KR100407022B1 - 가변 다중경로를 갖는 멀티포인트 네트워크의 버스 동적할당 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티포인트 네트워크에서 한 채널 이상의 복수의 통신경로를 구비하여 기존 공통버스 방식의 문제점을 다음과 같이 개선한다.

1) 통신채널을 필요에 따라 동적으로 할당하여 확보하여 대치 수단을 강구함으로서 네트워크의 신뢰성을 향상시키고,

2) 복수의 통신 경로를 이용하여 멀티포인트 네트워크 상에서도 전이중(full duplex) 통신을 가능하게 하고,

3) 복수의 통신 경로를 통한 전송 bandwidth 향상하고,

4) 다수의 시스템이 동시성이 요구되는 경우 노드 간의 동시 통신 가능하도록 임의의 장치간 동시 통신이 가능한 재구성 가능한 통신 다중채널을 구현하여,

5) 공통버스의 신호충돌이 없는 이상적인 멀티 마스터 시스템의 구현이 목적이다.

각 노드는 1개이상의 변복조 및 버스 중재 장치와 통신 채널을 구비하여 최소 1회선으로 반이중 통신이 가능한 쌍방향 통신 수단으로, 통신경로를 적절하게 동적 가변하는 버스 할당과 중재 방법에 관한 것으로 주요 특징은:

1) 특정 선로 장애시 우회선로를 확보하여 통신 경로 장애에 대한 영향 최소화할 수 있어 네트워크의 신뢰성 향상시킬 수 있고,

2) 복수의 시스템간의 복수 경로 중 임의경로로 정보교환이 가능하게 하고,

3) 복수 통신경로를 이용하여 직·병렬전송 구분 없이 구성이 가능하여 전송능률을 올릴 수 있으며,

4) 각 노드의 전송속도가 다르더라도 통신이 가능하고,

5) 단일 직렬선로(최소 1회선)로 중재와 통신이 가능하여 회선비용을 최소화할 수 있으며,

6) 필요에 따라 선로를 확장하여 복수의 경로로 구성하여 병렬전송에도 적응력을 갖게 할 수 있고 소프트웨어 변경이 없이 확장 가능하고,

7) 노드의 출력정보와 버스 신호를 순차 비교하여 버스 경합 여부를 판정한 후 각 노드의 우선 순위를 결정함으로써, 종래의 기술에 비하여 시스템의 구성이 간단하고 버스 사용권 조정 시간이 단축될 뿐만 아니라 버스 사용권 조정 방법이 간단해지는 효과가 있다.

Description

가변 다중경로를 갖는 멀티포인트 네트워크의 버스 동적 할당 방법 및 시스템{Dynamic Bus Allocation Method and System for Multipoint Network using Variable Multipath}

멀티포인트 네트워크에서 공통버스 방식의 문제점을 개선 하고자 한 채널이상의 복수의 통신경로를 구비하여:

1) 필요에 따라 통신경로를 동적으로 할당하여 대치 수단을 강구하고, 최악의 경우 단일 전송로로 통신 가능하게 함으로서 네트워크의 신뢰성을 향상시키고;

2) 복수의 통신 경로중 임의의 2개의 경로를 이용하여 멀티포인트 네트워크 상에서도 전이중(full duplex) 통신 가능하게 하고;

3) 복수의 통신 경로를 통한 전송 bandwidth 향상;

4) 복수의 네트워크상에서 다수의 시스템의 동시성이 요구되는 경우, 디바이스간의 동시 통신이 가능하도록 임의의 장치간 동시 통신이 가능하도록 재구성이 가능한 다중 통신채널을 구현하여;

5) 공통버스의 신호충돌이 없는 이상적인 멀티 마스터 시스템을 구현하는 것이 본 발명의 목적이다.

컴퓨터 시스템에는 각 노드(프로세서 또는 디바이스)들 사이의 정보 전송을 위해 다양한 단계의 여러 버스가 존재하며 다중 프로세서 시스템의 각 프로세서는 공통버스 시스템을 통하여 다른 노드에 접근한다. 버스는 둘 이상의 노드들을 연결하는 통신경로로서 부품들 간의 통신에 사용되는 버스로부터 네트워크 내의 원거리에 위치한 서로 다른 처리 시스템들 간의 통신에 사용되는 버스가 있다. 상기버스의 전송능력과 네트워크의 신뢰성에 커다란 영향을 미치므로 효율적인 관리는 매우 중요하다.

종래의 멀티포인트 네트워크 기술은 고정 경로로 물리적 종속성이 있는 정적인 채널 구성이 주류를 이루어 구성상의 융통성이 없으며, 네트워크의 신뢰성을 개선하기 위한 우회 경로의 개념이 지원되지 않으며, 복수의 채널을 갖는다고 할지라도 상호연관성이 없는 구조이므로 선로장애시 원활한 전송에 완벽한 해결책이 없으며 소프트웨어에 지나치게 의존적 이였다.

컴퓨터 시스템과 네트워크가 더욱 복잡해지고 분산 또는 병렬처리의 양이 증가함에 따라 복수의 통신채널(200,201,-209)의 사용을 할당하는 방법은 시스템의 신뢰성과 전송속도 개선이 가능하게 한다. 시스템의 공통자원들은 통신 채널 또는 통신 버스로 연결되므로 동일한 자원을 사용하기 위해 경쟁하는 노드들 간에 버스 사용권을 할당하는 방법으로서 버스의 중재와 경로의 설정은 매우 중요하다.본 발명은 멀티포인트 네트워크에서 필요에 따라 통신채널을 동적으로 할당하여 네트워크의 신뢰성과 확장의 유연성을 개선하기 위한 것으로 주요 목표는:1) 멀티포인트 네트워크 상에 다수의 마스터가 존재하는 경우, 공통버스 신호 비트들의 충돌이 일어나지 않도록 한 번의 중재 시도로 우선 순위가 가장 높은 노드를 식별할 수 있는 방법을 구현하고;2) 복수의 우회경로를 선정 중재하여 임의 통신채널로 통신이 가능하게 하며;3) Simplex, Half Duplex, Full Duplex 중 어느 방식으로도 통신이 가능하게 하여;4) 복수의 전송로를 구비하여 비상시(선로상태가 나쁠때)에 최소 하나의 경로만으로 통신이 가능하도록 가변적으로 경로를 구성할 수 있게 한다또한, 본 발명은, 공통버스 상에 최우선 순위를 갖는 노드의 식별어드레스가 나타나도록 하여 네트워크 상의 모든 노드에서 중재에 관한 정보의 확인이 가능하도록 한다.

[도 1] m개의 통신 채널이 멀티포인트로 연결된 네트워크에서 n개의 노드의 상태에 따른 가변 경로 모델

[도 2] 종래의 멀티포인트 네트워크

[도 3] 본 발명의 변조 및 공통버스 중재부의 실시예

[도 4] 순차비교 방법에 의한 직렬 중재 원리의 플로우차트

[도 5] 4비트 식별 어드레스를 갖는 8개의 노드가 경합에 참여할 때 직렬 중재 경합표

[도 6] 2개의 통신 채널로 멀티포인트로 연결된 네트워크에서 n개의 노드의 상태에 따른 전송 모델

[도 7A] n개의 통신 채널로 멀티포인트로 연결된 네트워크에서 m개의 노드의 상태에서 Simplex, Half duplex와 Full duplex가 동시 존재하는 통신 모델

[도 7B] 전송 모드에 따른 통신 대상 설정 실시예 (8 채널의 통신경로를 갖는 경우)

[도 8A] 본 발명에 의한 직렬 중재 방법에 있어서 듀티 사이클 변조(DCM)를 실행한 경우의 코드 값, 경합에 참여하는 시간(휴지시간)과 전송속도에 의한 경합이 이루어진 경우 타이밍도.[도 9] 버스충돌 및 버스 휴지 검출 기능을 갖춘 4비트 병렬중재기의 실시예

[도 1]는 본 발명에 적용한 우회경로를 갖는 통신 시스템의 block diagram으로서, i-비트의 식별 어드레스를 갖는 n(최대 2ⁱ)개의 노드로부터 공통버스 중재 요청이 있을 때, 단일 직렬버스에서 가장 우선순위가 높은 노드를 식별하기 위한 멀티포인트 네트워크의 예이다.본 발명의 목표를 실현하기 위해 공통버스의 중재 방법은 중요하다.각 노드들은 공통버스 사용권를 요구할 수 있으며 네트워크 내의 노드들 중에서 가장 높은 우선순위를 가지면 우선 순위 중재 방법에 의하여 버스 마스터가 되어 공통버스 사용권을 확보할 수 있다.또한, 본 발명에 따르면, 상기의 비교 및 제어부는 경합을 철회하도록 하기 위하여 직렬화부로부터 공통 버스에 대한 출력을 금지시키며, 경합 과정 완료 후 공통 버스 사용권 획득 신호를 발생함을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 노드를 중재하는 방법이 제공된다.또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 동기신호 공용 방법은 전송 속도가 서로 다른 노드들이 상호 접속되어 있을 때 중재 개시 신호로서 가장 속도가 낮은 노드의(통신속도의 하한) 데이터 율(data rate)의 타임 슬롯보다 길게 버스를 활성화시키면 정상적인 통신신호로 볼 수 없다. 그러므로, 이것을 동기신호로 이용하여 특별한 2진 신호 패턴을 사용하지 않고도 모든 노드를 중재 개시에 동기 시킬 수가 있으며, 이러한 특징을 이용하여 별도의 버스를 추가하지 않고 중재가 필요한 노드은 필요할 때마다 중재 개시 신호를 공통 버스에 방출함으로써 실시간 인터럽트 요구를 할 수 있으며, 1개의 직렬 회선만으로도 인터럽트 중재 요구 벡터 값의 추출이 가능함을 특징으로 하는 멀티포인트 네트워크 상의 다수의 노드들을 중재하는 방법이 제공된다.멀티포인트 직렬버스 (multi-point serial bus)에서 중재 뿐 만 아니라 데이터 전송 시에도 이상의 방법을 적용하면 다중 액세스(multiple access)상황에서 정상적으로 신호 전달이 어렵다고 판단되는 채널은 전송을 포기하고 전송이 용이한 다른 우회채널을 확보함으로서 전송의 신뢰성을 최대한 확보할 수 있고, 최소한 버스 충돌로 인한 통신 장애를 막을 수 있어 비장애 버스를 복수의 채널로 통신하면 단위시간당 전송률을 개선할 수 있다.1) 본 발명을 적용하기 위한 버스의 구조공통버스(통신 채널)는 2개이상의 장치(노드)를 연결하는 통신 경로이고, 전기적 선로 외에 전파 공간, optical fiber등 매우 다양하다. 각 채널 별로 복수개의 쌍방향 전송이 가능한 다수의 통신 채널 구비하고 멀티포인트 형태로 각각의 노드에 연결되어 있다.[도 1]와 같이 m개의 통신 채널이 멀티포인트로 연결된 네트워크에서 n개의 노드로 연결된 통신 네트워크로 모든 노드는 쌍방향으로 전송 가능한 구조를 갖는다.모든 노드들이 공통 버스에 동시에 출력하였을 경우에 전기적 문제가 발생하지 않도록 논리 연산이 가능한 구조이어야 한다. 이 논리 연산(AND, OR)이 가능하면 되나([도11A, 11B]도 참조), 실제적으로 많은 시스템이 원거리에 존재한 경우도 있으므로 전기적 선로인 경우 논리 연산을 wired Logic(wired-OR, Wired-AND)형태를 이용하는 것이 효과적이고, 전자파 에너지로 전송하는 자유 공간이나, Optical Fiber등에도 가능하다.이러한 논리 연산 결과 얻기 위해서는 전기적 수단으로 버스 인터페이스 결합 장치로는 Open collector, Open drain형의 버스 드라이버 또는 TR, FET, LED, Laser, Diode 등기타 Electro Magnetic Wave Radiator가 있다.다중 액세스(multiple access) 상황에서 각 시스템은 자신의 신호가 아니다고 판단되면 스스로 송신을 제한하는(양보하는) 방법을 사용하면 최소한 버스 신호의 왜곡은 막을 수 있다. 본 발명에서는 이러한 논리 연산이 가능한 버스 구조를 사용한다2) 직렬중재(Serial Arbitration)본 발명은 직렬버스 구조의 멀티포인트 네트워크에서 우선순위에 의한 자기 결정식 분산 중재 방법(Distributed Arbitration by Self-decision)과 장치의 일 실시예 이다. 버스사용권 경합에 참여하는 각 노드들이 버스 중재 회로를 갖고 있는 경우에 공통버스(1)는 분산중재 방법에 의해 가장 우선순위가 높은 노드에 사용권이 할당된다. 본 발명에 의한 버스 중재는 단일(single) 버스 중재선(즉, 공통버스) 만을 이용하여 구현될 수 있다. 또한 공통 버스로부터 어떤 노드가 버스사용권을 확보하는지에 대한 정보를 얻을 수 있다.[도 3]는 본 발명에 의한 직렬 중재 장치의 일 실시예의 기본 블록다이어그램이다.본 발명에 의한 멀티포인트 네트워크의 직렬 중재 장치는 공통 버스 상에 멀티포인트로 연결되며 전송정보를 직렬로 비트 스트림(Bit Stream, 321)을 변환하는 직렬화부(Serial Unit)(310), 상기 직렬출력(321)을 전송클럭으로 변조하는 변조부(320), 자신의 출력신호(331)와 버스 신호(1)를 비교하여 신호의 불일치를 검출하고 제어하는 비교(Comparison Unit, 350) 및 중재제어부(Arbitration Control Unit, 340) 그리고 비트 스트림(381)을 입력하여 결선 논리합(wired OR) 연산이 되게 하는 버스 인터페이스부(330) (Bus Interface)를 구비한다.직렬화부(310)는 전송하고저하는 정보를 직렬로 비트 스트림(Bit Stream, 321)을 변환하는 쉬프트 레지스터 등으로 구성된다.비교부(350)는 자신의 출력신호(331)와 공통버스신호(1) 간의 불일치를 검출하여 경합철회신호(341)를 출력한다. 중재제어부는 중재개시신호(341)로 중재가 개시되고 경합철회신호(341)로 경합을 철회한다. 이 중재개시신호(341)는 버스 충돌시 미소한 시간이라도 버스상태가 불안정함을 방지하기 위해 경합 개시는 버스가 비활성시에 시도하는 것이 유리하다.버스 인터페이스부(330)는 OR Type 채널(Open Collector)로 구성되고, 이 출력은 제어 입력에 논리 '1'이 인가될 때만이 공통버스(1)를 활성화시킨다.본 발명에 의한 중재기를 프로우차트(flow chart), 경합 테이블(contention table)과 타이밍도(Timing chart)를 통하여 그 동작 및 중재방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.[도 3]를 참조하면 버스중재기는 공통버스(1)에 직렬화부(310), 비교부(350) 및 중재제어부(340) 그리고 버스인터페이스(330)의 세 논리회로부로 구성되어 있다.직렬화부(Serial Unit, 310)는 공통버스(1) 사용권을 요청한 각 노드은 전송정보를 변조부(320)로 한 비트씩 순차적으로 출력하게 되며, 중재제어부(340) 비교부(350)의 출력에의해 제한하게 된다(Disable, Inhibit).중재제어부(350)는 중재개시신호(341)에 의해 세트됨으로서 직렬화부를 동작 가능하게 하며 버스인터페이스부(330)를 거쳐 공통버스(1)로 변조된 비트스트림(331)이 순차적으로 출력 가능하게 하며, 비교부(350)는 변조된 비트스트림(331)과 버퍼를 경유한 버스신호(1)와 비교하여 일치하지 않으면 중재제어부를 (340)를 리셋 함으로서 공통버스로의 직렬출력을 금지시킨다.버스 인터페이스부(Bus Interface Unit, 350)는 변조부(320)의 출력(331)을 공통버스에 싣기 위한 버스 드라이버(382)로 구성된다. 버스 드라이버(330)는 공통버스(1)를 활성화(active)시키기 위한 open-collector형의 3-상태버퍼(tri-state buffer)를 수단으로, 모든 노드의 식별어드레스 각 비트에 대한 논리합(OR)의 결과를 공통버스(1)로 출력되도록 한다.상기 과정에서 식별어드레스의 큰 값을 높은 우선순위로 선택하기 위해서는 OR 연산을 이용했고, 한편 식별어드레스의 작은 값을 높은 우선순위로 선택하기 위해서는 AND연산을 이용하게 된다.[도 4]는 본 발명에 의한 우선순위 직렬중재방법을 설명하기 위한 순서도(flow chart)이다. 본 발명에 의한 중재기(300)에 의하여, [도 5]는 4비트의 식별어드레스를 갖는 8개의 노드가 경합에 참여하였을 때 가장 높은 우선순위를 갖는 노드를 선택하는 경합표(contention table)이다[도 3], [도 4] 와 [도 5]를 참조하여 본 발명에 의한 중재기의 동작을 기술한다. 멀티포인트 네트워크 상에 접속된 각 노드들의 모든 버스 중재기는 동일한 구조를 갖고 동일한 원리로 동작한다.단계 410(경합대상 설정 단계)에서, 버스사용 중재개시신호(301)에 의해 중재제어레지스터(346)가 세트되어 버스사용권의 경합이 시작된다. 중재제어레지스터(340)의 출력(343)으로 경합에 참여여부를 결정하게 되고, 직렬화부(310)로부터 1비트씩 순차적인 출력이 이루어진다.단계 420(논리연산단계)에서, 가장 큰 전송정보를 갖는 노드에 가장 높은 우선순위를 부여하기 위한 중재방법을 사용할 경우, 버스드라이버(330)는 공통버스(1)와 Wired OR연산이 되게 한다. 따라서 공통버스(1)에는 모든 노드로 부터 출력되는 식별어드레스 신호의 논리합이 나타나게 된다.단계 430(비교판정단계)에서, 직렬화부(310)로부터 변조부(320)를 통하여 공통버스(1)로 출력되는 정보의 비트스트림(bit stream, 331)과 공통버스(1) 상에 나타나는 신호를 비교한다. 이 과정에서 두 신호가 서로 일치하지 않을 경우는 테이블 1과 같이 두 가지 경우(S03, S04)가 있다. 하나는 공통버스로 출력신호가(331)가 논리치 '0' 이고 공통버스(1)에 나타나는 신호가 논리치 '1'인 경우(S03)로서, 이때에는 노드로부터 출력되는 식별어드레스의 값이 다른 노드로부터 출력되는 정보보다 작은 경우는 당연히 공통버스 사용권 획득을 위한 경합에서 철회되어야 하므로 단계 470에 의해 중재제어레지스터(340)를 리셋한다. 중재제어레지스터(340)가 리셋되면 버스활성화 동작이 불능 상태에 들어가므로 직렬출력이 금지되게 되어 해당 노드는 이후 경합사이클에서 제외된다. 또 다른 경우(S04)는 공통버스로 출력되는 공통버스 드라이버의 논리치 '1' 이고 공통버스에 나타나는 신호가 논리치 '0'인 경우로서, 이 경우(S04)에는 공통버스 선로에 이상이 발생한 경우이다. 본 발명에서는 공통버스의 선로에 이상이 발생한 경우는 이후 경합사이클에서 제외되도록 하였고 필요하다면 별도의 처리를 취할 수 있다. 버스드라이버 제어 신호와 공통버스(1)의 신호에 따른 중재동작을 다음 단계 설명후 별도로 상세하게 검토하고, 경합에서 철회되지 않은 노드는 다음 단계(440)를 밟는다.단계 440(종료확인단계)에서, 모든 경합 과정을 완료하였는가를 판단하여, 완료되지 않았으면 다음 경합에 참여하기 위하여 단계 450에서 다음단계로 진행시키고, 다음 비트를 출력한 후, 단계 420의 과정을 반복하여 수행하게 된다. 만약 경합 과정 중간에서 탈락하지 않고 마지막까지 모든 비트에 대한 경합과정이 완료되었다면 공통버스의 사용권을 획득하게 된다. 공통버스(1)에는 경합과정에서 나타난 중재정보가 순차적으로 나타난 특징이 있다.TABLE 1은 중재동작을 보인 진리치표(Truth table)로 각 노드의 출력제어신호(343)와 공통버스(1)의 신호에 따라 발생할 수 있는 모든 경우에 대하여 검토하여 보면 다음과 같다. 본 발명의 중재기(300)들은 하나의 직렬공통버스(1)상에 멀티포인트로 버스의 입출력단이 연결되어 있고, 동작은 병렬로 이루어진다. 따라서 모든 중재기의 동작은 독립적이지 못하고 상호간에 연관성을 갖고 있다. 진리치표를 만들어 보면 다음 Table 1과 같다. 상기 연관성에 의하여 각 노드의 다음 동작을 결정하기 위해 공통버스(1)에 나타난 모든 노드의 상관된 정보와 중재 제어부(340) 직렬 bit stream(321)값에 따른 각 노드의 경합 제어 레지스터(340)의 상태를 비트 단위로 분리하고 각 상태에 따른 경합 제어 레지스터(340)의 출력을 Table 1의 진리치표를 통해 검토하여 보면 다음과 같다. 표 1에서 사용되는 기호들을 설명하면, ACU(t)는 현재의 경합 제어 레지스터(340)의 출력 논리값(343)이고, B는 버스드라이버 논리값(331), BUS는 공통버스(1)의 논리값, ACU(t+1)는 경합제어부(340) 다음 상태의 논리값이다.각 노드에 있는 중재기의 동작을 진리표를 통해 보면 Table 1과 같이상태 S01은 경합제어부(340)의 초기값 ACU(t)=0 이므로 중재요청이 없는 경우로 경합대상이 아니고,상태 S02, S03, S04, S05는 초기값이 ACU(t)=1이므로 중재요청이 있는 경우로 그 동작은 다음과 같다.상태 S02는 자신의 버스드라이버 입력(331) B=0으로 비활성화 상태일 때 BUS=0으로 공통버스(1)가 활성화되지 않는 상태이므로 비교부(350)에서 불일치신호가 검츨 되지 않아 다음 중재 과정을 진행한다.상태 S03은 자신의 버스드라이버 입력(331) B=0이고, BUS=1이므로 자신이 공통버스(1)를 활성화하지 않았을 때 버스가 활성화된 경우이므로 자신 보다 우선순위가 높은 노드가 공통버스(1)를 활성화한 경우로서 자신이 우선순위가 낮은 경우이므로 경합 제어부(340)를 리셋시켜, 이후 경합과정에서 제외된다.상태 S04는 자신의 변조된 출력(331)이 논리 '1'일 때 버스신호(1)가 논리 '0'이므로 정상적인 버스드라이버 인터페이스 상황에서는 일어날 수 없는 경우이다. 버스 드라이버(330) 나 공통버스(1)가 문제가 있어 전기적 신호 전달을 정상적으로 상태이므로 중재 제어부(340)를 리셋하여 더 이상 경합에 참여하지 못하게 하고, 필요하다면 별도의 조치를 취하면 된다.상태 S05는 자신의 출력(331)이 논리 '1'이고 버스신호(1)도 논리 '1'이므로 자신의 출력과 일치함으로 일단 자신은 물론 다른 노드가 논리 '1'을 버스 상에 출력하였을 경우로 자신은 경합에 계속 참여한다. (이때 만약 0을 출력한 타 노드(S01, S02의 조건에 있는)은 어떤 노드를 막론하고 우선순위가 낮은 상태이므로 경합 제어부(340)를 리셋하여 더 이상 경합에 참여하지 못하게 한다.)[도 5]에서 보는바와 같이 첫 번째 비교과정에서는 3개의 노드가 경합을 철회하며 공통버스(1)에는 논리치 '1'이 나타난다(519). 두 번째 비교과정에서는 2개의 노드가 경합을 철회하고(512, 514) 공통버스(1)에는 논리치 '1'이 나타난다. 세 번째 비교과정에서는 경합을 철회하는 노드가 하나도 없으며(520) 공통버스(1)에는 논리치 '0'이 나타난다. 마지막 비교과정에서 2개의 노드가 경합을 철회하고(511, 518) 공통버스(1)에는 논리치 '1'이 나타나며, 노드 S6이 마지막 비트까지 경합에 참여하였으므로 공통버스의 사용권을 획득하게 된다(516). 또한 공통버스(1)에 나타나는 순차적인 정보는 519와 같이 "1101"로 노드 S6(516)의 식별어드레스의 출력 값과 동일하여 노드 S6이 가장 우선순위가 높음을 알 수 있다.3) 다중경로를 갖는 동적 할당 실시 예[도 6]는 본 발명에 의한 2개의 통신채널을 갖는 멀티포인트 네트워크의 채널의 중재 통신 방법에 의한 일 실시 예로서, 노드 N(i,0)와 N(j,0), N(k,1)와 N(I,1)는 I, j, k, l 이 어떤 값을 갖더라도 버스충돌이 없이 통신이 가능하게 할 수 있다. 여기서 TABLE-2는 2개의 통신 채널 로 멀티포인트로 연결된 네트워크에서 Communication Mode Configuration Register(344)로 8가지의 설정 가능한 모드중 한가지를 선택하여 각 노드가 가지고 있는 Communication Configuration register(344)에 저장함으로써 간단히 통신 모드를 설정할 수 있다.[도 7A]는 본 발명에 의한 m개의 통신채널을 갖는 멀티포인트 네트워크의 채널의 중재 통신방법에 의한 일 실시 예로서, 노드 N(0,0)이 수신 N(1,0)이 송신, 송신은 N(0,1)와 수신은 N(1,1) Simplex 또는 Full Duplex로, 송신은 N(1,m)와 수신은 N(n,m)는 Half Duplex로 통신이 가능한 예이다.[도 7B]는 [도 7A]의 실시 예에서 m=8인 경우로서 8개의 통신채널을 갖는 멀티포인트 네트워크의 채널의 중재 통신방법에 의한 일 실시 예로서, 노드 N(0,0)이 수신 와 N(1,0)이 송신, 송신은 N(0,1)와 수신은 N(1,1) Simplex 또는 Full Duplex로, 송신은 N(1,8)와 수신은 N(n,8)는 Half Duplex로 통신이 채널을 제어하기 위한 Arbitration Control Register(344)의 내용이다.즉 이 Arbitration Control Register(344)의 내용의 내용을 제어함으로서 다양한 통신 경로의 구성이 가능하다.통신 경로를 임의로 바꿀 수 있는 통신경로의 임의 변경구조 갖고, 각 노드의 통신모듈(300)은 n-bit의 중재 가능한 bus transceiver(330) 구비하고, 통신모듈(300)은 bus(1)에 멀티포인트 형태로 연결되고 중재와 통신이 동시에 가능한 구조를 갖고있다.[도 7A]는 본 발명에 의한 m개의 통신채널을 갖는 멀티포인트 네트워크의 채널의 중재 통신방법에 의한 일 실시 예로서, 노드 N(0,0)이 수신 와 N(1,0)이 송신, 송신은 N(0,1)와 수신은 N(1,1) Simplex 또는 Full Duplex로, 송신은 N(1,m)와 수신은 N(n,m)는 Half Duplex로 통신이 가능한 예이다.[도 7B]는 [도 7A]의 실시 예에서 m=8인 경우로서 8개의 통신채널을 갖는 멀티포인트 네트워크의 채널의 중재 통신방법에 의한 일 실시 예로서, 노드 N(0,0)이 수신 N(1,0)이 송신, 송신은 N(0,1)와 수신은 N(1,1) Simplex 또는 Full Duplex로, 송신은 N(1,8)와 수신은 N(n,8)는 Half Duplex로 통신이 채널을 제어하기 위한 Communication Configuration Register(344)의 내용이다.즉 이 Communication Configuration Register(344)의 내용의 내용을 제어함으로서 다양한 통신 경로의 구성과 모드설정이 가능하다.[도 8A]는 각 디바이스의 전송 속도가 서로 다를 경우의 본 발명의 경합 타이밍도로서, 경합 개시 시점(11)으로부터 경합을 개시하여 응답시간이 늦은 디바이스가 상대적으로 우선순위가 낮아 먼저 탈락하고, 동시에 2개이상의 디바이스가 응답하면 식별 어드레스의 2진 값에 의한 경합([도 7]와 동일)이 이루어지게 된다.[도 8A]는 동일 버스에서 경합에 참여하는 디바이스들의 전송 속도가 서로 다를 경우의 동작 타이밍도로서, 제8B도와 같이 듀티 사이클 변조(DCM)한 8비트의 식별어드레스를 갖는 3개의 디바이스가 경합에 참여한 예이다.파형 870, 870C와 같이 듀티 값이 33%인 신호를 논리 '0'으로 정의하고, 파형 873, 873C과 같이 듀티 값(Duty Factor)이 66%인 신호는 논리 '1'로 정의한 듀티사이클 변조(DCM, PWM) 방식을 이용함으로써 전송신호로부터 클럭 신호를 추출할 수 있으므로 로컬 클럭이 없어도 공통버스로부터 식별어드레스의 정확한 추출이 가능하다.[도 8A]에 DCM 펄스변조에 의한 중재과정을 설명하면 다음과 같다.파형 811, 821, 831은 경합에 참여하는 디바이스들 A'(810), B'(820), C'(830)의 식별 어드레스 비트 스트림을 나타내며 파형의 점선부분은 경합에서 탈락한 이후 과정이나 경합에 계속 참여했을 경우 버스에 출력할 신호로서, 실제 공통버스에 출력되지 못하는 가상 파형을 나타낸다.파형 812, 822, 832는 중재 제어 레지스터(404)의 파형으로서 논리 "1"일 때 출력 가능 상태를 나타낸다.파형 805는 공통 버스(1)에 나타나는 듀티 사이클 변조된 비트 스트림을 표시한다.[도 8A]의 파형에 의하면 서로 다른 전송속도를 갖는 스테이션 A'(810), B'(820), C'(830)는 중재 개시 신호(11)에 의해 공통버스 확보 경합에 들어간다. 이때 각 디바이스들은 최상위 비트를 출력하기 전에 각 디바이스의 일정시간 대기 후 경합 과정에 돌입한다. 대기시간(Pause time)은 파형 815, 825, 835 와 같이 각 디바이스의 전송속도에 따라 그 폭이 서로 다르므로 대기시간(815, 825, 835)이 긴 디바이스(830)이 가장 먼저 탈락한다.이상의 과정을 요약하면, 전송 속도에 있어서 디바이스 A'(810)와 B'(820)는 같고 디바이스 C'(830)는 이에 비하여 늦으므로 구간 851에서 디바이스 C'(830)의 최상위 비트 신호가 나타나기 전에 디바이스 A'(810), B'(820)의 신호가 공통 버스(1)에 나타나므로 디바이스 C'(830)는 경합을 철회한다. 즉 이 경우에 디바이스 C'는 식별 어드레스의 최상위 비트도 공통 버스(1)에 보내지 못하고 경합을 포기해야 한다.디바이스 A'(810)와 디바이스 B'(820)는 동일 전송 속도를 갖는 경우이므로 구간 852에서는 동일한 값을 출력하므로 853에서도 계속 경합이 이루어지는데 디바이스 B'(820)는 '0'이고 디바이스 A'(810)는 '1'이므로 디바이스 A'(810)가 높은 우선 순위가 되고, 디바이스 B'(820)는 경합을 철회한다.다음 경합 구간 853 이후에도 디바이스 A'(810)만이 남아 있으나 위의 과정을 반복하여 최하위 비트까지의 경합 과정을 거친 후(99)에 디바이스 A'(810)만이 공통버스 사용권을 획득한다.따라서 공통버스에 나타나는 파형(805)은 디바이스 A'(810)의 변조된 비트 스트림 (811)과 동일함을 알 수 있다. 즉 다른 디바이스들은 이상의 경합과정에서 모두 송신 불능 상태가 되고 디바이스 A'(810)가 최우선 순위를 갖음을 알 수 있다.이상의 경합 과정에서 알 수 있듯이 전송속도가 낮은 디바이스는 식별 어드레스가 어떠한 값을 갖더라도(코드에 의한 우선순위가 높더라도) 낮은 전송속도로 인해 공통버스를 활성화시키지 못하므로, 상대적으로 먼저 버스를 활성화시킨 디바이스에 의해 공통버스의 활성화 기회를 갖지 못하고 곧바로 경합에서 탈락함을 알 수 있다.즉 어떤 디바이스의 활성화 상태 값이 공통버스의 활성화 상태 값보다 더 늦게 나타나면 공통 버스 상에 접속된 타 디바이스가 이미 버스를 점유한 상태이므로 공통버스를 먼저 활성화시킨 타 디바이스가 우선이 된다. 그러나 통신 중에 있다 하더라도 공통버스가 비활성화인 상태에서는 어떤 디바이스의 출력 값이 버스를 활성화시키는 값이라면 언제라도 공통버스의 사용권을 확보할 수가 있는데 이때에 공통버스를 사용 중에 있는 디바이스는 공통버스의 사용권을 잃게 된다. 이러한 경우에는 경합 승인 레지스터의 값이 변하므로 통신상에 오류가 발생했음을 알 수 있다.[도 8A]의 구간 853에 보인바와 같이 공통버스의 활성화 지속시간이 더 긴 디바이스 A'(810)가 공통버스의 사용권을 갖게 된다.즉 응답 속도의 차이와 활성화 시간에 의한 우선순위의 식별이 가능하다.이상의 경합 처리 과정을 종합하면, 모든 경합 대상 디바이스는 자신이 송신하는 신호를 공통버스 신호와 비교하여 공통버스의 신호와 자신의 신호가 다르다고 판단되는 최초의 시점에서 해당 디바이스가 경합을 포기함을 알 수 있다.클럭으로 변조한 펄스변조를 이용하면 전송속도에 상관없이 복조가 가능하므로 전송속도가 다르더라도 상관없이 중재가 가능하다.결국 결합에 참여하는 시간(휴지시간, 750, pause time)을 가변하여 우선순위를 가변할 수 있다.본 발명은 통신시스템에서 규정한 최저 전송속도보다 더 길게 버스를 활성화시키는 브레이크 펄스(break pulse)를 이용하면 현재 공통버스 사용권을 확보한 노드가라도 자원을 반납하고 재 경합에 돌입되게 함으로써 공통버스를 사용하고자 하는 모든 노드들의 경합시기를 동기 시킬 수 있다. 따라서 브레이크 펄스에 의해 모든 노드를 대기(stand by) 시킨 후 각 노드의 전송속도에 비례하는 휴지 시간이 경과한 후에 식별 어드레스에 의한 재 경합을 하게 되면 특별한 이진 패턴(binary pattern)을 사용하지 않고도 모든 노드를 현재 공통버스의 사용 여부에 불구하고 공통버스 획득경쟁에 참여시킬 수 있다. 따라서 공통버스를 사용하고자 하는 노드는 언제 어떤 조건에서도 공통버스 사용요구를 할 수 있다. 즉 어떠한 상황에서도 실시간(real time)으로 공통버스에 사용 요구를 할 수 있다.4) 병렬중재[도 9]는 본 발명에 따른 트라이스테이트 로직으로 결합한 버스 충돌 검출과 버스휴지(Bus Idle)검출 기능을 갖춘 다중 병렬 중재기이다. 이중재기는 버스 충돌 검출과 버스휴지(Bus Idle)검출기능, 스테이트 머신 을 갖춘 다중 병렬 중재기는 분산되어 있는 스테이트 머신(2750)에 의해 중재된다. 버스충돌시 미소한 시간이라도 버스상태가 불안정함을 방지하기 위해 경합 개시는 버스가 비활성시에 시도하는 것이 유리하다.[도 9]는 버스충돌 및 버스 휴지 검출 기능을 갖춘 4비트 병렬중재기 실시예로서 버스 충돌 검출은 배타적 논리합 게이트 (XOR 2722)가 드라이브 신호와 공통버스의 신호를 비교하여 일치하지 않으면 OR GATE(2730)을 동작시킨다. 이 OR 게이트는 4개의 버스가 모두 연결되어 있으므로 하나의 버스라도 충돌이 발생하면 OR 게이트(2730)에 출력이 나오므로 스테이트머신(state machine, 2750)에 입력되어 출력차단 여부를 결정할 수 있다. 경합 탈락후 버스휴지를 검출하거나 일정 시간 후에 복귀할 수 있도록 모든 비트 병렬버스가 모두가 '1'이면 AND(2740)출력 '1'이 되므로 이 신호를 스테이트머신(state machine, 2750)에 입력하여 경합을 재 개시를 결정할 수 있는 구조이다. 재 개시는 알고리즘에 따라 다양한 형태로 될 수 있을 것이다. 따라서 스테이트머신(state machine, 2750)는 다양하게 설계될 수 있다.본 발명에 따른 버스 충돌 검출 및 버스휴지(Bus Idle)검출기능, 스테이트 머신을 갖춘 중재원리를 이용한 버스 확장장치(Bus expander)등에 응용 될 수 있다.본 발명에 의한 중재기는 식별 어드레스의 크기에 의한 우선순위를 식별하여 공통버스의 사용권을 네트워크 내의 어느 한 노드에 할당하게 된다. 따라서 식별어드레스 뒤에 각 노드가 송신하고자 하는 데이터를 연속하여 출력한다면 네트워크 내의 노드들 간에 데이터 통신도 별도의 버스를 사용하지 않고도 가능하게 된다.본 발명에 의한 중재 방법을 이용하면 다수의 노드들이 동시에 데이터를 송신하더라도 공통버스에는 최고의 우선순위를 갖는 노드의 신호만 나타나게 되므로 결과적으로는 전기적인 충돌이 일어나지 않게 되고 항상 우선순위에 의한 원활한 버스중재가 보장된다. 왜냐하면 버스충돌이라고 간주되는 상황에서는 언제나 우선순위(전기적 신호의 활성화개시 시간이나 활성화 유지시간으로 결정됨)가 낮은 노드가 스스로 버스 사용권을 양보하도록 되어 있기 때문이다.본 발명에 의한 중재방법에 있어서 식별 어드레스를 순차적으로 공통버스(1)에 출력하고, 다시 공통버스신호(1)를 다시 궤환 후 비교하여 일치하지 않는 경우 경합에서 제외시키는 방법을 반복하여 우선순위를 식별하는 방법이다. 여기에서 최고의 우선순위를 식별하기 위한 일치여부의 기준은 논리상태가 반전될 때라 할지라도 비교대상 간의 논리상태의 변화 시점이 일치할 때는 동일신호로 본다.본 발명에서는 공통버스에 나타나는 신호가 자신의 신호가 아니면 경합을 철회하도록 하기 위해 논리상태의 일치여부를 판단기준으로 사용한다.Boolean Algebra나 De Morgan's theorem 에 의하면 논리함수는 이원성이 존재하므로 본 발명의 개념을 정논리를 부논리로 바꾸어 실시하거나 표현하여 많은 변형 예를 도출할 수 있으나 이러한 것은 본 발명의 개념과 동일한 것으로 본다. 그 예로 버스 결합방법에 있어서 OR연산에 NOT를 추가하여 AND연산으로 바꾼다든지, OR연산을 부논리로 변환하면 AND연산이 되므로 본 발명의 wired OR는 wired AND로 구현가능 하다. 또 물리적 기능은 같고 구현 수단이나 소자만 다른 경우 그 예로 버스드라이버를 트라이 스테이트 버퍼, Transistor, FET, Switching 디바이스등의 전기적 소자, 이외 매체로 도체내의 신호를 전자파, 적외선, 광파등 형태만 다른 물리적 에너지로 바꾼다든지, 버스를 유선 선로에서 무선, Optical Fiber로 바꾸어 실현가능 하다는 것은 널리 알려진 공지의 사실이므로 별도의 설명은 생략한다.상술한 본 발명의 실시 예들은 특정 수의 노드가 경합하는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 전송매체의 종류, 구현(implementation) 소자의 선택, 식별 코드의 정의 및 변조방식에 따른 다양한 변형 예가 있을 수 있음은 명백하다.

·통신 경로상 통신 장해가 발생하였을 때 대응 수단으로 통신경로를 변경할 수 있어 고신뢰ㆍ고안정 채널의 구성이 가능하며,·복수의 통신 경로로 통신이 필요한 경우 복수의 통신경로를 동적 구성이 가능한 시스템 구현이 가능하고,·기본적으로 쌍방향 통신이 가능한 송·수신부를 구비한 직렬통신 네트워크이나 필요에 따라 하나 이상의 경로로 Simplex, Half Duplex, Full Duplex로 가능하게 하여 융통성 있게 요구되는 분야 등에 이용될 수 있고,·공통버스의 신호충돌이 없고 복수의 통신경로를 갖는 이상적인 멀티 마스터 시스템의 구현이 가능하다.

Claims (1)

1. 다수의 통신 디바이스(노드)가 공통버스로 연결된 멀티포인트 통신시스템에서, 복수의 상기 멀티포인트 경로(채널, 버스)을 구비하고, 각 디바이스는 1개 이상의 버스 중재 장치를 구비하여 버스중재 기능을 가지며, 또한 최소 하나의 상기 경로로 통신 가능하고,

(1) 통신을 원하는 디바이스는 상기 공통버스 중재 단계를 통하여 공통버스의 사용 가능 여부를 확인하는 단계;

(2) 불가능 할 경우 복수 채널 중 우회 채널을 상기 중재 방법으로 선정하는 단계;

(3) 필요에 따라 전송경로를 변경하는 단계를 포함하여 통신경로를 동적으로 구성하는 통신방법.

2. 다수의 통신 디바이스가 공통버스로 연결된 멀티포인트 통신시스템에서, 복수의 전송 멀티포인트 채널 상에서 통신경로를 확보하기 위해:

(1) 상기 디바이스들로 부터의 순차적으로 출력되는 신호와 공통버스 상에서 논리연산이 되도록 출력시키는 수단과;

(2) 상기 디바이스들이 출력하는 신호와 공통버스의 신호를 비교하는 수단과;

(3) 상기 비교결과가 서로 다를 경우에는 해당 디바이스의 출력을 차단시키는 수단을 포함하여, 공통버스의 신호와 일치하지 않는 디바이스의 출력신호를 차단시켜 다음 경합에서 철회시키는 것을 특징으로 하는 버스 중재수단을 구비하고;

통신을 원하는 디바이스는 특정채널의 사용이 불가능할 경우, 복수채널 중 우회채널을 선정하여 필요에 따라 전송경로를 변경하여 통신경로를 동적으로 구성하는 통신시스템.

3. 다수의 통신 디바이스가 공통버스로 연결된 멀티포인트 통신시스템에서, 복수의 전송 멀티포인트 채널 상에서 통신경로를 확보하기 위해:

(1) 상기 출력 신호와 공통버스의 신호와 비교하는 단계;

(2) 상기 비교 결과에 따라서 경합을 철회하거나 계속하도록 하는 단계;

(3) 상기 디바이스들이 순차적으로 출력하는 신호와 공통버스의 신호를 비교하여 서로 다를 경우에 그 시점부터 해당 디바이스의 공통버스로의 출력을 차단함으로써 우선 순위가 높은 디바이스를 결정하는 버스 중재 단계;

(4) 통신을 원하는 디바이스는 상기 공통버스 중재 단계를 통하여 공통버스의 사용 가능 여부를 확인하는 단계;

(5) 불가능할 경우, 복수 채널 중 우회 채널을 상기 중재 방법으로 선정하는 단계;

필요에 따라 전송경로를 변경하여 통신경로를 동적으로 구성하는 통신방법.