 속도와 넒은 커버리지
단점	낮은 확장성	표준화 X
주파수	5.9GHz 및 상용주파수	5.9GHz
지연 시간	0.1초 미만	0.1초 미만
이동성 지원	시속 160Km	시속 200Km

 

 

 

- 각국 표준화 현황

+ 참고 자료

: https://medium.com/@zohaib0297/overview-of-vehicle-to-everything-v2x-or-car-to-everything-c2x-communication-8132c47ca4ff

Overview of Vehicle to Everything (V2X) or Car to Everything (C2X) Communication

 

 

- V2X 기술에서의 보안 위협

1. 무선 통신 내 보안 위협 요소

: 허가되지 않은 데이터의 차량 내부 네트워크 침투

: DDoS 등의 공격을 통한 통신 자원 가용성 침해

 

2. V2X 자체 보안 위협 요소

: 무선통신망 해킹

: 위장 OBU 및 RSU

+ 참고 자료

: https://www.etas.com/en/products/secure-v2x-communications.php

ESCRYPT Secure V2X communications