KR100696983B1 - 결함허용 반이중방식 분산제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반이중방식으로 구성된 열차제어 네트워크에서 서버 또는 노드에 내장된 네트워크 어댑터의 결함이 발생되게 되면 이를 실시간으로 검출할 수 있도록 함은 물론 결함이 발생된 노드를 네트워크에서 제외시킴으로써 단일결함으로 인한 열차제어 네트워크의 결함확산을 방지할 수 있도록 하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템에 관한 것으로서, 다수의 제어노드가 반이중방식 네트워크를 통해 상호 통신을 수행하는 반이중방식 분산제어시스템에 있어서, 상기 각 제어노드는 고유의 처리기능을 수행함과 더불어 다른 제어노드와의 데이터 통신을 제어하는 제어기; 상기 제어기로부터 출력되는 데이터를 반이중방식 네트워크로 전송하고, 반이중방식 네트워크에서 전송되어 오는 데이터를 상기 제어기로 출력하는 제 1네트워크 어댑터; 상기 제 1네트워크 어댑터로부터 반이중방식 네트워크로 출력되는 데이터를 궤환 입력받는 제 2네트워크 어댑터; 및 상기 제어기로부터 출력되는 데이터와 제 2네트워크 어댑터로부터 출력되는 데이터를 상호 비교하여 결함 여부를 판단하는 결함검출기;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
반이중방식, 열차제어시스템, 결함허용, 네트워크 어댑터

Description

결함허용 반이중방식 분산제어시스템 {Fault tolerant half-duplex distribution control system}
도 1은 일반적인 반이중방식 분산제어시스템의 구성도.
도 2는 종래의 반이중방식 분산제어시스템에서 임의의 네트워크 어댑터가 결함이 발생하였을 때 각 노드의 데이터 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템에서 임의의 네트워크 어댑터가 결함이 발생하였을 때 각 노드들의 데이터 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명
노드 : 2, 4, 6, 100, 120, 140
제어기 : 10, 12, 14, 102, 122, 142
네트워크 어댑터 : 20, 22, 24, 106, 108, 126, 128, 146, 148
결합검출기 : 104, 124, 144
입력버퍼 : 110
출력버퍼 : 112, 114
데이터 통신선 : 50
본 발명은 결함허용 반이중방식 분산제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내장형 제어기들로 구성된 분산제어구조 열차제어시스템에서 분산제어기간의 통신을 위해 반이중방식을 사용하는 열차제어시스템 네트워크의 네트워크 어댑터 고장으로 인한 분산제어기들의 통신단절을 방지하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템에 관한 것이다.
철도차량의 제어장치는 장치의 구성에 따라 약간의 차이가 있으나, 차상 핵심제어기, 속도 검출부, 운전자 표시제어부, 기록부, 제동 제어부 등의 분산제어기로 구성되며, 각각의 분산제어기와 핵심제어기의 데이터 송수신을 위해 다양한 방식의 버스가 사용되고 있으며, 이러한 분산제어기의 데이터 송수신버스를 열차제어 네트워크(Train Control Network)라고 한다.
열차제어시스템 네트워크를 설계하는 방식에는 여러 가지 방식이 있으나, 반이중 방식의 설계는 n:n으로 서버와 노드를 연결하여 네트워크 구조의 단순성을 확보하고 서버가 되는 핵심제어기가 하부의 분산제어기를 순환응답(Polled-Response) 제어방식으로 제어하도록 설계하는 방식이 대표적이다.
한편, 도 1은 일반적인 반이중방식 분산제어시스템의 구성도인데, 각각의 노드들은 도 1과 같이 연결되어, 하나의 노드에서 송신하는 데이터는 동시에 다른 모든 노드들로 전달되게 된다.
도 1에서 노드#1(2)은 데이터 통신선(50)을 통해 노드#2(4), 노드#3(6)에 동시에 데이터를 전송한다. 데이터의 전송은 송신노드 내부의 제어기(10)에서 발생된 디지털 신호를 네트워크 어댑터(20)의 6번, 7번 핀의 전위차로 데이터를 변환하여 노드#2(4)의 네트워크 어댑터(22)와 노드#3(6)의 네트워크 어댑터(24)의 6번, 7번 핀에 동시에 입력되어 노드#2(4)의 제어기(12), 노드#3(6)의 제어기(14)에 디지털 신호로 입력된다.
그런데, 전술한 바와 같은 반이중방식 분산제어시스템은 노드 내부의 네트워크 어댑터에 결함이 발생하게 되면 네트워크에 연결된 모든 노드가 상호 데이터를 송수신할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
예를 들면, 노드#1(2)이 결함이 발생하여 네트워크 어댑터(20)의 데이터 입출력핀(6번, 7번)이 논리 0이나 논리 1로 고정되게 되면, 도 2에 나타낸 바와 같이 네트워크 어댑터의 결함이 발생한 시점부터 노드#1(2)의 네트워크 어댑터(20)와 연결된 데이터 통신선(50)이 모두 논리0 또는 논리1로 고정되게 되므로, 노드#2(4) 또는 노드#3(6)으로부터 다른 노드로 송수신하고자 하는 데이터는 전송이 불가능해지게 되는 문제가 있었던 것이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반이중방식으로 구성된 열차제어 네트워크에서 서버 또는 노드에 내장된 네트워크 어댑터의 결함이 발생되게 되면 이를 실시간으로 검출할 수 있도록 함은 물론 결함이 발생된 노드를 네트워크에서 제외시킴으로써 단일결함으로 인한 열차제어 네트워크의 결함 확산을 방지할 수 있도록 하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템은, 다수의 제어노드가 반이중방식 네트워크를 통해 상호 통신을 수행하는 반이중방식 분산제어시스템에 있어서, 상기 각 제어노드는 고유의 처리기능을 수행함과 더불어 다른 제어노드와의 데이터 통신을 제어하는 제어기; 상기 제어기로부터 출력되는 데이터를 반이중방식 네트워크로 전송하고, 반이중방식 네트워크에서 전송되어 오는 데이터를 상기 제어기로 출력하는 제 1네트워크 어댑터; 상기 제 1네트워크 어댑터로부터 반이중방식 네트워크로 출력되는 데이터를 궤환 입력받는 제 2네트워크 어댑터; 및 상기 제어기로부터 출력되는 데이터와 제 2네트워크 어댑터로부터 출력되는 데이터를 상호 비교하여 결함 여부를 판단하는 결함검출기;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 결함검출기는 결함이 검출되게 되면, 해당 제어노드를 하이 임피던스 상태로 변환 처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 결함 검출기는, 상기 제어기로부터 인에이블신호가 입력될 때만 동작되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1네트워크 어댑터는 상기 제어기로부터 전송 요구되는 데이터를 출력버퍼로 입력받아 데이터 통신선을 통해 반이중 네트워크로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력버퍼는 제어기로부터 데이터 입력이 있을 때 인에이블 단자를 통해 입력되는 인에이블 신호에 따라 인에이블 되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템에서 임의의 네트워크 어댑터가 결함이 발생하였을 때 각 노드들의 데이터 흐름도이다.
본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템은, 도 3에 도시한 바와 같이, 데이터 통신선(50)을 통해 원격지의 각 노드(100, 120, 140)가 반이중방식으로 데이터 송수신이 가능한 분산제어시스템에 적용할 수 있다.
상기한 각 노드는 고유의 처리기능을 수행함과 더불어 다른 노드와 상호 데이터 통신을 수행하는 분산제어기를 의미하는 것으로서, 각 노드(100, 120, 140)는 고유의 처리기능을 수행하는 것 외에 다른 노드(100, 120, 140)와 데이터 통신을 수행하기 위해서 동일한 구성요소를 구비하여 구성되게 된다.
즉, 노드#1(100)은 제어기(102)와 두 네트워크 어댑터(106, 108) 그리고 결함검출기(104)를 포함하여 구성되고, 노드#2(120)는 제어기(122)와 두 네트워크 어댑터(126, 128) 그리고 결함검출기(124)를 포함하여 구성되며, 노드#3(140)은 제어기(142)와 두 네트워크 어댑터(146, 148) 그리고 결함검출기(144)를 포함하여 구성되게 된다. 따라서 각 노드(100, 120, 140)의 구성요소는 동일한 기능을 수행하게 되므로 하나의 노드#1(100)에 대해서만 각 구성요소의 기능을 설명한다.
상기한 노드#1(100)은 제어기(102)와 두 네트워크 어댑터(126, 128) 그리고 결함검출기(124)를 포함하여 구성되게 된다.
상기한 제어기(102)는 차상 핵심제어기, 속도 검출부, 운전자 표시제어부, 기록부, 제동 제어부 등의 분산제어기에서 고유의 제어기능을 수행하는 제어기를 나타내는 것이다.
상기한 노드#1(100)의 제어기(102)는 다른 노드(120, 140)와의 데이터통신을 수행할 때 다른 노드(120, 140)로 전송할 데이터를 생성하거나 전송 포맷으로 변환하는 등의 제어 처리를 수행하여 전송포트(Serial Out)를 통해 제 1네트워크 어댑터(106)의 출력버퍼(112)측으로 출력하고, 다른 노드#2(120) 또는 노드#3(140)으로부터 제 1네트워크 어댑터(106)를 통해 입력포트(Serial In)로 전송되어 오는 데이터를 전달받게 된다. 그리고 상기 제어기(102)는 제어신호 출력포트(Control)를 통해 입력버퍼(110)와 결함검출기(104)로 인에이블 신호를 출력하게 된다.
상기한 두 네트워크 어댑터(106, 108) 중에서 제 1네트워크 어댑터(106)는 상기 제어기(102)로부터 전송 요구되는 데이터를 출력버퍼(112)로 입력받아 데이터통신선을 통해 반이중방식 네트워크로 전송하고, 다른 노드(120, 140)로부터 데이터통신선을 통해 전송되어 오는 데이터를 입력버퍼(110)로 입력받아 제어기(102)로 전달하게 된다. 상기 출력버퍼(112)는 제어기(102)로부터 데이터 입력이 있을 때에 인에이블 단자(DE)를 통해 입력되는 인에이블신호에 따라 인에이블 되게 된다.
상기한 두 네트워크 어댑터(106, 108) 중에서 제 2네트워크 어댑터(108)는 상기 제어기(102)에 의해 전송 요구되어 상기 제 1네트워크 어댑터(106)를 통해 반이중방식 네트워크로 출력되는 데이터를 출력버퍼(114)를 통해 궤환 입력받아 상기 결함 검출기(104)의 입력단자(Com2)로 출력하게 된다. 상기한 출력버퍼(114)의 인에이블 포트는 2번 핀을 통해 접지와 연결되어 있으므로 항상 제 1네트워크 어댑터(106)로부터 출력되는 데이터를 궤환 입력받을 수 있다.
상기한 결함검출기(104)는 상기 제어기(102)에서 출력포트(Serial Out)를 통해 출력되어 입력단자(Com1)로 입력되는 데이터와 상기 제 2네트워크 어댑터(108)로부터 출력되어 입력단자(Com2)로 입력되는 데이터를 근거로 제 1네크워트 어댑터(106)에 대한 결함 여부를 판별하게 된다.
즉, 결함검출기(104)는 상기 제어기(102)에서 출력되는 데이터와 상기 제 2네트워크 어댑터(108)에서 출력되는 데이터를 상호 비교하여 서로 동일한 데이터로 판단되게 되면 상기 제 1네트워크 어댑터(106)가 정상이라고 판단하고, 서로 동일하지 않은 데이터로 판단하게 되면 상기 제 1네트워크 어댑터(106)가 결함이 발생하였다고 판단하게 된다.
이어서, 상기한 결함검출기(104)는 상기 제 1네트워크 어댑터(106)가 결함이 발생되었다고 판단되게 되면, 반이중방식 네트워크와 연결된 노드#1(100) 전체의 전원이 차단되도록 제어하게 된다. 이에 따라 노드#1(100)은 물리적으로 반이중방식 네트워크와 단절되게 되고, 도 4에 도시한 바와 같이 하이 임피던스 상태가 되어 다른 노드들(120, 140)간의 데이터 통신에는 영향을 주지 않게 되므로 다른 노드(120, 140)는 상호 데이터통신이 가능하게 된다.
그리고, 상기한 결함검출기(104)는 노드#1(100)의 데이터 전송시에만 동작하게 된다. 상기 결함검출기(104)는 제어기(102)에서 출력되는, 예컨대 “Active Sig." 신호에 의해 인에이블되어 동작하게 된다. 즉, 상기 제어기(102)는 다른 노드(120, 140)로 데이터를 송신하고자 할 때 상기 결함검출기(104)로 인에이블 신호를 출력하여 결함검출기(104)가 동작상태가 되도록 제어하게 된다.
전술한 바와 같이 노드#1(100)에서 수행되는 동작은 다른 노드(120, 140)에서 동일하게 수행되게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 결함허용 반이중방식 분산제어시스템은, 제어기와 네트워크의 인터페이스를 수행하는 네트워크 어댑터의 단일결함발생으로 인하여 네트워크에 연결된 모든 제어기의 통신이 단절되는 결함확산을 방지할 수 있게 된다.
전술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 관한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
본 발명에 따른 결함허용 반이중통신 분산제어시스템은, 반이중방식으로 구성된 열차제어 네트워크에서 단일의 결함발생으로 인한 데이터 통신선 사용의 실패를 최소화하여 분산구조 열차제어시스템의 가용성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 노드가 반이중방식 네트워크를 통해 상호 통신을 수행하는 반이중방식 분산제어시스템에 있어서,
    상기 각 노드는, 고유의 처리기능을 수행함과 더불어 다른 노드와의 데이터 통신을 제어하는 제어기;
    상기 제어기로부터 출력되는 데이터를 네트워크로 전송하고, 네트워크에서 전송되어 오는 데이터를 상기 제어기로 출력하는 제 1네트워크 어댑터;
    상기 제 1네트워크 어댑터로부터 네트워크로 출력되는 데이터를 궤환 입력받는 제 2네트워크 어댑터; 및
    상기 제어기로부터 출력되는 데이터와 제 2네트워크 어댑터로부터 출력되는 데이터를 상호 비교하여 결함 여부를 판단하는 결함검출기;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결함검출기는 결함이 검출되게 되면, 해당 노드를 하이 임피던스 상태로 변환 처리하는 것을 특징으로 하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결함 검출기는,
    상기 제어기로부터 인에이블신호가 입력될 때만 동작되는 것을 특징으로 하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1네트워크 어댑터는 상기 제어기로부터 전송 요구되는 데이터를 출력버퍼로 입력받아 데이터 통신선을 통해 반이중 네트워크로 전송하는 것을 특징으로하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 출력버퍼는 제어기로부터 데이터 입력이 있을 때 인에이블 단자를 통해 입력되는 인에이블 신호에 따라 인에이블 되는 것을 특징으로 하는 결함허용 반이중방식 분산제어시스템.
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