KR101741651B1

KR101741651B1 - 네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법，그리고 네트워크 어레인지먼트

Info

Publication number: KR101741651B1
Application number: KR1020147010489A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 아름브루스터; 루트거 피이게; 요하네스 리들; 토마스 슈미트; 안드레아스 치르클러
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2017-06-15
Also published as: CN103828306A; US20140341224A1; CN103828306B; US9426094B2; KR20140065453A; JP2014526848A; DE102011082965A1; EP2721784B1; WO2013041355A1; JP5847314B2; EP2721784A1

Abstract

본 발명은, 특히 이더넷 환경에서, 네트워크 어레인지먼트(101)를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 네트워크 어레인지먼트(101)는 링 구조로 서로 연결되는 다수의 네트워크 디바이스들(1, 201, 301)을 포함한다. 각각의 네트워크 디바이스(1)는 통신 경로에 연결되기 위한 적어도 두 개의 포트들(8, 9)을 갖는 스위치 디바이스(4)와 제어 디바이스(2)를 포함한다. 동작 동안, 적어도 두 개의 VLAN들(VL1, VL2)이 링 구조로 동시에 제공되고, 선택된 네트워크 디바이스(1)의 제어 디바이스(2)로부터의 데이터 패킷의 송신이 두 개의 VLAN들 중 하나의 VLAN(VL1) 내의 스위치 디바이스(4)의 포트(9)를 통해 수행된다. 이를 달성하기 위하여, 선택된 네트워크 디바이스(1)의 스위치 디바이스(4)의 다른 포트(7)는 하나의 VLAN(VL1)에 대해 비활성화된다. 두 개의 VLAN들을 이용함으로써, 중복적이고 신뢰성 있는 데이터 송신이 달성될 수 있다. 네트워크 링에서 VLAN들의 불안정화가 송신 네트워크 디바이스의 특정 포트들의 목표된 비활성화에 의해 방지된다. 추가로, 본 발명은 상기 방법에 따라 동작하는 여러 대응하는 네트워크 디바이스들(100, 200, 300)을 포함하는 네트워크 어레인지먼트(101)에 관한 것이다.

Description

네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법，그리고 네트워크 어레인지먼트{METHOD FOR OPERATING A NETWORK ARRANGEMENT, AND NETWORK ARRANGEMENT}

본 발명은 네트워크 어레인지먼트(network arrangement)를 동작시키기 위한 방법, 그리고 제안된 방법을 이용하여 동작하는 네트워크 어레인지먼트에 관한 것이다. 동작 방법은 특히 이더넷(Ethernet) 환경에서 사용될 수 있다.

복잡한 기술 시스템들(systems)을 측정하기 위해 그리고 상기 시스템들의 개방-루프(open-loop) 및 폐쇄-루프(closed-loop) 제어를 위해 통신 네트워크들이 점점 더 폭넓게 사용되고 있다. 예컨대, 차량 제어 시스템들을 개발하기 위하여, 자동차들에서 네트워크들이 점점 더 사용되고 있다. 대응하는 복잡한 그리고 안전성-관련된 기술 시스템들에서, 네트워크 디바이스들(network devices)로서 제공되는 제어 엘리먼트(control element)들의 이용가능성에 높은 요구들이 있다. 예컨대 센서(sensor)들 또는 제어 디바이스들과 같은 개별 부품들의 고장(failure)이 전체 시스템의 고장을 야기하지 않아야 한다. 센서들, 제어 디바이스들 및 액추에이터(actuator)들의 네트워크-연결을 통해 스티어링-휠(steering-wheel) 위치를 휠(wheel) 위치들로 변환하기 위해 전기 모터들(motors)이 사용되는 드라이브-바이-와이어(drive-by-wire) 시스템들이 특히 안전성에 관련된다.

이들 시스템들에서, 패킷(packet)-기반 통신 네트워크에서 신호 에러(error)의 발생시 정보의 손실 없이 데이터(data)가 도달하는 방식으로, 데이터가 보통 상기 패킷-기반 통신 네트워크를 통해 교환된다. 예컨대, 심지어 네트워크 결함이 존재할 때에도 데이터가 신뢰성 있게 수신될 수 있도록, 데이터는 소스 노드(source node)로부터 목적지 노드(destination node)로 한 번 이상 전송될 수 있다. 예컨대 HSR 프로토콜(High-availability Seamless Redundancy protocol)이 이더넷 애플리케이션(application)들을 위해 알려져 있다. HSR은 네트워크가 링 토폴로지(ring topology)를 가질 것을 요구하지만, 상기 링 토폴로지는 근본적으로 이더넷 네트워크들에 대해 문제가 있다. 마찬가지로 알려진 PRP 프로토콜(Parallel Redundancy Protocol)은 두 개의 병렬 네트워크들을 요구한다.

특히 이더넷 표준에 기초하는 네트워크들에 대해, 링 토폴로지들은 고비용으로만 구현될 수 있다. US 2010/0020809 A1은, 이더넷 네트워크 내의 가상 로컬 영역 네트워크(VLAN; virtual local area network)가 링 토폴로지로서 조직화되는 방법을 정의한다. 이러한 방법에서, 각각의 노드에는, 적절한 지점 및 동작 상황에서 링을 끊는 스위치(switch)가 할당된다.

더 높은 정도의 에러 방지로, 데이터 통신, 특히 이더넷 구조에 기초한 데이터 통신을 동작시키는 것이 원해진다. 일반적으로, 이는, 데이터 소스(source)로부터 목적지 노드로의 두 개의 분리적(disjunctive) 통신 경로들의 구현을 요구한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 개선된 방법 및/또는 네트워크 어레인지먼트를 제공하는 것이다.

따라서, 링 토폴로지로 서로 연결된 복수의 네트워크 디바이스들을 포함하는 네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법이 제안된다. 이러한 경우, 각각의 네트워크 디바이스는, 통신 경로에 연결되기 위한 적어도 두 개의 포트들(ports)을 포함하는 스위치 디바이스 및 제어 디바이스를 갖는다. 상기 방법은:

적어도 두 개의 VLAN들을 상기 링 토폴로지로 동시에 제공하는 단계;

선택된 네트워크 디바이스의 상기 제어 디바이스로부터 상기 스위치 디바이스의 하나의 포트를 통해 상기 두 개의 VLAN들 중 하나의 VLAN으로 데이터 패킷을 전송하는 단계; 및

상기 하나의 VLAN에 대해, 상기 선택된 네트워크 디바이스의 상기 스위치 디바이스의 다른 포트를 디스에이블(disable)하는 단계

를 포함한다.

여기서, "하나의 VLAN"은 제1 VLAN을 의미하는 것으로 이해되고, "다른 VLAN"은 제1 VLAN과 무관하게 구현된 제2 VLAN을 의미하는 것으로 이해된다. VLAN들은 동일한 네트워크 인프라구조(infrastructure)로 구현된다. VLAN은 물리적 네트워크들을, 실질상 서로 무관하게 동작하는 논리적 서브(sub)-네트워크들로 분리시킨다.

네트워크 디바이스들은 네트워크 노드들, 즉 네트워크 내의 사용자들로서 또는 심지어 제어 컴포넌트들(components)로서 또한 지칭될 수 있다.

복수의 VLAN들을 동시에 제공함으로써, 데이터는 네트워크 인프라구조(network infrastructure)를 통해 중복적으로 그리고 동시에 전송 및 수신될 수 있다. 이는, 개선된 에러 방지를 달성한다. 이더넷 프로토콜과 같은 많은 네트워크 프로토콜들은 링 토폴로지들의 구현을 금하는데, 그 이유는 데이터 패킷들이 무한히 순환하므로 통상적으로 루프 클로저(loop closure)가 네트워크 붕괴를 야기할 수 있기 때문이다. 그러므로, 스위치 디바이스들의 특정 포트들이 하나의 또는 다른 하나의 VLAN에 대해 디스에이블(disable)되는 것이 규정된다. 이는, 예컨대, 송신 네트워크 디바이스에 의해 또는 더욱 정확하게 연관된 스위치 디바이스의 포트에 의해 종단되는 두 개의 맞물리는(intermeshing) 링 토폴로지들을 야기한다.

특정 포트들을 디스에이블하는 것은, 데이터 패킷들이 링 토폴로지에서 계속 포워딩(forward)될 수 있는 것과 네트워크의 원치 않는 루프 클로저를 야기할 수 있는 것을 막는다. 이 점에서, 링 형태의 통신 경로는 송신 네트워크 디바이스에 의해 끊어진다. 두 개의 VLAN들을 제공하는 것은, 단일 에러의 경우에도, VLAN들 중 하나의 VLAN이 항상 손상되지 않고 그러므로 데이터가 신뢰성 있게 전송될 수 있음을 의미한다.

두 번 수신되는 데이터, 예컨대 상이한 VLAN들을 통해 도달하는 데이터는, 알려진 기술들을 이용하여 목적지 노드 또는 목적지 네트워크 디바이스에서 필터링(filter out)될 수 있다. 예컨대, 이를 위해 PRP 또는 HSR 프로토콜의 방법 양상들이 적절하다.

방법의 변형에서, 상기 방법은:

상기 선택된 네트워크 디바이스의 상기 제어 디바이스로부터 상기 스위치 디바이스의 다른 포트를 통해 상기 두 개의 VLAN들 중 다른 VLAN으로 상기 데이터 패킷을 전송하는 단계; 및

상기 선택된 네트워크 디바이스의 상기 스위치 디바이스의 상기 하나의 포트를 상기 다른 VLAN에 대해, 특히 수신 또는 송신에 대해 디스에이블하는 단계

를 더 포함한다.

데이터 패킷은 바람직하게 두 개의 VLAN들로 동시에 전송된다. 특히, 데이터 패킷은, 유니캐스트 어드레스(unicast address), 멀티캐스트(multicast) 어드레스 또는 브로드캐스트(broadcast) 어드레스를 이용하여 전송될 수 있다.

방법의 실시예들에서, 상기 방법은:

제1 VLAN을 통해 수신된 데이터 패킷들을, 제2 VLAN을 통해 수신된 데이터 패킷들과 비교하는 단계를 더 포함한다. 이로써, 각각의 네트워크 노드 또는 네트워크 디바이스에서, 상이한 VLAN들을 통해 수신된 데이터 패킷들의 일관성 체크(consistency check)를 수행하는 것이 가능하다.

상기 방법에서, 송신 네트워크 디바이스의 스위치 디바이스에 속하고 데이터 패킷을 전송하지 않는 그 포트를 제외하고, 네트워크 어레인지먼트 내의 스위치 디바이스들의 포트들 전부는 바람직하게 특정한 VLAN에 대해 인에이블(enable)된다. 따라서, 각각의 스위치 디바이스에 대한 두 개의 포트들이 통신 경로들에 연결되는 경우, 각각의 다른, 비-송신 포트는 상기 VLAN 링 ― 상기 VLAN 링으로 데이터가 전송됨 ― 을 끊는다.

상기 방법의 추가 양상에 따라, 상기 VLAN을 통해 데이터 패킷을 수신하는 네트워크 디바이스의 스위치 디바이스에 속하고 다른 VLAN을 통해 송신 네트워크 디바이스의 상기 스위치 디바이스의 다른 포트에 연결되는 그 포트를 상기 VLAN에 대해 디스에이블하는 것이 제공된다. 이는 각각의 VLAN 링의 중복적 오프닝을 달성한다. 예컨대, 각각의 스위치의 포워드 테이블(forward table)들 내의 에러가, 의도되지 않은 루프 클로저가 VLAN에서 발생하여, 이로써 네트워크가 붕괴될 수 있는 상황을 야기할 수 있다. 링 토폴로지의 통신 경로 내의 추가의 (인접한) 포트의 부가적인 디스에이블이 이를 실제로 막는다.

부가하여, 링 토폴로지로 서로 연결된 네트워크 디바이스들을 포함하는 네트워크 어레인지먼트가 제안된다. 이러한 네트워크 어레인지먼트에서, 각각의 네트워크 디바이스는, 링 토폴로지의 통신 경로에 연결되기 위한 적어도 두 개의 포트들을 포함하는 스위치 디바이스와 제어 디바이스를 갖는다. 네트워크 디바이스들은 적어도 두 개의 VLAN들을 링 토폴로지로 동시에 제공하도록 구성된다. 또한, 네트워크 디바이스들은, 데이터 패킷이 네트워크 디바이스의 제어 디바이스로부터 스위치 디바이스의 하나의 포트를 통해 VLAN으로 전송될 때 상기 스위치 디바이스의 다른 포트가 상기 VLAN에 대해, 특히 송신 또는 수신에 대해 디스에이블되도록 구성된다.

본 명세서에서 네트워크 디바이스들은 바람직하게, 위에서 설명된 바와 같은 방법을 수행하기 위하여 구성된다.

네트워크 어레인지먼트의 일 실시예에서, 적어도 하나의 네트워크 디바이스는 제1 스위치 디바이스와 제2 스위치 디바이스를 포함하고, 여기서 제1 스위치 디바이스는 제1 제어 디바이스에 할당되고, 제2 스위치 디바이스는 제2 제어 디바이스에 할당된다. 여기서 스위치 디바이스들 각각은 적어도 두 개의 포트들을 포함하고, 통신 가능하게 서로 연결된다.

추가의 중복성(redundancy)이 이로써 달성될 수 있고, 그러므로 예컨대 CPU, 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 다른 프로그램가능(programmable) 회로들과 같은 제어 디바이스들이 특히 안전성-관련 기능들을 수행할 수 있다. 또한 중복적 구현은 일관된 데이터가 복수의 VLAN들을 통해 전송되고 네트워크에서 제공되는 것을 가능케 한다.

네트워크 어레인지먼트의 추가의 실시예들은, 적어도 하나의 제1 링 토폴로지 및 하나의 제2 링 토폴로지가 형성되고, 여기서 링 토폴로지들이 하나 이상의 연결-스위치 디바이스들을 이용하여 연결되는 것을 제공한다. 예컨대, 연결-스위치 디바이스들의 포트들이 각각의 경우 VLAN들 중 하나의 VLAN에 대해서만 인에이블(enable)되도록, 링 토폴로지들이 상기 연결-스위치 디바이스들에 의해 연결될 수 있다. 따라서, 연결-스위치 디바이스는 또한 사용되는 VLAN들을 격리시키거나 또는 분리시킨다. 이러한 경우, 두 개의 링 토폴로지들은 두 개의 별도의 물리적 라인들(lines)을 가질 수 있다.

네트워크 어레인지먼트는 특히 차량의 일부일 수 있다. 자동화 네트워크들과 같은 다른 사용 영역들이 그러나 또한 가능하다.

네트워크 디바이스들은, 예컨대, 개별 FPGA, ASIC, IC 칩(chip) 또는 하드-와이어드 마이크로회로(hard-wired microcircuit)로서 각각 구현된다.

부가하여, 하나 이상의 프로그램-제어된 디바이스들 상에서, 네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한, 위에서 설명된 바와 같은 방법의 구현을 유발하는 컴퓨터 프로그램(computer program) 물건이 제안된다.

컴퓨터 프로그램 수단과 같은 컴퓨터 프로그램 물건이 예컨대, 메모리 카드(memory card), USB 스틱(stick), CD-ROM, DVD와 같은 스토리지(storage) 매체의 형태로 또는 심지어 네트워크 내의 서버(server)로부터 다운로딩 가능한 파일(downloadable file)의 형태로 제공 또는 공급될 수 있다. 이러한 제공은, 무선 통신 네트워크에서, 예컨대 컴퓨터 프로그램 물건 또는 컴퓨터 프로그램 수단을 포함하는 관련 파일을 전송함으로써 수행될 수 있다. 특히, 위에서 설명된 바와 같은 네트워크 디바이스가 프로그램-제어된 디바이스로서 적절하다.

또한, 본 발명의 추가의 가능한 구현들은, 예시적 실시예들에 대하여 위에서 또는 아래에서 설명되는 그 방법 단계들, 특징(feature)들 또는 방법의 실시예들, 네트워크 어레인지먼트, 네트워크 디바이스 또는 네트워크 노드의 결합들을, 그러한 결합들이 명시적으로 진술되지 않더라도 포함한다. 또한, 기술분야의 당업자는 본 발명의 각각의 기본적은 형태에 대한 개선들로서 또는 부가들로서 개별 양상들을 부가 또는 수정할 것이다.

이러한 발명의 전술된 속성들, 특징들 및 장점들, 그리고 이들이 달성되도록 하는 수단은, 도면들과 연관되어 더욱 상세히 설명되는 예시적 실시예들의 다음의 설명과 함께 고려될 때 더욱 명확해질 것이고 명확하게 더욱 이해될 것이다.
도 1은 네트워크 어레인지먼트의 제1 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 네트워크 어레인지먼트의 제2 실시예의 개략도를 도시한다.
도 3은 네트워크 어레인지먼트의 제3 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4 및 도 5는 네트워크를 동작시키기 위한 방법의 양상들을 설명하는 목적을 위해 두 개의 링 토폴로지들과 통신 프로세스(process)들을 갖는 네트워크 어레인지먼트의 제4 실시예의 개략도들을 도시한다.
도 6 및 도 7은 네트워크를 동작시키기 위한 방법의 양상들을 설명하는 목적을 위해 두 개의 링 토폴로지들과 통신 프로세스들을 갖는 네트워크 어레인지먼트의 제5 실시예의 개략도들을 도시한다.
도면들에서, 같은 엘리먼트들(elements) 또는 같은 기능을 갖는 엘리먼트들에는 별도로 언급되지 않으면 동일한 참조 부호들이 주어졌다.

도 1은 네트워크 어레인지먼트의 제1 실시예의 개략도를 도시한다. 네트워크 어레인지먼트는 예컨대 이더넷 구조에 임베딩(embed)될 수 있고, 네트워크 노드들, 네트워크 사용자들 또는 제어 컴포넌트들로서 또한 지칭될 수 있는 복수의 네트워크 디바이스들을 포함할 수 있다. 네트워크 엘리먼트들 또는 네트워크 컴포넌트들과 같은 용어들이 또한 일반적이다.

도 1에서, 세 개의 네트워크 디바이스들(1, 201, 301)이 네트워크 어레인지먼트(101) 내에서 도시된다. "노드 1", "노드 2" 및 "노드 3"으로서 각각 라벨링(label)되는 네트워크 디바이스들(1, 201, 301)은 각각 제어 디바이스(2, 202, 302)를 포함하고, 상기 제어 디바이스(2, 202, 302)는 예컨대 마이크로프로세서 또는 CPU로서 구현될 수 있다. 제어 디바이스(2, 202, 302)는 네트워크에서 특정 기능들을 수행할 수 있다. 액추에이터 또는 센서 측정들로서의 기능들이 여기서 가능하다.

스위치 디바이스(4, 204, 304)가 각각의 CPU(2, 202, 302)에 할당된다. 스위치 디바이스(4, 204, 304)는 각각의 CPU(2, 202, 302)에 통신 가능하게 연결되는 제1 포트(7, 207, 307)를 포함한다. 부가하여, 예컨대 내부 이더넷 스위치(Ethernet switch)로서 구현되는 각각의 스위치 디바이스(4, 204, 304)는 통신 네트워크(6)에 연결되기 위한 두 개의 추가의 포트들(8, 9, 208, 209, 308, 309)을 갖고, 상기 통신 네트워크(6)는 네트워크 디바이스들(1, 201, 301) 사이에서 교환되는 데이터 패킷들에 대해 데이터 라인(data line)들 및 그에 따른 통신 경로들을 제공한다.

네트워크 어레인지먼트(101)는, 두 개의 VLAN 네트워크들(VL1, VL2)을 제공함으로써 동작된다. 네트워크 디바이스들(1, 201, 301)은 링 토폴로지로 배열되는데, 즉 예컨대 케이블(cable) 또는 다른 네트워크 링크(link) 형태의 통신 연결이 네트워크 디바이스(1)와 네트워크 디바이스(201) 사이에 제공된다.

부가하여, 네트워크 디바이스(201)는 네트워크 디바이스(301)에 통신 가능하게 연결되고, 네트워크 디바이스(301)는 네트워크 디바이스(1)에 연결된다. 이는, VLAN들(VL1, VL2)에 대한 링 토폴로지를 가능케 한다.

특히 이더넷으로서의 실시예에 대해 데이터 패킷들을 순환시키는 것에 의해 네트워크에 부하가 걸리는 것을 막기 위해, 스위치 디바이스들(4, 204, 304)의 특정 포트들이 개별 VLAN들(VL1, VL2)에 대해 차단되거나 또는 디스에이블된다. VLAN 링(VL1)은 제1 스위치 디바이스(4)의 포트(9), 제2 스위치 디바이스(204)의 포트들(208, 209), 제3 스위치 디바이스(304)의 포트들(308, 309) 그리고 제1 스위치 디바이스(4)의 (디스에이블되었지만) 포트(8) 사이의 잠재적 데이터 경로들에 의해 구현된다.

대안적으로, 포트를 디스에이블하는 대신에, 단지 관련 데이터 패킷들의 포워딩(forwarding)을 금하는 것이 또한 가능하다. 예컨대, 포트(9)에 존재하는, VLAN(VL2)으로부터의 데이터 패킷들을 CPU(2)에 제공하지만, 상기 데이터 패킷들을 포트(8)에서 이용가능하게 하지 않는 것이 가능하다. 스위치-디바이스/제어-디바이스 결합들(202, 204, 및 302, 304)이 유사하게 구성될 수 있다. 이는, 또한 하나의 VLAN(VL2)의 데이터 패킷들을 필터링(filtering)하는 것으로서 지칭될 수 있다.

도 1의 도면에서, 네트워크 디바이스(1)가 송신 네트워크 디바이스인데, 즉 데이터를 네트워크에 존재하는 다른 노드들(201, 301)에 공급한다. 제2 VLAN(VL2)은 제1 스위치 디바이스(4)의 포트(8), 제3 스위치 디바이스(304)의 포트(309), 제3 스위치 디바이스(304)의 포트(308) 그리고 제2 스위치 디바이스(204)의 포트(209) 사이, 그리고 제2 스위치 디바이스(204)의 포트(208)와 제1 스위치 디바이스(4)의 포트(9)(VLAN(VL2)에 대해 디스에이블됨) 사이의 통신 경로를 통과하는 링(ring)의 형태이다.

송신 네트워크 디바이스(1)에 대해, 즉 CPU(2)가 포트(7)를 통해 스위치 디바이스(4)에 데이터를 전달하고 있을 때, 데이터가 VLAN(VL1) 및 VLAN(VL2) 둘 다를 통해 전송되고 있음이 명백하다. 이러한 경우, 제1 포트(8)가 VLAN(VL2)에 대해 인에이블되는 반면에, 각각의 다른 포트(9)는 VLAN(VL2)에 대해 디스에이블된다. 반대로, 포트(9)가 VLAN(VL1)에 대해 인에이블되고, 다른 포트(8)가 VLAN(VL1)에 대해 디스에이블된다. 따라서, 각각의 경우 비활성화된 포트는 VLAN에서 원치 않는 루프 클로저를 끊는다. 따라서, VLAN에서, 소스 노드 ― 도 1에서, 네트워크 디바이스(1)임 ― 의 비-송신 포트를 제외하고, 포트들 전부가 인에이블된다.

브로드캐스트 또는 멀티캐스트 목적지 어드레스들이 송신을 위해 사용될 수 있고, 그래서 링 네트워크 내의 다른 노드들 또는 네트워크 디바이스들(201, 301) 전부가 데이터를 수신한다. 개별 제어 디바이스들에 도달하기 위하여 유니캐스트 어드레스들이 또한 가능하다.

도 2는 링 토폴로지를 갖는 네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법의 확장을 예시한다. 도 2는 본질적으로 도 1에서 설명된 것들과 동일한 엘리먼트들을 도시하고, 두 개의 제공된 VLAN 링들(VL1 및 VL2)을 도시한다.

각각의 VLAN에서 원치 않는 루프 클로저의 방지를 추가로 개선시키기 위하여, 상이한 네트워크 디바이스들(1, 201, 301)의 인접한 포트들이 각각의 VLAN에서 데이터 패킷들을 포워딩하는 것 ― 상기는, 루프의 클로저를 야기할 수 있음 ― 이 또한 금해지도록, 네트워크 디바이스들(1, 201, 301)의 스위치 디바이스들(4, 204, 304)을 포함하여 네트워크 디바이스들(1, 201, 301)이 구성된다.

예로서 제공된 VLAN(VL1)에 관하여, 송신 네트워크 디바이스(1) 또는 노드(1)로부터, 송신에 사용되지 않는 포트(8)가 VLAN(VL1)에 대해 디스에이블되는 것이 명백하다. 이는, 도 1에 마찬가지로 도시된 상황에 대응한다. 부가하여, 링에서 인접한, 네트워크 디바이스(301) 내에 위치되고 다른 VLAN(VL2)에 대해 인에이블된 포트(8)를 통해 직접 연결되는 그 포트(309)가 디스에이블된다. 따라서, 다른 VLAN(VL2)로부터 수신하는 네트워크 디바이스(301)의 포트(309) 및 송신 네트워크 디바이스(1)의 포트(8) 둘 다가 디스에이블된다. 효과적으로, 폐쇄-루프 방지를 구성하는 두 개의 포트들, 즉 포트들(8 및 309)이 존재한다. 따라서, 스위치들 중 하나의 스위치(4 또는 304)의 포워딩 테이블 내에 에러가 존재하더라도, 이더넷의 붕괴를 야기할 수 있는 루프 클로저가 발생하지 않는다. 유사하게, 포트들(9 및 208)이 VLAN(VL2)에 대해 금해지거나 또는 디스에이블된다.

도 3은 네트워크 어레인지먼트(110)의 추가의 실시예를 도시한다. 이러한 경우, 사용되는 네트워크 디바이스들(100, 200, 300)은 각각 중복적으로, 두 개의 CPU들(2, 3, 202, 203, 302, 303) 및 연관된 스위치 디바이스들(4, 5, 204, 205, 304, 305)을 갖춘다. 네트워크 노드의 스위치 디바이스들은 서로 통신 가능하게 연결된다. 네트워크 노드(100)에서, 스위치 디바이스(4)는 포트들(11, 12)을 통해 스위치 디바이스(5)에 내부적으로 연결된다. 제2 노드(200)의 스위치 디바이스들(204, 205)은 유사하게, 포트들(211, 212)을 통해 서로 내부적으로 연결된다. 유사하게, 제3 노드(300)의 스위치 디바이스들(304, 305)은 포트들(311, 312)을 통해 서로 연결된다.

CPU들(2, 3, 202, 203, 302, 303)의 중복적 이용가능성은, 네트워크 디바이스들(100, 200, 300)의 기능을 중복적으로 제공하는 것이 가능하고 그러므로 CPU들 중 하나의 CPU가 고장나더라도 신뢰성 있는 데이터가 여전히 생성될 수 있음을 의미한다. 부가하여, 스위치 디바이스들(4, 5, 204, 205, 304, 305)의 중복적이고 별도의 구현은, 추가 레벨(level)의 안전성을 달성한다. VLAN들(VL1, VL2)은 도 1에 대하여 설명된 바와 같이 구현된다. 그러나, 각각의 CPU들(2, 3, 202, 203, 302, 303)은 VLAN들을 통해 중복적으로 전송된 데이터를 수신하고, 그러므로 일관성 체크가 내부적으로 수행될 수 있다.

"채널(channel) a" 및 "채널 b"로 라벨링되는 중복적 CPU들로부터의 데이터의 세트(set)들은 보통, 코딩 메커니즘(coding mechanism)에 의해 서로 링크된다. 예컨대, 비트-인버전(bit-inversion)에 의해 CPU(3)로부터의 데이터에 매칭(match)되는 데이터가 CPU(2)에 의해 생성될 수 있다. 그런 다음, 네트워크 내의 다른 지점에서, 채널들(A 및 B)로부터의 데이터의 각각의 세트들을 비교하고, 데이터 송신시 에러들을 검출하거나, 또는 네트워크 디바이스들의 고장들을 식별하는 것이 가능하다.

도 4 및 도 5는 네트워크 어레인지먼트(111)의 제4 실시예를 도시한다. 네트워크 어레인지먼트(111)는 예컨대 자동차의 일부일 수 있고, 상기 네트워크 어레인지먼트에서, 제어 컴포넌트들 및 다양한 액추에이터들, 즉 최종 제어 엘리먼트들이 네트워크 디바이스들로서 구현된다.

도 4 및 도 5에서, 두 개의 링 토폴로지들이 이 목적을 위해 형성되고, 상기 두 개의 링 토폴로지들은 중앙 이더넷 스위치들(501, 502)을 통해 서로 연결된다. 이러한 경우, 두 개의 제어 컴포넌트들 또는 네트워크 디바이스들(100, 200)이 링에서 두 개의 이더넷 스위치들(501, 502)에 연결된다.

추가의 제2 링이 "액추에이터 1" 내지 "액추에이터 6"으로 라벨링(label)되는 네트워크 디바이스들(400)에 의해 형성된다. 액추에이터 디바이스들(400) 각각은 이더넷 스위치(4)를 갖고, 본질적으로 도 1에서 도시된 네트워크 디바이스(1)와 동일한 설계를 갖는다. 액추에이터 디바이스들(400) 내에는 CPU들이 도시되지 않는다. 네트워크 어레인지먼트(111)는 이더넷 프로토콜에 기초하는데, 즉 양방향 또는 이중 연결들이 가능하다. 이는, 데이터 통신이 두 개의 방향들로 이루어질 수 있음을 의미한다.

제어 컴포넌트(100)로부터 "액추에이터 3"으로 라벨링된 액추에이터 컴포넌트(400)로 데이터를 전송하기 위한 제1 가상 LAN(VL1)의 제공이 점 패턴(dotted pattern)에 의해 강조된다. 각각의 통신 방향은 네트워크 컴포넌트들(100, 200, 400, 500) 사이에서 화살표들로 표시된다. 여기서 데이터 패킷들(DG)은 좌측 브랜치(branch)를 통해 이동하는, 즉 제어 컴포넌트(100)로부터 스위치 디바이스(501)와 "액추에이터 1" 및 "액추에이터 2"로 라벨링된 액추에이터 디바이스들(400)을 통해 이동하는 그들 데이터 패킷들에 대응한다. 데이터 패킷들(DGA)은 되돌아오는 데이터 패킷들이다.

데이터 패킷들(DB 및 DBA)을 포함하는 우측 브랜치는 제어 컴포넌트(100)로부터 스위치 디바이스(502)와 "액추에이터 4" 내지 "액추에이터 6"으로 라벨링된 네트워크 디바이스들(400)을 통해 제어 컴포넌트(200)로 이어진다.

제어 컴포넌트 1(100)로부터 VLAN(VL1)를 통해 데이터를 전송할 때, VL1의 데이터에 대해 스위치 디바이스(502)의 포트들(509, 507 및 508)을 디스에이블하는 것은 VLAN(VL1)에 대해 원치 않는 루프 클로저를 달성한다.

도 5는 제2 VLAN(VL2)을 포함하는 네트워크의 동작 상황을 도시한다. 네트워크 경로들은 여기서 빗금 쉐이딩(shading)으로 표시된다. VLAN(VL2)에 대해, 제1 이더넷 스위치 디바이스(501), 또는 더욱 정확하게 제1 이더넷 스위치 디바이스(501)의 포트들(507, 508, 509)이 디스에이블된다. 이는, 데이터 패킷들을 순환시키는 것에 의해 네트워크가 과부하될 수 없음을 의미한다. 도 4 내지 도 7에서 개별 참조 부호들이 주어진 포트들은 송신 및 수신 포트들의 결합이다. 데이터 방향을 표시하는 화살표들로부터, 그리고 심볼(symbol)들 "s" 및 "r"로부터 어느 포트가 활성화되는지 또는 디스에이블되는지를 알 수 있다. 예컨대, 도 4에서, 스위치 디바이스(502)의 포트 결합(509)의 송신 포트 "s"는 VLAN(VL1)에 대해 디스에이블된다.

두 개의 VLAN들, 즉 도 4에 도시된 바와 같은 VL1과 도 5에 도시된 바와 같은 VL2는 동시에 동작되고, 그러므로 데이터가 제어 컴포넌트 1(100)로부터 제어될 액추에이터 컴포넌트(3, 400)로 동시에 전송된다. 심지어 에러들이 제1 VLAN(VL1)을 통해 전송되는 데이터 패킷들에서 발생하더라도, 액추에이터 컴포넌트(3, 400)는 여전히, 제2 VLAN(VL2)을 통해 신뢰성 있게 데이터를 수신한다.

두 개의 VLAN들 중 하나의 VLAN에서 원치 않는 루프 클로저의 위험을 추가로 감소시키기 위하여, 네트워크 어레인지먼트 내의 제어 컴포넌트들 또는 네트워크 컴포넌트들에서 부가의 포트들이 차단 또는 디스에이블될 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에서 더욱 상세히 예시된다. 도 6 및 도 7은, 본질적으로 도 4 및 도 5로부터의 네트워크 어레인지먼트(111)와 동일한 컴포넌트들을 포함하는 네트워크 어레인지먼트(112)를 도시한다. VLAN(VL1)(도 6을 보라) 및 VLAN(VL2)(도 7을 보라)가 마찬가지로 제공된다. VLAN(VL1)은 점 패턴으로 강조되고, VLAN(VL2)은 빗금 패턴으로 쉐이딩된다.

VLAN(VL1)을 동작시키기 위해, 이더넷 스위치(502), 또는 더욱 정확하게 이더넷 스위치(502)의 포트들(507, 508, 509)이 디스에이블된다. VL1에 대응하는 데이터 패킷들은 포워딩되지 않는다. 부가하여, 인접한 제어 컴포넌트(2, 200)의 포트들(207)이 디스에이블되고, 제2 링에서 마찬가지로 인접한 액추에이터 컴포넌트(6, 400)의 포트들(407)이 디스에이블된다. 이로써 VLAN 링(VL1)의 격리 또는 종료가 추가로 개선된다. 예컨대 이더넷 스위치(502)에서 에러들이 포워딩 테이블들에 존재하더라도, 액추에이터 컴포넌트(6, 400) 및 제어 컴포넌트(2, 200)의 포트들(407 및 207)은 관련 데이터 패킷들을 중지시킨다.

부가하여, 유사한 신뢰성 조치(measure)가 제2 VLAN(VL2)에 대해 제공된다. 이는 도 7에서 도시된다. 이더넷 스위치(501), 또는 더욱 정확하게 이더넷 스위치(501)의 포트들(507, 508, 509)이 VLAN(VL2)에 대해 차단된다. 또한, 상부 링 토폴로지의 제어 컴포넌트 1(100) 및 하부 링 토폴로지의 액추에이터 디바이스(400)의 인접한 포트들(207, 407)이 디스에이블된다. 따라서, 심지어 이더넷 스위치(501)의 포워딩 테이블들에 에러들이 존재할 때에도, VLAN(VL2)로부터의 데이터 패킷들의 순환 및 그에 따른 네트워크 인프라구조의 불필요한 부하가 신뢰성 있게 방지될 수 있다.

VLAN들을 통한 데이터의 중복적이고 신뢰성 있는 송신을 위해 도시된 방법들 및 조치들에 부가하여 변형들이 사용될 수 있다. 예컨대, VLAN-XC(VLAN Cross Connect)가 소스 노드와 목적지 노드 사이에 수행될 수 있거나, 또는 공급자 백본 브릿징 교통 공학(PBB-TE; Provider Backbound Bridging Traffic Engineering)과 같은 방법들이 또한 사용될 수 있다. 링 형태로 사용되는 VLAN들에서, PRP를 사용하는 것이 또한 가능한데, 그 이유는 복수의 VLAN들이 동시에 제공되기 때문이다.

예들에서 두 개의 별도의 VLAN들(VL1, VL2)이 도시되지만, 포트 디스에이블을 확장시킴으로써 추가의 VLAN들을 제공하는 것이 또한 가능하다. 두 개보다 많은 VLAN들을 구현하는 것은 통신 신뢰성의 추가의 개선을 달성한다.

도시된 두 개의 링 토폴로지들에 부가하여, 서로 연결된 세 개 이상의 링들을 갖는 실시예들이 또한 가능하다.

본 발명이 바람직한 예시적 실시예에 의해 더욱 상세히 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 기재된 예들에 의해 제한되지 않으며, 기술분야의 당업자는 상기 기재된 예들로부터 다른 변형들을 도출할 수 있고, 상기 다른 변형들은 본 발명의 보호 범위에 의해 여전히 커버된다.

Claims

링 토폴로지(ring topology)로 서로 연결된 복수의 네트워크 디바이스들(network devices)을 포함하는 네트워크 어레인지먼트(network arrangement)를 동작시키기 위한 방법으로서,
여기서, 각각의 네트워크 디바이스는, 통신 경로에 연결하기 위한 적어도 두 개의 포트들(ports)을 포함하는 스위치 디바이스(switch device) 및 제어 디바이스를 갖고,
상기 방법은:
제1 가상 로컬 영역 네트워크(VLAN; virtual local area network) 및 제2 VLAN을 상기 링 토폴로지로 동시에 제공하는 단계;
상기 복수의 네트워크 디바이스들 중 송신 네트워크 디바이스의 제어 디바이스로부터, 선택된 스위치 디바이스의 제1 포트를 통해 상기 제1 VLAN으로 데이터 패킷(data packet)을 전송하는 단계;
상기 송신 네트워크 디바이스의 상기 선택된 스위치 디바이스의 제2 포트를 상기 제1 VLAN에 대해 디스에이블(disable)하는 단계; 및
상기 제1 VLAN을 통해 상기 데이터 패킷을 수신하는 제2 네트워크 디바이스의 부가적 스위치 디바이스에 속하는 부가적 포트를 제1 VLAN에 대해 디스에이블하는 단계
를 포함하고,
상기 부가적 포트는 상기 송신 네트워크 디바이스의 상기 선택된 스위치 디바이스의 제2 포트와 상기 제2 VLAN을 통해 연결되는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 네트워크 디바이스의 상기 제어 디바이스로부터, 상기 선택된 스위치 디바이스의 제2 포트를 통해 상기 제2 VLAN으로 상기 데이터 패킷을 전송하는 단계; 및
상기 송신 네트워크 디바이스의 상기 선택된 스위치 디바이스의 제1 포트를 상기 제2 VLAN에 대해 디스에이블하는 단계
를 더 포함하는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 상기 제1 VLAN 및 상기 제2 VLAN으로 동시에 전송되는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 VLAN을 통해 수신된 데이터 패킷들을, 상기 제2 VLAN을 통해 수신된 데이터 패킷들과 비교하는 단계
를 더 포함하는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 상기 제1 VLAN 및 상기 제2 VLAN으로 동시에 전송되는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 멀티캐스트 어드레스(multicast address)를 이용하여 전송되는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 브로드캐스트 어드레스(broadcast address)를 이용하여 전송되는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 VLAN을 통해 수신된 데이터 패킷들을, 상기 제2 VLAN을 통해 수신된 데이터 패킷들과 비교하는 단계
를 더 포함하는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 네트워크 디바이스들은 이더넷 프로토콜(Ethernet protocol)에 따라 동작하도록 구성되는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 네트워크 디바이스의 상기 선택된 스위치 디바이스에 속하는 상기 제2 포트를 제외하고, 상기 복수의 네트워크들 내의 각각의 스위치 디바이스의 모든 포트들은 제1 VLAN에 대해 인데이블(enable)되는,
네트워크 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
링 토폴로지로 서로 연결된 네트워크 노드들을 포함하는 네트워크 어레인지먼트로서,
각각의 네트워크 노드는, 통신 경로에 연결하기 위한 제1 포트 및 제2 포트를 포함하는 스위치 디바이스 및 제어 디바이스를 갖고;
상기 네트워크 노드들은 적어도 두 개의 VLAN들을 상기 링 토폴로지로 동시에 제공하도록 구성되고;
상기 네트워크 노드들은, 데이터 패킷이 네트워크 노드의 제어 디바이스로부터, 선택된 스위치 디바이스의 제1 포트를 통해 제1 VLAN으로 전송될 때, 상기 선택된 스위치 디바이스의 제2 포트가 상기 제1 VLAN에 대해 디스에이블되도록 구성되며, 그리고
상기 네트워크 노드들은, 상기 제1 VLAN을 통해 상기 데이터 패킷을 수신하는 제2 네트워크 디바이스의 부가적 스위치 디바이스에 속하는 부가적 포트를 제1 VLAN에 대해 디스에이블하도록 구성되고,
상기 부가적 포트는 상기 선택된 스위치 디바이스의 제2 포트와 제2 VLAN을 통해 연결되는,
네트워크 어레인지먼트.
제 11 항에 있어서,
적어도 하나의 네트워크 노드는 제1 스위치 디바이스 및 제2 스위치 디바이스를 포함하고, 여기서 상기 제1 스위치 디바이스는 제1 제어 디바이스에 할당되고, 상기 제2 스위치 디바이스는 제2 제어 디바이스에 할당되고, 상기 제1 스위치 디바이스 및 제2 스위치 디바이스의 각각은 적어도 두 개의 포트들을 포함하고, 상기 제1 스위치 디바이스 및 상기 제2 스위치 디바이스는 통신 가능하게 서로 연결되는,
네트워크 어레인지먼트.
제 12 항에 있어서,
상기 네트워크 노드들은 제1 링 토폴로지 및 제2 링 토폴로지를 형성하고, 상기 링 토폴로지들은 하나 이상의 연결-스위치 디바이스들을 이용하여 연결되는,
네트워크 어레인지먼트.
제 13 항에 있어서,
상기 연결-스위치 디바이스들의 포트들이 상기 적어도 2개의 VLAN들 중 하나의 VLAN에 대해서만 인에이블되도록, 상기 연결-스위치 디바이스들이 구성되는,
네트워크 어레인지먼트.
제 11 항에 있어서,
상기 네트워크 노드들은 제1 링 토폴로지 및 제2 링 토폴로지를 형성하고, 상기 링 토폴로지들은 하나 이상의 연결-스위치 디바이스들을 이용하여 연결되는,
네트워크 어레인지먼트.
제 15 항에 있어서,
상기 연결-스위치 디바이스들의 포트들이 상기 적어도 2개의 VLAN들 중 하나의 VLAN에 대해서만 인에이블되도록, 상기 연결-스위치 디바이스들이 구성되는,
네트워크 어레인지먼트.
제 11 항에 있어서,
상기 네트워크 어레인지먼트는 차량의 일부인,
네트워크 어레인지먼트.