CAN(Controller Area Network) 통신

개요

CAN(Controller Area Network) 통신은 자동차, 산업 자동화, 의료 기기 등에서 널리 사용되는 저지연, 고신뢰성 직렬 통신 프로토콜이다. 특히 차량 내 전자 시스템 간 데이터 교환을 원활하게 수행하기 위해 개발되었으며, 현재는 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 본 글에서는 CAN 통신의 개념, 동작 원리, 주요 특징, 활용 사례 및 장점과 단점을 살펴본다.

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1. CAN(Controller Area Network) 통신이란?

CAN 통신은 고속 데이터 전송과 충돌 방지를 위한 분산형 네트워크 프로토콜로, 1986년 보쉬(Bosch)에서 자동차 내 전자 제어 장치(ECU) 간 통신을 위해 개발되었다. 기존의 포인트-투-포인트 방식과 달리, CAN은 여러 개의 노드가 하나의 버스를 통해 데이터를 주고받는 방식으로 동작한다.

✅ CAN 통신은 자동차뿐만 아니라 산업 자동화, 항공, 의료 기기 등 다양한 분야에서 활용된다.

1.1 CAN 통신의 필요성

• 차량 내 다양한 전자 장치(ECU) 간 데이터 교환 필요
• 신뢰성이 높은 실시간 데이터 전송 요구
• 배선 간소화를 통한 비용 절감 및 유지보수 용이성 확보

✅ CAN은 센서, 제어 모듈, 액추에이터 등 여러 장치 간 데이터를 효율적으로 주고받을 수 있도록 설계되었다.

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2. CAN 통신의 동작 원리

2.1 CAN 데이터 프레임 구조

CAN 통신에서는 데이터를 송수신할 때 다음과 같은 표준 프레임(Standard Frame) 구조를 따른다.

필드	설명
SOF(Start of Frame)	프레임 시작을 나타내는 비트
Arbitration Field	메시지 우선순위를 결정하는 식별자 (ID)
Control Field	데이터 길이 및 기타 제어 정보 포함
Data Field	실제 데이터 (0~8바이트)
CRC Field	오류 검출을 위한 체크섬
ACK Field	수신 확인 응답
EOF(End of Frame)	프레임 종료를 나타내는 비트

✅ CAN 통신에서는 메시지 기반(Message-Oriented) 구조를 사용하여 우선순위가 높은 메시지를 먼저 전송한다.

2.2 CAN 버스 충돌 회피 및 오류 검출 메커니즘

CAN 통신은 CSMA/CD+AMP(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and Arbitration on Message Priority) 방식을 사용하여 충돌을 방지한다.

메커니즘	설명
CSMA/CD(다중 액세스 및 충돌 감지)	여러 노드가 동시에 데이터를 송신할 수 있으며, 충돌 발생 시 우선순위에 따라 전송 결정
AMP(메시지 우선순위 조정)	낮은 ID 값을 가진 메시지가 우선적으로 버스 사용
CRC(오류 검출 코드)	데이터 오류를 검출하여 데이터 무결성 보장
ACK(수신 확인 비트)	수신 장치가 정상적으로 데이터를 수신했음을 확인

✅ CAN 통신은 충돌을 방지하고, 높은 신뢰성을 제공하는 오류 검출 및 복구 기능을 포함하고 있다.

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3. CAN 통신의 주요 특징

특징	설명
고속 데이터 전송	최대 1Mbps 전송 속도 지원
멀티 마스터 시스템	모든 노드가 데이터를 송신할 수 있는 구조
우선순위 기반 메시지 전송	낮은 ID 값의 메시지가 높은 우선순위를 가짐
에러 검출 및 복구 기능	CRC, ACK, 오류 플래그 등을 통한 안정적 데이터 전송
배선 간소화	다수의 장치가 하나의 버스를 공유하여 배선 비용 절감

✅ CAN 통신은 신뢰성이 높은 실시간 데이터 전송을 제공하며, 다양한 산업에서 필수적인 네트워크 프로토콜로 사용된다.

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4. CAN 통신의 활용 사례

4.1 자동차 산업

• ECU 간 통신 (엔진, 변속기, ABS, 에어백 등)
• 차량 내 인포테인먼트 시스템 연동
• ADAS(첨단 운전자 지원 시스템) 데이터 공유

4.2 산업 자동화

• PLC(Programmable Logic Controller) 제어 시스템
• 로봇 및 스마트 팩토리 자동화 네트워크
• 산업용 센서 및 액추에이터 통합

4.3 의료 기기

• 의료 모니터링 시스템 데이터 통신
• MRI 및 CT 스캐너 내 통신 네트워크
• 웨어러블 의료 장치와 데이터 공유

✅ CAN 통신은 자동차, 공장 자동화, 의료 산업 등에서 신뢰성 높은 통신을 위해 필수적으로 사용된다.

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5. CAN 통신의 장점과 단점

5.1 장점

장점	설명
고신뢰성	충돌 방지 및 오류 검출 기능을 통해 안정적인 데이터 전송 가능
배선 절감	다중 노드 간 단일 버스를 공유하여 배선 비용 절감
우선순위 기반 메시지 전송	중요한 데이터가 먼저 전송될 수 있도록 설계
고속 실시간 처리 가능	최대 1Mbps 속도로 실시간 데이터 전송 가능

5.2 단점

단점	설명
확장성 제한	네트워크에 노드가 많아질 경우 성능 저하 가능
전송 속도 한계	최신 이더넷 기반 네트워크에 비해 상대적으로 낮은 속도
보안 취약성	기본적으로 보안 기능이 내장되지 않아 추가적인 보안 조치 필요

✅ CAN 통신은 신뢰성이 뛰어나지만, 최신 보안 및 속도 요구 사항을 충족하려면 추가적인 보완이 필요하다.

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6. 결론

CAN(Controller Area Network) 통신은 차량 및 산업 자동화 시스템에서 필수적인 저지연, 고신뢰성 네트워크 프로토콜이다.

• ECU 간 효율적인 데이터 교환을 지원하여 자동차 산업의 표준으로 자리 잡았다.
• 산업 자동화, 의료 기기 등 다양한 분야에서도 신뢰성 높은 통신 프로토콜로 활용되고 있다.
• 보안 강화 및 최신 네트워크 기술과의 결합을 통해 지속적으로 발전하고 있다.

✅ CAN 통신은 앞으로도 스마트 모빌리티, IoT, 자율주행차 등 다양한 산업에서 중요한 역할을 할 것이다.