KR101712370B1 - 에러 패킷 분석을 지원하기 위한 이더넷 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

이더넷 인터페이스를 통해 이더넷 통신하는 이더넷 장치가 개시된다. 이 이더넷 장치는 수신 패킷의 에러 여부를 검출하는 에러 검출부와, 에러 검출된 패킷을 저장하는 에러 패킷 저장부, 및 장치 전반을 제어하며 외부 요청에 따라 에러 패킷 저장부에 저장된 에러 패킷을 전달하는 제어부를 포함한다.

Description

에러 패킷 분석을 지원하기 위한 이더넷 장치 및 시스템{Ethernet device and system for supporting error packet analysis}

본 발명은 이더넷 인터페이스를 통해 이더넷 통신하는 이더넷 장치 및 시스템에 관한 것으로, 특히 에러 패킷 발생시 이를 처리하는 이더넷 장치 및 시스템에 관한 것이다.

현재 이더넷 스위치 또는 스위칭 기능은 없는 이더넷 장치의 MAC(Media Access Control)에는 에러 패킷이 발생시 에러 카운트를 증가시키는 기능이 있다. 그리고 에러 패킷은 폐기(drop)된다. 따라서 에러 패킷이 발생했을 시에 이 에러 패킷이 어떤 패킷인지 그리고 어디에서 에러가 발생하였는지 파악하기가 어렵다. 이를 파악하기 위해서는 도 1과 같이 이더넷으로 연결된 노드(10, 20, 30)들 중간에 TAP 장치(40)를 연결하고, TAP 장치(40)에서 노드 간에 전달되는 모든 데이터를 받아 에러 발생 데이터를 찾아서 분석해야만 한다.

기존의 차량 네트워크의 경우 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay 등으로 이루어져 있고, 게이트웨이에서 중요한 정보나 에러 정보 등을 OBD(On-board Diagnostics) 포트를 통해서 사용자가 분석 가능하도록 되어 있다. 이 통신 인터페이스들은 버스 방식 통신이라서 게이트웨이가 모든 정보를 받을 수 있어 에러 데이터를 모두 분석하거나 OBD 포트로 내보내서 사용자가 분석할 수 있도록 되어 있다. 또한 데이터가 데이터베이스화되어 있어서 어떤 데이터가 어떻게 에러가 발생했는지 모두 알 수 있다.

그러나 근래 자동차나 항공기 등에 이더넷이 적용되면서 더 이상 OBD 포트와 같은 제한된 포트를 통해 에러 데이터를 받아서 문제 발생 원인을 분석할 수 없게 되었다. 이더넷은 포인트 투 포인트(Point to Point) 통신방식으로 모든 노드가 분리되어 있기 때문에 하나의 게이트웨이에서 모든 데이터를 받을 수 없는 구조이다. 데이터 미러링 기술을 사용한다고 하더라도 스위치로 들어오는 패킷만 볼 수 있으며, 나가는 패킷에 대해서는 분석이 불가능하다. 또한 에러 패킷에 대해서는 폐기하므로, 스위치는 들어오는 에러 패킷에 대해서도 볼 수 없게 된다. 그리고 이더넷 네트워크가 복잡해져서 이더넷 스위치가 여러 개 연결된 경우에는 더더욱 에러 데이터를 찾아서 분석하는 것이 불가능하다.

국내공개특허공보 제10-2014-0012886호 (2014년 2월 4일 공개)

본 발명은 이더넷 통신망에서 발생한 에러를 외부에서 분석 가능하게 지원하는 기술적 방안을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 양상에 따른 이더넷 인터페이스를 통해 이더넷 통신하는 이더넷 장치는 수신 패킷의 에러 여부를 검출하는 에러 검출부와, 에러 검출된 패킷을 저장하는 에러 패킷 저장부, 및 장치 전반을 제어하며 외부 요청에 따라 에러 패킷 저장부에 저장된 에러 패킷을 전달하는 제어부를 포함한다.

일 양상에 따르면, 에러 검출부는 물리(PHY) 계층과 매체접근제어(MAC) 계층에서 에러를 검출할 수 있다.

일 양상에 따르면, 에러 패킷 저장부는 PHY/MAC 유닛(110)에 구성된 버퍼일 수 있다. 다른 양상에 따르면, 에러 패킷 저장부는 제어부에 구성된 버퍼일 수 있다.

일 양상에 따르면, 제어부는 진단 포트에 연결된 외부의 진단 장비로 에러 패킷 저장부에 저장된 에러 패킷을 전송하는 자기진단 지원부를 포함할 수 있다.

일 양상에 따르면, 이더넷 장치는 이동체용 통신망에 구성될 수 있다.

다른 양상에 따른 이더넷 인터페이스를 통해 이더넷 통신하는 이더넷 장치는 수신 패킷의 에러 여부를 검출하는 에러 검출부, 및 에러 검출된 패킷을 저장하는 에러 패킷 저장부를 포함한다.

일 양상에 따르면, 에러 검출부는 물리(PHY) 계층과 매체접근제어(MAC) 계층에서 에러를 검출하는 PHY/MAC 유닛이며, 에러 패킷 저장부는 PHY/MAC 유닛에 구성된 버퍼일 수 있다.

개시된 발명에 따르면, 무결성이 강조되는 차량이나 항공기 등과 같은 이동체의 이더넷 통신망에서 데이터 에러 발생시 에러에 대한 구체적인 분석이 가능해진다.

도 1은 종래 에러 분석을 위한 이더넷 통신망 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이더넷 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 이더넷 장치를 보다 구체적으로 예시한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 차량 내 통신망 구성도이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 일 실시예에 따른 이더넷 장치의 블록도이다. 이더넷 장치는 이더넷 인터페이스를 구비하여 이더넷 통신하는 장치를 말한다. 이더넷 장치는 이더넷 통신망에서 종단에 위치한 이더넷 종단 장치일 수 있으며, 스위칭 역할을 하는 이더넷 스위치일 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이더넷 장치는 에러 검출부(150) 및 에러 패킷 저장부(200)를 포함한다. 나아가, 이더넷 장치는 제어부(300)를 더 포함할 수 있다. 에러 검출부(150)는 수신 패킷을 검사하여 에러를 검출하는데, 물리(PHY) 계층과 매체 접근 제어(MAC) 계층에서 패킷을 검사하여 에러를 검출한다. 에러 패킷 저장부(200)는 에러 검출부(150)에 의해 검출된 에러 패킷을 저장하는 버퍼이다. 제어부(300)는 이더넷 장치의 전반적인 동작을 제어하는 중앙 처리 유닛(CPU)으로서, 외부의 진단 장비로부터의 요청이 있을 시에 에러 패킷 저장부(200)에 저장된 에러 패킷을 진단 장비로 전달한다. 이에 사용자는 진단 장비를 통해 에러 데이터를 분석할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 이더넷 장치를 보다 구체적으로 예시한 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이더넷 장치는 이더넷 인터페이스(100)와 제어부(300)를 포함한다. 이더넷 인터페이스(100)는 PHY/MAC 유닛(110)을 포함한다. 이더넷 인터페이스(100)가 이더넷 스위치일 경우에는 PHY/MAC 유닛(110)은 스위칭 칩을 이루는 구성일 수 있다. PHY/MAC 유닛(110)은 PHY 모듈(111)과 MAC 모듈(112)을 포함한다. PHY 모듈(111)과 MAC 모듈(112)은 별개로 구현될 수 있으며 단일의 칩으로 구현될 수도 있다. PHY/MAC 유닛(110)은 상술한 에러 검출부(150)의 에러 검출 기능을 갖는다. 즉, PHY 모듈(111)은 PHY 계층에서 수신 패킷을 검사하여 에러를 검출하며, MAC 모듈(112)은 MAC 계층에서 수신 패킷을 검사하여 에러를 검출한다. PHY/MAC 유닛(110)에 의해 검출되는 에러는 수신 FIFO full, CRC 에러, 오버사이즈(oversize) 패킷, 언더사이즈(undersize) 패킷 등을 예로 들 수 있다. 에러 패킷이 검출되면, 그 검출된 에러 패킷은 버퍼에 저장된다.

제어부(300)는 중앙 처리 유닛(CPU)이다. 제어부(300)는 PHY/MAC 유닛(110)과 특정 인터페이스를 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 장치 제어부(310)와 자기진단 제어부(300)를 포함한다. 장치 제어부(310)는 이더넷 장치의 전반적인 동작을 제어한다. 자기진단 지원부(320)는 외부에서 이더넷 통신망에서 발생한 데이터 에러를 진단할 수 있도록 지원한다. 일 실시예에 있어서, 자기진단 지원부(320)는 OBD(On-board Diagnostics) 기반의 자기진단을 지원한다. 자기진단 지원부(320)는 외부의 진단 장비로부터 에러 패킷이 요청되면, 버퍼에 저장된 에러 패킷을 진단 장비로 전달한다. 일 실시예에 있어서, 진단 장비는 OBD 포트에 연결되며, 자기진단 지원부(320)는 이더넷 통신을 통해 에러 패킷을 OBD 포트로 전달한다.

일 양상에 따르면, PHY/MAC 유닛(110)은 에러 패킷을 저장하기 위한 버퍼(210)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 버퍼(210)는 MAC 모듈(112)에 구성될 수 있다. 이 경우, PHY/MAC 유닛(110)은 에러 검출시 그 검출된 에러 패킷을 폐기(drop)하지 않고 버퍼(210)에 저장한다. 그리고 자기진단 지원부(320)는 진단 장비로부터 에러 패킷 요청이 있을 시에 PHY/MAC 유닛(110)에 에러 패킷을 요청하여 수신받은 후 진단 장비로 전달한다. 다른 양상에 따르면, 제어부(300)는 에러 패킷을 저장하기 위한 버퍼(220)를 포함한다. 이 경우, PHY/MAC 유닛(110)은 에러 검출시 그 검출된 에러 패킷을 폐기(drop)하지 않고 제어부(300)로 전달한다. 제어부(300)의 자기진단 지원부(320)는 에러 패킷을 수신하고 이를 버퍼(220)에 저장한다. 그리고 진단 장비로부터 에러 패킷 요청이 있을 시에 버퍼(220)에 저장된 에러 패킷을 진단 장비로 전달한다.

도 4는 일 실시예에 따른 차량 내 통신망 구성도이다. 도시된 바와 같이, 차량 내 통신망(이더넷 시스템)은 이더넷 망으로 연결된 중앙 게이트웨이(중앙 이더넷 스위치)(500)와 게이트웨이(이더넷 스위치)(600) 및 복수의 이더넷 종단 장치(700)들을 포함하며, 또한 게이트웨이(500, 600)들에 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay 등의 버스 방식의 통신 라인에 연결된 복수의 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)(900)들을 포함한다. 상술한 이더넷 장치의 구성들은 중앙 게이트웨이(500)와 게이트웨이(600) 및 이더넷 종단 장치(700)들에 구현될 수 있다. 그리고 중앙 게이트웨이(500)는 이더넷 인터페이스를 통해 OBD 포트(800)와 연결될 수 있다.

차량 내 통신망에 대한 진단은 다음과 같이 수행될 수 있다. 우선, OBD 포트(800)에 연결된 진단 장비가 중앙 게이트웨이(500)에 각 노드(node)들에 대한 상태(status) 정보를 요청한다. 이때 상태 정보와 함께 에러 정보도 같이 요청한다. 이에 중앙 게이트웨이(500)는 이더넷 노드들에 저장되어 있는 에러 패킷을 요청하며, 그에 따라 이더넷 노드들로부터 에러 패킷들을 수신한다. 그 다음, 중앙 게이트웨이(500)는 내부 버퍼에 저장된 에러 패킷과 각 이더넷 노드들의 에러 패킷을 OBD 포트(800)에 연결된 진단 장비로 전달한다. 이에 사용자는 진단 장비를 통해 에러 데이터를 분석할 수 있다.

한편, 도 4에서는 차량 내 통신망을 예로 들었으나 차량에만 한정되는 것은 아니며, 무결성이 강조되는 차량이나 항공기 등의 이동체에도 상술한 바와 같은 이더넷 장치의 적용이 가능하다.

한편, 일 양상에 따르면, 이더넷 장치의 PHY/MAC 유닛(110)은 에러 패킷이 검출되는 시점에 이를 알리는 트리거 신호, 즉 에러 발생 신호를 외부로 출력한다. 일 실시예에 있어서, PHY/MAC 유닛(110)은 수신 패킷을 검사하여 에러를 검출하고, 에러가 검출되면 곧바로 트리거 신호를 이더넷 장치에 연결된 진단 장비로 출력하며, 에러를 카운트한다. 즉, 에러 검출 시점과 동시에 트리거 신호를 외부 I/O(interrupt)로 내보내는 과정을 추가하는 것이다. 이 같이 하면, 이더넷 장치로부터 트리거 신호를 수신한 진단 장비는 그 시점에 발생한 다른 신호들(예를 들어, 통신 망의 상태 정보를 알리는 신호들)과 조합하여 에러 원인을 분석하는데 도움이 될 수 있다.

이 같은 방식은 하드웨어적으로 에러를 분석할 수 있도록 하는 방식으로서, 도 3을 참조로 설명한 바와 같은 소프트웨어적으로 에러를 분석할 수 있도록 하는 방식과 상이하다. 상술한 하드웨어적 방식은 소프트웨어적 방식과 함께 이더넷 장치에 구현될 수 있으며, 아니면 하드웨어적 방식만이 이더넷 장치에 구현될 수도 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.

100 : 이더넷 인터페이스 110 : PHY/MAC 유닛(110)
111 : PHY 모듈 112 : MAC 모듈
150 : 에러 검출부 200 : 에러 패킷 저장부
210 : 버퍼 220 : 버퍼
300 : 제어부 310 : 장치 제어부
320 : 자기진단 지원부

Claims (8)

1. 중앙 이더넷 스위치와, 중앙 이더넷 스위치에 연결된 이더넷 스위치와, 중앙 이더넷 스위치 또는 이더넷 스위치에 이더넷으로 연결된 복수의 이더넷 종단 장치들을 포함하여 이동체 내 이더넷 통신망을 구성하는 이동체 이더넷 시스템에 있어서, 중앙 이더넷 스위치와 이더넷 스위치 및 복수의 이더넷 종단 장치들 각각은:
   수신 패킷의 에러 여부를 검출하는 에러 검출부;
   검출된 에러 패킷을 저장하는 에러 패킷 저장부; 및
   에러 패킷 저장부에 저장된 에러 패킷을 장치 외부로 전달하는 제어부;를 포함하며,
   중앙 이더넷 스위치의 제어부는:
   진단 포트를 통해 중앙 이더넷 스위치에 이더넷 연결된 외부의 진단 장비로부터 이더넷 통신망 내에서 발생한 에러 패킷이 요청되면 중앙 이더넷 스위치와 복수의 이더넷 종단 장치들로 각각의 에러 패킷 저장부에 저장되어 있는 에러 패킷을 요청하여 수신하며, 중앙 이더넷 스위치의 에러 패킷 저장부에 저장된 에러 패킷과 수신된 에러 패킷들을 외부의 진단 장비로 전달하는 자기진단 지원부;
   를 포함하는 이동체 이더넷 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   에러 검출부는 물리(PHY) 계층과 매체접근제어(MAC) 계층에서 에러를 검출하는 PHY/MAC 유닛인 이동체 이더넷 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   에러 패킷 저장부는 PHY/MAC 유닛에 구성된 버퍼인 이동체 이더넷 시스템.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   에러 패킷 저장부는 제어부에 구성된 버퍼인 이동체 이더넷 시스템.
   
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