KR101472540B1 - 패킷 네트워크의 동기화 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패킷 네트워크에서 네트워크 트래픽에 따른 지연변동을 고려하여 보다 정확하게 동기화를 수행할 수 있는 동기화 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명의 일 양상에 따른 패킷 네트워크의 동기화 장치는, 양 방향 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 샘플링부, 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 주파수 옵셋을 추정하는 추정부, 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정된 주파수 옵셋을 검증하는 검증부, 및 로컬 슬래이브 클럭으로부터 검증된 주파수 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 동기화부를 포함한다.
패킷 네트워크, 네트워크 지연, 지연 변동, 동기

Description

패킷 네트워크의 동기화 장치 및 그 방법{Synchronizing apparatus and method of packet network}
본 발명은 네트워크 동기화에 관한 것으로, 특히 패킷 네트워크의 동기화 장치 및 방법에 관련된다.
현재 NTP(Network Time Protocol) 표준과 같이 타임 스탬프(timestamp)를 사용하여 타이밍을 전송하는 프로토콜들이 존재한다. 이러한 프로토콜에서 각 슬래이브(slave)는 로컬 프리-런닝 클럭(local free-running clock)을 가지며, 자신이 연결된 마스터(예를 들면, 그랜드 마스터)와 동기화를 시도한다.
이때, 슬래이브는 마스터에 전송시간 타임 스탬프(T1)를 포함한 메시지를 전송한다. 메시지를 수신한 마스터는 응답 메시지를 슬래이브에 전송한다. 이러한 메시지 전송 방식을 양방향 메시지 방식(2-way message scheme)이라고 한다. 응답메시지에는 전송메시지 수신시간 타임 스탬프(T2), 응답메시지가 보내진 시간 타임 스탬프(T3)가 포함된다. 수신단 슬래이브에서 응답메시지를 수신한 시간 타임 스탬프(T4)도 동기화에 이용된다. 이러한 타임 스탬프를 이용하여 슬래이브는 전파 지연(propagation delay)을 측정하고 시간 타임 스탬프(T3)에서 지연 시간을 차감하 여 마스터에 동기화할 수 있다.
만약, 네트워크 지연이 대칭적이라면, 다운링크와 업링크 간에 지연시간은 동일하며 슬래이브와 마스터 간의 전파 지연(propagation delay)과 타임 옵셋(offset)은 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112008064648190-pat00001
Figure 112008064648190-pat00002
이때, 수학식 1에 의해 계산된 전파 지연은 다운링크와 업링크 양 방향에서의 지연시간들의 평균값이다.
그러나, 실제 네트워크에서 네트워크 지연이 비대칭적라면, 다운링크 방향에서의 실제 전파 지연과 업링크 방향에서의 실제 전파 지연은 서로 다르다. 따라서, 수학식 2에 의해 계산된 마스터로부터의 옵셋은 비대칭 네트워크의 옵셋의 실제값과 차이가 생긴다.
한편, 마스터와 슬래이브가 중간 노드 없이 직접 연결된 경우, 전파 지연은 전송 물리계층(PHY), 케이블, 수신 물리계층(PHY)에서의 지연시간의 합으로 구해진다. 이러한 지연시간은 매우 안정적이며, 마스터와의 타임 옵셋은 정적인 시간 에러로 나타나므로 시간변동(jitter)이나 이탈(wander)과 같은 지연 변동(dealy variation) 값을　 증가시키지 않는다.
그러나 실제 네트워크에서 마스터와 슬래이브가 타임 스탬핑 메시지를 처리할 수 없는 하나 이상의 브리지나 라우터들로 분리되어 있다면, 마스터나 슬래이브에 의해 전송되는 타임 스탬프가 포함된 메시지들은 시간에 따라, 즉 트래픽 부하(load)나 특성에 따라 랜덤하게 가변하는 큐잉 지연을 경험하게 될 것이다. 이 경우 지연 변동은 수 ms 단위가 될 수 있으며, 이것은 무선 기지국의 타이밍이나, 압축되지 않은 디지털 비디오, 오디오 등과 같은 전형적인 응용에서 반드시 제공해야할 시간변동(jitter)이나 이탈(wander)과 같은 지연 변동에 대한 요구사항을 훨씬 넘는다.
이를 개선하기 위해 네트워크의 중간 노드에서 타임 스탬프가 포함된 메시지를 우선 전송할 수 있다. 그러나, 브리지나 라우터는 흔히 비-선점 방식의 우선순위 메카니즘을 사용하므로, 타임 스탬프를 포함한 메시지가 여전히 서비스 중인 패킷에 의해 지연될 수 있다. 결과적으로 이 경우 지연 변동은 여전히 수백 ㎲ 단위가 될 수 있다.
본 발명은 패킷 네트워크에서 네트워크 트래픽에 따른 지연변동을 고려하여 보다 정확하게 동기화를 수행할 수 있는 동기화 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 일 양상에 따른 패킷 네트워크의 동기화 장치는, 패킷 네트워크의 동기화 장치에 있어서, 양 방향 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 샘플링부; 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 주파수 옵셋을 추정하는 추정부; 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정된 주파수 옵셋을 검증하는 검증부; 및 로컬 슬래이브 클럭으로부터 검증된 주파수 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 동기화부를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따른 패킷 네트워크의 동기화 장치는, 양 방향 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 샘플링부; 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 전파 지연 및 시간차를 추정하는 추정부; 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정된 전파 지연 및 시간차를 검증하는 검증부; 검증된 시간차와 상기 검증된 전파 지연의 차를 계산하여 위상 옵셋을 구하고 로컬 슬래이브 클럭으로부터 상기 구해진 위상 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 동기화부를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따른 패킷 네트워크의 동기화 방법은, 양방향 메시지가 교환될 때마다 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 단계; 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정된 주파수 옵셋을 검증하는 단계; 및 로컬 슬래이브 클럭으로부터 검증된 주파수 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 검증하는 단계는, 주파수 옵셋에 대한 새로운 샘플값이 입력되면 새로운 샘플값과 현재 평균값의 차를 이용하여 에러를 계산하는 단계; 에러 값이 제1 기준치 이내이면 새로운 샘플값을 유효한 주파수 옵셋 값으로 결정하고, 슬라이딩 윈도우를 이용하여 평균 주파수 옵셋을 업데이트하는 단계; 에러 값이 제1 기 준치를 넘으면 에러 카운터를 증가시키고 해당 샘플값을 버리는 단계; 및 에러 카운터가 제2 기준치를 넘으면 슬라이딩 윈도우를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따른 패킷 네트워크의 동기화 방법은, 양 방향 메시지가 교환될 때마다 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 단계; 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 전파 지연 및 시간차를 추정하는 단계; 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정된 전파 지연 및 시간차를 검증하는 단계; 및 검증된 시간차와 검증된 전파 지연의 차를 계산하여 위상 옵셋을 구하고, 로컬 슬래이브 클럭으로부터 구해진 위상 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 검증하는 단계는, 전파 지연 또는 시간차에 대한 새로운 샘플값이 입력되면 새로운 샘플값과 현재 평균값의 차를 이용하여 에러를 계산하는 단계; 에러 값이 제1 기준치 이내이면 새로운 샘플값을 유효한 전파 지연 또는 시간차 값으로 결정하고, 슬라이딩 윈도우를 이용하여 상기 전파 지연 또는 시간차에 대한 새로운 샘플값을 결정하는 단계; 에러 값이 제1 기준치를 넘으면 에러 카운터를 증가시키고, 해당 샘플값을 버리는 단계; 및 에러 카운터가 제2 기준치를 넘으면 슬라이딩 윈도우를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.　 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.　 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.　 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에서 이용되는 기준선(baseline) 알고리즘에 대해 살펴보고, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 장치의 구성 및 동작을 설명한다.
도 1은 기준선 알고리즘을 설명하기 위한 참고도이다.
도 1을 참조하면, 메시지가 전송될 때 네트워크 트래픽에 기인한 지연 변동을 경험하는 경우 두 개의 네트워크 노드간의 주파수 옵셋(frequency offset)을 추정하는 방법으로 기준선 알고리즘이 도시된다. 송수신 노드는 메시지에 타임 스탬프(time stamp)를 찍으며, 수신 노드는 수신 시간(T2)에서 송신 시간(T1)을 뺌으로써 시간차(겉보기 지연(apparent delay)이라고도 한다)를 구할 수 있다.
이때 네트워크 지연이 없다면 계산된 시간차는 수신 노드의 시간에 대한 선형함수일 것이다. 기준선의 기울기는 송수신단 사이의 주파수 옵셋이 될 것이고, 임의의 시간에서 시간차(겉보기 지연)과 실제 지연(true delay) 간의 차이는 해당 시간에서 두 노드 간의 위상 옵셋(phase offset)이 될 것이다.
만약 네트워크 지연이 있는 경우, 수신 노드의 시간 함수에 대한 지연은 지연 변동을 반영하는 추가적인 요소를 가진다. 그러나, 주파수 옵셋 때문에 지연 변동은 전형적으로 위상 변화에 비해 빠르며, 결과 함수(plot)는 지연 변동이 없는 경우의 함수에 근사하는 기준선(baseline)을 가지게 된다.
도 1을 참조하면, x 축은 수신 시간을, y 축은 시간차(T2-T1)를 각각 나타낸다. 슬라이딩 윈도우 내에 포함된 시간차 샘플들 중 최소값을 연결하여 기준선을 구할 수 있다. 기준선에서 시간차 포인트에 이르는 거리가 최소화 되도록 기준선(800)은 모든 수신 시간의 모든 시간차 포인트보다 항상 낮다. 기준선의 기울기는 두 노드간의 주파수 옵셋과 같다. 임의의 시간에서 시간차(700)는 전파 지연(propagation delay)와 위상 옵셋(Phase offset)의 합과 같다(수학식 2 참조).
일반적으로 기준선 알고리즘은 일방향 지연 측정(one-way delay measurement)에 적용되며, 주파수 옵셋과 시간차(즉, 위상 옵셋과 전파 지연의 합)를 결정할 수 있다. 따라서, 주파수 옵셋을 보정하여 시간동기화를 수행하게 된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에서는 수신 노드의 클럭이 송신 노드의 클럭과 보다 정확하게 동기화 되도록 주파수 옵셋과 위상 옵셋을 모두 보정하여 시간동기화를 수행하는 방법을 제안한다. 따라서, 위상 옵셋과 전파 지연을 구별하여(separately) 결정하는 것이 중요하다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 시간 동기화 장치 및 방법은, 전술한 수학식 1 및 수학식 2를 사용하는 양방향 메시지 구조(two-way message scheme)에 전술한 기준선 알고리즘을 적용한다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 기준선 알고리즘은 네트워크 트래픽 부하가 적절할 때는 주파수 옵셋 및 위상 옵셋의 정확한 추정값을 구할 수 있다. 그러나, 네트워크 트래픽 부하가 커질수록 주파수 및 위상 옵셋의 정확성은 떨어진다. 이는 기준선 알고리즘의 정확성이 지연되지 않은 메시지의 수가 충분한지 여부에 크게 의존하기 때문이다. 이러한 지연되지 않은 메시지에 대응하는 포인트(예를 들면, A, B, C 포인트 등)들이 기준선을 형성한다. 네트워크 트래픽이 증가하면, 그러한 포인트들이 감소하고 불충분해진다.
또한, 추정된 주파수에 우연히 큰 에러가 있는 경우 시간에 대한 추정된 주파수를 그린 그래프에서 스파이크(spikes)로 나타나는 것을 알 수 있다. 지연 변동에 기인하여 위상 옵셋과 전파 지연 추정값에 순간적인 에러들(momentary errors)은 지연 변동에 기인한다. 그러한 에러들의 평균비율은 점차 증가한다. 지연 변동에 기인한 이러한 에러들의 결과는 마스터에 연관된 슬래이브의 동기화 정확성을 감소시키는 것이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 장치 및 방법은, 동기화 정확성을 제공하기 위하여, 양방향 메시지 구조에 대하여 기준선 알고리즘을 적용함으로써, 주파수 옵셋, 전파 지연, 및 시간차를 각각 구별하여 결정할 수 있다. 또한, 시간차과 전파 지연의 차를 구함으로써 위상 옵셋을 구별하여 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 장치 및 방법은, 전술한 바와 같은 네트워크 지연 변동에 기인한 에러들을 제거하기 위하여 주파수 옵셋, 전파 지연, 및 시간차의 각 추정값을 검증하기 위한 검증 알고리즘을 적용한다. 위상 옵셋은 시간차의 추정값으로부터 검증된 전파 지연의 추정값을 뺌으로써 구할 수 있다(수학식 2 참조).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 패킷 네트워크는 슬래이브(1)와 마스터(2)를 포함한다. 슬래이브(1)는 주파수 옵셋과 위상 옵셋을 추정하여 이를 제거함으로 써 보다 정확하게 시간동기화를 수행하는 동기화 장치(10)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 패킷 네트워크는 복수의 중간 노드로 구성되는 복수의 링크를 포함한다. 각 중간노드는 브리지, 스위치 또는 라우터일 수 있다. 마스터나 슬래이브에 의해 전송되는 타임 스탬프가 포함된 메시지들은 시간에 따라 랜덤하게 가변하는 트래픽 부하나 특성에 따른 큐잉 지연을 경험하게 된다.
따라서, 보다 정확한 시간 동기화를 위하여 주파수 옵셋과 위상 옵셋을 추정하여 이를 조정함으로써 시간 동기화를 수행할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 옵셋과 위상 옵셋을 추정하는 빙법을 이용하여 보다 정확한 시간동기화가 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 장치의 상세 구성도이다.
도 3을 참조하면, 동기화 장치(10)는 샘플링부(102), 추정부(104), 검증부(106) 및　동기화부(108)를 포함한다.
샘플링부(102)는, 양 방향 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정한다.
추정부(104)는, 샘플링부(102)에서 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 주파수 옵셋을 추정한다. 여기서, 추정부(104)는 측정된 시간차 중 지연되지 않은 메시지에 대응하는 포인트들로 형성된 기준선을 구하며, 기준선의 기울기를 주파수 옵셋 값으로 추정한다. 추정부는 측정된 시간차에 대하여 컨벡스 헐(convex hull) 기법을 적용하여 지연되지 않는 메시지에 대응하는 포인트들로 형성되는 기준선을 구할 수 있다. 또한, 추정부(104)는 측정된 시간차에 대하여 기준 선 알고리즘을 적용하여 전파 지연 및 시간차를 추정한다. 추정부(104)는 측정된 시간차 중 슬라이딩 윈도우에 대한 전파 지연 및 시간차의 최소값을 각각 구하여, 각 최소값을 전파 지연 및 시간차의 추정값으로 추정한다.
검증부(106)는 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정부(104)에서 추정된 주파수 옵셋을 검증한다. 또한, 검증부(106)는 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정부(104)에서 추정된 전파 지연 및 시간차를 검증한다. 검증부(106)는 미리 설정된 크기를 가지는 슬라이딩 윈도우를 이용하여 주파수 옵셋의 평균값을 유지하며, 주파수 옵셋에 대한 새로운 샘플값이 추가되면 상기 평균값을 다시 계산한다.
검증부(106)는,주파수 옵셋에 대한 새로운 샘플값이 입력되면, 새로운 샘플값과 현재 평균값의 차의 절대값으로 에러를 계산하고, 상기 에러가 제1 기준치보다 작으면 새로운 샘플값을 검증된 추정값으로 인정하고 슬라이딩 윈도우를 이용하여 평균 주파수 옵셋을 업데이트한다. 상기 에러가 제1 기준치보다 크거나 같으면 에러 카운터를 증가시킨 후, 상기 에러 카운터가 제2 기준치보다 작으면 새로운 샘플값을 검증하지 않고 버린다. 상기 에러 카운터가 제2 기준치보다 크거나 같으면 슬라이딩 윈도우를 초기화하고 에러 카운터를 리셋한다.
동기화부(108)는, 로컬 슬래이브 클럭으로부터 추정된 주파수 옵셋을 제거하여 마스터에 주파수 동기된 슬래이브 클럭을 생성한다. 또한, 동기화부(108)는, 검증된 시간차와 검증된 전파 지연의 차를 계산하여 위상 옵셋을 구하고, 로컬 슬래이브 클럭으로부터 위상 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성한 다. 또한, 동기화부(108)는 로컬 슬래이브 클럭으로부터 주파수 옵셋과 및 위상 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성할 수 있다.
이에 따라, 양방향 메시지 구조에 기준선 알고리즘을 적용하여 주파수 옵셋, 전파 지연 및 시간차를 구별하여 추정하고, 추정된 각 값들로부터 네트워크 지연 변동에 기인한 에러를 제거하기 위하여 검증 알고리즘을 적용하여 추정값을 검증하고, 검증된 시간차과 검증된 전파 지연의 차를 구하여 위상 옵셋을 구하고, 검증된 주파수 옵셋과 위상 옵셋을 조정하여 로컬 슬래이브 클럭을 조정함으로써 네트워크 지연 변동에도 불구하고 보다 정확한 시간동기화를 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검증부의 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 검증부(106)는 미리 설정된 크기 W를 가지는 슬라이딩 윈도우(sliding window)를 유지한다. 검증부(106)는 주파수 옵셋, 시간차 및 전파 지연의 추정값으로 가장 최근에 검증된 추정값을 가지고 있다. 또한, 슬라이딩 윈도우에서 각 검증된 추정값들의 평균값을 유지한다. 새로운 샘플값이 슬라이딩 윈도우에 추가되면 각 평균값을 다시 계산한다. 슬라이딩 윈도우에 검증된 추정값을 추가하는 경우, 슬라이딩 윈도우가 꽉 차면(슬라이딩 윈도우에 W 개의 추정값이 있는 경우) 슬라이딩 윈도우로부터 가장 오래된 검증된 추정값을 버린다.
이제, 검증부(106)의 슬라이딩 윈도우에 아직 검증되지 않은 새로운 샘플값이 들어오면, 새로운 샘플과 현재 평균값의 차의 절대값을 구하여 네트워크 지연 변동에 기인한 에러를 계산한다(S500).
만약 첫번째 샘플값인 경우 또는 에러가 제1 기준치보다 작거나 같은 경 우(S510), 샘플값을 슬라이딩 윈도우에 추가하여 새로운 평균값을 계산하고, 새로운 샘플값을 현재의 추정값으로 검증한다(S540). 또한, 에러 카운터를 0으로 리셋한다.
만약, 에러가 제1 기준치 크거나 슬라이딩 윈도우 내의 첫 번째 샘플값이 아닌 경우(S510), 에러 카운터를 증가시키고(S520), 에러 카운터 값을 제2 기준치와 비교한다(S530). 이때, 에러 카운터가 제2 기준치보다 작은 경우라면, 새로운 샘플은 검증되지 못하고 버려진다(S550). 이전의 검증된 추정값이 다음에 입력되는 샘플이 검증될 때까지 현재의 추정값으로 유지된다.
만약, 에러 카운터가 제2 기준치보다 크거나 같으면, 추정되는 값들이 진짜 변경된 값을 가지는 것으로 간주하고, 슬라이딩 윈도우를 초기화한다. 즉, 슬라이딩 윈도우내의 현재 샘플값들을 모두 버린다(S560). 또한, 에러 카운터를 0으로 리셋한다.
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 검증부(106)는 새로운 샘플값이 측정될 때마다 에러 값이 제1 기준치 이내이면 새로운 샘플값을 유효한 값으로 검증한다(S540). 에러 값이 제1 기준치를 넘으면 에러 카운터를 증가시킨다. 이때, 에러 카운터가 제2 기준치 이내이면 네트워크 지연 변동에 기인한 에러가 발생한 것으로 보고 해당 샘플값만을 버린다(S550). 만약, 에러 카운터가 제2 기준치를 넘으면 네트워크 지연 변동에 기인한 우연한 에러가 아니라, 다양한 원인에 의해 도 1에 도시된 직선 BC의 경우처럼 기준선이 변경된 경우로 보고 슬라이딩 윈도우를 초기화 한다(S560).
보다 구체적으로, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 검증부의 상세 동작 흐름도이다.
도 5a를 참조하면, 에러 값이 제1 기준치 이내인 경우로서, 새로운 샘플값을 슬라이딩 윈도우에 추가하고 가장 오래된 샘플값을 버린다(S542). 에러 카운터를 0으로 리셋하고(S544), 슬라이딩 윈도우 내에서 새로운 평균값을 계산한다(S546). 평균값은 에러 값을 계산하기 위해 사용된다. 이제 새로운 샘플값을 현재의 추정값으로 검증한다(S548).
도 5b를 참조하면, 에러 값이 제1 기준치를 넘으면서 에러 카운터가 제2 기준치 이내인 경우로서, 네트워크 지연 변동에 기인한 에러가 발생한 것으로 보고 새로운 샘플값을 버린다(S552). 이전의 추정값이 그대로 유지된다(S554).
도 5c를 참조하면, 에러 값이 제1 기준치를 넘으면서 에러 카운터도 제2 기준치를 넘는 경우로서, 네트워크 지연 변동에 기인한 우연한 에러가 아니라, 다양한 원인에 의해 기준선이 변경된 경우로 보고 슬라이딩 윈도우를 초기화한다(S562). 슬라이딩 윈도우에 새로운 샘플값을 추가(S564)하고, 새로운 샘플값을 이용하여 평균값을 새로 계산하며(S566), 에러 카운터를 0으로 리셋한다(S568). 이제 새로운 샘플값을 현재의 추정값으로 검증한다(S570).
이상에서 설명한 검증 알고리즘을 이용하여 네트워크 지연 변동에 의한 순간적인 에러들을 제거하고, 지연되지 않은 메시지를 이용하여 보다 정확하게 기준선을 형성함으로써 시간동기화의 정확성을 제고할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검증 알고리즘을 이용한 주파수 옵셋 동기화 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 샘플링부(102)는 양방향 메시지가 교환될 때마다 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차(T2-T1)를 측정한다. 추정부(104)는, 샘플링부(102)에서 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 주파수 옵셋을 추정한다. 여기서, 추정부(104)는 측정된 시간차 중 지연되지 않은 메시지에 대응하는 포인트들로 형성된 기준선을 구하며, 기준선의 기울기를 주파수 옵셋 값으로 추정한다. 검증부(106)는 네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 추정부(104)에서 추정된 주파수 옵셋을 검증한다. 즉, 슬라이딩 윈도우 내의 주파수 옵셋의 평균값과 새로 측정된 주파수 옵셋의 샘플값의 차로 정의되는 에러값과 에러 카운터를 각각 제1 및 제2 기준치와 비교하여 측정된 샘플값이 적절한지를 검증한다. 구체적인 검증 알고리즘은 도 4 내지 도 5c에서 상세히 설명한 바와 같다. 동기화부(108)는 로컬 슬래이브 클럭으로부터 검증된 주파수 옵셋 추정값을 보정하여 마스터에 주파수 동기된 클럭신호를 생성한다.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 검증 알고리즘을 이용한 전파 지연 및 위상 옵셋 동기화 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 샘플링부(102)는 양방향 메시지가 교환될 때마다 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 전파 지연(
Figure 112008064648190-pat00003
)을 측정한다(수학식 1 참조). 각각의 연속 측정되는 샘플들은 크기 W의 슬라이딩 윈도우에 입력된다. 슬라이딩 윈도우는 이미 W 개의 샘플들을 가지고 있고, 가장 오래된 샘플 이 버려진다. 추정부(104)는 슬라이딩 윈도우 내의 샘플값들에 대하여 최소값을 구할 수 있다. 전파 지연 또는 시간차는 컨벡스 헐(Convex hull) 알고리즘으로부터 얻어진 옵셋값에 의해 구해질 수 있다. 검증부(106)은 전파 지연 또는 시간차 값을 입력받아 현재 평균 전파 지연 또는 현재 시간차와 비교하여 검증 알고리즘을 수행한다. 이제 동기화부(도시하지 않음)는, 검증된 시간차와 검증된 전파 지연의 차를 계산하여 위상 옵셋을 구하고, 로컬 슬래이브 클럭으로부터 위상 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 패킷 네트워크에서 마스터와 슬래이브 사이에 분포되어있는 브리지, 스위치 또는 라우터로 인해 발생되는 시간변동(jitter)이나 이탈(wander)과 같은 지연 변동을 줄여서 보다 효율적으로 마스터와 슬래이브 간 동기를 맞출 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면 양방향 메시지 구조에 기준선 알고리즘을 적용하고, 검증 알고리즘을 이용하여 네트워크 지연 변동에 의한 순간적인 에러들을 제거하고, 지연되지 않은 메시지를 이용하여 보다 정확하게 기준선을 형성함으로써 시간동기화의 정확성을 제고할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다.　 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다.　 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 기준선 알고리즘을 설명하기 위한 참고도,,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 장치의 상세 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검증부의 동작 흐름도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 검증부의 상세 동작 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검증 알고리즘을 이용한 주파수 옵셋 동기화 방법을 도시한 동작 흐름도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 검증 알고리즘을 이용한 전파 지연 및 위상 옵셋 동기화 방법을 도시한 동작 흐름도이다.

Claims (15)

  1. 패킷 네트워크의 동기화 장치에 있어서,
    양 방향 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 샘플링부;
    상기 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 기준선의 기울기로부터 주파수 옵셋을 추정하는 추정부;
    네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 상기 추정된 주파수 옵셋을 검증하는 검증부; 및
    로컬 슬래이브 클럭으로부터 상기 검증된 주파수 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 동기화부를 포함하는 동기화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 추정부는,
    상기 측정된 시간차 중 지연되지 않은 메시지에 대응하는 포인트들로 형성된 기준선을 구하는 동기화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 추정부는,
    상기 측정된 시간차에 대하여 컨벡스 헐(convex hull) 기법을 적용하여 지연되지 않는 메시지에 대응하는 포인트들로 형성되는 기준선을 구하는 동기화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검증부는,
    미리 설정된 크기를 가지는 슬라이딩 윈도우를 이용하여 주파수 옵셋의 평균값을 유지하며, 주파수 옵셋에 대한 새로운 샘플값이 추가되면 상기 평균값을 다시 계산하는 동기화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검증부는,
    주파수 옵셋에 대한 새로운 샘플값이 입력되면 새로운 샘플값과 현재 평균값의 차를 이용하여 에러를 계산하여, 상기 에러 값이 제1 기준치 이내이면 새로운 샘플값을 유효한 주파수 옵셋 값으로 검증하고, 상기 에러 값이 제1 기준치를 넘으면 에러 카운터를 증가시킨 후 상기 에러 카운터가 제2 기준치 이내이면 해당 샘플값을 버리고, 상기 에러 카운터가 제2 기준치를 넘으면 슬라이딩 윈도우를 초기화하는 동기화 장치.
  6. 패킷 네트워크의 동기화 장치에 있어서,
    양 방향 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 샘플링부;
    상기 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 전파 지연 및 시간차를 추정하는 추정부;
    네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 상기 추정된 전파 지연 및 시 간차를 검증하는 검증부;
    상기 검증된 시간차와 상기 검증된 전파 지연의 차를 계산하여 위상 옵셋을 구하고, 로컬 슬래이브 클럭으로부터 상기 구해진 위상 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 동기화부를 포함하는 동기화 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 추정부는,
    상기 측정된 시간차 중 슬라이딩 윈도우에 대한 전파 지연 및 시간차의 최소값을 각각 구하여, 각 최소값을 전파 지연 및 시간차의 추정값으로 추정하는 동기화 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 검증부는,
    미리 설정된 크기를 가지는 슬라이딩 윈도우를 이용하여 전파 지연 또는 시간차의 각 평균값을 유지하며, 전파 지연 또는 시간차에 대한 새로운 샘플값이 추가되면 상기 각 평균값을 다시 계산하는 동기화 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 검증부는,
    전파 지연 또는 시간차에 대한 새로운 샘플값이 입력되면 새로운 샘플값과 현재 평균값의 차를 이용하여 에러를 계산하여, 상기 에러 값이 제1 기준치 이내이면 새로운 샘플값을 유효한 주파수 옵셋 값으로 검증하고, 상기 에러 값이 제1 기준치를 넘으면 에러 카운터를 증가시킨 후 상기 에러 카운터가 제2 기준치 이내이 면 해당 샘플값을 버리고, 상기 에러 카운터가 제2 기준치를 넘으면 슬라이딩 윈도우를 초기화하는 동기화 장치.
  10. 패킷 네트워크의 동기화 방법에 있어서,
    양방향 메시지가 교환될 때, 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 단계;
    상기 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 기준선의 기울기로부터 주파수 옵셋을 추정하는 단계;
    네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 상기 추정된 주파수 옵셋을 검증하는 단계; 및
    로컬 슬래이브 클럭으로부터 상기 검증된 주파수 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 단계를 포함하는 동기화 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 검증하는 단계는,
    주파수 옵셋에 대한 새로운 샘플값이 입력되면 새로운 샘플값과 현재 평균값의 차를 이용하여 에러를 계산하는 단계;
    상기 에러 값이 제1 기준치 이내이면 새로운 샘플값을 유효한 주파수 옵셋 값으로 검증하는 단계;
    상기 에러 값이 제1 기준치를 넘으면 에러 카운터를 증가시키고 해당 샘플값을 버리는 단계; 및
    상기 에러 카운터가 제2 기준치를 넘으면 슬라이딩 윈도우를 초기화하는 단계를 포함하는 동기화 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 시간차를 측정하는 단계는, 양방향 메시지 패킷들이 전송될 때마다 상기 양방향 메시지 패킷들에 포함된 타임 스탬프들로부터의 시간차를 측정하는 단계를 포함하는 동기화 방법.
  13. 패킷 네트워크의 동기화 방법에 있어서,
    양 방향 메시지가 교환될 때 메시지 패킷에 포함된 타임 스탬프로부터 시간차를 측정하는 단계;
    상기 측정된 시간차에 대하여 기준선 알고리즘을 적용하여 전파 지연 및 시간차를 추정하는 단계;
    네트워크 지연 변동에 의한 에러를 제거하도록 상기 추정된 전파 지연 및 시간차를 검증하는 단계; 및
    상기 검증된 시간차와 상기 검증된 전파 지연의 차를 계산하여 위상 옵셋을 구하고, 로컬 슬래이브 클럭으로부터 상기 구해진 위상 옵셋을 제거하여 마스터에 동기된 슬래이브 클럭을 생성하는 단계를 포함하는 동기화 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 검증하는 단계는,
    전파 지연 또는 시간차에 대한 새로운 샘플값이 입력되면 새로운 샘플값과 현재 평균값의 차를 이용하여 에러를 계산하는 단계;
    상기 에러 값이 제1 기준치 이내이면 새로운 샘플값을 유효한 전파 지연 또는 시간차 값으로 결정하고, 슬라이딩 윈도우를 이용하여 상기 전파 지연 또는 시간차에 대한 새로운 샘플값을 결정하는 단계;
    상기 에러 값이 제1 기준치를 넘으면 에러 카운터를 증가시키고, 해당 샘플값을 버리는 단계; 및
    상기 에러 카운터가 제2 기준치를 넘으면 슬라이딩 윈도우를 초기화하는 단계를 포함하는 동기화 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 시간차를 측정하는 단계는, 양방향 메시지 패킷들이 전송될 때마다 상기 양방향 메시지 패킷들에 포함된 타임 스탬프들로부터의 시간차를 측정하는 단계를 포함하는 동기화 방법.
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