KR20080090602A - 전력선 통신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 전력선을 통신라인으로 사용하는 전력선통신 모뎀에 라우팅되는 중계기능을 부여함과 동시에 통신속도의 최적화를 통해 통신거리를 연장할 수 있도록 한 전력선 통신방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 전력선 통신방법은 전력선통신모뎀이 인접 통신모뎀과 전력선통신을 수행할 때 입측과 출측을 2개의 가상 랜(VPN)으로 구분하여 서로 다른 MAC하드웨어주소로 통신이 이루어지게 함으로써 입측과 출측간 네트워크를 가상 구분하고 전력선통신모뎀 통신시 통신경로를 TCP/IP로 미리 선정하여 전력선을 통한 장거리 통신에서 상대 전력선통신모뎀이 중계 라우팅 되게 함으로써 개별 전력선통신모뎀의 통신 패킷의 전송거리에 제한 없이 동일전력선 선로상에서 장거리 전력선 통신이 가능하게 되는 것을 특징으로 한다.

전력선통신, 통신모뎀, 가상 랜, MAC, TCP/IP

Description

전력선 통신방법{Communication method of PLC}

도 1은 본 발명의 전력선 통신방법을 구현하는 전력선 통신시스템의 블록구성도이다.

도 2a 내지 도2f는 본 발명에 따른 브리지 각 포트의 조건별 상태도이다.

도 3은 본 발명에 따른 Pesudo Code표이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10,10-1,10-n : 전력선통신장치

11 : 전력선통신모듈 12 : MAC

13 : 브리지 14 : 전원부

15 : 단말장치 100 : 전력선

본 발명은 전력선을 통신라인으로 사용하는 전력선 통신에 관한 것으로, 전력선 통신모뎀마다 가상 랜을 이용한 중계기능과 TCP/IP 통신 프로토콜을 이용한 통신속도의 최적화를 통해 별도의 중계장비 없이 통신거리를 무한 연장할 수 있는 전력선 통신방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력선통신모뎀이 갖는 기술적 문제는 통신거리와 통신속도의 제한이며 이러한 문제는 기간 전력선을 통신선로로 이용한다는 점에 기인한다. 전력선은 텔레비전, 냉장고, 에어컨, 모터 등 각종 전기전자기구들의 동력원으로서 이들 전기전자기기들로부터 발생하는 노이즈가 전력선에 유입되어 전력선통신을 방해하는 요소가 된다.

여기서 전력선 노이즈는 저,고주파적 노이즈로써 전력선 통신에 있어서 전력선에서 통신을 행하는 모뎀은 통신주파수가 450Khz이하에서 사용되는 저주파 사용모뎀과 1~30Mhz에서 사용되는 모뎀이 있으며 고속이 필요로 하는 인터넷 통신은 통상 고주파수에서 변,복조가 이루어지게 함으로써 일반 노이즈의 영향으로부터는 벗어날 수 있으나 그 전력선 통신시의 전송거리가 매우 짧다는 문제가 제기된다. 이러한 통신거리의 제한은 많은 수의 신호증폭 중계기를 설치하는 것으로 해결할 수 있으나 선로의 단절 없이 연속하는 동일선로상에서의 중계는 미약한 이전신호와 증폭생성된 신호간 충돌을 피할 수 없어 원활한 장거리 전력선 통신을 달성하는데 한계가 있었다.

전력선 통신에 있어 장거리 전송을 위한 종래의 리피터 기술은 전력선통신모뎀으로 수신된 미약해진 통신신호(아날로그 신호)를 검출하여 복조한후 증폭하고 이를 다시 변조하여 다음 스테이지의 전력선모뎀에 전송하는 것을 통하여 전송거리 연장을 꾀하는 것이나, 이 경우 별도의 송, 수신용 전력선 모뎀이 각각 필요하고 또한 아날로그인 전력선통신신호를 디지털적인 신호로 변환 복조하는 과정에서 지연이 일어나 전력선통신 속도 저하가 나타나게 된다.

특히, 종래 기술은 고속의 전력선모뎀에 있어 디지털 신호를 전력선에 실어주기 위한 PHY기술로서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex), DMT(Discrete Multi Tone)등의 변조방식을 이용하고 여기에 하드웨어주소를 갖는 MAC(Media Access Control)에 의해 통신이 이루어지는 구조를 가지고 있으며 통신모뎀이 통신 전달매체로서의 전력선이 동일전력선 상에 위치하여야 한다. 이것은 랜(LAN)통신에서 허브와 같이 동일 네트워크에 여러 개의 모뎀 또는 단말기가 설치 사용되는 것과 같다.

이에 따라 전력선통신모뎀 또는 전력선통신칩을 생산하는 회사는 각자의 기술을 기반으로 독자적인 통신방식을 구현하나, 통상의 전력선 모뎀은 충돌을 피하기 위해 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidance)의 통신기법을 활용하여 통신을 하도록 설계된다.

여기서의 변, 복조는 칩(Chip)사에서 채택하여 사용되는 방법에 따라 상이하나 OFDM방식의 다중파 전송 방식에 사용된 4.5Mhz - 20.7Mhz 대역에서 사용하는 미국의 인텔론 사의 칩(Chip)은 76 Carrier 부반송파를 이용하며 전송신호 관리 목적인 4개의 파일럿 부반송파가 포함되어 있으므로 실사용에는 72개 부반송파를 사용하고 있다. 또한 PHY의 전송속도는 칩(Chip)사에서 제공하는 속도에 따라 14M/bps, 85M/bps, 200M/bps급으로 구분되나, 실제 사용 환경과 전력선 채널환경에 따라 최대 전송속도는 가변적이다,

이에 따라 전력선 통신에서는 그 통신거리가 제한적이며 또한 전압을 변경하는 트랜스(변압기)등에서 물리적으로 전력선이 분리되어 있어 전력선으로 통신하는 전력선 모뎀은 통신선로가 중간에 절단된 것과 같은데, 이와 같은 경우 통상 변압기 전, 후로 별도의 전력선모뎀을 추가로 설치하여 통신선로가 연속되는 형태가 되도록 한다.

따라서 가정용 상용전압(220V)에 부착되는 모뎀과 전기의 원거리 전송용 고압전압(229,00V)에 사용되는 모뎀이 상호 통신가능하게 되며, 이들 전력선로 중간 중간에 신호증폭을 위한 리피터가 설치된다.

즉, 전력선에 통신을 위해 전력선 통신모뎀을 설치할 경우 동일선로상에 사용되는 모뎀간 통신거리 거리연장을 위해 리피터 기능의 전력선 모뎀이 필요하며 또한 변압기 등에 의해 전력선이 분리되는 곳에도 리피터 기능의 전력선 모뎀이 필요하고 인터넷 통신을 위한 이더넷 패킷을 전달하는 전력선 모뎀의 경우에도 광역망에 접속하고자 할 경우 광역망과 전력선모뎀과의 통신을 위한 전력선모뎀방식의 라우터 등이 필요하게 되는 것이다.

본 발명의 목적은 전력선을 통신라인으로 사용하는 전력선 통신모뎀마다 라우팅 기법의 중계기능을 부여함과 동시에 통신속도의 최적화를 통해 통신거리를 연장하기 위해 STA(Spanning Tree Algorithm)기반의 멀티캐스팅 통신과 두 전력선모뎀을 연결시키는 브리지를 이용하는 전력선 통신방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력선 통신방법은 전력선통신모뎀이 인접 통신모뎀과 전력선통신을 수행할 때 입측과 출측을 2개의 가상 랜(VPN)으로 구분하여 서로 다른 MAC하드웨어주소로 통신이 이루어지게 함으로써 입측과 출측간 네트워크를 가상 구분하고 전력선통신모뎀 통신시 통신경로를 TCP/IP로 미리 선정하여 전력선을 통한 장거리 통신에서 상대 전력선통신모뎀이 중계 라우팅 되게 함으로써 개별 전력선통신모뎀의 통신 패킷의 전송거리에 제한 없이 동일전력선 선로상에서 장거리 전력선 통신이 가능하게 되는 것을 특징으로 한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명 방법을 구현하기 위한 시스템은 전력선(100)과 전력선통신장치를 접속하는 커플러(16)와 상기 커플러를 통해 전력선에 접속되는 다수의 전력선통신장치(10, 10-1,…10-n)와, 상기 전력선모뎀에 접속되는 여러 종류의 단말장치(15)를 포함한다.

상기 전력선통신장치(10)는 통신을 하기위한 하드웨어주소를 저장하고 있는 MAC(12)을 포함하는 전력선통신모듈(11)과 상기 전력선통신모듈과 단말장치를 접속하는 WAN/LAN 스위치가 마련된 브리지(13)와 상기 전력선통신모듈과 브리지에 동작전압을 공급하는 전원부(14)로 구성되어 있다.

상기 전력선통신모듈(11)은 전력선(100)에서 전달받은 파워패킷을 전기적 신호로 변환하는 전력선 칩을 포함하며 단말장치(15)들과의 연결을 위한 인터페이스 및 2개의 VPN(가상네트워크)으로 구성된 스위치 타입의 브리지(13)로 구성한다.

전력선 통신모듈(11)내의 전력선 칩은 전력선에 통신을 위한 파워패킷신호를 OFDM 모듈방법으로 변, 복조하며, 단말장치(15)와의 접속을 위한 통신단자(MII, PHY, PCI등)와 전력선 통신에서 실제통신시 필요한 하드웨어주소을 저장하는 MAC접 속용 핀을 가지고 있다.

브리지 방식의 전력선모뎀의 동작원리를 보면, 전력선통신은 PHY와 MAC에 의해 이루어지는 것으로 전력선통신모듈(11)내 칩에서 전력선통신을 위한 PHY와 MAC을 커플링장치(4)를 이용하여 전력선(100)에 브로드캐스팅 방식으로 실어 준다. 이에 따라 동일 전력선 선로상에 있는 모든 전력선통신장치(10-1...10-n)에 파워패킷이 전송된다.

송출된 프레임 단위의 파워패킷을 수신한 전력선통신장치는 일측에 접속된 단말장치(DTE)에 파워패킷을 전달하고 통신코자 하는 내역은 단말장치의 내의 CPU에서 판단하여 상호 접속에 의해 통신이 이루어지게 된다.

이것을 전력선모뎀을 통해 인터넷 통신을 하기위한 방법을 살펴보면 컴퓨터에 설치된 이더넷통신용 랜카드(NIC)(Network Interface Card)에서 컴퓨터 내부의 응용 소프트웨어에서(웹부라우저등)OSI의 7 Layer Model의 통신 프로토콜에 의한 통신 패킷이 이더넷카드를 통해 전력선통신장치의 이더넷통신을 위한 통신단자(RJ45)에 전송되나 통상의 이더넷 통신은 유니캐스트(Unicast)방법으로 통신하도록 되어있어 전송되는 프레임 안에 항상 출발지와 목적지의 주소가 필요하다. 이때 주소는 예를 들어 한국전력의 홈폐이지에 접속코자 할 경우 인터넷 주소 방식의 IP주소가 있으나 실제 통신에서는 하드웨어 주소인 즉 MAC(Media Access Control)주소를 필요로 한다.

통신코자 하는 한국전력의 홈페이지가 운용되는 서버의 일단에 접속된 이더넷카드의 MAC주소로 발송되어야 하나, 이를 위해서는 사전에 상대 통신장치의 MAC 주소, 즉, 통신 Port인 이더넷카드의 하드웨어주소를 알고 있어야 한다.

이때의 상대편 MAC주소는 실제 통신코자 하는 호스트(Host) 등의 단말장치(15)인 이더넷 카드가 가지고 있는 주소이다.

따라서 맨 처음통신시에는 상대 단말의 MAC주소를 알 수 없는 관계로(상대의 IP 주소는 알고 있다고 하여도)통신기법의 하나인 ARP(Address Resolution Protocol)를 이용하여 상대편 MAC주소를 알아낸다. 이 ARP가 바로 브로드캐스트로서 동일선로에 설치된 모든 전력선 통신장치마다 해당 IP를 조회하기 위해 일일이 전송한다.

전송된 이더넷 프레임은 동일선로(LAN상)에는 한국전력의 홈페이지가 운용되는 MAC주소가 없으므로 전력선에 설치된 모뎀 중에서 상위 망과 연결된 전력선라우팅 장치에서 광역망으로 전송하면 광역망에 존재하는 도매인 네임 서버(DNS)에서 한국전력의 홈 페이지가 운용되는 이더넷카드의 주소(MAC)를 알고 있어 이 주소로 다시 발송되며 이러한 과정을 거쳐 한국전력의 홈페이지가 운용되는 서버의 이더넷카드(이를 통틀어 단말장치(DTE))로부터 응답이 있고 그에 따라 자신의 MAC주소를 보내 ARP 통신을 수행하게 된다.

이후 전송되는 프레임은 정상적인 유니캐스트 방법으로 통신이 필요한 해당 전력선통신장치만 응답하게 되고 다른 통신장치측에 전송된 파워패킷은 그 후단의 단말장치(DTE)에는 전달하지 않는다.

상기와 같은 브리지 통신방식의 전력선통신장치는 전력선 칩에서 단말장치로부터 전달된 데이터를 별도로 가공하지 않고 상대편 전력선통신장치에 전달하는 역 할만 한다. 전력선통신장치가 전달된 데이터를 별도로 가공하지 않는 것은 각각의 단말장치마다 그 사용 용도에 따라 여러 가지 형태의 응용 프로그램 과 프로토콜에 의해 제작되기 때문이다. 그러므로 전력선통신장치와 단말장치를 각각의 용도에 맞는 제품으로 제작하려면 각각의 제품을 그의 용도에 적합한 프로그램이나 프로토콜에 따르거나 또는 완제품을 생산하는 회사로부터 해당 프로토콜을 제공받아서 자체적으로 제작하는 것이나 이를 다방면에 적응되도록 범용성 있는 입출력 단자(USB, ETH_RJ45, RS232_시리얼통신)를 제공하여 완제품 형태로 제공할 수 있다.

예를 들어 가정이나 사무실에서 브리지 타입의 전력선통신장치를 사용할 때 이들 간의 통신방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 마스터 역할을 하는 메인 전력선통신장치의 입출력단자에 광역망(엑세스 네트워크)과 연결된 ADSL모뎀 등의 입출력단자의 이더넷(RJ45) 포트를 UTP케이블로 연결한다. 즉, 전력선통신장치에 접속된 단말장치의 연결단자와 ADSL모뎀의 이더넷 단자를 연결시킨다.

전력선통신장치의 일단은 가정 또는 사무실내 전력선에 파워패킷을 전송하고 수신하기 위해 벽면 등에 부착된 콘센트에 접속시키고, 동일 전력선 선로상의 옆방이나 위층에서 슬리브 역할의 제2, 제3의 전력선통신장치를 전원콘센트에 삽입한 후 여기에 컴퓨터 등의 단말장치의 랜카드(NIC)를 연결하는 것으로 원거리에서 전력선을 통한 인터넷 사용이 가능하게 된다.

그 동작원리를 살펴보면, 인터넷에 접속하고자 하는 컴퓨터는 앞서 설명한 것과 같이 인터넷 통신을 위한 컴퓨터 내부의 응용 소프트웨어에서 OSI의 7 Layer Model의 통신 프로토콜에 의한 통신패킷이 전력선모뎀에 전달되나 이는 전력선모뎀에서 통신을 위해 전송된 패킷에 존재하는 모든 데이터와 해더에 포함된 내용을 확인하지 않고 전력선통신장치에서 통신을 위해 필요한 프레임(MAC,PHY)만을 데이터에 실어 전력선을 통해 상대 전력선통신장치에 전달한다.

이것은 통신패킷에 존재하는 모든 데이터와 해더에 포함된 내용을 확인하려면 고속의 대용량의 CPU가 필요하기 때문이다.

이때 전력선모뎀에서는 통신방법이 TCP/IP와 유사한 방식의 Network Interface Layer 과 Transport Layer, Physical Layer 기법을 이용하여 컴퓨터 LAN 카드로부터 받은 데이터를 패킷프레임 단위로 만들어 변조된 주파수와 같이 전력선을 통해 전송한다.

이후 동일 전력선 선로 상에 위치한 전력선통신장치는 자신과 접속된 단말장치에 받은 프레임을 전달하며, 이중 ADSL모뎀과 연결된 전력선통신장치에서는 ADSL모뎀의 기능 중 라우팅 기능에 의해 상위단의 광역망에 접속되어 이후로는 ADSL모뎀이 인터넷을 사용하는 것과 동일한 방법으로 인터넷에 접속된다.

전력선통신에서 동일선로 상에 여러 개의 전력선통신장치가 존재할 경우 마치 허브와 같은 통신방식으로 단말장치가 접속된 모든 전력선통신장치에 브로드캐스트 방법으로 통신하게 되므로 통신충돌(동시 통신을 원하는 단말장치들 사이에서발생하는 통신패킷 충돌)이 발생된다.

이것을 방지하기 위해서 CSMA/CA(Carrier sense multiple access with collision avoidance)기술이 적용된다.

단말장치로부터 송출된 통신데이터 패킷 프레임은 전력선을 타고 데이터가 전송되는 동안 동력원으로서 전력선을 사용하는 각종 전자기기와 접하게 되므로 이들 전자기기로부터 방출되는 잡음성격의 다른 주파수와 섞이게 된다. 또 전력선의 분기 등도 전력선통신장치측에서 보면 원활한 통신유지 및 통신거리의 제한 요소가된다.

한편, 다수의 전력선통신장치를 인터넷 사용의 광역 접속용 통신모뎀으로 구축할 경우 최초 광역망과 연결된 전력선통신장치와 상당히 멀리 떨어진 전력선통신장치 사이의 중간에 위치하는 전력선통신모뎀은 리피터 기능을 수행한다. 이것은 동일전력선상에 위치한 전력선통신장치에 접속된 단말장치(PC)등으로부터 인터넷 접속을 위해 브리지 일단의 입출력 포트에 프레임이 수신되면 통신패킷이 수신된 포트외에 모든 포트로 데이터를 브로드케스트하며, 브리지에 전달된 데이터를 라우터나 스위치 등에서 사용하는 기법인 STA(Spanning Tree Algorithm)알고리즘을 응용 전력선통신장치의 포트로 프레임을 전송한다.

STA는 LAN통신기술에서 브리지 소자 등으로 하여금 루프를 형성하지 않도록 하는 알고리즘이다. 이는 임의의 2개의 단말이 프레임을 송수신할 수 있는 경로가 단 하나가 되도록 하기 위함이다.

이 기법을 전력선통신장치에 사용하는 이유는 다음과 같다. 전력선통신장치가 전력선을 통해 정보를 받는 입출력장치는 하드웨어적으로 구분되어 있지 않고 동일전력선 상에서 허브와 같은 구조로 접속하여 통신이 되는 구조이며, 다수개의 브리지 소자가 서로 협력하여 루프가 존재하지 않는 형태를 취한다.

여기서 브리지 소자 간 협력이란 IEEE 802.1D에서 정의하고 있는 Configuration Bridge Protocol Data Unit(이하 Configuration BPDU)패킷을 통하여 서로 간에 정보를 교환하여 어떤 포트를 디세이블(Disable)할지를 결정하는 것을 말하는 것으로, 이는 통신이 필요한 포트에만 데이터를 송신하여 데이터가 무한 루프 되는 것을 방지한다.

세계적인 통신방식을 규제하는 단체(IEEE)에서 기준으로 나온 IEEE 802.1D에서는 Disable된 포트를 "blocking state", Enable되어 있는 포트를 "forwarding state"라고 정의하고 있다. 이를 본 발명에 적용하여 기술적으로 정리하면 다음과 같다. 여기에서 브리지가 필요한 정보인 Configuration BPDU에 저장된 정보는 하기와 같다.

Transmitting bridge ID: Configuration BPDU를 송신하는 Bridge의 ID이다. Bridge ID는 48 bit로 구성이 되며, MAC Address와 같이 각 Bridge에는 유일한 ID가 할당이 된다.

Root ID: Root라고 생각되는 Bridge의 ID이다.

Cost: Root Bridge로부터의 Hop count이다. 즉, 특정 Configuration BPDU가 n개의 Bridge를 거쳤다면, Cost는 n이라는 값을 가진다.

Bridge는 초기화 시에 즉, 어떠한 Configuration BPDU를 수신하지 않은 상태에서 각 Bridge는 자신을 Root Bridge라고 가정하고 Root ID에 자신의 Bridge ID 즉, Transmitting bridge ID를 담고, Cost는 0으로 하여 모든 포트로 Configuration BPDU를 송신한다.

그 후에 Bridge는 각 포트로부터 Configuration BPDU를 수신하면서 각 포트에 대하여 "best"한 Configuration BPDU 값을 내부적으로 저장하고 이 값에 의해서 각 포트를 forwarding state로 할 것인지, blocking state로 할 것인지를 결정한다.

Best한 Configuration BPDU 결정은 다음과 같은 순서로 한다. 임의의 Bridge포트로 C1과 C2라는 Configuration BPDU를 수신하였다고 가정한다면,

1. C1의 Root ID가 C2 보다 작으면 C1이 best한 Configuration BPDU이다.

2. C1과 C2의 Root ID가 동일할 경우, C1의 Cost가 C2 보다 작으면 C1이 best한 Configuration BPDU이다.

3. Root ID와 Cost가 동일할 경우, C1의 Transmitting bridge ID가 C2 보다 작으면 C1이 best한 Configuration BPDU이다.

4. 만약 위의 3가지 값이 동일할 경우, Port ID가 작은 Configuration BPDU가 best이다.

위에 열거한 방법을 소포트웨어적으로 구성된 전력선통신장치에 있어 2개의VPN으로 구성된 브리지(15)에 WAN과 LAN으로 구분하고 상기 설명한 것과 같이 인터넷 사용을 위한 프레임이 브리지의 일단의 포트에 수신되면 상기 설명과 같이 상대 하드웨어주소(MAC)을 모르기 때문에 브로드캐스트하게 되고 LAN포트에는 단말기에서 통신하고자 하는 주소(MAC)가 없어 이를 브리지에서 자기주소(MAC)를 포함하여 라우팅 기법으로 브리지의 단자를 통해 프레임을 송출(forwarding)하고 브리지 자신은 필요한 정보를 저장한다.

이때 브리지의 일단에 접속된 전력선통신모듈(11)을 통해 전력선(100)에 프레임을 전송하게 되며 동일선로상에 있는 다른 전력선통신장치(10-1,...10n)와 전력선 통신프레임이 전달된다.

그러나 전력선통신모듈의 사용환경 구조상 전력선통신장치인 자신한테도 프레임이 전달되나 STA에 의해 브리지(13)에서 송출(forwarding)여부를 판단할 수 있는 것이다.

이때 전력선통신장치에 자신의 네트워크를 2개로 분류하여 브리지가 자신의 네트워크(이를 LAN)상위단과 연결된 네트워크(이를 WAN)를 부여하고 하드웨어주소 (MAC)와 가상IP주소를 가지게 되어있도록 구성된 프로그램에 의해 관리자나 사용자가 셋팅을 할 수 있다.

이것은 단말장치(15)로부터 받은 프레임을 자신이 가지고 있는 네트워크 정보도 상위단 게이트웨이 주소로 프레임이 전달되고 각각의 전력선모뎀은 미리 소포트웨어적으로 입력한 선정 경로에 의해 통신장치 자신이 송출(forwarding)하는 것을 판단한다.

중간에 위치한 전력선통신장치(예를 들면 10-1)는 브리지 내부의 프로세스에 의해 필요한 정보를 저장한 후 브리지의 일단에 접속된 또 다른 전력선통신장치를 통해 프레임을 송출(forwarding)하는 것으로 동일선로상에 있는 전, 후의 전력선통신장치(예를들면 10)와 전력선통신장치(예를들면 10-n)에 프레임을 전달한다.

이때에 자신이 송출한 프레임이 전력선통신장치(예를들면 10-1)에도 다시 유입되며 또한 브리지 내부의 프로세스가 동일한 과정을 수행하여 송출된 프레임이 전력선에 전달되면 이때 전력선통신장치에는 광역망에 접속된 ADSL모뎀에서 라우팅 기능에 의해 상위단과 연결되게 된다.

이후로는 ADSL모뎀이 인터넷을 사용하는 것과 동일한 방법으로 인터넷에 접속할 수 있는 것이다.

여기서 동일선로상에 위치한 전력선통신장치에서 라우팅 기법에 의해 송출된 전력선통신 프레임이 자신한테 무한 루프 하는 것을 방지하기 위해 적용한 STA를 상세히 설명하면 다음과 같다.

통신데이터 전송경로를 정리하면 PC로부터 수신된 프레임의 MAC Address를 저장할 Table이 필요한데 이를 FDB(Filtering Database)라고 하며 Learning Bridge라고도 한다. 한편 수신된 프레임의 MAC Address 정보를 스스로 learning한다는 의미이며 Learning Algorithm이라고 규정한다.

가령, 스위칭 브리지가 5개의 포트를 가진 ID 35의 브리지로 구성된 네트워크 칩이 전력선통신장치 내에 장착된 것이라면,

상태1. Bridge는 초기화 시에 어떠한 Configuration BPDU도 수신하지 않은 상태이므로, 자신이Root Bridge라고 생각하고 자신의 Configuration BPDU인 35.0.35, Root ID 35, Cost 0, Transmitting Bridge ID 35, 를 5개의 포트로 내보낸다. 이는 도 2a와 같다.

상태2. 이후 t1이라는 시간이 경과된 후에, 포트 1에 단말로부터 81.0.81의 값을 가진 Configuration BPDU가 수신되었다. 이 경우, Bridge ID 81을 가진 Bridge는 자신이 Root Bridge라고 생각되어졌기 때문에 첨부한 도 2b의 BPDU를 보 냈을 것이다. 이제 Bridge 35는 자신이 내부적으로 가지고 있는 포트 1에 대한 best Configuration BPDU(35.0.35)와 수신된 81.0.81을 비교한다.

Root ID 값이 35 < 81이므로 여전히 포트 1에 대한 best Configuration BPDU는 35.0.35가 된다. 이는 도 2b와 같다

상태3. t2(>t1) 시간에, 포트 2 에 단말로부터 30.19.125를 수신하였다. 이 값은 포트 2의 내부 테이블 값 (35.0.35) 보다 best하며, 또한 모든 포트에 대한 테이블 값보다도 best하다. 따라서 이 포트를 Root Port로 지정한다. 그리고 이 Root Port로부터 수신된 Configuration BPDU를 이용하여 Bridge 35자신의 Configuration BPDU를 수정한다. 이 값은 30.20.35가 된다.

Root ID는 불변이고, Cost는 19에 1을 더하며 Transmitting Bridge ID는 Bridge 35 자신의 I를 삽입하게 된다.

이제 자신의 Configuration BPDU 30.20.35와 지금까지 수신된 best Configuration BPDU를 비교하여 Root Port를 제외한 모든 포트가 이 값보다 best하지 못하기 때문에 테이블 값은 다음과 같이 수정된다. 이는 도면 2c와 같다

상태4. t3(>t2) 시간에, 포트 3에 단말로부터 30.12.135를 수신하였다. 이 값은 포트 3의 내부 테이블 값(30.20.35)보다 best하며 또한 모든 포트에 대한 테이블 값보다도 best하다. 따라서 Root Port를 포트 2에서 포트 3으로 재지정하고 Bridge 35의 Configuration BPDU도 30.13.135로 수정된다.

이제 자신의 Configuration BPDU 30.13.35와 지금까지 수신된 best Configuration BPDU를 비교한다. Root Port를 제외한 모든 포트가 이 값보다 best 하지 못하기 때문에 테이블 값은 다음과 같이 수정된다. 이는 도면 2d와 같다

상태5. t4(>t3) 시간에, 포트 4에 단말로부터 30.12.200을 수신하였다. 이 값은 포트 4의 내부 테이블 값(30.13.35)보다 best하지만 기존의 Root Port의 값보다는 best하지 못하기 때문에 Root Port는 바뀌지 않는다. 포트 4로 수신된 30.12.200은 Bridge 35의 Configuration BPDU 30.13.25보다 best하므로 이 포트는 blocking state가 된다.

Bridge 자신이 가지고 있는 Configuration BPDU 보다 best한 BPDU를 수신하였지만 Root Port가 될 수 없는 포트를 blocking state로 만든다. 이는 도 2e와 같다

상태6. t5(>t4) 시간에, 포트 5부터 30.13.15를 수신하였다. 이 값은 포트 5의 내부 테이블 값(30.13.35)보다 best하지만 기존의 Root Port의 값보다는 best하지 못하다. 포트 5로 수신된 30.13.15는 Bridge 35의 30.13.25보다 best하므로 이 포트는 blocking state가 된다. 이는 도 2f와 같다

결국 t5에서 Bridge 35의 상태는 다음과 같다. Root Port포트는 3, Designated Port 포트는 1, 2, 는 Spanning Tree에 포함되어 프레임 송수신 기능을 수행하며, 포트 4와 5는 Port Blocking 상태가 되어, BPDU 이외의 Ethernet Packet에 대한 송수신 기능을 수행하지 않는 것이다.

Forwarding state	Blocking state
1 : Designated Port 2 : Designated Port 3 : Root Port	4, 5

위 표1은 Forwarding상태와 Blocking상태의 값들로서 이들을 정리하면 다음과 같다.

- Bridge에 n개의 포트가 존재할 때, 가장 best한 Configuration BPDU를 수신한 포트를 "Root Port"라고 한다.

- Bridge가 가지고 있는 Configuration BPDU가 특정 포트로부터 수신된 best Configuration BPDU 보다 best하면 그 포트를 "Designated Port"라고 한다.

- 하나의 Bridge에는 하나의 Root Port와 다수개의 Designated Port가 존재할 수 있다.

- Root Port와 Designated Port를 "forwarding state"라고 한다.

- Root Port와 Designated Port를 제외한 모든 포트를 "blocking state"라고 한다.

위와 같이 브리지방식의 전력선통신장치의 일단에 STA이 적용된 브리지(13)를 구비하고 또한 2개의VPN (가상네트워크)를 구성함에 있어 필요에 따라 VPN을 WAN과LAN으로 구분하도록 하는 프로그램을 관리자와 사용자가 구분되는 소프트웨어로 구성함으로써, 전력선통신장치가 사용되는 개소에 따라 셋팅방법을 달리하여 단말장치(15)를 부착하는 전력선통신장치(10)로 기능하게 되고 또한 동일선로상에서 원거리 전송 시에는 각각의 전력선통신장치가 리피터로 기능하게 된다. 이를 PesudoCode로 표현하면 도 3과 같다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 동일전력선 선로상에 설치되는 전력선 통신장치마다 소프트웨어적으로 작동하는 리피터 기능을 부여하여 별도의 리피터 설치없이도 통신데이터의 손실없이 장거리 전력선통신을 가능하게 하는 특유의 효과를 가져온다.

Claims (1)

1. 전력선통신모뎀이 인접 통신모뎀과 전력선통신을 수행할 때 입측과 출측을 2개의 가상 랜(VPN)으로 구분하여 서로 다른 MAC하드웨어주소로 통신이 이루어지게 함으로써 입측과 출측간 네트워크를 가상 구분하고 전력선통신모뎀 통신시 통신경로를 TCP/IP로 미리 선정하여 전력선을 통한 장거리 통신에서 상대 전력선통신모뎀이 중계 라우팅 되게 함으로써 개별 전력선통신모뎀의 통신 패킷의 전송거리에 제한 없이 동일전력선 선로상에서 장거리 전력선 통신이 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 전력선통신방법.

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