KR102545466B1 - Network system based on industrial internet of things - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업 사물 인터넷에 기반한 네트워크 시스템에 관한 것으로, 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 무선 통신 장치는 적어도 하나의 플로우(flow)에 대응되는 패킷(packet)을 수신하는 패킷 수신부와, 상기 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷에 피기백(piggyback)되어 있는 네트워크 파라미터(network parameter)를 저장하고, 상기 플로우의 우선순위 및 상기 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 플로우에 대한 전송 타임 슬롯(time slot)을 제어하는 타임 슬롯 제어부 및 상기 제어된 타임 슬롯에서 상기 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷을 송신하는 패킷 송신부를 포함한다.The present invention relates to a network system based on the Industrial Internet of Things, and a wireless communication device of a network system according to an embodiment includes a packet receiver for receiving a packet corresponding to at least one flow, and at least one of the packets. stores a network parameter piggybacked in a packet corresponding to a flow of the flow, and transmits a time slot for the flow based on at least one of the priority of the flow and the stored network parameter ) and a packet transmission unit for transmitting a packet corresponding to the at least one flow in the controlled time slot.
Description
본 발명은 산업 사물 인터넷(IIoT)에 기반한 네트워크 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업 사물 인터넷에서 실시간 적응성을 보장하는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to a network system based on the Industrial Internet of Things (IIoT), and more particularly, to a technical idea that guarantees real-time adaptability in the Industrial Internet of Things (IIoT).
산업 무선 통신 표준 프로토콜인 WirelessHART는 대표적인 중앙 집중형 무선 센서-액추에이터 네트워크(wireless sensor and actuator network, WSAN)로서, 산업 공정 자동화를 위해 무선 통신 기반의 산업 장비의 제어를 주된 목적으로 하고 있다. WirelessHART, an industrial wireless communication standard protocol, is a representative centralized wireless sensor and actuator network (WSAN), and its main purpose is to control industrial equipment based on wireless communication for industrial process automation.
WSAN의 핵심 이슈 중 하나는 장비 제어 시 안정성을 보정하는 데 있다. 그러나, 현재 무선 통신 특성 상 데이터 전송률 및 전송 지연에 대한 불확실성으로 인해 시스템 제어의 안정성 보장이 어려운 실정이다. One of the key issues of WSAN is to compensate for the stability of equipment control. However, it is difficult to guarantee the stability of system control due to the uncertainty of data transmission rate and transmission delay due to the characteristics of current wireless communication.
이에, 기존에는 안정성을 보장하기 위해 데이터 전송 주기 및 전송률 (네트워크 파라미터)을 적응적으로 변경하는 네트워크 자원 분배 최적화 알고리즘들이 제안되었으나, 해당 네트워크는 구조적 특성 상 알고리즘을 통해 선택된 파라미터를 네트워크 통신 디바이스로 전달하기 위한 특정 시간 구간 (dissemination interval 또는 operation message 슬롯)이 반드시 필요하다. 이러한 특성은 네트워크 및 물리 시스템에 문제(외란)가 발생하더라도 해당 구간이 도래하기 전까진 대응할 수 없다는 것을 의미한다. Accordingly, network resource distribution optimization algorithms that adaptively change the data transmission period and transmission rate (network parameters) have been proposed in the past to ensure stability, but the network transmits the parameters selected through the algorithm to the network communication device due to its structural characteristics. A specific time interval (dissemination interval or operation message slot) for This characteristic means that even if a problem (disturbation) occurs in the network and physical system, it cannot respond until the corresponding section arrives.
즉, 네트워크의 실시간 적응성 보장에 대한 어려움이 중앙 집중형 네트워크의 근본적인 한계점이며, 이를 개선하려는 연구는 진행되고 있지 않다.In other words, the difficulty in guaranteeing real-time adaptability of the network is a fundamental limitation of centralized networks, and research to improve this is not in progress.
본 발명은 각 노드에서 글로벌 스케줄(global schedule)에 따른 제어가 없이 스스로 자체 전송 타임 슬롯을 결정할 수 있는 네트워크 시스템을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a network system in which each node can determine its own transmission time slot without control according to a global schedule.
또한, 본 발명은 각 노드 스스로 데이터를 전달하고, 변경된 네트워크 파라미터에 실시간으로 적응할 수 있는 네트워크 시스템을 제공하고자 한다. In addition, the present invention intends to provide a network system capable of transmitting data by itself to each node and adapting to changed network parameters in real time.
또한, 본 발명은 전송 시간을 인위적으로 불일치 시켜 글로벌 스케줄의 부재에 따른 전송 패킷의 충돌을 방지할 수 있는 네트워크 시스템을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is intended to provide a network system capable of preventing collision of transmission packets due to the absence of a global schedule by artificially mismatching transmission times.
또한, 본 발명은 실시간 적응성 보장을 통해 시스템에 외란 발생 시 보다 빠르게 대응할 수 있고, 이로 인해 높은 안정성을 보장하는 네트워크 시스템을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is intended to provide a network system that can more quickly respond to disturbances in the system through guarantees of real-time adaptability, thereby guaranteeing high stability.
본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 무선 통신 장치는 적어도 하나의 플로우(flow)에 대응되는 패킷(packet)을 수신하는 패킷 수신부와, 상기 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷에 피기백(piggyback)되어 있는 네트워크 파라미터(network parameter)를 저장하고, 상기 플로우의 우선순위 및 상기 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 플로우에 대한 전송 타임 슬롯(time slot)을 제어하는 타임 슬롯 제어부 및 상기 제어된 타임 슬롯에서 상기 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷을 송신하는 패킷 송신부를 포함할 수 있다. A wireless communication device of a network system according to an embodiment of the present invention includes a packet receiver for receiving packets corresponding to at least one flow, and piggybacking packets corresponding to the at least one flow. ), and a time slot control unit for controlling a transmission time slot for the flow based on at least one of the priority of the flow and the stored network parameter, and the controlled A packet transmission unit for transmitting a packet corresponding to the at least one flow in a time slot may be included.
일측에 따르면, 네트워크 파라미터는 전송주기(transmission period)에 관한 파라미터와 링크 당 재전송 슬롯(retransmission slots) 수에 관한 파라미터를 포함할 수 있다. According to one side, the network parameters may include a parameter related to a transmission period and a parameter related to the number of retransmission slots per link.
일측에 따르면, 타임 슬롯 제어부는 상기 플로우의 우선순위에 기초하여 상기 전송 타임 슬롯 내에서 상기 플로우에 대응되는 패킷을 송신하는 시점에 대응되는 전송 오프셋 시간을 제어할 수 있다. According to one side, the time slot control unit may control a transmission offset time corresponding to a timing of transmitting a packet corresponding to the flow within the transmission time slot based on the priority of the flow.
일측에 따르면, 상기 타임 슬롯 제어부는 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제1 플로우 보다 우선순위가 낮은 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 상기 전송 타임 슬롯의 제1 전송 오프셋 시간에서 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷이 전송 되도록 제어할 수 있다. According to one side, the time slot controller receives a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to a second flow having a lower priority than the first flow, at the first transmission offset time of the transmission time slot. A packet corresponding to the first flow may be controlled to be transmitted.
일측에 따르면, 상기 타임 슬롯 제어부는 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 상기 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제1 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제2 전송 오프셋 시간에서 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷이 전송 되도록 제어할 수 있다. According to one side, when the packet corresponding to the first flow and the packet corresponding to the second flow are received, the time slot control unit delays the transmission time slot by a predetermined first time from the first transmission offset time. At a transmission offset time of 2, the packet corresponding to the second flow can be controlled to be transmitted.
일측에 따르면, 상기 타임 슬롯 제어부는 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 상기 제1 오프셋 시간 보다 기설정된 제2 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제3 오프셋 시간까지 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신을 대기하도록 제어할 수 있다. According to one side, when the packet corresponding to the second flow is received, the time slot control unit corresponds to the first flow until a third offset time of the transmission time slot delayed by a predetermined second time from the first offset time It can be controlled to wait for the reception of packets to be received.
본 발명의 일실시예에 따른 네트워크 시스템은 네트워크를 구성하는 복수의 노드 및 상기 네트워크에서 적어도 하나의 플로우(flow)에 대응되는 전송 경로를 설정하는 컨트롤러를 포함하고, 복수의 노드 중 상기 전송 경로에 대응되는 적어도 하나의 릴레이 노드는 상기 플로우에 대응되는 패킷(packet)을 수신하고, 상기 수신된 패킷에 피기백(piggyback)되어 있는 네트워크 파라미터(network parameter)를 저장하며, 상기 플로우의 우선순위 및 상기 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 플로우에 대한 전송 타임 슬롯(time slot)을 제어할 수 있다. A network system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of nodes constituting a network and a controller for setting a transmission path corresponding to at least one flow in the network, and among the plurality of nodes, the transmission path At least one corresponding relay node receives a packet corresponding to the flow, stores a network parameter piggybacked in the received packet, and stores the priority of the flow and the A transmission time slot for the flow may be controlled based on at least one of the stored network parameters.
일측에 따르면, 상기 복수의 노드 각각은 반-이중 송수신기(half-duplex radio transceivers)가 장착된 센서 및 엑추에이터를 포함할 수 있다. According to one side, each of the plurality of nodes may include sensors and actuators equipped with half-duplex radio transceivers.
일측에 따르면, 상기 네트워크 파라미터는 전송주기(transmission period)에 관한 파라미터와 링크 당 재전송 슬롯(retransmission slots) 수에 관한 파라미터를 포함할 수 있다. According to one side, the network parameter may include a parameter related to a transmission period and a parameter related to the number of retransmission slots per link.
일측에 따르면, 상기 복수의 노드 중 상기 전송 경로에 대응되는 소스 노드는 상기 컨트롤러로부터 상기 플로우에 대응되는 메시지를 수신하여 상기 패킷을 생성하고, 상기 패킷에 상기 네트워크 파라미터를 피기백할 수 있다. According to one side, a source node corresponding to the transmission path among the plurality of nodes may generate the packet by receiving a message corresponding to the flow from the controller, and piggyback the network parameter to the packet.
일측에 따르면, 상기 적어도 하나의 릴레이 노드는 상기 플로우의 우선순위에 기초하여 상기 전송 타임 슬롯 내에서 상기 플로우에 대응되는 패킷을 다음 노드로 송신하는 시점에 대응되는 전송 오프셋 시간을 제어할 수 있다. According to one side, the at least one relay node may control a transmission offset time corresponding to a timing of transmitting a packet corresponding to the flow to a next node within the transmission time slot based on the priority of the flow.
일측에 따르면, 상기 적어도 하나의 릴레이 노드는 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제1 플로우 보다 우선순위가 낮은 제2 플로우에 대응되는 패킷을 수신하면, 상기 전송 타임 슬롯의 제1 전송 오프셋 시간에서 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷을 다음 노드로 전송할 수 있다. According to one side, when the at least one relay node receives a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to a second flow having a lower priority than the first flow, the first transmission offset time of the transmission time slot A packet corresponding to the first flow may be transmitted to the next node.
일측에 따르면, 상기 적어도 하나의 릴레이 노드는 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 상기 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제1 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제2 전송 오프셋 시간에서 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷을 다음 노드로 전송할 수 있다. According to one side, when the at least one relay node receives a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to the second flow, the transmission time slot delayed by a predetermined first time than the first transmission offset time A packet corresponding to the second flow may be transmitted to the next node at the second transmission offset time of .
일측에 따르면, 상기 적어도 하나의 릴레이 노드는 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷을 수신하면, 상기 제1 오프셋 시간 보다 기설정된 제2 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제3 오프셋 시간까지 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신을 대기할 수 있다.According to one side, when the at least one relay node receives a packet corresponding to the second flow, the first flow until a third offset time of the transmission time slot delayed by a preset second time than the first offset time It is possible to wait for reception of packets corresponding to .
일실시예에 따르면, 본 발명은 각 노드에서 글로벌 스케줄(global schedule)에 따른 제어가 없이 스스로 자체 전송 타임 슬롯을 결정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each node can determine its own transmission time slot without control according to a global schedule.
또한, 본 발명은 각 노드 스스로 데이터를 전달하고, 변경된 네트워크 파라미터에 실시간으로 적응할 수 있다.In addition, the present invention can transmit data by itself to each node and adapt to changed network parameters in real time.
또한, 본 발명은 전송 시간을 인위적으로 불일치 시켜 글로벌 스케줄의 부재에 따른 전송 패킷의 충돌을 방지할 수 있다. In addition, the present invention can prevent collision of transport packets due to the absence of a global schedule by artificially mismatching transmission times.
또한, 본 발명은 실시간 적응성 보장을 통해 시스템에 외란 발생 시 보다 빠르게 대응할 수 있고, 이로 인해 높은 안정성을 보장할 수 있다.In addition, the present invention can more quickly respond to disturbances in the system through the guarantee of real-time adaptability, thereby guaranteeing high stability.
도 1은 일실시예에 따른 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 무선 통신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 노드의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 노드에서 전송 타임 슬롯을 제어하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 일실시예에 따른 네트워크 시스템에서 제3 오프셋 시간을 최적화하는 예시를 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 7b는 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 성능 측정 결과를 설명하는 도면이다.1 is a diagram for explaining a network system according to an embodiment.
2 is a diagram for explaining a wireless communication device of a network system according to an embodiment.
3 is a diagram for explaining a configuration example of a node of a network system according to an embodiment.
4A to 4C are diagrams for explaining an example of controlling a transmission time slot in a node of a network system according to an embodiment.
5A and 5B are diagrams illustrating an example of optimizing a third offset time in a network system according to an embodiment.
6A to 7B are diagrams illustrating performance measurement results of a network system according to an exemplary embodiment.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document will be described with reference to the accompanying drawings.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes of the embodiments.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the invention, the detailed description will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like elements.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as "A or B" or "at least one of A and/or B" may include all possible combinations of the items listed together.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," may modify the corresponding components regardless of order or importance, and are used to distinguish one component from another. It is used only and does not limit the corresponding components.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a (e.g., first) element is referred to as being "(functionally or communicatively) connected" or "connected" to another (e.g., second) element, an element is referred to as another (e.g., second) element. It may be directly connected to, or connected through another component (eg, a third component).
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, "configured to (or configured to)" means "suitable for," "having the ability to," "changed to" depending on the situation, for example, hardware or software ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression "device configured to" can mean that the device is "capable of" in conjunction with other devices or components.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "a processor configured (or configured) to perform A, B, and C" may include a dedicated processor (eg, embedded processor) to perform the operation, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may mean a general-purpose processor (eg, CPU or application processor) capable of performing corresponding operations.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x employs a or b' means any one of the natural inclusive permutations.
상술한 구체적인 실시예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the specific embodiments described above, components included in the invention are expressed in singular or plural numbers according to the specific embodiments presented.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, singular or plural expressions are selected appropriately for the presented situation for convenience of explanation, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even components expressed in plural are composed of a singular number or , Even components expressed in the singular can be composed of plural.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the description of the invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea contained in the various embodiments.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.
도 1은 일실시예에 따른 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining a network system according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 네트워크 시스템(100)은 각 노드에서 글로벌 스케줄(global schedule)에 따른 제어가 없이 스스로 자체 전송 타임 슬롯을 결정할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
또한, 네트워크 시스템(100)은 각 노드 스스로 데이터를 전달하고, 변경된 네트워크 파라미터에 실시간으로 적응할 수 있다. In addition, the
또한, 네트워크 시스템(100)은 전송 시간을 인위적으로 불일치 시켜 글로벌 스케줄의 부재에 따른 전송 패킷의 충돌을 방지할 수 있다. In addition, the
또한, 네트워크 시스템(100)은 실시간 적응성 보장을 통해 시스템에 외란 발생 시 보다 빠르게 대응할 수 있고, 이로 인해 높은 안정성을 보장할 수 있다. In addition, the
이를 위해, 일실시예에 따른 네트워크 시스템(100)은 네트워크(110)를 구성하는 복수의 노드(N) 및 컨트롤러(controller)(120)를 포함할 수 있다. To this end, the
일측에 따르면, 복수의 노드(N) 각각은 반-이중 송수신기(half-duplex radio transceivers)가 장착된 센서 및 엑추에이터를 포함할 수 있다. 다시 말해, 네트워크(110)는 멀티-홉(multi-hop) 기반의 무선 센서-액추에이터 네트워크(wireless sensor and actuator network, WSAN)일 수 있다. According to one side, each of the plurality of nodes N may include sensors and actuators equipped with half-duplex radio transceivers. In other words, the
예를 들면, 각각의 노드(N)에 구비된 센서들은 플랜트(plant)와 직접 연결되어 측정 값을 도출하고, 도출된 측정 값을 멀티-홉 네트워크를 통해 컨트롤러(120)에 주기적으로 전달할 수 있다. For example, sensors provided in each node N may derive measurement values by being directly connected to a plant, and periodically transmit the derived measurement values to the
또한, 컨트롤러(120)는 제어 명령을 생성하고, 생성된 제어 명령을 포함하는 메시지를 멀티 홉 네트워크를 통해 제어 명령에 대응되는 노드(N)로 전달할 수 있으며, 노드(N)와 연결된 플랜트는 제어 명령에 기초하여 액추에이터의 동작을 제어할 수 있다. In addition, the
일측에 따르면, 컨트롤러(120)는 중앙 서버로 구현되어, 네트워크(110)와 플랜트 모두의 상태를 측정하여 네트워크 파라미터(network parameter)를 조정하면서 동시에 모든 플랜트를 제어할 수 있다. According to one side, the
일실시예에 따른 컨트롤러(120)는 네트워크(110)에서 적어도 하나의 플로우(flow)에 대응되는 전송 경로를 설정할 수 있다. The
구체적으로, 컨트롤러(120)는 플로우에 대응되는 소스 노드(source node)와 목적지 노드(destination node)를 설정하고, 설정된 소스 노드와 목적지 노드를 연결하는 적어도 하나의 전송 경로를 설정할 수 있으며, 적어도 하나의 전송 경로 상에는 적어도 하나의 릴레이 노드(relay node)가 포함될 수 있다.Specifically, the
일측에 따르면, 동일 플로우에 대응되는 전송 경로 상에 위치한 노드들(소스 노드, 적어도 하나의 릴레이 노드 및 목적지 노드)은 서로 시간 동기화될 수 있다.According to one side, nodes (a source node, at least one relay node, and a destination node) located on a transmission path corresponding to the same flow may be synchronized in time with each other.
보다 구체적으로, 컨트롤러(120)는 방향성 그래프(directed graph) 로 네트워크(110)를 모델링할 수 있으며, 여기서 V는 노드 집합(set)을 나타내고 E는 노드 집합 V를 구성하는 노드와 연결된 링크 집합을 나타낸다. 또한, 링크 는 소스 노드 es와 목적지 노드 ed 즉, 간의 링크를 나타낸다. More specifically, the
컨트롤러(120)는 기설정된 소스 라우팅 정책(source routing policy)에 기초하여 소스 노드로부터 목적지 노드로의 플로우 별 적어도 하나의 전송 경로를 설정할 수 있다. The
또한, 플로우 에 대한 전송 경로 는 n 개의 링크 로 구현될 수도 있다.Also, flow transmission path for is n links may be implemented as
예를 들면, 플로우 는 로 특성화될 수 있으며, 여기서 Ti는 플로우에 대응되는 전송주기(transmission period), Ci는 확률적 실행시간(probabilistic execution time, pET), Di는 전송주기 Ti와 같은 상대적인 기한(relative deadline)을 나타낸다.For example, flow Is , where T i is a transmission period corresponding to the flow, C i is a probabilistic execution time (pET), and D i is a relative deadline such as T i ).
컨트롤러(120)는 링크 당 패킷 손실 확률(packet loss probability per link)을 고려하여 확률적 실행시간(pET)을 설계할 수 있다. The
일측에 따르면, 컨트롤러(120)는 복수의 플로우가 존재하는 경우, 복수의 플로우 각각에 대한 우선순위를 결정할 수 있다. According to one side, when a plurality of flows exist, the
예를 들면, 컨트롤러(120)는 제1 플로우와 제2 플로우가 존재하는 경우, 제1 플로우를 우선순위가 높은 플로우()로 설정하고, 제2 플로우를 상대적으로 우선순위가 낮은 플로우()로 설정할 수 있다. For example, when a first flow and a second flow exist, the
일측에 따르면, 전송 경로에 대응되는 소스 노드는 컨트롤러(120)로부터 플로우에 대응되는 메시지를 수신하여 패킷(packet)을 생성하고, 생성된 패킷에 네트워크 파라미터를 피기백(piggyback)할 수 있으며, 네트워크 파라미터가 피기백된 패킷을 전송 경로 상 다음 노드(릴레이 노드)로 송신할 수 있다. According to one side, the source node corresponding to the transmission path may receive a message corresponding to the flow from the
예를 들면, 소스 노드는 컨트롤러(120)로부터 수신한 메시지에 기초하여 네트워크 파라미터를 설정 및 피기백할 수 있다. 또한, 소스 노드는 컨트롤러(120)로부터 네트워크 파라미터가 반영된 메시지를 수신하고, 수신한 네트워크 파라미터를 피기백할 수도 있다. For example, the source node may set and piggyback network parameters based on messages received from the
일측에 따르면, 네트워크 파라미터는 전송주기에 관한 파라미터와 링크 당 재전송 슬롯(retransmission slots) 수에 관한 파라미터를 포함할 수 있다. 여기서, 전송주기에 관한 파라미터는 소스 노드가 패킷을 생성하는 기간에 관한 파라미터를 의미하고, 링크 당 재전송 슬롯 수에 관한 파라미터는 전송 경로에 대응되는 노드 각각에서 패킷을 전송하기 위한 전송 시도 횟수의 임계값을 의미할 수 있다.According to one side, the network parameters may include a parameter related to a transmission period and a parameter related to the number of retransmission slots per link. Here, the parameter related to the transmission period means a parameter related to the period during which the source node generates packets, and the parameter related to the number of retransmission slots per link is the threshold of the number of attempts to transmit packets in each node corresponding to the transmission path. can mean value.
또한, 패킷은 플로우 ID 정보 및 플로우에 대응되는 플랜트의 제어 명령을 포함할 수 있다.In addition, the packet may include flow ID information and a plant control command corresponding to the flow.
일측에 따르면, 소스 노드는 전송 경로 상에 위치한 노드들의 통신 상태의 모니터링 결과 및 전송 경로 상에 위치한 노드들 중 적어도 하나의 노드로부터 수신되는 요청 신호 중 적어도 하나에 기초하여 네트워크 파라미터를 재설정할 수 있다. 또한, 소스 노드는 재설정된 파라미터를 패킷에 피기백하여 전송 경로 상 다음 노드로 송신할 수 있다. According to one side, the source node may reset network parameters based on at least one of a request signal received from at least one node among nodes located on the transmission path and monitoring results of communication states of nodes located on the transmission path. . In addition, the source node may piggyback the reset parameter into a packet and transmit it to the next node on the transmission path.
구체적으로, 피기백은 전송할 패킷에 네트워크 매개 변수를 저장하는 메커니즘으로, 일실시예에 따른 네트워크 시스템(100)은 모든 네트워크 노드에 정보를 브로드캐스트(즉, 글로벌 스케줄)하는 일반적인 중앙 집중식 접근 방식과 달리 설정/변경된 네트워크 파라미터를 플로우 라우팅 경로(flow routing path), 즉 적어도 하나의 플로우에 대응되는 전송 경로 상에 위치한 노드에만 전달할 수 있다. Specifically, piggyback is a mechanism for storing network parameters in packets to be transmitted. The
즉, 일실시예에 따른 네트워크 시스템(100)은 소스 노드의 즉각적인 네트워크 파라미터의 결정을 통해 네트워크의 실시간 적응성 보장할 수 있으며, 이를 통해 시스템에 외란 발생 시 보다 빠르게 대응하여 높은 안정성을 보장할 수 있다.That is, the
한편, 전송 경로에 대응되는 적어도 하나의 릴레이 노드는 플로우에 대응되는 패킷을 수신하고, 수신된 패킷에 피기백되어 있는 네트워크 파라미터를 저장하며, 플로우의 우선순위 및 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 플로우에 대한 전송 타임 슬롯(time slot)을 제어할 수 있다. Meanwhile, at least one relay node corresponding to the transmission path receives a packet corresponding to the flow, stores a network parameter piggybacked in the received packet, and based on at least one of the priority of the flow and the stored network parameter A transmission time slot for a flow can be controlled.
다시 말해, 전송 경로에 대응되는 노드들은 글로벌 스케줄의 수신 없이 각 노드 스스로 자체 전송 타임 슬롯을 결정할 수 있다. In other words, nodes corresponding to the transmission path can determine their own transmission time slots without receiving a global schedule.
일측에 따르면, 적어도 하나의 릴레이 노드는 발생되는 라디오 이벤트(radio event)에 기초하여 전송 타임 슬롯을 제어할 수 있다. According to one side, at least one relay node may control a transmission time slot based on a radio event that occurs.
예를 들면, 라디오 이벤트는 적어도 하나의 플로우에 따른 패킷의 수신동작 및 송신동작 중 적어도 하나의 동작에 따른 이벤트일 수 있으며, 바람직하게는 라디오 이벤트는 적어도 하나의 플로우에 따른 패킷의 우선순위 및 전송 패킷의 충돌 타입에 따른 이벤트를 의미할 수 있다. For example, the radio event may be an event according to at least one of a packet reception operation and a transmission operation according to at least one flow, and preferably, the radio event is a packet priority and transmission according to at least one flow. This may mean an event according to a packet collision type.
전송 패킷의 충돌 타입에 따른 이벤트는 이후 실시예 도 4a 내지 도 4c를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Events according to collision types of transport packets will be described in more detail with reference to FIGS. 4A to 4C.
구체적으로, 적어도 하나의 릴레이 노드는 플로우의 우선순위에 기초하여 전송 타임 슬롯 내에서 플로우에 대응되는 패킷을 전송 경로 상 다음 노드(다음 릴레이 노드 또는 목적지 노드)로 송신하는 시점에 대응되는 전송 오프셋 시간을 제어할 수 있다. Specifically, at least one relay node transmits the packet corresponding to the flow within the transmission time slot based on the priority of the flow to the next node (next relay node or destination node) on the transmission path Transmission offset time corresponding to the point in time can control.
일측에 따르면, 적어도 하나의 릴레이 노드는 제1 플로우에 대응되는 패킷과 제1 플로우 보다 우선순위가 낮은 제2 플로우에 대응되는 패킷을 수신하면, 전송 타임 슬롯의 제1 전송 오프셋 시간에서 제1 플로우에 대응되는 패킷을 다음 노드로 전송할 수 있다. According to one side, when at least one relay node receives a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to the second flow having a lower priority than the first flow, the first flow at the first transmission offset time of the transmission time slot A packet corresponding to can be transmitted to the next node.
또한, 적어도 하나의 릴레이 노드는 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제1 시간만큼 지연된 전송 타임 슬롯의 제2 전송 오프셋 시간에서 제1 플로우에 대응되는 패킷을 다음 노드로 전송할 수 있다. In addition, at least one relay node may transmit a packet corresponding to the first flow to the next node at a second transmission offset time of a transmission time slot delayed by a predetermined first time from the first transmission offset time.
바람직하게는 제1 전송 오프셋 시간은 전송 타임 슬롯의 시작 시점인 0ms이고, 제2 전송 오프셋 시간은 3ms일 수 있다. Preferably, the first transmission offset time is 0 ms, which is the start time of the transmission time slot, and the second transmission offset time may be 3 ms.
일측에 따르면, 적어도 하나의 릴레이 노드는 제2 플로우에 대응되는 패킷을 수신하면, 제1 오프셋 시간 보다 기설정된 제2 시간만큼 지연된 제3 오프셋 시간까지 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신을 대기할 수 있다. 바람직하게는 제3 오프셋 시간은 5ms일 수 있다. According to one side, when receiving a packet corresponding to the second flow, at least one relay node waits for reception of a packet corresponding to the first flow until a third offset time delayed by a preset second time from the first offset time can Preferably, the third offset time may be 5 ms.
구체적으로, 적어도 하나의 릴레이 노드는 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신없이 제2 플로우에 대응되는 패킷만을 수신하면, 제1 전송 타임 슬롯의 제3 오프셋 시간까지(일례로, 0ms 내지 5ms) 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신을 대기할 수 있으며, 제1 전송 타임 슬롯의 제3 오프셋 시간까지의 대기 시간동안 제1 플로우에 대응되는 패킷이 수신되지 않으면 제1 전송 타임 슬롯의 제3 오프셋 시간 이후에 제2 플로우에 대응되는 패킷을 송신할 수 있다.Specifically, when at least one relay node receives only a packet corresponding to the second flow without receiving a packet corresponding to the first flow, up to the third offset time of the first transmission time slot (eg, 0ms to 5ms) It is possible to wait for reception of a packet corresponding to flow 1, and if the packet corresponding to the first flow is not received during the waiting time until the third offset time of the first transmission time slot, the third offset time of the first transmission time slot After that, a packet corresponding to the second flow may be transmitted.
또한, 적어도 하나의 릴레이 노드는 대기 시간동안 제1 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 제2 전송 타임 슬롯에서 제2 플로우에 대응되는 패킷을 송신할 수 있다.Also, if a packet corresponding to the first flow is received during the waiting time, at least one relay node may transmit a packet corresponding to the second flow in a second transmission time slot.
바람직하게는, 적어도 하나의 릴레이 노드는 대기 시간동안 제1 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 제2 전송 타임 슬롯의 제1 전송 오프셋 시간에 제1 플로우에 대응되는 패킷을 송신하고, 제2 전송 타임 슬롯의 제2 전송 오프셋 시간에 제2 플로우에 대응되는 패킷을 송신할 수 있다. Preferably, the at least one relay node transmits a packet corresponding to the first flow at a first transmission offset time of a second transmission time slot when a packet corresponding to the first flow is received during the waiting time, and the second transmission A packet corresponding to the second flow may be transmitted at the second transmission offset time of the time slot.
즉, 일실시예에 따른 네트워크 시스템(100)은 패킷의 전송 시간을 인위적으로 불일치 시켜 글로벌 스케쥴의 부재에 따른 전송 패킷의 충돌을 방지할 수 있다.That is, the
도 2는 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 무선 통신 장치를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a wireless communication device of a network system according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 무선 통신 장치(200)는 도 1을 통해 설명한 노드 각각에 포함될 수 있다. 따라서 도 2를 통해 설명하는 내용 중 도 1을 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 2 , a
무선 통신 장치(200)는 패킷 수신부(210), 타임 슬롯 제어부(220) 및 패킷 송신부(230)를 포함할 수 있다. The
일실시예에 따른 패킷 수신부(210)는 적어도 하나의 플로우(flow)에 대응되는 패킷(packet)을 수신할 수 있다. The
일실시예에 따른 타임 슬롯 제어부(220)는 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷에 피기백(piggyback)되어 있는 네트워크 파라미터(network parameter)를 저장하고, 플로우의 우선순위 및 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 플로우에 대한 전송 타임 슬롯(time slot)을 제어할 수 있다. The time
예를 들면, 네트워크 파라미터는 전송주기(transmission period)에 관한 파라미터와 링크 당 재전송 슬롯(retransmission slots) 수에 관한 파라미터를 포함할 수 있다. For example, the network parameters may include a parameter related to a transmission period and a parameter related to the number of retransmission slots per link.
타임 슬롯 제어부(220)는 플로우의 우선순위에 기초하여 전송 타임 슬롯 내에서 플로우에 대응되는 패킷을 송신하는 시점에 대응되는 전송 오프셋 시간을 제어할 수 있다.The time
일측에 따르면, 타임 슬롯 제어부(220)는 제1 플로우에 대응되는 패킷과 제1 플로우 보다 우선순위가 낮은 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 전송 타임 슬롯의 제1 전송 오프셋 시간에서 제1 플로우에 대응되는 패킷이 전송 되도록 제어할 수 있다. According to one side, the
또한, 타임 슬롯 제어부(220)는 제1 플로우에 대응되는 패킷과 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제1 시간만큼 지연된 전송 타임 슬롯의 제2 전송 오프셋 시간에서 제2 플로우에 대응되는 패킷이 전송 되도록 제어할 수 있다. In addition, when a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to the second flow are received, the time
일측에 따르면, 타임 슬롯 제어부(220)는 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 제1 오프셋 시간 보다 기설정된 제2 시간만큼 지연된 제3 오프셋 시간까지 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신을 대기할 수 있다. According to one side, when a packet corresponding to the second flow is received, the
한편, 타임 슬롯 제어부(220)는 프로토콜의 형태로 구현될 수 있다. 타임 슬롯 제어부(220)를 프로토콜로 구현하는 예시는 이후 실시예 도 3을 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Meanwhile, the
일실시예에 따른 패킷 송신부(230)는 제어된 타임 슬롯에서 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷을 송신할 수 있다. The
도 3은 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 노드의 구성예를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining a configuration example of a node of a network system according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 네트워크 시스템에서 네트워크를 구성하는 각각의 노드(300)는 물리계층(PHY), 맥계층(MAC), 넷계층(NET) 및 응용계층(APP)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, each
일측에 따르면, 맥계층(MAC)은 피기백 기능(piggyback), 패킷 송수신 기능(Rx-Tx) 및 전송 오프셋 시간 제어 기능(TxOffset)을 제어할 수 있다. According to one side, the Mac layer (MAC) may control a piggyback function (piggyback), a packet transmission/reception function (Rx-Tx), and a transmission offset time control function (TxOffset).
피기백 기능(piggyback)은 플로우에 대응되는 패킷에 네트워크 파라미터를 피기백하는 기능 및 수신된 패킷에 피기백된 네트워크 파라미터를 저장하는 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The piggyback function may include at least one of a function of piggybacking a network parameter to a packet corresponding to a flow and a function of storing the piggybacked network parameter in a received packet.
패킷 송수신 기능(Rx-Tx)은 플로우의 우선순위 및 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 플로우에 대한 전송 타임 슬롯을 제어하는 기능을 포함할 수 있다. The packet transmission/reception function (Rx-Tx) may include a function of controlling a transmission time slot for a flow based on at least one of flow priority and stored network parameters.
전송 오프셋 시간 제어 기능(TxOffset)는 복수의 플로우 각각에 대한 우선순위에 기초하여 전송 오프셋 시간을 제어하는 기능을 포함할 수 있다. The transmission offset time control function (TxOffset) may include a function of controlling the transmission offset time based on a priority for each of a plurality of flows.
도 4a 내지 도 4c는 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 노드에서 전송 타임 슬롯을 제어하는 예시를 설명하기 위한 도면이다. 4A to 4C are diagrams for explaining an example of controlling a transmission time slot in a node of a network system according to an embodiment.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 참조부호 410은 글로벌 스케쥴의 부재에 따라 발생 가능한 전송 패킷의 충돌 타입을 도시하고, 참조부호 420은 적어도 하나의 플로우에 대응되는 전송 경로에 위치한 노드들의 동작예를 도시하며, 참조부호 430은 전송 경로에 위치한 각각의 노드의 패킷 송수신에 따른 상태 전이(state transition)의 동작예를 도시한다. Referring to FIGS. 4A to 4C,
참조부호 410에 따르면, 일실시예에 따른 네트워크 시스템은 글로벌 스케줄 없이 적어도 하나의 플로우에 대응되는 전송 경로 상에 위치한 노드들에 전달된 네트워크 파라미터에 기초하여 각각의 노드에서 스스로 자체 전송 타임 슬롯을 결정할 수 있다. According to
즉, 일실시예에 따른 네트워크 시스템은 글로벌 스케쥴의 부재에 따라 공동 수신자(common receiver, CR) 충돌, 낮은 플로우 수신자(low-flow receiver, LR) 충돌, 낮은 플로우 송신자 (low-flow sender, LS) 충돌 및 공동 발신자(common sender, CS) 충돌 중 적어도 하나의 전송 충돌이 발생될 수 있다. That is, according to the absence of a global schedule, the network system according to an embodiment collides with a common receiver (CR), collides with a low-flow receiver (LR), and collides with a low-flow sender (LS). At least one transmission collision of a collision and a common sender (CS) collision may occur.
구체적으로, 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 각 노드는 반-이중 무선 통신에 기반하므로 패킷을 동시에 송수신할 수 없으며, 이에 전송 충돌이 발생되면 인접 노드에서의 패킷의 동시 송수신에 의해 발생되는 패킷 손실 및 전송 지연을 야기할 수 있다. Specifically, since each node of the network system according to an embodiment is based on half-duplex wireless communication, it is impossible to simultaneously transmit and receive packets. Accordingly, when transmission collision occurs, packet loss caused by simultaneous transmission and reception of packets in adjacent nodes and transmission delay.
CR 충돌은 노드에서 우선 순위가 높은 플로우 에 대응되는 패킷과 우선 순위가 낮은 플로우 에 대응되는 패킷을 동시에 수신함에 따른 발생되는 전송 충돌을 의미할 수 있다. CR conflicts are high-priority flows in nodes. Packets corresponding to and low-priority flows This may mean a transmission collision caused by simultaneously receiving packets corresponding to .
LR 충돌은 노드에서 사전에 수신한 우선 순위가 높은 플로우 에 대응되는 패킷을 송신할 때 인접 노드로부터 우선 순위가 낮은 플로우 에 대응되는 패킷을 수신함에 따라 발생되는 전송 충돌을 의미할 수 있으며, 이때 노드는 플로우 에 대응되는 패킷을 송신하는 과정에 있으므로 인접 노드는 플로우 에 대응되는 패킷이 송신되지 않도록 제어될 수 있다. LR collisions are high-priority flows previously received by the node. A flow with a low priority from an adjacent node when sending a packet corresponding to It may mean a transmission collision that occurs as a result of receiving a packet corresponding to Since it is in the process of transmitting the packet corresponding to, the adjacent node flows It can be controlled so that the packet corresponding to is not transmitted.
LS 충돌은 노드에서 사전에 수신한 우선 순위가 낮은 플로우 에 대응되는 패킷을 송신할 때 인접 노드로부터 우선 순위가 높은 플로우 에 대응되는 패킷을 수신함에 따른 전송 충돌을 의미할 수 있으며, 이때 노드는 플로우 에 대응되는 패킷을 송신하는 동안 인접 노드로부터 플로우 에 대응되는 패킷을 수신하지 못하도록 제어될 수 있다. LS collisions are low-priority flows previously received by the node. A flow with a high priority from an adjacent node when sending a packet corresponding to It may mean a transmission collision due to receiving a packet corresponding to Flows from neighboring nodes while sending packets corresponding to It can be controlled not to receive a packet corresponding to .
CS 충돌은 노드에서 사전에 수신한 우선 순위가 높은 플로우 에 대응되는 패킷과 우선 순위가 낮은 플로우 에 대응되는 패킷을 동시에 송신함에 따른 발생되는 전송 충돌일 수 있다.A CS collision is a high priority flow previously received by a node. Packets corresponding to and low-priority flows It may be a transmission collision caused by simultaneously transmitting packets corresponding to .
참조부호 420 내지 430에 따르면, 일실시예에 따른 네트워크 시스템은 제1 내지 제3 이벤트에 따라 전송 오프셋 시간을 적응적으로 제어할 수 있다. According to
제1 이벤트는 플로우의 우선 순위에 관한 것으로, 노드 u에서 수신한 플로우가 우선 순위가 높은 플로우 인 경우(즉, 노드 SH로부터 패킷을 수신한 경우), 플로우 에 대응되는 패킷을 제1 전송 오프셋 시간(offset1)에 할당할 수 있다. The first event is related to the priority of the flow, and the flow received from node u has a higher priority. If (i.e. packet received from node SH), flow A packet corresponding to may be allocated to the first transmission offset time (offset 1 ).
제2 이벤트는 노드에서의 충돌 타입 집합에 LS 충돌이 속하지 않는 경우(즉, )에 관한 것으로, 이 경우 노드 u에서 송신되는 패킷은 제2 전송 오프셋 시간(offset2)에 할당할 수 있다.The second event occurs when the LS collision does not belong to the collision type set at the node (ie, ), in this case, the packet transmitted from the node u can be allocated to the second transmission offset time (offset 2 ).
제3 이벤트는 충돌 타입 집합에 LS 충돌이 속하는 경우(즉, )에 관한 것으로, 이 경우 노드 u에서 송신되는 패킷은 제3 전송 오프셋 시간(offset3) 이후에 처리되도록 할당할 수 있다.The third event occurs when the LS collision belongs to the collision type set (ie, ), in this case, packets transmitted from node u may be allocated to be processed after the third transmission offset time (offset 3 ).
구체적으로, 네트워크 시스템은 노드 u에서 플로우 에 대응되는 패킷을 전송할 때 전송 충돌 및 패킷 지연이 발생하지 않도록 제어할 수 있다.Specifically, the network system flows from node u When a packet corresponding to is transmitted, it is possible to control transmission collision and packet delay not to occur.
예를 들면, 플로우 에 대응되는 패킷 및 플로우 에 대응되는 패킷이 동시에 수신되면 노드 u는 자체 전송을 취소하더라도 플로우 에 대응되는 패킷 은 수신을 해야한다. 이러한 선점(preemption)을 달성하기 위해, 네트워크 시스템은 플로우 에 대응되는 패킷을 전송하는 시간을 제1 전송 오프셋 시간(즉, 0ms)로 설정할 수 있다. For example, flow Corresponding packets and flows If the packet corresponding to is received at the same time, node u cancels its own transmission, but the flow The packet corresponding to must be received. To achieve this preemption, the network system must The time for transmitting the packet corresponding to may be set to the first transmission offset time (ie, 0 ms).
또한, 네트워크 시스템에서 목적지 노드 dH는 플로우 에 대응되는 패킷 및 플로우 에 대응되는 패킷을 동시에 수신할 수 있으며, 이 경우 목적지 노드 dH는 캡처 효과(capture effect)에 따른 하드웨어 특성으로 인해 서로 다른 패킷의 전송 타이밍이 3ms의 차이가 있으면 서로 다른 두 패킷을 수신할 수 있다. 즉, 네트워크 시스템은 플로우 에 대응되는 패킷을 전송하는 시간을 제2 전송 오프셋 시간(즉, 3ms)로 설정할 수 있다. Also, in the network system, the destination node d H is the flow Corresponding packets and flows In this case, the destination node d H can receive two different packets if there is a difference of 3 ms between the transmission timings of different packets due to hardware characteristics according to the capture effect. there is. In other words, the network system flows The time for transmitting the packet corresponding to may be set to the second transmission offset time (ie, 3 ms).
한편, 네트워크 시스템에서 노드 u는 플로우 에 대응되는 패킷을 수신하여 송신하기 전에 플로우 에 대응되는 패킷이 수신될 가능성이 있으며, 이 경우 플로우 에 대응되는 패킷이 플로우 에 대응되는 패킷을 선점하기 위해서 노드 u는 패킷 수신을 인식 할 수 있는 최소 시간 간격 동안 플로우 에 대응되는 패킷의 송신을 보류하도록 제어될 수 있다. On the other hand, in the network system, node u is the flow Flow before receiving and sending packets corresponding to There is a possibility that a packet corresponding to is received, in which case the flow The packet corresponding to flows In order to preempt the packet corresponding to , node u flows for the minimum time interval that can recognize packet reception. It can be controlled to hold transmission of packets corresponding to .
이 경우와 같이, 플로우 의 선점으로 인한 지연된 플로우 의 전송을 선점 효과(preemption effect)라 하며, 네트워크 시스템은 선점 효과를 위해 제3 전송 오프셋 시간(즉, 5ms) 동안 플로우 에 대응되는 패킷의 송신을 보류하도록 제어할 수 있다. As in this case, the flow delayed flow due to preemption of The transmission of is called a preemption effect, and the network system flows during the third transmission offset time (i.e., 5 ms) for the preemption effect. It can be controlled to hold transmission of packets corresponding to .
한편, 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 전송 경로에 위치한 각각의 노드는 패킷의 송수신 과정에서 수신 준비 상태(ready-to-receive, RRx), 수신 상태(receive, Rx), 송신 준비 상태(ready-to-transmit, RTx), 지연 상태(delay, De) 및 송신 상태(transmit, Tx) 등으로 상태 전이가 될 수 있다. On the other hand, each node located on the transmission path of the network system according to an embodiment is in a reception ready state (ready-to-receive, RRx), a reception state (receive, Rx), a transmission ready state (ready- State transitions may be made such as to-transmit, RTx), delay state (delay, De), and transmission state (transmit, Tx).
구체적으로, 노드 u는 유휴 시간(idle time)에 대응되는 RRx 상태에서 노드 u는 미리 정해진 채널에서 라디오를 켜서 패킷을 수신 할 준비를 수행할 수 있다. Specifically, node u may prepare to receive a packet by turning on a radio in a predetermined channel in an RRx state corresponding to an idle time.
다음으로, 노드 u는 타임 슬롯 t에서 패킷을 수신하면 Rx 상태로 전환되고, 패킷에 피기백된 네트워크 파라미터(즉, 전송주기 Ti 및 링크 당 재전송 슬롯 수 )를 저장하고, 전달될 큐(queue)에 패킷을 배치할 수 있다. Next, when node u receives a packet in time slot t, it switches to the Rx state, and the network parameter piggybacked on the packet (i.e., the transmission period T i and the number of retransmission slots per link ) and place the packet in a queue to be forwarded.
다음으로, 노드 u는 다음 타임 슬롯 t+1에서, 슬롯 시작 순간부터 타임 슬롯 내 패킷의 전송 순간까지의 시간인 전송 오프셋 시간(TxOffset) 간격 동안 RTx 상태로 전환될 수 있다. Next, in the next time slot t+1, the node u may switch to the RTx state during a transmission offset time (TxOffset) interval, which is the time from the start of the slot to the transmission of the packet within the time slot.
예를 들면, 타임 슬롯은 10ms일 수 있으며, 타임 슬롯 내에 설정되는 전송 오프셋 시간은 10ms 보다 작은 시간 구간으로 설정될 수 있다. For example, the time slot may be 10 ms, and the transmission offset time set within the time slot may be set to a time interval smaller than 10 ms.
또한, RTx 상태에서 노드는 다른 플로우에서의 패킷의 수신 여부를 확인할 수 있다. Also, in the RTx state, the node can check whether packets from other flows have been received.
다음으로, RTx 상태에서 노드는 다른 플로우로부터 패킷이 수신되지 않으면, 노드는 Tx 상태로 전환되어, 저장된 패킷을 다음 노드(릴레이 노드 또는 목적지 노드)로 전송할 수 있다. Next, when a node in the RTx state does not receive a packet from another flow, the node switches to the Tx state and transmits the stored packet to the next node (relay node or destination node).
일측에 따르면, Tx 상태에서 노드는 패킷에 전송에 실패하면 다시 RTx 상태로 전환되어 다음 타임 슬롯에서 재전송을 시도할 수 있으며, 재전송은 재전송 슬롯 수 를 고려하여 최대 -1 회 수행될 수 있다. According to one side, if a node in the Tx state fails to transmit a packet, it can switch back to the RTx state and attempt retransmission in the next time slot, and retransmission is the number of retransmission slots. considering the maximum -Can be performed once.
한편, RTx 상태에서 노드는 다른 플로우로부터 패킷이 수신되면(즉, 플로우 선점이 발생되면), De 상태로 전환되고, DE 상태에서는 노드가 수신한 패킷에 의해 선점되므로 저장된 패킷의 전송이 다음 타임 슬롯으로 지연될 수 있다. On the other hand, in the RTx state, when a node receives a packet from another flow (i.e., flow preemption occurs), it switches to the De state. may be delayed by
즉, 다음 타임 슬롯 t+2에서 노드는 De 상태에서 RTx 상태로 전환되어 저장된 패킷을 송신을 준비할 수 있다. That is, at the next time slot t+2, the node transitions from the De state to the RTx state and can prepare to transmit the stored packet.
즉, 일실시예에 따른 네트워크 시스템은 일반적으로 고정된 재전송 스케줄링 과정에서 낭비(즉, 사용되지 않는) 타임 슬롯을 절약할 수 있다. That is, the network system according to one embodiment can save waste (ie, unused) time slots in a generally fixed retransmission scheduling process.
도 5a 내지 도 5b는 일실시예에 따른 네트워크 시스템에서 제3 오프셋 시간을 최적화하는 예시를 설명하는 도면이다. 5A and 5B are diagrams illustrating an example of optimizing a third offset time in a network system according to an embodiment.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 참조부호 510은 하나의 홉(hop)을 통해 100,000개의 패킷을 인식하는데 소요되는 시간을 측정한 결과를 도시하고, 참조부호 520은 도 4b에 도시된 노드 u(제1 홉) 및 노드 v(제2 홉)에서 플로우에 따른 패킷 수신 비율(packet reception ratio, PRR)의 측정 결과를 도시한다. Referring to FIGS. 5A and 5B ,
참조부호 510 내지 520에 따르면, 링크에서 패킷 수신을 인식하기 위한 제3 오프셋 시간은 5ms의 시간이면 충분한 것을 확인할 수 있다. According to
즉, 플로우 에 대응되는 패킷의 늦은 전송에도 불구하고 플로우 에 대응되는 패킷보다 빠른 도착 시간 및 높은 패킷 수신 비율로 인해, 일실시예에 따른 네트워크 시스템은 최적화된 제3 전송 오프셋 시간(즉, 5ms)을 적용하여 플로우 의 선점 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. i.e. flow Flow despite late transmission of packets corresponding to Due to the arrival time faster than the packet corresponding to and the high packet reception rate, the network system according to an embodiment applies the optimized third transmission offset time (ie, 5 ms) to flow It can be seen that the preemptive effect of
도 6a 내지 도 7b는 일실시예에 따른 네트워크 시스템의 성능 측정 결과를 설명하는 도면이다. 6A to 7B are diagrams illustrating performance measurement results of a network system according to an exemplary embodiment.
도 6a 내지 도 7b를 참조하면, 참조부호 610은 프로토콜의 형태로 구현된 일실시예에 따른 네트워크 시스템(AdaptiveHART, AH)과, 기 공지된 프로토콜 WirelessHART(WH)의 적응 지연(adaptation latency) 특성의 측정 결과를 도시하고, 참조부호 620은 AH 프로토콜과 WH 프로토콜의 스케쥴 가능 비율(schedulable ratios) 특성의 측정 결과를 도시한다. 6A to 7B,
또한, 참조부호 710은 동일 효율(same utilization)에서 AH 프로토콜과 WH 프로토콜의 MAE(mean absolute error) 측정 결과를 도시하고, 참조부호 720은 최대 효율(maximum utilization)에서 AH 프로토콜과 WH 프로토콜의 MAE 측정 결과를 도시한다. In addition,
참조부호 610 내지 620에 따르면, 90% CDF(cumulative density function)에서 두 프로토콜의 인터벌을 비교하면, AH 프로토콜은 300ms sf(superframe)에서 WH 보다 약 300% 더 나은 성능을 나타내며, sf 길이가 증가할수록 성능 차이가 커지는 것을 확인할 수 있다(600ms sf에서 390% 향상).According to
즉, WH 프로토콜과는 달리 AH 프로토콜(일실시예에 따른 네트워크 시스템)은 sf 길이에 독립적으로 언제든지 네트워크 파라미터를 조정할 수 있으므로, 실시간 적응성을 보장할 수 있다. That is, unlike the WH protocol, the AH protocol (network system according to an embodiment) can adjust network parameters at any time independently of the length of sf, so real-time adaptability can be guaranteed.
참조부호 710 내지 720에 따르면, 참조부호 710에서 AH 프로토콜은 플로우 로 제어되는 플랜트 와 플로우 로 제어되는 플랜트 각각에 대하여 WH 프로토콜 대비 391% 및 742% 더 나은 제어 성능을 나타냈으며, 참조부호 720에서 AH 프로토콜은 플랜트 와 플랜트 각각에 대하여 WH 프로토콜 대비 400% 및 270% 더 나은 제어 성능을 나타낸 것을 확인할 수 있다. According to
즉, AH 프로토콜(일실시예에 따른 네트워크 시스템)은 낭비 되는 재전송 슬롯을 절약하여 성능을 향상 시키기 때문에 종단 간 전송 지연(end-to-end transmission delay)을 줄일 수 있다. That is, since the AH protocol (network system according to an embodiment) improves performance by saving wasted retransmission slots, end-to-end transmission delay can be reduced.
또한, WH 프로토콜은 시간 자원이 낭비되는 인터벌 기간(dissemination interval)의 빈도가 플로우 주기(flow periods)가 줄어들수록 증가하여 최소 플로우 기간이 250ms로 제한이 되는데 반해, AH 프로토콜은 이러한 인터벌이 없기 때문에 100ms까지 더 유연한 플로우 주기를 선택할 수 있어 WH 프로토콜을 통해 달성한 것보다 더 향상된 제어 성능을 보이며, 결과적으로 AH 프로토콜은 동적 환경에서 더 빈번한 제어가 가능함을 확인할 수 있다. In addition, in the WH protocol, the frequency of dissemination intervals in which time resources are wasted increases as the flow periods decrease, so that the minimum flow period is limited to 250 ms, whereas in the AH protocol, there is no such interval, so 100 ms It is possible to select a more flexible flow period up to , showing better control performance than that achieved through the WH protocol. As a result, it can be confirmed that the AH protocol enables more frequent control in a dynamic environment.
결국, 본 발명을 이용하면, 각 노드에서 글로벌 스케줄(global schedule)에 따른 제어가 없이 스스로 자체 전송 타임 슬롯을 결정할 수 있다.After all, using the present invention, each node can determine its own transmission time slot without control according to a global schedule.
또한, 각 노드 스스로 데이터를 전달하고, 변경된 네트워크 파라미터에 실시간으로 적응할 수 있다.In addition, each node itself transmits data and can adapt to changed network parameters in real time.
또한, 전송 시간을 인위적으로 불일치 시켜 글로벌 스케줄의 부재에 따른 전송 패킷의 충돌을 방지할 수 있다.In addition, transmission time can be artificially mismatched to prevent transmission packet collision due to the absence of a global schedule.
또한, 실시간 적응성 보장을 통해 시스템에 외란 발생 시 보다 빠르게 대응할 수 있고, 이로 인해 높은 안정성을 보장할 수 있다.In addition, it is possible to respond more quickly when a disturbance occurs in the system through the guarantee of real-time adaptability, thereby guaranteeing high stability.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.
200: 무선 통신 장치 210: 패킷 수신부
220: 타임 슬롯 제어부 230: 패킷 송신부200: wireless communication device 210: packet receiving unit
220: time slot controller 230: packet transmitter
Claims (14)
상기 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷에 피기백(piggyback)되어 있는 네트워크 파라미터(network parameter)를 저장하고, 상기 플로우의 우선순위 및 상기 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 플로우에 대한 전송 타임 슬롯(time slot)을 제어하는 타임 슬롯 제어부 및
상기 제어된 타임 슬롯에서 상기 적어도 하나의 플로우에 대응되는 패킷을 송신하는 패킷 송신부
를 포함하고,
상기 타임 슬롯 제어부는,
상기 플로우의 우선순위에 기초하여 상기 전송 타임 슬롯 내에서 상기 플로우에 대응되는 패킷을 송신하는 시점에 대응되는 전송 오프셋 시간을 제어하되, 제1 플로우에 대응되는 패킷이 수신되지 않고 상기 제1 플로우 보다 우선순위가 낮은 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 상기 전송 타임 슬롯의 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제2 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제3 오프셋 시간까지 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신을 대기하도록 제어하는
네트워크 시스템의 무선 통신 장치.a packet receiving unit for receiving a packet corresponding to at least one flow;
A network parameter piggybacked in a packet corresponding to the at least one flow is stored, and a transmission time slot for the flow based on at least one of the priority of the flow and the stored network parameter A time slot control unit that controls (time slot) and
A packet transmission unit for transmitting a packet corresponding to the at least one flow in the controlled time slot
including,
The time slot controller,
Based on the priority of the flow, the transmission offset time corresponding to the timing of transmitting the packet corresponding to the flow within the transmission time slot is controlled, but the packet corresponding to the first flow is not received and the first flow When a packet corresponding to the second flow having a lower priority is received, the third offset time of the transmission time slot delayed by a preset second time than the first transmission offset time of the transmission time slot corresponding to the first flow control to wait for packet reception.
A wireless communication device in a network system.
상기 네트워크 파라미터는,
전송주기(transmission period)에 관한 파라미터와 링크 당 재전송 슬롯(retransmission slots) 수에 관한 파라미터를 포함하는
네트워크 시스템의 무선 통신 장치.According to claim 1,
The network parameters are
Including parameters related to the transmission period and parameters related to the number of retransmission slots per link
A wireless communication device in a network system.
상기 타임 슬롯 제어부는,
상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 상기 제1 전송 오프셋 시간에서 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷이 전송 되도록 제어하는
네트워크 시스템의 무선 통신 장치.According to claim 1,
The time slot controller,
When a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to the second flow are received, controlling the transmission of the packet corresponding to the first flow at the first transmission offset time
A wireless communication device in a network system.
상기 타임 슬롯 제어부는,
상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷이 수신되면, 상기 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제1 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제2 전송 오프셋 시간에서 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷이 전송 되도록 제어하는
네트워크 시스템의 무선 통신 장치.According to claim 1,
The time slot controller,
When a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to the second flow are received, the second flow at a second transmission offset time of the transmission time slot delayed by a predetermined first time from the first transmission offset time Controlling the transmission of packets corresponding to
A wireless communication device in a network system.
상기 네트워크에서 적어도 하나의 플로우(flow)에 대응되는 전송 경로를 설정하는 컨트롤러
를 포함하고,
상기 복수의 노드 중 상기 전송 경로에 대응되는 적어도 하나의 릴레이 노드는,
상기 플로우에 대응되는 패킷(packet)을 수신하고, 상기 수신된 패킷에 피기백(piggyback)되어 있는 네트워크 파라미터(network parameter)를 저장하며, 상기 플로우의 우선순위 및 상기 저장된 네트워크 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 플로우에 대한 전송 타임 슬롯(time slot)을 제어하며,
상기 플로우의 우선순위에 기초하여 상기 전송 타임 슬롯 내에서 상기 플로우에 대응되는 패킷을 송신하는 시점에 대응되는 전송 오프셋 시간을 제어하되, 제1 플로우에 대응되는 패킷이 수신하지 않고 상기 제1 플로우 보다 우선순위가 낮은 제2 플로우에 대응되는 패킷을 수신하면, 상기 전송 타임 슬롯의 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제2 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제3 오프셋 시간까지 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷의 수신을 대기하도록 제어하는
네트워크 시스템.A plurality of nodes constituting the network and
A controller for setting a transmission path corresponding to at least one flow in the network
including,
At least one relay node corresponding to the transmission path among the plurality of nodes,
Receiving a packet corresponding to the flow, storing a network parameter piggybacked in the received packet, and based on at least one of the priority of the flow and the stored network parameter to control a transmission time slot for the flow,
Based on the priority of the flow, the transmission offset time corresponding to the timing of transmitting the packet corresponding to the flow within the transmission time slot is controlled, but the packet corresponding to the first flow is not received and the first flow When a packet corresponding to a second flow having a lower priority is received, the first transmission offset time of the transmission time slot corresponds to the first flow until the third offset time of the transmission time slot delayed by a preset second time control to wait for packet reception.
network system.
상기 복수의 노드 각각은,
반-이중 송수신기(half-duplex radio transceivers)가 장착된 센서 및 엑추에이터를 포함하는
네트워크 시스템.According to claim 7,
Each of the plurality of nodes,
Including sensors and actuators with half-duplex radio transceivers
network system.
상기 네트워크 파라미터는,
전송주기(transmission period)에 관한 파라미터와 링크 당 재전송 슬롯(retransmission slots) 수에 관한 파라미터를 포함하는
네트워크 시스템.According to claim 7,
The network parameters are
Including parameters related to the transmission period and parameters related to the number of retransmission slots per link
network system.
상기 복수의 노드 중 상기 전송 경로에 대응되는 소스 노드는,
상기 컨트롤러로부터 상기 플로우에 대응되는 메시지를 수신하여 상기 패킷을 생성하고, 상기 패킷에 상기 네트워크 파라미터를 피기백하는
네트워크 시스템.According to claim 7,
A source node corresponding to the transmission path among the plurality of nodes,
Receiving a message corresponding to the flow from the controller to generate the packet, and piggybacking the network parameter to the packet
network system.
상기 적어도 하나의 릴레이 노드는,
상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷을 수신하면, 상기 제1 전송 오프셋 시간에서 상기 제1 플로우에 대응되는 패킷을 다음 노드로 전송하는
네트워크 시스템.According to claim 7,
The at least one relay node,
When receiving a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to the second flow, transmitting the packet corresponding to the first flow to the next node at the first transmission offset time
network system.
상기 적어도 하나의 릴레이 노드는,
상기 제1 플로우에 대응되는 패킷과 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷을 수신하면, 상기 제1 전송 오프셋 시간 보다 기설정된 제1 시간만큼 지연된 상기 전송 타임 슬롯의 제2 전송 오프셋 시간에서 상기 제2 플로우에 대응되는 패킷을 다음 노드로 전송하는
네트워크 시스템.According to claim 7,
The at least one relay node,
When a packet corresponding to the first flow and a packet corresponding to the second flow are received, the second flow Forwarding the packet corresponding to to the next node
network system.
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