글 | Henry Muyshondt   (henry.muyshondt@smsc.com)
    비즈니스 개발 사업부 수석책임자
    Automotive Infotainment Systems Group
    SMSC

MOST짋(Media Oriented Systems Transport)는 2001년에 처음 등장한 이래, 고대역폭과 안정성, 편리한 사용방법 등을 바탕으로 자동차 인포테인먼트 시스템에서 널리 사용되었다. 이제 디지털 오디오와 비디오 데이터를 전송하고 차량에 있는 여러 네트워크 디바이스 간의 정보를 제어할 수 있는 이 완전한 디지털 네트워킹 솔루션이 더욱 발전하고 있다. 새로운 기능이 추가됨에 따라 더욱 뛰어난 성능을 발휘하고, 비디오를 경제적으로 전송하고, 데이터 집약적인 서비스를 전송하고, 대역폭이 더욱 늘어났다.
 

차량 인포테인먼트 시스템의 백본

1세대 MOST는 25Mbps로 실행되었으며 전 세계 여러 자동차 제조업체의 45개가 넘는 차량 모델에서 인포테인먼트 커뮤니케이션 백본으로 널리 도입되었다. 이후 차량 인포테인먼트 시스템에 점점 더 많은 콘텐츠가 추가되었으며 보다 효율적이고 원활한 데이터 전송에 대한 요구가 크게 높아졌다. 또한 하드디스크, 뒷좌석 내비게이션, HD 비디오 및 DVB-T 등의 새로운 기능으로 인해 네트워크에 요구되는 대역폭이 더욱 커졌다. 이러한 요구사항을 충족시키기 위한 첫 번째 단계는 이중 밀도 코딩을 사용하여 대역폭을 50Mbps로 높임으로써 MOST25보다 두 배 높은 대역폭을 제공하는 것이었다. 아시아의 몇몇 자동차 대기업들이 곧 MOST를 장착한 자동차를 곧 선보일 예정이다. 이미 몇몇 제조업체가 광학 전송 기능을 갖춘 MOST25를 사용하고 있으며, 나머지 제조업체도 50Mbps 대역폭과 구리선을 통한 신호 전송이 가능한 MOST50을 활용하고 있다.
현재 늘어나는 대역폭 요구에 맞춰 MOST150이 소개되었다. 기술적인 측면에서 이러한 발전은 단지 대역폭만 늘린 것이 아니라 고속 데이터 및 비디오 전송과 관련된 요구사항도 충족시킨다.
현재 사용되고 있는 대부분의 MOST 시스템은 비디오를 디지털 방식으로 전송하지 않는다. 가장 큰 이유는 콘텐츠 공급업체들이 DVD 콘텐츠를 네트워크 상에서 디지털 방식으로 전송하는 것을 허용하지 않았으며 아날로그 비디오를 디지털화하는 하이브리드 시스템이 경제적으로 부담이 되었기 때문이다. 따라서 차량 아키텍처는 디지털 비디오 없이 설계되고 출시되었다. 그러던 중 2003년에 MOST가 DVD CCA(DVD Copy Control Association)로부터 디지털 비디오를 전송할 수 있도록 승인을 받은 최초의 네트워크가 된 것이다. 이외에도 비디오 IC를 MOST에 경제적으로 연결해야 하는 문제가 있었다.

안정성과 편리한 사용방법

최근 몇 년간 MOST 사양을 정리하면서 안정성과 편리한 사용방법에 주로 초점을 맞췄다.
예를 들면, 다양한 특징과 성능을 갖추고 있는 여러 플랫폼에서 실행되는 MOST용 드라이버 스택인 MOST NetServices™는 서로 다른 시스템 아키텍처 간에 보다 쉽게 연결될 수 있도록 점점 확장되고 향상되었다. 향상된 성능의 또 다른 예로는 네트워크를 효율적으로 관리하는 데 필요한 마스터 기능을 구현한 새로운 표준 MSMM(MOST System Management Module)을 들 수 있다. 주로 헤드 장치에 위치하여 전체 MOST 네트워크를 제어하는 이 핵심 기능을 더 이상 각각의 1차 공급업체에서 독립적으로 개발할 필요가 없게 된 것이다. 또한 현재 MOST 컴포넌트의 개발, 생산 및 품질 보증 과정 대부분을 지원하는 강력한 네트워크 분석 및 규정 준수 검사용 툴들이 준비되어 있다.
안정성을 향상시키는 또 다른 핵심 요소로는 새로운 INIC™(Intelligent Network Interface Controller) 아키텍처가 있다. 그림 1과 같이 1세대 NIC(Network Interface Controller)는 외부 마이크로컨트롤러에서 실행되어 네트워크 인터페이스를 관리하는 강력한 네트워크 드라이버를 가정하는 전통적인 파티션 분할 방식을 사용했다. 이제 보다 정교한 INIC 아키텍처가 이 드라이버의 대부분을 칩 내부에 구현한다. 각각의 플랫폼마다 연결하지 않아도 되도록 네트워크 동작을 캡슐화하기 때문에 잠재적인 동작 차이점은 물론 이와 관련된 문제도 사라진다.
INIC는 완전한 MOST 노드를 구성한다. 또한 네트워크 내에서 작동하기 위해 애플리케이션과 상호작용할 필요가 없다. 따라서 애플리케이션이 시작되는데 더 오랜 시간이 걸리더라도 노드는 네트워크에 빠르게 연결할 수 있다. 애플리케이션은 준비가 끝나면 네트워크에 등록된다. 애플리케이션이 반응을 멈추면 INIC가 보호 모드로 전환되어 노드를 자체적으로 계속 관리한다. 애플리케이션 문제는 로컬에서 캡슐화 되므로 시스템의 나머지 부분에 영향을 주지 않는다. INIC API(Application Programming Interface)만 있으면 애플리케이션이 MOST 네트워크와 연결할 수 있다.

비용 절감

인포테인먼트 시장이 성장함에 따라 MOST 노드의 비용이 거의 절반으로 줄어들었다. 하지만 아직도 광커넥터에서 비용을 현저하게 절감할 수 있는 부분이 더 있다. 시스템의 광학 장치가 전체 인터페이스 비용의 약 2/3을 차지하고 있다. 이 부분은 커넥터, FOT(Fiber Optic Transceiver), 인터페이스를 담기 위한 리셉터클(receptacle)로 이루어져 있다. 일부 자동차 제조업체들은 공급망이 너무 길다는 점에 대해 염려하고 있다. 현재 모델에서는 FOT가 커넥터 제조업체에게 전달되고, 커넥터 제조업체가 FOT를 헤더에 설치한 다음 1차 공급업체에 전달하도록 되어 있다. 제품이 다양한 작업을 거쳐야 하기 때문에 마진이 몇 배로 늘어나는 것이다. 최근 보다 효율적인 방법으로 동일한 결과를 얻을 수 있는 방법이 시장에서 입증되었다. 이 방법에서는 FOT가 공급업체에 전달되고, 공급업체가 광섬유를 통해 FOT를 따로 구매한 커넥터에 연결한다. 따라서 각 부품의 마진이 이중으로 적용되지 않는다. 이 방식은 광학 장치의 비용을 훨씬 절감하기 때문에 MOST150의 광학 물리층에 사용되고 있다.
네트워크에서 그 외의 여러 부분도 업그레이드되었다. 각 MOST 노드는 광학 장치 및 네트워크 IC 외에도 전압 레귤레이터, 웨이크업 인터페이스, 진단 라인 같은 추가적인 주변 기능을 필요로 한다. 지금까지는 개별 부품을 사용하여 이러한 기능을 구현해 왔지만, 이제는 STMicroelectronics와 SMSC 간의 협력을 통해 서로 다른 성능 수준의 두 IC가 이러한 기능을 통합하기 때문에 디자이너가 비용을 더욱 절감할 수 있게 되었다.

MOST150

그림 2와 같이 MOST150은 INIC 아키텍처를 사용하여 보다 높은 등급의 속도로 전환할 때 최대한의 역호환성을 제공한다. 애플리케이션과 네트워크 사이의 인터페이스는 기본 속도 및 물리층을 변경하지 않는 메커니즘을 사용한다. 그렇기 때문에 MOST50 및 MOST150의 네트워크 인터페이스 컨트롤러가 모두 INIC 아키텍처를 사용하는 것이다. 링크 계층 프로토콜의 코딩 및 프레임 구조가 변경될 경우에는 INIC에서 캡슐화된다. 애플리케이션의 입장에서는 모든 INIC가 동일하다. 모두 동일한 물리적 인터페이스 및 INIC API를 나타내기 때문이다. 또한 NetServices는 INIC의 속도에 관계없이 사용할 수 있다. 애플리케이션은 빠른 속도의 MOST를 단지 데이터가 좀 더 빠르게 흐르는 동일한 MOST로 인식한다. 새 기능이 도입될 때 추가적인 기능은 INIC API 및 NetServices에 추가되지만 일반적으로 호환 가능한 확장이다.

MOST150: 대역폭 및 물리층

MOST150은 150Mbps의 대역폭을 제공한다. 이는 MOST25 네트워크에 비해 MOST 네트워크의 속도가 여섯 배 빨라진 것이다. MOST25에서와 마찬가지로 오디오 및 비디오 신호를 약 98%의 효율로 전송할 수 있다. 어드레싱, 충돌 감지/복구 및 브로드캐스트에 따로 필요한 오버헤드가 없다. MOST보다 데이터 속도가 더 빠르다고 주장하는 다른 기술들의 실제 속도가, 주장하는 속도의 50%에도 미치지 못하는 것은 이러한 오버헤드 때문이다. MOST150은 다른 패킷 지향 네트워크가 훨씬 더 높은 대역폭을 사용해야만 도달할 수 있는 용량을 제공한다. 예를 들어, 다수의 HD 비디오 스트림 및 멀티채널 서라운드 사운드를 인터넷을 통해 병렬로 쉽게 전송할 수 있다. 기존의 물리층을 사용하면서 150Mbps의 데이터 속도를 얻을 수 있다. 따라서 플라스틱 광섬유(POF)를 전송 미디어로 사용하는 케이블 장치를 계속 사용할 수 있다. LED도 발전했기 때문에 이 비용 효율적인 광원을 상대적으로 비싼 대체 광원(예: 레이저) 대신 150Mbps에서 사용할 수 있게 되었다. 또한 케이블, 커넥터, 보호 시스템, 어셈블리 프로세스 등을 바꾸지 않아도 된다. MOST150의 향상된 전송 속도는 현재의 네트워크 인프라를 크게 바꾸지 않으면서 점진적으로 발전한 것이다.

MOST150: 다중 송신 네트워크

MOST25에는 디바이스를 실시간으로 제어하는 제어 채널, 데이터 서비스 전송을 위한 패킷 채널, 동기 오디오 및 비디오 채널을 인스턴스화 할 수 있는 동기 도메인이 있었다. MOST150에서도 이와 동일한 채널을 모두 제공하지만 훨씬 향상되었다. 제어 채널의 대역폭은 두 배로 늘어났다. 또한 유효 전송량이 높아졌기 때문에 보다 큰 패킷을 분할하지 않고 전송할 수 있다. 사전 인식 기능 덕분에 수신자가 받아들일 수 없는 메시지는 아예 처음부터 보내지 않는다. 따라서 실제로 사용할 수 있는 채널 용량이 늘어나며 메시지 유실을 방지할 수 있다.
동기 도메인은 고급 버전의 MOST에서도 거의 그대로다. 그러나 디자이너의 현재 요구에 맞게 런타임 동안 크기를 변경할 수 있다. 이러한 장점은 동기 채널과 대역폭을 공유하는 패킷 채널에서도 활용할 수 있다. 여기에서 사전 인식 기능이 사용되기 때문에 반복되는 내용 없이 송신자와 수신자 모두에게 최적의 대역폭으로 전송이 이루어진다. 동기 채널에서 사용하지 않은 대역폭은 패킷 전송에 사용될 수 있다.위에서 설명한 메커니즘 외에도 MOST150에는 두 가지 새로운 채널인 이더넷 채널과 동기 채널이 추가되었다.

MOST150:
트랜스페어런트 이더넷 채널
MOST150에 추가된 이 새로운 채널은 컴퓨터 제품에서 사용되는 수정되지 않은 이더넷 프레임을 전송할 수 있다. 즉, 마치 이더넷 및 MAC 주소인 것처럼 애플리케이션에 연결된다. TCP/IP 스택 및 다른 이더넷 통신 프로토콜(예: Appletalk)이 아무런 수정 절차를 거치지 않고 MOST와 통신할 수 있다. 따라서 MOST150은 자동차에서 사용할 수 있는 이더넷의 물리층인 셈이다. 좀더 고차원적인 관점에서 보자면 MOST150은 대역폭으로 두 배로 늘린 현재의 MOST, 그리고 높은 유연성과 많은 구성 옵션을 갖춘 10/100 이더넷(그림 3 참조)을 포함하고 있는 다중 송신 네트워크라고 할 수 있다.

MOST150: 동기 전송(Isochronous Transport)
MOST는 전용 채널을 예약함으로써 높은 QoS(Quality of Service)를 스트리밍 데이터에 제공한다. 이러한 방식으로 동기 데이터가 전송되는 것이다. 하지만 일부 스트림은 MOST에 경제적인 방식으로 동기화될 수 없다. 점점 더 많은 스트림이 버스트(예: MPEG 비디오) 또는 패킷 스트림(IP 비디오)을 사용하고 있다. 이러한 스트림을 지원하기 위해 MOST150은 세 가지 새로운 동기 메커니즘을 제공한다.
1) 버스트 스트리밍(Burst Streaming): 이 메커니즘은 각 장치의 데이터량이 매 시간 다른 경우의 스트림이 전송되도록 한다. DVD 플레이어 또는 DVB-T(Digital Video Broadcast-Terrestrial)의 MPEG 스트림 등이 여기에 해당한다. 최대 대역폭은 예약되어 있다. 수신되는 데이터는 네트워크에 연결된 다른 디바이스로 주기적으로 전송되는 프레임 버퍼에 기록된다. 각 동기 프레임의 현재 유효 전송량을 식별하는 메커니즘이 있다.
2)일정 속도 스트리밍(Constant Rate Streaming): 대개 스트림은 동기적(시간 단위 당 데이터량이 일정함)이지만 MOST에 동기화되어 있지 않다. 48kHz 오디오 스트림을 44.1kHz 프레임 속도의 MOST를 통해 전송하는 경우가 한 예이다. 동기 전송은 이러한 신호를 MOST와 동기화하지 않고도 터널링 할 수 있으므로 샘플 속도 컨버터가 필요 없다. 클록도 터널링 할 수 있다. 모든 MOST150 INIC에는 프레임 클록에 대한 입력이 있다. 클록 신호는 전송 후에 측정되고 재구성된다. 44.1kHz의 MOST를 통해 투명하게 터널링되는 48kHz I2S 신호가 한 예이다. 이 신호는 다른 샘플링 속도로 변환되지 않고도 한 쪽에서 다른 쪽으로 간단하게 연결될 수 있다.
3) 패킷 스트리밍(Packet Streaming): Voice over IP와 Video over IP 같이 높은 QoS로 전송되어야 하는 패킷으로 분할된 스트림이 있다. 이러한 스트림은 이더넷 채널을 통해 전송할 수 있다. 그러나 이더넷 채널 대신 개인 동기 채널을 예약할 수도 있다. MOST의 동기 메커니즘은 패킷은 물론 패킷 스트림의 높은 QoS 전송을 지원한다. 이러한 패킷은 주소 지정 정보를 해석하지 않고 전송되므로 여러 수신자에게 전송할 때 대역폭이 추가로 필요하지 않다.