KR102596572B1 - 무인항공기 네트워크 구조 및 네트워크 구조에서의 동기화 방법 - Google Patents

무인항공기 네트워크 구조 및 네트워크 구조에서의 동기화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인항공기 네트워크 구조 및 이의 네트워크 구조에서의 동기화 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 열악한 조건(harsh conditions)에 노출되고, 하드웨어와 소프트웨어 내결함성(hardware and software fault tolerance)이 요구되는 러기드 드론(Rugged drone)을 위한 분산형 비행 컨트롤러(flight controller)의 네트워크 구조 및 네트워크 구조 내에서의 동기화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 네트워크 구조는, 무인항공기(UAV) 네트워크 구조로서, 네트워크 버스; 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 GNSS/IMU 센서; 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 텔레메트리; 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 비행 컨트롤러; 상기 네트워크 버스에 다수로 연결된 보터 브릿지(Voter Bridge); 및 상기 보터 브릿지에서 선택된 제어 명령에 따라 구동하는 모터;를 포함한다.

Description

무인항공기 네트워크 구조 및 네트워크 구조에서의 동기화 방법{UAV NETWORK TOPOLOGY AND SYNCHRONIZATION METHOD IN THE NETWORK TOPOLOGY}
본 발명은 무인항공기 네트워크 구조 및 네트워크 구조에서의 동기화 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 열악한 조건(harsh conditions)에 노출되고, 하드웨어와 소프트웨어 내결함성(hardware and software fault tolerance)이 요구되는 러기드 드론(Rugged drone)을 위한 분산형 비행 컨트롤러(flight controller)의 네트워크 구조 및 네트워크 구조 내에서의 동기화 방법에 관한 것이다.
드론과 같은 무인항공기(UAV)는 산업 현장에서 활용도가 점점 높아지고 있다. 특히, 항공기 등 대형 고가 기기에 대한 감시 및 검사나 위험 시설물에 대한 감시 관리 목적으로 사용되고 있다.
무인항공기 네트워크 시스템의 신뢰성을 올리기 위해 사용되는 종래의 다중화 기법들은, 1차적으로 센서-제어기-통신기의 여분을 최소 한 개 이상 사용한다. 하지만 이렇게 여분을 포함한 종래의 (드론) 시스템에서는 센서, 제어기, 작동기 등 각 부분들 간의 데이터 통신을 수행하는 '통신 구조'를 간과하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 군용 드론, 핵 현장 검사, 재난 통제, 높은 간섭 영역 또는 개인 차량과 같은 중요한 애플리케이션과 같은 열악한 환경에 대한 하드웨어 오류 및 소프트웨어 결함에 대한 내성을 요구하는 모든 무인항공기(UAV)에 적용가능한 무인항공기 네트워크 구조를 제공한다.
또한, 하나의 네트워크에 연결되고 각각이 삼중화된 센서들과 비행 컨트롤러들이 동일한 시점에서 작동할 수 있도록 하는 동기화 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 네트워크 구조는, 무인항공기(UAV) 네트워크 구조로서, 네트워크 버스; 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 GNSS/IMU 센서; 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 텔레메트리; 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 비행 컨트롤러; 상기 네트워크 버스에 다수로 연결된 보터 브릿지(Voter Bridge); 및 상기 보터 브릿지에서 선택된 제어 명령에 따라 구동하는 모터;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 네트워크 구조는, 무인항공기(UAV) 네트워크 구조로서, 네트워크 버스; 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 비행 보드; 상기 네트워크 버스에 다수로 연결된 보터 브릿지(Voter Bridge); 및 상기 보터 브릿지에서 선택된 제어 명령에 따라 구동하는 모터;를 포함하고, 상기 비행 보드는 적어도 하나의 GNSS/IMU 센서, 텔레메트리 및 비행 컨트롤러를 포함하고, 상기 비행 보드의 비행 컨트롤러가 상기 네트워크 버스에 연결되어 개별적으로 통신한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 방법은, 상술한 네트워크 구조에서의 동기화 방법으로서, 삼중 다중화된 다수의 비행 컨트롤러 각각이 고정된 간격으로 감소하는 임계값을 브로드 캐스트하는, 브로드 캐스트 단계; 상기 다수의 비행 컨트롤러 중 어느 하나의 비행 컨트롤러가 다른 비행 컨트롤러들과 공유하는 동기화 카운터들의 값들을 비교하는, 비교 단계; 및 상기 비교 단계에서의 비교 결과에 기초하여 상기 다수의 비행 컨트롤러의 고장 유무를 검출하거나 상기 동기화 카운터들을 리셋하는, 고장 검출 및 리셋 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 군용 드론, 핵 현장 검사, 재난 통제, 높은 간섭 영역 또는 개인 차량과 같은 중요한 애플리케이션과 같은 열악한 환경에 대한 하드웨어 오류 및 소프트웨어 결함에 대한 내성을 요구하는 모든 무인항공기(UAV)에 적용가능한 이점이 있다.
또한, 중복 CAN 버스와 같은 적절한 통신 프로토콜과 결합하여 단일 하위 시스템의 소프트웨어 오류뿐만 아니라 하드웨어 오류로부터 장비를 완벽하게 보호할 수 있다.
또한, 네트워크는 또한 케이블 오류뿐만 아니라 노이즈로 인한 오류로부터도 안전할 수 있다.
또한, 제어 전자 장치 및 펌웨어의 완전한 재구현을 제공하는 현재의 드론에서 구현될 수 있다.
또한, 무인항공기의 모든 기계적 측면은 네트워크 시스템에 영향을 받지 않으므로 시스템 재검증과 관련된 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조(TMR network topology)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조(TMR network topology)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 형태로서, 하나의 네트워크에 연결되고 각각이 삼중화된 센서들과 비행 컨트롤러들이 동일한 시점에서 작동할 수 있도록 하는 동기화 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명은 열악한 조건(harsh conditions)에 노출되고, 하드웨어와 소프트웨어 내결함성(hardware and software fault tolerance)이 요구되는 러기드 드론(Rugged drone)을 위한 분산형 비행 컨트롤러(flight controller)의 네트워크 구조 또는 네트워크 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 네트워크 구조의 각 노드는 완전히 중복되고, 센서 노드에서 출력 노드로의 적어도 하나의 경로가 네트워크 그래프(network graph)에 여전히 존재하며, 하나 이상의 하위 시스템이 손실될 수 있다.
TMR(Triple Modular Rredundancy) 기법은 결함이 발생하였을 경우에도 시스템이 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 보장하는 기법 중, 하나로 주로 내결함 시스템(Fault Tolerant System)의 설계에 이용된다. 이 기법에 의해 설계된 삼중 중복형 모듈러 장치는 시스템의 일부에 오류가 발생하더라도 전체 시스템 동작에는 영향을 주지 않고 실행되는 처리를 계속 유지시켜준다. 또한, 삼중 중복형 모듈러 장치는 중앙 처리 장치, 시스템 버스화 기억 장치, 입출력 처리 장치 및 입출력 버스 등과 같은 주요한 하드웨어의 요소들을 다중화하여 어떠한 고장이 발생하더라도 이를 진단하여 회복시켜는 기능을 갖추고 있다.
본 발명의 적용 대상은 기본적으로 삼중 다중화를 통해 신뢰성이 확보된 무인항공기 네트워크 시스템일 수 있다. 하지만 이에 한정하는 것은 아니며, 무인항공기 네트워크 시스템뿐만 아니라, 대부분의 센서-제어기-작동기로 이루어진 시스템에 모두 적용 가능하다.
상기 무인항공기 네트워크 시스템의 신뢰성을 올리기 위해 사용되는 종래의 다중화 기법들은, 1차적으로 센서-제어기-통신기의 여분을 최소 한 개 이상 사용한다. 하지만 이렇게 여분을 포함한 종래의 (드론) 시스템에서는 센서, 제어기, 작동기 등 각 부분들 간의 데이터 통신을 수행하는 '통신 구조'를 간과하고 있다. 이에 본 발명에서는 센서, 외부 통신, 비행 컨트롤러를 2개 이상으로 다중화한 시스템에서 서로를 연결하는 내부 통신 구조를 제시한다. 여기서, 다중화된 각 구성 요소들이 내부 통신 버스에 연결되어 있는 방법에 따라 내부 통신 구조를 두 가지로 세분화하였다. 그리고, 이렇게 다중화된 시스템에서 문제가 생길 수 있는 동기화 문제를 해결하기 위한 방법을 제시한다.
이하에서 상세히 설명될 본 발명의 실시 형태는 열악한 환경(harsh environment) 또는 임무 수행에 필수적인 요구 사항(mission-critical requirements)을 조건으로 하는 무인항공기(UAV)의 하드웨어 및 EMI 관련 신뢰성 이슈를 해결할 수 있다. 제어된 UAV의 다른 동적 영향없이, 물리적으로 중복되고 내결함성이 있는 네트워크 버스를 사용하여 모든 단일 노드가 하드웨어 장애 또는 소프트웨어 오류의 영향을 받을 수 있는 완전 중복 네트워크 토폴로지(network topology)를 생성함으로써 종래의 문제들을 해결할 수 있다.
제1 실시 형태에 따른 네트워크 구조
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조(TMR network topology)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는, GNSS/IMU 센서(100a, 100b, 100c), 텔레메트리(300a, 300b, 300c), 및 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)가 각각 삼중으로 다중화되고, 각각이 네트워크 버스(10)에 개별적으로 연결된다.
삼중의 GNSS/IMU 센서(100a, 100b, 100c)는 제1 GNSS/IMU 센서(100a), 제2 GNSS/IMU 센서(100b) 및 제3 GNSS/IMU 센서(100c)로 구성된다. 여기서, GNSS는 글로벌 네비게이션 위성 시스템(Global Navigation Satellite System)의 약자이고, IMU는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit)의 약자이다. 제1 내지 제3 GNSS/IMU 센서(100a, 100b, 100c)는 측정된 센싱 데이터를 네트워크 버스(10)로 내보낼 수 있다.
삼중의 텔레메트리(300a, 300b, 300c)는 제1 텔레메트리(300a), 제2 텔레메트리(300b) 및 제3 텔레메트리(300c)로 구성된다. 제1 내지 제3 텔레메트리(Telemetry, 300a, 300b, 300c)는 무인항공기(UVA)의 상태 정보 데이터를 네트워크 버스(10)로 내보낼 수 있다.
삼중의 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)는 제1 비행 컨트롤러(500a), 제2 비행 컨트롤러(500b) 및 제3 비행 컨트롤러(500c)로 구성된다.
네트워크 버스(10)는 물리 계층에서 중복(redundant) 구조를 갖는 중복 CAN 버스일 수 있다. 네트워크 버스(10)는, 예를 들어, TI 사(社)의 CAN 통신 구조 중 신뢰성 확보를 위해 중복 구조를 가지는 견본 디자인인 TI-00061일 수 있다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는 네트워크 버스(10)에 연결된 다수의 보터 브릿지(Voter Bridge, 700a, 700b, 700c, 700d)와 각 보터 브릿지에 연결된 모터(900a, 900b, 900c, 900d)를 포함한다.
각 보터 브릿지(700a, 700b, 700c, 700d)는 제1 내지 제3 GNSS/IMU 센서(100a, 100b, 100c), 제1 내지 제3 텔레메트리(300a, 300b, 300c) 및 제1 내지 제3 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)로부터 데이터들을 수신할 수 있다.
각 보터 브릿지(700a, 700b, 700c, 700d)는 정확히 동일한 입력 데이터를 수신하므로, 기계적 오류 또는 소프트웨어 오류가 발생하지 않는 한, 그 출력이 정확히 일치하도록 보장될 수 있다. 여기서, 각 보터 브릿지(700a, 700b, 700c, 700d)는 입력받은 데이터들 중 정상이라 판단되는 데이터 하나를 선택할 수 있고, 선택된 데이터에 기초하여 모터(900a, 900b, 900c, 900d)를 제어할 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는, 예를 들어, 제1 GNSS/IMU 센서(100a)에 문제가 발생한 경우, 제1 내지 제3 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c) 모두가 정상으로 작동하고 있는 제2 내지 제3 GNSS/IMU 센서(100b, 100c)에게서 데이터를 받고 있으므로, 정상적인 작동이 가능한 이점이 있다. 그러나 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는 모든 구성 요소들이 하나의 네트워크 버스(10)를 통해 서로 통신을 수행하기 때문에, 단일의 시스템에 비해 데이터 통신량이 증가되고, 구현하는데 있어서 다소 복잡하며, 구현 비용이 상대적으로 높다.
제2 실시 형태에 따른 네트워크 구조
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조(TMR network topology)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는, 도 1에 도시된 삼중 모듈 중복 네트워크 구조와는 다르게, 제1 내지 제3 GNSS/IMU 센서(100a, 100b, 100c) 중 하나, 제1 내지 제3 텔레메트리(300a, 300b, 300c) 중 하나, 그리고 제1 내지 제3 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c) 중 하나가 하나의 비행 보드(G1, G2, G3)을 구성하고, 각 비행 보드(G1, G2, G3)가 개별적으로 네트워크 버스(10)와 연결된다.
구체적으로, 제1 비행 보드(G1)은 제1 GNSS/IMU 센서(100a), 제1 텔레메트리(300a) 및 제1 비행 컨트롤러(500a)로 구성되고, 제1 비행 컨트롤러(500a)가 네트워크 버스(10)와 연결될 수 있다. 제2 비행 보드(G2)은 제2 GNSS/IMU 센서(100b), 제2 텔레메트리(300b) 및 제2 비행 컨트롤러(500b)로 구성되고, 제2 비행 컨트롤러(500b)가 네트워크 버스(10)와 연결될 수 있다. 그리고, 제3 비행 보드(G3)은 제3 GNSS/IMU 센서(100c), 제3 텔레메트리(300c) 및 제3 비행 컨트롤러(500c)로 구성되고, 제3 비행 컨트롤러(500c)가 네트워크 버스(10)와 연결될 수 있다.
네트워크 버스(10)는 물리계층에서 중복(redundant) 구조를 갖는 중복 CAN 버스일 수 있다. 네트워크 버스(10)는, 예를 들어, TI 사(社)의 CAN 통신 구조 중 신뢰성 확보를 위해 중복 구조를 가지는 견본 디자인인 TI-00061일 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는 네트워크 버스(10)에 연결된 다수의 보터 브릿지(Voter Bridge, 700a, 700b, 700c, 700d)와 각 보터 브릿지에 연결된 모터(900a, 900b, 900c, 900d)를 포함한다.
각 보터 브릿지(700a, 700b, 700c, 700d)는 비행 컨트롤러들(500a, 500b, 500c)로부터 입력받은 신호들 중 정상이라 판단되는 데이터를 선택할 수 있고, 선택된 데이터에 기초하여 모터(900a, 900b, 900c, 900d)를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는 어느 하나의 비행 보드(G1, G2, G3)에서 발생한 문제는 각 모터(900a, 900b, 900c, 900d) 앞에 장착된 보터 브릿지(700a, 700b, 700c, 700d)에서 다수 투표 방식을 통해 걸러질 수 있고, 해당 모터(900a, 900b, 900c, 900d)는 정상적으로 구동될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조에서의 네트워크 버스(10) 상에는 제1 내지 제3 GNSS/IMU 센서(100a, 100b, 100c)의 데이터들, 제1 내지 제3 텔레메트리(300a, 300b, 300c)의 데이터들, 제1 내지 제3 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)에서 생성된 데이터들이 존재하지만, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조에서의 네트워크 버스(10) 상에는 각 비행 보드(G1, G2, G3)의 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)에서 생성된 제어 데이터만이 존재한다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는 데이터 통신량을 줄일 수 있고, 구현하기가 심플하며, 구현 비용도 상대적으로 낮은 이점이 있다. 하지만, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조는 각 비행 보드(G1, G2, G3) 내의 구성 요소인 텔레메트리, GNSS/IMU 센서 및 비행 컨트롤러 중 하나에만 문제가 발생하더라도, 해당 비행 보드 전체에 문제가 발생하게 되므로, 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 삼중 모듈 중복 네트워크 구조보다는 시스템의 신뢰성이 상대적으로 낮다.
TMR 네트워크 시스템의 클록 상호 동기화
도 1 및 도 2에 도시된 네트워크 구조의 제어 토폴로지는 서로 다른 통신 시퀀스를 제시한다. 사용자가 추가 모니터링을 위해 오류(error)를 지상국(ground station)으로 전파되기를 원할 수 있기 때문에, 비행 컨트롤러 및 텔레메트리 시스템의 통신은 삼중화되거나 그렇지 않을 수 있다. 텔레메트리 수신기와 비행 컨트롤러의 통신은 정확히 일치해야하며 비행 컨트롤러에서 보터(vote)해야 한다. 각 센서는 서로 다르며, 이상 값을 거부할 수 있는 적절한 센서 융합을 구현해야 하며, 결과 측정 값은 각 비행 컨트롤러에서 정확히 동일해야 한다. 마지막으로, 비행 컨트롤러는 동일한 측정에서 작동하므로 출력이 정확히 일치해야 한다. 그들의 모터 명령은 보터 브릿지에서 주요 보터를 통해 보터할 수 있다.
부가적으로, 공유된 시간 단계(shared timestep)와 동기화된 동작들(synchronized operations)을 보장하기 위해, 적절한 센서 및 비행 컨트롤러 동기화 체계(synchronization scheme)를 구현해야 한다. 많은 동기화 체계가 구현될 수 있다. 여기서는 시스템의 하드웨어 장애 및 소프트웨어 내결함성을 유지하는데 적합한 동기화 방법을 이하에서 제안한다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시 형태로서, 하나의 네트워크에 연결된, 각각이 삼중화된 센서들과 비행 컨트롤러들이 동일한 시점에서 작동할 수 있도록 동기화 방법을 제안한다. 즉, 센서나 비행 컨트롤러 등에서 발생할 수 있는 시간 지연, 또는 비행 컨트롤러의 CPU에서 발생한 시스템 클럭 지연 또는 오류를 감지할 수 있는 추가적인 검증 기법에 해당한다.
이러한 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 동기화 방법은 각각의 비행 컨트롤러가 하나의 네트워크에 연결되어 있기 때문에 사용할 수 있는 방법으로, 간단하게 구성할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 동기화 방법은, 각 비행 컨트롤러가 고정된 간격으로 감소하는 임계값을 브로드 캐스트하는 단계; 및 두 개의 비행 컨트롤러가 임계값 미만의 값을 브로드 캐스트하면, 동기화 카운터의 타이머를 리로드(reload)하여 시스템을 동기화하고, 동기화 카운터를 초기 값(initial value)으로 재설정(reset)하며, 센서를 동기화하여 다음의 반복 계산을 시작하고, 새로운 명령을 전송하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 동기화 카운터의 값이 0에 도달하면, 해당 비행 보드(Flight Board)가 네트워크에 단독으로 있거나 내부 클록(internal clock)이 너무 불안정한 것으로 판정할 수 있다.
상기 동기화 체계는 비행 컨트롤러들 중에서 중앙값 클록에서 시스템의 적절한 동기화를 보장할 수 있다. 상기 동기화 카운터의 재설정 값은 비행 컨트롤러가 분리된 경우에만 시스템이 0에 도달할 수 있는 충분한 마진을 제공하도록 조정되는 것이 바람직하다.
좀 더 상세하게, 도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 동기화 방법을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 형태로서, 하나의 네트워크에 연결되고 각각이 삼중화된 센서들과 비행 컨트롤러들이 동일한 시점에서 작동할 수 있도록 하는 동기화 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3을 참조하면, 각 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)는 동기화 카운터(N1, N2, N3)를 포함하고, 각각의 동기화 카운터들(N1, N2, N3)이 서로 공유된다.
각 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)에서는 동기화 카운터들(N1, N2, N3)의 값을 모두 받아 비교한다. 여기서, 동기화 카운터(N1, N2, N3)의 크기, 감소하는 간격 등은 각 비행 컨트롤러(500a, 500b, 500c)의 시스템에 따라 다를 수 있다.
동기화 카운터들(N1, N2, N3)의 값들은 같은 값에서 시작하여 동일하게 감소하는 값이므로 임의로 선정한 임계값에 동일하게 도달해야 한다. 그런데, 만약 동기화 카운터들(N1, N2, N3)의 값들 중 1개만이 설정된 시간 이내에 임계값 이하의 값을 가질 경우, 이 값을 내보낸 해당 비행 컨트롤러에 문제가 발생된 것으로 보고 해당 비행 컨트롤러의 고장을 검출할 수 있다. 또한, 2개 이상이 설정된 시간 이내에 임계값 이하에 도달하면, 동기화 카운터들(N1, N2, N3)을 리셋하여 동기화를 수행할 수 있다.
내결함성(Fault tolerance) 분석
앞서 설명한 본 발명의 여러 실시 형태에 따른 네트워크 구조는 다양한 지점(various points)에서 실패(fail)할 수 있고, 다음은 가능한 실패(possible failures) 및 시스템에 미치는 영향에 대한 분석이다.
올바르게 프로그래밍된 경우, 센서 보드(sensor boards) 또는 텔레메트리의 오류(error)로 인해 각 비행 컨트롤러가 일관성없는 데이터(inconsistent data)를 무시하게 된다.
모든 비행 컨트롤러는 모든 센서와 모든 텔레메트리 하위 시스템으로부터의 데이터를 사용하므로, 각 비행 컨트롤러는 똑같은 정보를 가지고 있으며, 똑같은 내부 상태(internal state)를 갖는다. 하나의 비행 컨트롤러에서 발생한 오류는 TMR voter에 의해 감지되고 수정될 수 있다.
상기 TMR voter 또는 모터 컨트롤러 중 하나에 오류가 발생하면, 둘 모두가 손실되며 이러한 이벤트에서 복구하려면 기계적 중복성이 보장되어야 한다.
네트워크 버스가 CRC와 같은 내결함성 메커니즘을 구현하는 경우, 통신 버스(communication buses) 상의 오류(fault)가 복구될 수 있다.
내부 통신 네트워크인 TIDA-00061과 같은 중복 물리 계층(redundant physical layer)을 구현하는 경우, 통신 버스의 하드웨어 오류가 서브 시스템 간의 통신을 방해하지 않는다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 네트워크 버스, 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 GNSS/IMU 센서, 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 텔레메트리, 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 비행 컨트롤러, 상기 네트워크 버스에 다수로 연결된 보터 브릿지(Voter Bridge), 및 상기 보터 브릿지에서 선택된 제어 명령에 따라 구동하는 모터;를 포함하는 무인항공기(UAV) 네트워크 시스템에서의 동기화 방법에 있어서,
    삼중 다중화된 다수의 비행 컨트롤러 각각이 고정된 간격으로 감소하는 임계값을 브로드 캐스트하는, 브로드 캐스트 단계;
    상기 다수의 비행 컨트롤러 중 어느 하나의 비행 컨트롤러가 다른 비행 컨트롤러들과 공유하는 동기화 카운터들의 값들을 비교하는, 비교 단계; 및
    상기 비교 단계에서의 비교 결과에 기초하여 상기 다수의 비행 컨트롤러의 고장 유무를 검출하거나 상기 동기화 카운터들을 리셋하는, 고장 검출 및 리셋 단계;
    를 포함하는, 무인항공기 네트워크 시스템에서의 동기화 방법.
  2. 네트워크 버스, 삼중 다중화되고 상기 네트워크 버스와 연결되어 개별적으로 통신하는 비행 보드, 상기 네트워크 버스에 다수로 연결된 보터 브릿지(Voter Bridge), 및 상기 보터 브릿지에서 선택된 제어 명령에 따라 구동하는 모터;를 포함하고, 상기 비행 보드는 적어도 하나의 GNSS/IMU 센서, 텔레메트리 및 비행 컨트롤러를 포함하고, 상기 비행 보드의 비행 컨트롤러가 상기 네트워크 버스에 연결되어 개별적으로 통신하는 무인항공기 네트워크 시스템에서의 동기화 방법에 있어서,
    삼중 다중화된 다수의 비행 컨트롤러 각각이 고정된 간격으로 감소하는 임계값을 브로드 캐스트하는, 브로드 캐스트 단계;
    상기 다수의 비행 컨트롤러 중 어느 하나의 비행 컨트롤러가 다른 비행 컨트롤러들과 공유하는 동기화 카운터들의 값들을 비교하는, 비교 단계; 및
    상기 비교 단계에서의 비교 결과에 기초하여 상기 다수의 비행 컨트롤러의 고장 유무를 검출하거나 상기 동기화 카운터들을 리셋하는, 고장 검출 및 리셋 단계;
    를 포함하는, 무인항공기 네트워크 시스템에서의 동기화 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 네트워크 버스는 물리 계층에서 중복(redundant) 구조를 갖는 중복 CAN 버스인, 무인항공기 네트워크 시스템에서의 동기화 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고장 검출 및 리셋 단계는,
    상기 동기화 카운터들의 값들 중 하나의 값이 설정된 시간 이내에 임계값 이하의 값이면, 해당 값을 내보낸 비행 컨트롤러를 고장으로 판정하는, 네트워크 구조에서의 동기화 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고장 검출 및 리셋 단계는,
    상기 동기화 카운터들의 값들 중 둘 이상의 값이 설정된 시간 이내에 임계값 이하의 값이면, 상기 동기화 카운터들을 리셋하는, 네트워크 구조에서의 동기화 방법.
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