KR101058411B1 - ＦｌｅｘＲａｙ 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법 및 장치를 개시하고 있다.
본 발명의 일 실시 예에 FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법은 FlexRay 통신 프로토콜을 따르는 노드에 있어서, 제 1 주기에서 제 1 슬롯을 통해 제 1 메시지를 송신하는 (a) 단계, 상기 제 1 메시지에 대한 수신측 노드의 클레임 메시지를 수신하는 (b) 단계, 및 제 2 주기에서 상기 제 1 메시지를 상기 제 1 슬롯과 상이한 제 2 슬롯에 재배치하여 전송하는 (c) 단계를 포함한다.
차량 네트워크, FlexRay, 동기화, 메시지, CAN

Description

ＦｌｅｘＲａｙ 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF TRANSMITTING AND RECEIVING RELOCATED MESSAGE FOR RELIABILITY IN FLEXRAY COMMUNICATION}
본 발명은 FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법 및 장치를 개시하고 있다.
현대의 차량 내에는 마이크로프로세서, 센서, 그리고 엑추에이터 등의 다양한 전자기기들이 사용되고 있으며 이들은 차량의 안전한 주행과 운전자의 편의를 위해 상호 간의 신뢰성 있는 정보 교환을 필요로 한다.
차량 내부의 통신 방식으로 가장 널리 사용되고 있는 것은 CAN (Control Area Network)으로서 최고 1 Mbps의 전송률로 데이터를 전송할 수 있다. 그러나 이벤트 기반 (Event- triggered) 통신 방식의 한계와 비교적 낮은 전송률로 인해 x-by-wire 시스템과 같이 고도의 신뢰성과 안전성이 요구되는 시스템에 적용하기에는 적합하지 않은 방식이다. 이의 대안으로 확정적 통신 (deterministic communication)의 속성을 지니며 적은 지터(jitter)로 주기적인 데이터 교환이 가능한 FlexRay가 개발되었다. FlexRay는 시간 동기 (Time-triggered)에 의해 확정성 을 제공하는 TDMA 방식과 이벤트 기반 통신 방식을 혼용하여 적용할 수 있는 유연성을 제공하도록 설계되었다. 그러나, 시간 동기에 의해 운용되는 FlexRay는 데이터를 전송하는 과정에서 시간상의 지연이 발생할 경우, 수신측이 지연된 데이터를 수신하게 되며, 이러한 지연이 다른 데이터를 전송하는 데 있어 영향을 미칠 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은 FlexRay 통신에서 메시지를 송수신하는 과정에서 발생하는 지연을 해결하기 위해 메시지 전송 슬롯을 새롭게 선택하여 재배치하는 방안을 제시하고자 한다.
또한, 통신 네트워크에서의 통신 효율과 메시지의 중요도를 고려하여 메시지 재배치를 수행하는 방안을 제시하고자 한다.
특히, 본 발명에서는 FlexRay 프로토콜 명세에서 제시하고 있는 프로토콜 계층에서의 '프레임 동기화'를 통해 근본적으로 해결할 수 없는 전송측 노드에서 발생할 수 있는 '메시지 전송의 지연'을 개선하기 위한 방법을 제안하고자 한다.
전술한 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 본 발명의 일 실시 예에 FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법은 FlexRay 통신 프로토콜을 따르는 노드에 있어서, 제 1 주기에서 제 1 슬롯을 통해 제 1 메시지를 송신하는 (a) 단계, 상기 제 1 메시지에 대한 수신측 노드의 클레임 메시지를 수신하는 (b) 단계, 및 제 2 주기에서 상기 제 1 메시지를 상기 제 1 슬롯과 상이한 제 2 슬롯에 재배치하여 전송하는 (c) 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치는 FlexRay 통신 프로토콜을 따르는 노드에 있 어서, 메시지의 할당 및 분배를 제어하는 메시지 분배기와 상기 분배 과정에서의 메시지를 임시로 저장하는 메시지 버퍼를 포함하는 메시지 매니저, 및 메시지를 송수신하는 메시지 송수신부를 포함하며, 상기 메시지 송신부가 제 1 주기에서 제 1 슬롯을 통해 제 1 메시지를 송신한 후, 상기 제 1 메시지에 대한 수신측 노드의 클레임 메시지를 수신하면, 상기 메시지 분배기는 제 2 주기에서 상기 제 1 메시지를 상기 제 1 슬롯과 상이한 제 2 슬롯에 재배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 메시지 재배치를 통한 송수신 방법은 복수 개의 노드가 다양한 메시지를 전송하는 상황에서 전송 시간의 지연을 최소화시켜 실시간성과 확정성을 극대화 할 수 있을 것이다.
특히, 재배치 여부를 통신 상황 및 메시지의 특성에 따라 고려할 수 있으므로, 통신 환경 및 어플리케이션의 특성에 따라 다각적으로 적용 가능하다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
전송률 측면에서 FlexRay는 CAN에 비해 훨씬 높은 최대 10 Mbps를 구현할 수 있으며, 고장 대처 기능을 지원할 수 있도록 이중 채널을 가지도록 설계되어 한 쪽 통신 채널에서 장애가 발생하더라도 여유 채널(혹은 잉여 채널)을 통해 데이터를 송수신 할 수 있도록 하였다.
도 1은 FlexRay의 사이클(Cycle)의 구성을 보여주는 도면이다. 하나의 FlexRay 사이클 내에 정적 세그먼트(Static Segment)와 동적 세그먼트(Dynamic Segment)가 포함되며, 각각의 세그먼트 내에는 정적 슬롯(Static Slog)과 동적 슬롯(Dynamic Slot)이 포함된다.
FlexRay에서 매체 접근 계층에서의 클럭(clock)의 'Rate correction'과 'Offset correction'을 통해 프레임의 전송 측과 수신 측 간의 '프레임 동기화'를 이루기 위한 방법을 제시하고 있으나, 이는 단지 전송 측 노드에서 전송한 프레임 이 실시간성이 보장되는 한도 내에 수신 측 노드에 도달하기 위한 방법론을 제시하기 위한 것이다. 즉, '전송 측 노드에서 전송한 프레임은 반드시 수신 측 노드에 적절한 시간 내에 도착 한다'는 것만을 보장하기 위한 것이다.
그러나, 전송 측 노드에서 자신이 전송하고자 하는 FlexRay 사이클 내에서 프레임을 전송하지 못하는 경우가 발생한다면 FlexRay 프로토콜 명세에서 제안한 방식이 무의미 해진다. 예를 들어보면, 전송 측 노드에서 n번째 사이클에 프레임을 전송하려고 하였으나 여러 가지 원인에 의해 (n+1)번째 사이클이 되어서야 프레임을 전송할 수 있게 되었다면 수신 측 노드에서는 (n+1)번째 사이클을 통해 전송되는 프레임을 수신할 뿐이지 이 프레임이 n번째 사이클에서 전송되었어야 한다는 사실을 인지할 수 없다는 것이다. 이러한 상황은 도 2와 같은 조건 하에서 빈번하게 발생될 수 있다.
도 2는 FlexRay에서 전송 준비 과정에서 전송 지연이 발생되는 조건을 보여주는 도면이다.
도 2에서는 노드에서 사용하는 슬롯(slot)의 수와 전송 준비 시간, 그리고 이에 따라 전송 지연이 발생되는 조건을 나타내고 있다. Tr2g_a는 m 번째 슬롯을 통해 프레임을 전송하는데 필요한 전송 준비 시간을 의미하고 Tr2g_b는 n 번째 슬롯을 통해 프레임을 전송하는데 필요한 전송 준비 시간을 의미한다. Tr2g_a와 Tr2g_b의 합은 '총 전송 준비 시간 (Tr2g_total)' 이 된다.
도 2에서 보는 바와 같이 하나의 노드에서 사용하는 슬롯의 수가 두 개일 경 우의 '총 전송 준비 시간'은 사용되는 슬롯이 한 개 일 때의 전송 준비 시간의 정수배로 증가하게 되어 Tr2g_a가 m 번째 슬롯과 시간 축 상에서 겹치게 된다. 이것은 m 번째 슬롯을 위한 '전송 요청'이 m 번째 슬롯의 시작 시점 이후에 완료되는 것을 의미하므로 m 번째 슬롯을 통해 전송되고자 하는 메시지는 다음 사이클에 지연되어 전송되는 결과를 초래하게 된다.
이것은 메시지 전송 시간에 있어서 한 사이클의 길이(duration)만큼의 시간이 부가되는 것을 의미하므로 메시지 전송의 실시간성을 저해하는 요소가 된다.
메시지를 전송함에 있어서 발생하는 지연 현상을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에서는 지연을 회피하거나 또는 배제할 수 있도록 메시지를 재배치하고 있다. 메시지의 재배치를 통한 FlexRay 통신에서의 신뢰성 있는 메시지 전송을 위해 FlexRay 노드의 SW 계층 구조 상의 미디어 접근 제어 계층 (Media Access Control, MAC)의 상위 계층에서 제공하는 기능에 관한 것이다.
FlexRay 통신에서 한 개의 노드는 다수의 슬롯을 통해 메시지를 전송할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따라 다수의 슬롯에 메시지가 지연 없이 전송될 수 있도록 메시지를 재배치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 경우 전송 측 노드에서 발생하는 전송 지연을 수신 측 노드에서 인지할 수 있도록 전송 측 노드에서 프레임을 전송할 때에 [현재의 전송 시간 (Time Stamp)], [메시지를 전송하는 태스크의 우선순위 (Message Priority)], [수신 측에서 보내온 지연에 대한 클레임(Claim)의 카운터(Counter]] 값], 그리고 [수신 측 노드에서 메시지가 전달되어야 할 목적지(Destination)]를 프레임에 삽입하여 전송한다.
수신 측 노드에서는 현재 사이클(Cycle)을 통해 수신된 프레임의 전송시간(Time Stamp)을 현재의 시간과 비교하여 프레임이 제시간에 전달되었는지 여부를 판단하고 지연이 발생한 것으로 확인되면, 송신 측에 클레임(Claim) 메시지를 전송한다. FlexRay 프로토콜 명세에서 한 사이클의 최대 길이가 16ms 이하가 되도록 제한을 두고 있으므로 수신 측 노드에서는 이를 바탕으로 현재의 시간과 전송시간(Time Stamp)의 시간차가 한 사이클(1-Cycle )시간을 초과할 경우 지연이 발생한 것으로 간주 할 수 있다.
전송 측 노드에서 수신측 노드에서 전송한 클레임 메시지를 수신하게 되면 클레임(Claim)의 카운터(Counter]를 "1" 증가 시키는 동시에 클레임 카운터의 값에 메시지 전송 태스크의 우선순위를 더해 '메시지 재배치 요구 인자 (Message Relocation Request Factor, MRRF)'를 산출해 낸다. 전송 측 노드에서의 MRRF의 값이 임계 치 (Threshold)를 넘어서면 전송 지연된 메시지를 노드에서 사용 중인 다른 슬롯(slot)에 배치하도록 "메시지 재배치 프로세스 (Message Relocation Process)"를 실행한다.
메시지 재배치 프로세스에서는 메시지의 재배치를 반복하면서 각각의 MRRF를 계산하고 메시지 재배치 정책 (Message Relocation Policy)에서 지정하는 목표 수 준이 달성되면 재배치 프로세스를 종료한다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 재배치 프로세스의 종료 조건은 다음과 같다. 다음의 조건을 결합하는 방식은 모두 충족하거나 또는 어느 하나가 충족되는 등 다양하게 결합하여 적용할 수 있다. 이는 해당 재배치 프로세스가 적용되는 노드의 특성에 따라, 혹은 재배치가 발생한 원인에 따라 다양하게 적용할 수 있기 때문이다.
(1) 전송 지연이 발생되어 클레임을 야기한 프레임의 메시지에 대한 MRRF가 미리 지정된 임계 치 이하가 되면 종료
(2) 두 개 이상의 특정 메시지 집합 (Set)에 대한 MRRF가 미리 지정된 임계 치 이하가 되면 종료
(3) 모든 메시지의 MRRF의 총 합이 미리 지정된 임계 치 이하가 되면 종료
전술한 방법을 적용할 경우, 메시지가 새로운 슬롯에 배치되어 전송되는데, 프레임 내에는 수신 측 노드에서의 목적지(Destination)가 기록되어 있으므로 재배치 이전처럼 원하는 곳에 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 메시지 재배치 프로세스가 적용되는 FlexRay 통신을 위한 노드의 구성을 보여주는 도면이다.
FlexRay 통신을 위한 노드 구성은 각 노드들(301, 302)이 FlexRay 버스(Bus)(350)에 의해 서로 연결되어 있으며 하나의 노드(302)는 내부적으로 호스트 프로세서(Host Processor)(310)와 FlexRay 컨트롤러(Controller)(330)가 컨트롤러-호스트-인터페이스(Controller-Host-Interface)(320)에 의해 연결된 형태이다. FlexRay 컨트롤러(330)는 호스트 프로세서(310)와는 독립적으로 구동되며 FlexRay 프로토콜 서비스를 구현하는 역할을 한다.
메시지 재배치를 구현하기 위해, 앞서 살펴본 바와 같이 MRRF(Message Relocation Request Factor)를 산출하기 위한 일 실시예로 수식 1과 같이 구현될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112009071240412-pat00001
MRRF의 계산은 [수식 1]을 통해 이루어지며 수신 측 노드에서 전송 지연에 대한 클레임(Claim)을 송신 측에 전달하였을 경우 송신 측 노드에서 MRRF를 계산하게 된다. 각 메시지에 대한 MRRF를 모두 더하게 되면 한 노드에서 전송하고자 하는 모든 메시지에 대한 MRRF의 총 합이 된다.
MRRF가 높아지는 것은 전송 지연에 대한 클레임이 증가하였다는 것을 의미한다. 또한, 동일한 횟수의 클레임을 전달받은 경우라 하여도, 우선순위(priority)가 높은 경우, 역시 MRRF가 높아진다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 의한 MRRF는 전송 지연 횟수가 많아지거나, 우선순위가 높은 메시지의 전송 지연이 발생하는 경우 증가하게 되며, MRRF의 증가는 메시지 재배치 프로세스를 가능하게 한다. 메시지를 재배치하는 과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 일 실시 예에 의한 단일 채널에서의 메시지 재배치 과정을 보여주는 도면이다.
도 4a, 4b, 4c에서는 높은 우선순위를 가지는 태스크(Task)가 전송하는 메시 지는 슬롯 식별 번호(Slot ID)가 높은 슬롯을 통해 전송하고 가장 낮은 우선순위를 가지는 태스크가 전송하는 메시지는 사이클 시작 시점(FlexRay Cycle Start)에 가까운 슬롯을 통해 전송하는 예를 기준으로 구성되어 있다.
도 4a, 4b, 4c에서 메시지를 송신하는 노드 1에는 세 태스크(401, 402, 403)가 있으며, 각각의 태스크의 우선 순위는 태스크 C(403) > 태스크 B(402) > 태스크 A(401) 순이다.
도 4a에서 나타낸 바와 같이 태스크 A(401)가 전송하는 메시지 Ma에 대한 전송이 지연되어 한 사이클 이상의 시간이 경과한 후에 수신 측 노드에 전달된다면 수신 측 노드에서 Ma 전송이 지연되었음을 알리는 클레임 메시지를 송신 측 노드에 전달하게 된다. 이때에 송신측 노드에서 MRRF의 값을 앞서 수식 1의 예와 같이 수신한 클레임의 수와 우선순위를 기준으로 계산하게 되고, 계산 결과가 임계 치를 넘어서게 되면 '메시지 재배치 프로세스'가 실행된다. 도 4b, 4c에서 메시지 재배치 프로세스가 적용된 예를 보여준다.
메시지를 재배치하는 방법은 클레임을 야기한 Ma를 한 단계 높은 우선순위를 가지는 메시지가 전송되는 슬롯을 통해 전송하고 그 다음에는 더 높은 우선순위를 가지는 메시지가 전송되는 슬롯을 통해 전송하는 것이다. 이와 동시에 각각의 경우에 해당하는 MRRF를 계산하여 이 값이 최소가 되는 배치를 찾아내도록 한다.
도 4b에서는 Ma를 태스크 B(402)가 메시지를 전송하는 2번째 슬롯을 통해 전 송하는 것을 나타내고 있으며 도 4c에서는 연속하여 Ma를 태스크 C(403)가 메시지를 전송하는 4번째 슬롯을 통해 전송하는 것을 나타내고 있다. 이와 유사한 재배치를 반복하면서 MRRF를 계산하여 '메시지 재배치 정책'에 부합하는 배치를 찾도록 한다.
도 4a, 4b, 4c에서는 클레임이 발생한 메시지를 보다 높은 우선순위의 태스크가 전송하는 슬롯에 할당하여 메시지의 유실을 막기 위한 것이다. 이를 살펴보면 FlexRay 통신 프로토콜에 있어 제 Pth 주기에서 첫번째 슬롯을 통해 태스크 A(401)가 메시지를 송신하게 되며, 태스크 B(402)는 두번째 슬롯을 이용하여, 그리고 태스크 C(403)은 네번째 슬롯을 이용하여 각각 메시지를 송신한다. 이때, 각각의 태스크의 우선순위는 C>B>A 이다. Pth 주기에서는 각각 태스크에 할당된 슬롯에서 메시지를 보내지만, 태스크 A의 메시지에 대한 클레임 메시지가 수신된다. 이 때, 전송 노드는 앞서 살펴본 바와 같이 MRRF를 계산하여, 메시지 재배치를 수행할 것인지, 혹은 그냥 할당된 슬롯에서 보낼 것인지를 결정한다. 메시지 재배치를 수행하는 것으로 결정되면, 태스크 A(401)보다 높은 우선 순위의 태스크들이 사용하는 슬롯에 태스크 A(401)의 메시지를 보낼 수 있다. 이는 도 4b, 4c에서 전술한 바와 같다. 이때, 우선 순위에 있는 태스크들의 슬롯을 선택하는 방식은 다음 주기((P+1)th 사이클)에서 차상위 우선순위의 태스크가 사용하는 슬롯에 메시지를 송신할 수 있고(도 4b), 이러한 과정에서도 메시지 전달에 지연이 발생하는 경우, 다 음 주기((P+2)th 사이클)에서 점진적으로 더 높은 우선순위의 태스크가 사용하는 슬롯에 메시지를 송신할 수 있다(도 4c). 또한, 메시지 지연이 높을 경우, 도 4b의 과정을 거치지 않고, 바로 최상위 태스크에 할당된 슬롯에 메시지를 송신하는 방식으로 진행할 수 있다.
하나의 채널을 사용하게 되므로, 채널 내에서 태스크에 할당되는 슬롯이 중복될 수 없으므로, 하위 태스크의 메시지에 대해 클레임이 발생할 경우, 해당 태스크보다 높은 우선순위의 태스크에 할당된 슬롯을 이용할 수 있다. 그 결과, 태스크들 간에 할당된 슬롯에 변화가 발생한다.
도 5a, 5b, 5c는 본 발명의 일 실시 예에 의한 듀얼 채널에서의 메시지 재배치 과정을 보여주는 도면이다.
FlexRay 통신은 듀얼 채널로 프레임을 주고받을 수 있는 통신 방식이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예인 메시지의 재배치 과정에 이를 활용하는 방법을 제안한다.
태스크 A(501)가 전송하는 메시지 Ma의 전송이 지연되어 한 사이클 이상의 시간이 경과한 후에 수신 측 노드에 전달된다면 수신 측 노드에서 클레임(Claim) 메시지를 송신 측 노드에 전달하게 되고 이때에 송신측 노드에서 계산한 MRRF의 값이 소정의 임계 치를 넘어서게 되면 '메시지 재배치 프로세스'가 실행된다. 메시지를 재배치하는 방법은 클레임을 야기한 Ma를 한 단계 높은 우선순위를 가지는 메시 지가 전송되는 채널의 슬롯과 대응되는 여분의 채널의 슬롯을 통해 전송하고 그 다음에는 더 높은 우선순위를 가지는 메시지가 전송되는 채널의 슬롯과 대응되는 여분의 채널의 슬롯을 통해 전송하는 것이다. 이와 동시에 각각의 경우에 해당하는 MRRF를 계산하여 이 값이 최소가 되는 배치를 찾아내도록 한다.
도 5a는 도 4a에서 듀얼 채널 (Ch. A, Ch. B)의 개념을 추가한 상태에서 진행되는 메시지 재배치 과정을 나타낸 것이다. 도 5a는 재배치가 일어나기 전의 메시지 배치 상태를 보여주며 Ma는 클레임을 야기한 메시지를 나타낸다. 도 5b에서는 태스크 B(502)가 채널 A의 2번째 슬롯을 통해 메시지를 전송할 때 태스크 A(501)는 채널 B의 2번째 슬롯을 통해 Ma를 전송하는 것을 나타내고 있으며 도 5c에서는 연속하여 태스크 C(503)가 채널 A의 4번째 슬롯을 통해 메시지를 전송할 때 태스크 A(501)는 채널 B의 4번째 슬롯을 통해 Ma를 전송하는 것을 나타내고 있다. 태스크 B(502)나 태스크 C(503)가 채널 A와 채널 B에 동일한 메시지를 전송하는 듀얼 채널 모드를 사용하고 있을 경우에는 메시지의 재배치를 위해 하나의 채널을 양보하도록 하여 클레임을 야기한 메시지가 전송 될 수 있도록 한다. 이와 유사한 재배치를 반복하면서 MRRF를 계산하여 '메시지 재배치 정책'에 부합하는 배치를 찾도록 한다.
도 5a, 5b, 5c에서는 클레임이 발생한 메시지를 보다 높은 우선순위의 태스크가 전송하는 채널(A)의 여분 또는 잉여의 채널(B)에서 채널 A에서 송신하는 슬롯에 대응하는, 즉 높은 우선순위의 태스크에 할당된 슬롯(잉여 채널의 슬롯)에 클레 임 메시지를 유발한 메시지를 재전송하도록 할당하여 메시지의 유실을 막기 위한 것이다. 이를 살펴보면 FlexRay 통신 프로토콜에 있어 제 Pth 주기의 채널 A에서 첫번째 슬롯을 통해 태스크 A(501)가 메시지를 송신하게 되며, 태스크 B(502)는 두번째 슬롯을 이용하여, 그리고 태스크 C(503)은 네번째 슬롯을 이용하여 각각 메시지를 송신한다. 또한, 태스크 C(503)는 채널 B의 네번째 슬롯을 이용하여 동일한 메시지(Mc)를 송신하는데, 이는 메시지 송신의 안정성을 위함이다.
이때, 각각의 태스크의 우선순위는 C>B>A 이다. Pth 주기에서 송신된 메시지 중에서 태스크 A의 메시지에 대한 클레임 메시지가 수신된다. 이 때, 전송 노드는 앞서 살펴본 바와 같이 MRRF를 계산하여, 메시지 재배치를 수행할 것인지, 혹은 그냥 할당된 슬롯에서 보낼 것인지를 결정한다. 메시지 재배치를 수행하는 것으로 결정되면, 채널 B에서 태스크 A(501)보다 높은 우선 순위의 태스크들이 사용하는 슬롯에 태스크 A(501)의 메시지를 보낼 수 있다. 이는 도 5b, 5c에서 전술한 바와 같다. 이때, 우선 순위에 있는 태스크들의 채널 B에서의 슬롯을 선택하는 방식은 다음 주기((P+1)th 사이클)에서 차상위 우선순위의 태스크가 사용하는 슬롯에 메시지를 송신할 수 있고(도 5b), 이러한 과정에서도 메시지 전달에 지연이 발생하는 경우, 다음 주기((P+2)th 사이클)에서 점진적으로 더 높은 우선순위의 태스크가 사용하는 슬롯에 메시지를 송신할 수 있다(도 5c). 또한, 메시지 지연이 높을 경우, 도 5b의 과정을 거치지 않고, 바로 최상위 태스크의 채널 B에 할당된 슬롯에 메시지를 송신하는 방식으로 진행할 수 있다.
둘 이상의 채널을 사용하게 되므로, 잉여 채널은 메시지의 안정성을 위해 사용되므로, 우선 순위가 높은 태스크의 잉여 채널에 클레임이 발생한 다른 태스크의 메시지를 송신하여도 전송의 안정성에 영향을 미치지 않으며, 그 결과, 원래의 채널에서는 태스크들 간에 할당된 슬롯에 변화가 발생하지 않으며, 잉여 채널에서는 슬롯의 할당에 변화가 발생할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 클레임이 발생한 메시지를 전송하는 태스크의 우선 순위가 낮아도, 클레임이 발생한 메시지의 신뢰성있는 전송을 위하여, 더 높은 우선순위의 태스크에 할당된 슬롯 또는 여분의 채널에서 할당된 슬롯에 메시지를 전송하여 클레임 카운터를 줄여나가서 신뢰성을 확보할 수 있다.
계산된 MRRF에 따라 다양한 재배치 정책을 적용할 수 있으나 다음의 세 가지 정책으로 대부분의 조건을 만족시킬 수 있다.
(1) 전송 지연이 발생되어 클레임을 야기한 프레임의 메시지에 대한 MRRF가 미리 지정된 임계 치 이하가 되면 종료
(2) 두 개 이상의 특정 메시지 집합 (Set)에 대한 MRRF가 미리 지정된 임계 치 이하가 되면 종료
(3) 모든 메시지의 MRRF의 총 합이 미리 지정된 임계 치 이하가 되면 종료
만일, 미리 지정된 재배치 횟수(재배치 가능 횟수) 내에서 MRRF의 값이 위의 세 가지 정책에서 언급한 임계 치에 도달하지 못한다면 초기의 메시지 배치 상태로 되돌리며 이 경우에는 차량 내의 '진단 모듈 (Diagnostic Module)'로 결과를 전송 하도록 하여 추후에 개발자로 하여금 FlexRay Cycle의 재설계를 통해 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 기회를 제공하도록 한다. 진단모듈의 실시예로 클레임 메시지와 관련된 정보를 저장할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 메시지 재배치를 가능하게 하는 FlexRay 프레임의 구조를 보여주는 도면이다. 도 6에서는 FlexRay프레임의 페이로드(payload) 영역에 앞서 살펴본 전송 시간, 메시지 우선 순위, 클레임 카운터, 그리고 목적지(destination)의 정보가 저장된다.
본 발명의 일 실시예에 의하여 기존 FlexRay 프레임의 Payload의 13번째 Byte부터 16번째 Byte에 다음과 같은 추가 정보를 저장하여 전송하도록 한다.
추가되는 항목들을 살펴보면 다음과 같다.
전송시간(Time Stamp)은 메시지의 전송 측 노드에서 전송 직전 시점의 시간을 기록해둔다. 메시지 우선순위(Message Priority)는 메시지를 전송하고자 하는 태스크의 우선순위를 저장하는 곳으로 우선순위가 높을수록 '메시지 전송 지연'이 없도록 하기 위해 MRRF의 계산 인자 값으로 들어간다. 즉, 우선 순위가 높은 태스크의 지연이 발생할 경우 보다 즉각적으로 메시지 재배치가 진행될 수 있도록 MRRF의 계산에서 활용한다.
클레임 카운터(Claim Counter)는 메시지가 지연된 횟수를 반영하기 위한 것으로 카운터 값이 높아질수록 재배치의 요구가 커진다는 점을 반영하기 위해 MRRF의 계산에 이를 활용한다.
목적지(Destination) 메시지 재배치 과정을 통해 메시지를 원래 전송하려던 슬롯이 아닌 다른 슬롯을 통해 전송하게 될 경우에 수신 측 노드에서 이를 인지하도록 하기 위한 것으로 수신 측 노드의 메시지 디스패처가 프레임에 기록된 목적지를 보고 해당되는 곳으로 발송할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 메시지 매니저의 구조를 보여주는 도면이다.
메시지 매니저 (Message Manager)(750)는 FlexRay 노드의 기능을 구현하는 SW의 계층 구조상에서 MAC의 상위 계층에서 구현되며 메시지 분배기 (Message Distributor)(730), 메시지 버퍼 (Message Buffer)(720), 메시지 디스패처((Message Dispatcher)(740)의 세 부분으로 구성된다. 메시지 분배기(730)는 어플리케이션에서 전송하고자 하는 메시지를 적당한 슬롯에 할당해주는 역할을 수행한다. 전송측 노드에서는 메시지 재분배 과정을 거친 메시지를 상응하는 슬롯에 할당하는 역할도 수행하게 된다.
메시지 버퍼 (720)는 재배치 과정에서 메시지를 임시로 저장하는 역할을 수행한다. 메시지 디스패처 (740)는 수신측 노드에서 메시지를 수신하였을 때 프레임에 저장된 목적지에 따라 메시지를 원하는 목적지로 발송해주는 역할을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 FlexRay 통신 프로토콜을 따르는 노드는 메시지를 송수신하는 메시지 송수신부, 메시지의 할당 및 분배를 제어하는 메시지 매니저를 포함한다. 또한, 메시지 송신부가 제 1 주기에서 제 1 슬롯을 통해 제 1 메시지 를 송신하고, 상기 제 1 메시지에 대하여 수신측 노드의 클레임 메시지를 수신하면, 상기 메시지 매니저의 메시지 분배기는 제 2 주기에서 상기 제 1 메시지를 상기 제 1 슬롯과 상이한 제 2 슬롯에 재배치한다. 메시지 재배치 과정에서 임시로 메시지를 저장하게 된다. 또한, 메시지 디스패처는 도 6에서 살펴본 프레임의 목적지 정보(destination)을 이용하여, 메시지를 원하는 목적지(태스크)로 전달되도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 의한 싱글 채널 또는 듀얼 채널에서의 메시지 재배치 과정을 보여주는 도면이다.
전송 노드는 메시지 전송을 진행한다(S802). 메시지 진행 과정에서 수신측 노드에서 클레임이 발생하였는지 확인한다(S804). 만약, 수신측 노드에서 클레임이 발생하지 않은 경우, 현상태로 메시지를 전송한다(S832). 만약 수신측 노드에서 클레임이 발생한 경우, 해당 메시지에 대한 MRRF를 계산한다(S806). MRRF를 계산하는 과정은 본 발명의 일 실시예에 의한 수식 1을 참조할 수 있으며, 그 외에 다양한 기준을 정하여 계산할 수 있다. MRRF가 소정의 임계치인 Threshold보다 큰지 확인한다(S808). 만약 MRRF가 소정의 임계치를 넘지 않는 경우, 현상태로 메시지를 전송한다(S830). 만약, 소정의 임계치(Threashold)를 넘을 경우, 채널 구성에 따라 메시지 재배치 과정을 진행한다. 채널이 하나인지 확인한다(S810). 채널이 하나인 싱글 채널인 경우, 앞서 도 4a, 4b, 4c 에서 살펴본 바와 같이 해당 메시지를 우선 순위가 높은 메시지가 전송되는 슬롯에 배치한다(S812). 한편, 채널이 두 채널(듀 얼 채널)인 경우, 앞서 도 5a, 5b, 5c 에서 살펴본 바와 같이 해당 메시지를 우선 순위가 높은 메시지가 전송되는 슬롯에 대응되는 잉여 채널의 슬롯에 배치한다(S814).
그리고 메시지를 전송한다(S816). 메시지를 전송한 후에도 수신측 노드에서 클레임이 발생했는지 확인한다(S818). 만약 클레임이 발생하지 않았다면 메시지 재배치를 완료하고 메시지를 전송하고(S830) 종료한다. 만약 수신측 노드에서 클레임이 발생하였다면(S818), 해당 메시지에 대한 MRRF를 계산한다(S820). 만약 MRRF가 소정의 임계치(Threashold)를 넘지 않는다면(S822), 메시지 재배치를 완료하고 메시지를 전송한다(S830). 만약 S822 단계에서 MRRF가 소정의 임계치를 넘을 경우, 혹은 같을 경우, 재시도 횟수가 한계보다 작은지 확인한다(S824). 만약 재시도 횟수가 한계 횟수보다 작다면, 메시지 재배치를 위해 채널의 개수에 따라 다시 S810 이하 과정을 진행할 수 있다. 또는, 채널에 대한 정보를 미리 가지고 있을 경우, S810과 같은 별도의 메시지 확인 절차 없이, S812 또는 S814 과정을 진행할 수 있다. 한편, 재시도횟수가 한계횟수에 도달한 경우에는 메시지 재배치로 해결하기 어려우므로, 복원을 하고 진단 모듈이 재시도와 관련된 내용이 기록할 수 있도록 진단 모듈에 정보를 전송하는 보고 프로세스를 진행하고(S826), 종료한다.
본 발명의 일 실시예는 메시지가 누락/지연된 경우, 해당 메시지를 전송하는 태스크에 할당된 슬롯이 아닌 다른 슬롯에 메시지를 재배치하여 전송하도록 하는 것이다. 이를 위해, 전송하고자 하는 프레임에 전송이 지연되었음을 확인하기 위한 시간 정보(Time Stamp)와 MRRF의 계산에 사용되는 클레임 카운터(Claim counter) 값, 전송을 요청한 태스크의 우선순위, 그리고 재배치가 일어난 후에도 수신 측 노드에서 원하는 목적지에 도착할 수 있게 하는 목적지 주소를 삽입할 수 있다. 수신 측에서 제기한 클레임에 대해 전송 측 노드에서는 다양한 메시지 재배치 정책에 따른 재배치 과정을 수행하여 이를 통해 메시지 전송의 지연 시간을 최소화할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 FlexRay의 사이클(Cycle)의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 FlexRay에서 전송 준비 과정에서 전송 지연이 발생되는 조건을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 메시지 재배치 프로세스가 적용되는 FlexRay 통신을 위한 노드의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 일 실시 예에 의한 단일 채널에서의 메시지 재배치 과정을 보여주는 도면이다.
도 5a, 5b, 5c는 본 발명의 일 실시 예에 의한 듀얼 채널에서의 메시지 재배치 과정을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 메시지 재배치를 가능하게 하는 FlexRay 프레임의 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 메시지 매니저의 구조를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 의한 싱글 채널 또는 듀얼 채널에서의 메시지 재배치 과정을 보여주는 도면이다.

Claims (16)

  1. FlexRay 통신 프로토콜을 따르는 노드에 있어서,
    제 1 주기에서 제 1 슬롯을 통해 제 1 메시지를 송신하는 (a) 단계;
    상기 제 1 메시지에 대한 수신측 노드의 클레임 메시지를 수신하는 (b) 단계; 및
    제 2 주기에서 상기 제 1 메시지를 상기 제 1 슬롯과 상이한 제 2 슬롯에 재배치하여 전송하는 (c) 단계를 포함하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 메시지는 제 1 태스크가 전송하는 메시지이며,
    상기 제 1 태스크의 우선순위는 상기 제 1 주기에서 상기 제 2 슬롯에 메시지를 송신하거나 또는 상기 제 2 슬롯을 할당받은 제 2 태스크의 우선순위보다 낮은 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 메시지는 상기 제 1 메시지를 전송하는 전송 시간에 대한 정보, 상기 제 1 메시지를 전송하는 제 1 태스크의 우선순위에 대한 정보, 상기 클레임 메시지의 수신 횟수에 대한 정보, 수신 측 노드에서의 목적지 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에,
    클레임 메시지의 수신 횟수 및 상기 클레임 메시지를 유발한 재전송이 필요한 메시지를 전송한 태스크의 우선순위를 조합하여 메시지 재배치 요청 인자를 계산하는 단계를 더 포함하며,
    상기 (c) 단계는
    상기 메시지 재배치 요청 인자가 소정의 임계치를 넘어설 경우 재배치를 수행하는 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에
    상기 재배치 수행 횟수를 기록하는 단계;
    수신측 노드로부터 제 2 클레임 메시지를 수신하는 단계;
    상기 제 2 클레임 메시지의 수신 횟수 및 상기 제 2 클레임 메시지를 유발한 재전송이 필요한 메시지를 전송한 태스크의 우선순위를 조합하여 제 2 메시지 재배치 요청 인자를 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 메시지 재배치 요청 인자가 소정의 임계치를 넘어서며 상기 재배치 수행 횟수가 재배치를 수행 가능한 횟수 이상인 경우,
    상기 제 2 클레임 메시지와 관련된 정보를 저장하는 단계를 더 포함하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 노드가 하나의 채널을 사용하는 경우,
    상기 제 2 슬롯은 상기 제 1 메시지를 송신한 제 1 태스크의 우선 순위보다 높은 우선순위를 가지는 제 2 태스크가 상기 제 1 주기에서 메시지를 송신하도록 할당되었던 슬롯인 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 제 2 슬롯에 상기 제 1 메시지를 할당하는 단계; 및
    상기 제 2 태스크가 송신하는 제 2 메시지는 제 3 슬롯에 할당하는 단계를 포함하며, 상기 제 3 슬롯은 상기 제 2 슬롯보다 우선순위가 낮게 전송되는 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 노드가 둘 이상의 채널을 사용하는 경우,
    상기 제 2 슬롯은 상기 제 1 메시지를 송신한 제 1 태스크의 우선 순위보다 높은 우선순위를 가지는 제 2 태스크가 상기 제 1 주기에서 메시지를 송신한 제 1 채널의 슬롯과 동일한 위치에 있는 제 2 채널의 슬롯인 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 방법.
  9. FlexRay 통신 프로토콜을 따르는 노드에 있어서,
    메시지의 할당 및 분배를 제어하는 메시지 분배기;
    상기 분배 과정에서의 메시지를 임시로 저장하는 메시지 버퍼를 포함하는 메시지 매니저; 및
    메시지를 송수신하는 메시지 송수신부를 포함하며,
    상기 메시지 송신부가 제 1 주기에서 제 1 슬롯을 통해 제 1 메시지를 송신한 후, 상기 제 1 메시지에 대한 수신측 노드의 클레임 메시지를 수신하면,
    상기 메시지 분배기는 제 2 주기에서 상기 제 1 메시지를 상기 제 1 슬롯과 상이한 제 2 슬롯에 재배치하는 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 메시지는 제 1 태스크가 전송하는 메시지이며,
    상기 제 1 태스크의 우선순위는 상기 제 1 주기에서 상기 제 2 슬롯에 메시지를 송신하거나 또는 상기 제 2 슬롯을 할당받은 제 2 태스크의 우선순위보다 낮은 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 메시지 분배기는
    상기 제 1 메시지를 전송하는 전송 시간에 대한 정보, 상기 제 1 메시지를 전송하는 제 1 태스크의 우선순위에 대한 정보, 상기 클레임 메시지의 수신 횟수에 대한 정보, 수신 측 노드에서의 목적지 정보를 상기 제 1 메시지에 포함시키는 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 메시지 분배기는 클레임 메시지의 수신 횟수 및 상기 클레임 메시지를 유발한 재전송이 필요한 메시지를 전송한 태스크의 우선순위를 조합하여 메시지 재배치 요청 인자를 계산하여, 상기 메시지 재배치 요청 인자가 소정의 임계치를 넘어설 경우 재배치를 수행하며, 상기 메시지 버퍼는 상기 재배치를 위해 다른 슬롯으로 배치되는 메시지를 임시로 저장하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 메시지 분배기는 상기 재배치 수행 횟수를 기록하며,
    상기 메시지 송수신부는 수신측 노드로부터 클레임 메시지를 수신하며,
    상기 메시지 분배기는 상기 클레임 메시지의 수신 횟수 및 상기 클레임 메시지를 유발한 재전송이 필요한 메시지를 전송한 태스크의 우선순위를 조합하여 메시지 재배치 요청 인자를 계산하고, 상기 메시지 재배치 요청 인자가 소정의 임계치를 넘어서며 상기 재배치 수행 횟수가 재배치를 수행 가능한 횟수 이상인 경우, 상기 클레임 메시지와 관련된 정보를 저장하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 노드가 하나의 채널을 사용하는 경우,
    상기 제 2 슬롯은 상기 제 1 메시지를 송신한 제 1 태스크의 우선 순위보다 높은 우선순위를 가지는 제 2 태스크가 상기 제 1 주기에서 메시지를 송신하도록 할당되었던 슬롯인 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 메시지 분배기는 상기 제 2 슬롯에 상기 제 1 메시지를 할당하고, 상기 제 2 태스크가 송신하는 제 2 메시지는 제 3 슬롯에 할당하며,
    상기 메시지 송수신부는 상기 제 3 슬롯을 상기 제 2 슬롯보다 우선순위가 낮게 송신하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 노드가 둘 이상의 채널을 사용하는 경우,
    상기 제 2 슬롯은 상기 제 1 메시지를 송신한 제 1 태스크의 우선 순위보다 높은 우선순위를 가지는 제 2 태스크가 상기 제 1 주기에서 메시지를 송신한 제 1 채널의 슬롯과 동일한 위치에 있는 제 2 채널의 슬롯인 것을 특징으로 하는, FlexRay 통신에서의 신뢰성 향상을 위해 메시지를 재배치하여 송수신하는 장치.
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