성공하는 IP-R&D전략 - IP-R&D로 본 차량용 이더넷 동향
성공하는 IP-R&D 전략은 한국산업기술진흥협회와 한국지식재산전략원간 협력사업의 일환으로 한국지식재산전략원에서 제공합니다.
자동차가 기계분야의 전유물이라고 여겨졌던 게 불과 몇년전의 일이다.
최근들어 정보통신기술(ICT)과 거의 모든 기술분야가 융합이 이루어지고 있는데, 자동차산업과의 융합도 예외는 아니어서 ICT 관련 특허분쟁이 자동차분야로 옮겨가고 있는 상황이다.
실제로 현대자동차, 토요타 등 주요 자동차완성업체들과 비콘(Beacon)社, AVS(American Vehicular Science)社 등 특허괴물과의 특허분쟁 건수가 계속 증가추이에 있고, 그 대상기술 또한 내비게이션, 차량용 네트워크 등 ICT 관련기술이 대부분을 차지하고 있다.
최근 자동차의 안정성과 편의성을 위해 센서, 진단장치, 인포테인먼트 등 다양한 서비스를 제공하면서 차량 전자제어장치의 수와 복잡성이 증가되었다.
현재의 자동차는 100여개 이상에 달하는 ECU(Electronic Control Unit)들이 서로 데이터를 교환하고 있지만, LIN(Local Interconnect Network), CAN(Controller Area Network), FlexRay01, MOST(Media Oriented System Transport) 등의 서로 다른 언어를 사용하고 있어 소통이 어렵고 자동차에 장착되는 기능이 점점 더 늘어나고 있어 통신 및 대역폭의 요구사항들이 늘어나고 있다.
이에 대한 해결책으로 전세계 주요 자동차제조업체, 자동차부품 업체, 반도체업체 등은 기존의 차량용 네트워크를 대체할 수 있는 새로운 네트워크의 필요성을 제기하였고, 데이터통신 네트워크에서 널리 사용 중인 이더넷기술을 차량용 네트워크로 적용하기 위한 작업을 진행하게 되었다.
따라서 여기에서는 이더넷기술을 기반으로 한 차량용 네트워크 관련한 특허와 기술, 시장동향 등 환경분석 내용을 중심으로 간략히 소개하고자 한다.
차량용 이더넷 기술동향
그림 1 은 BMW 등 몇몇 선진사가 차량통신에 이더넷을 적용한 R&D사례들을 보여주고 있다.
현재 차량용 이더넷 기술은 인포테인먼트와 운전자보조 시스템을 중심으로 하여 연구개발 중에 있으며, 차량 전장부품으로 구성되는 IVN(In-Vehicle Network) 기술은 전장소프트웨어 분야를 선도하고 있는 독일, 미국에 의해 주도되고 있다.
구체적으로 살펴보면, BMW는 2008년부터 이미 진단과 프로그램을 업데이트 하는 방식에 이더넷기술을 적용하고 있으며, 2013년까지 서라운드뷰 서비스에 적용할 이더넷 카메라를 상품화 하고, 2015년까지 인포테인먼트와 운전자 보조시스템을 적용하기 위한 차량내 이더넷 네트워크를 구축하며, 2018년까지는 차량내 통신백본을 이더넷으로 구축할 계획이다.
Continental은 2007년에 이더넷의 차량탑재 가능성에 대한 연구를 시작하여, 2011년 OPEN Alliance SIG(Special Interest Group)에 발의회원사로 가입하였으며, 이더넷의 고속 및 경량화라는 이점 외에도 멀티미디어 애플리케이션을 위한 인포테인먼트 시장에서 이상적인 네트워크라는 시스템을 고려하여, FlexRay와 MOST를 대체할 솔루션으로서 이더넷에 관한 기술개발을 진행하고 있다.
2012년 국제전자제품박람회(CES)에서 인포테인먼트와 운전자 보조시스템을 위한 테스트를 선보였으며, 이더넷 데이터 전송을 관리하는 중앙노드는 게이트웨이와 결합된 이더넷 스위치로 구성하였다.
차량용 이더넷 표준동향
이더넷을 이용하는 통신은 1990년대 초반부터 사용되어 왔지만, 차량용 네트워크에 이더넷을 활용하는 데는 20여년의 시간이 걸렸다.
이의 주된 이유는 차량용 물리계층의 부재였는데, 이를 해결하는 기술로 Broadcom의 브로드 R-리치가 발표되면서 이를 표준화하기 위해 주요 자동차 OEM社와 반도체업체가 모여 OPEN Alliance SIG를 설립하였다.
이외에도 AVnu Alliance가 있으며, 인포테인먼트 시스템 산업표준협회인 GENIVI02에서도 하나의 기술분과를 구성하여 연구하고 있다( 그림 2 참조).
브로드 R-리치 이더넷기술은 자동차 네트워크의 가장 큰 걸림돌인 EMI/EMC03 기준을 충족하면서, 현재는 차량용 이더넷 통신기술의 가장 유력한 솔루션이 되고 있지만, 링크 정합기술 사용시의 복잡도 증가 및 대역폭 감소와 동기식 패킷전송으로 인한 전송지연, 스타 토폴로지로 제한되는 구성방식 등의 문제점을 가지고 있다.
차량용 이더넷 시장동향
자동차산업에서는 자동차의 네트워크 복잡성 및 케이블 비용을 절감하는 동시에 차량내 안전성, 편안함, 인포테인먼트를 향상시키고자 하고 있다.
향후 차량 네트워크 연결은 자동차업계에서 신제품의 중요한 기회가 될 것이며, 소비자들은 자동차 구매에 있어서의 중요한 기준으로 차량용 웹액세스(Web Access)를 고려할 것으로 전망된다.
즉, 소비자는 보다 안전하고 편안하고 스마트한 차량을 요구하고 있으며, 최신기술의 제품이 장착되기를 원할 것이란 의미이다.
그림 3 에서 보듯이 미래 차량 네트워크는 타기기 연계 및 확장성이 용이한 이더넷기술을 중심으로 커질 것으로 전망된다.
또한 2014년 반도체 칩 양산을 시작으로 이더넷 채용이 확대될 것으로 예측되고, 카메라 및 운전지원 시스템 등에서 활용성이 우세할 것으로 판단된다.
차량용 이더넷 특허분석
그림 4 는 차량용 이더넷 기술분야별 경쟁사 특허포트폴리오를 보여준다. Broadcom 등 주요 선진사는 차량 이더넷 기본개념 및 응용시스템 분야에 특허출원을 집중하는 것으로 파악된다.
좀더 심층적으로 보면, 그림 5 는 차량용 이더넷 핵심특허 24건에 대한 경쟁사 및 기술분야별 점유현황을 보여주고 있다.
여기서 핵심특허는 침해가능성 및 기업의 연구개발 방향과 일치여부에 따라 선별되었다.
Broadcom과 BMW가 상대적으로 핵심특허 점유율이 높은 편이나 Bosch, Continental, Nissan 등 11개 기업이 1건의 핵심특허를 점유한 상황으로 특정기업이 주도하는 상황으로 보기는 힘들다.
기술분야별 점유율에서도 기존통신 이더넷 변환 관련특허가 대다수인 것으로 보아, 기존통신 대신 이더넷으로 전면교체를 할 경우 운전자의 안전성 확보 등 풀어야 할 문제가 여전히 많은 것으로 판단된다.
다음으로 그림 6 은 차량 이더넷 관련 주요특허 147건, 주요논문 75건을 대상으로 목적 해결수단 매트릭스(OS 매트릭스)를 구성한 사례이다.
여기에서 X 표기는 특정목적 또는 해결수단을 고정시켰을 경우 관련성이 희박한 목적 또는 해결수단을 의미한다.
이를 통해 그림 7 에서 보듯이 선진사가 어느 분야에 연구개발을 집중하고 있는지 향후 특허권 확보가 가능한 공백영역이 어느 부분인지 등을 쉽게 파악할 수 있다.
맺음말
자동차분야에 이더넷을 사용한다는 것은 차세대 차량 네트워크에 있어 하나의 패러다임 전환을 의미할 수 있다.
즉, 서로 다른 종류의 데이터를 전송할 수 있게 되어 주행공간과 운전자의 상황을 종합적으로 인지함으로써 적응형 안전·인포테인먼트 서비스와 자동 주차서비스 등의 운전편의성을 제공할 수 있게 된다.
앞서 분석내용을 토대로 판단해볼 때 아직도 해결해야 할 문제점들이 많은 상황이므로, 향후 접목될 차량간 통신, 사물인터넷 등을 고려한 종합적 IP-R&D 전략이 그 어느 때보다 중요한 시점인 것으로 판단된다.
※ 본 내용은 한국지식재산전략원 2013년 민간 IP-R&D전략지원사업(참여기업: (주)THN)의 결과에 기반하고 있다.
01 an Automotive Network Communications Protocol
02 GENIVI: 제노바라는 평화의 도시를 모토로 한 In-Vehicle Infotainment(IVI)를 위한 모임
03 EMI: Electro-Magnetic Interference, EMC: Electro-Magnetic Compatibility