비주기 메시지를 위한 CAN-C 및 CAN-FD 메시지 응답 시간 분석

국문 초록 (Abstract)

자율주행 차량 및 인포테인먼트 시스템 개발로 차량 내 ECU 개수가 증가하면서 처리해야 하는 센서 데이터 양이 증가하였다. 현재 내연기관 차량에는 약 60개의 ECU, 고급 세단에는 100개 이상의 ECU가 장착된다. 앞으로의 자율 주행 차량에는 더 많은 ECU가 장착되어 이로 인해 네트워크의 부하(load)의 증가에 따른 문제가 발생할 것이다. 차량 내부 네트워크 기술로는 CAN(Controller Area Network), MOST(Media Oriented Systems Transport), FlexRay가 존재하며 대표적인 고속 버스 CAN은 전송 속도에 따라 CAN_A, CAN_B, CAN_C로 구분된다 [Fig. 1].
CAN-FD(CAN with Flexible Data-rate)는 기존 CAN에 더 높은 Data-rate와 8배 긴 Payload를 제공하여 Busload를 줄이고 전송 딜레이를 줄일 수 있는 차세대 차량 내부 네트워크 기술이다. 또한 전송 Reliability를 높이기 위해 2가지의 타입의 CRC 필드를 제공한다. CAN과 CAN-FD는 다중매체접근을 위해 CSMA/CR(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Resolution)프로토콜을 사용한다. 이로 인해 메시지의 우선순위를 기반으로 Bus를 점유하고 다른 ECU에 Broadcast된다.
기존 연구들은 CAN을 중심으로 ECU 내에서 메시지가 발생 후 버스를 점유하기까지 걸리는 시간이 Response Rime 분석을 진행하였다. CAN-FD의 Response Time을 분석하기 위해서는 CAN과의 프레임 구조 및 전송 프로토콜의 차이를 분석하는 것이 중요하다.
본 논문에서는 500Kbps의 CAN_C와 2Mbps CAN-FD을 기준으로 분석하였다. 먼저, CAN과 CAN-FD의 프레임 구조 비교를 통해 전반적인 두 기술의 차이점을 분석하였다. 그 다음, CSMA/CR 및 Stuff bit 전송 프로토콜을 분석하였다. 이를 기반으로 비 주기적인 메시지가 발생하는 환경에서 78개 메시지의 우선순위에 따른 [Fig. 2] Response Time 성능을 분석하였다. 이를 통해 CAN-FD의 전송 옵션에 따른 Response Time을 비교했으며 CAN-FD 적용 시 기대할 수 있는 정량적인 딜레이 개선 성능을 확인하고 검증하였다.