커넥티드카 시스템 구조와 통신 네트워크 기술
차량이 네트워크와 연결되는 구조: 커넥티드카의 기술 기반
커넥티드카는 단순한 이동수단이 아닌, 차량 자체가 하나의 네트워크 노드로 작동하는 복합 통신 플랫폼이다. 차량 내 제어 시스템과 외부 인터넷망이 실시간으로 연결되며, 이 과정에서 다양한 통신 모듈, 센서, 제어기, 애플리케이션이 동시 다발적으로 연계된다. 커넥티드카 시스템의 가장 핵심적인 요소는 TCU(Telematics Control Unit)이며, 이 장치는 차량과 외부 통신망을 연결하는 허브 역할을 수행한다. TCU는 GPS, 셀룰러 모뎀, SIM 모듈, Wi-Fi/Bluetooth 모듈, V2X 통신 칩 등을 포함한 복합 장치로, 차량 내의 데이터(속도, 위치, 센서 정보 등)를 수집하고, 이를 클라우드 또는 OEM 서버로 전송한다. TCU는 또한 OTA(Over-the-Air) 업데이트 기능을 통해 ECU, 인포테인먼트, TCU 자체 소프트웨어의 원격 업데이트를 가능케 하며, 이때 FOTA(Firmware Over-the-Air)는 핵심 펌웨어의 보안 및 안정적 배포를 위한 기술로 동작한다. 클라우드 시스템은 차량으로부터 수집된 데이터를 분석하고, 상태 진단, 사용자 맞춤형 서비스, 정비 예측, 경로 최적화, 에너지 소비 분석 등을 수행한다. 이 정보는 다시 차량의 인포테인먼트 시스템 또는 클러스터를 통해 운전자에게 제공되며, 스마트폰 연동을 통해 외부에서도 접근 가능하다. 차량 내 데이터 흐름은 CAN, LIN, FlexRay, Ethernet 등 다양한 통신 프로토콜을 기반으로 구성되며, 특히 고속의 데이터 전송이 요구되는 ADAS 연동 시스템에서는 자동차 이더넷이 점차 표준화되고 있다. 본문에서는 커넥티드카 시스템의 구성, 작동 원리, 통신 기술의 구체적 연결 구조를 기반으로 그 기술적 체계를 설명한다.
커넥티드카 시스템의 통신 구조와 제어 아키텍처
커넥티드카는 물리적으로 네트워크화된 여러 제어기들로 구성되어 있으며, 이들은 차량 내부 네트워크와 외부 통신망을 통해 실시간 연결된다. 핵심 구성 요소는 다음과 같다. 첫째, TCU(Telematics Control Unit)는 차량 내부 네트워크와 외부 인터넷망의 인터페이스로 작동하며, LTE/5G 모듈, GNSS 수신기, Wi-Fi/Bluetooth 칩, OTA 펌웨어 관리 기능 등을 포함한다. TCU는 차량의 센서, ECU, 인포테인먼트 시스템으로부터 CAN/Ethernet 등을 통해 데이터를 수신하고, 이를 셀룰러 네트워크 또는 Wi-Fi를 통해 외부 클라우드로 전송한다. 둘째, ECU(Electronic Control Unit)는 파워트레인, 섀시, 안전 시스템 등 차량의 핵심 기능을 제어하는 전자제어기다. ECU는 독립적으로 동작하지만, TCU의 명령에 따라 파라미터를 조정하거나, OTA 업데이트를 통해 소프트웨어를 갱신할 수 있다. 셋째, 인포테인먼트 시스템은 운전자와의 인터페이스를 담당하며, 내비게이션, 음성 인식, 미디어 재생, 스마트폰 연동 등 다양한 기능을 제공한다. 이 시스템은 클라우드 기반의 콘텐츠 업데이트, 실시간 교통 정보 수신, 사용자 데이터 연동 기능이 통합되며, 차량 내부 네트워크와 외부 인터넷을 모두 지원해야 한다. 통신 프로토콜 측면에서는 차량 내부 통신으로 CAN, LIN, MOST, FlexRay, Ethernet이 사용되며, 외부 통신에서는 LTE, 5G, DSRC, C-V2X 등이 적용된다. 특히 V2X 기술은 차량이 인프라, 보행자, 다른 차량과 실시간으로 데이터를 교환할 수 있게 하며, 이를 통해 교통 흐름 최적화, 사고 방지, 협력 주행 등이 가능해진다. 전체 시스템은 게이트웨이 제어기나 Zonal ECU 구조로 중앙화되며, 데이터 로깅, 진단, 보안 모니터링을 포함하는 중앙통제 아키텍처가 핵심이다. 사이버 보안은 커넥티드카에서 매우 중요한 요소로, 차량 내외 통신 데이터의 무결성 및 기밀성 확보를 위해 TLS, VPN, 인증서 기반 암호화 기술이 사용된다. 이에 더해 ISO/SAE 21434(차량 사이버 보안 표준)과 UNECE R155 규정을 만족해야 글로벌 판매가 가능하다.
미래 모빌리티 플랫폼으로서 커넥티드카 기술의 발전 방향
커넥티드카는 단순히 인터넷에 연결된 차량이 아니라, 차량 자체가 실시간으로 데이터를 수집하고 분석하며, 다른 차량 및 인프라와 정보를 교환하고, 이에 따라 능동적으로 판단하고 제어할 수 있는 자율적 통신 시스템이다. 첫 번째 발전 방향은 통신 기술의 고속화이다. 기존의 LTE 기반 TCU는 5G 기반 TCU로 전환되고 있으며, 5G URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communication)는 자율주행 및 원격 제어가 가능한 밀리초 단위의 지연시간을 제공한다. 두 번째는 소프트웨어 중심 제어 아키텍처의 확대이다. TCU, ECU, 인포테인먼트, 센서 연동 시스템을 소프트웨어 정의 차량(Software Defined Vehicle, SDV) 구조로 통합 운영하며, OTA를 통해 기능을 업데이트하거나 새로운 서비스를 구현하는 구조가 정착되고 있다. 세 번째는 AI 기반의 차량 데이터 분석이다. 차량에서 수집되는 수백 개의 센서 데이터, 운전자 행동, 위치 정보, 교통 정보 등을 기반으로 한 고도 분석이 이루어지며, 이를 통해 고장 예측, 연비 최적화, 사용자 맞춤형 운전자 경험 제공 등이 가능해진다. 네 번째는 보안 기술의 강화이다. 통신망과 제어 네트워크가 외부와 연결된다는 점에서, 해킹 및 악의적 조작에 대한 위험이 실존하며, 이를 방지하기 위해 ECU 간 보안 게이트웨이, 침입 탐지 시스템(IDS), 보안 OTA, 제로 트러스트 아키텍처 등의 기술이 빠르게 상용화되고 있다. 마지막으로, 커넥티드카는 스마트시티, 스마트 교통 시스템, 에너지 네트워크와의 통합을 통해 전체 도시 기반 인프라와 실시간으로 연계될 수 있는 확장형 기술로 진화 중이다. 이러한 흐름 속에서 커넥티드카는 차량 기술의 한 축을 넘어서, 미래 모빌리티와 디지털 플랫폼 산업의 중심 자산으로 재정의되고 있다.