KR101106096B1 - 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 방법 및 그 실시를 위한 중계 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 형태의 오디오 및 데이터 중계 방법 및 그 실시를 위한 중계 시스템에 관한 것으로서,

오디오 프레임 중계 동작이 데이터 프레임 중계 동작에 방해받지 않도록 오디오 프레임 전송 구간과 데이터 프레임 전송 구간으로 분할하고, 오디오 프레임에 대해서는 물리 계층에서의 전송 및 중계를 수행하는 한편, 데이터 프레임에 대해서는 링크 계층에서의 중계를 수행하는 방식의 오디오 및 데이터 중계 방법 및 그 실시를 위한 중계 시스템을 제시함으로써,

디지털 오디오 트래픽과 같은 실시간 방송형 트래픽에 대해서는 중계 장치 간 지연 시간과 지터를 최소화할 수 있어 고음질의 디지털 오디오 중계를 수행할 수 있는 동시에, 데이터 프레임의 혼용 전송이 가능하고 중계 장치 및 단말에서의 오디오 프레임과 데이터 프레임의 구분이 가능하며, 오디오 프레임의 전송이 데이터 프레임의 전송에 방해받지 않는 장점이 있다.

디지털 오디오 장치 간의 연결뿐만 아니라 산업 자동화 장치 간의 연결 및 기지국 간의 정밀한 시간 정보 전달 기능 개발에도 활용할 수 있다.

브리지, 스위치, 리피터, 오디오 전송, 이더넷

Description

리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 방법 및 그 실시를 위한 중계 시스템{a method for integrated audio and data transmission with combined repeater and bridge capabilities and a transmission system for carrying out the method}

본 발명은 오디오 프레임의 전송이 데이터 프레임의 전송에 방해받지 않고 최소한의 중계 장치 간 전달 지연 시간을 가질 뿐 아니라 이 과정에서 데이터 프레임 또한 효율적으로 중계할 수 있도록 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 형태의 오디오 및 데이터 중계 방법 및 그 실시를 위한 중계 시스템에 관한 것이다.

저렴한 이더넷 전송 기술을 이용하여 디지털 방송형 오디오 트래픽을 이더넷 프레임에 수납하여 전송하는 이더넷 기반의 오디오 전송 기술이 상용화되었거나 IEEE802.1av와 같은 국제 표준화가 진행 중에 있다. 이러한 이더넷 기반의 오디오 전송 기술은 오디오 및 데이터가 수납된 이더넷 프레임 모두를 중계하는 물리 계층에서 동작하는 리피터 기반 기술과, 이들을 모두 데이터 링크 계층에서 중계하는 브리지 기반 기술로 크게 구분된다.

이들 리피터 기반 기술과 브리지 기반 기술이 지닌 장단점을 살펴보면 다음 과 같다. 리피터 기반 기술의 경우에 있어서는, 각 중계 장치 간 전달 지연 시간이 거의 없어 신속한 전달 기능을 제공할 수 있지만, 데이터 프레임은 모든 중계 장치를 경유하여 전달되므로 전송 효율이 떨어지는 단점이 있다. 반면에, 브리지 기반 기술의 경우에 있어서는, 데이터 프레임의 전송 효율은 높지만, 오디오 프레임 중계 시 지연 시간이 길 뿐만 아니라 일반 데이터 프레임에 의해 가변적인 지연이 발생하므로 수신 측에서 큰 재생 버퍼를 필요로 하는 단점이 있다.

따라서 오디오 프레임을 경로상의 각 중계 장치에서 리피터 기능으로 중계하여 엄격한 지터 조건 및 최소한의 전달 지연 시간 요구 조건을 만족시키는 동시에, 가변적 지연이 허용되는 데이터 프레임 또한 효율적으로 중계할 수 있는 방법의 개발 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 개발 필요성에 부합되는 오디오 및 데이터 중계 시스템 및 방법, 즉 디지털 방송형 오디오 및 데이터 혼용 통신 시스템에 있어 오디오 프레임의 전송이 데이터 프레임의 전송에 방해받지 않으며, 데이터 프레임의 전송 효율 또한 높은 매우 바람직한 구조의 오디오 및 데이터 중계 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 오디오 프레임 중계 동작이 데이터 프레임 중계 동작에 방해받지 않도록 오디오 프레임 전송 구간과 데이터 프레임 전송 구간으로 분할하고, 오디오 프레임에 대해서는 물리 계층에서의 전송 및 중계를 수행하는 한편, 데이터 프레임에 대해서는 링크 계층에서의 중계를 수행하는 방식의 오디오 및 데이터 중계 방법 및 그 실시를 위한 중계 시스템을 제시함으로써 달성된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 오디오 및 데이터 중계 방법을 실시함에 있어 오디오 프레임과 데이터 프레임을 구분하는 방법도 함께 제시한다.

보다 구체적으로 정리하자면, 본 발명의 오디오 및 데이터 중계 방법은, 싸이클 마스터 오디오 장치, 다수의 일반 오디오 장치 및 종단 오디오 장치를 포함하는 중계 시스템 내에서 오디오 프레임 중계 동작이 데이터 프레임 중계 동작에 방해받지 않도록 오디오 프레임 전송 구간과 데이터 프레임 전송 구간으로 분할된 싸이클을 제공하는 단계와, 오디오 프레임에 대한 물리 계층에서의 전송 및 중계를 수행하는 단계와, 그리고 데이터 프레임에 대한 링크 계층에서의 중계를 수행하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 오디오 프레임 전송 구간과 데이터 프레임 전송 구간으로 분할된 싸이클을 제공하는 단계는, 세부적으로, 싸이클 마스터 오디오 장치가 주기적으로 오디오를 수납할 수 있는 프레임을 생성하여 싸이클 마스터 오디오 장치의 경로상 하류에 있는 장치로 송신하는 단계와, 이 오디오 프레임을 수신한 장치가 해당 싸이클의 시작을 기록하는 동시에 오디오 프레임을 수신한 장치 자신에게 할당된 슬롯에 자신의 오디오를 수납하여 경로상 자신의 하류에 있는 다른 장치로 물리 계층 수준에서 리피팅하는 단계를 포함한다. 이 리피팅 과정을 통하여 모든 장치들은 해당 싸이클의 시작을 알 수 있다. 또한, 오디오 프레임에는 해당 싸이클에 포함된 오디오 프레임 전송을 위한 타임 슬롯 개수가 수납됨에 따라 모든 장치들이 데이터 프레임 전송 시점을 스스로 알 수 있다. 상기 싸이클은 125 usec의 정수배로써 싸이클 마스터 오디오 장치에 의해 결정된다.

상기 오디오 프레임에 대한 물리 계층에서의 전송 및 중계를 수행하는 단계는, 세부적으로, 임의의 타임 슬롯 예약 프로토콜에 의해 각 장치별로 예약된 타임 슬롯에 대하여 상기 싸이클 마스터 오디오 장치로부터 주기적으로 포트 1 에 수신되는 오디오 프레임을 각 장치 내 미디엄 인디팬던트 인터페이스(Medium Independent Interface, MII) 상위 접속부에 위치한 정합 유닛에서 물리 계층 수준으로 포트 2 로 중계하면서, 또한 각 장치 자신이 생성한 오디오 바이트 열을 해당 타임 슬롯에 수납하는 단계와, 이렇게 각 장치에 의해 생성된 여러 개의 타임 슬롯으로 구성된 최종적인 오디오 프레임을 경로상의 가장 하류에 있는 장치의 루프백 터미네이터가 상류 방향으로 다시 중계하는 단계와, 상류 방향으로 중계되는 도중, 중계 시스템 내 각각의 장치에 있어서, MII 상위 접속부에 위치한 정합 유닛에서 수신 대상 타임 슬롯에 수납된 오디오 바이트 열을 복사하여 코덱 유닛으로 전달하는 단계와, 이후 상류 방향으로 중계되어 상기 싸이클 마스터 오디오 장치에 수신되는 오디오 프레임을 싸이클 마스터 오디도 장치에 설치된 터미네이터가 폐기하는 단계를 포함한다. 이러한 과정을 통하여, 방송형 특성을 가지는 대부분의 오디오 트래픽이 다수의 중계 장치를 통하여 자연스럽게 방송 중계될 수 있다.

상기 데이터 프레임에 대한 링크 계층에서의 중계를 수행하는 단계는, 세부적으로, MII 상부에 위치한 정합 유닛에서 판별된 데이터 프레임을 상위의 3 포트 이더넷 브리징 유닛으로 전달하여 기존 이더넷 브리징 로직에 의해 처리하는 단계를 포함한다. 따라서 데이터 프레임은 망 전체로 중계되는 것이 아니라 목적지 장치까지만 중계된다. 본 발명의 오디오 및 데이터 중계 시스템에 의한 데이터 프레임 송신은 오디오 프레임의 마지막 시점에 의해 알려진 데이터 프레임 전송 가능 시점으로부터 다음 오디오 프레임 수신 시점까지의 구간에서만 가능하도록 상기 정합 유닛이 제어한다.

상기 오디오 프레임과 데이터 프레임을 서로 구분하는 방법에 관해서는 관련 첨부 도면과 함께 설명하기로 한다.

상기와 같이, 본 발명은 디지털 오디오 장치 간 연결 시스템에 있어서, 오디오 프레임의 경우 중계 장치 간 전달 지연 시간을 최소화할 뿐 아니라 망 전체로의 방송이 가능하며, 데이터 프레임의 경우 효율적인 링크 대역 폭 사용이 가능하도록 링크 계층에서의 중계 수단을 사용하는 혼성 중계 기술을 제시하였다.

이로써, 디지털 오디오 트래픽과 같은 실시간 방송형 트래픽에 대해서는 중계 장치 간 지연 시간과 지터를 최소화할 수 있어 고음질의 디지털 오디오 중계를 수행할 수 있는 동시에, 데이터 프레임의 혼용 전송이 가능하고 중계 장치 및 단말에서의 오디오 프레임과 데이터 프레임의 구분이 가능하며, 오디오 프레임의 전송이 데이터 프레임의 전송에 방해받지 않는 장점이 있다.

디지털 오디오 장치 간의 연결뿐만 아니라 산업 자동화 장치 간의 연결 및 기지국 간의 정밀한 시간 정보 전달 기능 개발에도 활용할 수 있다.

이하, 본 발명 실시예의 오디오 및 데이터 중계 방법 및 그 실시를 위한 중계 시스템을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명의 방법 및 시스템을 설명함에 있어서는, 중계 시스템의 구성에 관한 설명과, 해당 시스템을 구성하는 각 장치들 간의 상호 동작 메커니즘, 즉 중계 방법에 관한 설명을 함께 전개해 나가기로 한다.

도 1 은 본 발명 실시예에 따른 오디오 및 데이터 중계 시스템의 개략적 구성도이다.

도 1 에 따르면, 오디오 및 데이터 중계 시스템은, 싸이클 마스터 오디오 장치(110)와, 다수의 일반 오디오 장치(120)와, 종단 오디오 장치(130)와, 싸이클 마스터 오디오 장치(110)에 연결된 터미네이터(140)와, 종단 오디오 장치에 연결된 루프백 터미네이터(150)를 포함하여 구성된다. 이들은 모두 전이중 이더넷 케이블로 연결된다.

상기 싸이클 마스터 오디오 장치(110), 일반 오디오 장치(120) 및 종단 오디오 장치(130)는 각각 두 개의 이더넷 물리 계층 유닛(115)과, 아날로그/디지털 오디오 단말을 연결하는 오디오 접속부(111)와, 일반 데이터 단말을 이더넷으로 연결할 수 있는 3개 포트를 가지는 이더넷 브리징 유닛(112)과, 오디오 프레임 생성 유닛(114)과, MII(116) 상위에 위치한 정합 유닛(113)을 포함한다. 이들 싸이클 마스터 오디오 장치(110) 내지 종단 오디오 장치(130)는 동일한 내부 구조를 가지며, 각 장치의 역할에 따라 오디오 프레임 생성 유닛(114)의 동작 유무가 결정된다.

상기와 같은 구성의 본 발명 실시예에 따른 오디오 및 데이터 중계 시스템 내 구성 요소들, 즉 각 장치들 간의 동작 메커니즘은 다음과 같다.

싸이클 마스터 오디오 장치(110)는 125 usec의 정수배(M) 시간마다 주기적으로 예약된 개수의 타임 슬롯이 수납된 오디오 프레임을 생성하여 싸이클 마스터 오디오 장치(110)의 경로상 하류에 위치한 장치로 송신한다. 하류에 위치한 장치는 해당 타임 슬롯에 장치 자신의 오디오 바이트 열을 수납하여 다시 그 하류에 위치한 일반 오디오 장치로 리피팅하면서 계산된 프레임 체크 시퀀스(Frame Check Sequence, FCS)를 수정한다. 각 장치에 의해 생성된 여러 개의 타임 슬롯으로 구성된 최종적인 오디오 프레임은 경로상의 가장 하류에 있는 일반 오디오 장치의 루프백 터미네이터(150)에 의해 상류 방향으로 다시 중계된다. 상류 방향으로 중계되는 과정에 있어서, MII(116) 상위 접속부에 위치한 정합 유닛(113)에서는 수신 대상 타임 슬롯에 수납된 오디오 바이트열을 복사하여 오디오 접속부(111)로 전달한다. 이후, 상류 방향으로 중계되어 싸이클 마스터 오디오 장치(110)로 되돌아온 오디오 프레임은 터미네이터(140)에 의해 폐기된다.

오디오 프레임을 수신한 경로상 하류의 각 일반 오디오 장치(120)는 싸이클의 시작을 기록하는 동시에 해당 오디오 프레임을 일반 오디오 장치 자신의 하류에 있는 다른 장치로 물리 계층 수준에서 리피팅함으로써 모든 장치들로 하여금 싸이클 시작을 인식할 수 있도록 한다. 또한, 오디오 프레임에는 해당 싸이클의 오디오 프레임 전송을 위한 타임 슬롯 개수가 수납되어 있음에 따라 각 장치들이 데이터 프레임 전송 시점을 인식할 수 있다.

도 2 는 본 발명 실시예의 오디오 및 데이터 중계 시스템에 있어 오디오 프레임에 대한 물리 계층에서의 전송 및 중계 수단의 구성 및 동작 메카니즘을 나타낸 도면이다.

도 2 에 따르면, 정합 유닛(113) 내부에 위치한 리피터 로직(201)은 싸이클 마스터 오디오 장치로부터 주기적으로 포트 1 에 수신되는 오디오 프레임을 포트 2 로 중계하면서 자신이 생성한 오디오 바이트 열을 해당 타임 슬롯에 수납한다. 이렇게 각 장치에 의해 생성된 여러 개의 타임 슬롯으로 구성된 최종적인 오디오 프레임은 가장 하류에 있는 장치의 루프백 터미네이터에 의해 상류 방향으로 다시 중계된다. 상류 방향으로 중계되는 과정에서 해당 장치의 리피터 로직(201)은 수신 대상 타임 슬롯에 수납된 오디오 바이트 열을 복사하여 코덱 유닛으로 전달한다. 이어서, 상류 방향으로 중계되어 싸이클 마스터 오디오 장치에 수신되는 오디오 프레임은 해당 장치에 설치된 터미네이터에 의해 폐기된다.

도 3 은 본 발명 실시예의 오디오 및 데이터 중계 시스템에 있어 데이터 프레임에 대한 링크 계층에서의 중계 수단의 구성 및 동작 메커니즘을 나타낸 도면이다.

도 3 에 따르면, 3 포트 이더넷 브리징 유닛(112)은 3개의 MAC(301~303)와 이들을 연결하는 브리징 로직(304)으로 구성된다. MII(116) 상부에 위치한 정합 유닛(113)에서 판별된 데이터 프레임은 상부에 위치한 3 포트 이더넷 브리징 유닛(112)으로 전달되어 브리징 로직에 의해 처리된다. 따라서 데이터 프레임은 망 전체로 중계되는 것이 아니라 목적지 장치까지만 중계된다. 해당 장치에 의한 데이터 프레임의 송신은 오디오 프레임에 의해 알려진 데이터 프레임 전송 가능 시점으로부터 다음 오디오 프레임 수신 시점까지의 구간에서만 가능하도록 정합 유닛(113)이 제어한다.

도 4 는 본 발명 실시예의 오디오 및 데이터 중계 방법을 실시함에 있어 오디오 프레임과 데이터 프레임을 구분하는 두 가지 방식을 설명하기 위한 도면으로서, 오디오 프레임의 구조와, 앞서 언급한 바의 MII에서 정합 유닛으로 전달되는 신호선 값에 따른 오디오/데이터(=1/0) 신호의 생성 원리를 나타낸다. 방식 1 (도면(a)) 은 오디오 프레임을 구성하는 8 바이트의 프리앰블 내 마지막 바이트인 스타팅 프레임 디리미터(Starting-Frame-Delimiter(SFD) 영역 앞에 위치한 1 바이트 영역의 일부를 오디오 트래픽이 수납된 오디오 프레임과 일반 데이터 프레임을 구분하는 용도로 사용하는 경우이다. 이 경우에 있어 정합 모듈(113)은 SFD의 수신이 완료된 시점에서 직전에 수신된 SYN/SYN 영역의 값을 참조하여 오디오 및 데이터 신호를 생성한다. 방식 2 (도면(b)) 는 이더넷 프레임을 구성하는 6 바이트의 데스티네이션 어드레스(DA) 영역의 첫 바이트 내 일부 비트 값을 오디오 트래픽이 수납된 오디오 프레임과 일반 데이터 프레임을 구분하는 용도로 사용하여 오디오/데이터(=1/0) 신호를 생성하는 경우이다. 오디오 및 데이터 신호는 정합 유닛(113) 내부에서 생성하며, 오디오 슬롯과 데이터 프레임을 구분하여 처리한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부 도면을 참조로 구체적 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시예에 국한되지 않고, 후술하는 바의 특허청구범위 및 그 균등범위 내의 모든 사항을 포함하는 것임을 밝혀두고자 한다.

도 1 은 본 발명 실시예에 따른 오디오 및 데이터 중계 시스템의 개략적 구성도,

도 2 는 본 발명 실시예의 오디오 및 데이터 중계 시스템에 있어 오디오 프레임에 대한 물리 계층에서의 전송 및 중계 수단의 구성 및 동작 메카니즘을 나타낸 도면,

도 3 은 본 발명 실시예의 오디오 및 데이터 중계 시스템에 있어 데이터 프레임에 대한 링크 계층에서의 중계 수단의 구성 및 동작 메커니즘을 나타낸 도면,

도 4 는 본 발명 실시예의 오디오 및 데이터 중계 방법을 실시함에 있어 오디오 프레임과 데이터 프레임을 구분하는 두 가지 방식을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (6)

1. 싸이클 마스터 오디오 장치, 다수의 일반 오디오 장치 및 종단 오디오 장치를 포함하는 중계 시스템 내에서, 오디오 프레임 중계 동작이 데이터 프레임 중계 동작에 방해받지 않도록 오디오 프레임 전송 구간과 데이터 프레임 전송 구간으로 분할된 싸이클을 제공하는 단계와; 오디오 프레임에 대한 물리 계층에서의 전송 및 중계를 수행하는 단계와; 데이터 프레임에 대한 링크 계층에서의 중계를 수행하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오디오 프레임 전송 구간과 데이터 프레임 전송 구간으로 분할된 싸이클을 제공하는 단계는,

   싸이클 마스터 오디오 장치가 주기적으로 오디오 프레임을 생성하여 싸이클 마스터 오디오 장치의 경로상 하류에 있는 장치로 송신하는 단계와; 이 오디오 프레임을 수신한 장치가 해당 싸이클의 시작을 기록하는 동시에, 오디오 프레임을 수신한 장치 자신의 경로상 하류에 있는 다른 장치로 물리 계층 수준에서 리피팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 오디오 프레임에 대한 물리 계층에서의 전송 및 중계를 수행하는 단계는,

   임의의 타임 슬롯 예약 프로토콜에 의해 각 장치별로 예약된 타임 슬롯에 대하여 상기 싸이클 마스터 오디오 장치로부터 주기적으로 포트 1 에 수신되는 오디오 프레임을 각 장치 내 MII 상위 접속부에 위치한 정합 유닛에서 물리 계층 수준으로 포트 2 로 중계하면서, 또한 각 장치 자신이 생성한 오디오 바이트 열을 해당 타임 슬롯에 수납하는 단계와; 이렇게 각 장치에 의해 생성된 여러 개의 타임 슬롯으로 구성된 최종적인 오디오 프레임을 경로상의 가장 하류에 있는 장치의 루프백 터미네이터가 상류 방향으로 다시 중계하는 단계와; 상류 방향으로 중계되는 도중, 중계 시스템 내 각각의 장치에 있어서, MII 상위 접속부에 위치한 정합 유닛에서 수신 대상 타임 슬롯에 수납된 오디오 바이트 열을 복사하여 코덱 유닛으로 전달하는 단계와; 상류 방향으로 중계되어 상기 싸이클 마스터 오디오 장치에 수신되는 오디오 프레임을 해당 장치에 설치된 터미네이터가 폐기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터 프레임에 대한 링크 계층에서의 중계를 수행하는 단계는, 중계 시스템 내 각각의 장치에 있어서, MII 상부에 위치한 정합 유닛에서 판별된 데이터 프레임을 상위의 3 포트 이더넷 브리징 유닛으로 전달하여 기존 이더넷 브리징 로직에 의해 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 방법.
5. 싸이클 마스터 오디오 장치(110)와, 다수의 일반 오디오 장치(120)와, 종단 오디오 장치(130)와, 싸이클 마스터 오디오 장치(110)에 연결된 터미네이터(140)와, 종단 오디오 장치에 연결된 루프백 터미네이터(150)를 포함하여 구성된 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 시스템에 있어서, 상기 싸이클 마스터 오디오 장치(110), 일반 오디오 장치(12) 및 종단 오디오 장치(130)는 각각 두 개의 이더넷 물리 계층 유닛(115)과, 아날로그/디지털 오디오 단말을 연결하는 오디오 접속부(111)와, 일반 데이터 단말을 이더넷으로 연결할 수 있는 3개 포트를 가지는 이더넷 브리징 유닛(112)과, 오디오 프레임 생성 유닛(114)과, MII(116) 상위에 위치한 정합 유닛(113)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리피터 및 브리지 기능이 혼합된 오디오 및 데이터 중계 시스템.
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