KR100442469B1 - 고속 비동기 데이타 전송을 위한 선형매체 순차 접근 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 통신 단말기들이 하나의 공유버스형 고속 통신매체를 통하여 비동기 방식의 데이타 셀 (Asynchronous Data Cell) 을 전송하는 새로운 매체 접근 제어 (이하 MAC:Medium Access Control) 방법에 관한 것이다. 본 발명의 특징은 통신 노드간 점대점 연결이 아닌, 동축 케이블 등의 방송형 전송매체를 사용하며, ATM 과 같은 셀 단위 데이타를 전송매개로 하여 통신 노드들의 데이타 전송율을 조절 함으로 통신서비스 품질 (QoS) 을 보장한다. 특히 본 발명은 100Mbps 급 이상의 고속통신일수록 통신 효율이 뛰어나서 미래형 고속 멀티미디어통신 등에 적합한 MAC 방식이다.

Description

고속 비동기 데이타 전송을 위한 선형 매체 순차 접근 제어 방법 {A Linear Medium Sequential Access Control (LMSAC) Method for High-Speed Asynchronous Data Transmission}

근거리 통신망의 매체 접근 제어 (이하 MAC: Medium Access Control) 분야의 종래의 기술로, 10Mbps 급 근거리 통신망에서 널리 사용되고 있는 Eithernet 의 CSMA/CD 방식이 있다. 그러나 CSMA/CD 는 방법이 간단한 반면, 100Mbps 급 이상의 고속 통신망에서는 자료 전송의 충돌을 감지하기 위한 최소 패킷 길이 및 최대 선로길이등 망 구성상의 제약이 있다. 또한, 다수의 사용자들이 동시에 공유매체를통해 자료전송을 시도할때의 충돌로 인한 전송효율이 감소와, 연속된 데이타 전송을 위한 대역폭을 예약할 수 없어 통신의 서비스 품질 (QoS) 을 보장하지 못하는 등의 단점이 있다.

또한 10Mbps 급에서 사용되는 IEEE 802.5 토큰링 이나 100Mbps 급 이상의 FDDI 에서 사용되고있는 토큰 전달 방식의 경우, CSMA/CD 방식의 여러 단점을 극복하고 있지만, 통신선로의 속도가 높아 질수록, 통신 노드들간의 엄격한 비트 타이밍의 동기화가 어려워 기기 구성이 복잡해 지고, 이로인해 기기 제조비용 및 망 구성 비용이 비싸다는 단점이 있다. 뿐만 아니라 토큰 전달방식은 토큰의 분실 및 오류 등으로 부터 복구하기 위한 메커니즘이 복잡하여, 통신 노드의 개발 및 생산비용이 비교적 비싸다.

이밖에 널리 알려진 근거리 데이터 통신망을 위한 링크레벨 MAC 방식으론 DQDB, Slot Ring 등이 있으나, 이들은 노드들간의 점대점 연결 방식에 의한 동기식 전송방식으로, 통신 노드들 간의 엄격한 비트 타이밍 동기화를 요구하며, 제어논리가 복잡하여, 통신노드의 개발 및 생산, 망 구성 비용이 상대적으로 비싸며, 망 구성을 위해 숙련된 전문가의 기술을 필요로 하는등 어려움이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 다수의 통신스테이션 (Station:통신노드) 들이100Mbps급 혹은 그 이상의 고속 유선 통신 매체를 공유하며, ATM 과 같은 셀 단위 데이타를 비동기 모드로 전송 할 수 있도록 매체 접근을 제어 하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는 하나의 방송형 통신 선로를 공유하고 있는 게스트 스테이션들 (120,130,140,150) 이 마스터 스테이션 (110) 의 신호에 따라 자료의 전송 순서를 예약하고, 예약된 순서에 따라 데이타프레임 안에 캡슐화된(encapsulation) ATM 셀들을 비동기 방식으로 전송한다. 전송의 품질 (QoS)을 조절하기 위하여 스테이션들은 한프레임에 캡슐화 되는 ATM 셀들의 양을 동적으로 조절한다. 본 발명에서는 또한 노이즈 등의 오류로 인한 스테이션들의 전송순서 혼란, 패킷충돌, 등의 장애가 발생 했을시 이를 검출하고 정상상태로 복귀하는 절차를 설명한다.

도 1은 버스형 통신 매체에 접속되어 있는 통신 스테이션들을 묘사한 도면,

도 2는 마스터프레임 (160,170,180) 이 매체를 통해 전파되는 모습의 도면,

도 3은 첫번째 게스트스테이션 (120) 이 레져베이션 신호 (120) 를 발생시키는 모습을 묘사한 도면,

도 4는 두번째 게스트스테이션 (130) 이 120 에 이어 레져베이션 신호 (130) 를 발생 시키는 모습을 묘사한 도면

도 5는 레져베이션신호들 (200,210) 이 매체를 타고 전파되는 모습,

도 6은 슬레이브프레임 (300,310) 이 전송되는 모습을 묘사한 도면,

도 7은 130 이 슬레이브프레임에 이어 데이타를 전송하는 모습을

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110: 마스터 스테이션 (Master Station)

120, 130, 140, 150 : 게스트 스테이션들 (Guest Stations)

150: 슬레이브 스테이션 (Slave Station)

160: 마스터프레임 (Master Frame) 의 프리엠블 (Preamble) 신호부

170: 마스터프레임의 데이타부에 캡슐화된 ATM 셀들

180: 마스터프레임의 포스트엠블 (Postamble) 신호부

200: 120 의 레져베이션 (Reservation) 신호

210: 130 의 레져베이션 (Reservation) 신호

300: 슬레이브프레임 (Slave Frame) 의 프리엠블 (Preamble) 신호부

310: 슬레이브프레임의 데이타부에 캡슐화된 ATM 셀들

320: 슬레이브프레임의 포스트엠블 (Postamble) 신호부

500: 130의 데이타 패킷

1) 매체를 통한 자료전송 메카니즘

도 1은 동축 케이블 등과 같은 유선 통신매체에 접속되어 있는 통신 스테이션들 (110,120,130,140,150) 의 물리적인 배열과, 각 스테이션들이 통신매체를 통해 발생시킨 전기 신호가 전파되는 개념적인 모습을 두개의 점선 사이에 묘사한 도면이다. 이같이 통신매체에 연결된 스테이션들의 한쪽 종단에 연결되어 있는 기기를 마스터스테이션 (Master Station) (110) 이라 하며 나머지 기기들을 게스트스테이션 (Guest Station) (120,130,140,150) 이라 한다. 마스터스테이션은 마스터프레임 (Master frame) (160,170,180) 을 주기적으로 전송하여, 게스트스테이션들이자료 전송 순서를 예약 할 수 있게 한다. 도 1은 마스터스테이션 (110) 이 마스터프레임 신호 (160) 를 매체를 통해 전송하기 시작하는것을 묘사하고 있다.

도 2는 하나의 완전한 마스터프레임 (160,170,180) 이 전파되는 모습을 묘사한다. 마스터프레임 은 프레임의 시작을 알리는 프리엠블 (Preemble)(160) 과 ATM 셀들이 캡슐화 (encapsulation) 된 데이타부 (170), 프레임의 마지막을 알리는 포스트엠블 (Postemble)(180) 신호 패턴으로 구성되어 있다. 게스트스테이션들은 마스터프레임의 프리엠블 (160) 신호를 감지하면 비트 타이밍을 동기화 하며, 포스트엠블 (180) 신호를 검출할때까지 ATM 셀들 (170) 을 수신한다.

도 3은 첫번째 게스트스테이션 (120) 이 자신의 프레임전송을 예약하기 위하여 레져베이션 신호 (200) 를 발생 시키는 절차를 묘사한다. 이와같이 게스트 스테이션은 전송할 ATM 셀들이 대기중일때, 마스터스테이션이 전송한 마스터프레임의 포스트엠블 (180) 신호가 검출될때까지 기다린 후, 마스터프레임의 포스트엠블 신호 (180) 의 마지막 펄스부와 일치되는 시간에 레져베이션 신호 (200) 를 발생 시킨다. 레져베이션 신호 (200) 는 방송형 전송매체를 타고 양 방향으로 전파된다. 이 레져베이션 신호 (200) 는 마스터프레임과 같은 방향 (하방향) 으로는 포스트엠블 (180) 신호위에 겹쳐 전파되며, 하방향 게스트스테이션들은 이 신호를 무시한다. 반면, 반대방향 (상방향) 으로 전파되는 신호는 매체를 타고 마스터 스테이션 (110) 을 포함한 모든 상방향 게스트스테이션들에게 전달 됨으로, 상방향 스테이션들에게 프레임 전송을 예약하게 된다.

도 4 는 또다른 게스트스테이션 (130) 이 자신의 프레임 전송을 예약하기 위해 마스터프레임의 포스트엠블 (180) 의 마지막 펄스 위치에 레져베이션 신호 (210) 를 발생 시키는 것을 묘사하고 있다. 이 신호 (210) 는 매체를 통해 양방향으로 전파되며, 상방향 신호 (210) 는 위 도 4의 200에 이어 상방향 게스트스테이션들에게 전달된다. 따라서 상방향 스테이션들은 매체를 통해 전파되는 레져베이션 신호의 수를 계수함으로 자신들의 하방향에 몇개의 스테이션들이 프레임전송을 예약하고 있는지 알 수 있다. 이와같이 게스트스테이션들은 마스터프레임을 수신하는 순서대로 프레임 전송을 예약한다.

도 5 는 레져베이션 신호들 (200,210) 매체를 타고 전파되는 모습을 묘사한다.

도 6 은 슬레이브스테이션 (150) 이 마스터프레임 수신 직후 슬레이브프레임 (300,310) 을 전송하는 모습을 묘사한다. 게스트스테이션들 가운데 가장 마지막으로 마스터프레임 (160,170,180) 을 수신하는 기기를 슬레이브스테이션 (150) 이라 한다.

도 7 은 130 이 슬레이브 프레임 (300,310,320) 에 뒤이어 자신의 프레임(500) 을 매체를 통해 전파하는 모습을 묘사하고 있다. 500은 매체를 통해 양쪽으로 전파되어 다른 모든 게스트스테이션들에게 수신된다.

이와같이 게스트스테이션들은 레져베이션 신호를 발생시킨 역순으로 데이타 프레임을 전송한다. 130 이 프레임 전송을 완료한 후에는 예약의 역순에 따라 120 이 매체를 통해 프레임 전송을 개시한다. 마스터스테이션(110)은 계수된 레져베이션 신호와 같은수의 데이타프레임을 수신한 후 다시 마스터프레임을 전송하여 상기한 도 1 ~ 도 7의 과정을 반복한다.

2) 통신 품질 제어 (QoS Control)

본 발명에서 게스트스테이션들은 매회 마스터프레임이 전송되는 주기마다 공평한 매체 접근 기회를 보장 받을 수 있다. 만일 게스트스테이션들의 데이타 전송량이 증가하면 이에따라 마스터프레임의 전송주기가 길어지며, 스테이션들의 프레임 전송지연시간이 길어진다. 따라서 게스트스테이션들은 마스터 프레임의 평균 전송주기를 관찰하여 이것이 일정 한도 이상으로 느려질때, 이에 반비례 하도록 한번에 캡슐화 시키는 ATM 셀의 갯수를 조절한다. 결과적으로 이는 마스터프레임의 전송주기를 일정 한계안에 유지시킴으로, 모든 게스트 스테이션들이 일정 한도의 전송지연 안에서 공평한 매체접근을 할 수 있어서 통신 품질 (QoS) 을 보장 할 수 있다.

3) 전송 순서 혼란으로 부터의 복구 절차

간혹 노이즈 등의 영향으로 인해 레져베이션 신호가 왜곡되고, 프레임 전송순서가 혼란 되어, 둘 이상의 스테이션이 동시에 프레임을 전송 할 수 있다. 이경우 신호 충돌을 감지한 스테이션은 재밍 (jamming) 신호를 발생 시킴으로 모든 스테이션들의 프레임전송 예약을 취소 시킨다. 마스터 스테이션은 즉각 마스터프레임을 전송 함으로 새로운 프레임전송 주기를 시작한다. 이와같이 재밍신호 발생후 프레임전송 주기가 새로 시작될 경우, 모든 게스트스테이션들은 마스터프레임의 신호에 따라 반듯이 레져베이션 신호를 일회 발생 시켜야 하며, 만일 게스트스테이션이 자신의 프레임전송 순서에 전송할 프레임이 없을 경우, 프리엠블과 포스트엠블만으로 구성된 빈 프레임을 전송해야 한다.

이와 반대의 경우로, 게스트 스테이션들이 무한정 프레임전송 순서를 기다리고 있을 수 있다. 이경우 마스터스테이션은 타이머에 의해 비정상적인 대기상태를 검출하고, 재밍신호를 발생 시킨후 마스터 프레임을 전송 함으로 새로운 프레임전송 주기를 시작한다. 이때에도 상기한 절차에 따라 모든 게스트스테이션들은 반듯이 일회 레져베이션 신호를 발생 시켜야 한다.

4) 마스터 및 슬레이브 스테이션의 작동중단으로부터의 복구

만일 슬레이브 스테이션이 작동을 중단한 경우, 정상적으로 작동하는 게스트스테이션들 가운데 가장 마지막 스테이션이 아래 설명한 절차에 따라 슬레이브스테이션의 역할을 계승한다.

슬레이브스테이션의 고장 발생시 다른 모든 게스트 스테이션들은 슬레이브 프레임을 무한정 기다리게 된다. 이때, 상기한 3) 의 절차에 따라 마스터스테이션은 타이머에 의해 비정상 상태를 검출하고, 재밍신호를 발생시킨후 프레임전송 싸이클을 다시 시작할 것이다. 따라서 모든 게스트 스테이션들은 반듯이 레져베이션 신호를 일회 발생하게 된다. 이때, 자신의 레져베이션 신호를 발생 시킨후 일정 시간이 경과할때까지 하방향으로부터 다른 레져베이션 신호를 검출하지 못한 게스트 스테이션은 슬레이브프레임을 전송함으로, 자신이 슬레이브의 역할을 계승 하였음을 선언한다.

만일 작동을 중단한 슬레이브 스테이션이 복구 되었을땐, 고의로 재밍신호를 발생시켜 프레임전송 싸이클을 다시 시작하게 한다. 따라서 위의 설명한 방법에 의해 복구된 슬레이브 스테이션은 임시 슬레이브 스테이션으로부터 역할을 전달 받을 수 있다.

본 발명에서는 마스터 스테이션이 작동을 중단할시 수동으로 마스터의 역할을 수행할 스테이션을 재 설정하는 것으로 가정한다.

이 LMSAC 방법은 통신 선로의 속도가 높아 질 수록 매체 사용 효율이 좋아지고, 최대 통신 노드의수, 노드간 최소간격 등의 망 구성상의 제약이 낮아지며, 레져베이션 신호 (210,220,230) 간 간격이 넓어져서 더욱 안정된 동작을 할 수 있다.이 발명은 상기한 2) 의 방법에 의해 게스트스테이션들간의 공평한 전송기회를 부여하고, 통신 서비스 품질 (QoS) 을 보장하여 미래의 멀티미디어 고속 통신망을 위한 MAC 방법으로 적합하다. 이 LMSAC 방법은 토큰링 방법 등에 비교해 간단하고, 통신 노드들이 프레임별로 독립된 비동기 전송을 하게 되므로, 노드간 비트 타이밍을 동기화할 필요가 없어서 망 접속 기기의 개발이 쉬우며 따라서 저렴한 비용으로 망을 구성할 수 있다. 이 발명은 하나의 고속 통신 선로를 많은 사용자들이 공유 함으로, 가입자간 100Mbps 급 이상의 고품질, 고속 통신선로를 점대점 방식으로 설치하여야 하는 ATM 중계 통신망 (Switched ATM network) 에 비해 상대적으로 선로가설 비용이 저렴하여 광대역 통신망 보급을 용이하게 할 것이다. 특히 이 방법은 단위면적당 가구수가 적은 지역의 통신망 보급에 유리할 것이다.

Claims (4)

1. 양방향으로 신호가 전달되는 방송형 통신매체에 다수의 통신스테이션이 순차적으로 연결되어 있는 시스팀에서, 상기 마스터스테이션이 매 주기마다 마스터프레임을 전송하고 이에따라 게스트스테이션들이 레져베이션 신호를 순차적으로 발생시켜 프레임 전송을 예약하며, 상기 슬레이브스테이션이 슬레이브프레임을 전송하는것을 시작으로 프레임전송을 예약한 게스트스테이션들이 예약의 역순에 따라 데이타프레임을 전송하는것을 특징으로 하는 선형매체 순차 접근 제어방법.
2. 상기 게스트스테이션들이 마스터프레임의 전송주기를 관찰하여, 이 전송주기가 일정한계 이상으로 느려지지 않도록 데이타출력양을 결정하고 이에따라 한번에 전송할 ATM 셀의 갯수를 결정하여, 하나의 데이타프레임으로 캡슐화 시켜 전송함으로 결과적으로 모든 게스트스테이션들이 일정한계 이하의 전송지연시간안에 매체접근 기회를 보장받게 하는 전송품질 (QoS) 제어 방법
3. 상기 게스트스테이션들이 프레임 전송순서 혼란으로 인한 프레임 신호의 충돌을 감지할때, 재밍신호를 발생시킴으로 다른모든 게스트스테이션들의 프레임 전송을 취소시키고, 이에따라 마스터스테이션은 마스터프레임을 전송함으로 다시 새로운 프레임전송주기를 시작거나, 상기 게스트스테이션들이 프레임전송주기를 무한정 기다리는 현상 발생시 마스터스테이션이 이를 검출하고 재밍신호를 발생시키고마스터프레임을 전송함으로 다시 새로운 프레임전송주기를 시작하여, 모든 게스트스테이션들이 반듯이 하나의 레져베이션신호를 발생시키고, 프레임전송을 예약한 역순에따라 빈 프레임이나 데이타프레임을 전송함으로 프레임의 전송순서 혼란으로부터 복구하는 방법.
4. 상기 슬레이브스테이션이 기능을 상실했을때, 마스터스테이션이 게스트스테이션들의 무한정 대기상태를 검출하고 재밍신호를 발생시킴으로 프레임 전송순서혼란으로 부터 복구하는 과정에 있어서, 게스트스테이션들 가운데 가장 마지막으로 레져베이션신호를 발생시킨 스테이션이 슬레이브스테이션을 역할을 계승하게하는 슬레이브 스테이션의 장애복구 방법.