KR20090120998A - 네트워크의 시간 동기화 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 네트워크의 시간 동기화 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 왕복지연시간을 측정하는 복수의 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 전파지연시간이 각각 가장 적게 소요되는 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택하여 최소 왕복지연시간을 측정하고, 측정된 최소 왕복지연시간을 기초로 시간 동기화를 수행한다.

네트워크, 시간, 동기, 왕복지연시간

Description

네트워크의 시간 동기화 방법 및 그 장치 {Time synchronizing method and apparatus of network}

본 발명은 네트워크 동기화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 네트워크의 시간 동기화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

건물 안의 펨토셀(femto cell) 기기국과 건물 밖의 와이브로(Wibro) 기지국이 복수의 링크를 통해 상호 연결되어 네트워크를 형성할 수 있다. 이 경우 펨토셀 기지국과 와이브로 기지국은 서로 시간동기화 되어야 한다. 예를 들어, 펨토셀 기지국을 통해 건물 안에서 통화를 하던 사용자가 건물 밖으로 이동하여 와이브로 기지국으로 핸드오버(handover)되는 경우, 시간 동기가 맞지 않는다면 통화 품질이 매우 나빠질 수 있다. 따라서, 펨토셀 기지국은 와이브로 기지국과 동기화된 정확한 시간 정보를 가질 필요가 있다.

이를 위해 펨토셀 기지국이 GPS 수신기를 장착할 수 있다. 그러나, 건물 안이기 때문에 GPS 수신이 안 되는 경우가 빈번히 발생하고, GPS 수신기를 장착하기 위해 추가 비용이 발생한다.

다른 방법으로서 GPS 수신기를 장착한 다른 기지국, 예를 들면 마스터 노드 로부터 정확한 시간 정보를 가져오는 방법이 있다. 즉, 펨토셀 기지국이 마스터 노드에 패킷을 전송하고, 마스터 노드가 이를 받아서 다시 펨토셀 기지국에 보내주는 데 걸린 시간을 왕복지연시간(round-trip delay)라고 하며, 이 시간을 반으로 나누어 펨토셀 기지국과 마스터 노드 사이에 시간차를 구하는 방식이다. 그러나 이러한 방법은 트래픽의 영향에 의해서 정확히 왕복지연시간을 측정하기가 어렵다.

본 발명은 최소 왕복지연시간을 이용한 네트워크의 시간 동기화방법 및 그 장치를 제안한다.

보다 구체적으로는 본 발명의 일 양상에 따른 네트워크의 시간 동기화 방법은 왕복지연시간을 측정하는 복수의 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 전파지연시간이 각각 가장 적게 소요되는 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택하는 단계, 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 이용하여 최소 왕복지연시간을 측정하는 단계 및 측정된 최소 왕복지연시간을 기초로 시간 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.

여기서 요청 패킷 및 응답 패킷을 선택하는 단계는, 복수의 요청 패킷들과 응답 패킷들의 타임 스탬프가 저장된 시간 윈도우 테이블을 분석하여 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택할 수 있다.

최소 왕복지연시간을 측정하는 단계는, 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 포함한 패킷들의 총 왕복지연시간과 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷 사이의 체류시간의 차를 계산하여 최소 왕복지연시간을 측정할 수 있다.

한편 시간 동기화를 수행하는 단계는, 현재 구간의 최소 왕복지연시간과 이전 구간들로부터 측정된 최소 왕복지연시간의 차가 미리 설정된 값보다 작으면 시간 동기화를 수행할 수 있다.

한편 본 발명의 다른 양상에 따른 네트워크의 시간 동기화 장치는 왕복지연 시간을 측정하는 복수의 요청 패킷들과 복수의 응답 패킷들 중에서 전파지연시간이 각각 가장 적게 소요되는 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택하는 패킷 선택부, 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 이용하여 최소 왕복지연시간을 측정하는 시간 측정부 및 측정된 최소 왕복지연시간을 기초로 시간 동기화를 수행하는 시간 동기화부를 포함한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 네트워크는 슬레이브 노드(1)와 마스터 노드(2)를 포함한다. 슬레이브 노드(1)는 최소 왕복지연시간(virtual round-trip delay)을 이용하여 시간 동기화를 수행하는 시간 동기화 장치(10)를 포함한다.

또한, 네트워크는 중간 노드(3)들로 구성되는 복수의 링크를 포함한다. 여기서 각 중간 노드(3)들은 스위치 또는 라우터일 수 있으며, 각 링크들은 다양한 링크 속도를 가진다. 이에 따라 슬레이브 노드(1)가 마스터 노드(2)로 패킷을 송신하는데 걸리는 시간과 마스터 노드(2)로부터 패킷을 수신하는데 걸리는 시간이 서로 다르다. 이러한 트래픽의 영향으로 왕복지연시간(round-trip delay)을 반으로 나눈 시간인 단방향 지연시간(one-way delay)을 구하기 어렵다.

일반적으로 단방향 지연시간을 구하기 위해서는 두 가지의 메시지 교환이 필요하다. 우선 왕복지연시간을 구해야 하며, 이후에 동기화 메시지(sync message)를 마스터 노드(2)에서 슬레이브 노드(1)로 계속 보내야 한다. 동기화 메시지는 멀티캐스트로 전송되며, 이 메시지를 통해서 지속적으로 슬레이브 노드(1)는 시간을 동기화할 수 있다.

그런데, 이러한 방식은 많은 수의 동기화 메시지가 필요하고, 멀티캐스트로 전송되기 때문에 네트워크에 부담이 될 수 있다. 특히 저가의 스위치에서는 오차가 커서 멀티캐스트된 메시지가 예상치 못한 큰 지연을 겪게 되거나 메시지가 이탈될 수도 있다. 　

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 장치(10)는 동기화 메시지 없이도 효율적으로 시간을 동기화할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 최소 왕복지연시간을 이용하여 동기화 메시지 없이 시간을 동기화하는 장치 및 그 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 장치(10)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 시간 동기화 장치(10)는 패킷 선택부(100), 시간 측정부(110) 및 시간 동기화부(120)를 포함한다.

패킷 선택부(100)는 왕복지연시간(round-trip delay)을 측정하는 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 전파지연시간(propagation delay)이 각각 가장 적게 소요 되는 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택한다. 이를 위하여 요청 패킷들과 응답 패킷들의 타임 스탬프(time stamp)가 저장된 시간 윈도우(time window) 테이블(105)을 분석한다.

시간 측정부(110)는 패킷 선택부(100)를 통해 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 이용하여 최소 왕복지연시간(virtual round-trip delay)을 측정하며, 시간 동기화부(120)는 시간 측정부(110)로부터 측정된 최소 왕복지연시간을 기초로 시간 동기화를 수행한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 시간 동기화 장치는 시간 동기화를 위하여 왕복지연시간 측정에 이용되는 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 전파지연시간(propagation delay)이 각각 가장 적게 소요되는 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택한다(S100).

이때 요청 패킷들과 응답 패킷들의 타임 스탬프(time stamp)가 저장된 시간 윈도우 테이블을 분석하여 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택한다.

타임 스탬프에 대해 구체적으로 설명하면, 슬레이브 노드는 마스터 노드에 전송시간 타임 스탬프(T1)를 포함한 요청 패킷을 전송한다. 요청 패킷을 수신한 마스터 노드는 응답 패킷을 슬레이브 노드에 전송한다. 응답 패킷에는 요청 패킷 수신시간 타임 스탬프(T2), 응답 패킷이 보내진 시간 타임 스탬프(T3)가 포함된다. 슬레이브 노드에서 응답 패킷을 수신한 시간 타임 스탬프(T4)도 동기화에 이용된다. 이러한 타임 스탬프들(T1,T2,T3,T4)이 저장된 시간 윈도우 테이블을 분석하 여, 요청 패킷들에 있어서 (T2-T1)과 응답 패킷들에 있어서 (T4-T3)가 가장 적은 패킷을 하나씩 선택한다.

이어서, 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 이용하여 최소 왕복지연시간(virtual round-trip delay)을 측정한다(S110). 여기서 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 포함한 패킷들의 총 왕복지연시간(Wide RTT)과 선택된 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷 사이의 체류시간(Residential time)의 차를 계산하여 최소 왕복지연시간을 측정할 수 있다.

다음, 측정된 최소 왕복지연시간을 기초로 시간 동기화를 수행한다(S120). 이 경우 현재 구간의 최소 왕복지연시간과 이전 구간들로부터 측정된 최소 왕복지연시간의 차가 미리 설정된 값보다 작으면 시간을 동기화시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 최소 왕복지연시간을 이용하여 오프셋 보정의 횟수를 증가시켜 위상 동기화(phase synchronization)를 실행하며, 시간당 위상 오프셋 오차(phase offset error)를 감소시켜 주파수 동기화(frequency synchronization)를 실행할 수 있다.

한편, 왕복지연시간을 반복 측정시 현재 구간의 왕복지연시간과 이전 구간들 중 최소 왕복지연시간의 차가 미리 설정된 오차 범위 내에 있을 경우, 동기화 시간(sync time)은 마스터 노드에서의 최종 응답 패킷의 타임 스태프 시간에서 최소 왕복지연시간을 이등분한 시간을 차감한 값이다.

이하, 도 4 및 도 5를 통해 최소 왕복지연시간(virtual round-trip delay)을 측정하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 왕복지연시간을 여러 번 측정하는 경우, 요청 패킷들 및 응답 패킷들에 있어서 시간의 흐름에 따른 슬레이브 노드의 타임 스탬프와　마스터 노드의 타임스탬프의 차이를 보여준다.

도 4를 참조하면, 패킷 송수신 과정마다 서로 다른 트래픽에 의해서 도 4와 같이 시간에 따라 슬레이브 노드의 타임 스탬프와　마스터 노드의 타임스탬프의 차이(T4-T3 또는 T2-T1)가 변동된다. 여기서 가장 오차가 적은 지점은 A,B,C와 같은 최소지점(local minimum)이다. 이 최소 지점들이 시간당 얼마나 차이를 만들었는가를 측정하면 주파수 오프셋을 계산할 수 있다.

일반적으로 베이스라인 접근법(baseline approach)을 이용하여 A,B,C와 같은 최소 지점이 연결되는 직선을 긋고 그 기울기(slope)를 구하는 방식으로 주파수 오프셋을 구할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 도 4와 같이 직선 AB와 직선 BC 중에서 어느 것이 진짜 주파수 오프셋인지 파악하기가 힘들다. 이 경우 더 많은 샘플링을 해야 하며, 여전히 그 값이 신뢰할 수 있는지 또는 어느 정도의 오차가 있는지 정확히 파악하기가 힘들다. 이는 특정 기간동안 트래픽이 불안정하고 그 양이 많아져서 그 지점을 잡기가 어렵기 때문이다.

나아가 모든 지점을 파악해서 기울기를 알아내기 쉽지 않다. 예를 들면, 도 4와 같이 직선 AC를 선택한다고 할 때, 이것이 맞는지 파악하기 위해서는 이 직선의 밑으로도 그래프가 존재하는지 모든 값에 대해서 일일이 확인을 해 봐야 한다. 도 4에서는 B 부근의 값들이 직선 AC의 아래에 존재하므로 다른 직선을 고를 수 있다. 그러나 이러한 방식은 주파수 오프셋을 측정하는 기간이 얼마나 되어야 하는 지 결정하기가 힘들다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 최소 왕복지연시간(virtual round-trip time)을 활용하여 위상을 동기화할 수 있다. 그 목적은 동기화를 할 수 있는 확률을 최대화하는 것이다. 즉 최소 왕복지연시간이 나올 확률을 높이는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 왕복지연시간(round trip delay 또는 RTT)과 거의 흡사한 최소 왕복지연시간을 측정하여 왕복지연시간을 대치하되, 성질은 거의 비슷하고 대신 그 발견할 확률만 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간 측정방법을 도시한 참조도이다.

도 5를 참조하면, 일반적인 왕복지연시간(RTT)의 경우, 예를 들면 도 5와 같이 각각 3개의 왕복지연시간 측정을 각각 할 수 있다. 여기서 첫 번째 왕복지연시간 측정에서 요청 패킷(p_request) 메시지는 아무런 추가적인 지연(delay)이 발생하지 않았지만, 돌아오는 메시지인 응답 패킷(p_response) 메시지는 추가적인 지연(delay_ms1)이 발생한다. 두 번째의 경우 요청 패킷, 응답 패킷 모두 지연(delay_{sm2 ,}와 delay_{ms2 ,})이 발생한다. 세 번째의 경우 응답 패킷은 추가적인 지연이 발생하지 않으나, 요청 패킷이 추가적인 지연(delay_sm3)이 발생한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 첫 번째 측정에서의 요청 패킷 메시지와 마지막 측정에서의 응답 패킷 메시지를 결합하여 최소 왕복지연시간을 계산할 수 있다. 여기서 첫 번째 측정에서의 요청 패킷 메시지와 마지막 측정에서의 응답 패 킷 메시지는, 요청 패킷들과 응답 패킷들의 타임 스탬프가 저장된 시간 윈도우 테이블에서 전파지연시간이 가장 적게 소요되는 요청 패킷 및 응답 패킷이다.

도 5와 같이 슬레이브 노드(1)에서 수신한 최종 응답 패킷의 도착시간은 ts3.resp이고, 요청 패킷의 출발시각은 ts1.req이면, 총 왕복지연시간(Wide RTT)은 전술한 두 값의 차이다. 그런데 실질적인 최소 왕복지연시간(virtual round-trip delay 또는 vRTT)은 마스터 노드(2)에서 잔류했던 시간을 차감해 주어야 한다. 따라서 최소 왕복지연시간(vRTT)은 총 왕복지연시간과 체류시간의 차이다.

Wide_RTT = ts3.resp -　ts1.req

Residential_time = (tm3 -　tm1)

vRTT = (Wide_RTT -　Residential_time)

이렇게 구한 최소 왕복지연시간(vRTT)은 여러 개의 측정에서 원하는 샘플들을 선택해서 재구성할 수 있기 때문에 주어진 샘플 사이즈만큼 그 확률을 높일 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간을 이용한 위상 동기화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.

도 6은 일반적인 왕복지연시간을 이용한 위상 동기화(phase synchronization) 방법을 설명한 것이다.

도 6을 참조하면, 주파수 오프셋(frequency offset)을 보정하는 경우, 예를 들면 도 6과 같이 3개의 동기화 지점(synchronization point)을 획득할 수 있다. 이 동기화 지점은 현재 구간에서 측정한 왕복지연시간이 이전 구간들로부터 측정된 최소 왕복지연시간과의 오차가 일정한 값, 예를 들면 2μs 이하인 지점이다. 이 경우, 동기화 시간(sync time)은 왕복지연시간 측정시 마스터 노드로부터 수신된 응답 패킷의 타임 스탬프 시간에 계산된 최소 왕복지연시간의 반값을 합한 값이다. 그러면 도 6과 같이 동기가 될 때에는 1μs 이하의 오차를 가지고 동기화가 이루어진다.

그런데, 이러한 방법은 얼마나 자주 동기화 지점을 잡을 수 있는지 결정하기가 어렵다. 만약 동기화 지점을 오랫동안 잡을 수 없는 경우가 발생하면 최대오차가 매우 커지게 된다. 그러므로 트래픽의 양이 많아지고 중간에 거치는 중간 노드의 수가 많아질수록 동기화 지점을 잡기가 어렵고, 그 확률이 떨어질 수 있다. 따라서 이 확률을 높일 필요가 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간을 이용한 위상 동기화(phase synchronization) 방법을 설명한 것이다.

도 7을 참조하면, 도 6의 동기화에 비해서 새로운 오차가 추가된다. 이것은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간 자체적으로 가지고 있는, 예를 들면 1μs에 의한 것이다. 이때 단방향 지연시간(one-way delay)은 최소 왕복지연시간을 이등분한 값이므로 오차도 0.5μs가 된다. 따라서, 도 7과 같이 0.5μs의 오차가 새롭게 추가되며, 동기화 지점(synchronization point)의 숫자가 6개로 늘어 나서 전체적으로 최대 오류 값을 줄일 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간을 이용한 주파수 동기화(frequency synchronization) 방법을 설명하기 위한 참조도이다.

도 8을 참조하면, 도 8과 같이 주파수 오프셋 보정 이전 주파수 오프셋은 기울기(slope)인 (et_z-et_y)/(t_b-t_a)이며, 이후 주파수 동기화를 통해 기울기(slope)에 해당되는 주파수 오프셋을 감소시킬 수 있다. 또한 주파수 오프셋 감소에 따라 위상 오프셋 오류(phase offset error) 또한 도 8과 같이 감소시킬 수 있다. 예를 들면 0.5μs에서 0.04μs로 감소시킬 수 있다. 이때 주파수 오프셋을 보정하는 시기는 현재 구간의 왕복지연시간과 이전 구간들로부터 측정된 최소 왕복지연시간의 차가 미리 설정된 값보다 작은 경우이다.

요약하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간을 이용하여 동기화 메시지(sync_message)를 멀티캐스트 하지 않아도, 좋은 성능으로 시간을 동기화할 수 있다. 즉, 저가의 스위치에서 멀티캐스트의 일정한 부하에 의한 문제가 발생하는 상황과 관련 없이 시간 동기화의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 동기화 메시지가 필요하지 않으므로 효율성을 향상시킬 수 있다. 나아가 주파수 오프셋 보정의 시기를 결정할 수 있다. 그리고, 주파수 오프셋의 보정을 오랫동안 늦추는 경우에도 관리해야 하는 데이터들의 양이 늘어나지 않으므로 효율적이다.

한편 이하 도면들을 통해 제1 최소왕복지연시간 및 제2 최소왕복지연시간을 이용한 주파수 또는 위상 동기화 방법에 대해 상세히 후술한다.

도 9는 다른 실시예에 따른 주파수 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 제1 최소 왕복지연시간 및 제2 최소 왕복지연시간을 측정하여 주파수 오프셋(frequency offset)을 보정할 수 있다.

먼저, 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 최종 응답 패킷과 선택된 하나의 요청 패킷을 이용하여 제1 최소 왕복지연시간을 측정한다(S200).

이어서, 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 최종 요청 패킷과 선택된 하나의 응답 패킷을 이용하여 제2 최소 왕복지연시간을 측정한다(S210).

다음, 측정된 제1 최소 왕복지연시간과 2 최소 왕복지연시간의 차를 기초로 하여 주파수 오프셋을 보정한다(S220).

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 제1 최소 왕복지연시간 및 제2 최소 왕복지연시간을 측정하여 위상 오프셋(phase offset)을 보정할 수 있다.

우선, 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 최종 응답 패킷과 선택된 하나의 요청 패킷을 이용하여 제1 최소 왕복지연시간을 측정한다(S300).

다음, 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 최종 요청 패킷과 선택된 하나의 응답 패킷을 이용하여 제2 최소 왕복지연시간을 측정한다(S310).

이어서, 측정된 제1 최소 왕복지연시간과 제2 최소 왕복지연시간이 대칭적(symmetry)인지 판단한다(S320). 판단 결과 대칭적이면 최종 요청 패킷과 최종 응답 패킷을 이용한 왕복지연시간을 기초로 하여 위상 오프셋을 보정한다(S330). 그러나 판단 결과 대칭적이지 않으면, 제1 최소 왕복지연시간 또는 제2 최소 왕복지연시간 중 어느 하나와 기준값의 차가 미리 설정된 값보다 작은지 판단한다. 판단 결과 작으면 이에 해당되는 제1 최소 왕복지연시간 또는 제2 최소 왕복지연시간을 이용하여 위상 오프셋을 보정한다(S340).

이하 전술한 제1 최소 왕복지연시간 및 제2 최소 왕복지연시간에 대하여, 도 11 및 도 12에서 상세히 설명한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 최소왕복지연시간을 측정하는 방법을 보여준다.

도 11을 참조하면, 제1 최소 왕복지연시간(VRTTs)을 구하기 위하여, 왕복지연시간 측정에 이용되는 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 최종 응답 패킷(p_response)을 선택하고, 윈도우 내에서 전파지연시간이 최소가 되는 요청 패킷(p_request)을 선택한다. 이때 요청 패킷들의 타임 스탬프가 저장된 시간 윈도우 테이블을 이용할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 최소왕복지연시간 측정하는 방법을 보여준다.

도 12를 참조하면,　제2 최소 왕복지연시간(VRTTm)을 구하기 위하여, 왕복지연시간 측정에 이용되는 요청 패킷들과 응답 패킷들 중에서 최종 요청 패킷(p_request)을 선택하고, 윈도우 내에서 전파지연시간이 최소가 되는 응답 패킷(p_response)을 선택한다. 여기서 응답 패킷들의 타임 스탬프가 저장된 시간 윈도우 테이블을 이용할 수 있다. 그러면 마치 마스터 노드(2)에서 최소 왕복지연시 간을 측정한 것처럼 보일 수 있다. 실제로는 슬레이브 노드(1)에서 측정한 데이터만 이용하는 것이지만, 결과적으로는 마스터 노드(2)에서 측정한 것처럼 보일 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 들어 전술한 제1 최소왕복지연시간 및 제2 최소왕복지연시간을 이용하여 주파수 오프셋(frequency offset)을 보정하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 아래 소개하는 방법들은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.

주파수 오프셋은 도 11 및 도 12에서 전술한 두 종류의 VRTT(VRTTs,VRTTm)가 보여주는 차이를 이용해 계산될 수 있다. 예를 들면 도 11 및 도 12와 같이 트래픽이 전혀 없고, 또한 전파지연시간(propagation delay)이 0이라고 가정한 경우, 마스터 노드(2)에서는 시각이 10, 20, 30과 같이 증가하고, 슬레이브 노드(1)에서는 20, 40, 60과 같이 증가한다고 한다면, VRTTs1은 첫 번째 요청 패킷과, 최종 응답 패킷을 결합한 것이다.

VRTTs1 = Wide_RTT -　Residential_time= (60-20) -　(30-10) = 20

그런데 만약 세 번째의 요청 패킷과 세 번째의 응답 패킷을 결합시키면 VRTTs3는 0으로 계산된다.

이때 VRTTs 계열에서 가장 작은 값을 찾으면 0이 그 값이다.

VRTTs = min(VRTTsi) = 0

한편, VRTTm 계열에 있어서 마지막 요청 패킷과 첫 번째 응답 패킷을 결합시켜 구했을 때의 값을 VRTTm1이라고 하면, 그 값은 다음과 같다.

　VRTTm1 = Wide_RTT -　Residential_time = (30-10) -　(60-20) = -　20

마찬가지로 구하면 VRTTm3는 0이 된다.

윈도우 내에서 구한 VRTTm 계열의 값 중에서 가장 작은 값을 구하면, 그것은 -20이 된다.

VRTTm = min(VRTTmi) = -20

여기서 두 형태의 VRTT를 보면 주파수 오프셋을 알 수가 있다.

　(VRTTm -　VRTTs) / (window_size -　1) = -20 / 2 = -10

한 iteration을 넘어갈 때마다 -10의 오차가 추가된다는 것이다. 그러므로 이를 통해 주파수 오프셋(freq_offset)을 알 수 있다. 최종적으로 다음과 같이 구한다.

freq_offset = {(VRTTm-　VRTTs)/(window_size-1)} / iteration_interval

한편, 언제 주파수 오프셋을 보정해도 되는지 알 필요가 있다. 충분한 시간이 지나지 않으면 트래픽에 의한 변동이 너무 많아서 정확한 결과를 알 수가 없다.본 발명의 일 실시예에 따른 제안 방식은 VRTTm과 VRTTs의 기울기에 의해서 그 주파수 오프셋을 알아내는 방법이다. 이때 가장 정확한 VRTTm과 VRTTs를 가지고 값을 구해야 하므로, 어느 정도 오랜 시간동안 샘플링을 해야 한다. 이전의 주파수 보정 이후에 측정한 값들 중에서 가장 작은 값들을 구해서 한다. k번째 보정에서 쓰는 값은 다음과 같이 구한다.

VRTTm<k> = min(VRTTmi)

그럼 k번째 보정에서 주파수 오프셋은 다음과 같이 구할 수 있다.

freq_offset<k>={(VRTTm<k>-VRTTs<k>)/(window_size-1)}/teration_interval

만약 주파수 오프셋을 제대로 제거한다면, 그 기울기(slope)가 줄어든다. 여기서 VRTTref<k>를 k번째 주파수 오프셋 보정에서의 max(VRTTm<k>, VRTTs<k>)라고 하면, 그 다음의 경우에 VRTTm<k+1>과 VRTTs<k+1>은 VRTTref<k>보다는 작은 값이 되어야 한다. VRTTm<k+1>과 VRTTs<k+1>는 오차가 있는 값이지만, 주파수 오프셋 보정을 통해 그 오차가 줄어들 것이고, 기울기(slope)는 줄어들기 때문에, VRTTref<k>보다는 작은 값이 되어야 한다. 그러므로 다음과 같은 조건을 만족하면 주파수 오프셋을 보정할 수 있다.

if ( max(VRTTm<k+1>, VRTTs<k+1>)) <　VRTTref<k> + margin_f )

then do freq_offset adjustment

else wait until its condition is met.

위에서의 margin_f는 다음과 같이 구한다.

margin_f<k+1> = max( minimum_margin , abs( VRTTs<k> -　VRTTm<k> )

abs(VRTTs<k> -　VRTTm<k>)는 바로 전의 주파수 오프셋(freq_offset)의 정도를 나타낸다. 이전에 주파수 오프셋을 많이 조절했다면, 이번에는 좀 더 큰 margin을 주는 것이다. 왜냐하면, 이전의 주파수 오프셋이 잘못되었을 경우에는 그것을 다시 되돌릴 수 있는 기회가 있어야 하기 때문이다. 그리고, 이러한 minimum_margin은 점점 오차가 보정되면서 줄어드는 것을 도와준다. 일단 오차가 줄기 시작하면서 margin이 같이 줄어들기 때문에 보정하면서 줄어들 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 들어 전술한 제1 최소왕복지연시간 및 제2 최소왕복지연시간을 이용하여 위상 오프셋(phase offset)을 보정하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 아래 소개하는 방법들은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.

우선 제1 최소왕복지연시간과 제2 최소왕복지연시간이 비대칭인 아닌 경우(REFERENCE TEST 1,2) 위상 오프셋을 보정하는 방법에 대해 설명한다.

1. REFERENCE TEST (1)

i번 동기화를 위한 왕복지연시간을 측정한 경우, 응답 패킷(p_response)을 선택하고, 해당 윈도우에서 임의의 요청 패킷(p_request)을 선택하는 형태로 VRTT를 구한다. 이러한 VRTT를 VRTTs라고 하고, 기준이 되는 VRTT를 VRTT_ref라고 한다. VRTT_ref는 global minimum VRTT에 해당하는 값일 수 있다. i번째 측정의 경우 위상의 동기화는 다음과 같다.

VRTTs = (tsi.resp -　tmi) + min( tmk -　tsk.req ) , ( i-W <　k =< i )

if ( 　VRTTs <　VRTT_ref　+ margin_p )

tsync = t_{si . resp}　= t_mi　+ VRTTs/2

else tsync = tsync + elapsed_time_by_localClock

2. REFERENCE TEST (2)

REFERENCE TEST (1)에서는 i번째 측정을 했을 경우 응답 패킷(p_response)을 선택하고, 해당 윈도우에서 임의의 요청 패킷(p_request)을 선택하는 형태였는데, REFERENCE TEST (2)는 반대이다. i번째 측정에서 요청 패킷(p_request)을 먼저 선택하고, 해당 윈도우 내에서 임의의 응답 패킷(p_response)을 선택하여, VRTTm을 구하고 이것이 특정한 값인 VRTTref과 비슷하면 보정하는 방식이다.

그런데, 그 전과 달라진 점은 이번에는 요청 패킷(p_request)이 최소 단방향지연시간(minimum one-way delay)이라는 점이다. 그러므로 현재의 RTT에서 VRTTm/2를 빼야 마스터 노드(2)에서 슬레이브 노드(1)로의 단방향 지연시간이 나온다. i번째 측정의 경우 위상의 동기화는 다음과 같다.

VRTTm = (tmi -　tsi.req ) + min( tsk.resp -　tmk ) , ( i-W <　k =< i )

if ( 　VRTTm <　VRTT_ref　+ margin_p )

tsync = t_{si . resp}　= t_mi　+ ( RTTi -　VRTTs/2 )

else tsync = tsync + elapsed_time_by_localClock

요약하면, 제1 최소 왕복지연시간과 제2 최소왕복지연시간이 대칭적이지 않은 경우, REFERENCE TEST (1) 및 REFERENCE TEST (2)를 이용하여 위상 오프셋을 보정할 수 있다. 즉 제1 최소 왕복지연시간 또는 제2 최소 왕복지연시간 중 어느 하 나와 기준값의 차가 미리 설정된 값보다 작은지 판단하여, 판단 결과 작으면 이에 해당되는 제1 최소 왕복지연시간 또는 제2 최소 왕복지연시간을 이용하여 위상 오프셋을 보정할 수 있다.

또한 주파수 오프셋의 보정을 오랫동안 늦추는 경우에도 관리해야 하는 데이터의 양은 시간에 따라 늘어나지 않는다. 단지 두 종류의 최소 왕복지연시간(제1 최소왕복지연시간, 제2 최소왕복지연시간)을 관리하면 되기 때문이다.

한편, 제1 최소왕복지연시간과 제2 최소왕복지연시간이 대칭(symmetry)인 경우 아래와 같이 간편하게 위상을 동기화할 수 있다.

3. SYMMETRY TEST

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 최소 왕복 지연시간을 이용한 위상 동기화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.

도 13을 참조하면, 만약 지연(delay)이 쌍방향으로 대칭적이라면, RTT/2를 이용해서 단방향 지연시간을 구할 수 있다. 지연이 비대칭인 경우 전송할 때의 지연과 수신할 때의 지연의 차이가 크기 때문에 현재의 왕복지연시간(RTT)을 이용해서 단방향 지연시간을 구할 수 없지만, 지연이 대칭적이라면 이를 사용할 수 있다.

구체적으로, 기본적인 전파지연시간(propagation delay)에 추가적으로 들어가는 지연에 대한 측정이 필요하다. 이 추가적인 지연이 서로 비슷한 크기이면 결과적으로 RTT/2가 단방향 지연시간(one-way delay)이 된다. 그러므로 마스터 노드(2)의 타임 스탬프에 RTT/2를 더하여 동기화시킬 수가 있다. 예를 들면 도 13과 같이 VRTTs와 VRTTm이 대칭적이라면 결국 i번째 측정에서 요청 패킷(p_request)과 응답 패킷(p_response)이 대칭적이라고 생각할 수 있다. 다만 VRTTs와 VRTTm이 어느 정도는 VRTTref와 비슷한 값을 가져야　한다. 그러므로 최종적으로 다음과 같이 동기를 시킨다.

if ( { max(VRTTs, VRTTm) <　VRTTref + margin_p2 } &&　{ |VRTTs -　VRTTm| <　margin_x　} then t_sync = tmi + RTTi/2

요약하면, 제1 최소 왕복지연시간과 제2 최소 왕복지연시간이 대칭적이면 최종 요청 패킷과 최종 응답 패킷을 이용한 왕복지연시간을 이용하여 위상 오프셋을 보정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 최소 왕복지연시간(virtual round-trip delay)을 이용하여 동기화 메시지(sync_message)를 멀티캐스트 하지 않아도, 좋은 성능으로 시간을 동기화할 수 있다. 즉, 저가의 스위치에서 멀티캐스트의 일정한 부하에 의한 문제가 발생하는 상황과 관련 없이 시간 동기화의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

나아가 동기화 메시지가 필요하지 않으므로 효율성을 향상시킬 수 있다. 나아가 주파수 오프셋 보정의 시기를 결정할 수 있다. 그리고, 주파수 오프셋의 보정을 오랫동안 늦추는 경우에도 관리해야 하는 데이터들의 양이 늘어나지 않으므로 효율적이다.

나아가 제1 최소 왕복지연시간 및 제2 최소왕복지연시간을 측정하여, 그 차 이와 윈도우의 사이즈를 이용하여 주파수 동기화를 실행할 수 있다. 또한 제1 최소 왕복지연시간과 제2 최소 왕복지연시간이 대칭적인지 비대칭적인지에 따라서 위상 동기화를 실행할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크의 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기화 방법의 흐름도,

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간 측정방법을 설명하기 위한 참조도,

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간을 이용한 위상 동기화 방법을 설명하기 위한 참조도,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 왕복지연시간을 이용한 주파수 동기화 방법을 설명하기 위한 참조도,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 동기화 방법을 도시한 흐름도,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 동기화 방법을 도시한 흐름도,

도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 최소 왕복지연시간 측정방법을 설명하기 위한 참조도,

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 최소 왕복 지연시간을 이용한 위상 동기화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 슬레이브 노드 2 : 마스터 노드

3 : 중간 노드 10 : 시간 동기화 장치

100 : 패킷 선택부 105 : 시간 윈도우 테이블

110 : 시간 측정부 120 : 시간 동기화부

Claims (12)

1. 왕복지연시간을 측정하는 복수의 요청 패킷들과 복수의 응답 패킷들 중에서 전파지연시간이 각각 가장 적게 소요되는 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택하는 단계;

   선택된 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷을 이용하여 최소 왕복지연시간을 측정하는 단계; 및

   상기 측정된 최소 왕복지연시간을 기초로 시간 동기화를 수행하는 단계를 포함하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 요청 패킷 및 상기 응답 패킷을 선택하는 단계는,

   상기 복수의 요청 패킷들과 상기 복수의 응답 패킷들의 타임 스탬프가 저장된 시간 윈도우 테이블을 분석하여 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷을 선택하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 왕복지연시간을 측정하는 단계는,

   선택된 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷을 포함한 패킷들의 총 왕복지연시간과 선택된 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷 사이의 체류시간의 차를 계산하여 상기 최소 왕복지연시간을 측정하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 시간 동기화를 수행하는 단계는,

   현재 구간의 최소 왕복지연시간과 이전 구간들로부터 측정된 최소 왕복지연시간의 차가 미리 설정된 값보다 작으면 상기 시간 동기화를 수행하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 왕복지연시간을 측정하는 단계는,

   상기 복수의 요청 패킷들과 상기 복수의 응답 패킷들 중에서 최종 응답 패킷과 상기 선택된 하나의 요청 패킷을 이용하여 제1 최소 왕복지연시간을 측정하고, 최종 요청 패킷과 상기 선택된 하나의 응답 패킷을 이용하여 제2 최소 왕복지연시간을 측정하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 시간 동기화를 수행하는 단계는,

   상기 제1 최소 왕복지연시간과 상기 제2 최소 왕복지연시간의 차를 기초로 하여 주파수 오프셋을 보정하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 시간 동기화를 수행하는 단계는,

   상기 제1 최소 왕복지연시간과 상기 제2 최소 왕복지연시간이 대칭적이면 최종 요청 패킷과 최종 응답 패킷을 이용한 왕복지연시간을 기초로 하여 위상 오프셋을 보정하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 시간 동기화를 수행하는 단계는,

   상기 제1 최소 왕복지연시간 또는 상기 제2 최소 왕복지연시간 중 어느 하나와 기준값의 차가 미리 설정된 값보다 작으면 상기 위상 오프셋을 보정하는 네트워크의 시간 동기화 방법.
9. 왕복지연시간을 측정하는 복수의 요청 패킷들과 복수의 응답 패킷들 중에서 전파지연시간이 각각 가장 적게 소요되는 하나의 요청 패킷 및 하나의 응답 패킷을 선택하는 패킷 선택부;

   선택된 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷을 이용하여 최소 왕복지연시간을 측정하는 시간 측정부; 및

   상기 측정된 최소 왕복지연시간을 기초로 시간 동기화를 수행하는 시간 동기화부를 포함하는 네트워크의 시간 동기화 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 패킷 선택부는,

    상기 복수의 요청 패킷들과 상기 복수의 응답 패킷들의 타임 스탬프가 저장된 시간 윈도우 테이블을 분석하여 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷을 선택하는 네트워크의 시간 동기화 장치.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 시간 측정부는,

    선택된 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷을 포함한 패킷들의 총 왕복지연시간과 선택된 상기 하나의 요청 패킷 및 상기 하나의 응답 패킷 사이의 체류시간의 차를 계산하여 상기 최소 왕복지연시간을 측정하는 네트워크의 시간 동기화 장치.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 시간 동기화부는,

    현재 구간의 최소 왕복지연시간과 이전 구간들로부터 측정된 최소 왕복지연시간의 차가 미리 설정된 값보다 작으면 상기 시간 동기화를 수행하는 네트워크의 시간 동기화 장치.

Images