KR102430076B1 - 차량 네트워크 시스템에서 시간 동기화 스위치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

차량 네트워크 시스템에서 시간 동기화 스위치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템에서 시간 동기화 스위치는, 타임 스탬프를 저장하는 하드웨어 클럭 발생기, 제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 슬레이브에 연결되는 제 1 마스터 포트, 제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 슬레이브에 연결되는 제 2 마스터 포트, 상기 제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 그랜드 마스터에 연결되는 제 1 슬레이브 포트, 상기 제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 그랜드 마스터에 연결되는 제 2 슬레이브 포트, 상기 제 1 타임 도메인에 대응하는 제 1 전파 지연 정보를 저장하는 제 1 타임 기저 리소스, 및 상기 제 2 타임 도메인에 대응하는 제 2 전파 지연 정보를 저장하는 제 2 타임 기저 리소스를 포함할 수 있다.

Description

차량 네트워크 시스템에서 시간 동기화 스위치 및 그것의 동작 방법{SWITCH FOR TIME SYNCRHONIZATION IN VEHICLE NETWORK SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량 네트워크 시스템의 시간 동기화 스위치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 산업에서 안전성과 생산성의 이슈가 증가함에 따라 신뢰성과 재사용성을 보장해 주는 표준화된 소프트웨어 플랫폼의 필요성이 증가되고 있다. AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture)는 이러한 신뢰성과 재사용성을 목적으로 개발된 차량 전장용 소프트웨어 표준 플랫폼으로써 많은 자동차 회사에서 AUTOSAR를 기반으로 개발한 플랫폼이 탑재된 상용차 개발에 주력하고 있다. AUTOSAR 구조는 차량 제어의 기본 단위인 전자제어장치(electronic control unit; ECU)에 탑재되며, 각 ECU 들은 기능 수행을 위한 기본 소프트웨어(basic software; BSW) 모듈과 이들 위에서 동작하는 응용 소프트웨어 컴포넌트들, 그리고 이들 간의 통신을 지원해주는 런타임 환경(runtime environment; RTE)으로 이루어져 있다. 이 중 일부 BSW 모듈들은 AUTOSAR에서 표준에서 규정하는 AUTOSAR 서비스를 제공하는데, BSW 모듈들에 의해 제공되는 AUTOSAR 서비스는 상위의 응용 레벨과 BSW의 표준 기능을 사용하는 것을 지원하며, 다양한 종류의 AUTOSAR 서비스에 대한 표준 인터페이스를 정의하고 있다. 이에 따라, AUTOSAR 기반의 차량 응용 소프트웨어를 설계하려는 사용자는 AUTOSAR에서 제공하는 규격화된 다양한 AUTOSAR 서비스를 이용함으로써 고품질의 차량 응용 소프트웨어를 구현할 수 있다.
미국등록특허: US 10,574,348, 출원일: 2017.02.21, 제목: Method for time synchronization between communication nodes in network
본 발명의 목적은 멀티 타임 도메인에 동작하는 차량 네트워크 시스템의 시간 동기화 스위치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 네트워크 시스템의 시간 동기화 스위치는, 타임 스탬프를 제공하는 하드웨어 클럭 발생기; 제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 슬레이브에 연결되는 제 1 마스터 포트; 제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 슬레이브에 연결되는 제 2 마스터 포트; 상기 제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 그랜드 마스터에 연결되는 제 1 슬레이브 포트; 상기 제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 그랜드 마스터에 연결되는 제 2 슬레이브 포트; 상기 제 1 타임 도메인에 대응하는 제 1 전파 지연 정보를 저장하는 제 1 타임 기저 리소스; 및 상기 제 2 타임 도메인에 대응하는 제 2 전파 지연 정보를 저장하는 제 2 타임 기저 리소스를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 초기 동기화 단계에서 싱크 메시지 및 팔로우-업 메시지를 수신함으로써, 마스터 대비 시간이 흐르는 속도가 계산되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 시간이 흐르는 속도는 비율 정정 인자(Rate Correction Factor; RCF)를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 비율 정정 인자를 이용하여 전파 지연 타임이 계산되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 동작 동기화 단계에서 상기 전파 지연 타임과 상기 비율 정정 인자를 이용하여 그랜드 마스터와 슬레이브 사이의 최초 시간 오차가 계산되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 타임 스탬프, 비율 정정 인자, 및 최초 시간 오차를 이용하여 상기 타임 스탬프를 변환하고, 상기 변환된 타임 스탬프는 그랜드 마스터의 시간으로 대응하는 슬레이브로 gPTP(general Precision Time Protocol) 동작에 의해 전송되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제 1 타임 도메인과 상기 제 2 타임 도메인은 서로 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 네트워크 시스템에서 시간 동기화 스위치의 동작 방법은, 복수의 타임 도메인들의 각각에 대응하는 비율 정정 인자를 계산하기 위하여 초기 동기화 동작을 수행하는 단계; 상기 비율 정정 인자를 이용하여 상기 복수의 타임 도메인들의 각각에 대응하는 전파 지연 타임을 계산하는 단계; 및 상기 비율 정정 인자 및 상기 전파 지연 타임을 이용하여 최초 시간 오차를 계산하기 위하여 동기화 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 초기 동기화 동작을 수행하는 단계는, 그랜드 마스터로부터 싱크 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 그랜드 마스터로부터 팔로우-업 메시지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 전파 지연 타임을 계산하는 단계는, 상기 그랜드 마스터에 요청 메시지를 전송하는 단계; 상기 그랜드 마스터로부터 상기 요청 메시지에 대응하는 전파 지연 응답 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 전파 지연 응답 메시지의 팔로우-업 메시지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 동기화 동작을 수행하는 단계는, 그랜드 마스터로부터 싱크 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 그랜드 마스터로부터 팔로우-업 메시지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 타임 도메인들의 각각에 대응하는 상기 비율 정정 인자 및 상기 최초 시간 오차를 이용하여 타임 스탬프를 변경하는 단계; 및 상기 변경된 타임 스탬프를 그랜드 마스터의 시간으로 대응하는 슬레이브로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 변경된 타임 스탬프는 gPTP(general Precision Time Protocol) 동작에 의해 상기 슬레이브로 전송되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 네트워크 시스템의 시간 동기화 스위치 및 그것의 동작 방법은, 서로 다른 타임 도메인에 대응하는 지연 시간 정보를 타임 스탬프에 반영하는 시간 동기화 동작을 수행함으로써, 하나의 스위치로 간단하게 시간 동기화 시스템을 구현할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시간 동기화 시스템(10)을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 gPTP 메시지를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시간 동기화 스위치의 시간 동기화 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 그랜드 마스터(GM1)와 스위치(100) 사이의 초기 동기화 과정을 설명하기 위한 래더 다이어그램들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스위치에서 전파 지연 타임을 계산하는 과정을 예시적으로 보여주는 래더 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위치의 동작 동기화 단계를 예시적으로 보여주는 래더 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스위치에 의해 동기화된 상태를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시간 동기화 시스템(10)의 시간 동기화 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
기존 특허에 기재된 방법은 네트워크 전체가 한 개의 타임 도메인에 속한다. 이렇게 네트워크가 구성된 상태에서, 타임 도메인을 여러 개로 분리하고 싶을 때에는, 스위치를 추가해서 별도의 네트워크를 다시 구성하는 수밖에 없다. 제안하는 아이디어는 이미 구축한 네트워크에서 스위치 추가 없이 다중 타임 도메인을 유동성 있게 설정할 수 있는 방법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시간 동기화 시스템(10)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 시간 동기화 시스템(10)은 멀티 타임 도메인의 시간 동기화를 수행하기 위한 시간 동기화 스위치(100)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 설명의 편의를 위하여 2개의 타임 도메인들(제 1 타임 도메인과 제 2 타임 도메인)이 도시된다. 한편, 본 발명의 타임 도메인의 개수가 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.
도 1을 다시 참조하면, 시기 동기화 스위치(100)는 타임 스탬프를 제공하는 하드웨어 클럭 발생기(101), 제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 슬레이브(SA)에 연결되는 제 1 마스터 포트(M1), 제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 슬레이브(SB)에 연결되는 제 2 마스터 포트(M2), 제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 그랜드 마스터(GM1)에 연결되는 제 1 슬레이브 포트(S1), 제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 그랜드 마스터(GM2)에 연결되는 제 2 슬레이브 포트(S2), 제 1 타임 도메인에 대응하는 제 1 전파 지연 정보를 저장하는 제 1 타임 기저 리소스(TBR1), 및 제 2 타임 도메인에 대응하는 제 2 전파 지연 정보를 저장하는 제 2 타임 기저 리소스(TBR2)를 포함할 수 있다.
도 1에서, SMTB는 동기화된 마스터 타임 베이스(Synchronized Master Time Base)이고, STB는 동기화된 슬레이브 타임 베이스(Synchronized Slave Time Base)이고, TBR는 타임 베이스 리소스(Time Base Resource)이고, GM는 그랜드 마스터(Grand Master)이고, M는 마스터(Master)이고, S는 슬레이브(Slave)이다.
제 2 타임 도메인에서 gPTP(general Precision Time Protocol) 메시지가 송/수신될 수 있다. 일반적으로 PTP는 서로 다른 장치의 클럭을 동기화하여 μs 이하의 시간 정확도를 달성하는 데 사용되는 네트워크 기반의 시간 동기화 통신 프로토콜이다. PTP(Precision Time Protocol)는 이더넷 기반의 프로토콜이다. PTP는 물리계층에 포함되므로 이더넷 네트워크상의 모든 장치에 대한 정밀 시간 동기화를 실현하는 하드웨어 기반 타임 스탬핑이라고 말할 수 있다. PTP는 상대적 시간 동기화 메커니즘이다. 어느 한 장치를 마스터 클럭으로 작동하도록 선택하면, 이 마스터 클럭은 모든 슬레이브에 시간 동기화 메시지를 전달한다. 시간 동기화 텔레그램이 네트워크로 전송되면서 동기화 프로세스는 시작된다. 모든 장치(슬레이브)는 자신의 로컬 타임과 마스터 클럭 사이의 시간 차이(지연)를 계산하여 단계적으로 2 μs 이내에 이 시간 차이에 적응한다.
AUTOSAR 4.2.1 이후, “Time Base Manager" (StbM)가 제공되고 있다. 이는 런타임 환경에 대한 FlexRay, CAN, 및 Ethernet의 버스에 시간 기반 생성기(버스 제공자 모듈)는 추상화하며, 어플리케이션에 대해 “entation Time”을 사용하도록 하기 위함이다. 버스 제공자들은 각 물리적 버스에 대한 개별 프로토콜을 통해 Ethernet 버스 제공자가 IEEE 802.1을 토대로 하는 gPTP(general PTP)를 사용하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스위치(100)에서 각각의 타임 도메인에 속하는 슬레이브 포트와 마스터 포트는 하나의 TBR 객체를 공유하고 있다. 예를 들어, 스위치(100)는 제 2 그랜드 마스터(GM2)와 송/수신하는 gPTP 메시지의 타임 스탬프 값을 이용하여, 전파 지연 타임(pdelay(d))/ 시간 오차(time drift (θ)) / 비율 정정 인자(rate correction factor (r))값을 계산하고, 계산된 pdelay(d) / time drift (θ) / rate correction factor (r)를 TBR2 객체에 저장할 수 있다.
스위치(100)에서 타임 스탬프(time stamp)의 값을 전송할 때, 스위치(100)는 하드웨어 클럭 생성기(101)의 레지스터 저장된 실제 타임 스탬프를 기존에 계산된 전파 지연 정보(d / θ / r)을 이용하여 보정하고, 보정된 타임 스탬프를 다음에 메시지 전송할 수 있다.
일반적인 스위치는 하드웨어 클럭의 값을 변경 후(즉, 선보정 한 후), 변경된 시간 기반으로 타임 스탬프를 전송하고 있다. 이를 위해서는 타임 도메인의 개수만큼 스위치를 필요로 한다. 반면에, 본 발명의 실시예에 따른 시간 동기화 시스템(10)은 메시지를 보낼 때, 시간값을 보정하는 후보정 방식을 이용함으로써, 하나의 스위치(100)에서 복수의 타임 도메인 운영을 가능하게 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 gPTP 메시지를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, gPTP 메시지 헤더의 타임 도메인 필드로 어느 TBR에 적용되어야 할 gPTP 메시지인지 구분될 수 있다.
이더넷 네트워크 관리(Ethernet Network Management) 메시지 송신 시 도 2에 도시된 바와 같은 헤더가 기본적으로 사용된다. AVB 네트워크 상의 모든 노드들은 각각 RTC(Real Time Clock)를 구비하여, RTC 기반의 시간 정보를 gPTP 메시지를 통해 주기적으로 주고 받으면서 시간을 동기화한다. 이러한 gPTP 메시지는 Announce, Signaling, Sync, Follow_Up, pDelay_Req, pDelay_Resp, pDelay_Resp_Follow_Up 등의 메시지 타입을 포함할 수 있다. 이중 Announce 메시지는 CurrentUtcOffset, Priority, ClockQuality, grandmasterIdentity 등의 구체적인 기준 시간 정보들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시간 동기화 스위치의 시간 동기화 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3를 참조하면, 시간 동기화 동작은 다음과 같이 진행될 수 있다.
스위치(100)와 멀티 타임 도메인 중에서 어느 하나의 타임 도메인의 그랜드 마스터(GM) 사이에 비율 정정 인자(Rate Correction Factor; r)를 계산하기 위하여 초기 동기화 단계가 진행될 수 있다(S110). 이후에 스위치(100)는 비율 정정 인자를 이용하여 타임 도메인에 대응하는 전파 지연 타임을 계산할 수 있다(S120). 계산된 전파 지연 타임은 TBR 객체에 저장될 수 있다. 이후, 스위치(100)는 비율 정정 인자 및 전파 지연 타임을 이용하여 그랜드 마스터와 슬레이브 사이의 최초 시간 오차를 계산하기 위하여 동기화 동작을 수행할 수 있다(S130). 이후에 타임 도메인 내의 슬레이브에 동기화 시간을 전달하기 위하여 전파 지연 타임을 반영한 동기화 시간을 계산하고, 계산된 동기화 시간을 슬레이브에 전송할 수 있다.
실시예에 있어서, 초기 동기화 동작을 수행하는 것은, 그랜드 마스터로부터 싱크 메시지를 수신하는 것; 및 그랜드 마스터로부터 팔로우-업 메시지를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 전파 지연 타임을 계산하는 것은, 그랜드 마스터에 요청 메시지를 전송하는 것; 그랜드 마스터로부터 요청 메시지에 대응하는 전파 지연 응답 메시지를 수신하는 것; 및 전파 지연 응답 메시지의 팔로우-업 메시지를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 동기화 동작을 수행하는 것은, 그랜드 마스터로부터 싱크 메시지를 수신하는 것; 및 그랜드 마스터로부터 팔로우-업 메시지를 수신하는 것을 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 복수의 타임 도메인들의 각각에 대응하는 비율 정정 인자 및 최초 시간 오차를 이용하여 타임 스탬프가 변경되고, 변경된 타임 스탬프는 그랜드 마스터의 시간으로 대응하는 슬레이브로 전송될 수 있다. 실시예에 있어서, 변경된 타임 스탬프는 gPTP(general Precision Time Protocol) 동작에 의해 슬레이브로 전송될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 그랜드 마스터(GM1)와 스위치(100) 사이의 초기 동기화 과정을 설명하기 위한 래더 다이어그램들이다. 도 4를 참조하면, 그랜드 마스터(GM1)과 스위치(100) 사이의 초기 동기 과정의 제 1 단계가 도시되고 있다.
초기 동기화 단계에서, 스위치(100)의 제 1 타임 도메인의 슬레이브 모듈은, 각 단계마다 동기화 메시지(Sync) 및 팔로어-업 메시지(Follow_Up)를 수신하고, 마스터 대비 시간이 흐르는 속도를 계산할 수 있다. 팔로워-업 메시지(Pdelay_Resp_Follwo_Up)는 송신(Egress) 타임 스탬프(T1)를 포함한다. 스위치(100)는 동기화 메시지(Sync)를 수신한 수신(Ingress) 타임 스탬프(t2)를 저장할 수 있다.
계산된 속도 값은 각 단계에서 rn 의 값으로 계산될 수 있다.
Figure 112020136126656-pat00001
여기서 T1, T2는 엔드 포인트(예를 들어, GM1)의 시각이고, 대응하는 t1, t2는 스위치(100)의 시각이다. 시작 시 비율 정정 인자(Rate correction factor; r)는 0으로 초기화 된다. 즉, r= r1= 0.
매번 새로 계산되는 rn의 값이 가장 최근에 업데이트 된 r 값 대비 ±threshold 값을 초과할 때, r 값은 rn 으로 업데이트 된다. 새로 업데이트 된 이후 k번 동안 연속으로 threshold 값을 초과하지 않으면, 전파 지연 타임(pdelay) 계산 단계로 진입할 수 있다. 예를 들어, r = 1/3 이면, 슬레이브의 시간이 마스터의 시간 보다 3배 빨리 흐름. 즉 마스터에서 1초 증가하는 동안 슬레이브에서는 3초가 증가하다.
도 5를 참조하면, 그랜드 마스터(GM1)과 스위치(100) 사이의 초기 동기화 과정의 제 2 단계가 도시되고 있다.
이 시점에 Init sync step1의 T1, t2 값, Init sync step2의 T1, t2 값 알고 있다. 따라서, 제일 처음으로 업데이트 되는 r값은 다음의 수학식을 만족한다.
Figure 112020136126656-pat00002
도 6을 참조하면, 그랜드 마스터(GM1)과 스위치(100) 사이의 초기 동기화 과정의 제 n 단계가 도시되고 있다. 지금까지 구한 rn 값이 k 번 동안 연속으로 r2 값 대비 ±threshold 값을 초과하지 않으면, r값은 최종적으로 r2로 결정되고, pdelay 계산 단계로 진입한다. 계산된 rn값은 아래의 수학식으로 표현된다.
Figure 112020136126656-pat00003
만일, r 값이 계산되면, 슬레이브의 시간에 r값을 곱하여 마스터의 시간 단위로 환산할 수 있다. 실제 use case에서는 r값은 거의 1에 가까우며, 거의 변하지 않고 최초에 업데이트 된 값이 유지된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스위치에서 전파 지연 타임을 계산하는 과정을 예시적으로 보여주는 래더 다이어그램이다.
도 7을 참조하면, 스위치(100)는 전파 지연 타임을 계산을 위한 요청 메시지(Pdelay_Req)를 그랜드 마스터(GM1)에 전송하고, 그랜드 마스터(GM1)로부터 요청 메시지에 대한 응답 메시지(Pdelay_Resp) 및 전파 지연 타임 팔로워-업 메시지(Pdelay_Resp_Follwo_Up)를 수신할 수 있다. 여기서 응답 메시지(Pdelay_Resp)는 수신(Ingress) 타임 스탬프(T2)를 포함하고, 팔로워-업 메시지(Pdelay_Resp_Follwo_Up)는 송신(Egress) 타임 스탬프(T3)를 포함한다.
스위치(100)는 요청 메시지(Pdelay_Req)를 전송한 송신 타임스탬프(t1), 엔드 스테이션과 동기화된 타임 스탬프(t2, t3), 팔로워-업 메시지(Pdelay_Resp_Follwo_Up)를 수신한 수신(Ingress) 타임 스탬프(T4)를 저장할 수 있다.
Pdelay(d)값을 마스터 시간단위로 환산하기 위하여 앞서 구한 r 값을, 슬레이브 측의 시간에 곱해준다. 전파 지연 타임(d)은 아래의 수학식을 만족한다.
Figure 112020136126656-pat00004
실제 use case에서 d 값은 거의 변하지 않으며, 다음 단계에서 구한 d값이 기존 값 대비, ±threshold값을 초과하면 새로운 값으로 업데이트 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위치의 동작 동기화 단계를 예시적으로 보여주는 래더 다이어그램이다.
동작 동기화 단계는 초기 동기화 단계와 마찬가지로, 각 단계마다 Sync, Follow_Up 메시지를 수신하고, 마스터 대비 시간이 흐르는 속도를 계산하고, r 값을 관리하는 동작을 수행할 수 있다.
또한, 동작 동기화 단계는, 추가적으로 마스터와 슬레이브 사이의 최초 시간 오차(Time drift θ, slave 시간 0을 기준으로 마스터와의 시간차이)값을 구하는 과정을 수행할 수 있다. 여기서 시간 오차(θ)는 아래의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112020136126656-pat00005
r, d, θ 구한 이후, 동일 시점의 마스터와 슬레이브의 시간 관계는 아래와 같다.
실시예에 있어서, 변경된 타임스탬프(X)는 타임스탬프(x), 비율 정정 인자(r), 및 시간 오차(θ)에 의해 결정될 수 있다(X - θ = x*r ⇒ X = x*r + θ). 즉, 임의의 슬레이브 시간 시점의 마스터의 시간을 계산 가능하다. 슬레이브 모듈은 전파 지연 정보(r, d, θ)를 계산 한 후에, 계산된 전파 지연 정보를 클럭에 직접 적용하여 클럭값을 변경하지 않고, TBR1 객체에 전달할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스위치에 의해 동기화된 상태를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, SA 는 일반적인 엔드 스테이션(예를 들어, 그랜드 마스터)의 gPTP 동작을 따른다. M1에서 SA로 전달하는 모든 시간 값은, 기록된 타임 스탬프 값을 x라고 할 때, X = x*r + θ 로 변환하여 GM1의 시간이 전달될 수 있다.
제 2 타임 도메인에서는 도 4 내지 도 9에서 설명한 제 1 타임 도메인과 시간 동기화 동작과 독립적으로 상술 된 시간 동기화 과정이 진행될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 시간 동기화 시스템(10)의 시간 동기화 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, S1의 시간이 GM1의 시간보다 3배 빠르게 흐를 때 시간 동기화 과정이 도시되고 있다.
본 발명은 엔드 스테이션에 적용되던 적응형 AUTOSAR의 시간 동기화 모듈(TSYNC)을 스위치에 변경 적용함으로써, 여러 개의 타임 도메인을 하나의 스위치로 구성할 수 있다. 본 발명은 802.1AS-2020 표준을 지원하는 시간 동기화 시스템을 구현하데 이용될 수 있다.
적응형 AUTOSAR와 연동된 모빌진 싱크과 본 발명의 멀티 타임 도메인 적용 가능한 스위치를 사용하면, 차량 네트워크에서 서로 다른 타임 도메인을 사용해야 하는 케이스의 자율 주행 플랫폼 구현 시, 스위치 하나로 간단하게 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시예들에서 동시에 일어날 수 있다. 실시예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
10: 시간 동기화 시스템
100: 시간 동기화 스위치 회로
101: 하드웨어 클럭 발생기
M1, M2: 마스터 포트
S1, S2: 슬레이브 포트

Claims (13)

  1. 차량용 네트워크 시스템에서 시간 동기화 스위치에 있어서,
    타임 스탬프를 제공하는 하드웨어 클럭 발생기;
    제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 슬레이브에 연결되는 제 1 마스터 포트;
    제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 슬레이브에 연결되는 제 2 마스터 포트;
    상기 제 1 타임 도메인에서 동작하는 제 1 그랜드 마스터에 연결되는 제 1 슬레이브 포트;
    상기 제 2 타임 도메인에서 동작하는 제 2 그랜드 마스터에 연결되는 제 2 슬레이브 포트;
    상기 제 1 타임 도메인에 대응하는 제 1 전파 지연 정보를 저장하는 제 1 타임 기저 리소스; 및
    상기 제 2 타임 도메인에 대응하는 제 2 전파 지연 정보를 저장하는 제 2 타임 기저 리소스를 포함하고,
    상기 제1 전파 지연 정보와 상기 제2 전파 지연 정보는, 상기 제1 타임 도메인과 상기 제2 타임 도메인 각각에 대응하는 비율 정정 인자(Rate Correction Factor; RCF)와, 상기 제1 타임 도메인과 상기 제2 타임 도메인 각각에 대응하는 전파 지연 타임을 포함하고,
    상기 비율 정정 인자와 상기 전파 지연 타임을 이용하여 최초 시간 오차를 계산함으로써, 상기 제 1 그랜드 마스터와 상기 제 1 슬레이브의 시간 동기화와, 상기 제 2 그랜드 마스터와 상기 제 2 슬레이브의 시간 동기화를 독립적으로 지원하는 시간 동기화 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    초기 동기화 단계에서 싱크 메시지 및 팔로우-업 메시지를 수신함으로써, 마스터 대비 시간이 흐르는 속도가 계산되는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 스위치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시간이 흐르는 속도는 상기 비율 정정 인자를 포함하는 시간 동기화 스위치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비율 정정 인자를 이용하여 상기 전파 지연 타임이 계산되는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 스위치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 타임 스탬프, 비율 정정 인자, 및 최초 시간 오차를 이용하여 상기 타임 스탬프를 변환하고, 상기 변환된 타임 스탬프는 그랜드 마스터의 시간으로 대응하는 슬레이브로 gPTP(general Precision Time Protocol) 동작에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 스위치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 타임 도메인과 상기 제 2 타임 도메인은 서로 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 스위치.
  8. 차량 네트워크 시스템에서 시간 동기화 스위치의 동작 방법에 있어서,
    복수의 타임 도메인들의 각각에 대응하는 비율 정정 인자를 계산하기 위하여 초기 동기화 동작을 수행하는 단계;
    상기 비율 정정 인자를 이용하여 상기 복수의 타임 도메인들의 각각에 대응하는 전파 지연 타임을 계산하는 단계; 및
    상기 비율 정정 인자 및 상기 전파 지연 타임을 이용하여 최초 시간 오차를 계산하기 위하여 동기화 동작을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 초기 동기화 동작을 수행하는 단계는,
    그랜드 마스터로부터 싱크 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 그랜드 마스터로부터 팔로우-업 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전파 지연 타임을 계산하는 단계는,
    그랜드 마스터에 요청 메시지를 전송하는 단계;
    상기 그랜드 마스터로부터 상기 요청 메시지에 대응하는 전파 지연 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 전파 지연 응답 메시지의 팔로우-업 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 동기화 동작을 수행하는 단계는,
    그랜드 마스터로부터 싱크 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 그랜드 마스터로부터 팔로우-업 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 타임 도메인들의 각각에 대응하는 상기 비율 정정 인자 및 상기 최초 시간 오차를 이용하여 타임 스탬프를 변경하는 단계; 및
    상기 변경된 타임 스탬프를 그랜드 마스터의 시간으로 대응하는 슬레이브로 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 변경된 타임 스탬프는 gPTP(general Precision Time Protocol) 동작에 의해 상기 슬레이브로 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101506138B1 (ko) * 2011-03-29 2015-03-26 알까뗄 루슨트 원격통신 네트워크에서 시간 분배를 위한 방법, 장치 및 시스템

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