Ethernet AVB

표준 이더넷은 프레임을 최선형(best-effort) 방식으로 전달할 뿐 지연·대역폭을 보장하지 않는다. 오디오·비디오 스트림처럼 시간에 민감한 트래픽을 이 위에서 안정적으로 나르려면 별도의 QoS 메커니즘이 필요한데, IEEE 802.1 작업반의 AV Bridging Task Group이 이 문제를 풀기 위해 만든 표준군이 Ethernet AVB(Audio Video Bridging)다[1].

Note

이 태스크 그룹은 2012년 11월 Time-Sensitive Networking(TSN) Task Group으로 이름을 바꿨다 — 이후의 TSN 표준군은 AVB 표준을 그대로 포함하며, 산업 제어 등 더 넓은 시간 민감 응용까지 아우른다[1].

표준 구성

AVB는 단일 표준이 아니라, 시간 동기화·자원 예약·트래픽 셰이핑·스트림 전송을 각각 나눠 맡는 네 표준의 조합이다[2].

표준	역할
IEEE 802.1AS	시간 동기화(gPTP)
IEEE 802.1Qat	대역폭 예약(SRP)
IEEE 802.1Qav	트래픽 셰이핑(Credit-Based Shaper)
IEEE 1722	스트림 전송(AVTP)

gPTP는 AVB 네트워크의 모든 노드가 공통 시간 기준을 공유하도록 하는 PTP(IEEE 1588)의 특정 프로필이다. 그랜드마스터를 자동 선출하고 브리지 통과 지연을 보정해 네트워크 전체가 공통 시각을 유지하게 하며, 세부 메커니즘은 별도로 다룬다[3].

SRP(Stream Reservation Protocol)는 IEEE 802.1Qat가 규정하는 대역폭 예약 프로토콜이다 — 특정 스트림이 필요로 하는 자원을 소스부터 목적지까지 경로상의 모든 브리지에 예약해, 스트림이 전송되는 내내 지연·대역폭을 보장한다. 이 예약 상태는 MRP(Multiple Registration Protocol) 계열 프로토콜로 스위치 사이에 전파되며, 세부 메커니즘은 별도로 다룬다[4].

IEEE 802.1Qav는 예약된 스트림을 브리지가 실제로 어떻게 내보낼지를 규정한다(FQTSS, Forwarding and Queuing Enhancements for Time-Sensitive Streams) — 우선순위별 수신 계측·재규정과 시간 인지 큐 배출을 통해, 지연에 둔감한 레거시 트래픽이 시간 민감 스트림을 방해하지 못하게 셰이핑하는 이 알고리즘이 Credit-Based Shaper(CBS)이며, 세부 메커니즘은 별도로 다룬다[5].

이 세 표준을 조합해 실제로 상호운용되는 장비를 만들려면 어떤 옵션·기본값을 골라야 하는지까지 정해야 한다 — IEEE 802.1BA가 이 조합을 프로필로 묶어, 네트워킹 지식이 없는 사용자도 별도 설정 없이 AVB 장비를 연결해 오디오·비디오 서비스를 구성할 수 있게 한다[6]. 실제로 스트림 데이터를 담아 나르는 전송 형식은 이 세 표준이 규정하지 않으며, 그 역할은 IEEE 1722가 맡는다.

VLAN 태그를 통한 우선순위 전달

AVB 스트림은 일반 이더넷 프레임에 VLAN 태그를 얹어 나르며, 태그의 PCP 필드로 스트림의 우선순위를 표시해 스위치가 시간 민감 트래픽을 먼저 내보내도록 한다[7].

관련 컨소시엄

자동차 이더넷의 물리계층 표준화는 OPEN Alliance SIG가 맡는다(BroadR-Reach에서 다룬다). 이와 달리 Avnu Alliance는 AVB 표준의 상호운용성을 인증하는 산업 컨소시엄으로, IEEE 802.1 AVB 표준군과 IEEE 1722를 구현한 서로 다른 제조사의 장비가 실제로 호환되는지 시험한다[2].

참고문헌

[1]

IEEE 802.1 Working Group, “IEEE 802.1 AV Bridging Task Group”. [Online]. Available at: https://www.ieee802.org/1/pages/avbridges.html

[2]

S. Jeong, B. Jeon, B. Chung and H. K. Kim, “Convolutional neural network-based intrusion detection system for AVTP streams in automotive Ethernet-based networks”, Vehicular Communications, vol 29, p 100338, 2021, doi: 10.1016/j.vehcom.2021.100338.

[3]

IEEE, “IEEE 802.1AS-2011 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks”, 2011.

[4]

IEEE, “IEEE 802.1Qat-2010 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Virtual Bridged Local Area Networks Amendment 14: Stream Reservation Protocol (SRP)”, 2010.

[5]

IEEE, “IEEE 802.1Qav-2009 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Virtual Bridged Local Area Networks Amendment 12: Forwarding and Queuing Enhancements for Time-Sensitive Streams”, 2009.

[6]

IEEE, “IEEE 802.1BA-2011 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Audio Video Bridging (AVB) Systems”, 2011.

[7]

IEEE, “IEEE 802.1Q-2022 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Bridges and Bridged Networks”, 2022.