KR20090071923A - Method for synchronization using single timesync frame in bridged local area network and appratus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동기식 이더넷에서 단일 타임 싱크 프레임을 이용하여 각 통신 단말 및 브리지 장치를 동기화 시키는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 근거리 통신망에서 실시간성을 보장해 주어야 하는 통신 장치들 간에 대표되는 시간을 제공하는 장치를 정하고, 이 대표되는 시간에 따라 모든 통신 장치들이 시간 동기를 이루어 실시간성 데이터를 처리하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for synchronizing each communication terminal and a bridge device using a single time sync frame in synchronous Ethernet. More specifically, the present invention provides a representative time between communication devices that should guarantee real time in a local area network. The present invention relates to a technique for determining a device and processing all real-time data in time-synchronized manner with all communication devices.
동기식 이더넷(Synchronous Ethernet 또는 Residential Ethernet 또는 Audio/Video Bridging)은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.1AVB에서 표준화 진행 중에 있는 기술이다. 동기식 이더넷은 프레임의 동기와 관련하여 이더넷의 물리 계층에서 타임 스탬프를 이용하여 송신측과 수신측의 동기를 맞추는 방식이며, 물리 계층에서 동기를 맞춘 타임 스탬프를 4 계층 이상의 상위 계층에서 처리될 수 있도록 물리 계층에서 받아들인 타임스탬프를 기준 시간으로 이용하고 송신측의 기준 시간과 수신측의 기준 시간의 차이와 전송 지연시간을 고려하여 새로운 시간을 모든 장치에 적용시킨다. 이와 같이 동기식 이더넷은 보다 정확한 시간으로 장치들을 동기화 할 수 있는 차세대 망 동기화 기술이다. 동기식 이더넷의 프레임 동기화 기술은 영상/음성과 같이 지터가 거의 없어야 하는 멀티미디어 데이터에 대해 정확히 동기화된 시간을 보장해 주는 것이 특징이다. 동기식 이더넷에서의 프레임 동기화를 위해 망 내의 장치들 중에 기준 참조 시각을 제공하는 그랜드 마스터를 각 장치의 우선순위에 따라 선정하고 같은 망 내의 다른 장치들에게 기준 참조 시각을 제공한다.Synchronous Ethernet or Residential Ethernet or Audio / Video Bridging is a technology in progress at the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.1AVB. Synchronous Ethernet is a method of synchronizing a sender and a receiver using a time stamp in the physical layer of the Ethernet with respect to frame synchronization. The time stamp received by the physical layer is used as the reference time, and the new time is applied to all devices in consideration of the difference between the reference time of the sender, the reference time of the receiver, and the transmission delay time. As such, synchronous Ethernet is a next-generation network synchronization technology that can synchronize devices with more accurate time. Synchronous Ethernet's frame synchronization technology ensures precisely synchronized time for multimedia data that should be virtually jitter-free, such as video / audio. For frame synchronization in synchronous Ethernet, a grand master providing a reference reference time among the devices in the network is selected according to the priority of each device, and the reference reference time is provided to other devices in the same network.
종래의 이더넷은 GPS(Global Positioning System)나 자체 시각 발생 장치를 포함하고 있는 하나의 장치를 기준으로 하여 망 전체에 시간 동기를 제공한다. 패킷이 전송되는 동안 망에 영향을 주는 지터(Jitter)나 원더(Wander)에 대한 고려가 전혀 없기 때문에 전송 패킷에 지연이 발생 할 경우 이를 간과한다. 지터란 이상적인 시간으로부터 누적되지 않은 짧은 기간 동안의 펄스 신호의 변화량이다. 그리고 원더란 지터보다 긴 기간 동안의 변화량을 의미한다. 지터와 원더는 전송중의 각 장치를 거칠 때 또는 전송 선로 상에서 원하지 않는 펄스 신호의 위상 변화가 발생할 때 그 크기가 증가한다. 종래의 이더넷은 1초 이하의 지연이 발생하므로 근거리 통신망(LAN: Local Area Network)와 같은 소규모 사무실의 망 내에서 사용이 가능하다.Conventional Ethernet provides time synchronization throughout the network based on a single device including a Global Positioning System (GPS) or its own time generating device. Since there is no consideration of jitter or wander that affects the network while the packet is being transmitted, it is overlooked if there is a delay in the transmission packet. Jitter is the amount of change in the pulse signal over a short period of time that has not accumulated from the ideal time. And wonder is the amount of change over a period longer than jitter. Jitter and wonder increase in magnitude as they pass through each device in transit or when phase shifts of unwanted pulse signals occur on the transmission line. Conventional Ethernet can be used within a small office network such as a local area network (LAN) because a delay of less than 1 second occurs.
따라서, 종래 이더넷의 동기화 방법으로는 인터넷 환경에 적용시키기에 한계가 있다. 인터넷 환경은 여러 LAN들의 집합이라고 할 수 있으므로 초 단위의 지연이 아니라 그 이상의 지연이 발생하게 되고, 망 상태에 따라 비정규적인 딜레이의 발생 확률이 증가하게 된다. 인터넷 환경에 적합한 시간 동기화를 위해 IAB(Internet Architecture Board)의 STD 12와 IETF(Internet Engineering Task Force)에서 발표하는 RFC(Request For Comments) 1305에서 표준으로 규정하고 있는 NTP(Network Time Protocol) version 3을 이용한다. 각 개별 장치는 인터넷을 통하여 다른 장치에 패킷을 전송하기 전에 먼저 각 개별 장치의 시간을 동기화시키기 위해 세계 타임서버에 접속한다. 세계 타임서버는 GMT(Greenwich Mean Time)를 기준으로 하여 동작하며 세계 각국에 타임서버가 나누어져서 골고루 분포하게 된다. 세계 타임서버로부터 기준 시각을 전송 받으면 우선 각 개별 장치가 속한 서브넷 상에서 시간 동기를 형성한 다음 개별 장치의 로컬 시간을 조정하고 밀리 초까지의 정확한 동기를 보장한다. NTP는 인터넷을 위한 시간 동기화 절차이므로 LAN에서의 좀 더 정확한 동기를 맞추는데 한계가 있다. 따라서 LAN과 같은 좁은 망에서 좀 더 정확한 시간 동기를 위해 NTP의 하위 개념인 SNTP (Simple NTP) 절차를 이용한다.Therefore, there is a limit to the conventional Ethernet synchronization method applied to the Internet environment. Since the Internet environment can be called a set of LANs, there is more delay than a delay in seconds, and the probability of occurrence of an irregular delay increases according to network conditions. To ensure time synchronization for the Internet environment, Network Time Protocol (NTP) version 3, which is defined as a standard in STD 12 of the Internet Architecture Board (IAB) and Request For Comments (RFC) 1305, published by the Internet Engineering Task Force (IETF). I use it. Each individual device first contacts the world time server to synchronize the time of each individual device before sending packets to other devices over the Internet. The world time server operates on the basis of GMT (Greenwich Mean Time), and the time servers are divided among the countries and distributed evenly. When a reference time is received from a world time server, it first establishes time synchronization on the subnet to which each individual device belongs, then adjusts the local time of the individual device and ensures accurate synchronization up to milliseconds. Since NTP is a time synchronization procedure for the Internet, there is a limit to more accurate synchronization on a LAN. Therefore, we use SNTP (Simple NTP) procedure, a sub-concept of NTP, for more accurate time synchronization in narrow networks such as LAN.
도 1 은 종래의 기술에 따른 SNTP의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the operation of the SNTP according to the prior art.
도 1 에 도시된 바와 같이, SNTP는 타임서버(110)와 타임클라이언트(120) 사이에서 동기 절차를 담당한다. SNTP(130)는 MAC(Media Access Control) 계층(150)에서 동작하며 callback 함수를 이용하여 NTP보다 좀 더 정확한 시간 동기를 이룬다. callback 함수는 상위 계층인 응용 계층에서 생성된 패킷의 버퍼에 대한 포인터와 응용 계층에서 MAC 계층(150)까지 전달되는데 소요된 시간 정보를 두 파라미터로 이용하여 상위 계층에서부터 전달된 패킷과 그 패킷이 소요된 시간을 물리 계층의 타임스탬프(160)로 이용한다. 타임클라이언트(120)에서는 이 정보를 자신의 타임스탬프(160)로 이용하고 SNTP(130)를 통해 상위 계층으로 전달한다.As shown in FIG. 1, the SNTP is responsible for the synchronization procedure between the
SNTP는 callback 함수를 이용하므로 종래의 일반 이더넷과 NTP를 사용하는 이더넷보다 더 향상된 시간 동기화를 제공할 수 있다. 하지만 타임서버와 타임클라이언트 사이에는 스위치(170)와 같은 중간 장치와 전송 선로(180) 상의 지터와 원더의 영향으로 인해 동기화에 정확성을 높이는데 한계가 있는 문제점이 있다. SNTP uses callback functions to provide better time synchronization than conventional Ethernet and Ethernet using NTP. However, due to the influence of jitter and wonder on the intermediate apparatus such as the
이러한 문제점은 다음 수학식 1로 정의될 수 있다.This problem may be defined by
여기서, 은 타임 클라이언트(120)에서 패킷을 발생시켰을 때의 시간이고, 는 타임 클라이언트(120)에서 패킷을 보내어 타임 서버(110)가 패킷을 물리 계층에서 전송 받았을 때의 시간이다. 는 타임 클라이언트(120) 내의 발진소자에 대한 주파수 변화의 영향이다. 이 값은 발진소자 자체적인 정확도, 온도 등의 영향으로 인해 중심 주파수의 변동, 시간이 경과함에 따라 발진 소자 주파수 자체 특성의 변화 등이 있다. 는 두 장치 사이의 전송 중에 발생하는 지터나 원더의 영향을 말하며, 중간 노드의 처리 과정 및 전송 선로(180) 상에서 발생하는 지터나 원더로 이해할 수 있다. here, Is the time when the packet is generated by the
즉, 종래의 이더넷이나 SNTP의 경우 이러한 시간의 차이에 대한 보상이 전혀 없으므로 공장 자동화 시스템 등의 경성 실시간 시스템 등에 사용이 될 수 없다.That is, in the case of the conventional Ethernet or SNTP, there is no compensation for such a difference in time, so it cannot be used for hard real-time systems such as factory automation systems.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 IEEE 1588 PTP (Precision Time Protocol)이라는 새로운 동기 방법이 제시되었다. IEEE 1588 PTP는 네트워크 측정과 제어 시스템을 위한 정밀 시간 동기화 프로토콜에 대한 표준(Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems)으로써 상호 연결된 장치의 시간 정보를 동일화시키기 위한 프로토콜이다. IEEE 1588 PTP는 두 장치의 기준 시각 간의 차이와 두 장치간의 패킷 전송 시 발생하는 전송 지연 시간을 이용하여 정확한 시간 동기화를 이룬다. 따라서 최근에는 로봇을 이용한 공장 자동화 시스템의 제어를 담당하는 장치 내의 시간을 동기화하는 기법으로 이용되고 있다.In order to solve this problem, a new synchronization method called IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) has been proposed. IEEE 1588 PTP is a standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems. It is a protocol for equalizing time information of interconnected devices. IEEE 1588 PTP achieves accurate time synchronization by using the difference between the reference times of two devices and the transmission delay time that occurs when a packet is transmitted between the two devices. Therefore, recently, it has been used as a technique for synchronizing the time in the device that is in charge of the control of factory automation system using a robot.
도 2 는 IEEE 1588 PTP의 동작 절차를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the operation of the IEEE 1588 PTP.
도 2 에 도시된 바와 같이, 망 내에는 기준 시각을 제공하는 마스터 장치(210)와 마스터 장치에 자신의 시간 정보를 일치시켜 동기를 성립하는 슬레이브 장치(220)가 존재한다. 마스터 장치(210)는 자신의 시간에 슬레이브 장치(220)를 동기화시키기 위해, Sync. 메시지와 Follow Up 메시지(231, 232, 233, 234)를 이용한다. 마스터 장치(210)는 자신의 동기정보를 망 내의 모든 슬레이브 장치(220)들에게 주기적으로 멀티캐스트 하여 전송한다. 마스터 장치(210)로부터 슬레이브 장치(220)는 Follow Up 메시지(231)를 전송 받아 시간 차이를 구하고 자신의 시간을 조정한다(240). 하지만 아직 두 장치 간의 전송 지연 시간에 대한 정보가 없으므로 정확한 동기를 이루지 못한다. 따라서 슬레이브 장치(220)는 마스터 장치(210)에게 Delay Request 메시지(250)를 전송하고 마스터 장치(210)는 이에 대한 응답으로 현재 자신의 시간을 메시지에 실어서 Delay Response 메시지(260)로 응답한다. 이로써 슬레이브 장치(220)는 전송 지연 시간까지 알 수 있게 되고, 다음 번에 마스터 장치(210)로부터 전송되는 Follow Up 메시지(233)를 이용하여 자신의 정확한 동기 시간을 구하고, 자신의 시간을 이 결과를 이용해 변경한다(270). 이렇게 변경된 메시지는 SNTP와 같은 방식으로 물리 계층의 상위 계층으로 전달하여 응용 계층에서 정확한 시간을 이용할 수 있도록 한다. 따라서 IEEE 1588 PTP는 앞서 이야기한 문제점인 와 를 해결함으로써 정확한 동기를 보장해 줄 수 있다. As shown in FIG. 2, there is a
IEEE 1588 PTP는 근거리 통신망에서 정확한 동기를 보장해 줄 수 있다. 라우터에 직접적으로 접속해 있는 스위치들은 하나의 기준 시각을 이용하여 자신의 서브넷을 동기화한 다음 각 개별 장치들은 이 동기 정보를 이용하여 최종적으로 동기를 맞춘다. 이와 같이 IEEE 1588은 여러 스위치들 간에 동기를 맞추면서 최단 개별 장치에 까지 동기를 맞추므로 동기화 절차가 도 2 에서와 같이 매우 복잡한 단계를 거치게 된다. 따라서 구현의 복잡도가 증가하는 단점이 있다.IEEE 1588 PTP can guarantee accurate synchronization in local area networks. Switches connected directly to the router synchronize their subnets using a single reference time, and then each individual device finally synchronizes using this synchronization information. As such, the IEEE 1588 synchronizes even the shortest individual device while synchronizing among several switches, so that the synchronization procedure is very complicated as shown in FIG. As a result, the complexity of the implementation increases.
또한 여러 브리지 장치를 이용하여 개별 장치들이 연결되어 있을 경우, 도 2 와 같이 슬레이브 장치(220)의 시간 조정을 완료하고 자신을 동기화 시킨 후 이웃하는 장치에게 마스터 장치(210)와 같은 시간 정보를 제공해 주므로, 시간 조정 단계에서 지연 시간이 발생하여 마이크로 초 이하의 시간 동기를 제공해 줄 수 없는 문제가 있다.In addition, when individual devices are connected by using multiple bridge devices, as shown in FIG. 2, the
도 3 은 IEEE 802.1AVB의 시간 동기 절차를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for describing a time synchronization procedure of IEEE 802.1AVB.
각 브리지 장치들은 네트워크 상위층으로 시간 동기를 제공하는 시간 동기 상위층(310)과 브리지의 각 포트 별로 동작하는 포트 별 시간 동기 처리부(320)로 구성된다. 시간 동기 상위층(310)은 포트 별 시간 동기 처리부(320)로부터 전달 되어지는 시간 동기 정보를 이용하여 최종적으로 시간을 동기화 시킨다. 포트 별 시간 동기 처리부(320)는 이웃 브리지로부터 서로 다른 전송 지연 시간을 반영하여 시간 동기 차이를 계산한다. 최초 네트워크가 설정되거나 그랜드 마스터의 변경이 있을 경우 Announce 메시지(330)를 모든 브리지 및 단말 장치들이 이웃 장치들에게 전달한다. 이때 Announce 메시지(330)내의 시간 동기 정보 우선순위를 이용하여 그랜드 마스터를 결정한다. 그랜드 마스터로 결정된 장치(브리지)는 동기식 이더넷 내의 모든 장치들에게 기준 시각을 포함하고 있는 Sync 메시지(34)를 10ms 주기로 전달하고 모든 슬레이브 장치들은 이 기준 시각의 정보를 기준으로 자신의 시간을 동기화 시킨다. 좀 더 정확한 동기를 위하여 각 장치들은 Pd_Req(Pdelay_Req: Propagation delay request) 메시지(350), Pd_Resp(Pdealy_Resp: Propagation delay response) 메시지(360), Pd_Resp_Follow_Up(Pdelay_Resp_Follow_Up: Propagation delay response follow up) 메시지(370)를 이용하여 이웃 장치 사이의 전송 지연 시간을 100ms 주기로 측정하게 된다. Sync 메시지(340)를 전송 받은 이 후 바로 처리하지 않고, 전송 지연 시간의 측정값을 적용시켜주기 위해 Follow_Up 메시지(380)를 이용하여 잠시 대기 시간을 갖는다. 그리고 장치내 처리 시간을 거쳐 중간 슬레이브는 새로운 타임 스탬프를 기록하고 다음 이웃 슬레이브에게 시간 동기 정보를 제공한다.Each bridge device includes a time synchronization
IEEE 802.1AVB의 시간 동기를 이용하면 IEEE 1588 PTP 보다 좀 더 정확한 시간 동기를 제공할 수 있지만 IEEE 1588 PTP의 개념을 그대로 따르고 있어서 좀 더 복잡한 망에서 사용하는 메시지 형태를 그대로 사용한다. 또한, 근거리 통신망의 상황을 고려할 때 이는 불필요하게 많은 메시지를 사용한다.Although time synchronization of IEEE 802.1AVB can provide more accurate time synchronization than IEEE 1588 PTP, it follows the concept of IEEE 1588 PTP and uses the message format used in more complicated network. Also, considering the situation of the local area network, this uses a lot of messages unnecessarily.
따라서, 상기 IEEE 802.1AVB의 시간 동기를 위해 다수의 컨트롤 프레임은 동기식 이더넷 내의 많은 부하를 주며 각 컨트롤 프레임을 처리하기 위한 장치 내 처리시간이 불필요하게 증가하는 것이 단점이다.Thus, a plurality of control frames for the time synchronization of the IEEE 802.1AVB puts a lot of load in the synchronous Ethernet and the disadvantage that the processing time in the device for processing each control frame unnecessarily increases.
본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 네트워크 상위계층과 시간 동기 계층이 직접 시간 정보를 주고 받을 수 있는 동기식 이더넷 계층 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a synchronous Ethernet layer structure in which a network upper layer and a time synchronization layer can directly exchange time information.
본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 동기식 이더넷에서 시간 동기화를 할 수 있도록 단일한 타임 싱크 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention is to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a single time sync frame for time synchronization in synchronous Ethernet.
본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 동기식 이더넷의 시간 동기화를 위하여, 그랜드 마스터를 결정하고 단일 타임 싱크 프레임을 이용하여 전송 지연 시간을 계산하고 시간 동기화를 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention is to solve the above problems, to provide a method for time synchronization of synchronous Ethernet, determine the grand master, calculate the transmission delay time using a single time sync frame and time synchronization It aims to do it.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 네트워크 상위 계층에서 동작하면서 시간 동기 계층에 기준 시간 정보를 제공하는 시간 동기 정보 제공부, 우선 순위 정보를 이용하여 그랜드 마스터 결정을 수행하는 그랜드 마스터 결정 처리부, 상기 장치와 이웃 장치 사이의 시간 차이를 계산하는 시간 차이 계산부, 상기 장치와 이웃 장치 사이의 전송 지연 시간을 측정하는 전송 지연 시간 측정부 및 상기 측정된 시간 차이 및 전송 지연 시간을 이용하여 조정된 시간 정보를 수신하여 장치의 시간을 동기화시키는 실시간성 애플리케이션 부를 포함하고, 상기 그랜드 마스터 결정 처리부, 시간 차이 계산부 및 전송 시간 측정부는 네트워크 하위 계층인 시간 동기 계층에 속하며, 단일 타임 싱크 프레임을 이용하여 그랜드 마스터 결정, 시간 차이 측정, 전송 지연 시간 측정을 수행하는 것인 동기식 이더넷의 시간 동기화 제공 장치를 제공한다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, a time synchronization information providing unit for providing reference time information to the time synchronization layer while operating in a network upper layer, and a grand master decision processing unit for performing grand master determination using priority information A time difference calculator for calculating a time difference between the device and a neighboring device, a transmission delay time measuring unit for measuring a transmission delay time between the device and a neighboring device, and an adjustment using the measured time difference and the transmission delay time And a real-time application unit for receiving the received time information and synchronizing the time of the device, wherein the grand master decision processing unit, the time difference calculation unit, and the transmission time measuring unit belong to a time synchronization layer, which is a network lower layer, and uses a single time sync frame. Grand Master decision, time This measurement provides a synchronous Ethernet will provide time synchronization of devices that perform transmission delay time measurements.
또한, 본 발명의 제 2 측면은 상기 타임 싱크 프레임의 분류를 위한 필드 그룹을 생성하는 단계, 그랜드 마스터를 결정하기 위한 필드 그룹을 생성하는 단계 및 시간 차이 및 전송 지연 시간을 측정하여 시간 동기화에 이용되는 필드 그룹을 생성하는 단계를 포함하는 타임 싱크 프레임 생성 방법을 제공한다.In addition, the second aspect of the present invention is to generate a field group for the classification of the time sync frame, to create a field group for determining the grand master and to measure the time difference and the transmission delay time used for time synchronization It provides a method for generating a time sync frame comprising the step of generating a field group.
또한, 본 발명의 제 3 측면은 우선 순위 정보를 이용하여 그랜드 마스터를 결정하는 단계, 그랜드 마스터의 기준 시간, 각 장치의 고유 시간 및 전송 지연 시간을 측정하여 시간 동기화를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 우선 순위 정보, 그랜드 마스터의 기준 시간, 전송 지연 시간은 단일 타임 싱크 프레임에 기록되어 그랜드 마스터와 슬레이브 사이에 교환되는 것인 동기식 이더넷의 시간 동기화 방법을 제공한다.In addition, the third aspect of the present invention includes the steps of determining the grand master using the priority information, performing the time synchronization by measuring the reference time of the grand master, the inherent time and transmission delay time of each device, The priority information, the reference time of the grand master, and the transmission delay time are recorded in a single time sync frame and are exchanged between the grand master and the slave.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 네트워크 상위계층과 시간 동기 계층이 직접 시간 정보를 주고 받을 수 있으므로, 시간 동기화 단계를 보다 단순화 시켜 시간 조정 단계에서의 지연 시간을 줄일 수 있다.According to one of the problem solving means of the present invention described above, since the network upper layer and the time synchronization layer can directly exchange time information, the time synchronization step can be simplified to reduce the delay time in the time adjustment step.
또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 단일한 타임 싱크 프레임을 사용하여 동기식 이더넷에서 시간 동기화를 할 수 있으므로, 시간 동 기화를 위한 프레임의 전송 횟수가 줄어들고, 네트워크의 처리 부하 및 링크 점유가 줄어들어 시간 동기화를 단순화 시킬 수 있다.In addition, according to one of the problem solving means of the present invention described above, since a time synchronization can be performed in a synchronous Ethernet using a single time sync frame, the number of transmission of frames for time synchronization is reduced, and the processing load and Link occupancy is reduced, which simplifies time synchronization.
따라서, 동기식 이더넷에서 각 장치들은 보다 정확하고 신속하게 시간 동기화를 할 수 있고, 실시간성 서비스를 보다 향상되게 보장해 주는 효과가 있다.Therefore, in synchronous Ethernet, each device can synchronize time more accurately and quickly, and has the effect of ensuring the real-time service is improved.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 이더넷의 구성도이다. 4 is a block diagram of synchronous Ethernet according to an embodiment of the present invention.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 이더넷은 단말 장치(410), 브리지 장치(420), 이더넷 통신 매체(430)를 포함한다.As shown in FIG. 4, synchronous Ethernet according to an embodiment of the present invention includes a
단말 장치(410)는 실시간성 데이터 및 단일 타임 싱크 프레임을 발생시키고 다른 장치로부터 수신한 실시간성 데이터 및 단일 타임 싱크 프레임을 처리하는 역할을 한다.The
단일 타임 싱크 프레임이란 시간 동기화를 위한 하나의 프레임으로써 이에 대하여는 후술하기로 한다.A single time sync frame is one frame for time synchronization, which will be described later.
브리지 장치(420)는 각각의 단말 장치(410)로부터 실시간성 데이터 및 단일 타임 싱크 프레임을 전송 받아 이웃의 단말 장치(410) 및 이웃의 브리지 장치(420)로 전달하는 역할을 한다.The
브리지 장치(420)는, 예를 들어, 여러 포트를 포함할 수 있으며, 이웃한 장치로 단일 타임 싱크 프레임을 전달해 주는 마스터 포트와 단일 타임 싱크 프레임을 수신하여 시간을 동기화하는 데 이용하는 슬레이브 포트로 나뉠 수 있다.The
이더넷 통신 매체(430)는 단말 장치(410)와 브리지 장치(420)를 연결하거나 브리지 장치(420)와 브리지 장치(420)를 연결하는 역할을 한다.The
상기에서 언급한 각각의 단말 장치(410)와 브리지 장치(420) 중에서, 예를 들어, 동기식 이더넷 전체에 기준 동기 시각을 제공하는 역할을 하는 하나의 장치는 그랜드 마스터가 되며, 다른 모든 장치는 시간 동기화를 위하여 자신의 시간 동기 값을 그랜드 마스터의 시간 동기 값에 일치시키는 슬레이브가 된다.Of each of the
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 이더넷의 계층별 블록도이다.5 is a block diagram of each layer of synchronous Ethernet according to an embodiment of the present invention.
도 5 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 이더넷의 계층은, 예를 들어, 시간 동기 정보 제공부(510), 전송 계층(520), 네트워크 계층(530), 시간 동기 계층(540), 데이터 링크 계층(550) 및 물리 계층(560), 실시간성 애플리케이션(570)을 포함한다.As shown in FIG. 5, a layer of synchronous Ethernet according to an embodiment of the present invention may include, for example, a time synchronization
시간 동기 정보 제공부(510)는 네트워크 상위 계층에서 동작하면서 기준 시간 정보를 제공하는 역할을 한다.The time synchronization
상기 기준 시간 정보는 시간 동기를 맞추기 위한 정보로써, 예를 들어, 원자 시간 정보, GPS(Global Positioning System) 정보, 지상국 정보, NTP(Network Time Protocol) 정보 등을 포함할 수 있으며, 상기 지상국이란 지상 무선 통신을 하는 무선국을 의미한다. The reference time information is information for time synchronization, and may include, for example, atomic time information, Global Positioning System (GPS) information, ground station information, NTP (Network Time Protocol) information, and the like. Means a radio station for wireless communication.
전송 계층(520)은 데이터 전송 서비스를 제공하는 계층을 말하며, 네트워크 계층(530)은 다른 장소에 위치한 두 시스템 간에 연결성과 경로 선택을 제공하는 역할을 한다. The transport layer 520 refers to a layer providing data transmission service, and the
시간 동기 계층(540)은 각각의 단말 장치(410)와 브리지 장치(420)의 우선 순위 정보 및 시간 동기 정보를 기록하고, 상기 정보를 데이터 링크 계층(550)과 물리 계층(560)을 통하여 이웃 장치로 전달하는 역할을 한다.The
상기 우선 순위 정보란 그랜드 마스터를 결정하기 위한 우선 순위에 대한 정보를 말한다.The priority information refers to information on priority for determining the grand master.
또한, 시간 동기 정보는, 예를 들어, 전송 계층(520) 및 네트워크 계층(530)에서 아무런 영향을 받지 않고 시간 동기 계층(540)까지 전달될 수 있다.In addition, the time synchronization information may be transmitted to the
다시 말해 시간 동기 정보 제공부(510)가 제공하는 기준 시간 정보는 직접적으로 시간 동기 계층(540)으로 전달될 수 있다.In other words, the reference time information provided by the time synchronization
한편, 시간 동기 계층(540)은, 예를 들어, 그랜드 마스터 결정 처리부(541), 시간 차이 계산부(542) 및 전송 지연 시간 측정부(543)를 포함한다.On the other hand, the
그랜드 마스터 결정 처리부(541)는 이웃한 장치로부터 전달받은 타임 싱크 프레임에서 우선 순위 정보를 판단한 후, 그랜드 마스터로 동작할 것인지 슬레이브로 동작할 것인지를 결정하며, 또한 여러 포트들 중에서 마스터 포트와 슬레이브 포트로의 동작 여부를 결정하는 역할을 수행한다.The grand master decision processing unit 541 determines priority information in a time sync frame received from a neighboring device, and then determines whether to operate as a grand master or a slave, and among the various ports, a master port and a slave port. It determines the operation of the furnace.
시간 차이 계산부(542)는 동일한 타임 싱크 프레임을 이용하여 이웃한 장치와 자신의 기준 시간 차이를 계산하는 역할을 한다. The
또한, 전송 지연 시간 측정부(543)는 각 포트마다 인가되는 전송 지연 시간을 측정한다. 이때 중간 브리지의 기능을 수행할 경우, 전송 지연 시간 측정부(543)는 각 포트별 매체의 전송 지연 시간을 측정하여 각각 다르게 기준 시간을 결정한다. In addition, the transmission delay
데이터 링크 계층(550)은 다양한 형태의 네트워크 서비스를 제공하는 계층을 말하며, 물리 계층(560)은 전송 매체의 데이터 전송에 관한 전기적인 신호(Signal) 규격을 정하고, 데이터를 전송하는 계층을 말한다.The
실시간성 애플리케이션(570)은 시간 동기 계층(540)으로부터 직접 조정된 시간 정보를 수신하여 장치의 시간을 동기화시키는 역할을 수행한다.The
다시 말해, 실시간성 애플리케이션(570)은 시간 동기 계층(540)으로부터 네 트워크 계층(530) 및 전송 계층(520)을 거치지 않고 직접적으로 조정된 시간 정보를 수신할 수 있다.In other words, the real-
시간을 동기화 하는데 있어서, 예를 들어, 장치가 브리지 장치(420)인 경우에는 시간 동기 계층(540)에서 각 포트 별로 매체의 전송 지연 시간을 측정하여 각각 다르게 기준 시간을 결정할 수 있다. 또한, 브리지 장치(420)는 포트 별로 다르게 측정된 기준 시간을 가지고 해당 포트에 물려 있는 이웃 장치에게 시간 동기 정보를 전달할 수 있다. In synchronizing the time, for example, when the device is the
전송 지연 시간이란 한 장치에서 이웃한 장치로 단일 타임 싱크 프레임이 전달될 때 지연된 시간을 말하며, 전송 지연 시간을 측정하는 방법은 후술하기로 한다.The transmission delay time refers to a delayed time when a single time sync frame is transmitted from one device to a neighboring device, and a method of measuring the transmission delay time will be described later.
이하, 도 6 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 타임 싱크 프레임의 구조에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a structure of a single time sync frame according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 타임 싱크 프레임의 구조도이다.6 is a structural diagram of a single time sync frame according to an embodiment of the present invention.
도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 타임 싱크 프레임은, 예를 들어, 이더넷 프레임의 페이로드에 적재되는 프레임으로 이더넷 프레임 페이로드의 최소 크기인 48 바이트로 이루어질 수 있다.As illustrated in FIG. 6, a single time sync frame according to an embodiment of the present invention may be, for example, a frame loaded in a payload of an Ethernet frame, and may include 48 bytes, which is a minimum size of an Ethernet frame payload. .
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 타임 싱크 프레임은, 예를 들어, 프로토콜 타입 필드(601), 타임 싱크 타입 필드(602), 버전 필드(603), 프레임 카운트 필드(604), 예약 필드(605), 우선 순위 필드(606), 시간 구별자 필드(607), 홉 카운트 필드(608), 포트 구별자 필드(609), 전송 주기 필드(610), 그랜드 시간 필 드(611), 요구측 송신 지연 시간 필드(612), 응답측 수신 지연 시간 필드(613) 및 응답측 송신 지연 시간 필드(614)를 포함 한다.A single time sync frame according to an embodiment of the present invention may include, for example, a
프로토콜 타입 필드(601), 타임 싱크 타입 필드(602), 버전 필드(603), 프레임 카운트 필드(604) 및 예약 필드(605)는 타임 싱크 프레임의 분류를 위한 부분(620)이다.The
프로토콜 타입 필드(601)는 동기식 이더넷에서 사용되는 프레임으로 다른 이더넷 프레임과 구분할 수 있게 하며, 예를 들어, 0x88F7 등일 수 있다.The
타임 싱크 타입 필드(602)는 동기식 이더넷에서 사용되는 프레임 중에 단일 타임 싱크 프레임을 구분하기 위한 필드이며, 예를 들어, 0x10, 0x11 등일 수 있다.The time
예를 들어, 타임 싱크 타입 필드가 0x10일 때에는 그랜드 마스터 및 시간 동기를 위한 기준 시각에 대한 정보를 제공하는데 이용되고, 0x11일 경우에는 전송 지연 시간을 측정하는데 이용될 수 있다.For example, when the time sync type field is 0x10, it may be used to provide information about a reference time for grand master and time synchronization, and when it is 0x11, it may be used to measure a transmission delay time.
버전 필드(603)는 단일 타임 싱크 프레임의 버전에 대한 정보를 나타내는 필드를 말하며, 예를 들어, 0x01 등의 값을 가질 수 있다.The
프레임 카운트 필드(604)는 타임 싱크 프레임을 구분하는 고유의 값으로 사용되며, 예를 들어, 각 장치마다 단일 타임 싱크 프레임이 발생하여 전달될 때마다 1씩 증가하며 1~256의 값을 가질 수 있다. The
예약 필드(605)는 단일 타임 싱크 프레임의 변경을 고려하여 변경 사항을 기록하기 위한 필드이다.The
한편, 우선 순위 필드(606), 시간 구별자 필드(607), 홉 카운트 필드(608) 및 포트 구별자 필드(609)는 그랜드 마스터를 결정하기 위한 부분(630)이다.Meanwhile, the
우선 순위 필드(606)는 그랜드 마스터를 결정하기 위한 우선 순위가 기록되는 필드이다. 네트워크 관리자는, 예를 들어, 특정 장치의 우선 순위를 높게 설정하여 특정 장치가 그랜드 마스터가 될 수 있도록 할 수 있다.The
시간 구별자 필드(607)는 각 장치마다 고유하게 결정되는 값이 기록되며, 각 장치의 MAC 주소값과 같다. 다시 말해, MAC 주소는 고유하게 구분될 수 있으므로, 각 장치는 이를 통해 서로 구분될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, oui(Organizational Unique Identifier)필드 뒤의 FFFE 은 IPv4(Internet Protocol Version 4)에 해당하는 MAC 주소임을 나타낸다.In the
홉 카운트 필드(608)는 그랜드 마스터로부터 최단 거리의 경로를 결정할 수 있게 하는데 이용된다. 브리지 장치(420)에서 여러 포트에 따른 여러 경로가 존재할 경우 홉 카운트가 가장 짧은 경로로 전달된 시간 동기 정보를 이용할 수 있다. 홉 카운트 필드(608)의 값은, 예를 들어, 0~255의 값을 가질 수 있다.The
포트 구별자 필드(609)는 브리지 장치(420) 내에 여러 포트가 존재할 경우 이를 구분하기 위해 이용된다. 브리지 장치(420)는, 예를 들어, 여러 포트를 포함할 수 있으며, 이웃한 장치로 단일 타임 싱크 프레임을 전달해 주는 마스터 포트와 단일 타임 싱크 프레임을 수신하여 시간을 동기화하는 데 이용하는 슬레이브 포트로 나뉠 수 있다. 또한 포트 구별자 필드(609)의 값은, 예를 들어, 1~256의 값을 가질 수 있다.The
전송 주기 필드(610)는 단일 타임 싱크 프레임이 전송되는 주기값이 기록되며, 동기식 이더넷의 망 상태에 따라 다르게 설정될 수 있다. 전송 주기가 짧을수록 더욱 정확한 동기를 보여줄 수 있지만, 많은 컨트롤 프레임의 발생으로 인해 네트워크의 혼잡도가 증가하고 장치에서의 계산이 복잡해 지는 단점이 있다. 따라서, 동기식 이더넷의 범위와 경로의 길이 등을 고려하여 적당한 전송 주기를 선택하여야 한다. 전송 주기 필드(610)의 값은, 예를 들어, 시간 동기를 위해서는 10ms으로 정하고, 전송 지연 시간 측정을 위해서는 100ms으로 정할 수 있다.In the
한편, 그랜드 시간 필드(611), 요구측 송신 지연 시간 필드(612), 응답측 수신 지연 시간 필드(613) 및 응답측 송신 지연 시간 필드(614)는 시간 동기를 맞추고, 전송 지연 시간을 측정하기 위한 부분(640)이다.On the other hand, the grand time field 611, the request-side transmission delay time field 612, the response-side reception
그랜드 시간 필드(611)는 그랜드 마스터로 결정된 장치에서 자신의 로컬 시간을 기록한 시간값이 기록되며, 그랜드 시간에 맞추어 다른 장치들은 자신의 시간을 동기 시킬 수 있다.The grand time field 611 records a time value of recording a local time of the device determined as the grand master, and other devices may synchronize their time according to the grand time.
요구측 송신 지연 시간 필드(612)는 각 장치 간의 마스터 포트와 슬레이브 포트 사이에서 전송 지연 시간을 계산함에 있어서, 요구측 슬레이브 포트가 이웃하여 연결된 응답측 마스터 포트 쪽으로 단일 타임 싱크 프레임을 전송한 시간이 기록된다. The request-side transmission delay time field 612 shows the time when the request-side slave port transmits a single time sync frame toward the neighboring responding master port in calculating the transmission delay time between the master port and the slave port between the devices. Is recorded.
응답측 수신 지연 시간 필드(613)는 응답측 마스터 포트가 요구측 슬레이브 포트에서 전송한 단일 타임 싱크 프레임을 수신한 시간이 기록된다.The response side
응답측 송신 지연 시간 필드(614)는 응답측 마스터 포트에서 요구측 슬레이 브 포트로 단일 타임 싱크 프레임을 전달한 시간이 기록된다.The response side transmission
이하, 도 7 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 이더넷에서 단일 타임 싱크 프레임을 이용하여 시간 동기화를 하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of synchronizing time using a single time sync frame in synchronous Ethernet according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 이더넷에서 단일 타임 싱크 프레임을 이용하여 시간 동기화를 하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of time synchronization using a single time sync frame in synchronous Ethernet according to an embodiment of the present invention.
먼저 최초 동기식 이더넷망이 성립될 때 단일 타임 싱크 프레임을 이용하여 각 장치 중에서 그랜드 마스터로 동작할 장치를 결정하고, 또한 여러 포트 중에서 그랜드 포트로 동작할 포트를 결정한다(S700).First, when the first synchronous Ethernet network is established, a single time sync frame is used to determine a device to operate as a grand master among the devices, and also a port to operate as a grand port among several ports (S700).
상기에서 그랜드 마스터 및 그랜드 포트를 결정하는 방법에 대하여는 후술하기로 한다.The method of determining the grand master and the grand port will be described later.
이 후, 이웃한 장치들은 단일 타임 싱크 프레임을 서로 송수신하며(S702), 송수신과정에서 측정된 시간값을 이용하여 전송 지연 시간을 계산한다(S704).Thereafter, neighboring devices transmit and receive a single time sync frame to each other (S702), and calculate a transmission delay time using the time value measured in the transmission and reception process (S704).
이 후, 그랜드 마스터로부터 전달된 그랜드 시간, 장치 자신의 고유 시간 및 상기 과정에서 결정된 전송 지연 시간값을 이용하여 시간 동기를 이룬다(S706)Thereafter, time synchronization is achieved using the grand time transmitted from the grand master, the device's own time, and the transmission delay time value determined in the above process (S706).
상기에서 전송 지연 시간을 계산하고, 시간 동기를 하는 방법에 대하여는 후술하기로 한다.The method of calculating the transmission delay time and synchronizing the time will be described later.
이하에서는 도 8 을 참조하여, 본 발명의 일 실시예 따른 그랜드 마스터의 결정 방법에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of determining a grand master according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 그랜드 마스터의 결정 방법을 도시한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of determining a grand master according to an embodiment of the present invention.
도 8 에 도시된 바와 같이, 그랜드 마스터를 결정하기 위하여 최초 동기식 이더넷이 시작될 때 동기식 이더넷 내의 모든 단말 장치(410) 및 브리지 장치(420)는 단일 타임 싱크 프레임을 전송한다(S800).As shown in FIG. 8, when the first synchronous Ethernet is started to determine the grand master, all the
이 후, 각 장치는 이웃한 장치와 단일 타임 싱크 프레임을 송수신하면서 단일 타임 싱크 프레임의 우선 순위와 시간 구별자를 비교하여, 그랜드 마스터 결정 조건을 만족하는 지 여부를 판단한다(S802).Thereafter, each device compares the priority and time discriminator of the single time sync frame while transmitting and receiving a single time sync frame with a neighboring device, and determines whether the grand master determination condition is satisfied (S802).
상기의 그랜드 마스터 결정 조건이란, 수신측 우선 순위가 송신측 우선 순위보다 높고, 수신측 시간 구별자가 송신측 시간 구별자 보다 낮은 경우 수신측이 그랜드 마스터가 될 수 있는 것을 말한다.The above grand master determination condition means that the receiving side can be the grand master when the receiving side priority is higher than the transmitting side priority and the receiving time separator is lower than the transmitting time separator.
상기 판단 결과(S802), 수신측 우선 순위가 높고, 수신측 시간 구별자가 낮은 경우에는 수신측 장치는 그랜드 마스터로 동작하며(S804), 상기 판단 결과(S802) 수신측 우선 순위가 낮고, 수신측 시간 구별자가 높은 경우에는 수신측 장치는 슬레이브로 동작한다(S806).If the determination result (S802), the receiving side priority is high, and the receiving time discriminator is low, the receiving device is operated as a grand master (S804), the determination result (S802) receiving priority is low, the receiving side If the time discriminator is high, the receiving device operates as a slave (S806).
수신측 장치가 그랜드 마스터로 동작할 경우(S804), 이 후에 새로운 장치가 추가되었는 지 여부를 판단한다(S808).If the receiving device operates as a grand master (S804), it is determined whether a new device has been added afterwards (S808).
상기 판단 결과(S808) 새로운 장치가 추가되지 않은 경우에는 상기의 수신측 장치는 계속하여 그랜드 마스터로 동작하며(S804), 상기 판단 결과(S808) 새로운 장치가 추가된 경우에는 단계 S802 를 반복하여 다시 그랜드 마스터를 결정한다(S802).If no new device is added as a result of the determination (S808), the receiving device continues to operate as a grand master (S804), and if a new device is added (S808), the step S802 is repeated again. The grand master is determined (S802).
한편, 수신측 장치가 슬레이브로 동작할 경우(S806), 이 후에 단일 타임 싱크 프레임이 3회 이상 수신 되지 않았는 지 여부를 판단한다(S810).On the other hand, when the receiving side device operates as a slave (S806), it is determined whether a single time sync frame has not been received more than three times (S810).
상기 판단 결과(S810), 단일 타임 싱크 프레임이 3회 이상 수신되지 않는 경우에는 모든 장치는 다시 단일 타임 싱크 프레임을 전송하여(S800), 다시 그랜드 마스터를 결정하며, 상기 판단 결과(S810), 단일 타임 싱크 프레임이 3회 미만으로 수신되지 않은 경우에는 새로운 장치가 추가 되었는 지 여부를 판단한다(S812).As a result of the determination (S810), if a single time sync frame is not received three or more times, all devices transmit a single time sync frame again (S800), and again determine the grand master, and the determination result (S810), single If the time sync frame is not received less than three times, it is determined whether a new device has been added (S812).
상기 판단 결과(S812), 새로운 장치가 추가되지 않은 경우에는 상기의 수신측 장치는 계속하여 슬레이브로 동작하며(S806), 상기 판단 결과(S812) 새로운 장치가 추가된 경우에는 단계 S802 를 반복하여 다시 그랜드 마스터를 결정한다(S802).As a result of the determination (S812), when no new device is added, the receiving device continues to operate as a slave (S806). When the determination result (S812) is added a new device, the process is repeated again and again. The grand master is determined (S802).
이 하에서는 도 9 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따라, 브리지 장치에서 마스터 포트를 결정하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of determining a master port in a bridge device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지 장치 내의 마스터 포트 결정 방법을 도시한 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a method of determining a master port in a bridge device according to an embodiment of the present invention.
도 9 에 도시된 바와 같이, 브리지 장치내의 포트가 가장 낮은 홉 카운트를 전송 받은 포트인 지 여부를 판단한다(S900).As shown in FIG. 9, it is determined whether a port in the bridge device is a port that has received the lowest hop count (S900).
상기 판단 결과(S900), 상기 포트가 가장 낮은 포트를 전송 받은 포트인 경우에는 마스터 포트로 동작을 하며(S902), 상기 포트가 가장 낮은 포트를 전송 받은 포트가 아닌 경우에는 슬레이브 포트로 동작한다(S904).As a result of the determination (S900), when the port is the port that receives the lowest port, the operation is a master port (S902), and when the port is not the port that receives the lowest port, it operates as a slave port ( S904).
도 9에 도시된 실시예는 중간 브릿지 장치에서 그랜드 마스터를 결정할 때 도 8에 도시된 실시예와 함께 수행될 수 있다.The embodiment shown in FIG. 9 may be performed together with the embodiment shown in FIG. 8 when determining the grand master in the intermediate bridge device.
이하에서는 도 10 을 참조하여, 그랜드 마스터로 결정된 장치로부터 단일 타임 싱크 프레임을 전송 받아 시간을 동기화 시키기 위하여 단일 타임 싱크 프레임을 송수신하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of transmitting and receiving a single time sync frame in order to synchronize time by receiving a single time sync frame from a device determined as a grand master will be described with reference to FIG. 10.
도 10 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 지연 시간 측정 및 시간 동기를 위한 단일 타임 싱크 프레임의 송수신 방법을 도시한 도면이다.FIG. 10 illustrates a method of transmitting and receiving a single time sync frame for transmission delay time measurement and time synchronization according to an embodiment of the present invention.
도 10 에 도시된 바와 같이, 최초에 동기식 이더넷이 시작될 때 모든 단말 장치(410) 및 브리지 장치(420)는 시간 동기 계층(540)에서 단일 싱크 프레임을 이웃한 장치로 전송한다. 단일 싱크 프레임을 전송을 할 경우에 있어서, 예를 들어, 그랜드 마스터로 결정된 장치는 10ms 주기 단위로 단일 타임 싱크 프레임을 전송하고(S1002), 슬레이브 장치로 결정된 장치는 100ms 주기 단위로 단일 타임 싱크 프레임을 전송할 수 있다(S1004). 따라서 슬레이브 장치는 10ms 주기로 그랜드 마스터의 기준 시간을 적용할 수 있으며, 100ms 주기로 전송 지연 시간을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 10, when synchronous Ethernet is first started, all
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 각 장치의 마스터 포트와 슬레이브 포트에서 송수신하는 단일 타임 싱크 프레임을 이용하여, 전송 지연 시간을 계산하는 방법를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a method of calculating a transmission delay time using a single time sync frame transmitted and received at a master port and a slave port of each device according to an embodiment of the present invention.
도 11 에 도시된 바와 같이, 각 장치는 이웃한 장치와의 전송 지연 시간을 측정하기 위하여, 예를 들어, 단일 타임 싱크 프레임을 이웃한 장치로 송신한 다음, 다시 상기의 단일 타임 싱크 프레임을 수신할 수 있다. 또한, 각 장치는 전송 지연 시간을 측정하기 위해, 단일 타임 싱크 프레임의 필드 중 요구측 송신 지연 시간 필드(612), 응답측 수신 지연 시간 필드(613) 및 응답측 송신 지연 시간 필드(614)를 이용할 수 있다.As shown in Fig. 11, each device transmits a single time sync frame to a neighboring device, and then receives the single time sync frame again, for example, to measure a transmission delay time with the neighboring device. can do. In addition, each device may determine a request side transmission delay time field 612, a response side reception
요구측 송신 지연 시간(1104)이란 요구측 슬레이브 포트(1100)를 통하여 단일 타임 싱크 프레임을 전송한 시간을 말하며, 응답측 수신 지연 시간(1106)은 응답측 마스터 포트(1102)를 통하여 상기의 단일 타임 싱크 프레임을 수신한 시간을 말한다.The request-side transmission delay time 1104 refers to the time when a single time sync frame is transmitted through the request-
또한, 반환 시간(1112)이란 응답측 마스터 포트(1102)를 통하여 단일 타임 싱크 프레임을 수신한 이 후, 이를 처리한 다음 요구측으로 반환하기까지 경과한 시간을 말한다.In addition, the return time 1112 refers to a time elapsed after receiving a single time sync frame through the responding
또한, 응답측 송신 지연 시간(1108)은 상기의 반환 시간(1112)이 경과한 후 응답측 마스터 포트(1102)를 통하여 요구측으로 상기 단일 싱크 프레임을 전송한 시간을 말하며, 요구측 수신 지연 시간(1110)이란 응답측 마스터 포트(1102)로부터 전송된 단일 타임 싱크 프레임을 요구측 슬레이브 포트(1100)를 통하여 전달 받은 시간을 말한다.In addition, the response side transmission delay time 1108 refers to a time for transmitting the single sync frame to the requesting side through the response
또한, 왕복 시간(1114)이란, 요구측에서 상기의 단일 타임 싱크 프레임을 송신한 후 이를 다시 수신하기까지 소요된 시간을 말한다.In addition, the round trip time 1114 refers to the time taken by the requesting party to transmit the single time sync frame and then to receive it again.
다시 말해, 전송 지연 시간을 계산하기에 앞서 먼저 각 장치는 요구측 송신 지연 시간(1104)을 측정한 후, 요구측 슬레이브 포트(1100)를 통하여 응답측 마스터 포트로 단일 타임 싱크 프레임을 전송하며, 이웃한 장치는 상기 단일 타임 싱크 프레임을 응답측 마스터 포트(1102)를 통하여 수신하며, 응답측 수신 지연 시간(1106)을 측정한다.In other words, prior to calculating the transmission delay time, each device first measures the request transmission delay time 1104 and then transmits a single time sync frame to the response master port through the
이 후, 이웃한 장치는 응답측 마스터 포트(1102)를 통하여 상기의 단일 싱크 프레임을 다시 요구측 슬레이브 포트(1100)로 송신하며, 이 때 상기 프레임을 송신한 시간은 응답측 송신 지연 시간 필드(1108)에 기록된다.Thereafter, the neighboring device transmits the single sync frame back to the requesting
이 후, 요구측 슬레이브 포트(1100)는 상기의 단일 타임 싱크 프레임을 수신하며, 요구측 수신 지연 시간(1110)을 측정한다.Thereafter, the requesting
각 장치는 전송 지연 시간을 계산하기 위해 다음 수학식 2를 이용한다.Each device uses the following equation (2) to calculate the transmission delay time.
반환 시간(1112) = 응답측 송신 지연 시간(1108) - 응답측 수신 지연 시간(1106)Return time 1112 = response side transmit delay time 1108-response side receive delay time 1106
전송 지연 시간 = (왕복 시간(1114) - 반환 시간(1112)) / 2Transmission delay time = (round trip time (1114)-return time (1112)) / 2
상기와 같이 구해진 전송 지연 시간을 그랜드 시간에 적용한 조정된 시간 정보를 네트워크 상위 계층으로 전달하여 실시간성 애플리케이션(570)에 적용시킨다. 이 때, 조정된 시간 정보는 다음 수학식 3을 이용하여 계산된다.The adjusted time information obtained by applying the transmission delay time obtained as described above to the grand time is transmitted to the network upper layer to be applied to the
그랜드 시간이란 그랜드 마스터의 기준 시간을 말하며, 각 장치의 고유의 시간이란 각 장치 별로 지니고 있는 고유한 시간을 말한다. 또한 전송 지연 시간이란 상기에서 각 포트 별로 계산한 전송 지연 시간을 말한다.The grand time refers to the reference time of the grand master, and the unique time of each device refers to the unique time of each device. In addition, the transmission delay time refers to the transmission delay time calculated for each port.
상기와 같은 절차 및 계산 방법은 이웃한 슬레이브 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있으며, 따라서 그랜드 마스터가 제공하는 동기 시간 정보를 이용하고 이웃한 장치간의 포트별 전송 지연 시간을 적용하여 동기식 이더넷의 모든 장치들은 조정된 시간 정보를 바탕으로 시간 동기를 이룰 수가 있다.The above procedure and calculation method can be similarly applied to neighboring slave devices. Therefore, all devices of synchronous Ethernet are adjusted by using the synchronization time information provided by the grand master and applying the transmission delay time of each port between neighboring devices. Time synchronization can be achieved based on time information.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. One embodiment of the present invention can also be implemented in the form of a recording medium containing instructions executable by a computer, such as a program module executed by the computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer readable media may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transmission mechanism, and includes any information delivery media.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1 은 종래의 기술에 따른 SNTP의 동작을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining the operation of the SNTP according to the prior art.
도 2 는 종래의 기술에 따른 IEEE 1588 PTP의 동작 절차를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining the operation of the IEEE 1588 PTP according to the prior art.
도 3 은 종래의 기술에 따른 IEEE 802.1AVB의 시간 동기 절차를 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a time synchronization procedure of IEEE 802.1AVB according to the prior art.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 이더넷의 구성도.4 is a block diagram of a synchronous Ethernet according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명이 일 실시예에 따른 동기식 이더넷 계층별 블럭도.5 is a block diagram of a synchronous Ethernet layer according to an embodiment of the present invention.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 타임 싱크 프레임의 구조도.6 is a structural diagram of a single time sync frame according to an embodiment of the present invention;
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화를 하는 방법을 설명하기 위한 흐름도.7 is a flowchart illustrating a method for time synchronization according to an embodiment of the present invention.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 그랜드 마스터의 결정 방법을 도시한 흐름도.8 is a flowchart illustrating a method of determining a grand master according to an embodiment of the present invention.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지 장치 내의 마스터 포트 결정 방법을 도시한 흐름도.9 is a flowchart illustrating a method for determining a master port in a bridge device according to an embodiment of the present invention.
도 10 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 지연 시간 측정 및 시간 동기를 위한 단일 타임 싱크 프레임의 송수신 방법을 도시한 도면.10 illustrates a method of transmitting and receiving a single time sync frame for transmission delay time measurement and time synchronization according to an embodiment of the present invention.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 지연 시간을 계산하는 방법을 도시한 도면.11 illustrates a method of calculating a transmission delay time according to an embodiment of the present invention.
Claims (11)
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