2016년 1월 보 고 서 번 호 15ZC1100-01-6063P
차량 내 무선 센서네트워크 기반기술 및
지능형자동차 적용기술 개발
1 <별지 2>
인 사 말 씀
지능형 자동차산업의 경쟁력은 인력 등 인프라, 원천기술, 제품기술, 마케팅 등으로 구분될 수 있으며, 인력 등 인프라, 마케팅은 세계 시장 선점을 위해 세계 유수 자동차 기업과 대등한 경쟁관계에 있으며, 국내 자동차기업의 연구개발과 양산차 생산을 통해 제품기술도 경쟁력을 확보하고 있으나, 원천기술은 중장기적인 연구기간과 많은 비용이 소모되나 당장 상용화가 되지 않는 관계로 세계 유수 자동차기업 대비 경쟁력이 낮은 편입니다. 특히 지능형자동차 분야의 원천기술 중, 차량 내 네트워크 기술은 유선 분야에서 이미 세계 유수 자동차기업 중심으로 구성된 협의체에서 관련 표준을 주도하고 있으나, 차량 내 무선 네트워크분야는 국내 자동차 기업의 적극적인 연구수행이 필요한 상황입니다. 국외의 경우, GM-CMU, FIAT-Newcastle University 등에서 산학연 공동으로 선행연구를 수행하였으나, 국내에서 차량 내 무선 센서네트워크 기술의 개발은 진행이 더딘 상태입니다. 이에, 지능형자동차의 X-By-Wireless 시대를 국내 자동차기업이 주도하기 위해 차량 내 무선 센서네트워크 기술 및 유무선 통합 네트워크 기술 개발을 통한 기술 선점 및 역할 확대가 중요하게 대두되고 있습니다. 한국전자통신연구원은 유무선 통신 기술과 자동차 분야 기술을 융복합함으로써 차량 내 무선 센서네트워크 핵심 원천 기술을 개발하고자 차량 내 무선 센서네트워크 기반기술 및 지능형자동차 적용기술의 연구개발을 2013년 1월부터 2015년 12월까지 수행하였습니다. 본 연구 결과가 국내 자동차산업에 적극 활용되어 국내 자동차기업 및 부품기업의 경쟁력 강하에 일조가 되기를 기원하면서, 본 연구과제를 수행한 참여연구원의 노고를 치하하며 연구과제 수행을 위하여 물심 양면으로 협조를 아끼지 않으신 관련 부처 관계자 및 공동연구 참여자 여러분께 감사의 말씀을 드립니다.2016년 1월
한국전자통신연구원 원장 이 상 훈
2 <별지 3>
제 출 문
본 연구보고서는 주요사업인 "지능형 상황인지 및 IOT 기반 기술 개발" 과제의 1세부 “차량 내 무선 센서네트워크 기반기술 및 지능형자동차 적용기술 개발” 의 결과로서, 본 과제에 참여한 아래의 연구팀이 작성한 것입니다. 2016 년 1 월 대과제 연구책임자 : 책임연구원 박 종 현 (융합기술연구소) 세부과제 연구책임자 : 책임연구원 김 도 현 (융합기술연구소) 연구참여자 : 책임연구원 함 호 상 (융합기술연구소) 책임연구원 김 경 호 (융합기술연구소) 책임연구원 최 병 철 (융합기술연구소) 책임연구원 류 재 홍 (융합기술연구소) 선임연구원 정 훈 (융합기술연구소) 선임연구원 김 세 한 (융합기술연구소) 선임연구원 손 교 훈 (융합기술연구소) 선임연구원 박 종 준 (융합기술연구소) 선임연구원 이 창 원 (융합기술연구소) 선임연구원 윤 두 섭 (융합기술연구소) 연 구 원 이 승 준 (융합기술연구소) 연 구 원 권 영 진 (융합기술연구소)3 <별지 4>
요 약 문
I. 제 목
차량 내 무선 센서네트워크 기반기술 및 지능형자동차 적용기술 개발II. 연구개발의 목적 및 중요성
○ 차량의 지능화로 센서와 ECU 간, ECU 들간 와이어링 하네스(Wiring Harness) 복잡도가 증가 - 공간 부족으로 인한 설계 및 설치작업의 어려움 - 설계 수정에 대한 유연성 부족 - 차량 중량 증가로 인한 연비 저하 ○ 기존 차량 내 배선구조의 어려움을 해결하기 위해 잡음 및 간섭, 다중경로지연 등을 극복할 수 있는 차량 내 무선 센서네트워크 기반기술 개발이 필요 ○ 자동차 분야의 지능화 기술과 무선 센서네트워크의 융복합 핵심기술 확보를 통한 국내 자동차산업 경쟁력 강화
III. 연구개발의 내용 및 범위
차량 내 무선 센서네트워크기반 지능형자동차 개발을 위해 필요한 원천요소 기술 및 시스템 기술 확보를 목표로 다음과 같은 연구내용 및 범위를 정의하였다.4 ○ 차량 내 잡음과 상호 간섭에 강한 신뢰성 있는 차량 내 무선 센서네트워킹 기술 개발 ○ 차량 내 임의설치가 가능하고, 저전력 처리가 가능한 차량 내 센서노드 개발 ○ 차량 내 센서노드 연동을 위한 실시간 센서 스트림 처리 지원차량 내 베이스스테이션 개발 ○ 차량 내 무선 센서네트워크 적용 지능형자동차 적용시스템 설계 및 개발
IV. 연구개발결과
본 연구의 주요 결과에 대한 요약은 다음과 같다 ○ 차량 내 잡음과 상호 간섭에 강한 신뢰성 있는 차량 내 무선 센서네트워킹 기술 개발 - 차량 내/외 간섭, 잡음 및 장애물 회피를 위한 MAC 프로토콜 S/W 개발 ○ 차량 내 임의설치가 가능하고, 저전력 처리가 가능한 차량 내 센서노드 개발 - 우선순위/이벤트/샘플링주기기반 차량 내 센서노드 데이터 처리 기술 개발 ○ 차량 내 센서노드 연동을 위한 실시간 센서 스트림 처리 지원차량 내 베이스스테이션 개발 - 센서노드 및 스마트폰 연동을 위한 실시간 센서 스트림 처리 기술 개발 ○ 차량 내 무선 센서네트워크 적용 지능형자동차 적용시스템 설계 및 개발 - 차량 내 무선 센서네트워크 적용 운전자 편의시스템 설계 및 개발V. 연구개발결과의 활용계획
○ 차량 내 무선 센서네트워크 기술을 적용한 애프터마켓 및 비포마켓용 시제품의 사업화 추진5
○ ASV(Advanced Safety Vehicle) 기술과 같은 지능형 자동차의 복잡한 기능을 실현하기 위한 기반 기술로 활용
Ⅵ. 기대성과 및 건의
○ USN 및 지능형자동차 융복합 핵심 기술 개발을 통한 미래형자동차 분야 핵심기술 확보로 국내 자동차-IT 기술 스펙트럼 강화 ○ 차량 내 무선 센서네트워크 분야의 조기 지적재산권 확보를 통해 완성 차 기업 및 중견, 중소기업의 지능형자동차 분야 기술 진입 장벽 및 격차 해소6 <별지 5>
ABSTRACT
I. TITLE
Development of Wireless Automotive Sensor Networks
II. THE OBJECTIVES
○ With the increasing requirements of vehicles to implement sensors, many wires for connecting them are also installed in the vehicle
- Difficulty in installation due to lake of space - Limited modification about circuit design - Low fuel efficiency
○ Due to resolve the compliexity of wire in vehicle, development of automotive sensor networks which can perform interference avoidance and multipath latency is nessesary
○ Holding core technologies of intelligent vechile and wireless sensor networks become the powerful nation in automotive industry
III. THE CONTENTS AND SCOPE OF THE STUDY
This study aims to development of wireless automotive sensor networks for possessing core technologies of intelligent vehicle. The main development issues are shown as follows:
○ Development of reliable wireless sensor networking method without noise and mutual interference in vehicle
7
○ Development of easily installable In-vehicle sensor node working with low power consumption
○ Development of base-station working real-time data strem process for connecting sensor nodes
○ Desing of application systems for intelligent vehicle by using wireless automotive sensor networks technologies
IV. RESULTS
The main results of this study are shown as follows:
○ Development of reliable wireless sensor networking method without noise and mutual interference in vehicle
- Development S/W protocol appling on interference avoidance technology ○ Development of easily installable In-vehicle sensor node working with
low power consumption
- Data processing technology based on priority /event/ sampling ○ Development of base-station working real-time data strem process for
connecting sensor nodes
- Real-time data processing technology for connecting sensor nodes and smart-phone
○ Desing of application systems for intelligent vehicle by using wireless automotive sensor networks technologies
- Desing of driver assistance system by appling wireless automotive sensor networks technologies
8
V. Application Plan
○ Improvement of prototypes by aplling wireless automotive sensor networks for commercializations in automotive market
○ Development for intelligent vehicle with other technologies such as ASV(Advanced Safety Vehicle)
Ⅵ. EXPECTED RESULT & PROPOSITION
○ Development of USN and core technologies of intelligent vechile become the powerful nation in the fields of IT and vehicle industries
○ Intellectual property right about wireless automotive sensor networks will produce the lower entry barrier about automotive industry to business start-up
9 <별지 6>
CONTENTS
CHAPTER 1 INTRODUCTION ... 23
SECTION 1 BACKGROUND ... 25
SECTION 2 OBJECTIVE AND CONTENTS ... 25
CHAPTER 1 THE CONTENTS OF THE STUDY ... 29
ECTION 1 Development of reliable wireless sensor networking method without noise and mutual interference in vehicle ... 31
SECTION 2 Development of easily installable In-vehicle sensor node working with low power consumption ... 103
SECTION 3 Development of base-station working real-time data strem process for connecting sensor nodes ... 120
SECTION 4 Desing of application systems for intelligent vehicle by using wireless automotive sensor networks technologies .... 150
CHAPTER 3 RESULTS ... 177
SECTION 1 SUMMARY ... 179
SECTION 2 DETAIL CONTENTS ... 180
CHAPTER 4 CONCLUSION ... 193
CHAPTER 5 PRESENT CONDITION OF EQUIPMENTS ... 197
10
FIGURES
(Figure 2-1-1) Structure of RS code Encoding ··· 32
(Figure 2-1-2) Initial parameters setting of RS code ··· 33
(Figure 2-1-3) Encoding and Tx structure ··· 34
(Figure 2-1-4) Decoding and Rx structure ··· 34
(Figure 2-1-5) Experimental setup ··· 35
(Figure 2-1-6) Experiment of Encoding : PARITY calculation ··· 35
(Figure 2-1-7) Experiment of Decoding : Valid data ··· 36
(Figure 2-1-8) Experiment of Decoding : Symbol invalid ··· 36
(Figure 2-1-9) Experimental setup for evaluation FEC ··· 37
(Figure 2-1-10) B PRR comparing FEC applied– 90 % under 95 % over · 37 (Figure 2-1-11) PRR comparing FEC applied– 60 % under 90 % over · 38 (Figure 2-1-12) Logical structure of high reliable networking ··· 39
(Figure 2-1-13) Initialization process ··· 39
(Figure 2-1-14) S/W structure of CAN communication ··· 40
(Figure 2-1-15) flow of CAN to RF data transmission ··· 41
(Figure 2-1-16) Experimental setup ··· 44
(Figure 2-1-17) Experimental results ··· 45
(Figure 2-1-18) 900 MHz test board (ATmegaRF212) ··· 46
(Figure 2-1-19) 2.4 GHz test board ··· 46
(Figure 2-1-20) Demonstration various frequecies in vehicle ··· 48
(Figure 2-1-21) Tx node packet format ··· 48
(Figure 2-1-22) Measurement of RSSI and LQI ··· 52
(Figure 2-1-23) Measurement RSSI and Tx using 900 MHz node ··· 53
(Figure 2-1-24) Measurement RSSI and Tx using 2.4 GHz node ··· 53
(Figure 2-1-25) Measurement LQI and Tx using 900 MHz node ··· 54
(Figure 2-1-26) Measurement LQI and Tx using 2.4 GHz node ··· 54
(Figure 2-1-27) Measurement CL and Tx using 900 MHz node ··· 55
(Figure 2-1-28) Measurement CL and Tx using 2.4 GHz node ··· 55
(Figure 2-1-29) Wireless interface between CAN and DTG ··· 56
(Figure 2-1-30) Structure of vehicle network and CAN system ··· 60
(Figure 2-1-31) Full HD Cluster (Continental Corp.) ··· 60
(Figure 2-1-32) Structure of wireless device and CAN ··· 61
(Figure 2-1-33) Standard Data/Remote frame ··· 61
(Figure 2-1-34) CAN2RF Layout ··· 62
(Figure 2-1-35) CAN2RF Layout ··· 62
11
(Figure 2-1-37) CAN2RF node ver 1.0 chip ··· 63
(Figure 2-1-38) CAN2RF node ver 2.0 ··· 64
(Figure 2-1-39) CAN2RF node unidirectional test ··· 64
(Figure 2-1-40) Structure for appling AES-CCM mode ··· 66
(Figure 2-1-41) Process of AES-CCM ··· 66
(Figure 2-1-42) Example of files using IAR compiler ··· 67
(Figure 2-1-43) AES-CCM functions ··· 67
(Figure 2-1-44) AES-CCM initial parameters ··· 68
(Figure 2-1-45) AES-CCM results ··· 68
(Figure 2-1-46) Environment of CAN-RF test ··· 70
(Figure 2-1-47) Unidirectional, PRR and latency with chaning packet interval ··· 70
(Figure 2-1-48) Unidirectional, PRR and latency with different packet interval ··· 71
(Figure 2-1-49) Bidirectional, PRR and latency with chaning packet latency ··· 72
(Figure 2-1-50) Biidirectional, PRR and latency with different packet interval ··· 73
(Figure 2-1-51) Structure of wireless communication ··· 74
(Figure 2-1-52) Valid wireless communication ··· 75
(Figure 2-1-53) Experimental parameters setting ··· 75
(Figure 2-1-54) Process of channel change ··· 76
(Figure 2-1-55) AES-CCM test ··· 77
(Figure 2-1-56) AES-CCM test result ··· 77
(Figure 2-1-57) Evaluation of AES function ··· 77
(Figure 2-1-58) Evaluatuin of operating cluster and AES function ·· 78
(Figure 2-1-59) Setup of cluster and AVN circuit ··· 78
(Figure 2-1-60) MCU using wireless steering wheel remote node ··· 81
(Figure 2-1-61) Structure of wireless steering wheel ··· 81
(Figure 2-1-62) Structure of remote wireless steering wheel ··· 82
(Figure 2-1-63) Circuit of AVN4.0 ··· 82
(Figure 2-1-64) Data transmission process of wireless AVN ··· 83
(Figure 2-1-65) Data transmission process of remote controller ··· 85
(Figure 2-1-66) Board of AVN system (remote system) ··· 88
(Figure 2-1-67) Board of AVN system (Rx system) ··· 88
(Figure 2-1-68) Experimental setup of wireless AVN ··· 89
(Figure 2-1-69) Data dislay ··· 89
(Figure 2-1-70) Structure of wireless communication ··· 92
12
(Figure 2-1-72) Experimental parameters setting ··· 93
(Figure 2-1-73) Process of channel change ··· 93
(Figure 2-1-74) Prototype of steering wheel ··· 94
(Figure 2-1-75) AVN Controller ··· 94
(Figure 2-1-76) Cluster controller structure ··· 95
(Figure 2-1-77) Speed/RPM of wireless steering wheel ··· 95
(Figure 2-1-78) Prototype of wireless steering wheel ··· 96
(Figure 2-1-79) Standard of modules ··· 97
(Figure 2-1-80) Method of using cruise control ··· 98
(Figure 2-1-81) Node operation while deactive cruise control ··· 99
(Figure 2-1-82) Node operation while active cruise control ··· 99
(Figure 2-1-83) Prototypes of driver assistance systems ··· 100
(Figure 2-1-84) Entry of 2015 IoT world congress ··· 101
(Figure 2-1-85) 2015 SenSys ACM conference ··· 102
(Figure 2-2-1) Block diagram of sensor node ··· 103
(Figure 2-2-2) PCB design of sensor node ··· 104
(Figure 2-2-3) Block diagram of MCU on sensor node ··· 105
(Figure 2-2-4) Block diagram of MSP430F2618 ··· 106
(Figure 2-2-5) Circuit of JTAG and Debug UART interface ··· 107
(Figure 2-2-6) Block diagram of RF module on sensor node ··· 108
(Figure 2-2-7) Antenna of sensor node ··· 109
(Figure 2-2-8) Block diagram of power line on sensor node ··· 109
(Figure 2-2-9) Battery monitoring system ··· 110
(Figure 2-2-10) Wake-up module of sensor node ··· 110
(Figure 2-2-11) Method of operating wake-Up module ··· 111
(Figure 2-2-12) Logical sturcture of sensor node S/W ··· 112
(Figure 2-2-13) Work flow of sensor node ··· 113
(Figure 2-2-14) Star network topology ··· 113
(Figure 2-2-15) TDMA mac structure ··· 114
(Figure 2-2-16) Message frame of sensr node ··· 115
(Figure 2-2-17) Experiments and results of wake-up module ··· 116
(Figure 2-2-18) Waveforms of MCU Low power mode operation ··· 116
(Figure 2-2-19) Waveforms of RF module Low power mode operation · 117 (Figure 2-2-20) Power consumption of sensor node ··· 119
(Figure 2-3-1) Block diagram of base-station ··· 120
(Figure 2-3-2) Common interface of boards ··· 121
(Figure 2-3-3) Circuit design of base-station ··· 121
(Figure 2-3-4) Low Frequency Wake-Up 3D antenna ··· 122
13
(Figure 2-3-6) Block diagram of UHF Wake-Up receiver ··· 123
(Figure 2-3-7) Conceptional image of UHF Wake-Up signal ··· 124
(Figure 2-3-8) UHF wake up circuit ··· 124
(Figure 2-3-9) UHF Wake-Up test board ··· 125
(Figure 2-3-10) Measurement of 2.4GHz Wake-Up impedance ··· 125
(Figure 2-3-11) Measurement of 2.4GHz Wake-Up 50 ohm impedance ··· 126
(Figure 2-3-12) Measurement of 400MHz Wake-Up 50 ohm impedance ··· 126
(Figure 2-3-13) Measurement of UHF Wake-Up signals ··· 127
(Figure 2-3-14) Measuremnt of UHF Wake-Up power ··· 127
(Figure 2-3-15) UHF Wake-Up Board ··· 128
(Figure 2-3-16) LOS test of UHF Wake-Up ··· 129
(Figure 2-3-17) UHF Wake-Up antenna ··· 130
(Figure 2-3-18) Type1 antenna tunning results ··· 131
(Figure 2-3-19) Type2 antenna tunning results ··· 131
(Figure 2-3-20) UHF Wake-Up transmitter module ··· 132
(Figure 2-3-21) Block diagram of power line on base-station ··· 132
(Figure 2-3-22) Circuit of power line on base-station ··· 133
(Figure 2-3-23) MCU module of base-station ··· 133
(Figure 2-3-24) Block diagram of MSP430F2548A-EP ··· 134
(Figure 2-3-25) RF module of base-station ··· 134
(Figure 2-3-26) Output of RF module of base-station ··· 135
(Figure 2-3-27) RF module interfaces ··· 135
(Figure 2-3-28) Bluetooth module of base-station ··· 136
(Figure 2-3-29) Bluetooth module interfaces ··· 136
(Figure 2-3-30) Assembly of base-station ··· 137
(Figure 2-3-31) Prototype of base-station ··· 137
(Figure 2-3-32) Logical sturcture of base-station S/W ··· 138
(Figure 2-3-33) Data flow of base-station ··· 139
(Figure 2-3-34) S/W Structure of base-station ··· 139
(Figure 2-3-35) Data request, data processing of base-station ···· 142
(Figure 2-3-36) Connecting to smart-phone process ··· 144
(Figure 2-3-37) Real-time data steam process ··· 148
(Figure 2-3-38) Measurement of data transmission time from sensor node to base-station ··· 148
(Figure 2-4-1) Wireless interface between CAN bus and DTG ··· 150
(Figure 2-4-2) CANoE simulator ··· 151
(Figure 2-4-3) Experimental method ··· 151
(Figure 2-4-4) Evaluation of experiments ··· 152
14
(Figure 2-4-6) Captured speed data from cluster ··· 154
(Figure 2-4-7) Experimental setup ··· 154
(Figure 2-4-8) Cluster and DTG ··· 155
(Figure 2-4-9) 2.4GHz wireless cluster and wireless DTG ··· 155
(Figure 2-4-10) Structure of vehicle applied wireless products ··· 157
(Figure 2-4-11) After installation of wireless products ··· 158
(Figure 2-4-12) Filed test ··· 158
(Figure 2-4-13) Sensor node for wireless cluster ··· 159
(Figure 2-4-14) Sensor node for wireless AVN ··· 160
(Figure 2-4-15) Sensor node for wireless OBD reader ··· 162
(Figure 2-4-16) Circuit of wireless OBD reader ··· 162
(Figure 2-4-17) Logical structure of wireless OBD reader ··· 163
(Figure 2-4-18) Data request process ··· 163
(Figure 2-4-19) Example of pakcet message ··· 164
(Figure 2-4-20) Pakcet message when vehicle turns key off ··· 164
(Figure 2-4-21) Block diagram of parking assisntace sensor node · 165 (Figure 2-4-22) Voltage boost converters ··· 166
(Figure 2-4-23) Captures of reflected signal ··· 166
(Figure 2-4-24) Step-Up Circuit ··· 167
(Figure 2-4-25) Parking assiatance sensor node ··· 168
(Figure 2-4-26) Reflected signal intensities with varied duration of driving signals ··· 168
(Figure 2-4-27) Evaluation test ··· 169
(Figure 2-4-28) Distance measurement results ··· 170
(Figure 2-4-29) Field test ··· 170
(Figure 2-4-30) Measurement results ··· 171
(Figure 2-4-31) Superframe structure of PAS system ··· 172
(Figure 2-4-32) LQI test setup ··· 173
(Figure 2-4-33) Measurement of LQI with key-off state ··· 174
(Figure 2-4-34) Measurement of LQI with different vehicle states 175 (Figure 2-4-35) Power consumption of distance measurements ··· 175
15 <별지 7>
목 차
제 1 장 서 론 ... 23 제 1 절 연구 배경 ... 25 제 2 절 연구 목표 및 내용 ... 25 제 2 장 연구개발 추진내역 ... 29 제 1 절 차량 내 잡음과 상호 간섭에 강한 신뢰성 있는 차량 내 무선 센서네트워킹 기술 개발 ... 31 제 2 절 차량 내 임의설치가 가능하고, 저전력 처리가 가능한 차량 내 센서노드 개발 ... 103 제 3 절 차량 내 센서노드 연동을 위한 실시간 센서 스트림 처리 지원차량 내 베이스스테이션 개발 ... 120 제 4 절 차량 내 무선 센서네트워크 적용 지능형자동차 적용시스템 설계 및 개발 ... 150 제 3 장 기술개발결과 ... 177 제 1 절 기술개발 결과 요약 ... 179 제 2 절 기술개발 결과 세부 내용 ... 180 제 4 장 결론 ... 193 제 5 장 연구시설 장비 현황 ... 197 참 고 문 헌 ... 20016
그림 목차
(그림 2-1-1) RS 코드의 Encoding 구조 ··· 32 (그림 2-1-2) RS code 초기 파라미터 설정 ··· 33 (그림 2-1-3) Encoding 및 송신 구조 ··· 34 (그림 2-1-4) Decoding 및 송신 구조 ··· 34 (그림 2-1-5) 시험 환경 구성도 ··· 35 (그림 2-1-6) Encoding 기능 시험: PARITY 연산 확인 ··· 35 (그림 2-1-7) Decoding 기능 시험: 정상 데이터 확인 ··· 36 (그림 2-1-8) Decoding 기능 시험: 심볼 오류에 대한 정정 확인 ··· 36 (그림 2-1-9) FEC 성능 확인을 위한 시험 환경 구성 ··· 37 (그림 2-1-10) FEC 적용 전/후 PRR 변화 – 90 %이하에서 95 %이상 ··· 37 (그림 2-1-11) FEC 적용 전/후 PRR 비교 – 60 %이하에서 90 %이상 ··· 38 (그림 2-1-12) 고신뢰성 지원 네트워킹 S/W 논리구조 ··· 39 (그림 2-1-13) 초기화 과정 ··· 39 (그림 2-1-14) CAN 통신 S/W 구조 ··· 40 (그림 2-1-15) CAN to RF 데이터 전송 제어 흐름도 ··· 41 (그림 2-1-16) 시험 구성도 ··· 44 (그림 2-1-17) 시험 결과 ··· 45 (그림 2-1-18) 900 MHz 시험용 보드 (ATmegaRF212) ··· 46 (그림 2-1-19) 2.4 GHz 시험용 보드 ··· 46 (그림 2-1-20) 차량 내 다양한 주파수 대역별 무선환경 측정 시험 모식도 ··· 48 (그림 2-1-21) 차량 내 무선링크 측정 시험에 사용한 송신노드 패킷 포맷 ··· 48 (그림 2-1-22) 시간에 따른 RSSI와 LQI 변화, 전송출력 ··· 52 (그림 2-1-23) 900 MHz 노드 위치에 따른 RSSI와 Tx 출력 비교 ··· 53 (그림 2-1-24) 2.4 GHz 노드 위치에 따른 RSSI와 Tx 출력 비교 ··· 53 (그림 2-1-25) 900 MHz 노드 위치에 따른 LQI와 Tx 출력 비교 ··· 54 (그림 2-1-26) 2.4 GHz 노드 위치에 따른 LQI와 Tx 출력 ··· 54 (그림 2-1-27) 900 MHz 노드 위치에 따른 CL과 Tx 출력 비교 ··· 55 (그림 2-1-28) 2.4 GHz 노드 위치에 따른 CL과 Tx 출력 비교 ··· 55 (그림 2-1-29) CAN 버스와 원격 DTG 간 무선 인터페이스 ··· 56 (그림 2-1-30) 자동차 네트워크 및 CAN 통신 시스템 구성도 ··· 60(그림 2-1-31) Full HD Cluster (Continental 社) ··· 60
(그림 2-1-32) 무선통신장치와 CAN 연결 모식도 ··· 61
(그림 2-1-33) CAN통신 bus 접속 절차 및 Standard Data/Remote frame의 예 ··· 61
17
(그림 2-1-34) CAN2RF 노드 구성도 및 Layout ··· 62
(그림 2-1-35) CAN2RF 노드 회로도 ··· 62
(그림 2-1-36) CAN2RF 노드 ver 1.0 ··· 63
(그림 2-1-37) CAN2RF 노드 ver 1.0 chip 안테나 방사패턴 ··· 63
(그림 2-1-38) CAN2RF 노드 ver 2.0 ··· 64
(그림 2-1-39) CAN2RF 노드 단방향 연동 시험 ··· 64
(그림 2-1-40) AES-CCM 모드 적용 설계/구현을 위한 구조도 ··· 66
(그림 2-1-41) 실제 패킷 구조에서의 AES-CCM 과정 ··· 66
(그림 2-1-42) IAR compiler에서의 library package 구성 및 헤더 파일 구성 예 ··· 67
(그림 2-1-43) AES-CCM 내부 함수 구조도 ··· 67
(그림 2-1-44) AES-CCM 사용을 위한 초기값 (key, iv, 구조체 등) ··· 68
(그림 2-1-45) AES-CCM 시험 결과 (암호화/복호화 및 인증) ··· 68 (그림 2-1-46) CAN-RF 통신 시험 환경 ··· 70 (그림 2-1-47) 단방향, 단일 패킷 전송 시 packet interval에 따른 PRR 및 latency ··· 70 (그림 2-1-48) 단방향, 서로 다른 주기의 서로 다른 패킷을 동시에 전송 시, 패킷의 수에 따른 PRR ··· 71 (그림 2-1-49) 단방향, 서로 다른 주기의 서로 다른 패킷을 동시에 전송 시, 각 패킷의 latency ··· 72 (그림 2-1-50) 양방향, 서로 다른 주기의 패킷을 동시에 전송 시, 노드 A, B에서의 각 패킷의 PRR ··· 73 (그림 2-1-51) 통신 환경 구조도 ··· 74 (그림 2-1-52) 정상적인 데이터 송수신 ··· 75 (그림 2-1-53) 실험 설정값 입력 ··· 75 (그림 2-1-54) 채널 변경 과정 ··· 76 (그림 2-1-55) AES-CCM 암호화 복호화 검증 시험 구성 ··· 77 (그림 2-1-56) AES-CCM 암호화 복호화 검증 시험 결과 ··· 77 (그림 2-1-57) AES 기능 동작 확인을 위한 시험 구성 ··· 77 (그림 2-1-58) 클러스터 및 AVN의 AES 기능에 따른 동작 확인 결과 ··· 78 (그림 2-1-59) 슈퍼비젼 클러스터 및 AVN 회로도 구성(LF소나타) ··· 78 (그림 2-1-60) 무선스티어링휠 리모컨 시스템에 사용된 MCU ··· 81 (그림 2-1-61) 무선스티어링휠 시스템 구성··· 81 (그림 2-1-62) 무선스티어링휠 리모컨 구성··· 82 (그림 2-1-63) AVN4.0연결도 ··· 82 (그림 2-1-64) 무선 AVN 시스템 전송 프로세스 ··· 83 (그림 2-1-65) 무선 트립/크루즈 리모컨 시스템 전송 프로세스 ··· 85 (그림 2-1-66) 무선 AVN 시스템 및 트립/크루즈의 리모컨부 보드 ··· 88 (그림 2-1-67) 무선 AVN 시스템 및 트립/크루즈의 수신부 보드 ··· 88
18 (그림 2-1-68) 무선 스티어링휠 리모컨 시스템시험 환경 ··· 89 (그림 2-1-69) 무선 스티어링휠 리모컨 시스템 시험 구성 및 화면 ··· 89 (그림 2-1-70) 통신 환경 구조도 ··· 92 (그림 2-1-71) 정상적인 데이터 송수신 ··· 92 (그림 2-1-72) 실험 설정값 입력 ··· 93 (그림 2-1-73) 채널 변경 과정 ··· 93 (그림 2-1-74) 유무선 스티어링휠 시작품 구조 ··· 94 (그림 2-1-75) AVN컨트롤 구조 ··· 94 (그림 2-1-76) 슈퍼비젼 클러스터 컨트롤 구조 ··· 95 (그림 2-1-77) 무선스티어링휠 리모컨 시스템의 속도/RPM 생성 장치 ···· 95 (그림 2-1-78) 무선스티어링휠 시제품 시스템 구성 ··· 96 (그림 2-1-79) KATECH모듈과의 패킷 규격 및 flag 규격 ··· 97 (그림 2-1-80) 크루즈컨트롤 구동 방법 ··· 98 (그림 2-1-81) 크루즈컨트롤이 꺼졌을 경우 각 노드의 구동방법 ··· 99 (그림 2-1-82) 크루즈컨트롤이 켜졌을 경우 각 노드의 구동방법 ··· 99 (그림 2-1-83) 운전자 편의 시스템 시제품 시험구성 ··· 100 (그림 2-1-84) 2015년 IoT국제전시회 출품 ··· 101 (그림 2-1-85) 2015년 SenSys ACM 국제학술대회 출품 ··· 102 (그림 2-2-1) 센서노드 센서부 블록 ··· 103 (그림 2-2-2) 센서노드 PCB 디자인 ··· 104 (그림 2-2-3) 센서노드 MCU부 블록 ··· 105 (그림 2-2-4) MSP430F2618 내부 블록도 ··· 106
(그림 2-2-5) JTAG 및 Debug UART 인터페이스 회로도 ··· 107
(그림 2-2-6) 센서노드 RF통신부 블록 ··· 108 (그림 2-2-7) 센서노드 RF통신 안테나 ··· 109 (그림 2-2-8) 센서노드 전원부 블록 ··· 109 (그림 2-2-9) 센서노드의 배터리전압 모니터링 ··· 110 (그림 2-2-10) 센서노드의 Wake-Up 모듈부 ··· 110 (그림 2-2-11) Wake-Up 리시버 구동 방법 ··· 111 (그림 2-2-12) 센서노드의 S/W 논리 구조 ··· 112 (그림 2-2-13) 센서노드 동작 순서도 ··· 113 (그림 2-2-14) 스타 네트워크 토폴로지 ··· 113
(그림 2-2-15) TDMA 기반 MAC의 Superframe 구조 ··· 114
(그림 2-2-16) 센서노드와 베이스스테이션 간 무선 통신 메시지 ··· 115 (그림 2-2-17) 차량 내 wake-up 센서테그 시스템 통신 전송거리 시험 및 결과 ··· 116 (그림 2-2-18) MCU 저전력 실험 파형 측정 ··· 116 (그림 2-2-19) RF모듈 저전력 실험 파형 측정 ··· 117 (그림 2-2-20) 센서노드의 Beacon 동기화 한 주기에 소비되는 평균 전류
19 프로파일 ··· 119 (그림 2-3-1) 베이스스테이션 플랫폼 인터페이스 블록도 ··· 120 (그림 2-3-2) WASN 플랫폼 공통 인터페이스 ··· 121 (그림 2-3-3) 차량 내 임의 설치가 가능한 시거잭 타입의 베이스스테이션 블록도 ··· 121
(그림 2-3-4) Low Frequency Wake-Up 3D안테나 ··· 122
(그림 2-3-5) X-Y축 Low Frequency Wake-Up 적용 보드 ··· 122
(그림 2-3-6) UHF Wake-Up 리시버 블록도 ··· 123 (그림 2-3-7) UHF Wake-Up 신호 변환 개념도··· 124 (그림 2-3-8) UHF 웨이크업 수신기 정류회로··· 124 (그림 2-3-9) UHF Wake-Up 수신기 다단설계 테스트 보드 ··· 125 (그림 2-3-10) 2.4GHz대역 Wake-Up 수신기 임피던스 분석 ··· 125 (그림 2-3-11) 2.4GHz대역 Wake-Up 수신기 임피던스 50옴 정합 ··· 126 (그림 2-3-12) 400MHz대역 Wake-Up 수신기 임피던스 50옴 정합 ··· 126 (그림 2-3-13) UHF Wake-Up 수신기 출력신호 측정 ··· 127 (그림 2-3-14) 수신전력에 따른 UHF Wake-Up 수신기 출력 측정 ··· 127 (그림 2-3-15) UHF Wake-Up 수신기 + 차량 내 무선센서네트워크 센서 플 랫폼 적용 ··· 128
(그림 2-3-16) UHF Wake-Up 수신기 LOS 테스트 ··· 129
(그림 2-3-17) UHF Wake-Up 수신기 적용 안테나 시료 (상: Type1, 하: Type2) ··· 130 (그림 2-3-18) Type1 안테나의 스미스차트 및 VSWR ··· 131 (그림 2-3-19) Type2 안테나의 스미스차트 및 VSWR ··· 131 (그림 2-3-20) UHF Wake-Up 트랜스미터 모듈··· 132 (그림 2-3-21) 베이스스테이션 전원부 블록도 ··· 132 (그림 2-3-22) 베이스스테이션 전원부 회로도 ··· 133 (그림 2-3-23) 베이스스테이션 MCU모듈 ··· 133 (그림 2-3-24) MSP430F2548A-EP MCU의 내부 블록도 ··· 134 (그림 2-3-25) 무선 센서네트워크용 RF 모듈··· 134 (그림 2-3-26) 무선 센서네트워크용 RF모듈 출력측정 ··· 135 (그림 2-3-27) 무선 센서네트워크용 RF모듈 인터페이스 회로 ··· 135 (그림 2-3-28) 스마트폰 연동을 위한 블루투스 모듈 ··· 136 (그림 2-3-29) 베이스스테이션 블루투스 인터페이스 회로 ··· 136 (그림 2-3-30) 시거잭 타입의 베이스스테이션 모듈 조립도 ··· 137 (그림 2-3-31) 시거잭 타입의 베이스스테이션 부품도 및 하우징 조립형태 ··· 137 (그림 2-3-32) 베이스스테이션 S/W 논리구조··· 138 (그림 2-3-33) 베이스스테이션 S/W 데이터 흐름 ··· 139 (그림 2-3-34) 베이스스테이션 S/W 구조 ··· 139
20 (그림 2-3-35) 베이스스테이션 S/W 실행 – 센서노드 동작 요청, 차량 정 보 및 센서 정보 수신, 처리 ··· 142 (그림 2-3-36) 베이스스테이션 S/W 실행 – 스마트폰으로 차량 정보 및 센 서 정보 전송 ··· 144 (그림 2-3-37) 베이스스테이션 실시간 센서 데이터 처리 시간 측정을 위 한 실험 환경 ··· 148 (그림 2-3-38) 센서노드에서 베이스스테이션으로 패킷 전송 및 수신하는 데 경과되는 시간 측정 ··· 148 (그림 2-4-1) CAN 버스와 원격 DTG 간 무선 인터페이스 ··· 150 (그림 2-4-2) CANoE를 이용한 시뮬레이터 개발 ··· 151 (그림 2-4-3) 실차 시스템 개발 및 검증 환경 ··· 151 (그림 2-4-4) 차량 내 무선 네트워크의 평가를 위한 시험환경 ··· 152 (그림 2-4-5) 클러스터 구동을 위한 차량 내 메시지의 맵 ··· 153 (그림 2-4-6) 실차에서 수집한 차량의 속도데이터 ··· 154 (그림 2-4-7) 실험실과 실차에서 확인한 클러스터의 구동실험 ··· 154 (그림 2-4-8) 유선 CAN 네트워크를 이용한 차량용 클러스터 및 DTG ··· 155
(그림 2-4-9) 2.4GHz 무선 통신을 이용한 Wireless Cluster 및 Wireless DTG ··· 155 (그림 2-4-10) 차량 내 무선통신용 지능형자동차 시제품 시스템 구성도 ··· 157 (그림 2-4-11) 운전자 편의 시스템 구성도에 따른 실차 구성도 ··· 158 (그림 2-4-12) 실차 시스템 적용 및 실도로 주행 시험 ··· 158 (그림 2-4-13) 클러스터용 센서노드 및 무선 클러스터 ··· 159 (그림 2-4-14) 무선 AVN용 센서노드 및 AVN ··· 160 (그림 2-4-15) 센서노드 플랫폼 기반 OBD용 센서노드 ··· 162 (그림 2-4-16) OBD 정보 송신용 센서노드 회로도(구동부) ··· 162 (그림 2-4-17) OBD 정보 송신용 센서노드 동작 구조도 ··· 163 (그림 2-4-18) OBD 모듈과 센서노드 간 통신 요청 및 확인 절차 ··· 163 (그림 2-4-19) 센서노드가 OBD 데이터를 갱신하였을 때, 무선 데이터 송 신 ··· 164 (그림 2-4-20) 차량 시동이 꺼졌을 때, 무선 데이터 송신 ··· 164 (그림 2-4-21) 전후방 감지용 센서노드 센서부 블록 ··· 165 (그림 2-4-22) 배터리 승압회로. IFT 소자 방법(좌측), Step-Up 회로 방 법(우측) ··· 166 (그림 2-4-23) IFT 소자 증폭을 통한 물체 감지 신호 ··· 166 (그림 2-4-24) Step-Up 회로 설계도 ··· 167 (그림 2-4-25) 전후방 감지용 센서노드 ··· 168 (그림 2-4-26) 초음파 센서 구동 시간에 따른 반사파 신호 크기 ··· 168 (그림 2-4-27) 전후방 감지용 센서노드 측정 정확성 실험 ··· 169
21 (그림 2-4-28) 거리 측정 결과 ··· 170 (그림 2-4-29) 실외 테스트 환경 ··· 170 (그림 2-4-30) 실외 측정 결과 ··· 171 (그림 2-4-31) Superframe에서의 각 센서노드의 할당 구간 ··· 172 (그림 2-4-32) (a) 베이스스테이션과 센서노드 설치 위치 (b) LQI 측정 값 (c) 데이터 송수신 카운트 ··· 173 (그림 2-4-33) 시동이 켜진 상태에서의 LQI 측정 ··· 174 (그림 2-4-34) 차량 운행 상태에 따른 LQI 값의 변화 ··· 175 (그림 2-4-35) 물체 감지 구동 시, 한 주기 동안에 소비되는 평균 전류 프로파일 ··· 175
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제 1 절 연구 배경
지능형자동차란, 자동차 자체 내부에 물리적 제어가 아닌 첨단 전기 전자 제어기술이 적용되어 운전자 편의성, 주행 안정성과 효율성을 높이는 디지털자 동차로 관련 분야에 대한 국내외 자동차 기업들간 치열한 기술 확보가 추진 중 이다. 특히, 차량의 지능화로 인해 와이어링 하네스의 복잡도가 증가하면서 차 량 중량 증가로 인한 연비 저하, 지능형 센서의 차량 내 임의위치 설치 어려움, 설계 수정에 대한 유연성 부족, 공간 부족으로 인한 설계 및 설치작업의 어려움 등의 이유로 이를 해결할 수 있는 차량 내 무선 네트워크 기술 개발의 중요성이 대두되고 있다. 지능형자동차의 X-By-Wireless 시대를 국내 자동차기업이 주도 하기 위해서는 차량 내 무선 센서네트워크 기술 및 유무선 통합 네트워크 기술 개발을 통한 기술 선점 및 역할 확대가 중요한 시점이다. 국외의 경우, 산학연 공동으로 차량 내 무선 센서네트워크 선행연구를 수행하고 있으나, 국내에서 차 량 내 무선 센서네트워크 기술 개발은 전무한 상태이다. 이에, 본 과제에서는 향후 지능형자동차의 중장기 목표인 X-By-Wireless 의 핵심 원천 기술인 차량 내 무선 센서네트워크 기반기술 개발을 목표로 하고 있다. 본 과제의 성공적인 수행을 통해 자동차 분야의 지능화 기술과 무선 센서네트워크의 융복합 핵심기 술을 확보하여 국내 자동차산업 경쟁력을 강화하고자 한다.제 2 절 연구 목표 및 내용
① 개발목표 차량 내 무선통신 환경 분석, 우선적용 대상 도출, 시스템 설계 등을 기반으로 신뢰성 있는 차량 탑재형 무선 센서네트워크 시스템(무선 센서네트워킹, 센서노드, 베이스스테이션) 개발 및 통합 시험 ② 개발내용 및 범위26 차량 내 잡음과 상호 간섭에 강한 신뢰성 있는 차량 내 무선 센서네트워킹 기술 개발 - 차량 내/외 간섭, 잡음 및 장애물 회피를 위한 MAC 프로토콜 S/W 개발 - 고신뢰성 지원 네트워킹 S/W 개발 - 차량 내 무선 센서네트워크 사용 주파수 대역 분석 - 차량 내 무선 센서네트워크 적용 대상 센서 분석 - 고정 및 이동 차량 탑재 MAC/네트워킹 시험 및 검증 기술 개발 - 차량 내 유선 네트워크 및 무선 센서네트워크 연동 인터페이스 기술 개발 - 차량 무선 센서네트워크 전송 보안 적용 기술 설계 차량 내 임의설치가 가능하고, 저전력 처리가 가능한 차량 내 센서노드 개발 - 우선순위/이벤트/샘플링주기기반 차량 내 센서노드 데이터 처리 기술 개발 - 저전력 프로세싱 및 우선순위 등 데이터 처리 모듈이 탑재된 센서노드 S/W 개발 - 차량 운행 환경에서 내구성을 보장하는 소형, 저전력 센서노드 H/W 개발 및 제작 - 차량 내에 설치 및 유지보수 편의성을 제공하는 센서노드 하우징 개발 및 제작 - S/W, H/W, 하우징이 통합된 차량 내 센서노드 개발 및 제작 차량 내 센서노드 연동을 위한 실시간 센서 스트림 처리 지원 차량 내 베이스스테이션 개발 - 우선순위/이벤트/센서신호샘플링주기 기반 다중 센서노드 처리 기술 개발 - 베이스스테이션 시스템 구동 소프트웨어 및 드라이버 고도화 - 단일 센서노드 지원용 베이스스테이션 S/W 개발 - 차량 운행 환경에서 내구성을 보장하는 베이스스테이션 H/W 개발 및 제작
27 - 차량 내에 설치 및 유지보수 편의성을 제공하는 베이스스테이션 하우징 개발 및 제작 - 스마트폰과 데이터 연동을 위한 실시간 센서 스트림 처리 기술 개발 차량 내 무선 센서네트워크 적용 지능형자동차 적용시스템 설계 및 개발 - 실용화를 위한 경제성 분석 등을 통한 상용화 방안 도출 - 차량 내 센서노드, 베이스스테이션 탑재기술 개발 - 차량 내 무선 센서네트워크 적용 운전자 편의시스템 설계 및 개발 본 보고서는 다음과 같이 구성이 된다. 2장은 연구개발 추진 내역, 3장은 기술개발 결과를 각각 설명하고 있다. 마지막으로 4장에서는 연구의 결론을 맺 고 있다.
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제 1 절 차량 내 잡음과 상호 간섭에 강한 신뢰성 있는 차량 내
무선 센서네트워킹 기술 개발
차량 내/외 간섭, 잡음 및 장애물 회피를 위한 MAC 프로토콜 S/W 개발 - 차량 내/외의 무선 통신의 경우, Non-LOS(Line-of-sight) 환경이 대부분이며, 무선 통신 환경이 열악할 뿐만 아니라, 통신 환경이 동적으로 변화하므로 신뢰성 있는 무선 통신을 위한 경량 채널 코딩 기법이 필수적임 - 센서노드 플랫폼 (저전력, 저사양 Microcontroller)에서 동작 가능한 경량 채널 코딩 기법을 설계 및 구현함 - Reed-Solomon(RS) Code를 이용한 경량 채널 코딩 기법 설계·기존 고성능의 FEC(Forward Error Correction) 기법(e.g., LDPC, Viterbi-decoder)의 경우 고성능의 microcontroller와 많은 메모리가 필요함 ·RS-code는 기존 디지털 위성방송 시스템(DVB-T) 및 CD/DVD 에서도 근접 오류 보정 기능의 우수성으로 인해 널리 사용되고 있음 ·RS-code는 대표적인 블록 코딩 기법으로, 블록의 크기에 따라 연산량 및 메모리의 사용량이 크게 변하지만, 블록의 크기를 고정할 경우 상대적으로 저사양 및 메모리가 제한적인 프로세서에서도 구현이 가능함 ·RS-code 구조 1) RS-code는 k 심볼의 데이터에 대해 코드워드가 n 심볼일 때, n-k 심볼 의 PARITY를 생성함. 특히, RS-code는 코드워드에 데이터가 변형 없이 그대로 적용되므로, CRC check 결과 CRC 오류가 없는 데이터에 대해서 는 decoding 과정을 생략하고 데이터를 수신할 수 있음 2) RS code는 수학적 연산을 기반으로 한 블록 코딩 기법으로 코드워드 전체 (PARITY 포함)에서 최대 (n-k)/2 심볼에 발생한 오류를 정정할 수 있음
32 (그림 2-1-1) RS 코드의 Encoding 구조 - RS-code 설계 및 구현 ·Parameter 설정 및 초기화 1) 블록 코드 기법의 경우 트랜스미터/리시버 간에 블록의 크기를 미리 알고 있어야 함 (연산량 감소) 2) 저사양 MCU에서의 동작을 위해 encoding/decoding에 필요한 수학 구조 를 고정시키고, 초기에 필요한 수학 연산을 미리 수행하기 위함 (그림 2-1-2 참조)
* RS_MM: RS code는 앞서 설명한 바와 같이 Galois Field (GF)를 사용 하는 수학 기법임. 디지털 통신에서 GF는 2m과 같이 m-binary bits 의 field를 사용하며, 본 설계에서 RS_MM은 GF의 m-bit, 즉, 8-bit 프로세싱을 사용함 * DATA_LEN: 앞서 언급한 바와 같이 블록 코딩 기반의 RS-code는 연산 량 및 메모리 사용의 효율을 위해 encoder와 decoder 간에 사용할 데이터 블록의 크기를 미리 알고 있어야 하며 본 시스템에서는 CAN 통신 규격에서 사용하는 최대 데이터 크기를 사용함 * PARITY_LEN: 연산의 효율성을 위해 PARITY_LEN 역시 고정하여 사용 해야 함. PARITY_LEN은 결국 통신 과정에서 발생할 수 있는 오류에
33 대한 최대 정정 성능과 직접적인 관계가 있음 (비례). 하지만, PARITY의 길이 크기는 결국 코드워드의 길이를 늘이므로, 사용할 채 널의 특징을 고려하여 적절한 길이를 선택해서 사용해야 함 (그림 2-1-2) RS code 초기 파라미터 설정 3) 초기화 함수는 선택된 파라미터에 대해 GF를 구성하고 encoding 및 decoding에 필요한 초기 메모리 공간을 확보하고 필요한 다항식 구성 및 연산을 위한 초기 과정을 수행함 ·Encoding 1) 입력 데이터에 대해 PARITY를 연산하고, 최종적으로 송신할 코드워드 를 연산함 2) 내부 메모리 공간을 효율적으로 사용하기 위해, 미리 코드 워드를 위 한 공간을 확보한 후, 데이터 입력에 따라 PARITY 생성 및 코드워드를 구성하여 전송함
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(그림 2-1-3) Encoding 및 송신 구조
. Decoding
1) RS code는 encoding보다 decoding에 연산량 및 메모리 사용량이 많은 구조이므로, CRC 오류가 없을 경우 decoding 연산을 수행하지 않고 수 신한 코드워드에서 DATA_LEN 길이를 읽어 들이면 정상적인 데이터 수 신이 가능함 2) Decoding은 기본적으로 반복된 수학 연산을 통해 각 심볼에 대해 오류 발생 여부를 확인하고 오류가 발생하였을 경우, 이를 정정하는 과정을 진행함 3) Decoding 함수에서는 입력 코드워드에 대해 오류가 정정된 데이터를 출력하며, 발생 및 정정된 오류의 수를 리턴함 (그림 2-1-4) Decoding 및 송신 구조
35 - 센서노드 플랫폼에서의 RS code 시험 결과 ·시험 환경: 센서노드에서 작성된 40 bytes의 데이터에 대해 encoding/decoding 기능시험 및 임의로 추가된 오류에 대한 decoding 정정 시험 확인함 (그림 2-1-5) 시험 환경 구성도
·RS-code 기능: 정상적으로 수학 연산 및 PARITY 생성 과정과 PARITY를 이용한 에러 정정 코드 연산 정상 수행 확인함
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(그림 2-1-7) Decoding 기능 시험: 정상 데이터 확인
·RS-code 성능: Parity는 20 bytes이므로 최대 10 bytes (i.e. 80-bit)의 오류까지 정정할 수 있음. 본 실험에서는 서로 다른 지점의 3 bytes 오류에 대한 정정 기능을 확인함 (그림 2-1-8) Decoding 기능 시험: 심볼 오류에 대한 정정 확인 - 센서노드 플랫폼에서의 FEC 성능 시험 결과 ·시험 환경: 센서노드 사이의 열악한 무선 채널 환경을 꾸미기 위해, 송신 노드와 수신 노드 사이에 Physical Attenuator를 두고 안테나를 서로 cable을 이용해 물리적으로 채널을 강제 설정한 후, attenuator를 조절하며 FEC를 적용하지 않았을 때와 적용했을 때의 packet reception rate(PRR)를 측정함
37 (그림 2-1-9) FEC 성능 확인을 위한 시험 환경 구성 ·Atten. 65 dBm: FEC를 적용하지 않았을 때, PRR이 평균 90 %에 미치지 못하는 반면, FEC를 적용한 후 PRR이 95 % 이상으로 향상됨을 확인할 수 있음 (그림 2-1-10) FEC 적용 전/후 PRR 변화 – 90 %이하에서 95 %이상 ·Atten. 70 dBm: FEC를 적용하지 않았을 때, PRR이 평균 60 %에 미치지 못하는 반면, FEC를 적용한 후 PRR이 90 % 이상으로 향상됨을 확인할 수 있음
38 (그림 2-1-11) FEC 적용 전/후 PRR 비교 – 60 %이하에서 90 %이상 고신뢰성 지원 네트워킹 S/W 개발 - 시스템 설계 구조의 목표와 제약 ·“고 신뢰성 지원 네트워킹 S/W”의 설계 목표는 기존의 유선 자동차 네트워크를 보완하기 위하여 무선 네트워크 시스템을 개발함에 있어서 차량 내 Non-LOS 환경에서 신뢰성 있는 무선 통신 데이터 전송을 위해, 차량 내 네트워크 시스템을 특정하고 네트워크를 구동하기 위한 PHY, MAC 그리고 APP 구조와 동작 방법을 제시하는 것임. 이와 같은 신뢰성 있는 차량 내 네트워킹 S/W를 개발하기 위해서는 보드 설정 제어부, CAN 통신 제어부, RF 제어부 Serial 통신 제어부 등이 필요함 - 고 신뢰성 지원 네트워킹 S/W 논리 구조 ·고 신뢰성 지원 네트워킹 S/W의 전체 논리 구조는 아래 그림과 같음
39 (그림 2-1-12) 고신뢰성 지원 네트워킹 S/W 논리구조 - 보드 설정 제어부 (그림 2-1-13) 초기화 과정 ·보드의 초기화 기능을 수행 하고 설정 값에 의한 BASE/NODE 보드 초기화 기능과 함께 시리얼 통신 제어 모드를 결정함(CAN 통신/ UART 통신)
40 - CAN 통신 제어부
·CAN 제어부에서는 CAN 데이터의 송수신을 관리를 하고 RF로 수신 받은 데이터를 CAN으로 송신을 하고, CAN으로 수신된 데이터를 RF 제어부로 전달하는 기능을 가짐
·주요 기능에는 CAN 트랜시버 관리기능, CAN 환경 설정 및 관리 기능, CAN ID 에 대한 하드웨어 및 소프트웨어 필터링 기능, CAN ID 별 하드웨어 버퍼링 기능, CAN 메시지 송수신 기능 그리고 CAN BUS 감지(CAN 11bit, 29Bit) 기능을 지원함
(그림 2-1-14) CAN 통신 S/W 구조
- RF 제어부
·RF 제어부는 Base 동작 모드와 Node 동작 모드로 나뉨. RF 제어부는 SPI, GPIO를 통해 RF 트랜시버를 제어하고, RF 트랜시버제어는 CC2500 드라이버는 SPI Driver의 레지스터 Access 기능을 통해 제어함
41 그리고 NODE Address관리 기능이 있음 ·CAN에서 RF로 전달되는 데이터 메시지 구성의 예는 아래 표와 같음 표 2-1-1. CAN to RF 전송 데이터 구성 ·CAN에서 RF 데이터 전송을 위한 제어 흐름도는 아래 그림과 같음 (그림 2-1-15) CAN to RF 데이터 전송 제어 흐름도
42 - 시리얼 통신 제어부 ·시리얼 제어부는 시리얼 통신을 관리 하고 RF에서 온 데이터를 시리얼 전송하는 기능을 가짐. 시리얼에서 수신된 데이터를 RF 제어부로 전달하는 기능도 있음 - 사용 함수 설명 ·보드 초기화 함수 표 2-1-2. 보드 초기화 함수 ·CAN 함수
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표 2-1-3. CAN 함수
·RF 함수
44 ·관리 관련 함수 표 2-1-5. 관리 관련 함수 - 에러 성능 시험 구성과 방법 ·TI 사의 SMART RF를 이용하여 무선 노드를 단반향으로 데이터를 송신 하고 무선 구간에 데이터 에러율을 표시함 (그림 2-1-16) 시험 구성도
45 - 시험 결과 (그림 2-1-17) 시험 결과 표 2-1-6. 실험 결과 차량 내 무선 센서네트워크 사용 주파수 대역 분석 - 기존 IEEE802.15.4 기반 차량 내 무선환경 및 링크특성과 비교하여 사용가능한 주파수 대역에 대한 분석을 위해 아래 그림과 같은 900 MHz 대역의 노드를 사용하여 차량 내 무선 센서네트워크 링크환경 분석 시험을 수행함 - 시험 구성 요소
46 ·900 MHz 센서노드 1) ATmegaRF212 칩을 내장한 센서보드, -25 ~ 0 dBm 출력 2) 20, 40, 100 및 250 kbps data rate (그림 2-1-18) 900 MHz 시험용 보드 (ATmegaRF212) ·900 MHz 센서노드와 비교하기 위해 2.4 GHz 대역의 Tmote SKY 노드로도 동일한 실험을 수행하였음 (그림 2-1-19) 2.4 GHz 시험용 보드
47 표 2-1-7. 시험용 보드 설치 위치 - 시험 설정 ·전송출력은 –25, -15, -10, -5, dBm으로 설정함 ·Data rate는 250 kbps로 설정함 ·시험차량: 2003년형 기아자동차 Regal LX (LPG 차량) - 시험 방법 ·아래 그림과 같이 2.4 GHz 시험용 보드 링크 특성 시험과 같은 차량에 동일한 시험 위치에 설치하여 시험함 ·2.4 GHz 시험용 보드 시험과 다르게 트랜스미터가 3곳의 각기 다른 위치에서 송출하고, 실내 대쉬보드에서 수신하도록 구성됨 ·엔진룸 1곳, 실내 1곳, 트렁크 1곳(LPG 통 1곳) 총 3곳에서 송신 및 차량 내 대쉬보드에 위치한 노드에서 수신함 ·각 노드 당 1,000개의 패킷(33 bytes)을 6개의 출력으로 전송 후 수신노드의 UART를 통해 패킷정보를 수집하도록 함
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(그림 2-1-20) 차량 내 다양한 주파수 대역별 무선환경 측정 시험 모식도
1) 총 1,000개 패킷을 100ms 간격으로 전송(100초) ·송신노드 패킷 구성
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1) 송신패킷에 sequence number를 삽입하여 error 발생 위치를 알 수 있 도록 구성함
- 측정 및 분석항목 ·측정항목
1) LQI, RSSI, Sequence number, CRC에 대해 1,000개의 packets를 3회 반 복하여 측정함
·분석항목
1) PRR(Packet Reception Rate), PER(Packet Error Rate), Goodput, CL(Channel Loss)
- 시험결과 및 분석
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표 2-1-8. 에러 지표와 관련있는 시험 측정 항목
1) 전송출력이 –25 dBm일 경우 Goodput이 낮았지만, 15dBm 이상에서는 0.9 이상의 높은 값을 보임
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52 (그림 2-1-22) 시간에 따른 RSSI와 LQI 변화, 전송출력: - 5 dBm(좌측), -25 dBm(우측) ·RSSI 비교 1) 아래 그림과 같이 –10 dBm을 기준으로 하여 –15 dBm의 전송출력이 되 는 순간, 대부분의 위치에서 RSSI가 급감함. 즉 전송출력이 –25 dBm일 경우 Goodput이 낮았지만, -15 dBm 이상에서는 0.9이상의 높은 값을 보임
53 (그림 2-1-23) 900 MHz 노드 위치에 따른 RSSI와 Tx 출력 비교 (그림 2-1-24) 2.4 GHz 노드 위치에 따른 RSSI와 Tx 출력 비교 2) 2.4 GHz 시험용 보드의 경우 RSSI 가 서서히 감소하는 경향을 보임 ·LQI 비교 1) RSSI와 마찬가지로 아래 그림과 같이 –10 dBm을 기준으로 하여 –15 dBm 의 전송출력이 되는 순간, 대부분의 위치에서 RSSI가 감소하였지만, 다소 유연하게 감소함
54 (그림 2-1-25) 900 MHz 노드 위치에 따른 LQI와 Tx 출력 비교 (그림 2-1-26) 2.4 GHz 노드 위치에 따른 LQI와 Tx 출력 2) 2.4 GHz 시험용 보드 의 경우 LQI 가 –15 dBm 출력에서 일부 감소함 ·CL 비교 1) 아래 그림과 같이 전송출력의 변화에 따른 채널손실의 값이 70 ~ 80 dB로 고르게 나타나며, -10 dBm 이상의 전송출력일 경우 양호한 수신 이 가능함
55 (그림 2-1-27) 900 MHz 노드 위치에 따른 CL과 Tx 출력 비교 (그림 2-1-28) 2.4 GHz 노드 위치에 따른 CL과 Tx 출력 비교 2) 2.4 GHz 시험용 보드의 경우 CL이 –25 dBm 출력에서 증가하는 경향이 뚜렷함 - 결론 ·900 MHz 대역의 경우 –10 dBm 이상의 전송출력을 보여야 RSSI, LQI 및 CL가 양호한 통신이 가능한 것으로 분석됨 ·2.4 GHz의 경우 –15 dBm 이상에서 가능하것으로 도출됨 ·따라서 차량 내 무선 네트워크의 링크 특성 분석 결과 2.4 GHz가 –5 dBm의 저전력 효과를 기대할 수 있고, PRR 및 RSSI 측면에서 우수함 차량 내 무선 센서네트워크 적용 대상 센서 분석 - 차량 내 무선 센서네트워크 구성
56 ·CAN 버스와 원격 DTG간 무선 인터페이스 구성은 아래 그림과 같음 (그림 2-1-29) CAN 버스와 원격 DTG 간 무선 인터페이스 - CAN 버스 ·CAN 버스는 CAN 통신을 위한 물리 계층으로 와이어, 커넥터 그리고 종단저항으로 구성된다. CAN은 물리적 매체를 지정하지는 않지만 다음과 같은 기능을 가짐 1) 와이어: 차폐된 꼬임 전선, 선택적 전원이 필요한 경우에는 추가적인 한 쌍의 꼬임 전선 사용함
2) 커넥터: 9 Pin D-Sub 또는 5 Pin Mini-Style 3) 종단 저항: 120 Ohm - DTG ·디지털운행기록장치(DTG, Digital Tachograph)는 자동차의 속도, RPM, 브레이크, GPS를 통한 위치, 방위각, 가속도, 주행거리 및 교통사고 상황 등을 자동적으로 전자식 기억장치에 기록하는 장치이다. DTG가 갖추어야 할 기능은 다음과 같음 1) 차량속도의 검출 2) 분당 엔진회전수의 감지 3) 브레이크 신호의 감지
57 4) GPS를 통한 위치추적 5) 입력신호 데이터의 저장 6) 가속도 센서를 이용한 충격감지 7)기기 및 통신상태의 오류검출 ·DTG의 외부 인터페이스는 두 가지로 나뉜다. 첫 번째는 차량 정보를 실시간으로 수집, 분석하게 하여 고객에게 다양한 편의를 제공하기 위하여 이동통신망과 연결하는데 필요한 통신모듈 인터페이스이고, 두 번째는 운전자 혹은 차량 내 저장장치에 차량 정보를 제공하기 위하여 차량 내 네트워크와의 인터페이스가 필요하다. 또한, 본 표준에서는 차량 내 네트워크와의 인터페이스를 정의함 - 무선 송수신기 ·무선 송수신기는 CAN 버스와 연결되어 CAN 버스로부터 DTG로 전달되는 메시지를 추출하여 무선으로 데이터를 전송하거나, 무선 통신 프로토콜을 원활히 수행하기 위하여 필요한 신호를 DTG 무선 송수신기에서 CAN 버스에 연결된 무선 송수신기로 실어 보내는 역할을 담당한다. 무선 송수신기가 갖추어야 할 주요 기능은 다음과 같음 1) CAN 버스와 물리적 연결 2) DTG 메시지 필터링 3) CAN 2.0B 데이터 포맷을 무선 통신 데이터 포맷으로 변환 4) 무선 송수신 - CAN 트랜시버 요구사항 ·CAN 컨트롤러와 일체형 디바이스를 사용하거나 단독 디바이스를 사용할 수 있다. ·CAN 버스용 전원과 전압을 제어하여야 한다. ·CAN 버스의 장애와 정정 기능을 갖추어야 한다.
58 - CAN 컨트롤러 요구사항 ·CAN 컨트롤러는 단독 디바이스를 사용하거나 RF 모듈과 일체형 디바이스를 사용할 수 있다. 또한, 단독 디바이스의 사용을 위한 인터페이스를 제공하여야 한다. ·CAN 컨트롤러의 메시지 ID 필터는 DTG에서 사용하는 다수의 메시지 ID를 설정할 수 메모리 공간을 제공하여야 한다. 이 때, 메시지 ID는 사용자에 의해 미리 정의된다.
·CAN 메시지 ID는 Mask ID 지정이 가능하여야 한다.
·CAN 컨트롤러는 미리 정의된 DTG 메시지 ID가 입력되면, 메모리에 데이터를 저장한 후 인터럽트를 발생하여야 한다.
·CAN 컨트롤러는 수신 에러 카운터(REC, Receive Error Counter)를 내장하고, 카운터 값이 255에 이르면 네트워크 상에서 자신의 연결을 off 시킨 후, RF 모듈로 해당 정보를 제공하여야 한다. ·CAN 버스 off 시 자동 리셋 기능을 갖추어야 한다. ·CAN 컨트롤러는 메시지의 유실을 막기 위하여 2개 이상의 송수신용 버퍼를 제공하여야 한다. ·CAN 수신 메시지 간격이 5 ms 이내인 수신 데이터가 연속적으로 입력되는 경우에 데이터 병목 현상으로 인하여 CAN 수신 데이터가 유신되는 것을 방지하는 기능을 갖추어야 한다. ·송신 데이터 등록, 변경, 파일저장 기능을 갖추어야 한다. ·수신 데이터의 모니터링 및 로깅 기능을 갖추어야 한다. - RF 모듈 요구사항
·데이터의 무선 전송을 위한 무선 통신 기술 규격(Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi, UWB 등)은 특정하지 않는다. 따라서, 사용자의 요구조건에 따라 결정될 수 있다.
·무선 통신 모듈과 CAN 통신 사이의 데이터 포맷 변환 기능이 제공되어야 한다.
59 ·무선 통신을 이용한 송수신시 데이터 전송 실패의 판단 여부는 적용된 무선 통신 기술 규격을 따른다. 그러나, 무선 전송 실패가 일어났을 경우에 CAN 컨트롤러로 전송 실패를 알려주는 신호를 전송하는 기능을 제공하여야 한다. ·RF 모듈의 정상 동작 여부를 알려주는 기능을 제공하여야 한다. - CAN 버스와 CAN 트랜시버 간 인터페이스 ·ISO 11898-1 규격의 물리 계층 요구조건을 만족하여야 한다. ·트랜시버는 독립된 IC 형태로 사용 가능하다. ·인터페이스를 위하여 최소 2개의 신호(CANH, CANL)가 필요하다. - CAN 트랜시버와 CAN 컨트롤러 간 인터페이스 ·CAN 컨트롤러는 ISO 11898-2 규격의 요구조건을 만족하여야 한다. ·CAN 컨트롤러는 독립된 IC 형태로 사용 가능하다. ·트랜시버와 컨트롤러 간 인터페이스는 IC 공급사에서 제공하는 방법에 따른다. ·CAN 트랜시버와 컨트롤러가 통합된 하나의 IC 형태로 사용 가능하다. - CAN 컨트롤러와 RF 모듈 간 인터페이스
·CAN 컨트롤러와 RF 모듈 간 인터페이스는 SPI 통신과 GPIO 통신 방식을 사용한다.
- RF 모듈 간 인터페이스
·RF 모듈 간 인터페이스는 적용된 무선 통신 기술의 규격을 따른다. 차량 내 유선 네트워크 및 무선 센서네트워크 연동 인터페이스 기술 개발
- 차량 내 유선 네트워크는 LIN, CAN, K-Line, MOST, FlexRay 등이 사용되고 있음
- 아래의 그림과 같이 CAN과 무선 센서네트워크를 연동하기 위한 인터페이스를 개발함
60 (그림 2-1-30) 자동차 네트워크 및 CAN 통신 시스템 구성도 - 최근 Continental, 현대모비스 등 자동차 부품업체들은 그래픽한 방법으로 디스플레이를 제공하는 방법을 사용하여 슈퍼비젼 클러스터를 적용하고 있음 - 슈퍼비젼 클러스터의 경우 클러스터에 최적화된 차세대 하드웨어 및 소프트웨어를 기반으로 설계되었고, 차량 주행정보 및 게이지 정보 등을 아날로그 방식이 아닌, 그래픽 디스플레이에 아래 그림과 같이 표현하고 있음
(그림 2-1-31) Full HD Cluster (Continental 社)
- 최근 개발되고 있는 자동차들은 안정성, 안락함 및 편의성을 위주로 지속적인 연구가 이루어지고 있고, 이에 따른 센서 및 ECU의 개수가 증가하고 있음
- 이에 따라 차량 내 MCU의 적용 분야가 늘어나고 편의 장치와 엑츄에이터의 제어가 요구되고 있음
61 - 이러한 최근 기술현황의 주요 내용은 CAN을 이용한 더 많은 MCU를 인터페이싱하고 있고, 본 과제에서는 이를 수용하기 위하여 차량용 클러스터와 DTG의 CAN을 무선통신 구간으로 운용되도록 아래 그림과 같은 모식도를 기반으로 구현함 (그림 2-1-32) 무선통신장치와 CAN 연결 모식도 - 이에 따라 아래의 그림과 같이 CAN 2.0을 지원하는 인터페이스를 개발함
(그림 2-1-33) CAN통신 bus 접속 절차 및 Standard Data/Remote frame의 예
- RF 인터페이스 (CC2500, 2.4 GHz)
·상용화된 대부분의 차량에 적용된 CAN 통신은 2.0A로, 최대 500 kbps의 전송속도를 지원함
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·90 us의 freq. synthesizer를 통해 freq. hopping 및 multi-channel system 개발
·CC2500 초기화, RF송수신, 프로토콜 해석, msg buffering 기능 - 유선 및 무선 네트워크 인터페이스 연동 기술
·CAN msg to RF msg 변환 -> map 테이블을 이용해 변환기술 개발 ·CAN ID 분석에 의한 CAN Protocol 자동 인식(2.0A/2.0B) 기술 개발 - 아래의 그림 35/36과 같이 유/무선 네트워크 인터페이스 연동을 통한
CAN2RF 노드를 개발함
(그림 2-1-34) CAN2RF 노드 구성도 및 Layout
(그림 2-1-35) CAN2RF 노드 회로도
·Cortex M3 chip(STM32F103RE-LQFP64) with CC2500 1) 2 채널 CAN, 2.4 GHz RF
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3) 우선 순위에 따른 RF 송수신 기능 (CAN priority 에 따른Arbitration 지원)
4) SMA 및 Chip antenna selectable PCB 구조: CAN2RF v1.0
(그림 2-1-36) CAN2RF 노드 ver 1.0
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(그림 2-1-38) CAN2RF 노드 ver 2.0
- CAN 과 RF 연동 시험 단방향 PER: 최대 2 % PER
·1 sec, 200 ms, 50 ms, 20 ms 및 10 ms 단위로 100개 packet 전송, 3회 시험 결과 (그림 2-1-39) CAN2RF 노드 단방향 연동 시험 차량 무선 센서네트워크 전송 보안 적용 기술 설계 - 차량 내/외 무선 통신의 경우, 차량 내 통신 데이터들이 차량 외부 및 승인 받지 않은 다른 노드로 데이터가 유출되지 않도록 암호화 되어야 함 - 뿐만 아니라, 인증 받지 않은 노드가 차량 내부로 잘못된 데이터 및 차량
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컨트롤 정보를 보내고자 할 경우, 이를 차량 내 통신 장치가 감지하고 수신을 방지할 수 있는 패킷 인증 절차가 필수적임
- 기 언급된 문제를 해결하기 위한 차량 내 무선 센서네트워크 전송 보안 기술로써 아래의 그림 41과 같이 기 검증된 AES-CCM (Counter with CBC-MAC) 기법을 설계 및 개발함
·AES-CCM의 경우, counter mode에서 encryption에 사용되는 key와 CBC-MAC mode에서 노드의 인증에 사용되는 key를 동일하게 사용함으로써 암호화/복호화와 인증을 동시에 사용
1) AES Counter mode: AES의 Counter mode는 정해진 블록마다 counter를 증가시키며 동일한 key를 이용하여 cipher 블록을 생성하는 모드임. 즉, AES Counter mode는 전체 과정에서 차량 통신에 사용된 데이터를 다른 디바이스가 정상 수신하지 못하도록 데이터를 암호화/복호화 하 는 과정임 2) AES CBC-MAC: 보안에 있어서는 나의 데이터를 남이 알아보지 못하도록 하는 암호화/복호화도 중요하지만, 정상적으로 인증되지 않은 데이터 가 해당 시스템에 영향을 끼치지 못하도록 데이터를 인증하는 절차도 중요함. 특히, 자동차의 경우, 인증되지 않은 노드로부터 컨트롤 메시 지가 도착한 경우, 이를 무시할 수 있어야 함. CBC-MAC은 AES Counter mode에서 사용하는 AES key를 사용하여 인증을 위한 MAC 코드를 생성 하고 수신 시, 이를 이용하여 데이터를 인증하는 과정을 수행함 3) AES-CCM mode: AES-CCM에서는 앞서 언급한 AES Counter mode와 AES
CBC-MAC 과정을 모두 수행하는 보안 프로토콜로, AES의 동일한 key를 사용할 뿐만 아니라, 네트워크에서 헤더 정보를 MAC 코드 생성에만 사 용하고 암호화 하지 않도록 함으로써 헤더의 정보까지 인증에 사용하 여 안전성을 높이면서도 네트워크 명령어 수행은 가능하도록 지원함
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또한, MAC 코드 역시 암호화함으로써 보안성을 높임. 아래 그림 42는 AES-CCM의 전체 과정 수행 중, AES CBC-MAC에 따른 인증 코드 부여와 AES-CTR에 따른 패킷 및 MAC 코드 암호화 과정 전체를 보여줌
(그림 2-1-40) AES-CCM 모드 적용 설계/구현을 위한 구조도
(그림 2-1-41) 실제 패킷 구조에서의 AES-CCM 과정
- STM32F103x MCU에서의 Cryptographic library package를 이용하여 AES-CCM 구현
·STM chip vender에서 제공하는 cryptographic library package를 현재 센서노드 플랫폼에 import (e.g., 필요 헤더, 파라미터 설정, 라이브러리 설정)
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(그림 2-1-42) IAR compiler에서의 library package 구성 및 헤더 파일 구성 예
·데이터만을 암호화하고, 헤더 정보는 노출하는 대신 인증과정에서는 사용하도록 초기화, 암호화, 복호화(인증 포함) 함수 구현 ·인증 코드 생성 및 암호화, 데이터 인증 및 복호화를 위한 함수의 호출 순서는 아래 그림 44와 같이 구현 (그림 2-1-43) AES-CCM 내부 함수 구조도 ·내부 함수는 앞서 설명한 library package에 구성되며, 이를 정상적으로 사용하기 위해서는 아래 그림 45와 같이 변수들 (e.g., key값, 암호화 구조체 변수 등)이 초기화되어 있어야 함
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(그림 2-1-44) AES-CCM 사용을 위한 초기값 (key, iv, 구조체 등)
- AES-CCM 기법의 정상 동작을 확인하기 위해, 아래의 그림 (2-1-46)과 같이 센서노드 플랫폼에서 임의의 데이터를 암호화 하고 정상적으로 복호화 하는 과정을 시험함 ·지정된 데이터를 순서대로 암호화하여 전송 후, 수신에서는 인증된 패킷인지 여부를 확인하고 복호화하여 정상적인 데이터를 수신 (그림 2-1-45) AES-CCM 시험 결과 (암호화/복호화 및 인증) 고정 및 이동 차량 탑재 MAC 프로토콜 시험 및 검증 기술
- 기존 차량 내 통신은 주로 Controller Area Network (CAN) 표준을 사용하며, CAN은 Bus를 이용하는 유선 통신임
- 늘어나는 차량 내 ECU의 증가로 인해 CAN 표준 ECU 간의 통신 중 일부에 대한 무선화가 최근 차량 내 통신의 이슈이며, CAN Bus 간의 통신을
