KR102159298B1 - 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템 - Google Patents

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Abstract

차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템을 개시한다. 본 발명은 게이트웨이가 플렉스레이 제어기로부터 모든 데이터를 전송받아 리피터를 이용하여 CAN 제어기가 인식할 수 있는 데이터 크기로 분할 전송함으로써, 대용량의 데이터 전송시에 데이터 전송 능력의 차이로 인한 전송 지연 및 손실을 방지할 수 있다.

Description

차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템{Data transmission system between heterogeneous network of car gateway}
본 발명은 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 게이트웨이가 플렉스레이 제어기로부터 모든 데이터를 전송받은 후 이를 CAN 버스로 전송할 때에 리피터를 이용하여 CAN 제어기가 인식할 수 있는 데이터 크기로 분할 전송함으로써, 대용량의 데이터 전송시에 전송 지연 및 손실을 최소화할 수 있는 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템에 관한 것이다.
현재 자동차의 내부 통신 네트워크에는 다양한 통신 프로토콜들이 적용되어 사용되고 있다.
이러한 통신 프로토콜로는 차량용 근거리 통신망(LAN)의 표준 인터페이스 규격으로 가장 많이 보급되어 있는 CAN(Controller Area Network), 가격대 성능비가 뛰어난 단선의 차량 LAN 통신 표준인 상호연결망(LIN), 최근 차세대 차량용 통신으로 주목받고 있는 차세대 엑스 바이 와이어(Anything by Wire; 'X-by-Wire') 시스템용 통신 표준인 플렉스레이(FlexRay) 등이 있다.
이 중에서 CAN 통신은 최대 8바이트의 크기를 가지는 데이터를 장비 ID의 우선순위에 기반하여 전송하는 방식이다.
이때 네트워크 토폴로지(topology)는 버스 형태를 가지며, 한 네트워크에 존재하는 여러 노드가 오류 없이 통신하기 위해 충돌 감지 기능을 이용하여 우선순위가 가장 높은 한 노드만 송신할 수 있도록 조정된다.
그리고 플렉스레이는 정적 세그먼트에 대한 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식 및 동적 세그먼트에 대한 FTDMA(Flexible Time-Division Multiple-Access) 배열을 사용하는 것으로 규정된다.
이러한 플렉스레이는 최대 254 바이트의 크기를 가지는 데이터를 자신에게 할당된 시간에만 보내도록 하는 고정슬롯(static slot) 방식 및 우선순위에 기반한 가변슬롯(dynamic slot) 방식을 이용한다.
따라서 플렉스레이는 시분할 및 우선순위기반 다중접속 방식을 동시에 지원할 수 있어 유연한 네트워크 구성이 가능하며, 네트워크 토폴러지는 버스 형태를 갖는다.
또한, 전송속도는 최대 10Mbps이며 백업채널을 설정하여 통신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이러한, 이종 프로토콜 간 데이터 전송시에는 서로 다른 프로토콜에 따라 상이한 전송 사이즈 등의 내부 전송 방식의 차이를 고려하여 데이터를 처리해주는 게이트웨이가 사용되고 있으며 이러한 게이트웨이를 통해 전송 지연을 최소화하고 있다.
그러나, 게이트웨이가 전송 대상 데이터를 플렉스레이 제어기로부터 모두 수신한 후 이를 CAN 제어기에 전송시, 전송 대상 데이터의 용량이 큰 경우 CAN 통신 방식에 의해 규정된 타이밍 파라메터(toB, toC)를 만족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있으며 그러한 경우 상당한 통신 지연 또는 데이터 손실을 유발할 수 있는 문제점이 있다.
문헌 1. 한국 등록특허공보 등록번호 제10-1573549호(발명의 명칭: 이종 프로토콜 간 대용량 데이터 전송을 위한 데이터 전송 시스템 및 그 데이터 전송 방법)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 게이트웨이가 플렉스레이 제어기로부터 모든 데이터를 전송받은 후 이를 CAN 버스로 전송할 때에 리피터를 이용하여 CAN 제어기가 인식할 수 있는 데이터 크기로 분할 전송함으로써, 대용량의 데이터 전송시에 전송 지연 및 손실을 최소화할 수 있는 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템은 제1 통신 방식과 제2 통신 방식 사이의 데이터 전송을 중개하는 게이트웨이; 상기 제1 통신 방식에 따라 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 제1 제어기; 및 상기 제2 통신 방식에 따라 데이터를 수신하며, 수신 가능한 데이터의 크기에 대한 정보를 상기 게이트웨이에 전달하는 적어도 하나 이상의 제2 제어기를 포함하고, 상기 게이트웨이는 상기 제1 제어기로부터 전송 대상 데이터를 한번에 모두 수신하고, 상기 전송 대상 데이터의 수신이 완료되면, 전송 대상 데이터의 크기에 대한 정보와, 상기 수신 가능한 데이터의 크기에 대한 정보와, 상기 제2 제어기에 이미 전송된 데이터 크기에 대한 정보에 기초하여 상기 제1 제어기로부터 수신한 데이터를 분할하여 상기 제2 제어기로 전송하도록 이루어진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 게이트웨이는 상기 제1 제어기로부터 수신된 데이터를 상기 제2 제어기가 인식할 수 있도록 수신 가능한 데이터 크기로 분할하여 전송하는 적어도 하나 이상의 리피터를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 리피터는 상기 제2 제어기마다 개별 설치되고, 상기 제2 제어기의 수신 가능한 데이터 크기에 따라 버퍼의 크기가 동적으로 조정되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 리피터는 선입선출(FIFO) 방식을 통해 데이터 버스로 시차를 두고 전송하도록 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 제1 제어기는 플렉스레이 제어기이고, 제2 제어기는 CAN 제어기로 구성될 수 있다.
본 발명은 게이트웨이가 플렉스레이 제어기로부터 모든 데이터를 전송받아 리피터를 이용하여 CAN 제어기가 인식할 수 있는 데이터 크기로 분할 전송함으로써, 대용량의 데이터 전송시에 데이터 전송 능력의 차이로 인한 전송 지연 및 손실을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 도 1에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템의 CAN 통신 네트워크를 나타낸 블록도.
도 3은 도 1에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템에서 데이터 전송과정을 설명하기 위한 블록도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템의 구현된 일 예를 특정한 실시예를 통해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템의 CAN 통신 네트워크를 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 1에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템에서 데이터 전송과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템은 게이트웨이(100)와, 플렉스레이 제어기(200)와, CAN 제어기(300)와, 리피터(400)를 포함하여 구성된다.
상기 게이트웨이(100)는 제1 통신 방식과 제2 통신 방식 사이의 데이터 전송을 중개하는 구성으로서, 서로 다른 통신 방식을 사용하는 플렉스레이 제어기(200)와, CAN 제어기(300) 사이의 데이터 송수신이 가능하도록 플렉스레이 통신 방식과 CAN 통신 방식을 중개한다.
또한, 상기 게이트웨이(100)는 플렉스레이 제어기(200)로부터 제공받은 전체 전송 데이터에 대한 정보와, CAN 제어기(300)로부터 제공받은 수신 가능한 데이터 크기 즉, 버퍼 크기에 대한 정보와, 상기 CAN 제어기(300)로 이미 전송된 데이터 크기에 대한 정보에 기초하여 상기 플렉스레이 제어기(200)로부터 전송 대상 데이터를 한번에 모두 수신하고, 상기 전송 대상 데이터의 수신이 완료되면, 수신한 데이터를 상기 CAN 제어기(300)가 수신 가능한 데이터 크기로 분할한 다음, 상기 CAN 제어기(300)로 전송되도록 제어한다.
즉, 상기 게이트웨이(100)는 데이터 전송 능력이 큰 플렉스레이 제어기(200)로부터 데이터 전송 능력이 상대적으로 작은 CAN 제어기(300)로의 데이터 전송을 중개할 때, 전송 대상 데이터가 CAN 제어기(300)의 버퍼 크기를 초과하는 경우, 플렉스레이 제어기(200)로부터 전송 데이터를 한번에 모두 전송받고, 상기 전송 받은 데이터를 상기 CAN 제어기(300)에서 수용할 수 있는 크기 만큼씩 나누어 전송될 수 있도록 제어한다.
상기 플렉스레이 제어기(200)는 제1 통신 방식에 따라 데이터를 게이트웨이(100)로 전송하는 구성으로서, 상기 게이트웨이(100)로부터 Req 메시지가 수신되면, CAN 제어기(300)로 전송해 줄 전체 전송 데이터의 크기에 대한 정보를 상기 게이트웨이(100)로 알려주고, 상기 게이트웨이(100)로 전체 전송 데이터를 전송한다.
즉, 상기 플렉스레이 제어기(200)는 게이트웨이(100)로부터 Req 메시지가 수신되면 그에 대한 응답으로 SF(Start Frame) 메시지를 상기 게이트웨이(100)로 전송하고, 이때 상기 SF 메시지에 전송 대상 데이터의 크기에 대한 정보를 포함시켜 전송 대상 데이터 전체를 상기 게이트웨이(100)로 한번에 모두 전송한다.
상기 CAN 제어기(300)는 제2 통신 방식에 따라 데이터를 수신하며, 수신 가능한 데이터의 크기에 대한 정보를 상기 게이트웨이에 전달하는 구성으로서, 게이트웨이(100)로 주기적으로 CAN 메시지를 전송하여 데이터 전송을 요청하며, 데이터 수신시 상기 게이트웨이(100)로 자신이 수신 가능한 데이터 크기(버퍼 크기)에 대한 정보를 제공한다.
즉, 상기 CAN 제어기(300)는 데이터 전송을 요청하는 Req 메시지를 게이트웨이(100)로 전송한 다음, 상기 Req 메시지에 대한 응답으로 FF(First Frame) 메시지가 수신되면, 상기 게이트웨이(100)로 FC(Flow Control) 메시지를 전송하고, 상기 FC 메시지에 자신이 수신 가능한 최대 데이터 크기에 대한 정보를 포함시켜 전송한다.
상기 리피터(400)는 게이트웨이(100)가 플렉스레이 제어기(200)로부터 전송 대상 데이터를 모두 수신하면, 상기 수신된 전송 대상 데이터를 CAN 제어기(300)가 인식할 수 있도록 수신 가능한 데이터 크기로 분할하여 전송한다.
또한, 상기 리피터(400)는 CAN 제어기(300)마다 개별 설치될 수 있고, 상기 CAN 제어기(300)의 수신 가능한 데이터 크기에 따라 상기 리피터(400)의 버퍼 크기가 동적으로 조정되도록 구성될 수 있다.
즉, 게이트웨이(100)가 CAN 제어기(300)로부터 수신 가능한 데이터 크기에 대한 정보를 수신하면, 상기 게이트웨이(100)는 상기 CAN 제어기(300)용 리피터(400)의 버퍼 크기를 동적으로 조정하여 플렉스레이 제어기(200)로부터 수신한 전송 대상 데이터가 상기 리피터(400)에 전달되도록 한다.
또한, 상기 리피터(400)는 선입선출(FIFO) 방식을 통해 CAN 버스(500)로 시차를 두고 전송하도록 이루어진다.
상기 CAN 버스(500)는 Twisted pair wire를 사용하며, 2개의 선은 서로 다른 신호(예를 들면, CAN_HI, CAN_LO)에 의해 구동될 수 있다.
또한, 상기 CAN 버스(500)의 종단에는 종단저항(510)이 구비될 수 있고, 상기 CAN 버스(500)상의 전송 속도는 버스의 길이, 즉 선의 길이에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 CAN 버스(500) 상의 임의의 CAN 조인트 컨넥터(미도시) 또는 CAN 허브(미도시)와 CAN 지선 버스를 통해 CAN 제어기(300), CAN 제어기 1(300a) ‥ CAN 제어기 n(300b)이 연결될 수 있으며, 상기 CAN 제어기(300), CAN 제어기 1(300a) ‥ CAN 제어기 n(300b)은 각각 리피터(400), 리피터 1(400a) ‥ 리피터 n(400b)을 통해 상기 CAN 버스(500)와 연결될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템에서 데이터의 전송과정을 설명한다.
CAN 제어기(300)가 데이터 전송을 요청하는 Req 메시지를 CAN 통신 방식에 따른 메시지 포맷으로 게이트웨이(100)로 전송하면, 상기 게이트웨이(100)는 해당 신호를 플렉스레이 방식의 메시지 포맷으로 변환하여 플렉스레이 제어기(200)로 전송한다.
상기 Req 메시지를 수신한 플렉스레이 제어기(200)는 CAN 제어기(300)로 전송할 데이터가 있는 경우 SF(Start Frame) 메시지를 게이트웨이(100)로 전송한다.
이때, 플렉스레이 제어기(200)는 상기 SF 메시지에 CAN 제어기(300)로 전송할 전체 전송 데이터의 크기에 대한 정보를 포함하여 전송할 수 있다.
상기 게이트웨이(100)는 SF 메시지가 수신되면, 상기 SF 메시지에 포함된 전송 데이터를 CAN 방식의 FF(First Frame) 메시지로 변환하여 CAN 제어기(300)로 전송한다.
또한, 상기 게이트웨이(100)는 나머지 전송할 데이터를 CAN 통신 방식의 CF(Consecutive Frame) 메시지로 전송할 경우, 필요한 CF(Consecutive Frame)의 개수(전체 CF 개수)를 계산한다.
즉, 게이트웨이(100)는 전체 전송 대상 데이터의 크기에서 이미 CAN 제어기(300)로 전송한 데이터(FF에 포함시켜 전송한 데이터)의 크기를 뺀 다음, 나머지를 CF의 크기로 나누어 줌으로써 전체 CF 개수를 계산한다.
상기 FF 메시지를 수신한 CAN 제어기(300)는 상기 FF 메시지에 응답하여 FC(Flow Control) 메시지를 게이트웨이(100)로 전송하고, 이때 상기 FC 메시지에는 상기 CAN 제어기(300)가 수신 가능한 데이터의 크기(버퍼 크기)에 대한 정보가 포함될 수 있다.
상기 CAN 제어기(300)로부터 FC 메시지를 수신한 게이트웨이(100)는 전체 CF 개수가 FC 메시지에 포함된 버퍼 크기보다 큰 경우 즉, 전송할 데이터를 한번에 모두 CAN 제어기(300)에 전송할 수 없는 경우, 전송 요청 데이터의 크기를 계산할 수 있다.
이후, 상기 게이트웨이(100)는 플렉스레이 제어기(200)로 FC 메시지를 전송하여 상기 플렉스레이 제어기(20)로부터 플렉스레이 통신 방식의 CF 메시지를 통해 모든 전송 데이터를 한번에 전송받는다.
상기 게이트웨이(30)는 플렉스레이 제어기(200)로부터 모든 전송 데이터의 수신이 완료되면, CAN 제어기(300)의 수신 가능한 데이터 크기에 따라 리피터(400)의 버퍼 크기를 동적으로 조정하고, 상기 수신된 전송 대상 데이터를 CAN 제어기(300)가 수신 가능한 데이터 크기로 분할한 다음, CAN 방식의 CF 메시지로 변환하여 리피터(400)를 통해 상기 CAN 제어기(300)로 전달한다.
따라서, 게이트웨이가 플렉스레이 제어기로부터 모든 데이터를 전송받아 리피터를 이용하여 CAN 제어기가 인식할 수 있는 데이터 크기로 분할 전송함으로써, 대용량의 데이터 전송시에 데이터 전송 능력의 차이로 인한 전송 지연 및 손실없이 실시간으로 전송할 수 있다.
이상 몇 가지의 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다. 또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.
100 : 게이트웨이
200 : 플렉스레이 제어기
300 : CAN 제어기
300a : CAN 제어기 1
300b : CAN 제어기 n
400 : 리피터
400a : 리피터 1
400b : 리피터 n
500 : CAN 버스
510 : 종단저항

Claims (5)

  1. 제1 통신 방식과 제2 통신 방식 사이의 데이터 전송을 중개하는 게이트웨이(100);
    상기 제1 통신 방식에 따라 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 제1 제어기; 및
    상기 제2 통신 방식에 따라 데이터를 수신하며, 수신 가능한 데이터의 크기에 대한 정보를 상기 게이트웨이에 전달하는 적어도 하나 이상의 제2 제어기를 포함하고,

    상기 게이트웨이는 상기 제1 제어기로부터 수신된 데이터를 상기 제2 제어기가 인식할 수 있도록 수신 가능한 데이터 크기로 분할하여 전송하는 적어도 하나 이상의 리피터(400)를 포함하며,
    상기 리피터(400)는 상기 제2 제어기마다 개별 설치되며,
    상기 게이트웨이는 상기 제2 제어기의 수신 가능한 데이터 크기에 따라 각 리피터(400)의 버퍼 크기를 동적으로 조정하며,

    상기 게이트웨이(100)는 상기 제1 제어기로부터 전송 대상 데이터를 한번에 모두 수신하고, 상기 전송 대상 데이터의 수신이 완료되면, 전송 대상 데이터의 크기에 대한 정보와, 상기 수신 가능한 데이터의 크기에 대한 정보와, 상기 제2 제어기에 이미 전송된 데이터 크기에 대한 정보에 기초하여 상기 제1 제어기로부터 수신한 데이터를 분할하여 상기 리피터(400)로 전송하는 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리피터(400)는 선입선출(FIFO) 방식을 통해 데이터 버스로 시차를 두고 전송하도록 이루어진 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는 플렉스레이 제어기(200)이고, 제2 제어기는 CAN 제어기(300)로 이루어진 차량용 게이트웨이의 이종 네트워크 간 데이터 전송 시스템.
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