KR102282072B1 - 노드, 메쉬 통신 네트워크 및 라우팅 재구성 방법 - Google Patents

노드, 메쉬 통신 네트워크 및 라우팅 재구성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로직 번호에 의해 상기 네트워크 상에서 식별되며 입력 및/또는 출력 포트(51 내지 54)를 포함하는, 메쉬 통신 네트워크(10)의 노드(Ni)를 구비하는 모듈(30)에 관한 것으로:
- 상기 네트워크의 인접 매트릭스(A)에 대응하는 데이터 및 고려된 노드의 이웃 네트워크 노드의 로직 번호에 대응하는 데이터를 포함하는, 상기 네트워크에 대한 구성 데이터;
- 상기 구성 데이터로부터 라우팅 벡터(VRL, VRP)를 연산할 수 있는 연산 수단(90) - 상기 라우팅 벡터(VRL, VRP)는 메시지 라우팅에 대해 상기 입력 및/또는 출력 포트에 의해 이용됨 - 을 특징으로 한다.

Description

노드, 메쉬 통신 네트워크 및 라우팅 재구성 방법{NODE, MESH COMMUNICATION NETWORK AND ROUTING RECONFIGURATION METHOD}
본 발명은 메쉬 통신 네트워크에 관한 것이다. 보다 상세하게는 메시지가 네트워크내에서 이송되도록 하는 라우팅 재구성 방법 및 장치에 관한 것이다.
포인트 투 포인트 통신 네트워크라고도 칭하는 메쉬 통신 네트워크는 원웨이 또는 투웨이 링크에 의해 서로에 연결되는 복수개의 노드로 구성된다. 네트워크는 N 노드를 포함하며, 여기서 N은 임의의 명확한 정수이다. 네트워크는 결과적으로 유한하며 폐쇄적이다.
이러한 네트워크에서, 소스 노드와 수신 노드 사이의 메시지의 전송은 메시지를 중계하기 위한 중간 노드를 이용하고, 라우팅 메카니즘에 기초한다.
일반적으로, 고려된 네트워크의 하드웨어층의 속성이 무엇이든, 네트워크가 그러한 라우팅 메카니즘에 기초한다면 전송의 견고성에 대한 문제가 발생한다.
하나 이상의 노드의 파괴 및/또는 하나 이상의 링크의 파열이 발생하는 경우의 통신 서비스의 전체 또는 일부를 손실하지 않기 위하여, 또는 실제로 하나 이상의 노드의 부재에 대응하여 기능적 필요성을 허용하기 위하여, 네트워크의 토폴로지(topology)가 일정 정도의 연결성을 가질 필요가 있다.
네트워크의 연결성은 하나 이상의 노드 또는 링크가 사라지는 경우의 견고성에 대한 필요에 대한 구조적 응답이다.
그러므로, 어떻게 구성되더라도, p-1 노드의 임의의 서브세트의 분실에 대하여 견고한 네트워크를 취득하기 위하여, 네트워크에 대응하는 그래프가 p-연결된 그래프가 되는 것이 필요 충분하다.
그러한 네트워크는 p-1 분실 노드의 임의의 그룹에 대한 나머지 노드들 전체 사이에 통신 서비스를 제공하는 것을 계속한다.
p-연결될 그래프에 대한 하나의 필요(충분하지 않은) 조건은 노드 각각이 적어도 p 이웃 노드를 가지는 것으로 즉, 이것이 네트워크의 p 다른 노드에 2방향 링크에 의해 연결되기 때문이다.
네트워크의 복잡도는 노드의 전체 수(N) 및 네트워크의 연결 정도 즉, 노드들 사이의 링크의 수에 따라 증가한다.
복잡계 네트워크(complex network)에서, 하나 이상의 노드 또는 링크의 사라짐과 같은 네트워크의 랜덤 변화를 설명할 필요가 있다는 점을 고려하면, 라우팅의 문제는 처리하기가 힘든 문제이다.
실제로, 라우팅 기능이 올바르게 고려되지 않는 경우, 나머지 노드가 서로에 대해 전체 구조적 연결성을 유지하더라도 통신 서비스의 메인터넌스를 허용하려는 속성의 네트워크의 수정 이후에 나머지 노드들 사이의 통신 서비스의 전체 또는 부분적 손실을 초래할 수 있다.
이 문맥에서, 본 발명은 이들 문제들을 해결하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 위하여, 본 발명은 청구 범위에 따르면, 노드, 그러한 노드로 구성된 네트워크 및 그러한 네트워크의 라우팅을 재구성하는 방법에 관한 것이다.
노드의 라우팅 모듈은 노드로 일체화되는 경우, 모든 상황하에서 100%의 네트워크의 잠재적 연결성을 이용하고 항상 최소의 라우팅 경로를 이용하는 라우팅을 보장하는 특성을 갖는 임의의 메쉬 통신 네트워크를 구축하는 것을 가능하게 하는 기초적 및 일반적 장치를 구성한다.
표현 "100%의 네트워크의 잠재적 연결성"은 두 노드 사이에 경로가 존재한다면 이들 두 노드 사이의 라우팅이 보장된다는 것을 의미한다. 표현 "최소 경로"는 소스 노드와 수신 노드 사이의 메시지에 의해 형성되는 경로가 중간 노드 중 가능한 최소 개수를 통과한다는 것을 의미한다.
그러한 라우팅 모듈은 프로그램 가능 로직 회로의 적절한 프로그래밍으로 인한 것일 수 있다.
본 발명과 그 이점은 이하의 전적으로 설명을 위해 제시된 특정 실시예의 일 예에 대한 상세한 설명을 숙지하면 보다 잘 이해될 수 있다. 이는 3-연결 메쉬 통신 네트워크의 제조에 관련된다.
상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 3-연결 통신 메쉬 네트워크에 대응하는 그래프도로서, 각 노드는 이웃 노드라 칭하는 3개의 다른 노드에 의해 연결된다;
도 2는 도 1의 네트워크의 노드의 블럭도 형태의 도식적 도면으로, 노드는 라우팅 모듈을 포함한다;
도 3은 도 2의 노드의 라우팅 모듈이 구비된 라우팅 벡터 연산을 위한 수단의 제1 가능 실시예를 구축하는 로직 회로도이다;
도 4는 라우팅 벡터를 연산하기 위한 수단의 제2 가능 실시예를 구축하는 로직 회로도이다.
네트워크 구조
도 1은 18개의 노드 및 27개의 2방향 링크로 구성된 메쉬 통신 네트워크(10)를 도시한다. 네트워크(10)는 유한이며 닫힌 상태이다.
각각의 노드는 문자 N 다음에 네트워크(10) 상의 노드의 절대 식별 로직 번호에 대응하는 정수 i가 온다.
각각의 링크는 문자 L 다음에 그 링크를 통해 서로 연결되는 두개의 노드를 위한 로직 번호가 온다. 그러므로, 링크 Lij는 노드 Ni및 Nj를 연결한다. 도 1에서는, 명료하게 하기 위하여 노드(N3)로부터의 링크만이 식별되었다.
각각의 노드 Ni는 3개의 이웃 노드(Nk,Nl및 Nm)에 연결되어, 네트워크(10)은 3-연결이다.
네트워크(10)의 임의의 두개의 노드(Ni및 Nj) 사이의 최대 거리는 4 홉(hop) 이다. 6 노드로 구성된 메쉬는 네트워크(10) 내에 구축될 수 있는 최단 사이클의 거리를 나타낸다.
노드는 서로 통신 메시지를 교환할 수 있으며, 이는 링크를 통해 전달된다.
여기에 상세히 설명되는 특정 실시예에서, 네트워크(10)는 모듈 시스템의 일체로된 부분으로서, 각 노드(Ni)는 상기 모듈 시스템의 어플리케이션 모듈(20)에 대한 연결점을 구성한다.
네트워크(10)는 노드 및/또는 링크의 이중 고장에 대해 견고한데: 네트워크(10)에서 임의의 두개의 링크, 임의의 두개의 노드 또는 임의의 하나의 노드 및 하나의 링크가 (일 또는 양 방향으로) 제거되는 경우에도 서로에 대해 전체 노드(Ni)가 액세스 가능하다. 더욱이, 네트워크(10)의 수정 이후에, 소스 노드와 수신 노드 사이에 메시지 교환을 허용하는 적어도 하나의 경로가 존재한다.
노드 구조
특정 경우인 노드(N1)에 대해 도 2에 도시된 것처럼, 네트워크(10)의 각각의 노드(Ni)는 입력/출력 모듈(50) 및 라우팅 모듈(30)을 포함한다.
입력/출력 모듈(50)은 어플리케이션 모듈(20)에 연결된 하나의 소위 '내부' 입력/출력 포트(51)를 포함하는 4개의 입력/출력 포트를 포함한다. 고려된 노드의 이웃 노드인, 네트워크(10)의 다른 노드에, 이들을 연결하는 링크가 액티브 상태인 경우, '외부'로 칭하는 다른 포트(52 내지 54)가 연결된다.
포트(51 내지 54) 각각은 스위치(70), FIFO 입력(60)과 같은 입력 버퍼 메모리, FIFO 출력(61)과 같은 출력 버퍼 메모리, 링크 관리 모듈(62), 입력 커플러(64), 예를 들면 직렬 변환기, 및 출력 커플러(65), 예를 들면 역직렬변환기를 포함한다.
바람직하게는, 내부 포트(51)는 제어기(67)를 이용하여 입력 FIFO(60) 및 출력 FIFO(61)을 입력 커플러(64) 및 출력 커플러(65)에 또는 입력 호스트 커플러(68) 및 출력 호스트 커플러(69)에 결합할 수 있는 선택 메카니즘(66)을 포함한다.
내부 포트(51)는 따라서 게이트웨이로서 이용가능하다. 어플리케이션 모듈(20)과 동작 메시지를 교환하기 위하여, 입력 커플러(64) 및 출력 커플러(65)는 디엑티브되고, 입력 호스트 커플러(68) 및 출력 호스트 커플러(69)가 액티브된다.
게이트웨이로서 구성되는 경우, 입력 호스트 커플러(68) 및 출력 호스트 커플러(69)는 디엑티브되고, 입력 커플러(64) 및 출력 커플러(65)는 액티브된다. 이는 포트(51)를 또한 게이트웨이로서 구성되고 다른 네트워크에 속하는 다른 노드에 연결하는 것을 가능하게 한다. 이렇게 연결된 두 네트워크 각각에 대한 구성 특성 및 특히 인접 매트릭스는 이들 게이트웨이에 의해 교환되지 않아서, 각각의 네트워크는 상대를 원격 노드 그룹으로 간주한다.
각각의 노드(Ni)는 메시지 트래픽의 순서를 체계화하고 네트워크(10)내의 흐름을 보장하기 위하여 상이한 입력/출력 포트 사이에서 로컬 스위칭 기능을 수행한다.
이 스위칭 기능은 포트(51 내지 54)의 4개의 스위치(70)에 의해 수행된다.
스위치(70)는 서로에 대해 독립적이다.
일 포트의 스위치(70)는 포트의 출력 FIFO(61)에 부착된다. 일 포트의 스위치(70)는 노드의 상이한 포트의 입력 FIFO(60)가 또한 연결되는 공유 버스에 연결된다.
동작 메시지는 메시지의 최종 수신 노드의 로직 번호를 나타내는 헤더부를 포함한다.
동일 노드내에서, '입력' 포트라 칭하는 포트의 입력 FIFO내에 배치된 동작 메시지가 '출력' 포트라 칭하는 포트의 출력 FIFO에 복사되고, 이는 최종 수신 노드의 로직 번호 및 물리적 라우팅 벡터(VRP)의 함수로서 선택된다.
입력 포트의 입력 FIFO로부터 출력 포트의 출력 FIFO까지의 동작 메시지의 전달은 출력 포트의 출력 FIFO의 "FIFO ALMOST FULL" 신호에 예속된다. 이 제어 메카니즘은 출력 포트의 스위치(70)에 의해 수행된다.
포트들 사이의 회전 순위 메카니즘은 스위치들(70)에 의해 이행된다. 이들의 각각은 이들이 고려된 스위치(70)가 담당하는 출력 FIFO의 출력 포트를 고려한 동작 메시지를 포함하는지 여부를 확인하기 위하여 각종 포트의 입력 FIFO를 순환하여 테스트한다.
그러므로, 입력 포트의 입력 FIFO내의 제1 위치에 제출된 각각의 동작 메시지는 최대 1 기초 사이클 동안 출력 포트의 출력 FIFO에서 자유롭게 될 위치를 대기한다. 이 사이클은 두 이웃 노드 사이의 최대 크기를 갖는 동작 메시지에 대한 전송 시간으로서 정의된다.
일 포트의 링크 관리 모듈(62)은 검출 모듈(110) 및 서비스 모듈(120)을 포함한다.
검출 모듈(110)은 입력/출력 커플러(64 및 65) 상에서 또는 입력/출력 호스트 커플러(68 및 69) 상에서 연결된 링크의 상태를 실시간으로 결정할 수 있다. 검출 모듈(110)은 링크 상태에 대한 소위 '내부' 구성 정보를 후술하는 구성 관리 모듈(80)에 전송할 수 있다.
보다 구체적으로, 하류 노드(Ni)의 모듈(110)은 하드웨어 정보를 교환함에 의해 노드(Ni)에 이웃하는 상류 노드(Nj)와의 링크의 출현 또는 소실을 검출한다. 링크를 설치하기 위하여, 두 이웃 노드가 서로 비연결 상태에서 연결 상태로 가는 것으로, 즉 이들을 연결하는 링크의 비액티브 상태에서 액티브 상태로의 스위칭을 검출하는 경우, 두 노드의 모듈(110)은 그의 로직 번호를 교환한다. 유사하게, 모듈(110)이 인입 링크의 소실을 검출하는 경우, 이는 비연결 상태로 진입한다.
모듈(110)은 조기 검출을 초래할 수 있는 임의의 기생 현상을 배격하기 위하여 링크의 상태 변화를 필터링할 수 있다. 특히 비액티브 상태에서 액티브 상태로의 링크의 스위칭 동안의 필터링은 소정 시간 길이 동안 안정된 액티브 상태에서 링크의 유지를 관찰하는 것으로 구성된다.
모듈(110)은 링크의 상태 변화를 내부 구성 정보로서 구성 모듈(80)에 전송할 수 있다.
대응하는 링크가 액티브인 경우, 그 링크에 대한 관리 모듈(62)은 이하 원칙: 두 노드 사이에서, 상류 노드(Nj)의 출력 포트에서 하류 노드(Ni)의 입력 포트로의 메시지 전송은 하류 노드(Ni)의 입력 포트의 입력 FIFO의 "FIFO ALMOST FULL"에 예속됨, 에 따른 비체결 메카니즘을 이용하여 메시지 흐름을 제어한다.
서비스 모듈(120)은 인입 메시지 흐름내의 서비스 메시지를 식별할 수 있다. 인시던트 서비스 메시지는 네트워크 링크의 상태에 대한 구성 정보를 포함한다. 서비스 모듈(120)은 서비스 메시지로부터 구성 정보를 추출하고 이를 외부 구성 정보로서 구성 모듈(80)에 전송할 수 있다.
모듈(120)은 구성 모듈(80)로부터 오는 서비스 메시지를 두 동작 메시지 사이에서 아웃고잉 메시지 흐름에 삽입할 수 있다.
라우팅 모듈(30)은 구성 파라미터, 중간 파라미터 및 물리적 라우팅 벡터를 포함하는 속성을 저장하기 위한 수단(40)을 포함한다.
라우팅 모듈(30)은 구성 파라미터로부터 물리적 라우팅 벡터를 연산할 수 있는 연산 수단(90)을 포함한다.
라우팅 모듈(30)은 라우팅 벡터를 연산하는데 이용되는 구성 파라미터를 크리닝할 수 있는 크리닝 수단(100)을 포함한다.
라우팅 모듈(30)은 고려된 노드의 구성 파라미터를 업데이트하고 구성 정보를 모듈(120)을 통해 네트워크의 다른 노드에 전송할 수 있는 구성 수단(80)을 포함한다.
특성 T, A, D, V RL 및 V RP 의 정의
저장 수단(40)은:
- 고려된 노드 Ni즉, 노드(Ni)의 포트에 직접 연결된 네트워크의 노드의 이웃 노드(Nk,Nl및 Nm)의 로직 번호 k, l 또는 m을 나타내는 이웃의 테이블(T);
- 네트워크(10)의 현재 토폴로지를 표시하는 인접 매트릭스(A);
- 네트워크(10)의 두 노드 사이의 거리를 표시하는 거리 매트릭스(D);
- 고려되는 노드(Ni)에 의해 방출되는 메시지의 최종 수신 노드 각각에 대해, 메시지가 전송되는 이웃 노드(Nk,Nl및 Nm)의 로직 번호 k, l 또는 m를 표시하는 로직 라우팅 벡터(VRL)
- 고려되는 노드(Ni)에 의해 전송되는 메시지의 최종 수신 노드 각각에 대해, 메시지가 전송되는 이웃 노드(Nk,Nl및 Nm)가 연결되는 노드(Ni)의 포트를 나타내는 물리적 라우팅 벡터(VRP)
N 노드를 갖는 네트워크의 인접 매트릭스(A)는 0 및 1로 구성된 N x N 차원의 매트릭스이다. 값이 1인 비대각선 요소(Aij)는 노드(Ni)와 노드(Nj)사이의 링크가 존재함을 나타낸다.
일반적으로, 이하에서, Aij =1은 노드(Nj)에서 노드(Ni)로 향하는 링크를 지정한다. 두 방향 링크에 대해서는, Aij=Aji=1 이다.
그러므로, 네트워크(10)과 같은 비지향 네트워크 즉, 모든 링크가 두 방향 링크인 경우에 대해, 관련 인접 매트릭스(A)는 대칭이다.
N 노드를 갖는 p-레귤러 비-지향 네트워크와 관련된 매트릭스(A)는 0 및 1 로 구성된 대칭 매트릭스로, 1에서 N x p 값을 포함한다.
인접 매트릭스(A)는 네트워크 상태의 명백한 설명을 제공한다. 작은 양의 저장 메모리만을 차지하면서 네트워크의 완벽한 설명을 제공한다.
네트워크(10)의 인접 매트릭스(A)는 그러므로 아래와 같다:
Figure 112014042199240-pat00001
거리 매트릭스(D)는 N 노드를 갖는 네트워크에 대한 대칭 매트릭스N x N 이며, 각 열(또는 각 행)은 일 노드와 관련된다. 그러므로, 매트릭스(D)의 각각의 열(Di)은 네트워크(10)의 다른 노드(Nj)로부터 고려된 노드(Ni)를 분리하는 거리를 홉의 번호로 나타낸다.
거리 매트릭스(D)는 아래에 설명되는 것처럼 간단히 매트릭스(A)로부터 얻어진다.
네트워크(10)의 매트릭스(D)는 아래와 같다:
Figure 112014042199240-pat00002
매트릭스(D)는 네트워크(10)의 임의의 두개의 노드 사이의 최대 거리는 4 홉임을 나타낸다.
네트워크내의 경로 즉, 소스 노드로부터 수신 노드로 동작 메시지를 전달하기 위하여 통과될 노드의 순서 세트의 결정은 벨만(Bellman) 다이나믹 프로그래밍 원리를 기초로 하며, 이에 따르면 최적 경로의 어떠한 부분도 자체로 최적이다. 그러므로, 이는 소스 노드(Ni)가 메시지에 대해 수신 노드로의 최적의 경로를 갖는 이웃 노드에 매시지를 재전송하기에 충분하다. 더 가까이하면 할 수록, 메시지는 사실상 최적 경로를 따른다.
수학적 관점에서, 최적 경로의 결정은 거리 매트릭스(D)의 이용을 기초로 한다. 거리 매트릭스는 수신 노드에 동작 메시지를 반드시 재전송해야 하는 노드(Ni)가 그 이웃 중에서부터 최적 경로를 갖는 즉, 수신 노드로부터 최단 거리를 갖는 것을 선택하도록 한다.
선택은 실시간으로 수행되지 않으나, 라우팅 벡터의 연산 단계에서 수행되고, 네트워크(10)의 구성의 수정이 잇따른다.
노드 각각에 대해, 로직 라우팅 벡터(VRL)은 메시지가 반드시 라우트 되어야 할 이웃 노드의 로직 번호를 수신 노드의 로직 번호와 관련시키는 리스트이다.
매트릭스 형태에서, 네트워크(10)의 노드 각각의 로직 라우팅 벡터를 열 단위로 모으면, 아래와 같다:
Figure 112014042199240-pat00003
네트워크의 노드 각각에 대해 벡터(VRL)를 정의하는 것은 임의의 초기 소스 노드/최종 수신 노드 쌍에 대해 거리 및 결정성에 대해 둘다 최소인 경로에 의한 라우팅을 보장한다.
노드(Ni)의 입력/출력 수단(50)의 상이한 포트의 스위치(70)에 의해 이용되는 물리적 라우팅 벡터는 로직 라우팅 벡터(VRL)에서 이웃 노드(Nj)의 로직 번호를 이웃 노드(Nj)가 연결된 포트의 번호와 대체함에 의해 얻어진다.
매트릭스 형태에서, 네트워크(10)의 노드 각각의 물리적 라우팅 값을 열로 모으면, 아래와 같다.
Figure 112014042199240-pat00004
라우팅 벡터(90)에 대한 연산법
모듈(90)은:
- 인접 매트릭스(A)로부터 이웃(T)의 로직 번호에 대응하는 거리 매트릭스(D)의 열을 연산하기 위한 서브 모듈(92);
- 서브 모듈(92)의 출력으로부터 얻어지는 거리 매트릭스(D)의 열로부터 로직 라우팅 벡터(VRL)를 결정하기 위한 서브 모듈(94); 및
- 서브 모듈(94)의 출력에서 얻어진 로직 라우팅 벡터(VRL)로부터 물리적 라우팅 벡터(VRP)를 결정하기 위한 서브 모듈(96)을 포함한다.
모듈(90)은 이하 설명하는 것처럼 이후의 매트릭스(A)의 업데이트가 실행되도록 할 수 있다.
모듈(90)의 실행은 매트릭스(A)로부터 거리 매트릭스(D)를 연산하기 위하여 서브 모듈(92)의 실행부터 시작한다.
서브 모듈(92)은 매트릭스(A)가 상태 변화의 매트릭스로 고려되는 이러한 유형의 알고리즘을 이행할 수 있다.
그러한 알고리즘에서, N 노드의 그래프가 추정되고, 대각선 매트릭스 Y0=Id가 초기화되고, 대각선 항목 전체는 1이다. 대각선의 1 항목은 초기 상황에서 네트워크의 노드에서의 토큰(token)을 나타낸다.
정수 i에 의해 인덱싱된 각각의 반복 시에, 토큰은 인접 매트릭스(A)에 의해 설명되는 링크에 따른 네트워크에서의 이동한다고 가정한다.
각 반복i 시에, AYi 는 상황 Yi 로부터의 토큰의 번호 및 위치를 제시한다. 이전 홉에서 통과된 노드를 저장하기 위하여, Yi는 결과 AYi 에 추가된다. 그러므로, Yi +1=(A+Id)Yi=(A+Id)kY0이다.
매트릭스(D)의 항목(Dij)은 홉(k)과 같고, 여기서 (Yk -1)ij이 0인 경우, 항목 (Yk)ij는 논-제로가 된다.
N 노드를 갖는 네트워크임을 감안하면, N-1 홉 보다 큰 간단한 경로(즉, 순환 없는 경로)가 존재할 수 없어서, i가 N-1인 경우에 알고리즘을 중단하는 것이 가능하다.
주 대각선 외부의 항목 (Dij) - 여기서, i 는 알고리즘의 끝에서 0인 j와는 다름 - 은 노드(Ni)가 노드(Nj)로부터 도달 할 수 없다는 것을 의미한다. 보다 일반적으로, 독립적 비-제로 대각선 블럭을 도시하는 매트릭스(D)의 행 및 열에 대한 치환을 발견하려면, 연결되지 않은 즉 연결 안되는(disjointed) 서브 네트워크를 포함하는 네트워크에 일치하는 그래프를 갖는다
서브 모듈(92)의 알고리즘의 이하 실시예는 테이블(T)에서 표시되는 이웃의 로직 번호에 대응하는 매트릭스(D)의 열 j 만을 순차적으로 연산하는 간단하고 신속한 방법을 제공한다. 실제로, 노드(Ni)는 그 직접 이웃(Nj)과 관련된 열(Dj)을 연산하는 것만 필요해서 네트워크의 다른 노드 모두로부터의 거리를 결정한다.
1 for j=T(n)
2 for k=2 :N
3 Vj=D( :,j)
4 for i=1 :N
5 if Vj(i)==0
6 If max(Vj*A(i, :))>=1;
7 D(i,j)=k;
8 end
9 end
10 end
11 end
12 D(j,j)=0;
13 end
서브 모듈(92)이 T로 지정된 매트릭스(D)의 열을 연산한다면 모듈(90)의 실행은 서브 모듈(94)의 실행을 통해 계속한다. 서브 모듈(94)은 로직 라우팅 벡터(VRL)을 연산할 수 있다.
이 목적을 위하여, 서브 모듈(94)은 서브 모듈(92)의 출력에서 얻어진 결과로부터 당면한 수신지에 대한 최소 거리를 갖는 직접 이웃의 로직 번호와 수신지의 로직 번호 각각을 관련짓는 로직 라우팅 벡터(VRL)를 구축할 수 있다.
모듈(90)의 실행은 서브 모듈(94)이 로직 라우팅 벡터(VRL)를 업데이트했다면 서브 모듈(96)의 실행을 통해 계속한다. 서브 모듈(96)은 물리적 라우팅 벡터(VRP)를 연산할 수 있다.
이 목적을 위하여, 서브 모듈(96)은 업데이트된 로직 라우팅 벡터(VRL)에서 이웃 노드의 로직 번호를 그 이웃 노드에 연결된 고려된 노드(Ni)의 포트의 번호로 대체할 수 있다.
이렇게 업데이트된 물리적 라우팅(VRP)은 스위치(70)에 제공된다.
매트릭스 A를 크리닝하기 위한 수단(100)
물리적 라우팅 벡터(VRP)의 업데이트는 인접 매트릭스(A)를 크리닝하기 위한 모듈(100)의 실행을 초래한다. 모듈(100)은 고려된 노드(Ni)로부터 액세스 불가능한 네트워크 노드에 대한 전체 정보를 제거하기 위하여 업데이트된 매트릭스(A)가 크리닝되도록 한다.
실제로, 물리적 라우팅 벡터(VRP)가 연산된 경우, 이의 제로 값은 대응하는 노드가 고려된 노드(Ni)로부터 도달할 수 없음을 나타낸다.
인접 매트릭스(A)의 크리닝은 이들 도달 불가능한 노드에 대응하는 매트릭스(A)의 행 및 열 전체를 리세팅하는 것으로 구성된다.
이 동작에 대한 타당성은 정의에 의해 제1 서브 네트워크의 노드는 제1 서브 네트워크와는 연결이 되지 않는 제2 서브 네트워크의 노드 상에서 발생하는 수정을 통지받지 못한다는 사실에 기인한다.
그러므로 크리닝은 초기에 연결되지 않는 두개의 서브 네트워크가 제1 서브 네트워크에 속하는 노드와 제2 서브 네트워크에 속하는 노드 사이의 링크를 설립하는 동안 서로를 발견하는 경우에 발생할 수 있는 모호함을 제거하는 것을 가능하게 한다.
결과적으로, 모듈(100)은 네트워크(10)의 구성의 적절한 관리를 위해 필수적이다.
구성 관리를 위한 수단(80)
도 2에 상세히 도시되는 것처럼, 네트워크(10)의 구성을 관리하기 위한 수단(80)은
- 구성 정보를 필터링하기 위한 서브 모듈(82);
- 매트릭스(A) 및 테이블(T)을 업데이트하기 위한 서브 모듈(84);
- 구성 정보를 다른 네트워크(10)의 노드에 전파하기 위한 서브 모듈(86)
을 포함한다.
포트의 모듈(110)은 내부 구성 정보를 모듈(80)에, 보다 특별하게는 필터링 서브 모듈(82)에 전송한다.
한편, 모듈(120)은 외부 구성 정보를 모듈(80)에, 보다 특별하게는 필터링 서브 모듈(82)에 전송한다.
서브 모듈(82)은 이미 고려되었는지 여부를 확인하기 위하여 인시던트 구성 정보를 필터링한다.
고려되었다면, 이는 구성 정보가 이미 처리되었음을 의미한다. 매트릭스(A)를 수정하거나 네트워크내에 정보를 전파할 필요가 없으며, 그 정보의 제1 수신 동안 이미 이들 동작이 취해진 것이다.
그렇지 않다면, 구성 정보는 매트릭스(A) 및 테이블(T)을 업데이트하기 위하여 서브 모듈(84)에 및 구성 정보를 전파하기 위하여 서브 모듈(86)에 전송된다.
서브 모듈(84)은 다음으로 현재는 액세스 불가능한 이웃 노드의 로직 번호를 제거함에 의해 또는 신규 액세스 가능한 이웃 노드의 로직 번호를 추가함에 의해 이웃의 리스트(T)를 업데이트한다.
서브 모듈(84)은 전송된 구성 정보를 기초로 서브 모듈(82)에 의해 인접 매트릭스(A)를 업데이트한다.
링크(Lij)의 상태가 인액티브인 경우, 매트릭스(A)의 요소 Aij=1은 요소 Aij=0으로 대체된다. 유사하게, 링크(Lij)의 상태가 액티브인 경우, 매트릭스(A)의 요소 Aij=0은 요소 Aij=1로 대체된다.
구성 정보를 전파하기 위한 서브 모듈(86)은 다음으로 이웃 노드가 그들과 네트워크의 현재 구성을 공유하기 위하여 의도된 서비스 메시지를 생성한다.
서비스 메시지는 네트워크의 임의의 두개의 노드 사이의 링크의 상태의 수정을 나타낸다.
서비스 메시지가 각 모듈(62)의 서브 모듈(120)에 의해 재전송되도록 서비스 메시지는 고려된 노드(Ni)의 포트의 상이한 관리 모듈(62)에 전송된다.
서비스 메시지 전송을 위한 이 공정은 동작 메시지 교체를 위해 이용되는 라우팅 수단(스위치(70), 입력 FIFO(60) 및 출력 FIFO(61))을 이용하지 않는다. 서비스 메시지는 그러므로 네트워크(10)에서 이용되는 통신 프로토콜의 하드웨어 계층에서 교체된다. 이 구성 메카니즘은 그러므로 어플리케이션 모듈(20) 사이에서 교체되는 동작 메시지와는 독립적이다.
이 메카니즘으로, 네트워크의 각각의 노드는 구성 정보를 그 중간 이웃에게 전파하여, 네트워크의 임의의 링크의 상태의 수정과 관련된 정보가 전체 네트워크(10)에 신속히 전파된다. 완전한 전파가 Dmax 홉으로 수행된다. 토폴로지 및/또는 그 변형은 그 재구성 위상에서의 네트워크를 통해 브로드캐스트된다.
각 노드(Ni)의 구성을 관리하기 위한 수단(80)은 네트워크(10)에 자기 발견 특성을 제공하여, 그 초기화 및 그 재구성 모두를 보장한다.
실제로, 네트워크(10)의 구성의 전체 관리는 노드 각각의 로컬 관리에 의해 수행된다. 이는 네트워크가 하나 이상의 링크 또는 노드의 소실 또는 출현에 스스로 적응하도록 한다.
이러한 적응의 특성이 획득되었다면, 전체 노드의 연속 손실과 네트워크의 자기 발견 특성을 얻기 위한 랜덤 순서의 그들의 재출현을 고려하는 것을 충분하게 한다.
매트릭스(A)의 각각의 업데이트에 이어, 라우팅 벡터를 연산하기 위한 모듈(90)이 물리적 라우팅 벡터(VRP)를 업데이트하기 위하여 호출된다.
두 재구성 사이에서, 라우팅 벡터는 수정되지 않는다. 이는 스태틱 상태이다. 그러므로, 전체 네트워크 상에서 수행된 라우팅은 스태틱 라우팅이다.
로직 회로
이전 설명은 라우팅 모듈의 기능적 설명이다. 상이한 이행이 고려될 수 있다.
예를 들면, 하나의 특히 유리한 실시예에서, FPGA(field-programmable gate array)와 같은 프로그램 가능한 로직 회로가 상술한 상이한 수단, 모듈 및 서브 모듈을 이행하기 위하여 구성된다.
도 3은 순차형 로직 회로가 인접 매트릭스(A)로부터 물리적 라우팅 벡터(VRP)를 연산하는 것을 가능하게 함을 도시한다.
도 3의 회로는 위에서 도시한 알고리즘의 행 2 내지 12를 생성하고, 자신을 테이블(T)에 표시된 이웃 노드(j)에만 대응하는 매트릭스(D)의 열(Dj)을 연산하는 것에 제한한다.
p 이웃을 갖는 노드에 대해, 위에서 도시한 알고리즘의 행 1 내지 13은 p 사이클 동안 도 3의 로직 회로의 연속 동작이 수행된다.
도 4는 인접 매트릭스(A)로부터 물리적 라우팅 벡터(VRP)의 연산을 허용하는 병렬형의 로직 회로를 도시한다.
병렬형 로직 회로는 물리적 라우팅 벡터를 직접, 즉 중간 구성 파라미터를 통과하지 않고, 취득하도록 하는 이점을 갖는다. 그러한 FPGA 회로의 이행은 결과적으로 간략화된다.
그러나, 회로는 FPGA에서 p 회 이행되며, 여기서 p는 노드의 외부 포트의 수를 나타내고, 결과적으로 가능한 이웃 노드의 최대수를 나타낸다.
다르게는, 전술한 순서 및 병렬형의 로직 회로의 조합으로부터 초래된 임의의 로직 회로가 고려된다.
설명의 명확을 기하기 위하여, 모듈은 특성 T, A, D, VRL 및 VRP를 포함하는 것으로 표시된다. 실제로, 인접 매트릭스(A) 및 물리적 라우팅 벡터(VRP)만이 엄격히 필요하다. 매트릭스(D) 및 벡터(VRL)는 연산 매개체이다. 이웃의 리스트(T)는 매트릭스(A) 및 고려된 노드(Ni)의 로직 번호로부터 용이하게 추론될 수 있다.
다른 이행이 특히 컴퓨터의 메모리내에 저장된 컴퓨터 프로그램의 형태로 고려되며, 그 명령은 컴퓨터의 연산부에 의해 실행 가능하다. 그러한 이행은 특히 본 발명을 많은 수의 노드를 포함하는 메쉬 네트워크에 적용하는 것을 가능하게 한다. 네트워크 상에 신규 노드가 출현할 때마다 재구성 동안 라우팅 벡터를 위한 연산 시간을 제외하고는 특별한 제약없이 일 행 및 일 열 만큼 인접 매트릭스가 증가될 수 있다. 이는 로직 회로가 예를 들면 최대 수의 노드 예를 들면 64개의 노드를 포함하는 네트워크의 구성을 관리하도록 구성되는 하드웨어 이행의 경우와 비교되어야 한다.
도 1의 네트워크가 하나의 특별한 예이다.
재구성 방법 및 전술한 상기 방법의 이행을 허용하는 라우팅 모듈이 임의의 구조적 견고한 메쉬 네트워크, 특히 노드가 포트와 동일한 수를 갖지 않는 네트워크에서 이용 가능하다.
노드는 적어도 하나의 입력 포트(웰 노드) 또는 적어도 하나의 출력 노드(소스 노드), 또는 입력 포트 및/또는 출력 포트, 수개의 내부 포트 등을 포함할 수 있다.

Claims (16)

  1. 링크에 의해 연결되는 N 노드를 포함하는 메쉬 통신 네트워크(10)의 노드(Nk)로서, 각 노드(Nk)는 로직 번호(k)에 의해 상기 네트워크 상에서 식별되며, 상기 노드(Nk)는 적어도 하나의 입력 및/또는 출력 포트(51 내지 54) 및 라우팅 모듈(30)을 포함하며, 상기 라우팅 모듈은:
    상기 네트워크를 위한 구성 데이터로서의, 상기 네트워크의 인접 매트릭스(A) - 상기 인접 매트릭스(A)는 매트릭스 크기가 N ×N이며, 그의 비대각(non-diagonal) 요소(Aij)는 노드(Ni)와 노드(Nj) 사이에 링크가 존재하는 경우에는 1이고, 그렇지 않으면 0이며, 테이블(Tk)은 상기 노드(Nk)의 이웃 네트워크 노드의 로직 번호를 나타냄 - ; 및
    네트워크가 재구성될 때마다 수행되며, 상기 인접 매트릭스(A)와 상기 테이블(Tk)로부터, 라우팅 벡터(VRP)를 연산 가능한, 연산 수단(90)을 포함하며,
    상기 라우팅 벡터는 스태틱이며 상기 노드(Nk)에 의해 전송된 메시지의 최종 수신 노드 각각에 대해 상기 노드(Nk)의 포트를 표시하며, 이에 상기 메시지가 전송되는 이웃 노드가 연결되고, 상기 라우팅 벡터는 상기 입력 및/또는 출력 포트에 의해 메시지를 라우트하는데 이용되는, 노드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 라우팅 모듈은 상기 연산 수단(90)이 상기 구성 데이터로부터 라우팅 벡터(VRP)를 연산한 이후에 상기 인접 매트릭스(A)를 크리닝할 수 있는 크리닝 수단(100)을 포함하는, 노드.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 라우팅 모듈은 상기 네트워크(10)의 링크의 상태 변화에 대한 일 구성 정보의 함수로서 상기 구성 데이터를 업데이트할 수 있는 구성 관리 모듈(80)을 더 포함하는, 노드.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 라우팅 모듈은 상기 네트워크로 전파될 상기 입력 및/또는 출력 포트(51 내지 54)로 전달되려는 구성 메시지를, 상기 네트워크(10)의 링크의 상태 변화에 대한 일 구성 정보의 함수로서, 생성할 수 있는 전송 수단을 포함하는, 노드.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 라우팅 모듈은 상기 입력 및/또는 출력 포트(51 내지 54)에 대한 구성 메시지를 수신하고 구성 정보를 생성할 수 있는 필터링 모듈(82)을 포함하는, 노드.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라우팅 모듈의 상기 연산 수단(90)은 순차 방식이며, 간격 매트릭스(D)의 전체 또는 일부를 연산 매개체로서 이용하는, 노드.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라우팅 모듈의 상기 연산 수단(90)은 병렬 방식인, 노드.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 연산 수단(90)은 순차 연산 수단 및 병렬 연산 수단의 조합인, 노드.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라우팅 모듈을 형성하도록 프로그램되는 프로그램가능 로직 회로를 포함하는, 노드.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 내부 포트라 칭하는 적어도 하나의 입력 및/또는 출력 포트(51)는 어플리케이션 모듈(20)에 연결되도록 설계되고, 외부 포트라 칭하는 전체 또는 각각의 다른 입력 및/또는 출력 포트(52 내지 54)는 상기 네트워크의 노드에 연결되도록 되는, 노드.
  11. 청구항 10에 있어서, 입력 및/또는 출력 포트를 내부 포트 또는 외부 포트로 변환하기 위한 선택 수단(66)을 포함하는, 노드.
  12. 복수개의 링크(Lij)에 의해 연결되는 복수개의 노드(Ni)를 포함하는 메쉬 통신 네트워크(10)로서, 상기 복수개의 노드 중 적어도 하나의 노드는 청구항 10에 기재된 노드인 것을 특징으로 하는, 통신 네트워크.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 네트워크는 스태틱이며 재구성 가능한 것을 특징으로 하는, 통신 네트워크.
  14. 링크에 의해 연결되는 N 노드를 포함하는 메쉬 통신 네트워크(10)의 노드(Ni)에 의해 구현될 수 있는 스태틱 라우팅을 재구성하기 위한 방법으로서, 상기 네트워크의 각 노드는 로직 번호에 의해 상기 네트워크 상에서 식별되며, 적어도 하나의 입력 및/또는 출력 포트(51 내지 54)를 포함하며, 이하의 단계들:
    상기 네트워크의 각각의 노드(Nk)에 대해, 상기 네트워크를 위한 구성 데이터로서, 상기 네트워크의 인접 매트릭스(A)를 제공하는 단계 - 상기 인접 매트릭스(A)는 매트릭스 크기가 N ×N이며, 그의 비대각(non-diagonal) 요소(Aij)는 노드(Ni)와 노드(Nj) 사이에 링크가 존재하는 경우에는 1이고, 그렇지 않으면 0이며, 테이블(Tk)은 상기 노드(Nk)의 이웃 네트워크 노드의 로직 번호를 나타냄 - ; 및
    상기 네트워크의 각각의 노드(Nk)에 대해, 상기 인접 매트릭스(A)와 상기 테이블(Tk)로부터, 라우팅 벡터(VRL, VRP)를 연산하는 단계 - 상기 라우팅 벡터(VRL, VRP)는 고려된 노드(Nk)의 입력 및/또는 출력 포트에 의해 이용되는, 스태틱 라우팅을 재구성하기 위한 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 라우팅 벡터를 연산하기 위한 단계 이후에, 네트워크의 각 노드(Nk)에 대해, 인접 매트릭스(A)를 크리닝하는 단계로 구성된 크리닝 단계를 포함하는, 스태틱 라우팅을 재구성하기 위한 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 상기 네트워크의 각 노드에서, 상기 고려된 노드에 대한 구성 데이터를 상기 네트워크(10)의 링크의 상태 변화에 대한 일 구성 정보의 함수로서 업데이트하는 단계로 구성되는 구성 관리 단계를 포함하는, 스태틱 라우팅을 재구성하기 위한 방법.
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