Ethernet과 MOST의 하이브리드 네트워크 프로토콜 및 전장용 게이트웨이

김동민(Dongmin Kim),이상엽(Sang-yub Lee),김정국(Jung Guk Kim) 한국정보과학회 2018 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.24 No.6

전장 네트워크에서 주요 백본으로 사용 될 1 Gbps 동기식 이더넷의 등장으로, 기존의 전장용네트워크들을 새로운 동기식 이더넷과 연결하기 위한 인터 네트워킹(inter-networking)의 필요성이 점차 커지고 있다. 본 논문에서는 조만간 주요 자동차 공급 업체에서 이용 예정인 1 Gbps 동기식 이더넷 백본에 대비하기 위해, MOST(Media Oriented Systems Transport) 디바이스들의 링(Ring) 네트워크와 이더넷 디바이스간의 기존 100 Mbps 이더넷 백본을 통한 새로운 상호 연결 프로토콜과 게이트웨이를 개발하였다. MOST 네트워크 디바이스들을 위한 상호 통신 응용 프로그램은 Function Block(FBlock)이라 불리는 콜백 함수(Callback Function)의 집합으로 구성되어 있어, 기존 이더넷이 가지는 데이터 송수신 체계와 매우 다르다. 즉 MOST 및 이더넷 디바이스간의 종단 간 응용 프로그램 수준에서의 대화 메커니즘을 제공하기 위해 Ether-MOST inter-CONnection(EMOCON) 프로토콜과 게이트웨이를 함께 개발하여 새로운 전장용 하이브리드 네트워크 프로토콜을 제공한다. 개발된 EMOCON 프로토콜과 게이트웨이를 사용하면, 다수의 MOST 및 이더넷 디바이스간의 연결로 높은 대역폭의 하이브리드 전장 네트워크를 구성할 수 있다. 본 연구는 주 자동차 기업에서 가까운 장래에 출시되어 범용화 될 것으로 보이는 1 Gbps 동기식 이더넷의 등장에 대비한 것이다. Due to the emergence of the 1 Gbps Synchronous Ethernet as the backbone in automotive networks, it is increasingly important to develop inter-networking mechanisms to connect legacy networks with the new Synchronous Ethernet. In this paper, the development of a new interconnection protocol and a gateway for exchanging control and data packets between Media Oriented Systems Transport (MOST) and Ethernet devices is introduced. A MOST application consists of a set of callback functions, referred to as function blocks (FBlocks), and this scheme is quite different from the Ethernet’s send-receive scheme. To provide an application-level mechanism for talking between MOST and Ethernet devices, a novel inter-networking protocol named Ether-MOST inter-CONnection (EMOCON) and a gateway have been developed. The combination of the EMOCON protocol and the gateway, allow the construction of a hybrid, high-bandwidth automotive network with a flexible number of MOST and Ethernet devices. This work is a preparation for the rollout of the wide usage of the 1 Gbps Synchronous Ethernet that will be announced by major automobile vendors in the near future.

기가비트 이더넷 망에서 OFB 방식을 이용한 물리 계층 프레임 보안 기법

임성렬 ( Sung-yeal Im ) 한국인터넷정보학회 2021 인터넷정보학회논문지 Vol.22 No.5

본 논문은 기가비트 이더넷 망에서 AES 알고리즘을 적용한 OFB 방식의 암호화/복호화를 이용한 물리 계층 프레임 보안 기법에 관한 것이다. 기가비트 이더넷 망에서 데이터 송수신시에 프레임을 보안 강도가 강력한 AES 알고리즘을 적용한 OFB 방식의 암호화/복호화를 수행하는 물리 계층에서의 데이터 보안 기법을 제안한다. 일반적으로 기가비트 이더넷망 운영 시에 보안 기능이 없으나 데이터 보안이 필요할 경우에 본 기법을 적용한 장치를 부가적으로 설치 여 보안 기능을 수행할 수가 있다. 기가비트 이더넷 망에서 데이터 전송 시에 이더넷 프레임은 IEEE 802.3 규격에 준하는 데 이 프레임에는 데이터 필드 외에도 수신 노드에서 데이터의 올바른 수신을 보장하기 위한 몇 개의 필드가 포함되어 있다. 암호화 시에는 이러한 영역을 제외한 데이터 영역만 암호화하여 실시간으로 전송하여 주어야 한다. 본 논문에서는 평문으로 구성된 IEEE802.3 프레임의 데이터 영역만 송신노드에서 암호화하여 전송한 프레임을 수신 노드에서 수신한 후 데이터 영역만 복호화하여 전송된 평문이 복구됨을 확인하여 암호화/복호화가 가능함을 보여준다. 일반적으로 보안 기능이 없이 운용하는 이더넷 망에서 데이터에 대한 보안이 요구될 시에 본 기법을 적용한 장치를 부가적으로 설치 함으로서 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다. This paper is about a physical layer frame security technique using OFB-style encryption/decryption with AES algorithms on Gigabit Ethernet network. We propose a data security technique at the physical layer that performs OFB-style encryption/decryption with AES algorithm with strong security strength when sending and receiving data over Gigabit Ethernet network. Generally, when operating Gigabit Ethernet network, there is no security features, but data security is required, additional devices that apply this technique can be installed to perform security functions. In the case of data transmission over Gigabit Ethernet network, the Ethernet frames conform to IEEE 802.3 specification, which includes several fields to ensure proper reception of data at the receiving node in addition to the data field . When encrypting, only the data field should be encrypted and transmitted in real time. In this paper, we show that only the data field of the IEEE802.3 frame is encrypted and transmitted on the sending node, and only the data field is decrypted to show the plain text on the receiving node, which shows that the encryption/decryption is carried out correctly. Therefore, additional installation of devices that apply this technique can increase the reliability of the system when security for data is required in Ethernet network operating without security features.

Automotive Ethernet 보안 기술 동향

안동현(Dong Hyun Ahn),김휘강(Huy Kang Kim) 한국자동차공학회 2018 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2018 No.11

최근 기존의 차량 내부 네트워크의 한계점을 해결하고 운전자의 편의성을 증진할 뿐만 아니라 나아가 자율주행자동차 개발에 있어 핵심이 되는 기술로 차량 이더넷에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 자동차 산업계에서는 기존의 버스 토폴로지에 비해 차량 이더넷의 늘어난 대역폭으로 기존에 불가능했던 기능을 실현할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 하지만 자동차에 이더넷을 적용하기 전에 차량 이더넷이 보안상 안전한지 검증할 필요가 있다. 본 논문에서는 최근 차량 이더넷 기술 및 보안 표준화 현황에 대하여 조사하였으며, 추가로 차량이더넷 환경에서의 보안기술 연구들을 3가지 카테고리로 분류하였다. 또한 차량 이더넷 환경에서의 갖춰야할 보안전략에 대하여 서술하였다. 차량 보안을 위해서는 이더넷 보안뿐만 아니라 차량의 개발단계에서부터 보안을 고려한 설계를 하고 부품별 특화된 보안기술 적용 및 주행 시의 발생된 트래픽 분석을 위한 환경까지 차량 전반에 걸친 보안 기술이 필요함을 제시하였다.

항공전자 이더넷의 네트워크 성능 향상을 위한 동적 라우팅 기법 및 우선순위기반 데이터 전송 기법

이원진,김용민 한국항행학회 2019 韓國航行學會論文誌 Vol.23 No.4

Aircraft data network (ADN) is a data networking for signal transmission among avionic systems in aircraft, and it mostly has been applied MIL-STD-1553B that guarantees high reliability considering its application environments. However, commercial Ethernet has been widely applied for ADN recently, and its range of applications have increased. Ethernet provides high speed of data transmission, however, it could not guarantee quality of service (QoS) so high as MIL-STD-1553B. In this paper, we propose dynamic routing and priority based data transmission schemes in order to improve the QoS of legacy Ethernet. Our propose schemes can be applied to Ethernet switch, and it is able to manage network traffic efficiently, and reduce the time for data transmission. We analyze the packet transmission time for both legacy and proposed schemes in Ethernet environments using simulation, and we show that our proposed scheme can reduce the time for data transmission compare to legacy spanning tree protocol. 항공 데이터 네트워크 (ADN; aircraft data network)는 항공기 항전장비들 간 신호데이터 송수신을 위한 네트워크로써 항공기 운용 환경을 고려해 MIL-STD-1553B와 같이 고신뢰성 프로토콜이 사용되어왔다. 최근에는 고속통신의 필요성이 증가함에 따라 상용 이더넷이 ADN으로 활용되고 있으며, 적용 범위가 증가하고 있는 추세이다. 이더넷은 MIL-STD-1553B 프로토콜에 비해 고속 데이터 전송이 가능하다는 장점이 있지만, 지연시간이 길다는 낮은 단점이 있다. 본 논문에서는 ADN으로 활용되는 이더넷의 성능 향상을 위한 동적 라우팅 기법과 우선순위 기반 데이터 전송기법을 제시한다. 제시기법은 이더넷 스위치에 적용되어 네트워크 트래픽의 효율적 관리 및 고우선순위 데이터 전송시간 단축시킬 수 있다. 본 논문에서는 이더넷 스위치 기반 항공전자 네트워크 환경에서 시뮬레이션을 통해 제시기법이 기존 이더넷에서 사용되는 스패닝 트리 프로토콜에 비해 데이터 전송시간을 단축시킬 수 있음을 입증한다.

이더넷을 적용한 헬기 비행시험계측 최적화 연구

김홍석,강경우,권영주,박진현 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

T-50, KT-1, KUH, KC-100 등 지금까지 국내에서 개발한 항공기의 비행시험 계측 시스템은 신뢰성이 입증된 PCM 신호처리기를 이용하여 구성하였다. 그러나 개발되는 항공기의 데이터가 점점 많아지고 고속화 됨에 따라 새로운 방식의 계측 시스템이 요구되고 있다. 이러한 대안으로 이더넷을 이용한 항공기의 비행시험 계측시스템이 개발되었으며, 이더넷 네트워크 장비의 발전으로 그 신뢰성이 각종 비행시험에서 입증되고 있다. 본 논문에서는 경찰청헬기의 비행시험계측에 이더넷시스템을 적용하여 계측시스템을 최적화 할 수 있도록 연구하였으며, 이를 토대로 향후 개발될 항공기에 이더넷 시스템을 적용한 최적화된 계측시스템에 대한 설계를 고찰하였다. The flight test instrumentation system developed for the flight test of T-50, KT-1, KUH and KC-100 in Korea is composed of PCM signal conditioner whose reliability is fully verified. But, as the aircraft data became much and fast, new technology instrumentation is needed on the flight test. For alternative, Ethernet FTI systems are developed in the data acquisition system. The reliability of Ethernet FTI system is verified in the several flight tests with developing the Ethernet technology. This paper is studied on the optimization of the modified development helicopter implemented the Ethernet data acquisition system.

동기식 이더넷에서의 장치 동기화 방법 및 실시간 트래픽을 위한 대역폭 예약

김민준,엄종훈,권용식,이정원,김승호,Kim, Min-Jun,Eom, Jong-Hoon,Kwon, Yong-Sik,Lee, Jung-Won,Kim, Sung-Ho 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.4B

디지털 멀티미디어 장치의 증가에 따라 네트워크를 통하여 실시간 트래픽을 전송을 지원하기 위한 연구들이 많이 진행되고 있다. 이 중에서도 이더넷이 가지는 장점으로 이더넷을 이용한 네트워크 기술을 활용하는 방안에 초점이 맞춰지고 있다. 이더넷에서 실시간 트래픽을 지원하기 위한 네트워크 기술의 표준화는 IEEE 802.1 AVB TG에서 진행 중이다. 본 논문은 이더넷에서 실시간 트래픽을 지원하기 위한 기술, 즉 동기식 이더넷에서의 장치간의 동기화 방법을 제안한다. 그리고 동기가 맞추어진 장치에서 시간에 실시간 트래픽을 전송하기 위해 필요한 대역폭을 예약하는 방법을 제안한다. 본 논문에서 동기식 이더넷 모델은 OPNET을 통해 구현하였고 제안한 동기화 방법과 대역폭 예약 방법의 효율성을 분석하였다. By growth of digital media devices, a number of researches are in progress for transmission of isochronous traffic over network. Above all, network techniques that apply Ethernet, are in the limelight because of advantages of Ethernet. A standardization of network technique for isochronous traffic over Ethernet is in progress in IEEE 802.1 AVB TG. This paper proposed network technique for isochronous traffic over Ethernet model, that is, synchronous Ethernet model with synchronization method between devices. And this paper proposed bandwidth reservation method for transmission of isochronous traffic in synchronized devices. In this paper, synchronous Ethernet model is implemented through OPNET, efficiency of proposed methods is analyzed.

FA를 위한 통합형 이더넷 통신 시스템 설계 및 구현

김배현,문태현,권문택 한국융합보안학회 2007 융합보안 논문지 Vol.7 No.4

최근 공개 표준과 통합 네트워크에 대한 요구가 증가하며, 하위 제어 계층에서도 이더넷 네트워크를 기반으로 한 시스템의 도입이 증가하고 있다. TCP/IP 기반의 네트워크를 상위 계층에서 하위 제어 계층까지 사용하는 방식으로 확장함으로써 공장 자동화용 애플리케이션을 이더넷 상에서 구현, 상위 관리 프로그램 및 DB 시스템과 직접 연동되는 통합 망 개념의 공장 자동화 시스템을 완성할 수 있게 된다. 본 논문에서 구현된 시스템은 공장 자동화 전용 이더넷 제어 시스템의 국제 표준인 Ethernet/IP 표준 시스템을 기반으로 하는 제어용 통신 디바이스를 구현하는 것을 목표로 하였다. 본 논문에서 구현된 시스템은 CIP의 표준 인터페이스에 기반한 네트워킹 기능을 수행하며, 이더넷 네트워크 환경이 다른 제어 시스템의 규격에 비하여 큰 대역폭을 갖고 있는 시스템이므로 네트워크의 데이터 전송 특성을 상당히 개선됨을 실험을 통하여 확인하였다. Currently, the needs of open standard and integrated network, and also applications of Ethernet network based system are increasing. By applying and TCP/IP based network technology from high to low control level, factory automation application has been implemented, and thus integrated factory automation system has been accomplished, which is directly interoperable between high level management program and DB system. This paper proposes a communication control device which is based on Ethernet/IP standard system for factory automation. The proposed system is workable in the environment of a network system, which is based on CIP standard interface tech-nology. The proposed system can also contribute to improve data communication characteristics.

고장 극복 (Fault Tolerant) Ethernet 구현 방안의 비교 분석

김세목(Kim, Se Mog),고윤민(Ko, Yun Min),최한석(Choi, Han-Seok),민정현(Min, Jung Hyun),Anh Pham Hoang,이동호(Dong Ho Lee),이종명(Jong Myung Rhee) 한국정보전자통신기술학회 2008 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.1 No.2

최근 대부분의 첨단 임무 (mission critical) 시스템이 컴퓨터 노드 연결에 의한 Ethernet 네트워크 기반으로 구성되고 있어, 이에 따른 시스템 신뢰성 측면이 더욱 중요한 요소로 대두되고 있다. 본 논문은 첨단 임무 시스템의 신뢰도를 높이기 위하여 일반화되고 있는 고장 극복(Fault Tolerant) Ethernet의 개념을 이중화 관점에서 정립하고, 이를 위한 핵심 사항인 노드 이중화 구현 방식을 비교하여 제시한다. 고장 극복개념을 위한 기본 구성인 Ethernet 이중화를 독립형 이중화와 통합형 이중화로 구분하여 분석하였다. 또한 노드 이중화 구현 방식은 기존의 소프트웨어 접근 방식과 하드웨어 접근 방식은 물론, 최근 본 연구팀의 일부가 제안한 복합 (hybrid) 방식도 함께 비교 대상으로 하였다. 실시간이 요구되는 첨단 임무 시스템의 경우는 하드웨어 접근 방식 또는 복합 방식이 적합하고, Commercial-Off-The-Shelf (COTS) 사용이 요구되는 시스템의 경우는 소프트웨어 접근 방식이나 복합 방식의 선택으로 귀결된다. Reliability is absolutely necessary in most recent mission critical systems which usually utilize the Ethernet based computer networks. A typical way to increase system reliability is to equip the fault tolerant Ethernet. In this paper we try to formulate the fault tolerant dual Ethernet concept and presents a comparison of its implementation approaches. Two types of dual Ethernet configuration are analyzed; the divided and the connected. Then the characteristics of three current implementation approaches which are the hardware based, the software based, and the recently proposed hybrid approach are compared. The results show that the hardware based or the hybrid approaches can be a better solution for the real time mission critical systems. Also for the systems which require the use of Commercial-Off-The-Shelf (COTS) hardware for fault tolerant Ethernet the possible choice is the software based or the hybrid approach.

차량 전자/전기 아키텍쳐에 이더넷 적용을 위한 보안 기술에 대한 연구

이호용,이동훈 한국인터넷방송통신학회 2016 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.16 No.5

차량 네트워킹 아키텍처의 주요 트렌드 중 하나는 차량 이더넷의 도입이다. 이더넷은 이미 차량 어플리케이션 에서 이용되고 있으며 (예를 들어, 비디오 카메라와 같은 고속 데이터 전송 소스의 연결), IEEE에서 진행중인 표준화 (IEEE802.3bw – 100BASE-T1, IEEE P802.3bp – 1000BASE-T1)로 인해 나중에 훨씬 광범위하게 채택될 것으로 예상된다. 이러한 어플리케이션은 단순히 지점 간 연결에 한정되지 않지만, 전체적인 전기/전자 아키텍처에 영향을 미 칠 수 있다. 이더넷을 통해 IP 기반의 트래픽은 추가적인 구성요소(차량용 방화벽 또는 IDS)와 함께 현재까지 잘 확립 된 IP 보안 프로토콜(예를 들어, IPSec, TLS)을 통해 보안을 구현할 수 있을 것으로 보고있다. 리소스 제한이 있는 디 바이스 상에서 안전 및 실시간 어플리케이션의 경우에, 복잡하고 높은 성능이 요구되는 TLS 또는 IPsec을 사용하는 IP 기반 통신은 선호하는 기술은 아니다. 예를 들어, 이 어플리케이션은 IEEE와 같이 현재 표준화되어[13] 있는 Layer 2 기반 통신 프로토콜로 사용될 수 있을 것이다. 본 논문은 보안에 대한 최신 통신 개념을 반영하고 향후 이더넷 스위 치 기반 EE-아키텍처에 대한 구조적인 도전과 잠재적인 솔루션을 식별한다. 또한 차량 이더넷에 관한 지속적인 보안 관련 표준화 활동에 대한 개요와 통찰력을 제공한다. 또한, 예를 들어 IEEE 802.1AE MACsec 또는 802.1X 포트 기반 네트워크 액세스 제어와 같이 기존에 적용되지 않은 차량 이더넷 보안 메커니즘을 적용 가능성을 고려하고, 차량 어플 리케이션에 대한 적합성을 평가한다. One of the major trends of automotive networking architecture is the introduction of automotive Ethernet. Ethernet is already used in single automotive applications (e.g. to connect high-data-rate sources as video cameras), it is expected that the ongoing standardization at IEEE (IEEE802.3bw - 100BASE-T1, respectively IEEE P802.3bp - 1000BASE-T1) will lead to a much broader adoption in future. Those applications will not be limited to simple point-to-point connections, but may affect Electric/Electronic(EE) Architectures as a whole. It is agreed that IP based traffic via Ethernet could be secured by application of well-established IP security protocols (e.g., IPSec, TLS) combined with additional components like, e.g., automotive firewall or IDS. In the case of safety and real-time related applications on resource constraint devices, the IP based communication is not the favorite option to be used with complicated and performance demanding TLS or IPSec. Those applications will be foreseeable incorporate Layer-2 based communication protocols as, e.g., currently standardized at IEEE[13]. The present paper reflects the state-of-the-art communication concepts with respect to security and identifies architectural challenges and potential solutions for future Ethernet Switch-based EE-Architectures. It also gives an overview and provide insights into the ongoing security relevant standardization activities concerning automotive Ethernet. Furthermore, the properties of non-automotive Ethernet security mechanisms as, e.g., IEEE 802.1AE aka. MACsec or 802.1X Port-based Network Access Control, will be evaluated and the applicability for automotive applications will be assessed.

10Gbps 이더넷용 MAC 코어에 대한 연구

손승일,Sonh Seung-Il 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.3

최근 대부분의 전송기술이 이더넷으로 통일되는 경향에 힘입어, 예전에 비하여 이더넷은 대단한 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 최적의 MAC 코어 설계에 대해 연구하였는데, 이는 상위 계층 인터페이스, 전송엔진, 플로우 컨트롤 블록, 수신엔진, 정합 부계층, 초기설정 블록, 상태전송 블록, XCMII 인터페이스 블록으로 구성된다. 하드웨어 설계를 위해 10Gbps 이더넷 Data Link 계층의 MAC 코어를 C언어로 성능평가를 실시하여 내부 GIFO와 파라미터 초기값을 도출하였다 내부 FIFO는 $95\%$의 트래픽이 발생시 512 크기로 사용 가능하고, $97\%$의 트래픽이 발생시에는 1024 크기가 적합하였다. 성능결과를 토대로, VHDL 언어로 설계하여 검증하였다. 설계된 MAC 코어는 64비트의 데이터를 처리하고 168.549MHz를 지원하여 전송효율이 최대 10.78Gbps까지 지원하므로, 10Gbps 이더넷의 스위칭 장비의 인터페이스 모듈로 응용이 가능하다. Ethernet has been given a greater attention recently due to tendency of unifying most of transmission technique to ethernet. This paper studied the design of MAC which contains high layer interface, transmit engine, flow control block, receive engine, reconciliation sublayer, configuration block, statistics block, and XGMll interface block. Performance evaluation was performed using C language for 10cbps ethernet Data Link to design the optimum hardware, then internal FIFO and initial parameters were evaluated. When offered load is $95\%$, the size of the internal FIFO is required 512-word. When offered load is $97\%$, the size of the internal FIFO is required 1024-word. Based on the result of performance evaluation, MAC was designed in VHDL Language and verified using simulator. MAC core that processes 64-bit data, operates at 168.549MHz and hence supports the maximum 10.78Gbps. The designed MAC core is applicable to an area that needs a high-speed data processing of 10Gbps or more.