CAN 네트워크 매니지먼트(NM) 정리

🌏 네트워크 매니지먼트란?

CAN 네트워크 매니지먼트는 자동차의 제어 장치(ECU) 간 통신의 안전성과 신뢰성을 보장하기
위해 CAN(Controller Area Network) 버스 상에 연결된 모든 ECU의 상태를 모니터링하고 관리하는 프로세스를 의미하며 
주요 기능은 아래와 같다.

• 각 ECU의 네트워크 활성/비활성 상태 모니터링
  • 각 ECU는 NM 메시지 또는 CAN 버스 활동을 통해 다른 ECU의 네트워크 상태를 감지한다.
  • 네트워크 비활성 상태에 진입하거나 탈출할 때 NM 메시지를 사용하여 다른 ECU에 알린다.
• 네트워크 활성/비활성 상태 변화 제어
  • 특정 조건 충족 시 ECU는 네트워크 활성 상태로 전환됨 (예: 엔진 시동, CAN 버스 활동 감지)
  • 특정 조건 충족 시 ECU는 네트워크 비활성 상태로 전환됨  (예: 엔진 정지, 네트워크 장애 감지)

• 모든 ECU의 동일한 네트워크 상태 인지
  • NM 메시지를 사용하여 모든 ECU는 네트워크 활성/비활성 상태 변화를 동시에 인지한다.
  • 이를 통해 시스템 전체의 일관성을 유지하고 오작동을 방지한다.
• 네트워크 시작 및 종료 과정 동기화
  • NM 메시지를 사용하여 모든 ECU는 동시에 네트워크 시작 및 종료 과정을 수행한다.
  • 이를 통해 네트워크 안정성을 높이고 버스 충돌을 방지한다.

• 네트워크 장애 감지 및 진단
  • NM 메시지 오류, CAN 버스 오류 등을 감지하여 네트워크 장애를 진단한다.
  • 장애의 종류와 위치를 파악하여 복구 프로세스를 시작한다.
• 네트워크 장애 발생 시 복구 절차 수행
  • 장애의 종류에 따라 적절한 복구 절차를 수행한다.
  • 예를 들어, 버스 충돌 발생 시 ECU는 버스 리피트 공격을 수행하여 네트워크를 복구한다.

🌏 작동방식

작동방식은 크게 네 가지 유형으로 분류되며, 각 유형은 네트워크 관리 방식과 사용되는 메시지의 종류가 다르다.

 

1. Direct OSEK NM

• 브로드캐스트 방식으로 모두 메시지를 전달하지만 ECU의 순서(ID)대로 차례차례 NM 메시지를 주고 받는 방식이다. 물리적으로 아래 그림처럼 연결된 것은 아니며 메시지를 주고 받는 것만 논리 링(Logical Ring)을 형태를 가진다.
• 모든 메시지가 신호를 주고 받으면 최종적으로 Sleep 모드를 위한 즉 종료 신호가 Bus에 가고 Sleep 신호를 받은 ECU들은 모두 Sleep 모드로 전환된다. 
• 즉 NM 메시지를 통해 네트워크 내 모든 ECU가 동기화된 Sleep과 Wake-up을 동작한다.
  

  

  1. Logical Ring 2. Sleep 절차 출처 : https://mechanical-software.tistory.com/29

2. AUTOSAR NM

• NM 메시지를 보낼 때 자신의 ID와 도착지 ID가 있어야 시작과 끝을 알 수 있고 그에 맞춰 종료(Sleep 모드 전환)을 
  할 수 있기에 Address Field에 해당 ID를 포함한다.
• Mode로의 전환을 연기하거나 즉시 전환 등 여러가지 필요한 Control에 해당하는 영역은 Control Field에 포함한다.
• 네트워크 상태 정보 등의 주고받을 데이터는 Data Field에 포함한다.

NM 메시지 구성 출처 : https://mechanical-software.tistory.com/29

3. HI (Hardwired Ignition):

• 유선 연결된 Ignition(시동 on/off)만 존재하고 Remote Wake-up 기능이 없는 ECU에서 사용할 수 있는 방식으로
  이 방식은 일반적으로 차량의 시동을 켜고 끄는 것으로 네트워크 상태를 변경한다.
• 네트워크 상태 변경은 Ignition 변경만으로 이루어지며 추가적으로 필요한 여러 예외 사항 및 기능은 ERS 및 CMX에서 정의할 수 있다.
• HI 방식은 유선 연결된 Ignition을 기반으로 하므로 신뢰성과 안정성이 높으며 구현이 간편하다.
  ※ ERS (Emergency Response System) : 긴급 상황 신속 대응 시스템
  ※ CMX (Communication Manager Exchange) : 네트워크 관리 시스템

4. NE (Network Event)

• Remote Wake-up 감지
  이 유형의 ECU에는 CAN 트랜시버가 있어서 Remote Wake-up 신호를 감지할 수 있어 네트워크에 있는 다른 ECU가 이 ECU를 깨워 통신을 시작할 수 있다.
• Local Event 없음
  네트워크 Start-up을 위한 Local Event가 없어네트워크 상태 변경은 주로 Ignition 변경과 Remote 이벤트에 의해 개시된다.
• 네트워크 상태 변경 시 동작
  네트워크 상태가 변경되면 (예: Ignition 상태 변경 또는 Remote Wake-up 신호 감지), ECU는 활성 상태로 전환
  되며 이 때 할당된 어플리케이션 메시지의 전송이 즉시 시작된다.

5. HI & LE 

6. NE & LE

 

🌏 네트워크 상태

네트워크 상태는 크게 네 가지로 분류된다. 

• Network Inactive
  • ECU가 CAN 통신을 수행하지 않고 절전 모드에 있는 상태
  • Local Mode와 Power Saving Mode로 further 분류된다.
    • Local Mode: Bus sleep 상태이지만 CAN 통신이 필요 없는 ECU 기능은 활성화 가능
    • Power Saving Mode: ECU sleep 상태로 모든 기능이 정지되고 전력 소비를 줄인다.
• Network Startup
  • 네트워크 비활성 상태에서 활성 상태로 전환되는 과정
  • Wake-up 메시지를 사용하여 다른 ECU를 깨운다.
• Network Active
  • ECU가 CAN 통신을 수행하고 어플리케이션 메시지를 주고받는 상태
• Network Shutdown
  • 네트워크 활성 상태에서 비활성 상태로 전환되는 과정
  • Sleep indication bit를 전송하여 다른 ECU에 네트워크 비활성화를 알린다.

 

참조 
https://mechanical-software.tistory.com/29