KR101911296B1 - Mil-std-1553 communication systems and bus controller operation optimization thereof - Google Patents

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KR101911296B1
KR101911296B1 KR1020170050025A KR20170050025A KR101911296B1 KR 101911296 B1 KR101911296 B1 KR 101911296B1 KR 1020170050025 A KR1020170050025 A KR 1020170050025A KR 20170050025 A KR20170050025 A KR 20170050025A KR 101911296 B1 KR101911296 B1 KR 101911296B1
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bus controller
transmission
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이헌철
김기표
권용성
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to an MIL-STD-1553B communications system and a bus controller operation optimization method thereof, which are capable of quickly and accurately acquiring an objective function capable of optimizing an operation of a bus controller. The MIL-STD-1553B communications system comprises: a bus controller which randomly samples the number of messages to be included in each chain and a transmission period in a predetermined sampling area, and transmits a multi-message chain including the sampled number of messages at a corresponding sampling transmission period; and at least one remote terminal which receives the multi-message chain transmitted from the bus controller, processes the received multi-message chain within the sampled two transmission periods, and reports a processing completion time to the bus controller. The bus controller may determine, as an optimal function optimization value, a transmission period and the number of messages, in which a waiting time without transmission of a message in a bus controller is minimum, as a difference between a time consumed to process and respond to reception messages by a remote terminal and the sampled two bus controller transmission periods is maximized.

Description

MIL-STD-1553B 통신 시스템 및 그의 버스 제어기 운용 최적화 방법{MIL-STD-1553 COMMUNICATION SYSTEMS AND BUS CONTROLLER OPERATION OPTIMIZATION THEREOF}MIL-STD-1553B COMMUNICATION SYSTEM AND BUS CONTROLLER OPTIMIZATION THEREOF FIELD OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 버스 제어기의 운용을 최적화할 수 있는 목적함수를 빠르고 정확하게 획득할 수 있는 MIL-STD-1553B 통신 시스템 및 그의 버스 제어기 운용 최적화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a MIL-STD-1553B communication system capable of quickly and accurately acquiring an objective function capable of optimizing the operation of a bus controller, and a method for optimizing bus controller operation.

도 1은 일반적인 MIL-STD-1553B 통신 시스템의 기본 구조를 나타낸다. 1 shows a basic structure of a general MIL-STD-1553B communication system.

도 1에 도시된 바와같이, MIL-STD-1553B 통신 시스템은 하나의 버스 제어기 (BC : Bus Controller)와 다수의 원격 단말((RT : Remote Terminal)들로 구성된다. As shown in FIG. 1, the MIL-STD-1553B communication system includes a bus controller (BC) and a plurality of remote terminals (RT).

상기 버스 제어기(BC)는 1553B 버스상의 모든 명령 제어권을 가지며, 데이터 송/수신에 대한 스케쥴링 수행한다. 상기 다수의 원격 단말(RT)은 버스 제어기(BC)로부터 받은 명령을 수행하고, 자신의 상태를 버스 제어기(BC)로 보고하는 형태로 운용된다. MIL-STD-1553B 통신은 신뢰성을 극도로 요구하는 분야, 예를들면 높은 안정성을 요구하는 항공 및 국방 분야에서 널리 사용되고 있다. The bus controller BC has all command control on the 1553B bus and performs scheduling for data transmission / reception. The plurality of remote terminals RT execute commands received from the bus controller BC and report their status to the bus controller BC. MIL-STD-1553B communication is widely used in fields requiring extreme reliability, such as aeronautical and defense applications requiring high reliability.

그런데, 상기 MIL-STD-1553B 통신은 통신 시스템의 물리적인 특성상 최대 통신 속도가 1Mbps로 제한되기 때문에 통신 프로토콜 등 운용 방법 측면을 효율적으로 설계할 필요가 있다. 특히, 최근 MIL-STD-1553B 통신을 사용하는 통신 시스템이 고성능 및 다기능화됨에 따라 원격 단말(RT)과의 통신량이 대용량되었기 때문에, 버스 제어기(BC)는 원격 단말(RT)의 처리시간 등을 고려하면서도 통신 오류가 발생하지 않는 수준까지 데이터 처리율을 최대화할 수 있는 운용 방법을 설계해야 한다. However, since the maximum communication speed of the MIL-STD-1553B communication is limited to 1 Mbps due to the physical characteristics of the communication system, it is necessary to efficiently design aspects of the operating method such as a communication protocol. Particularly, since the communication system using the MIL-STD-1553B communication has recently become high performance and multifunctional, the volume of communication with the remote terminal RT has become large, so that the bus controller BC has to control the processing time of the remote terminal RT And design an operating method that maximizes data throughput to the point where communication errors do not occur.

이를 위하여 MIL-STD-1553B 통신에서 대용량 데이터를 효율적으로 송수신하기 위하여 버스 제어기(BC)에서 다중-메시지체인(multi-message chain)을 사용하고 원격 단말(RT)에서는 더블 버퍼링(double buffering)을 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 이러한 운용 방법을 사용할 경우에는 다중-메시지체인을 구성하기 위하여 한 체인에 포함될 메시지의 개수(NBC)와 다중-메시지체인의 전송주기(TBC)를 결정해야 한다. For this purpose, a multi-message chain is used in the bus controller (BC) and a double buffering is used in the remote terminal (RT) in order to efficiently transmit and receive large amount of data in MIL-STD-1553B communication. Can be used. When using this method of operation, the number of messages (N BC ) to be included in one chain and the transmission period (T BC ) of the multi-message chain should be determined in order to construct a multi-message chain.

그런데, 종래에는 하나의 체인에 포함될 메시지의 개수(NBC)와 다중-메시지체인의 전송주기(TBC)를 단순히 실험적으로 선정하여 버스 제어기(BC)를 설계해왔기 때문에, MIL-STD-1553B 통신의 사용 가능한 대역폭을 충분히 사용하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 시스템을 구성하는 부품이 변경되면 다시 실험을 통하여 하나의 체인에 포함될 메시지의 개수와 다중-메시지체인의 전송주기를 선정해야 하는 불편함이 있다.By the way, conventionally, the number (N BC) and the multiple messages to be included in a chain - because came to by an interval of transmission of a message chain (T BC) simply experimentally selected for designing the bus controller (BC), MIL-STD- 1553B There is a problem that the usable bandwidth of the communication can not be used sufficiently. Also, when the parts constituting the system are changed, it is inconvenient to select the number of messages to be included in one chain and the transmission cycle of the multi-message chain through experiments again.

본 발명의 목적은 MIL-STD-1553B 통신에서 다중-메시지체인을 구성하는 최적의 메시지 개수와 전송주기를 빠르고 정확하게 획득할 수 있는 MIL-STD-1553B 통신 시스템 및 그의 버스 제어기 운용 최적화 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a MIL-STD-1553B communication system and its bus controller operation optimization method capable of quickly and accurately acquiring the optimum message number and transmission period constituting a multi-message chain in MIL-STD-1553B communication have.

본 발명의 다른 목적은 MIL-STD-1553B 통신의 대역폭을 효율적으로 사용하여 처리율을 향상시킬 수 있는 MIL-STD-1553B 통신 시스템 및 그의 버스 제어기 운용 최적화 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a MIL-STD-1553B communication system capable of improving the throughput by efficiently using the bandwidth of the MIL-STD-1553B communication and a method of optimizing its bus controller operation.

본 발명의 또 다른 목적은 MIL-STD-1553B 통신의 버스 제어기에서 불필요한 설계 여유를 줄일 수 있는 MIL-STD-1553B 통신 시스템 및 그의 버스 제어기 운용 최적화 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a MIL-STD-1553B communication system and its bus controller operation optimization method which can reduce unnecessary design margin in a bus controller of MIL-STD-1553B communication.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 MIL-STD-1553B 통신 시스템은, 소정 샘플링 영역에서 각 체인에 포함될 메시지 개수와 전송주기를 무작위로 샘플링하고, 상기 샘플링된 개수의 메시지가 포함된 다중-메시지 체인을 해당 샘플링 전송주기로 전송하는 버스 제어기; 및 상기 버스 제어기로부터 전송된 다중-메시지 체인을 수신하여 상기 샘플링된 2회의 전송 주기내에서 처리하고, 처리 완료시간을 버스 제어기로 보고하는 적어도 하나 이상의 원격 단말;로 구성되어, 상기 버스 제어기는 상기 샘플링된 2회의 전송주기중에서 실제 메시지를 전송한 시간에 대비 각 원격 단말이 상기 샘플링된 2회의 전송 주기내에서 이전 메시지의 처리 및 응답을 완료할 수 있는 시간을 계산하여, 시간차이가 최대가 되면서 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간이 최소가 되는 메시지 개수 및 전송주기를 목적함수 최적값으로 결정하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a MIL-STD-1553B communication system according to an embodiment of the present invention randomly samples a message number and a transmission period to be included in each chain in a predetermined sampling area, and transmits the sampled number of messages A bus controller for transmitting an included multi-message chain at a corresponding sampling transmission period; And at least one or more remote terminals receiving and processing the multi-message chain transmitted from the bus controller within the two sampled transmission periods and reporting the processing completion time to the bus controller, The time at which each remote terminal can complete the processing and response of the previous message within the two sampled transmission periods is calculated in consideration of the time at which the actual message is transmitted from among the two sampled transmission periods, The number of messages and the transmission period in which the waiting time without a message transmission is minimized in the bus controller is determined as an objective function optimum value.

본 발명의 실시예에 따라 상기 버스 제어기는 샘플링된 전송주기(TBC) 중에서 일부분만 메시지 전송을 위하여 사용하고 나머지 시간은 메시지 전송 없이 대기해야 하는 제약조건에 따라 다중-메시지 체인을 전송할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the bus controller may transmit a multi-message chain according to a constraint condition that only a part of the sampled transmission period (T BC ) is used for message transmission and the remaining time is a waiting state without message transmission.

본 발명의 실시예에 따라 상기 각 원격 단말은 상기 샘플링된 2회의 전송 주기(TBC) 안에 원격 단말(RT)이 이전 메시지에 대한 처리를 완료해야 하는 제약조건에 따라 다중-메시지 체인을 처리할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each of the remote terminals processes a multi-message chain according to a constraint condition that the remote terminal (RT) must complete the processing of the previous message within the two transmission periods (T BC ) .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 MIL-STD-1553B 통신 시스템의 버스 제어기의 운용 최적화 방법은, 소정 샘플링 영역과 샘플 개수를 정의하는 단계; 상기 정의된 샘플링 영역 내에서 하나의 체인에 포함될 메시지 개수와 다중-메시지체인의 전송주기를 무작위로 샘플링하는 단계; 상기 샘플링된 메시지 개수와 전송주기를 수학식에 대입하여 각 샘플에 대한 목적함수 값을 계산하는 단계; 상기 샘플링 영역에서 각 셀에 대한 목적함수 값을 갱신하는 단계; 및 상기 갱신된 복수의 목적함수 값 중에서 최대 목적함수 값을 나타내는 셀에 대응되는 메시지의 개수와 전송주기를 버스 제어기의 목적함수 최적값으로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of optimizing operation of a bus controller of a MIL-STD-1553B communication system, the method comprising: defining a predetermined sampling area and a number of samples; Randomly sampling the number of messages to be included in one chain and the transmission period of the multi-message chain within the defined sampling area; Calculating an objective function value for each sample by substituting the number of sampled messages and a transmission period into a mathematical expression; Updating an objective function value for each cell in the sampling region; And determining the number of messages corresponding to the cell indicating the maximum objective function value among the updated plurality of objective function values and the transmission period as the objective function optimum value of the bus controller.

본 발명의 실시예에 따라 상기 샘플링하는 단계, 목적함수 값을 계산하는 단계 및 목적함수 값을 갱신하는 단계는 상기 정의된 샘플 개수만큼 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the sampling, calculating the objective function value, and updating the objective function value are repeatedly performed as many times as the defined number of samples.

본 발명의 실시예에 따라 상기 수학식은 샘플링된 2회의 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이를 나타내는 제약조건 및 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간의 비율을 나타내는 제약조건을 나타내는 수학식인 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the above equation may be expressed by a constraint indicating a difference between two sampled bus controller transmission cycles and a time required for the remote terminal to process and respond to a received message, Is a mathematical expression expressing a constraint condition indicating a ratio of a number

본 발명의 실시예에 따라 상기 수학식은 하기와 같이 설계될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the above equation can be designed as follows.

Figure 112017038039083-pat00001
,
Figure 112017038039083-pat00001
,

Figure 112017038039083-pat00002
,
Figure 112017038039083-pat00002
,

Figure 112017038039083-pat00003
Figure 112017038039083-pat00003

여기서,

Figure 112017038039083-pat00004
는 가중치 변수,
Figure 112017038039083-pat00005
는 각각 원격 단말(RT)에서 메시지별 평균 인터럽트 서비스루틴(ISR) 실행시간, 제1버퍼에서의 메시지별 평균 처리시간, 제2버퍼에서의 메시지별 평균 처리시간을 나타내고
Figure 112017038039083-pat00006
는 각각 원격 단말에서 버퍼별 운영체제 관련 최상위 프로세스의 수행시간과 2회의 전송 주기 동안 응답 메시지를 버퍼에 쓰는 전체 시간을 나타내며, MGT는 버스 제어기의 메시지별 전송시간,
Figure 112017038039083-pat00007
은 전송시간 설계 여유 변수를 나타낸다. here,
Figure 112017038039083-pat00004
Is a weighted variable,
Figure 112017038039083-pat00005
(ISR) execution time per message, an average processing time per message in the first buffer, and an average processing time per message in the second buffer in the remote terminal RT, respectively
Figure 112017038039083-pat00006
Shows the execution time of the top-level process related to each buffer in the remote terminal and the total time to write the response message to the buffer during two transmission cycles.
Figure 112017038039083-pat00007
Represents the transmission time design allowance variable.

상기와 같은 실시예에 따라 본 발명은 소정 샘플링 영역 및 샘플 개수에서 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)를 무작위로 샘플링한 후 각 샘플마다 상기 샘플링된 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이가 최대가 되면서, 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간이 최소가 되는 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)를 최적값으로 선택함으로써, 버스 제어기에서 다중-메시지체인을 구성하는 최적의 메시지 개수와 전송주기를 빠르고 정확하게 획득할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the number of messages (N BC ) and the transmission period (T BC ) are randomly sampled in a predetermined sampling area and the number of samples, and then the sampled bus controller transmission period and the remote terminal (N BC ) and the transmission period (T BC ) that minimize the waiting time without message transmission in the bus controller are selected as optimal values, as the difference between the processing time and the response time for the received message becomes the maximum Thus, it is possible to acquire the optimum number of messages and the transmission cycle of the multi-message chain in the bus controller quickly and accurately.

이에 더하여, 본 발명은 버스 제어기에서 다중-메시지체인을 구성하는 최적의 메시지 개수와 전송주기를 빠르고 정확하게 획득함으로써 MIL-STD-1553B 통신의 대역폭을 효율적으로 사용함으로써 처리율을 향상시킬 수 있고, 버스 제어기에서 불필요한 설계 여유를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can improve the throughput by efficiently using the bandwidth of the MIL-STD-1553B communication by acquiring the optimum number of messages and the transmission period of the multi-message chain in the bus controller quickly and accurately, So that unnecessary design margin can be reduced.

도 1은 일반적인 MIL-STD-1553B 통신 시스템의 기본 구조.
도 2는 본 발명에서 다중-메시지체인과 더블 버퍼링을 사용하는 MIL-STD-1553B 통신의 타이밍 다이어그램.
도 3는 본 발명에서 몬테카를로(Monte-Carlo) 최적화 기법을 적용하여 버스 제어기의 목적함수 최적값을 구하는 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 몬테카를로 최적화 기법을 이용하여 획득한 목적함수 최대값의 일 예를 나타낸 도면.1 shows a basic structure of a general MIL-STD-1553B communication system.
2 is a timing diagram of MIL-STD-1553B communication using multiple-message chains and double buffering in the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for obtaining an objective function optimal value of a bus controller by applying a Monte-Carlo optimization technique in the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an objective function maximum value obtained using a Monte Carlo optimization technique; FIG.

본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor shall designate the concept of the term appropriately to describe its own design in the best way possible It should be construed in the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments and the drawings described in the specification of the present invention are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It should be understood that there may be variations.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 제1,제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 구별하여 설명하기 위한 것일 뿐 상기 구성요소들은 상기 용어에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고, 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련 기재 항목들 중의 어나 항목을 포함한다. Whenever a component is referred to as "comprising" in this specification, it is to be understood that the component may further include other components as long as there is no particular contrary description, and the terms first, And the constituent elements are not limited to the above terms. And, the terms < RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > include a combination of a plurality of related entry items or a word or item of a plurality of related entry items.

본 발명은 소정 샘플링 영역 및 샘플 개수에서 메시지 개수와 전송주기를 무작위로 샘플링한 후 각 샘플마다 상기 샘플링된 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이가 최대가 되면서, 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간이 최소가 되는 메시지 개수와 전송주기를 최적값으로 선택함으로써 MIL-STD-1553B 통신의 대역폭을 효율적으로 사용하여 처리율을 향상시키고 버스 제어기에서 불필요한 설계 여유를 줄일 수 있는 방안을 제안한다. In the present invention, the number of messages and the transmission period are randomly sampled in a predetermined sampling area and the number of samples, and then the difference between the sampled bus controller transmission period and the time required for the remote terminal to process and respond to the received message By choosing the optimal number of messages and the transmission period that minimizes the waiting time without message transmission in the bus controller, the bandwidth of the MIL-STD-1553B communication is efficiently used to improve the throughput and unnecessary design in the bus controller We propose a method to reduce the margin.

도 2는 본 발명에서 다중-메시지체인과 더블 버퍼링을 사용하는 MIL-STD-1553B 통신의 타이밍 다이어그램을 나타낸다. 2 shows a timing diagram of MIL-STD-1553B communication using a multi-message chain and double buffering in the present invention.

도 2에 도시된 바와같이, 버스 제어기(BC)는 하나의 체임에 복수의 통신 데이타(메시지)(NBC)를 담아 다중-메시지체인의 전송주기(TBC)마다 전송한다. 이때, 통신 데이터의 손실을 방지하기 위해, 버스 제어기 (BC)의 2회의 전송 주기(TBC) 안에 원격 단말(RT)은 다음 데이터를 수신하기 전까지의 시간(TRT)동안 이전 데이터에 대한 처리를 완료해야 한다. 이러한 원격 단말(RT)의 제약조건은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. As shown in FIG. 2, the bus controller BC transmits a plurality of communication data (messages) N BC in one unit and transmits them every transmission cycle (T BC ) of the multi-message chain. At this time, the treatment for the old data for the remote terminal (RT) is a time (T RT) and before receiving the next data in order to prevent the loss of communication data, two times the transmission period of the bus controller (BC) (T BC) . The constraint condition of the remote terminal (RT) can be expressed by the following Equation (1).

[수힉식 1]However,

Figure 112017038039083-pat00008
Figure 112017038039083-pat00008

여기서

Figure 112017038039083-pat00009
는 각각 원격 단말(RT)에서 메시지별 평균 인터럽트 서비스루틴(ISR) 실행시간, 버퍼 A에서의 메시지별 평균 처리시간, 버퍼 B에서의 메시지별 평균 처리시간이다. 그리고,
Figure 112017038039083-pat00010
는 각각 원격 단말(RT)에서 버퍼별 운영체제 관련 최상위 프로세스의 수행시간과 2회의 전송 주기 동안 응답 메시지를 버퍼에 쓰는 전체 시간을 나타낸다. here
Figure 112017038039083-pat00009
(ISR) execution time per message, average processing time per message in buffer A, and average processing time per message in buffer B, respectively, at the remote terminal (RT). And,
Figure 112017038039083-pat00010
Represents the execution time of the top-level process related to each buffer in the remote terminal (RT) and the total time spent writing the response message in the buffer during two transmission cycles.

또한, 본 발명은 통신 채널(또는 버스)의 안정성을 확보하기 위하여 버스 제어기(BC)의 다중-메시지체인 전송시간 설계에 여유를 설정한다. 즉, 전송주기(TBC) 전체를 메시지 전송을 위한 시간으로 사용하는 것이 아니라, 일부분만 실제 메시지 전송을 위한 시간으로 사용하고 나머지 시간은 메시지 전송 없이 대기하도록 설계한다. 이러한 버스 제어기(BC)의 제약조건은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. Further, the present invention sets a margin in designing the multi-message chain transmission time of the bus controller (BC) in order to secure the stability of the communication channel (or bus). That is, the entire transmission period ( TBC ) is not used as a time for message transmission, but only a portion is used as a time for actual message transmission and the remaining time is designed to wait without transmitting a message. The constraint condition of the bus controller BC can be expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112017038039083-pat00011
Figure 112017038039083-pat00011

여기서 MGT(Message Gap Time)는 버스 제어기(BC)의 메시지별 전송시간을 나타내고,

Figure 112017038039083-pat00012
은 전송시간 설계 여유 변수로서, 0%와 100% 사이에서 설계자에 의해 결정된다.Here, the MGT (Message Gap Time) indicates a transmission time per message of the bus controller BC,
Figure 112017038039083-pat00012
Is a transmission time design margin variable, determined by the designer between 0% and 100%.

따라서, 본 발명은 상기 수학식 1,2에 개시된 두 가지 제약조건들을 이용하여 MIL-STD-1553B 통신에서 버스 제어기 최적화를 위한 목적함수를 다음의 수학식 3과 같이 설계하였다.Therefore, the objective function for bus controller optimization in the MIL-STD-1553B communication is designed as Equation (3) by using the two constraints described in Equations (1) and (2).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112017038039083-pat00013
,
Figure 112017038039083-pat00013
,

Figure 112017038039083-pat00014
,
Figure 112017038039083-pat00014
,

Figure 112017038039083-pat00015
Figure 112017038039083-pat00015

여기서

Figure 112017038039083-pat00016
는 가중치 변수이다. here
Figure 112017038039083-pat00016
Is a weighting variable.

즉, 버스 제어기(BC)는 2회 전송 주기내에서 원격 단말(RT)이 이전 데이타의 처리를 완료한 시간을 상기 버스 제어기(BC)의 2주기 전송주기중에서 실제 메시지를 전송한 시간으로 나눈 값이 최대가 되도록 체인별 메시지 개수(NBC)와 체인별 전송주기(TBC)를 선정한다. 이를 위하여 버스 제어기(BC)는 각 원격 단말(R)로부터 이전 데이타의 처리를 완료한 시간을 수신할 수 있다. That is, the bus controller BC divides the time when the remote terminal RT completes processing of the previous data in the two transmission cycles by the time of transmitting the actual message in the two cycle transmission cycle of the bus controller BC (N BC ) and the transmission period (T BC ) for each chain are selected so that the maximum number of messages can be maximized. To this end, the bus controller BC may receive the time at which the processing of the previous data is completed from each remote terminal R. [

따라서, 본 발명은 목적함수(

Figure 112017038039083-pat00017
)를 최대화하는 버스 제어기(BC)의 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)를 선정함으로써, MIL-STD-1553B 통신에서 데이터 손실 없이 처리율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention is based on the objective function (
Figure 112017038039083-pat00017
By selecting the number of messages (N BC ) and the transmission period (T BC ) of the bus controller (BC) that maximizes the throughput, the throughput can be improved without data loss in MIL-STD-1553B communication.

본 발명은 버스 제어기의 운용 목적함수의 최적값을 획득하기 위한 방법의 일예로 몬테카를로(Monte-Carlo) 최적화 기법을 적용할 수 있다. The present invention can apply the Monte-Carlo optimization technique as an example of a method for obtaining the optimum value of the operating objective function of the bus controller.

몬테카를로(Monte-Carlo) 최적화 기법은 최적화 대상의 확률적 분포를 반복 가능한 실험 또는 시뮬레이션을 통해 최적값을 찾는 기법이다. 최적화 제약조건들이 비선형성을 가질 경우, 복잡한 변화율 계산 없이 최적값을 찾을 수 있는 샘플링 기반 기법이다. The Monte-Carlo optimization technique is a technique that finds optimal values through experiments or simulations that can repeat the stochastic distribution of optimization objects. If optimization constraints are nonlinear, it is a sampling-based technique that can find optimal values without calculating complex rate of change.

도 3는 본 발명에서 몬테카를로(Monte-Carlo) 최적화 기법을 적용하여 버스 제어기의 목적함수 최적값을 획득하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 몬테카를로 최적화 기법을 이용하여 획득한 목적함수 최대값의 일 예를 나타낸다. FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of obtaining an objective function optimal value of a bus controller by applying a Monte-Carlo optimization technique in the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of acquiring an objective function maximum value obtained using a Monte Carlo optimization technique For example.

도 2에 도시된 바와같이, 먼저 버스 제어기(BC)는 MIL-STD-1553B 통신을 구성하고 있는 시스템의 특성을 고려하여 샘플링 영역(domain)과 샘플 개수를 정의한다(S100). 이어서 버스 제어기(BC)는 정의된 샘플링 영역 내에서 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)를 무작위로 샘플링한다(S110). 샘플링된 NBC와 TBC를 수식 3에 대입하여 각 샘플에 대한 목적함수 값을 계산한 후(S120), 상기 샘플링 영역에서 각 셀에 대한 목적함수 값을 갱신한다(S130). As shown in FIG. 2, the bus controller BC defines a sampling domain and a sample number in consideration of the characteristics of the system constituting the MIL-STD-1553B communication (S100). The bus controller BC then randomly samples the number of messages N BC and the transmission period T BC within the defined sampling area (S110). Substituting the sampled N BC and T BC into Equation 3 calculates an objective function value for each sample (S120), and updates an objective function value for each cell in the sampling region (S130).

이후 상기 단계(S110~S130)를 단계(S100)에서 정의한 샘플 개수 모두에 대한 목적함수 값이 갱신되면, 그 중에서 도 3과 같이 샘플링 영역에서 최대 목적함수 값을 나타내는 셀에 대응되는 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)를 최적값으로 선정한다(S150). 이때, 최대 목적함수 값은 샘플링된 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이가 최대가 되면서, 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간이 최소가 되는 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)로 결정(선정)된다. If the objective function values for all of the number of samples defined in the step S110 to S130 are updated, the number of messages N corresponding to the cell indicating the maximum objective function value in the sampling region as shown in FIG. 3 BC ) and the transmission period (T BC ) are selected as optimum values (S150). At this time, the maximum objective function value is set to a value that maximizes the difference between the sampled bus controller transmission period and the time required for the remote terminal to process and respond to the received message, (N BC ) and the transmission period (T BC ).

상술한 바와같이 본 발명은 소정 샘플링 영역 및 샘플 개수에서 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)를 무작위로 샘플링한 후 각 샘플마다 상기 샘플링된 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이가 최대가 되면서, 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간이 최소가 되는 메시지 개수(NBC)와 전송주기(TBC)를 최적값으로 선택함으로써, 버스 제어기에서 다중-메시지체인을 구성하는 최적의 메시지 개수와 전송주기를 빠르고 정확하게 획득할 수 있는 장점이 있다. As described above, the present invention randomly samples the number of messages (N BC ) and the transmission period (T BC ) in a predetermined sampling area and the number of samples, and then transmits the sampled bus controller transmission period and the received message (N BC ) and the transmission period (T BC ) that minimize the waiting time without message transmission in the bus controller, as the difference between the processing time and the response time for the bus The controller has the advantage of being able to acquire the optimum number of messages and the transmission period that constitute the multi-message chain quickly and accurately.

그리고, 본 발명은 버스 제어기에서 다중-메시지체인을 구성하는 최적의 메시지 개수와 전송주기를 빠르고 정확하게 획득함으로써 MIL-STD-1553B 통신의 대역폭을 효율적으로 사용함으로써 처리율을 향상시킬 수 있고, 버스 제어기에서 불필요한 설계 여유를 줄일 수 있는 장점이 있다.The present invention can improve the throughput by efficiently using the bandwidth of the MIL-STD-1553B communication by acquiring the optimum number of messages and the transmission period of the multi-message chain in the bus controller quickly and accurately, There is an advantage that unnecessary design margin can be reduced.

상기와 같이 설명된 본 발명에 따른 MIL-STD-1553B 통신 시스템 및 그의 버스 제어기 운용 최적화 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. The MIL-STD-1553B communication system and the bus controller operation optimization method according to the present invention described above are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the essential characteristics thereof. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (9)

소정 샘플링 영역에서 각 체인에 포함될 메시지 개수와 전송주기를 무작위로 샘플링하고, 상기 샘플링된 개수의 메시지가 포함된 다중-메시지 체인을 해당 샘플링 전송주기로 전송하는 버스 제어기; 및
상기 버스 제어기로부터 전송된 다중-메시지 체인을 수신하여 상기 샘플링된 2회의 전송 주기내에서 처리하고, 처리 완료시간을 버스 제어기로 보고하는 적어도 하나 이상의 원격 단말;로 구성되어,
상기 버스 제어기는
상기 샘플링된 2회의 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이가 최대가 되면서, 상기 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간이 최소가 되는 메시지 개수 및 전송주기를 목적함수 최적값으로 결정하고,
하기의 수학식을 만족하는 메시지 개수(NBC) 및 전송주기(TBC)를 목적함수 최적값으로 결정하고,
Figure 112018089776718-pat00036
,
Figure 112018089776718-pat00037
,
Figure 112018089776718-pat00038

여기서,
Figure 112018089776718-pat00039
는 가중치 변수,
Figure 112018089776718-pat00040
는 각각 원격 단말(RT)에서 메시지별 평균 인터럽트 서비스루틴(ISR) 실행시간, 제1버퍼에서의 메시지별 평균 처리시간, 제2버퍼에서의 메시지별 평균 처리시간을 나타내고
Figure 112018089776718-pat00041
는 각각 원격 단말에서 버퍼별 운영체제 관련 최상위 프로세스의 수행시간과 2회의 전송 주기 동안 응답 메시지를 버퍼에 쓰는 전체 시간을 나타내며, MGT는 버스 제어기의 메시지별 전송시간,
Figure 112018089776718-pat00042
은 전송시간 설계 여유 변수를 나타내는 것을 특징으로 하는 MIL-STD-1553B 통신 시스템. A bus controller for randomly sampling a number of messages to be included in each chain and a transmission period in a predetermined sampling region and transmitting the multi-message chain including the sampled number of messages at a corresponding sampling transmission period; And
At least one or more remote terminals for receiving a multi-message chain transmitted from the bus controller, for processing within the two sampled transmission periods, and reporting the processing completion time to a bus controller,
The bus controller
The number of times that the bus controller has a minimum waiting time without transmitting a message, and the number of times of transmission The period is determined as an objective function optimum value,
(N BC ) and the transmission period (T BC ) satisfying the following equations as the objective function optimum value,
Figure 112018089776718-pat00036
,
Figure 112018089776718-pat00037
,
Figure 112018089776718-pat00038

here,
Figure 112018089776718-pat00039
Is a weighted variable,
Figure 112018089776718-pat00040
(ISR) execution time per message, an average processing time per message in the first buffer, and an average processing time per message in the second buffer in the remote terminal RT, respectively
Figure 112018089776718-pat00041
Shows the execution time of the top-level process related to each buffer in the remote terminal and the total time to write the response message to the buffer during two transmission cycles.
Figure 112018089776718-pat00042
STD-1553B communication system characterized in that it represents a transmission time design designation margin variable. 제1항에 있어서, 상기 버스 제어기는
샘플링된 전송주기(TBC) 중에서 일부분만 메시지 전송을 위하여 사용하고 나머지 시간은 메시지 전송 없이 대기해야 하는 제약조건에 따라 다중-메시지 체인을 전송하는 것을 특징으로 하는 MIL-STD-1553B 통신 시스템. 2. The apparatus of claim 1, wherein the bus controller
Wherein the M-STD-1553B communication system transmits a multi-message chain according to a constraint condition that only a part of the sampled transmission period (T BC ) is used for message transmission and the remaining time is to wait without transmitting a message. 제1항에 있어서, 상기 각 원격 단말은
상기 샘플링된 2회의 전송 주기(TBC) 안에 이전 메시지에 대한 처리를 완료해야 하는 제약조건에 따라 다중-메시지 체인을 처리하는 것을 특징으로 하는 MIL-STD-1553B 통신 시스템. The method of claim 1, wherein each remote terminal
And processes the multi-message chain according to the constraint condition that the processing for the previous message should be completed within the two sampled transmission periods (T BC ). 삭제delete 다중-메시지체인 및 더블 버퍼링 기반의 MIL-STD-1553B 통신 시스템에서 버스 제어기의 운용 방법에 있어서,
소정 샘플링 영역과 샘플 개수를 정의하는 단계;
상기 정의된 샘플링 영역 내에서 하나의 체인에 포함될 메시지 개수와 다중-메시지체인의 전송주기를 무작위로 샘플링하는 단계;
상기 샘플링된 메시지 개수와 전송주기를 수학식에 대입하여 각 샘플에 대한 목적함수 값을 계산하는 단계;
상기 샘플링 영역에서 각 셀에 대한 목적함수 값을 갱신하는 단계; 및
상기 갱신된 복수의 목적함수 값 중에서 최대 목적함수 값을 나타내는 셀에 대응되는 메시지의 개수와 전송주기를 버스 제어기의 목적함수 최적값으로 결정하는 단계;를 포함하고,
상기 계산하는 단계에서 상기 수학식은
샘플링된 2회의 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이를 나타내는 제약조건 및 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간의 비율을 나타내는 제약조건을 나타내는 수학식이며,
하기와 같이 설계되고,
Figure 112018089776718-pat00043
,
Figure 112018089776718-pat00044
,
Figure 112018089776718-pat00045

여기서,
Figure 112018089776718-pat00046
는 가중치 변수,
Figure 112018089776718-pat00047
는 각각 원격 단말(RT)에서 메시지별 평균 인터럽트 서비스루틴(ISR) 실행시간, 제1버퍼에서의 메시지별 평균 처리시간, 제2버퍼에서의 메시지별 평균 처리시간을 나타내고
Figure 112018089776718-pat00048
는 각각 원격 단말에서 버퍼별 운영체제 관련 최상위 프로세스의 수행시간과 2회의 전송 주기 동안 응답 메시지를 버퍼에 쓰는 전체 시간을 나타내며, MGT는 버스 제어기의 메시지별 전송시간,
Figure 112018089776718-pat00049
은 전송시간 설계 여유 변수를 나타내는 것을 특징으로 하는 MIL-STD-1553B 통신 시스템의 버스 제어기 운용 최적화 방법.In a method of operating a bus controller in a multi-message chain and a double buffering based MIL-STD-1553B communication system,
Defining a predetermined sampling area and a number of samples;
Randomly sampling the number of messages to be included in one chain and the transmission period of the multi-message chain within the defined sampling area;
Calculating an objective function value for each sample by substituting the number of sampled messages and a transmission period into a mathematical expression;
Updating an objective function value for each cell in the sampling region; And
Determining a number of messages corresponding to a cell indicating a maximum objective function value among the updated plurality of objective function values and a transmission period as an objective function optimal value of the bus controller;
In the calculating step, the equation
A constraint condition indicating a difference between two sampled bus controller transmission cycles and a time required for the remote terminal to process and respond to a received message and a constraint condition indicating a ratio of a time required for the bus controller to wait without transmitting a message, ,
Designed as follows,
Figure 112018089776718-pat00043
,
Figure 112018089776718-pat00044
,
Figure 112018089776718-pat00045

here,
Figure 112018089776718-pat00046
Is a weighted variable,
Figure 112018089776718-pat00047
(ISR) execution time per message, an average processing time per message in the first buffer, and an average processing time per message in the second buffer in the remote terminal RT, respectively
Figure 112018089776718-pat00048
Shows the execution time of the top-level process related to each buffer in the remote terminal and the total time to write the response message to the buffer during two transmission cycles.
Figure 112018089776718-pat00049
STD-1553B communication system is characterized in that it represents a transmission time design designation margin variable. 제5항에 있어서, 상기 샘플링하는 단계, 목적함수 값을 계산하는 단계 및 목적함수 값을 갱신하는 단계는 상기 정의된 샘플 개수만큼 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 MIL-STD-1553B 통신 시스템의 버스 제어기 운용 최적화 방법. 6. The MIL-STD-1553B communication system according to claim 5, wherein the step of sampling, calculating an objective function value, and updating an objective function value are repeatedly performed as many times as the number of samples defined. Optimization of controller operation. 제5항에 있어서, 상기 수학식은
샘플링된 2회의 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이를 나타내는 제약조건 및 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간의 비율을 나타내는 제약조건을 나타내는 수학식인 것을 특징으로 하는 MIL-STD-1553B 통신 시스템의 버스 제어기 운용 최적화 방법. 6. The method of claim 5,
A constraint representing a difference between two sampled bus controller transmission cycles and a time required for a remote terminal to process and respond to a received message and a constraint condition indicating a ratio of a time required for the bus controller to wait without transmitting a message Wherein the MIL-STD-1553B communication system comprises: 삭제delete 제5항에 있어서, 상기 버스 제어기의 목적함수 최적값은
샘플링된 2회의 전송주기중에서 실제 메시지를 전송한 시간에 대비 각 원격 단말이 상기 샘플링된 2회의 버스 제어기 전송주기와 원격 단말이 수신 메시지에 대한 처리 및 응답하는데 소요된 시간과의 차이가 최대가 되면서, 버스 제어기에서 메시지 전송 없이 대기하는 시간이 최소가 되는 메시지 개수 및 전송주기인 것을 특징으로 하는 MIL-STD-1553B 통신 시스템의 버스 제어기 운용 최적화 방법. 6. The method of claim 5, wherein the objective function optimal value of the bus controller is
The difference between the two sampling times of the bus controller transmission period and the time required for the remote terminal to process and respond to the received message is maximized for each remote terminal during the transmission time of the actual message among the two sampled transmission periods And a number of messages and a transmission period that minimize the waiting time without message transmission in the bus controller.
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