차량 내 네트워크 기술의 진화
현대 자동차는 수많은 전자제어장치(ECU), 센서, 액추에이터가 통신망으로 연결되어 복잡한 전장 아키텍처를 구성합니다. 과거에는 CAN(FD) 및 LIN 버스가 주류였으나, 데이터 대역폭과 지연 요구가 크게 높아지면서 Ethernet(100BASE-T1, 1000BASE-T1), FlexRay, MOST, Automotive Ethernet AVB/TSN 등 고속·고신뢰 통신 기술로 전환이 가속화되고 있습니다. 차량 내 네트워크는 ADAS 센서 데이터 전송, 인포테인먼트 스트리밍, 도메인 컨트롤러 간 통합 제어, OTA 업데이트, 전기차 배터리 관리 등 다양한 기능을 지원하며, 각 프로토콜은 PHY/MAC 계층 특성과 QoS, 토폴로지, 전력 제어 방식, 보안 기능에서 차이를 보입니다. 이 글에서는 CAN→FlexRay→Ethernet으로 이어진 기술 진화 과정, 각 세대 통신 규격의 물리·링크 계층 비교, 도메인별 적용 사례(파워트레인, 바디, 섀시, 인포테인먼트), 최신 TSN(Time-Sensitive Networking) 기반 AVB 적용, 보안·진단·관리 기능, 미래 차세대 네트워크(자동차 내 10G-AEB, 5G LAN) 전망을 다룹니다.
진화하는 차량 네트워크의 배경과 필요성
자동차 전장 시스템은 과거 기계 중심에서 전자·소프트웨어 중심 아키텍처로 이동하며, ECU 수가 10년 전 약 30개에서 100개 이상으로 대폭 증가했습니다. 이에 따라 CAN 버스(1Mbps)나 LIN 버스(20kbps)로는 ADAS 카메라·라이다·레이더의 고화질 영상·포인트클라우드, 인포테인먼트 시스템의 HD 스트리밍, OTA 펌웨어 대용량 전송, 차량 간 협력 주행(C-V2X) 데이터 교환을 처리하는 데 한계가 뚜렷해졌습니다. 특히 자율주행 레벨3 이상에서는 센서 퓨전 데이터 레이턴시가 수밀리초 이내로 엄격하게 요구되어, 고속·저지연·고신뢰 네트워크가 필수입니다.
이러한 요구를 충족하기 위해 FlexRay(10Mbps, TDMA), MOST(150Mbps, 광파이프), Automotive Ethernet(100BASE-T1~1Gbps)이 차례로 도입되었으며, 각 프로토콜은 PHY 물리 계층과 MAC·네트워크 계층에서 서로 다른 특성을 지닙니다. FlexRay는 결정론적 TDMA 방식을 통해 낮은 지연과 높은 신뢰도를 확보했지만, 네트워크 토폴로지와 비용 측면에서 제약이 있었습니다. MOST는 오디오·비디오 전송에 특화된 광케이블 기반 멀티미디어 버스로, 대역폭은 높았으나 차량 전체 통신망으로 확장하기에는 부적합했습니다. 반면 Automotive Ethernet은 UTP 케이블로 100Mbps~1Gbps 속도를 제공하며, IEEE 표준 기반으로 저비용·확장성·보안성·OTS(Off-The-Shelf) 솔루션 호환성을 갖춰 현재 도메인 컨트롤러와 센서 네트워크의 기본 인프라로 자리잡고 있습니다.
이처럼 차량 네트워크는 “안전”과 “편의”라는 두 축의 요구를 동시에 만족해야 하며, 서론에서는 기술 진화 과정을 개괄하고 도입 배경과 필요성을 설명했습니다. 이후 본문에서는 각 세대 네트워크의 기술 구조와 차이점, 도메인별 적용 사례, 최신 TSN 기반 AVB/TSN 기술, 보안 및 진단 기능, 미래 네트워크 전망을 심층 분석합니다.
네트워크 세대별 기술 구조 및 적용 사례
C AN 버스→Lin 버스→FlexRay→MOST→Automotive Ethernet으로 이어진 차량 네트워크의 발전 과정을 살펴보면, 각 프로토콜은 물리·링크 계층 설계 철학과 토폴로지에서 차이를 보입니다.
1. CAN / CAN-FD
CAN(Controller Area Network)은 1Mbps의 전도성 차동신호 기반 프로토콜로, 소수의 ECU 간 신뢰도 높은 메시지 교환을 지원합니다. CAN-FD(CAN with Flexible Data-rate)는 프레임 확장과 최대 8바이트→64바이트 데이터 필드, 최대 8Mbps 속도를 제공하여 진단 및 소프트웨어 업데이트 채널로 활용됩니다. 그러나 고속 데이터 전송량과 짧은 지연이 요구되는 센서 퓨전에는 한계가 있습니다.
2. FlexRay
FlexRay는 10Mbps TDMA(Time Division Multiple Access) 기반으로 고정 지연(최대 2ms)과 높은 신뢰도를 제공합니다. 주로 스티어링·브레이크·차체 제어(Shuttle Bus) 도메인에 적용되며, 결정론적 전송이 가능해 자율주행 보조 시스템의 핵심 제어 채널로 사용됩니다. 그러나 비싼 트위스트 실드 케이블과 복잡한 스케줄링, 한정된 대역폭으로 확장성에 제약이 있습니다.
3. MOST
MOST(Media Oriented Systems Transport)는 광섬유 기반 멀티미디어 버스로, 최대 150Mbps 대역을 제공해 인포테인먼트·음향·비디오 전송에 특화되었습니다. 그러나 비디오·오디오 전용으로 설계되어 차량 제어 데이터 통합에는 부적합하며, 차량 전체 네트워크의 표준으로 자리잡진 못했습니다.
4. Automotive Ethernet
100BASE-T1(100Mbps)와 1000BASE-T1(1Gbps)로 구분되며, UTP 단일 케이블로 15m 내외 구간에서 운용됩니다. PHY 계층은 PAM3, PAM4 변조, MAC 계층은 TSN(Time-Sensitive Networking)으로 지연 보장, IEEE 802.1Qbv/802.1Qbu 표준 프레임 스케줄링을 지원합니다. 전력·차체, ADAS, 인포테인먼트 도메인에서 도메인 컨트롤러 간 백본 네트워크로 활용되며, 토폴로지는 스타형, 라인형, 링형을 혼합한 하이브리드 구성을 채택합니다.
적용 사례로, BMW iX는 전 차종에 1Gbps Automotive Ethernet 백본을 채택해 센서·도메인 컨트롤러 간 초저지연 데이터 통신을 구현했습니다. 볼보 XC40 리차지는 100BASE-T1 기반 차체 도메인 네트워크를 통해 OTA 업데이트와 실시간 진단 데이터를 전송합니다. 이 외에도 Mercedes-Benz MB.OS 플랫폼은 TSN 기반 실시간 통신으로 ADAS 모듈 간 협력 주행을 지원합니다.
진화 방향 및 미래 네트워크 전망
차량 네트워크는 앞으로 다음과 같은 방향으로 발전할 것입니다.
1. TSN(Time-Sensitive Networking) 고도화: IEEE 802.1Qcc, 802.1Qch 기반 트래픽 셰이핑, 네트워크 슬라이싱, 향상된 QoS로 자율주행 레벨4·5의 초저지연·고신뢰 통신을 보장합니다.
2. 10Gbps급 Automotive Ethernet: 10GBASE-T1 표준이 상용화되면, 고해상도 LiDAR 포인트클라우드(수백MB/s)와 레이더 고주파 데이터(MHz 대역)를 실시간 전송할 수 있어 완전 자율주행의 데이터 요구를 충족합니다.
3. 차량 내 무선 연결(Wi-Fi 6E, 5G LAN): 차량 내부에서도 와이파이 6E, 5G LAN 기반 무선 연결이 적용되어, 제조·진단·OTA 기능을 별도 케이블 없이 지원하고, 부하가 많은 제어·미디어 트래픽을 효과적으로 분산합니다.
4. 통합 보안 및 진단
MACsec, SecOC, IEEE 802.1AE 기반 엔드투엔드 암호화와, 차량 인명安全 기능과 연계된 사이버보안 대응(AI 기반 침입 탐지, 침입 복구) 표준이 강화됩니다.
5. 차량 간 및 차량↔인프라 통합 네트워크: 5G/6G C-V2X와 차량 내 Ethernet, 와이파이를 통합하여, V2X 메시지와 내부 제어 메시지를 원활히 연계하는 ‘멀티레이어 커넥티드 아키텍처’가 구현될 것입니다.
이처럼 차량 네트워크는 고속화·저지연·고신뢰·보안 강화·통합화라는 다섯 축으로 진화하며, 자율주행과 커넥티드카의 기반 인프라로 자리잡아 갈 것입니다. 연구개발 부서는 네트워크 스택 최적화, TSN 등 실시간 기능 구현, 무선-유선 융합 아키텍처 설계, 보안·진단 기능 강화에 주력해야 합니다.