KR101742627B1 - 시간 동기 기능을 구비한 sfp 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 통신 방식으로 말단 장치(End Device)와 연결되는 SFP 장치를 통해 말단 장치의 정밀 시간 프로토콜 지원에 관계없이 정밀한 시간 정보를 간단한 방식으로 제공하도록 함으로써 시간 동기가 필요한 네트워크 시스템을 간편하게 구성할 수 있도록 한 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법에 관한 것으로, SFP(Small Form Factor Pluggable) 장치의 장비 연결 인터페이스를 통해 연결 장비와 시간 정보를 주고 받도록 구성하고, 장비 연결 인터페이스에 구성되어 있으나 사용되지 않는 핀을 정초(PPS:Pulse Per Second) 핀으로 정의하여 이를 통해 정초 신호를 주고 받도록 함으로써 SFP 장치의 표준 인터페이스 핀을 활용하여 간단한 방식으로 정초 시간 정보를 연결 SFP 장치들 간에 정확하게 전달할 함과 아울러 다양한 말단 장치(End Device)에 부하가 큰 정밀 시간 프로토콜 처리부를 구성하지 않으면서도 정확한 시간 동기가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법{SFP apparatus having time synchronization function and time synchronization method for network system using the same}

본 발명은 시간 동기 기능을 구비한 SFP(Small Form Factor Pluggable) 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법에 관한 것으로, 특히 다양한 통신 방식으로 말단 장치(End Device)와 연결되는 SFP 장치를 통해 말단 장치의 정밀 시간 프로토콜 지원에 관계없이 정밀한 시간 정보를 간단한 방식으로 제공하도록 함으로써 시간 동기가 필요한 네트워크 시스템을 간편하게 구성할 수 있도록 한 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법에 관한 것이다.

네트워크에 연결되는 각종 통신 장비들은 각자 자신의 내부 클럭을 사용하며, 이러한 내부 클럭의 오차나 타이밍의 편차에 의해 장비 간 통신 성능이 열화되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 특정한 위치의 통신 장비들 간 클럭 동기화가 필요한 경우 별도의 기준 클럭을 발생시키는 장비를 구성한 후 해당 기준 클럭 장비의 클럭을 이용하여 연결된 장비들 간 동기화를 수행하는 방법, 특정 장비가 마스터가 되고 다른 장비가 슬레이브가 되어 마스터에서 제공하는 클럭을 기준으로 동기화를 수행하는 방법, 그리고 해당 장비들이 네트워크 상에 존재하는 시간 서버와 통신하여 시간 서버의 정밀 시간을 기준으로 자신의 시간을 동기화하는 방법 등을 통해서 이러한 문제를 해결하고 있다.

이러한 방법들 중에서 별도의 기준 클럭 장비를 이용하거나 특정 장비가 마스터가 되는 경우, 동기 신호 수신을 위한 별도의 물리적 포트가 필요하거나, 구성복잡도가 증가하거나, 호환성에 한계가 있는 문제가 있다. 따라서, 최근에는 네트워크 상의 시간 서버를 이용하여 표준 시간을 기준으로 자신의 내부 클럭을 표준 시간에 맞추는 방법이 사용되고 있다.

이렇게 네크워크에 위치한 시간 서버를 이용하는 정밀 시간 프로토콜(PTP:Precision Time Protocol)로 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1588 프로토콜이 널리 알려져 있다. IEEE 1588 표준 시간 전송 프로토콜은 글로벌 마스터(GM)의 표준 시간과 동기화를 원하는 슬레이브 장비 클럭 간의 오프셋을 결정할 수 있도록 한다. 즉, 글로벌 마스터는 주기적으로 슬레이브 장비와 메시지를 교환하며, 슬레이브 장비는 이러한 메시지를 기반으로 오프셋을 재계산하여 자신의 시간을 표준 시간에 동기화 시킨다.

도 1은 IEEE 1588 프로토콜을 이용하는 시간 동기화 시스템의 구성을 보인 예시도로서, 도시된 바와 같이 슬레이브(30)가 네트워크(20)를 통해 글로벌 마스터(10)에 접속하여 표준 시간과 동기화할 수 있도록 구성된다.

도시된 글로벌 마스터(10)는 주기적으로 슬레이브(30)와 메시지를 교환하며, 슬레이브(30)는 해당 메시지에 포함된 표준 시간 정보를 이용하여 오프셋 정보를 확인하고, 네트워크(20)에 의한 지연 정보를 확인하여 오프셋 정보 및 지연 정보를 토대로 표준 시간을 계산한다.

도시된 복수의 슬레이브(31, 32)가 각각 내부적으로 독립된 클럭으로 동작할 경우 각 클럭의 시작 시간이 동일할 가능성은 낮은데, 이 경우 IEEE 1588 프로토콜을 이용하면 별도의 부가 구성 없이도 글로벌 마스터(10)의 표준시간으로 동기화가 가능하게 된다.

도 2는 표준 시간을 이용한 동기화 개념을 보인 것으로, 도 1에 도시된 슬레이브(31, 32)의 내부 클럭에 의한 통신 클럭들은 도 2a와 같은 편차가 발생할 수 있다. 하지만 글로벌 마스터(10)를 통해 표준 시간으로 동기화함으로써, 도 2b와 같이 사용할 통신 클럭들을 상호 동기화 할 수 있으며, 이를 위해서 별도의 케이블이나 동기 클럭 장비 등이 필요하지 않다. 또한, 이러한 표준 시간을 이용한 동기화 방식은 장비 간 클럭 동기 외에도 정확한 시각 정보를 이용하는 다양한 응용이 가능하기 때문에 활용도가 높다.

이러한 장점이 있지만, 정밀 시간 프로토콜은 기본적으로 네트워크를 통해 연결된 글로벌 마스터(10)와 슬레이브(30) 사이의 오프셋과 네트워크 지연 정보를 이용하여 슬레이브(30)가 글로벌 마스터(10)의 표준 시간에 동기화하는 방식을 이용하게 되므로 가변적인 네트워크 환경을 고려할 수 있는 복잡한 구성이 요구된다. 즉, 네트워크(20)의 통신 환경에 따라 네트워크 지연이 불규칙하게 변화되므로 실질적인 지연 시간을 파악하는 구성이 필요하고, 정확한 시간 동기를 위해 지속적인 정보 교환이 필요하기 때문에 슬레이브(30)에는 복잡한 정밀 시간 프로토콜을 지원하는 엔진이 구성되어야 한다.

도 3은 IEEE 1588 프로토콜을 이용한 표준 시간 동기화 방식을 설명하기 위한 개념도이다.

도시된 바와 같이 시간 서버에 해당하는 글로벌 마스터가 동기화를 수행하는 슬레이브에 현재 표준 시간이 포함된 동기(sync) 메시지를 전송(모든 슬레이브에 브로드캐스팅)하고, 동기 메시지에 대한 타임 스탬프 정보(정확한 2스탭 시간 정보)가 포함된 후속 (follow up) 메시지를 전송한다.

이러한 마스터의 메시지들을 수신한 슬레이브는 자신의 시간과 수신된 시간을 비교하여 오프셋을 계산한다. 도시된 예시에서는 슬레이브의 시간과 마스터로부터 수신된 시간이 +3 만큼 차이가 발생하므로 슬레이브는 오프셋을 계산하여 자신의 시간을 변경한다.

이러한 오프셋 정보는 마스터와 슬레이브 사이의 메시지 전송 지연이 반영되지 않았으므로, 이를 확인하기 위해서 슬레이브는 마스터에 지연 요청 메시지를 전송하고, 이를 수신한 마스터는 자신의 수신 시 표준 시간 정보를 포함하는 지연 응답 메시지를 슬레이브에 전송한다.

슬레이브는 지연 응답 메시지를 수신한 시간에서 지연 요청 메시지를 전송한 시간을 뺀 지연 정보를 구하여 그 절반을 자신과 마스터 사이의 지연으로 간주한다. 도시된 경우는 지연 응답 메시지를 수신한 시간에서 지연 요청 메시지를 전송한 시간의 절반에 해당하는 +2를 지연 정보로 계산한다.

이렇게 슬레이브는 표준 시간 동기화를 위한 오프셋과 지연 정보를 계산한 후 이를 자신의 시간 정보에 반영하여 표준 시간과 동기화를 수행함으로써 네트워크 상의 시간 서버를 이용하여 표준 시간을 알 수 있다. 더불어 이러한 구성을 반복 수행하여 동기화 오차를 줄여나가는 방식으로 동작하기 때문에 이러한 정밀 시간 동기를 위한 슬레이브 구성은 상당히 복잡하여 네트워크에 구성되는 모든 말단 장치(End Device) 모두가 이러한 정밀 시간 프로토콜을 지원하기 위한 엔진을 구비하기는 어려운 실정이다.

한편, 최근의 다양한 네트워크 구성 방식에 따라 네트워크 장치들을 광 채널이나 기가비트 이더넷과 같은 광섬유 기반 전송 시스템에 부착하기 위한 인터페이스로 SFP(Small Form Factor Pluggable) 장치를 이용하고 있다. 즉, 이더넷 스위치 장비에 광섬유 기반 전송을 위한 SFP를 체결하고 해당 SFP에 광섬유를 연결하여 기가비트 이더넷이나 PON(수동형 광 네트워크)과 같은 고속 채널을 제공하도록 하는 구성은 일반적으로 사용되고 있는 실정이다.

더불어 이러한 SFP 장치는 광섬유 기반 전송 시스템을 위한 인터페이스를 넘어 다양한 고속 와이어 통신 인터페이스도 제공할 수 있도록 그 기능이 확장되고 있는데, 예를 들어 G.hn과 같은 전화선, 동축 등의 구리선 기반 초고속 통신 인터페이스도 지원할 수 있는 SFP 장치도 개발되고 있다.

즉, 광섬유 통신용 SFP 장치 세트를 스위치 장비와 말단 장치에 각각 삽입하면 이들 간은 광섬유를 통한 고속 통신이 가능하게 되고, G.hn 통신용 SFP 장치 세트를 스위치 장비와 말단 장치에 각각 삽입하게 되면 구리선을 이용한 초고속 통신이 가능하게 된다.

이렇게 네트워크를 구성하는 장비의 다양화와 용도에 따른 네트워크 전송 방식의 가변화에 의해서 네트워크 장비들 간의 통신 연결 방식은 상황에 따라 달라질 수 있어 네트워크 장비들(특히, 말단 장비)에 대한 정밀 시간 동기는 더욱 복잡해지게 된다. 예를 들어, 이더넷 스위치 장비에 정밀 시간 프로토콜을 지원하기 위한 엔진이 구성되는 경우 UTP 케이블을 이용하여 연결되는 말단 장치와 임의의 SFP 장치를 통해 PON이나 G.hn 등의 다양한 물리 매체와 통신 방식으로 연결되는 말단 장치에 대한 구체적인 정밀 시간 동기 방식은 달라지게 되므로 이들을 모두 고려한 시간 동기 구성은 복잡해질 수 밖에 없다.

대안으로서, SFP 장치 자체에 정밀 시간 프로토콜을 지원하는 엔진을 구성해 볼 수 있지만 이 역시 복잡한 표준 PTP 절차 수행을 지원하기 위한 하드웨어 복잡도 증가에 따른 원가 상승과 네트워크 부하 증가에 의한 성능 하락에 의해 현실적이지 않은 한계가 있다.

따라서, 다양한 통신 방식을 지원하는 SFP 장치 자체가 과도한 하드웨어나 소프트웨어 및 네트워크 부하 없이 정밀 시간 동기에 대한 정보를 말단 장치에 제공해 줄 수 있도록 하는 새로운 기술이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제10-2011-0077329호 (발명의 명칭: 네트워크 지연 처리 장치 및 그 방법과 그를 위한 IEEE1588시스템) 한국등록특허 제10-1505038호 (발명의 명칭: 신호 동기 시스템 및 방법) 한국공개특허 제10-2007-0121710 (발명의 명칭: SFF 장치 구현 프로토콜 변환)

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 SFP(Small Form Factor Pluggable) 장치의 장비 연결 인터페이스를 통해 연결 장비와 시간 정보를 주고 받도록 구성하고, 장비 연결 인터페이스에 구성되어 있으나 사용되지 않는 핀을 정초(PPS:Pulse Per Second) 핀으로 정의하여 이를 통해 정초 신호를 주고 받도록 함으로써 SFP 장치의 표준 인터페이스 핀을 활용하여 간단한 방식으로 정초 시간 정보를 연결 SFP 장치들 간에 정확하게 전달할 수 있도록 한 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스위치 장비와 연결되는 마스터 SFP가 스위치 장비로부터 시간 정보를 획득하고, 스위치 장비로부터 정초 신호를 수신하여 말단 장치와 연결된 클라이언트 SFP 장치로 정초 시간 정보를 제공하고, 클라이언트 SFP 장치는 마스터 SFP 장치를 통해 수신되는 정초 시간 정보에 대응되는 시간 정보를 연결된 말단 장비가 확인할 수 있는 내부 저장부에 기록하고 해당 저장부의 기록 시간에 대응되는 정초 신호를 정초 핀으로 출력함으로써 말단 장비가 연결된 클라이언트 SFP 장치의 저장부에서 획득한 시간 정보의 실제 시작 타이밍을 정초 핀의 출력을 통해 확인하는 간단한 방식을 통해 복잡한 정밀 시간 동기 처리를 위한 구성 없이도 정확한 시간 동기가 가능하도록 한 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 클라이언트 SFP 장치가 마스터 SFP 장치와 네트워크 제어 채널을 통한 정보 교환으로 지연 정보를 검출한 후 제공할 정초 신호의 타이밍을 보상함으로써 SFP의 매체나 통신 방식 및 말단 장치의 구성에 무관하게 정확한 시간 정보 제공이 가능하도록 한 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 G.hn 통신용 SFP 장치의 LLC(Local Link Control) 프레임의 헤더 정보를 이용하여 정초 시간 정보를 제공하고 지연 확인을 위한 최우선 응답 메시지 판별을 수행하도록 함으로써 표준에 영향을 주지 않으면서 G.hn 통신용 SFP 장치를 적용한 네트워크 장치 간 정확한 정초 동기가 가능하도록 한 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 기능을 구비한 SFP(Small Form Factor Pluggable) 장치는 네트워크 장비 연결을 위한 표준 핀들이 배치된 장비 연결 인터페이스, 제어부, 고유 통신 방식을 제공하기 위한 MAC 처리부 및 해당 고유 통신 방식을 위한 선로 연결 인터페이스를 구비한 SFP 장치로서, 연결된 장비의 종류에 따라 정초 신호를 수신하거나 제공하기 위해 표준 핀들 중 하나를 정초 핀으로 설정한 장비 연결 인터페이스와; 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 시간 및 정초 신호를 제공하는 동기 정보 제공 장비인 경우 연결 장비로부터 시간 정보를 획득하고 다음 정초 시간 정보 및 정초 핀으로 수신되는 정초 신호를 MAC 처리부에 제공하며, 연결 장비가 동기화 대상 장비인 경우 수신 시간 정보를 연결 장비 요청시 제공하고 수신 시간 정보에 대한 정초 신호를 정초 핀으로 출력하는 제어부와; 제어부에서 시간 및 정초 신호를 수신하여 선로 연결 인터페이스를 통해 송신하고, 선로 연결 인터페이스를 통해 정초에 맞추어 전송된 시간 정보를 수신하면 이를 제어부에 제공하는 MAC 처리부를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 제어부는 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 동기 정보 제공 장비인 경우 I2C 통신 방식으로 시간 정보를 요청하여 수신한 후 다음 정초 시간 정보를 상기 MAC 처리부에 MDC/MDIO 통신 방식으로 전달하며, 정초 핀을 통해 수신되는 정초 신호를 MAC 처리부에 제공하여 전달된 정초 시간 정보의 시작 타이밍을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 장비 연결 인터페이스는 20핀 표준 인터페이스이며, 정초 핀은 정의는 되어 있으나 사용되지 않는 Rate Select용 7번 핀일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어부는 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 동기화 대상 장비인 경우 MAC 처리부를 통해 수신한 시간 정보를 기반으로 하는 다음 정초 시간 정보를 내부 레지스터에 저장하고 연결 장비가 I2C 통신 방식으로 접근할 수 있도록 하며, MAC 처리부를 통해 시간 정보 수신 시점을 기반으로 생성한 정초 신호를 정초 핀을 통해 출력하여 내부 저장된 정초 시간 정보의 시작 타이밍을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제어부는 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 동기화 대상 장비인 경우 MAC 처리부를 통해 최고 우선 순위의 지연 확인용 제어 프레임을 선로 연결 인터페이스를 통해 연결된 SFP 장치에 전송하고 그에 대한 응답 제어 프레임을 수신하여 지연 시간을 확인한 후 정초 신호 생성 시점을 보상할 수 있다. 또한, 제어부는 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 동기 정보 제공 장비인 경우 MAC 처리부를 통해 수신되는 지연 확인용 제어 프레임에 대한 응답 제어 프레임으로 내부 지연 시간 정보나 현재 시간 정보를 생성하여 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, SFP 장치는 G.hn 통신용 SFP 장치이며, MAC 처리부는 시간 정보를 LLC(Local Link Control) 헤더의 32비트 TSMP 필드에 삽입하여 제공할 수 있다.

또한, 동기화 대상 장비와 연결된 SFP 장치의 제어부는 MAC 처리부를 통해 LLC 헤더의 3비트 프레임 타입 필드 중 사용되지 않는 약속된 타입으로 설정한 제어 프레임을 지연 확인용 제어 프레임으로 동기 정보 제공 장비와 연결된 SFP 장치에 전송하고, 동기 정보 제공 장비와 연결된 SFP 장치의 제어부는 MAC 처리부를 통해 수신된 LLC 헤더의 프레임 타입 필드가 기 약속된 타입으로 설정된 경우 최우선적으로 응답 제어 프레임을 생성하여 동기화 대상 장비와 연결된 SFP 장치에 전송할 수 있다. 한편, 선택적으로 응답 제어 프레임의 TSMP 필드나 페이로드에는 현재 시간 정보나 동기화 대상 장비의 응답 지연 시간 정보가 포함될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법은 동기 정보 제공 장비와 연결되는 마스터 SFP 장치와 동기화 대상 장비와 연결되는 클라이언트 SFP 장치를 이용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법으로서, 마스터 SFP 장치가, 연결된 장비로부터 시간 정보를 획득하고 장비와 연결되는 장비 연결 인터페이스에 정의된 정초 핀을 통해 연결된 장비로부터 정초 신호를 수신하여 기 획득한 시간의 후속하는 정초 시간 시작 시점에 클라이언트 SFP 장치로 해당 정초 시간 정보를 전송하는 정초 시간 전송 단계와; 클라이언트 SFP 장치가, 상기 마스터 SFP 장치에 지연 확인용 제어 프레임을 전송하고 그에 대한 응답 제어 프레임을 수신하여 지연 시간을 연산하는 지연 확인 단계와; 클라이언트 SFP 장치가, 상기 정초 시간 전송 단계를 통해 마스터 SFP 장치로부터 수신한 정초 시간 정보에 대응되는 정초 시간 정보를 저장하고 연결된 장비 요청 시 제공하며, 상기 정초 시간 수신 시점과 상기 지연 확인 단계에서 얻어진 지연 시간을 고려하여 저장된 정초 시간 시작 시점에 장비 연결 인터페이스에 정의된 정초 핀을 통해 연결된 장비로 정초 신호를 제공하는 정초 시간 제공 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법은 SFP(Small Form Factor Pluggable) 장치의 장비 연결 인터페이스를 통해 연결 장비와 시간 정보를 주고 받도록 구성하고, 장비 연결 인터페이스에 구성되어 있으나 사용되지 않는 핀을 정초(PPS:Pulse Per Second) 핀으로 정의하여 이를 통해 정초 신호를 주고 받도록 함으로써 SFP 장치의 표준 인터페이스 핀을 활용하여 간단한 방식으로 정초 시간 정보를 연결 SFP 장치들 간에 정확하게 전달할 함과 아울러 다양한 말단 장치(End Device)에 부하가 큰 정밀 시간 프로토콜 처리부를 구성하지 않으면서도 정확한 시간 동기가 가능하도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법은 말단 장비가 연결된 SFP 장치의 저장부에서 획득한 시간 정보의 실제 시작 타이밍을 정초 핀의 출력을 통해 확인하는 간단한 방식을 통해 복잡한 정밀 시간 프로토콜 처리를 위한 구성 없이도 정확한 시간 동기가 가능하여 적용 및 구성이 용이한 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법은 시간 동기 대상 장비에 연결된 클라이언트 SFP 장치가 시간 동기 정보 제공 장비에 연결된 마스터 SFP 장치와 네트워크 제어 채널을 통한 통신으로 지연 정보를 검출한 후 제공할 정초 신호의 타이밍을 보상함으로써 SFP의 매체나 통신 방식 및 말단 장치의 구성에 무관하게 정확한 시간 정보 제공이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치 및 이를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법은 G.hn 통신용 SFP 장치의 LLC(Local Link Control) 프레임의 헤더 정보를 이용하여 정초 시간 정보를 제공하고 지연 확인을 위한 최우선 응답 메시지 판별을 수행하도록 함으로써 표준에 영향을 주지 않으면서 G.hn 통신용 SFP 장치를 적용한 네트워크 장치 간 정확한 정초 동기가 가능하도록 하여 G.hn 통신용 SFP 장치의 적용 필요성 및 적용 대상을 확장하는 효과가 있다.

도 1은 IEEE 1588 프로토콜을 이용하는 시간 동기화 시스템의 구성을 보인 예시도.
도 2는 표준 시간을 이용한 슬레이브 간 동기화 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 IEEE 1588 프로토콜을 이용한 표준 시간 동기화 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 4는 SFP 장치를 이용한 네트워크 시스템 구성의 예시도.
도 5는 SFP 장치의 구성 개념도.
도 6은 SFP 장치의 표준 20핀 장비 연결 인터페이스 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 SFP 장치와 연결 장비의 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 SFP 장치의 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 SFP 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 개념도.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 SFP 장치를 이용한 네트워크 시스템 구성도.
도 11는 G.hn의 LLC(Local Link Control) 프레임 헤더 필드 구성을 나타낸 표.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 확인 과정을 설명하기 위한 개념도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 시스템의 시간 동기 방법에 대한 순서도.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

특히, 본 발명을 설명함에 있어 정밀 시간 프로토콜의 예시로서 IEEE 1588 프로토콜을 들어 설명하였으나 유사한 원리로 동작하는 다른 종류의 정밀 시간 프로토콜에도 적용될 수 있으며 동기 정보 제공 장비가 정확한 시간 정보를 제공할 수 있는 경우라면 별도의 정밀 시간 프로토콜을 사용하지 않을 수도 있다.

더불어, 본 발명을 설명하면서 동기 정보 제공 장비로 네트워크 스위치 장비를 예로 들어 설명하지만 이는 동기 정보를 제공할 필요가 있는 다양한 네트워크 장비라면 그 종류에 무관하게 적용할 수 있으므로 연결되는 네트워크 장비의 종류로 발명이 한정되지 않는다. 또한, 동기화 대상 장비로 말단 단말 장비(End Device)를 예로 들어 설명하지만 말단 단말 장비는 동기화가 필요한 대상 장비를 포괄적으로 설명하기 위한 예시에 불과하며 실질적으로는 동기 정보 제공 장비와 연결될 수 있는 다양한 네트워크 장비를 포괄적으로 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 동기 정보를 제공할 수 있는 네트워크 장비와 동기 대상 장비 간을 SFP(Small Form Factor Pluggable) 장치를 통해 연결하는 경우, 해당 SFP 장치를 통해 동기 대상 장비에 복잡한 정밀 시간 프로토콜 처리부를 구성하지 않더라도 간단한 방식으로 시간 동기가 이루어질 수 있도록 한 것이다. 특히, 동기화를 위한 구성을 SFP 장치에 최소화하여 구성하고, 데이터량이 큰 마이크로초~나노초 단위의 정밀한 시간 동기를 제공하면서도 실제 사용 정보는 데이터량이 작은 정초 시간 정보를 이용함과 아울러 연결되는 장비의 시간 동기를 위한 구성이나 작업을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 발명을 설명하기 위해서 도 4 내지 도 6을 통해 SFP 장치를 이용한 네트워크 구성을 살펴보고, 도 6 내지 13을 통해 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.

도 4는 SFP 장치를 이용한 네트워크 시스템 구성의 예시도로서, 도시된 바와 같이 네트워크 스위치 장비(40)와 말단 단말 장비(50, 51)를 선로를 통해 연결한 것으로, 일반 UTP(unshielded twisted pair cable) 케이블을 통해 스위치 장비(40)의 포트와 말단 단말 장비(50)를 연결할 수 있고, 속도나 거리 등의 기준을 만족시킬 수 있는 다른 종류의 통신 방식으로 스위치 장비(40)와 말단 단말 장비(51)를 연결하기 위해 SFP 장치를 이용하여 연결할 수 있다.

보통 스위치 장비(40)를 포함하는 다양한 네트워크 장비들은 SFP 장치를 연결할 수 있는 표준 SFP 연결 포트가 구비되어 있으며, 이러한 SFP 연결 포트에 원하는 종류의 통신을 지원하는 SFP 장치를 삽입하여 장치 간 새로운 통신 방식을 이용하는 선로 구성을 이용한다. 예를 들어 고속이나 원거리 통신이 필요한 경우 광통신을 지원하는 SFP 장치를 연결 장비들의 SFP 포트에 삽입한 후 SFP 장비들 간은 광선로로 연결하는 구성이 가능하고, 최근 연구되어 있는 G.hn 통신이 필요한 경우 전화선이나 동축 케이블과 같은 구리선 기반 통신을 지원하는 SFP 장치를 연결 장비들에 적용한 후 G.hn 통신을 적용할 수 있다.

한편, 네트워크 장비들 간의 시간 동기를 위해서 스위치 장비(40)의 경우 내부적으로 정밀 시간 프로토콜(PTP:Precision Time Protocol) 처리부(42)를 구성하여 네트워크(20)를 통해 연결된 글로벌 마스터(10)와 연동한 정밀 시간 정보를 획득한다.

만일 말단 단말 장비(50, 51)와 스위치 장비(40)간 정밀 시간 동기가 필요한 경우 각 말단 단말 장비에도 정밀 시간 프로토콜 처리부가 구성됨으로써 스위치 장비(40)와 말단 단말 장비(50, 51) 간 시간 동기가 이루어지게 된다.

하지만, SFP 장치는 다양한 통신 방식을 지원하며 연결되는 한 쌍의 SFP 장치들 간 스위치 장비(40) 및 말단 단말 장비(51)에서 지원하지 않는 다른 방식의 통신 기술을 이용하기 때문에 이러한 임의의 통신 방식을 모두 고려한 시간 동기 방법을 스위치 장비(40)나 말단 단말 장비(51)에 구성하는 것이 쉽지 않으며, 말단 단말 장비(50, 51) 마다 정밀 시간 프로토콜 처리부를 구성하는 것 역시 장비 가격이나 네트워크 부하가 증가하게 되므로 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 SFP 장치에 정밀 시간 동기를 위한 구성을 적용하여 스위치 장비(40)나 말단 단말 장비(51)의 동기화 부담을 경감시킴과 아울러, SFP 장치의 정밀 시간 동기 구성 역시 단순하면서도 정확한 시간 동기 가능하도록 함으로써 비용 상승이나 구성 복잡도 상승을 최소화하여 경제적인 정밀 시간 동기화 구성이 가능하도록 한다.

도 5는 SFP 장치의 구성 개념도로서, 도시된 바와 같이 SFP 장치(60)는 외형적 결합 부분을 기준으로 볼 때 장비에 구성된 표준 SFP 포트에 삽입되어 장비와 연결되는 장비 연결 인터페이스(61)와, 다양한 통신 방식에 따른 선로 매체와 연결되기 위한 선로 연결 인터페이스(62)를 포함한다.

장비 연결 인터페이스(61)는 표준 20핀 인터페이스로 구성되어 핀이 노출된 기판 형태로 제공되며, 선로 연결 인터페이스(62)는 SFP 장치가 지원하는 통신 방식에 따라 광선로 연결 트랜시버 구성, 동축 케이블 연결 구성, 전화선 연결 구성 등 다양할 수 있다.

여기서, 장비 연결 인터페이스(61)는 장비에 구성되는 표준 SFP 포트에 삽입 체결되어 장비로부터 전원을 제공 받고, 장비와 정보를 교환하고, 송수신 데이터를 SFP 장치 내부에 구성된 전용 통신 방식의 MAC 처리부와 연결하기 위한 단자들을 포함한다.

도 6은 SFP 장치의 표준 20핀 장비 연결 인터페이스 구성도로서, 도시된 바와 같이 다양한 핀들이 전원이나 장비와의 데이터 통신, 송수신 데이터 연결을 위해 구성되어 있다.

도시된 핀들 중 18, 19번 핀들(RD-, RD+)은 SFP 장치 간 데이터 전송을 위해 장비로부터 데이터를 수신하기 위한 핀들이고, 12, 13번 핀들(TD+, TD-)은 SFP 장치 간 수신 데이터를 장비로 제공하기 위한 핀들이며, 4, 5번 핀들(MOD_DEF(2), MOD_DEF(1))은 SFP 장치와 연결 장비 간 정보 교환을 위한 I2C 통신 핀(SDA_Data, SCL_Clk 대응)에 해당한다. 여기서 I2C 통신 핀들을 이용한 통신은 SFP 장치 내의 내부 제어부와 연결 장비 간에 설정을 확인 및 갱신하고, SFP 장치가 연결 장비에 정보를 요청하며, 연결 장비가 SFP 장치 제어부의 내부 레지스터에 접근하여 저장 정보를 확인하는 등의 작업에 활용될 수 있다.

한편, 7번핀의 경우 통신 속도를 설정하기 위한 핀이지만, SFP 장치의 다양화에 따라 I2C 통신을 통해 장비와 SFP 장치 간 정보를 교환하면서 통신 속도 설정이 이루어지므로 현재는 사용되고 있지 않다.

따라서, 본 발명에서는 현재 사용되고 있지 않은 7번 핀을 정초(PPS:Pulse Per Second) 신호의 전기적 전달을 위한 핀으로 정의한다.

즉, 해당 7번 핀은 내부 제어부와 직결되도록 구성하고, 동기 정보 제공 장비(예컨대 L2/L3 스위치 장비)와 연결될 경우(마스터 SFP 장치로 동작하는 경우) 해당 연결 장비로부터 PPS(좀 더 정확하게 표현할 경우 1PPS) 신호를 직접 수신하는데 이용되도록 하고, 동기화 대상 장비(예컨대 말단 단말 장비(End Device))와 연결될 경우(클라이언트 SFP 장치로 동작하는 경우) 해당 연결 장비에 PPS 신호를 직접 제공하는데 이용되도록 한다.

이하, 본 발명에서 정의한 정초 핀을 이용한 정밀 시간 동기 방식을 도 7 내지 도 13을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 SFP 장치와 연결 장비의 구성도로서, 동기 정보 제공 장비의 예시인 스위치 장비(100)와 마스터 SFP 장치(200)의 연결 구성을 보인 것이다. 동기 정보를 제공할 수 있는 스위치 장비(100)는 내부에 정밀 시간 프로토콜(PTP:Precision Time Protocol) 처리부(120)를 구비할 수 있는데, 이러한 PTP 처리부(120)는 스위치 장비의 기능을 제공하는 스위치 처리부(110)에 정확한 시간 정보를 제공함과 아울러 시간적으로 정확히 1초가 되는 시점에 대한 정초(PPS) 신호를 제공할 수 있다. 이러한 PTP 처리부(120)가 제공하는 정초 신호는 단순히 1초를 주기로 하는 펄스 신호가 아니라 실제 마이크로초~나노 단위의 시간 정보의 정확한 1초 사이의 시간을 기준으로 발생되는 신호를 의미한다.

예를 들어 09:01:32:12:12:12 라는 시간과 09:01:33:12:12:12 라는 시간 사이의 1초가 아닌 정확히 09:01:32:00:00:00 라는 시간과 09:01:33:00:00:00 라는 시점에 발생되는 펄스 신호를 '정초' 신호로 제공할 수 있다(예시는 마이크로초 단위로 나타내었으나 PTP 종류에 따라 나노초 단위의 시간 정보를 이용할 수도 있다).

본 발명의 실시예에 따른 마스터 SFP 장치(200)는 연결된 스위치 장비(100)의 스위치 처리부(110)와 I2C 통신 방식으로 연결되어 현재 시간 정보를 요청하여 수신하고, PTP 처리부(120)를 통해 7번 핀으로 정의한 정초 핀을 통해 인가되는 정초 신호를 기준으로 수신된 현재 시간에 후속하는 정초의 정확한 시점을 알 수 있다. 물론, 스위치 장비(100)가 반드시 PTP 처리부(120)를 구성해야 하는 것은 아니며 단순히 자신의 클럭으로 연결되는 말단 단말 장비와 클럭 동기화를 원하는 경우에도 1PPS 신호와 스위치 장비(100)가 제공하는 시간 정보를 기준으로 동기화가 가능하다. 또한, PTP 처리부(120)외에 별도의 정밀 시간을 확인할 수 있는 수단(GPS, 정밀 시계 등)을 구비한 경우 역시 동일한 방식으로 말단 단말 장비와 정확한 시간 동기화가 가능하도록 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 SFP 장치(200)의 구성을 보인 것으로, 도시된 바와 같이 SFP 장치(200)는 네트워크 장비 연결을 위한 표준 핀들이 배치된 장비 연결 인터페이스(210), 제어부(220), 고유 통신 방식을 제공하기 위한 MAC 처리부(230) 및 해당 고유 통신 방식을 위한 선로 연결 인터페이스(240)를 구비한다.

여기서, 제어부(220)는 장비 연결 인터페이스(210)를 통해 연결된 장비와 I2C 통신 방식으로 정보를 주고 받으며, 이를 통해 정초 핀을 통해 정초 신호를 받거나 줄 수 있다(정초 신호를 제공하는 구성은 이하 도 10을 통해 설명한다).

MAC 처리부(230)는 장비 연결 인터페이스(210)를 통해 송신할 데이터와 수신된 데이터를 장비와 주고 받을 수 있으며 선로 연결 인터페이스(240)를 통해 연결된 SFP 장치와 고유 통신 방식으로 데이터를 송수신할 수 있다. 또한, 제어부(220)와 MDC/MDIO 통신 방식으로 연결되어 정보를 주거나 받을 수 있으며, 제어부(220)가 제공하는 정초 신호를 수신하거나 제어부에 정초에 대응되는 신호를 제공할 수 있다(정초에 대응되는 신호를 제공하는 구성은 이하 도 10을 통해 설명한다).

상기 제어부(200)와 MAC 처리부(230)는 시간 정보를 임시 저장할 수 있는 저장부(예컨대 레지스터)를 구비할 수 있다.

이러한 도 8의 예시적 구성을 가진 SFP 장치를 동기 제공 장비와 연결할 경우 해당 SFP 장치(200)는 마스터 SFP 장치로 동작하게 되는데, 이를 도 7 및 도 9를 참고하여 설명한다.

우선, 마스터 SFP 장치(200)의 제어부(220)는 연결된 스위치 장비(100)에 I2C 통신 방식으로 현재 시간 정보를 요청하여 스위치 장비(100)로부터 현재의 정확한 시간을 수신한 후 다음 번 정초 시간 정보를 내부 레지스터에 저장한다.

제어부는 MAC 처리부(230)에 저장된 다음 번 정초 시간 정보를 MDC/MDIO 통신 방식으로 전달하여 MAC 처리부(230)의 레지스터에 기록한다. 이러한 MDC/MDIO 통신 방식은 MAC과 PHY 간 레지스터를 읽고 쓰거나 간단한 정보를 교환할 수 있도록 하는 표준 통신 방식으로서, 본 발명에서는 제어부가 MDC/MDIO 통신 방식으로 MAC 처리부(230)의 레지스터에 시간 정보를 기록한다.

이렇게 MAC 처리부(230)의 내부 레지스터에 다음 번 정초 시간 정보가 기록된 후 스위치 장비(100)의 PTP 처리부(120)로부터 정초 핀을 통해 제어부(220)가 정초 신호(PPS)를 수신하면 이를 MAC 처리부(230)에 제공하며, MAC 처리부(230)는 이러한 정초 신호에 의해 레지스터에 저장된 정초 시간 정보의 시작 시점을 확인하여 해당 시점에 선로 연결 인터페이스(240)를 통해 연결된 SFP 장치로 시간 정보를 전달한다.

이 경우 전달해야 되는 시간 정보는 정확하게 1초가 변경되는 시점의 정초 시간 정보이므로 초단위까지만 전달하더라도 마이크로~나노초 단위의 정밀도의 시간 전달이 가능하기 때문에 전송할 시간 데이터 크기를 줄일 수 있으며, SFP 장치가 지원하는 통신 방식의 채널 제어용 프레임에 용이하게 삽입하여 전달할 수 있다. 예컨대 지원하는 통신 방식이 G.hn인 경우 제어 프레임의 헤더 중 일부 필드에 시간 정보를 삽입하여 전송할 수 있다(이는 이하 도 11을 통해 좀더 상세히 설명한다).

이러한 정초 전달을 위해 마스터로 동작하는 SFP 장치(200)의 동작 타이밍을 도 9의 개념도를 참고하여 예시적으로 설명한다.

먼저, 제어부(220)가 연결 장비로부터 정초 시점(t0)에 시간 정보를 수신하여 이를 내부 레지스터에 저장한다 하더라도 비교적 느린 I2C 직렬 통신 방식에 의해 시간 정보를 수신 및 내부 레지스터 저장 과정에서 지연이 발생하게 된다. 따라서, 제어부(220) 내부 레지스터에 시간 정보가 저장되는 시점은 t0a가 되므로 제어부(220)는 수신된 시간 정보의 다음 정초 시간 정보를 기록한다.

도시된 예시에서는 21:09:24:00:00:00의 시간 정보(21h, 09m, 24s)를 수신하여 21:09:25:00:00:00 시간 정보(21h, 09m, 25s)를 레지스터에 기록한다. 물론 초단위 이하의 시간 정보는 모두 0 이므로 반드시 기록할 필요는 없으며, 시간 정보를 요청하여 수신하는 시점 역시 반드시 정초에 맞출 필요는 없다.

한편, 제어부(220)는 MAC 처리부(230)에 레지스터에 저장된 정초 시간 정보를 전달하여 내부 레지스터에 저장하도록 하는데, 해당 과정 역시 직렬 통신 방식이므로 지연이 발생되어 MAC 처리부(230)에 정초 시간 정보가 저장되는 시점은 t0b가 된다.

이후 제어부(220)는 다음 번 정초 신호를 t1에 수신하여 MAC 처리부(230)에 제공하며, MAC 처리부(230)는 이를 통해 내부 레지스터에 저장된 정초의 시작 시점을 확인하여 해당 정초 시간 정보를 제어 프레임에 포함시켜 연결된 클라이언트 SFP 장치에 전송한다. 이를 통해 MAC 처리부(230)는 정확한 정초 시점(t1)에 해당 정초 시간 정보(21:09:25:00:00:00)를 전송할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SFP 장치를 이용한 네트워크 시스템 구성도로서, 동기 정보 제공 장비(101)에 연결된 마스터 SFP 장치(200)와 동기화 대상 장비(400)에 연결된 클라이언트 SFP 장치(300)를 포함하는 네트워크 시스템 구성을 보인 것이다. 도시된 예에서 SFP 장치들(200, 300)은 G.hn 통신 방식으로 동축 케이블을 통해 상호 연결되는 경우를 보인 것이다.

도시된 바와 같이 클라이언트 SFP 장치(300)의 구성은 앞서 도 8을 통해 살펴본 SFP 장치의 구성과 동일하되, 정초 시간 정보를 수신하여 이를 연결된 동기화 대상 장비(도시된 예에서는 말단 단말 장치)(400)에 제공하도록 구성된다. 이 경우 역시 네트워크 장비 연결을 위한 표준 핀들이 배치된 장비 연결 인터페이스(310), 제어부(320), 고유 통신 방식을 제공하기 위한 MAC 처리부(330) 및 해당 고유 통신 방식을 위한 선로 연결 인터페이스(340)를 구비한다.

제어부(320)와 연결 장비는 I2C 통신 방식으로 정보를 주고 받으며, MAC 처리부(330)의 레지스터에 MDC/MDIO 통신 방식으로 접근하도록 구성된다. 더불어, 장비 연결 인터페이스(310)의 7번 핀은 제어부(320)와 연결되어 제어부가 제공하는 정초 신호를 연결 장비에 제공할 수 있다.

상기 마스터 SFP 장치(200)는 앞서 도 8 내지 도 9를 통해 설명한 바와 같이 동작하여 정확한 정초 시점에 해당 정초 신호 정보를 클라이언트 SFP 장치(300)에 전송한다.

도시된 예는 G.hn 통신 방식을 이용하는 SFP 장치들 간의 통신이므로 이 경우 마스터 SFP 장치(200)의 MAC 처리부(230)는 시간 정보를 제어 프레임인 LLC(Local Link Control) 프레임의 헤더에 삽입하여 전송할 수 있다. 도 11의 G.hn LLC 프레임 헤더 필드 구조를 참고하면, 4바이트(32비트) TSMP 필드가 존재하는데, 해당 필드를 통해서 초단위 이상의 시간 정보만 전송하는 것으로 마이크로~나노초 단위의 정밀도를 가지는 시간 정보를 전송할 수 있다.

한편, 클라이언트 SFP 장치(300)는 수신되는 정초 시간 정보를 선로 연결 인터페이스(340)를 통해 MAC 처리부(330)가 수신하며, 수신된 정초 시간 정보를 제어부(320)가 수신하여 내부 레지스터에 저장한다. 한편, MAC 처리부(330)는 해당 정초 시간 정보가 수신되는 시점에 대한 정보를 정초 신호(실질적으로는 정초 시점+네트워크 지연 + 내부 처리 지연 시점 신호)로서 제어부(320)에 제공한다.

이 역시 선로를 통한 통신 과정 및 MAC 처리부(330)의 처리 지연에 의해 해당 정초 시점을 지난 것이므로 제어부(320)는 수신된 정초 시간 정보의 다음 정초 시간 정보를 레지스터에 저장하고, 후속되는 MAC 처리부(330)의 정초 신호를 기준으로 자신의 레지스터에 저장된 정초 시간 정보의 시작 시점에 대한 정초 신호를 생성(이후 설명될 지연 보상된 정초 신호)하여 장비 연결 인터페이스(310)의 정초 핀을 통해 출력한다.

클라이언트 SFP 장치(300)와 연결되는 동기화 대상 장비(400)에 구성된 제어부(420)는 SFP 연결 포트(410)에 체결되는 클라이언트 SFP 장치의 장비 연결 인터페이스(310)를 통해 제어부(320)와 I2C 통신을 수행하여 제어부(320)의 레지스터에 저장된 정초 시간 정보를 획득할 수 있으며, 정초 핀을 통해 제공되는 정초 신호를 통해 자신이 획득한 정초 시간의 시작 시점을 알 수 있어 정확한 정초 시간을 기준으로 동기화가 가능하게 된다.

즉, 동기화 대상 장비(400)는 연결된 클라이언트 SFP 장치(300)의 제어부(320)로부터 정초 시간 정보만 수신한 후 정초 핀을 통해 제공되는 정초 신호에 따라 해당 시간을 반영하기만 하면 되므로 동기화를 위한 구성이나 작업이 대단히 간단해진다.

한편, 클라이언트 SFP 장치(300)는 정확한 정초 신호를 제공하기 위해서 네트워크 지연 및 내부 처리 지연에 대한 정보를 측정한 후 MAC 처리부(330)로부터 제공되는 정초 신호를 보상해야 한다. 즉, MAC 처리부(330)로부터 제공되는 정초 신호는 정초 시간 정보를 수신하여 시간 정보라는 것을 파악한 시점에 대한 것이므로 네트워크 및 내부 지연에 의해 실질적인 정초 신호보다 늦게 제공되므로, 지연 시간을 연산하여 주기적으로 수신되는 정초 신호를 보상(예를 들어 MAC 처리부로부터 정초 신호를 수신하면 '1초-지연시간'을 더한 시점에 다음 번의 실제 정초 신호를 정초 핀으로 출력)해야 한다.

도 12는 클라이언트 SFP 장치(300)가 지연 시간을 얻기 위한 과정을 보인 개념도로서, 도시된 바와 같이 클라이언트 SFP 장치가 마스터 SFP 장치에 지연 확인용 제어 프레임을 전송하고 그에 대한 응답 제어 프레임을 수신하여 지연 시간을 연산하는 과정을 보인 것이다.

도 10의 클라이언트 SFP 장치의 제어부(320)는 MAC 처리부(330)를 통해 최고 우선 순위의 지연 확인용 제어 프레임을 선로 연결 인터페이스(340)를 통해 연결된 마스터 SFP 장치(200)에 전송하고 그에 대한 응답 제어 프레임을 수신하여 지연 시간을 확인할 수 있다.

도시된 예와 같이 G.hn용 SFP 장치를 이용하는 경우라면, 클라이언트 SFP 장치의 MAC 처리부(330)는 LLC 프레임의 헤더 필드 중 타입을 나타내는 LLCFT(LLC Frame Type) 필드에 사용되지 않는 값(현재 0~7까지의 값 중에서 4~7은 사용되지 않는 예약 값이므로 예를 들어 7을 지정할 수 있음)을 지연 확인을 위한 최우선 순위의 프레임 타입으로 미리 약속한 후 이를 포함한 LLC 프레임을 마스터 SFP 장치(200)에 전송한다.

마스터 SFP 장치(200)는 제어 프레임을 수신한 후 해당 LLCF의 값이 7이라면 최우선적으로 응답 제어 프레임을 클라이언트 SFP 장치(300)에 전송할 수 있다. 이 경우 해당 지연 확인용 제어 프레임을 확인하고 응답 제어 프레임을 생성하는데 걸리는 시간(Td)이 존재하게 되는데 이는 고정된 시간으로 상호 약속할 수 있고, 해당 처리 지연 정보를 응답 제어 프레임에 시간 정보로 삽입할 수 있으며, 실제 응답 메시지가 생성되는 시점의 실제 시간 정보를 응답 제어 프레임에 삽입하여 전송할 수도 있다. 따라서, 페이로드 정보가 없는 제어 프레임 만으로 응답하거나, 처리 지연에 대한 시간을 LLC 프레임의 TSMP 필드에 삽입한 페이로드 정보가 없는 제어 프레임으로 응답하거나, 혹은 실제 시간 정보를 페이로드에 삽입한 제어 프레임으로 응답할 수 있다.

실질적으로 전송 선로에 의한 지연 시간은 응답 프레임을 수신한 시간(수신하여 내부 처리까지 실시한 시점)(T1)에서 지연 요청 프레임을 전송한 시간(T0)을 빼고, 여기서 처리 시간(Td)을 뺀 후 이를 반으로 나누면 얻어질 수 있으며, 이는 클라이언트 SFP 장치의 제어부에서 연산하여 정초 신호를 보상하는데 이용될 수 있다.

이와 같은 본 발명은 시간 동기를 위한 지연 측정 과정이 비교적 간단하고 시간 동기를 위해 주기적으로 제공되는 정초 시간 정보의 크기가 작으며 정초를 정확하게 제공하기 위한 연산 부하가 낮아 SFP 장치의 비용이나 연산량 증가를 최소화하면서도 정밀한 시간 동기 기능을 제공할 수 있다. 또한, 동기를 제공하거나 동기화 대상이 되는 장비에서 시간 동기를 위해 적용되는 구성이나 절차가 간단하여 다양한 네트워크 장비에 쉽게 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예를 설명하면서 마스터 SFP 장치와 클라이언트 SFP 장치를 구분하여 설명하였으나, 이러한 기능은 SFP 장치에 모두 구성되어 연결되는 장비의 종류에 따라 마스터 SFP 장치로 동작하거나 클라이언트 SFP 장치로 선택 동작할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 시스템의 시간 동기 방법에 대한 순서도로서, 도시된 바와 같이 마스터 SFP 제어부가 정초 시간 정보를 클라이언트 SFP 제어부에 제공하는 과정과, 클라이언트 SFP 제어부가 정초 시간 정보를 연결된 말단 단말 장비에 제공하는 과정으로 구성된다.

먼저, 마스터 SFP 장치의 동작 과정을 보면, SFP 제어부가 스위치 장비로부터 시간 정보를 수신하는 단계, SFP 제어부가 해당 시간 정보를 이용하여 다음 번 정초 시간 정보를 MAC 처리부의 레지스터에 기록하는 단계, SFP 제어부가 장비 연결 인터페이스의 7번 핀(정초 핀)을 통해 정초 신호(1SSP)를 수신하여 MAC 처리부에 제공하는 단계 및 MAC 처리부가 클라이언트 SFP로 레지스터에 저장된 정초 시간 정보를 정초 시점에 제어 프레임으로 전송하는 단계를 포함한다.

클라이언트 SFP 장치의 동작 과정을 보면, SFP 제어부가 MAC 처리부에 수신된 정초 시간 정보를 받아 다음 번 정초 시간 정보를 내부 레지스터에 기록하고 해당 정초 신호 수신 시점을 정초 신호를 위한 기준 시점으로 간주하는 단계, 연결된 말단 단말 장비의 제어부(호스트 CPU)가 SFP 제어부 레지스터에 기록된 정초 시간 정보를 원하는 경우 이를 제공하는 단계, 기 측정된 지연 정보와 정초 신호를 위한 기준 시점을 이용하여 실제 정초 신호를 생성하여 장비 연결 인터페이스의 7번 핀(정초 핀)으로 출력하는 단계를 포함한다.

이후 말단 단말 장비의 제어부(호스트 CPU)는 자신이 클라이언트 SFP 장치로부터 독취한 정초 시간 정보의 시작 시점을 SFP 장치와 연결된 장비 연결 인터페이스 7번 핀의 정초 신호를 기준으로 확인하여 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.

10: 글로벌 마스터 20: 네트워크
30: 슬레이브 100: 스위치 장비
200, 300: SFP 장치 210, 310: 장비 연결 인터페이스
220, 320: 제어부 230, 330: MAC 처리부
240, 340: 선로 연결 인터페이스 400: 말단 단말 장비

Claims (10)

1. 네트워크 장비 연결을 위한 표준 핀들이 배치된 장비 연결 인터페이스, 제어부, 고유 통신 방식을 제공하기 위한 MAC 처리부 및 해당 고유 통신 방식을 위한 선로 연결 인터페이스를 구비한 SFP 장치로서,
   연결된 장비의 종류에 따라 정초 신호를 수신하거나 제공하기 위해 표준 핀들 중 하나를 정초 핀으로 설정한 상기 장비 연결 인터페이스와;
   상기 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 시간 및 정초 신호를 제공하는 동기 정보 제공 장비인 경우 연결 장비로부터 시간 정보를 획득하고, 상기 시간 정보의 다음 정초 시간 정보 및 상기 정초 핀으로 수신되는 정초 신호를 상기 MAC 처리부에 제공하며, 연결 장비가 동기화 대상 장비인 경우 수신 시간 정보를 연결 장비 요청시 제공하고 수신 시간 정보에 대한 정초 신호를 상기 정초 핀으로 출력하는 상기 제어부와;
   상기 제어부에서 시간 및 정초 신호를 수신하여 상기 선로 연결 인터페이스를 통해 송신하고, 상기 선로 연결 인터페이스를 통해 정초에 맞추어 전송된 시간 정보를 수신하면 상기 수신된 정초에 맞추어 전송된 시간 정보를 상기 제어부에 제공하는 상기 MAC 처리부를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 상기 동기 정보 제공 장비인 경우, I2C 통신 방식으로 시간 정보를 요청하여 수신한 후 상기 다음 정초 시간 정보를 상기 MAC 처리부에 MDC/MDIO 통신 방식으로 전달하며, 상기 정초 핀을 통해 수신되는 정초 신호를 상기 MAC 처리부에 제공하여 전달된 정초 시간 정보의 시작 시점을 제공하고,
   상기 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 상기 동기화 대상 장비인 경우, 상기 MAC 처리부를 통해 수신한 시간 정보를 기반으로 하는 상기 다음 정초 시간 정보를 내부 레지스터에 저장하고, 연결 장비가 I2C 통신 방식으로 접근할 수 있도록 하며, 상기 MAC 처리부를 통해 시간 정보 수신 시점을 기반으로 생성한 정초 신호를 상기 정초 핀을 통해 출력하여 내부 저장된 정초 시간 정보의 시작 시점을 제공하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 장비 연결 인터페이스는 20핀 표준 인터페이스이며, 상기 정초 핀은 정의는 되어 있으나 사용되지 않는 Rate Select용 7번 핀인 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 상기 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 상기 동기화 대상 장비인 경우 상기 MAC 처리부를 통해 최고 우선 순위의 지연 확인용 제어 프레임을 상기 선로 연결 인터페이스를 통해 연결된 SFP 장치에 전송하고 그에 대한 응답 제어 프레임을 수신하여 지연 시간을 확인한 후 정초 신호 생성 시점을 보상하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 제어부는 상기 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 상기 동기 정보 제공 장비인 경우 상기 MAC 처리부를 통해 수신되는 지연 확인용 제어 프레임에 대한 응답 제어 프레임으로 내부 지연 시간 정보나 현재 시간 정보를 생성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 SFP 장치는 G.hn 통신용 SFP 장치이며, 상기 MAC 처리부는 시간 정보를 LLC(Local Link Control) 헤더의 32비트 TSMP 필드에 삽입하여 제공하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 동기화 대상 장비와 연결된 SFP 장치의 제어부는 상기 MAC 처리부를 통해 LLC 헤더의 3비트 프레임 타입 필드 중 사용되지 않는 약속된 타입으로 설정한 제어 프레임을 지연 확인용 제어 프레임으로 상기 동기 정보 제공 장비와 연결된 SFP 장치에 전송하고, 상기 동기 정보 제공 장비와 연결된 SFP 장치의 제어부는 상기 MAC 처리부를 통해 수신된 LLC 헤더의 프레임 타입 필드가 기 약속된 타입으로 설정된 경우 최우선적으로 응답 제어 프레임을 생성하여 상기 동기화 대상 장비와 연결된 SFP 장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 응답 제어 프레임의 TSMP 필드나 페이로드에는 현재 시간 정보나 상기 동기화 대상 장비의 응답 지연 시간 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치.
   
10. 동기 정보 제공 장비와 연결되는 마스터 SFP 장치와 동기화 대상 장비와 연결되는 클라이언트 SFP 장치를 이용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법으로서,
    상기 마스터 SFP 장치가, 연결된 장비로부터 시간 정보를 획득하고 장비와 연결되는 장비 연결 인터페이스에 정의된 정초 핀을 통해 연결된 장비로부터 정초 신호를 수신하여 기 획득한 시간의 후속하는 정초 시간 시작 시점에 상기 클라이언트 SFP 장치로 해당 정초 시간 정보를 전송하는 정초 시간 전송 단계와;
    상기 클라이언트 SFP 장치가, 상기 마스터 SFP 장치에 지연 확인용 제어 프레임을 전송하고 그에 대한 응답 제어 프레임을 수신하여 지연 시간을 연산하는 지연 확인 단계와;
    상기 클라이언트 SFP 장치가, 상기 정초 시간 전송 단계를 통해 상기 마스터 SFP 장치로부터 수신한 정초 시간 정보에 대응되는 정초 시간 정보를 저장하고 연결된 장비 요청 시 제공하며, 상기 정초 시간 수신 시점과 상기 지연 확인 단계에서 얻어진 지연 시간을 고려하여 저장된 정초 시간 시작 시점에 상기 장비 연결 인터페이스에 정의된 정초 핀을 통해 연결된 장비로 정초 신호를 제공하는 정초 시간 제공 단계를 포함하며,
    상기 정초 시간 전송 단계는,
    상기 마스터 SFP 장치가, 상기 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 동기 정보 제공 장비인 경우, I2C 통신 방식으로 시간 정보를 요청하여 수신한 후 다음 정초 시간 정보를 상기 마스터 SFP 장치에 포함된 MAC 처리부에 MDC/MDIO 통신 방식으로 전달하며, 상기 정초 핀을 통해 수신되는 정초 신호를 상기 마스터 SFP 장치에 포함된 MAC 처리부에 제공하여 전달된 정초 시간 정보의 시작 시점을 제공하며,
    상기 정초 시간 제공 단계는,
    상기 클라이언트 SFP 장치가, 상기 장비 연결 인터페이스에 연결된 장비가 동기화 대상 장비인 경우, 상기 클라이언트 SFP 장치에 포함된 MAC 처리부를 통해 수신한 시간 정보를 기반으로 하는 상기 다음 정초 시간 정보를 내부 레지스터에 저장하고, 연결 장비가 I2C 통신 방식으로 접근할 수 있도록 하며, 상기 클라이언트 SFP 장치에 포함된 MAC 처리부를 통해 시간 정보 수신 시점을 기반으로 생성한 정초 신호를 상기 정초 핀을 통해 출력하여 내부 저장된 정초 시간 정보의 시작 시점을 제공하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 기능을 구비한 SFP 장치를 적용한 네트워크 시스템의 시간 동기 방법.

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