KR20070014313A - 직렬 스위치 기반의 홈 게이트웨이 장치 및 홈 네트워크시스템 - Google Patents

직렬 스위치 기반의 홈 게이트웨이 장치 및 홈 네트워크시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬 스위치 기반의 홈 게이트웨이 장치 및 홈 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 상기 각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 데이터를 송수신하는 복수의 인터페이스부와; 상기 복수의 인터페이스부와 LVDS 인터페이스로 연결되고 상기 복수의 인터페이스부 사이에서 교환되는 데이터를 직렬 스위칭하는 직렬 스위치부를 포함한다. 그리고, 상기 복수의 인터페이스부는 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전달하며, 상기 직렬 스위치부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보에 따라 당해 목적 디바이스가 연결된 인터페이스부로 당해 데이터를 직렬 스위칭한다. 본 발명에 따르면, 홈 네트워크 환경에서 각 디바이스에 충분한 대역폭을 보장하므로, 멀티미디어 데이터와 같이 고속의 대용량 데이터를 교환하는 데 매우 유리하다. 또한, 충분한 확장성을 보장하기 때문에, 다수의 디바이스를 홈 네트워크 환경에 효율적으로 통합할 수 있는 장점이 있다.
홈 네트워크, 홈 게이트웨이, 직렬 스위치, PCI, 브릿지, LVDS

Description

직렬 스위치 기반의 홈 게이트웨이 장치 및 홈 네트워크 시스템{HOME GATEWAY AND HOME NETWORK BASED ON SERIAL SWITCHING}
도 1은 다수의 디바이스를 상호 접속하는 PCI 버스의 개념도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홈 게이트웨이 장치의 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 직렬 스위치 보드의 블록도.
도 4는 본 발명의 바람직하 실시예에 따라 직렬 스위치 버스에 의해 상호 접속되는 홈 네트워크의 개념도.
본 발명은 직렬 스위치 기반의 홈 게이트웨이 장치 및 홈 네트워크 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 홈 네트워크 환경에서 충분한 대역폭 및 확장을 보장할 수 있도록 다수 디바이스로부터 수신된 데이터를 직렬 스위치 방식으로 라우팅하는 홈 게이트웨이 장치 및 홈 네트워크 시스템에 관한 것이다.
90년대 초에 개발된 PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스는 ISA 버스와 같이 마이크로프로에 대한 의존도가 높은 기존의 로컬버스방식의 여러 단점을 극복하였다. 즉, 이러한 PCI 버스는 I/O 디바이스와 CPU의 특성과 종류에 관계없이 PCI 규격으로 상호간에 정보를 주고받을 수 있도록 한다. 그리고, 고속 반도체 기술과 정보량의 증가에 따라 PCI 버스도 고속화되어 왔으며, 대역폭의 문제점을 해결하기 위해서 AGP, PCI-X와 같이 업그레이드된 표준들이 발표되었다. 그러나, 이들 역시 여러 I/O 디바이스가 버스를 공유하는 병렬(Parallel) 버스 구조로 되어 있기 때문에, 호스트 CPU가 여러 개인 경우에 병목현상이 생기는 문제가 여전히 상존하고 있다.
이러한 PCI 버스는 PC뿐만 아니라, 셋톱박스, 통신시스템, 실시간 시스템, 공장 자동화 시스템 등 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 홈 네트워크 시스템도 이러한 응용 분야 중 하나이다.
한편, 홈 네트워크를 구성하는 디바이스 간에 사용되는 네트워크 프로토콜은 유선과 무선으로 구분할 수 있으며, 유선 기술로는 이더넷, 전력선(PLC), IEEE1394, USB 등이 있고, 무선에는 IEEE 802.11 계열의 무선LAN, HomeRF, Bluetooth, UWB, Zigbee, HiperLAN 등 다양한 표준이 존재한다. 따라서, 홈 게이트웨이는 이와 같이 다양한 네트워크 표준을 지원하는 이기종 디바이스 간에 상호 접속이 가능하도록 데이터 교환을 중계하여야 한다.
도 1은 다수의 디바이스를 상호 접속하는 PCI 버스의 개념도이다.
도시된 바와 같이, PCI버스는 버스를 디바이스끼리 공유하는 병렬 방식이기 때문에, 다수의 디바이스를 수용할 경우 성능의 저하를 가져와 대역폭을 보장하지 못한다. 따라서, 하나의 PCI 버스에 수용 가능한 디바이스 개수에 제한이 있으며, 그 이상의 디바이스를 상호 접속하기 위해서는 PCI 브릿지(Bridge)를 사용하여야 한다. 또한, 홈 네트워크 환경에서 멀티미디어 데이터와 같이 고속의 대용량 데이터를 주고받는 데 있어서는 대역폭의 한계를 드러내고 있다. 즉, 홈 게이트웨이 내부의 I/O 아키텍처로 PCI 버스를 사용할 경우에, 이에 접속된 어느 한 디바이스가 전송을 하면 다른 디바이스는 버스를 사용하지 못하는 치명적인 문제가 존재한다.
전술한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 멀티미디어 데이터와 같이 고속의 대용량 데이터를 교환할 수 있도록 충분한 대역폭을 보장함과 아울러, 다수의 디바이스를 수용할 수 있도록 확장성을 보장하는 홈 네트워크 시스템 및 홈 게이트웨이를 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 다수의 디바이스를 상호 접속하는 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이 장치가 제공되며, 상기 각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 데이터를 송수신하는 복수의 인터페이스부와; 상기 복수의 인터페이스부와 LVDS 인터페이스로 연결되고 상기 복수의 인터페이스부 사이에서 교환되는 데이터를 직렬 스위칭하는 직렬 스위치부를 포함한다. 그리고, 상기 복수의 인터페이스부는 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전달하며, 상기 직렬 스위치부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보에 따라 당해 목적 디바이스가 연결된 인터페이스부로 당해 데이터를 직렬 스위칭한다.
이 때, 상기 직렬 스위치부는 스위칭 노드를 구성하는 복수의 스위치 칩을 포함하며, 각 스위치 칩은 스위칭 노드 사이를 링크하는 포트와 상기 인터페이스부를 링크하는 포트를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 인터페이스부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보로서 포트 ID를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인터페이스부는, 각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 물리계층(PHY) 및 매체접속계층(MAC) 처리를 수행하는 인터페이스 모듈과; 상기 인터페이스 모듈과 연결되며 각 디바이스와의 데이터 송수신을 위한 상위 계층 처리를 담당하는 네트워크 프로세서와; 상기 네트워크 프로세서에 연결되며 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전송하며, 직렬 스위치로부터 수신한 데이터를 상기 네트워크 프로세서로 전달하는 브릿지를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이를 이용하여 다수의 디바이스를 상호 접속하는 홈 네트워크 시스템이 제공된다. 이 때, 상기 홈 게이트웨이는 상기 각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 데이터를 송수신하는 복수의 인터페이스부와, 상기 복수의 인터페이스부와 LVDS 인터페이스로 연결되고 상기 복수의 인터페이스부 사이에서 교환되는 데이터를 직렬 스위칭하는 직렬 스위치부를 포함한다. 그리고, 상기 복수의 인터페이스부는 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전달하며, 상기 직렬 스위치부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보에 따라 당해 목적 디바이스가 연결된 인터페이스부로 당해 데이터를 직렬 스위칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명토록 하며, 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성 요소를 지칭하고 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홈 게이트웨이 장치의 구성을 도시한 것으로서, 16포트 직렬 스위치 보드(100)가 백플레인을 구성하고, 홈 네트워크를 구성하는 각 디바이스(도시되지 않음)와 유무선 접속되는 인터페이스 카드(200a, 200b, 200c, 200d, 200e; 이하 "200"이라 총칭함)가 직렬 스위치 보드에 장착되어 있다.
직렬 스위치 보드(100)는 예컨대, 16개의 포트를 구비하며, 이들 포트간의 상호 접속을 위해 내부에 네 개의 스위치 칩(110, 120, 130, 140)이 마련되어 있다. 이러한 직렬 스위치 보드의 상세한 구성 및 인터페이스 카드와의 연결은 도 3을 참조하여 후술한다.
인터페이스 카드(200)는 각각, 인터페이스 모듈(210a, 210b, 210c, 210d, 210e; 이하 "210"이라 총칭함)과, 네트워크 프로세서(220a, 220b, 220c, 220d, 220e; 이하 "220"이라 총칭함)와, 브릿지(230a, 230b, 230c, 230d, 230e; 이하 "230"이라 총칭함)로 이루어져 있다.
인터페이스 모듈(210)은 각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 물리계층(PHY) 및 매체접속계층(MAC) 처리를 수행함으로써, 각 디바이스와 데이터를 송수신할 수 있도록 한다. 예컨대, 이러한 인터페이스 모듈로는 도시된 바와 같이, 1394 모듈(210a), PLC 모듈(210b), 센서 모듈(210c), UWB 모듈(210d), 기가비트 이더넷 모듈(210e) 등이 있다.
네트워크 프로세서(220)는 인터페이스 모듈(210)과 연결되어 상위 계층 처리를 담당하고, 인터페이스 모듈로부터 송수신되는 데이터를 브릿지(230)와 교환한다. 즉, 네트워크 프로세서는 인터페이스 모듈을 통해 데이터를 수신하여 브릿지에 전달하며, 이 때 해당 네트워크 프로토콜에 따라 목적 디바이스에 관한 정보를 추출하여 함께 전송할 수 있다. 이와 반대로, 네트워크 프로세서는 브릿지로부터 데이터를 수신하면, 인터페이스 모듈을 거쳐 자신과 연결된 디바이스에 데이터를 전송한다.
브릿지(230)는 네트워크 프로세서(220)와 데이터를 교환하고, 직렬 스위치 보드(100)에서 스위칭이 수행될 수 있도록 링크 계층(Link Layer)의 프레임 포맷팅을 수행한다. 브릿지(230)에 의해 포맷팅된 프레임의 헤더에는 목적 디바이스의 ID가 포함되며, 이러한 목적 디바이스의 ID로는 라우팅하고자 하는 스위치 칩(110, 120, 130, 140)의 포트 ID를 사용함으로써 어드레스 라우팅을 지원할 수 있다. 한편, 프레임의 페이로드는 가변 길이(Variable-length)인 것이 바람직하며, 이를 지원하기 위해 프레임의 헤더에는 페이로드 크기에 대한 정보가 추가로 포함된다.
또한, 브릿지(230)는 전술한 바와 같이 포맷팅된 데이터 프레임을 물리 계층 처리하여 자신과 연결된 스위치 칩에 직렬 전송하며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 스위치 칩과 브릿지는 직렬 방식의 LVDS 인터페이스로 연결된다.
도 3은 도 2에 도시된 16포트 직렬 스위치 보드(100)의 하드웨어 구성, 및 인터페이스 카드(200)와의 연결 관계를 구체적으로 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 직렬 스위치 보드의 각 스위치 칩(110, 120, 130, 140)은 범용 스위치 패브릭인 고속 직렬 스위칭 기능을 제공하며, 고유 ID가 할당된 6개의 포트를 구비한다. 각 포트의 링크는 전이중(Full-duplex) 전송을 지원하며, 단방향으로 네 개의 622Mbps LVDS 차동쌍(Differential Pair)으로 구성된다. 이에 따라, 각 링크는 2.5Gbps 전이중 전송을 지원하며, 총 5Gbps의 속도를 낼 수 있다.
각 스위칭 칩의 6개 포트 중에서, 두 개의 포트가 스위칭 노드 간의 링크를 위해 다른 스위치 칩의 포트에 연결되며, 이에 따라 스위칭 노드 간에는 2개의 링크를 사용하여 5Gbps 전이중으로 연결될 수 있다. 그리고, 나머지 4개의 포트는 인터페이스 카드의 브릿지(도 2의 230)와 링크를 구성하는 데 사용된다.
이러한 스위칭 칩의 동작을 살펴보면, 먼저 자신과 연결된 인터페이스 카드의 브릿지로부터 데이터 프레임을 수신하며, 해당 프레임의 헤더를 검사하여 목적 포트를 판별한다. 그리고 해당 프레임을 목적 포트로 스위칭하여 전송함으로써, 목적 포트를 통해 라우팅하고자 하는 인터페이스 카드에 데이터가 전달된다.
도 4는 전술한 홈 게이트웨이 장치에 의해 제공되는 직렬 스위치 버스에 의해 다수의 디바이스가 상호 접속되는 홈 네트워크를 개념적으로 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 도 2의 홈 게이트웨이 장치는 다수의 디바이스가 상호 접속된 직렬 스위치 버스로서 기능하며, 이러한 직렬 스위치 버스 기술은 임베디드 분산 시스템에 사용할 수 있는 강력한 스위칭 연결 기술(Switched Interconnect Technology)이다. 기존의 병렬방식인 PCI버스는 버스를 디바이스끼리 공유함으로써 성능의 저하를 가져오는데 비해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 도 4와 같이 직렬 스위칭 방식을 사용함으로써 각 디바이스에 충분한 대역폭을 보장할 수 있다.
또한, 직렬 스위치 버스 기술은 시스템의 확장성과 성능을 획기적으로 향상하며, 트래픽의 클래스를 지원하기 때문에 보다 많은 유연성을 제공하고 지능을 높여준다. 직렬스위칭버스는 PCI와 H.110과 같은 디바이스간의 프로토콜에 상관없이 다양한 트래픽 타입을 지원하며, Class of Service 알고리즘은 여러 종류의 트래픽을 적절하게 제어할 수 있도록 한다. 그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 홈 네트워크 시스템에 적용될 경우에는 보다 높은 성능과 확장성을 보장할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 여타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 제공되는 직렬 스위치 버스 기반의 홈 네트워크 시스템 및 홈 게이트웨이 장치는 충분한 대역폭을 보장하기 때문에 멀티미디어 데이터와 같이 고속의 대용량 데이터를 교환하는 데 매우 유리하다. 또한, 충분한 확장성을 보장하기 때문에, 다수의 이기종 디바이스를 홈 네트워크 환경에 효율적으로 통합할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 다수의 디바이스를 상호 접속하는 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이 장치로서,
    상기 각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 데이터를 송수신하는 복수의 인터페이스부와,
    상기 복수의 인터페이스부와 LVDS 인터페이스로 연결되고, 상기 복수의 인터페이스부 사이에서 교환되는 데이터를 직렬 스위칭하는 직렬 스위치부
    를 포함하며,
    상기 복수의 인터페이스부는 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전달하며, 상기 직렬 스위치부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보에 따라 당해 목적 디바이스가 연결된 인터페이스부로 당해 데이터를 직렬 스위칭하는 것
    인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 스위치부는 스위칭 노드를 구성하는 복수의 스위치 칩을 포함하며, 각 스위치 칩은 스위칭 노드 사이를 링크하는 포트와 상기 인터페이스부를 링크하는 포트를 구비하며,
    상기 인터페이스부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보로서 포트 ID를 사용하 는 것인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 칩의 각 포트는 LVDS 차동쌍으로 연결되며, 2.5Gbps 전이중 전송을 지원하는 것인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인터페이스부는,
    각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 물리계층(PHY) 및 매체접속계층(MAC) 처리를 수행하는 인터페이스 모듈과,
    상기 인터페이스 모듈과 연결되며, 각 디바이스와의 데이터 송수신을 위한 상위 계층 처리를 담당하는 네트워크 프로세서와,
    상기 네트워크 프로세서에 연결되며, 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전송하며, 직렬 스위치로부터 수신한 데이터를 상기 네트워크 프로세서로 전달하는 브릿지
    를 포함하는 것인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이 장치.
  5. 직렬 스위치 버스 기반의 홈 게이트웨이를 이용하여 다수의 디바이스를 상호 접속하는 홈 네트워크 시스템으로서, 상기 홈 게이트웨이는
    상기 각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 데이터를 송수신하는 복수의 인터페이스부와,
    상기 복수의 인터페이스부와 LVDS 인터페이스로 연결되고, 상기 복수의 인터페이스부 사이에서 교환되는 데이터를 직렬 스위칭하는 직렬 스위치부
    를 포함하며,
    상기 복수의 인터페이스부는 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전달하며, 상기 직렬 스위치부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보에 따라 당해 목적 디바이스가 연결된 인터페이스부로 당해 데이터를 직렬 스위칭하는 것
    인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 네트워크 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직렬 스위치부는 스위칭 노드를 구성하는 복수의 스위치 칩을 포함하며, 각 스위치 칩은 스위칭 노드 사이를 링크하는 포트와 상기 인터페이스부를 링크하는 포트를 구비하며,
    상기 인터페이스부는 상기 목적 디바이스의 식별 정보로서 포트 ID를 사용하는 것인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 네트워크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위치 칩의 각 포트는 LVDS 차동쌍으로 연결되며, 2.5Gbps 전이중 전송을 지원하는 것인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 네트워크 시스템.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 인터페이스부는,
    각 디바이스의 네트워크 프로토콜에 따라 물리계층(PHY) 및 매체접속계층(MAC) 처리를 수행하는 인터페이스 모듈과,
    상기 인터페이스 모듈과 연결되며, 각 디바이스와의 데이터 송수신을 위한 상위 계층 처리를 담당하는 네트워크 프로세서와,
    상기 네트워크 프로세서에 연결되며, 각 디바이스로부터 수신한 데이터에 목적 디바이스의 식별 정보를 포함시켜서 상기 직렬 스위치부로 전송하며, 직렬 스위치로부터 수신한 데이터를 상기 네트워크 프로세서로 전달하는 브릿지
    를 포함하는 것인 직렬 스위치 버스 기반의 홈 네트워크 시스템.
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