KR100366223B1 - Ｉｅｅｅ 802.4 표준의 매체 접근 제어 방식과 ｉｅｅｅ 802.3 표준의 물리계층 규격을 결합해 주는 물리 계층 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물리 계층 서비스 변환기로서

스테이션 관리모드와 매체 접근 제어모드를 제어하는 스테이션 관리 제어기(31); 수신 클럭을 생성하기 위해 클럭 입력원으로부터 수신 클럭을 선택하고, 수신 데이터의 위상을 제어하며 송신 클럭을 생성하는 클럭제어기(32); 매체 접근 제어 부계층의 요구 신호를 부호화하여 송신기를 위한 물리 계층 신호를 생성하는 매체 접근 제어 모드 송신기(33); 물리 계층 신호를 복호화하여 매체 접근 제어 부계층의 신호를 생성하는 매체 접근 제어 모드 수신기(34); 매체 접근 제어 모드 수신기가 수신기 공백 기능을 수행하도록 하는 수신기 공백 신호 생성기(35); 및 모드에 따라 관리모드 지시 신호와 매체 접근 제어 지시 입력을 선택하는 지시 신호 다중화기(36)를 포함한다.

상기 구성에 의하면 본 발명은 분산제어시스템의 제어용 통신망의 구성을 위하여, IEEE 802.4 토큰 전달 버스 접근 방식과 IEEE 802.3 통신 방식의 물리 계층을 효율적으로 결합시킬 수 있다.

Description

ＩＥＥＥ 802.4 표준의 매체 접근 제어 방식과 ＩＥＥＥ 802.3 표준의 물리계층 규격을 결합해 주는 물리 계층 변환기{Device for Physical Layer Transistion between IEEE802.3 MAC Sublayer and IEEE802.4 Physical Layer}

본 발명은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineering) 802.4 표준의 매체 접근 제어 방식과 IEEE 802.3 표준의 물리계층 규격을 결합해 주는 물리 계층 서비스 변환기에 관한 것이다.

분산제어 시스템은 공장, 발전소 등의 산업 현장에서 많이 사용되는 중요한 설비이다. 분산 제어 시스템을 구성하는 요소인 제어 통신망은 그 중요도가 매우 크다.

알려진 바와 같이, 분산제어시스템에서 분산된 제어기들은 통신망을 통하여 연결된다. 이렇게 분산된 제어기들을 연결하는 통신망을 제어용 통신망이라고 부른다. 제어용 통신망은 데이터의 전송에 있어 실시간 성능과 고신뢰성을 제공해야 한다. 또한 긴급한 메시지들은 미리 지정된 제한 시간 내에 전송되어야 하며, 통신망에 대한 비용도 동시에 고려하여야 한다. IEEE 802.4 토큰 전달 버스 접근 방식은 실시간 성능과 결정적 데이터 전송 성능을 얻을 수 있어 분산제어시스템을 위한 제어용 통신망에 널리 사용된다. 그러나, 그 구현과 유지에 많은 비용을 필요로 한다. IEEE 802.3 통신 방식은 널리 사용되고 있어 통신망에 대한 비용이 저렴하나, 매체 접근 제어 방식이 실시간 응용에 적합하지 않다.

국내 분산 제어 시스템의 여건은 자체적인 제어 통신망의 설계 기술을 제대로 확보하지 못하는 실정이다. 분산 제어 시스템의 제어 통신망으로 많이 사용되는표준으로 IEEE 802.4 토큰 전달 버스 통신 규약과 IEEE 802.3 충돌 검출을 이용한 반송자 감지 다중 접근 통신 규약이 있다. 이들 중 IEEE 802.4 토큰 전달 버스 접근 방식은 실시간 성능과 결정적 데이터 전송 성능을 얻을 수 있으나 구현과 유지에 많은 비용이 소모된다. IEEE 802.3 통신 규약은 널리 사용되고 있어 통신망에 대한 비용이 저렴하나, 매체 접근 제어 방식이 실시간 응용에 적합하지 않다.

본 발명은 실시간 성능을 만족하고 통신망 비용이 저렴한 산업용 통신망을 구현함을 목적으로 한다.

본 발명은 실시간 성능을 만족하고 통신망 비용이 저렴한 산업용 통신망을 구현하기 위하여 실시간 성능과 결정적 동작을 제공하는 IEEE 802.4 표준 규격의 토큰 전달 버스형의 매체 접근 제어 방식과 통신망 구축 및 유지비용이 저렴한 IEEE 802.3 표준 규격의 물리 매체 규약을 결합함으로써 두 가지 표준의 장점만을 결합시킴을 기술적 과제로 삼는다.

본 발명은 서로 다른 두 통신 방식을 결합하기 위해, IEEE 802.4 토큰 전달 버스 통신 규약의 매체 접근 제어 부계층과 IEEE 802.3 충돌 검출을 이용한 반송자 감지 다중 접근 통신 규약의 물리 계층 사이에 물리 계층 서비스 변환기(physical layer service translator, PST)를 개재하여 물리계층을 결합하도록 함을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 통신망의 구성도

도 2는 본 발명의 연속된 두 IEEE 802.3 물리 계층 신호의 결합도

도 3은 본 발명의 두 통신 방식의 결합을 위해 사용되는 고유한 부호화 (encoding) 방식 1 설명도

도 4는 본 발명의 두 통신 방식의 결합을 위해 사용되는 고유한 부호화 (encoding) 방식 2 설명도

도 5는 본 발명의 두 통신 방식의 결합을 위해 사용되는 고유한 복호화 (decoding) 방식 1 설명도

도 6은 본 발명의 두 통신 방식의 결합을 위해 사용되는 고유한 복호화 (decoding) 방식 2 설명도

도 7은 본 발명의 물리 계층 서비스 변환기를 구현하기 위한 회로 구성도

도 8은 본 발명의 물리 계층 서비스 변환기의 입출력 신호 이름 설명도

도 9는 본 발명의 통신망을 사용한 제어 통신망의 실시예

< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 >

10 : IEEE 802.4 매체접근 제어 부계층 20 : IEEE 802.3 물리계층

30 : 물리계층 서비스 변환기 31 : 스테이션 관리기

32 : 클록 제어기 33 : 매체접근 제어 모드 송신기

34 : 매체접근 제어 모드 수신기 35 : 수신기 공백신호 발생기

36 : 지시신호 다중화기

본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, IEEE 802.4 토큰 전달 버스 통신 규약의 매체 접근 제어 부계층(10)과 IEEE 802.3 충돌 검출을 이용한 반송자 감지 다중 접근 통신 규약의 물리 계층(20) 사이에 물리 계층 서비스 변환기(30)를 개재하여 물리계층을 결합하고, 상기 두 통신 방식의 결합을 위하여, 각각의 지속시간이 100ns이고 그 주파수가 10MHz인 연속된 IEEE 802.3 물리 계층(20)의 부호는 도 2의 (가)와 같이 결합하여 각각의 지속시간이 200ns이고 그 주파수가 5MHz인 하나의 IEEE 802.4 매체 접근 제어 부계층(10) 부호를 구성한다.

상기 물리 계층 서비스 변환기(30)는 두 통신 방식의 결합을 위해 도 3과 같이 고유한 부호화(encoding) 방식 1, 도 4와 같은 부호화 방식 2 및 도 5와 같은 복호화(decoding) 방식 1, 도 6과 같은 복호화 방식 2을 구현한다.

상기의 부호화 방식 1은 복호화 방식 1과 함께 사용하고, 부호화 방식 2는 복호화 방식 2와 함께 사용한다.

그리고, 물리 계층 서비스 변환기(30)를 구현하기 위해 도 7과 같이, 스테이션 관리기(SMANAGER : 매체 제어기와의 접속기능을 제공하는 모듈)(31)와, 클록 제어기(CLKCTRL : 시간동기를 조절하고 속도차이를 조절하는 모듈)(32)와, 매체 접근 제어 모드 송신기(MACTX : 고유한 부호화 방식을 사용하여 전송신호를 생성하는 모듈)(33)와, 매체 접근 제어 모드 수신기(MACRX : 고유한 복호화 방식을 사용하여 수신신호를 해석하는 모듈)(34)와, 수신기 공백 신호 발생기(RBLK : 매 전송완료후의 처리를 담당하는 모듈)(35)와, 지시 신호 다중화기(INMUX : 통신상태에 따른 수신 데이터의 선택을 조절하는 모듈)(36)로 구성하고, 상기 물리계층 서비스 변환기 (30)는 도 8과 같은 입출력신호를 가지며, 도 8의 설명도에서 PST는 물리계층 서비스 변환기이고, MAC는 IEEE 802.4매체 접근 제어 부계층, PHY는 IEEE 802.3 물리계층부분이다.

이와같이, 본 발명의 물리 계층 서비스 변환기(30)는 직접 연결할 수 없는 두 통신 방식인 IEEE 802.4 토큰 전달 버스 통신 규약의 매체 접근 제어 부계층 (10)과 IEEE 802.3 표준 규격의 물리 계층(20)을 연결시키고, 연속적인 두 개의 IEEE 802.3 물리 계층(20)의 부호를 결합하여 하나의 IEEE 802.4 매체 접근 제어 부계층(10) 부호를 구성한다. 이 때, 연속적인 두 개의 IEEE 802.3 물리 계층(20)의 부호의 순서가 바뀌면 잘못된 IEEE 802.4 매체 접근 제어 부계층(10) 부호가 생성되므로(도 2 (나) 참조), 물리 계층 서비스 변환기(30)는 연속적인 두 개의 IEEE 802.3 물리 계층(20)의 부호의 올바른 순서를 찾을 수 있어야 한다. 이를 위해 물리 계층 서비스 변환기(30)는 부호화 방식 및 복호화 방식을 사용하여 두 통신 방식의 부호를 순서에 맞게 결합한다. 적합한 부호화 방식 및 복호화 방식으로는 부호화 방식 1, 부호화 방식 2 및 복호화 방식 1, 복호화 방식 2을 사용한다. 부호화 방식 1은 복호화 방식 1과 함께 사용되고, 부호화 방식 2는 복호화 방식 2와 함께 사용된다. 이와같은 부호화 방식 1과 부호화 방식 2는 IEEE 802.4 토큰 전달 버스 통신 규약의 매체 접근 제어 부계층(10)의 부호 silence, pad_idle, zero, one, non_data를 IEEE 802.3 표준 규격의 물리 계층(20)에서 사용하는 부호인 IDL (idle), CD1(clocked data one), CD0(clocked data zero)으로 변환하는 규칙이다.또한, 복호화 방식 1과 복호화 방식 2는 IEEE 802.3 표준 규격의 물리 계층(20) 부호인 IDL, CD1, CD0 및 CARRIER_STATUS, SIGNAL_STATUS를 IEEE 802.4 토큰 전달 버스 통신 규약의 매체 접근 제어 부계층(10)의 부호인 zero, one, bad_signal, non_data, silence로 변환하는 규칙이다. 이 때, 도 5와 도 6에서 X는 신호와 무관함(don't care)을 표시한다. 그리고 out of sequence는 물리 계층(20) 부호쌍의 순서가 맞지 않는 경우를 표시한다.

이와 같이, 본 발명의 물리 계층 서비스 변환기는 두 통신 방식을 연결하기 위해 도 7과 같은 구성과 부호화방식 및 복호화 방식을 사용하여 두 통신방식의 부호를 순서에 맞게 결합하게 되는데, 스테이션 관리 제어기(31)는 하드웨어 초기화 신호(sys_reset), 매체 접근 제어 부계층의 모드 제어 출력 신호(MAC_sm_out)와 전송 부호 출력 신호(MAC_data_out)를 입력받아, 통신망의 모드인 스테이션 관리 모드와 매체 접근 제어 모드를 결정하여 매체 접근 제어 부계층에는 모드 제어 입력 신호(MAX_sm_in)를, 물리 계층에는 모드 제어 출력 신호(PHY_sm_out)를, 매체 접근 제어 모드 송신기(33) 모듈에는 송신 가능 신호(tx_enabled)를, 지시 신호 다중화기(36)에는 모드 제어 신호(mode_control)와 매체 접근 제어 부계층에 입력될 스테이션 관리 모드 지시 신호(sm_in)를, 수신 및 송신 클록 제어기(32)에는 모드 제어 신호(mode_control)를, 물리 계층 서비스 변환기(30)의 내부 각 모듈에는 물리 계층 초기화 신호(phy_reset)를 각각 수신 및 송신 클록 제어기(32)로부터 입력받은 송신 클록(TXCLK)에 동기화하여 출력하여 제어한다. 수신 및 송신 클록 제어기(32)는 수신 클록(RXCLK)을 생성하기 위해 스테이션 관리 제어기(31)로부터의 물리 계층 초기화 신호(phy_reset) 및 모드 제어 신호(mode_control)의 제어에 따라 물리 계층으로부터의 전송 클록(TXC) 및 수신 클록(RXC)과 같은 클록 입력원으로부터 수신 클록을 선택하여 매체 접근 제어 부계층으로 수신 클록(RXCLK)을 출력하고, 수신 데이터(매체 접근 제어 모드 수신기(34)의 매체 접근 제어 모드 지시 신호(data_in))의 위상(phase)을 제어하기 위해 매체 접근 제어 모드 수신기(34)에 수신 데이터 클록(RXDATACLK)를 출력하며, 송신 클록(TXCLK)을 생성하여 매체 접근 제어 부계층으로 출력한다. 매체 접근 제어 모드 송신기(33)는 스테이션 관리 제어기(31)로부터의 물리 계층 초기화 신호(phy_reset) 및 모드 제어 신호(mode_control)의 제어에 따라 수신 및 송신 클록 제어기(32)로부터 입력받은 전송 클록(TXCLK)에 동기화하여 매체 접근 제어 부계층(10)의 요구 신호(MAX_data_out)를 부호화하여 송신기를 위한 물리 계층(20) 신호(PHY_data_out)를 생성한다. 매체 접근 제어 모드 수신기(34)는 스테이션 관리 제어기(31)로부터의 물리 계층 초기화 신호(phy_reset)로 초기화되며, 물리 계층(20) 수신 클록(RXC)에 동기된 물리 계층(20) 신호(PHY_data_in) 및 수신기 공백 신호 생성기(35)로부터의 수신기 공백 신호(f_silence)를 수신 및 송신 클록 제어기(32)로부터 입력받은 반 클록 상 신호(RXDATACLK) 및 수신 클록(RXCLK)에 따라 복호화하여 매체 접근 제어 부계층(10)의 데이터 지시 신호(data_in)를 생성하고 지시 신호 다중화기(34)로 출력한다. 수신기 공백 신호 생성기(35)는 스테이션 관리 제어기(31)로부터의 물리 계층 초기화 신호(phy_reset)로 초기화되며, 매체 접근 제어 모드 수신기(34)가 수신기 공백 기능(receiver blanking logic)을 수행할 수 있도록, 수신 및 송신 클록 제어기(32)로부터 입력받은 수신 클록(RXCLK)에 동기된 매체 접근 제어 모드 수신기(34)의 지시 신호(data_in)에 따라 수신기 공백 신호(f_silence)를 생성하여 매체 접근 제어 모드 수신기(34)로 출력한다. 지시 신호 다중화기(36)는 스테이션 관리 제어기(31)로부터의 모드 제어 신호(mode_control)의 모드에 따라 관리 모드 지시 신호(sm_in)와 매체 접근 제어 지시 입력(data_in)을 선택하여 매체 접근 제어 부계층에 전송 부호 입력 신호(MAC_data_in)로 출력한다

< 실시예 >

본 발명은 분산 제어 시스템의 제어 통신망에 도 9와 같이 실시될 수 있다. 실시예에서, 발명한 통신망 구조인 IEEE 802.4 매체 접근 제어 부계층(10)과 물리 계층 서비스 변환기(30)와 IEEE 802.3 표준 규격 물리 계층(20)은 데이터 링크 계층(40)과 물리 계층을 구성하며, 응용 프로그램 접속부(API)(50)와 응용 계층(AL) (60)과 통신망 관리(NM)(70)과 함께 분산 제어 시스템의 제어 통신망을 구성한다.

본 발명은 널리 사용되는 IEEE 802.3 통신 방식의 물리 계층을 사용함으로써, IEEE 802.4 통신망을 사용할 때보다 통신망의 설치, 유지, 보수 비용을 절감할 수 있고, 매체 접근 제어 방식으로 IEEE 802.4 토큰 전달 버스 방식을 사용함으로써, 산업용 통신망에서 요구되는 실시간 성능과 결정적인 동작 및 우선 순위 (priority) 체계를 만족시킬 수 있는 기능성을 제공한다.

또한, 본 발명의 물리 계층 서비스 변환기를 포함하는 통신망 구조는 IEEE 802.4 토큰 전달 버스 접근 방식과 IEEE 802.3 통신 규약의 장점을 결합하여 효율적으로 제어 통신망을 구성할 수 있는 구조이다. 이러한 구조는 새로운 시도로서, 기존의 통신망에 대한 하드웨어나 소프트웨어와 같은 자원을 활용할 수 있다는 장점과 함께 통신망 시스템 설계에 있어 설계의 폭을 넓힐 수 있어, 분산 제어 시스템의 제어용 통신망 기술 확보에 많은 기여를 할 것으로 기대되고, 본 발명의 결과는 쉽게 산업 현장에 적용될 수 있다.

Claims (5)

1. IEEE 802.4 표준 규격의 토큰 전달 버스형의 매체 접근 제어방식과 IEEE 802.3 표준 규격의 물리 매체 규약을 결합하기 위한 장치에 있어서,

   스테이션 관리모드와 매체 접근 제어모드를 제어하는 스테이션 관리 제어기(31);

   수신 클럭을 생성하기 위해 클럭 입력원으로부터 수신 클럭을 선택하고, 수신 데이터의 위상을 제어하며 송신 클럭을 생성하는 클럭제어기(32);

   매체 접근 제어 부계층의 요구 신호를 부호화하여 송신기를 위한 물리 계층 신호를 생성하는 매체 접근 제어 모드 송신기(33);

   물리 계층 신호를 복호화하여 매체 접근 제어 부계층의 신호를 생성하는 매체 접근 제어 모드 수신기(34);

   매체 접근 제어 모드 수신기가 수신기 공백 기능을 수행하도록 하는 수신기 공백 신호 생성기(35); 및

   모드에 따라 관리모드 지시 신호와 매체 접근 제어 지시 입력을 선택하는 지시 신호 다중화기(36)를 포함함을 특징으로 하는 물리계층 서비스 변환기
2. 제 1항에 있어서,

   부호화 및 복호화는 각각의 지속시간이 100ns이고 그 주파수가 10MHz인 연속된 IEEE 802.3 물리 계층(20)의 부호와 각각의 지속시간이 200ns이고 그 주파수가 5MHz인 하나의 IEEE 802.4 매체 접근 제어 부계층(10) 부호 사이의 상호 변환과정을 포함하는 물리계층 서비스 변환기.
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