KR20100106768A - 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법 - Google Patents

플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플렉스레이 프로토콜에서의 스케쥴링 방법에 있어서 전송하고자 하는 통신 노드별로 하나의 정적 슬롯(slot)를 할당하는 단계, 상기 통신 노드 중 서브 메세지를 전송하고자 하는 송신 노드가 전송하고자 하는 모든 서브 메세지를 하나의 프레임내에 포함하여 상기 할당된 정적 슬롯에서 상기 프레임을 전송하는 단계, 및 상기 송신 노드를 제외한 상기 모든 서브 메세지가 포함된 프레임을 수신하는 다른 통신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 서브 메세지인가를 판단하여 수신하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 하나의 페이로드 내에 여러 서브 메시지를 전송함으로서 큰 플렉스레이 페이로드를 효율적으로 활용할 수 있으며, 서브 메시지 각각에 대한 헤더 정보를 설정해야하는 과정 등의 스케줄링을 줄여줌으로서 설계자에게 보다 간단한 스케줄링을 할 수 있게 해준다. 따라서 네트워크 시스템의 설계가 보다 용이하고, 스케쥴링의 복잡도를 낮출 수 있다는 장점이 있다.
플렉스레이, FlexRay, 통신 노드, 스케쥴링, CAN

Description

플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법{Communication node based scheduling Method of FlexRay protocol}
본 발명은 플렉스레이(FlexRay:이하 플렉스레이라 한다) 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 플렉스레이 프로토콜을 구현함에 있어서 한 통신 노드가 전송해야 하는 모든 메시지를 하나의 프레임으로 프레이밍하여 전송하는 알고리즘으로 네트워크 시스템의 설계가 보다 용이하고, 스케쥴링의 복잡도를 낮추기 위한 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법에 관한 것이다.
승용차, 버스, 트럭, 산업용 차량 또는 군사용 차량 등과 같은 차량의 고기능/고급화 추세에 따라서 차량의 지능화 기술의 개발이 증대하고 있다. 일반적으로 지능화 차량(intelligent vehicle)을 구현하기 위해서는 차량의 위치나 속도와 같은 상태정보와 차량 외부의 환경정보가 실시간으로 인식/검출되어야 하며, 차량이 반자동 또는 사고를 피하기 위하여 자동으로 제어될 수 있어야 한다.
이러한 이유로 지능화 차량에서는 운전자의 편의를 위하여 차량일부를 제어하 는 운전자 보조 시스템(driver assistance system)이나 운전자에게 정보를 제공하고 위험 상황을 경고하는 충돌경고시스템 등과 같은 다양한 지능형 센싱 및 제어 알고리즘이 요구된다. 특히, 차량의 지능화가 더욱 높은 수준으로 진행됨에 따라서, 차량의 가속도 센서, 온도 센서, 레이더 센서, 각종 제어용 모터 등과 같은 전자 부품의 수가 급속히 증가하고 있다.
이러한 목적에서 전자부품, ECU 및 스위치 등을 한 가닥의 공유된 전선으로 연결하려는 차량내부 네트워크 시스템(In-vehicle networking system : IVN)이 연구되었으며, 이 결과 차량의 윈도우 모터나 윈도우 스위치 등과 같은 부품을 제어하는 차량제어용 프로토콜로 CAN(Controller Area Network)이 가장 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 차량용 샤시 네트워크 시스템과 같이 보다 고속과 고신뢰성을 요구하는 응용분야에서는 기존에 사용되어 왔던 CAN의 저속, 비확정적인 응답특성 때문에 이를 대체하기 위한 플렉스레이 프토토콜의 개발이 요구되고 있다.
도 1은 종래의 플렉스레이 프레임 포맷을 나타낸 구조도이다.
플렉스레이 프레임은 헤더(header), 페이로드(payload) 그리고 트레일러(trailer) 총 세부분으로 구성되어 있다. 헤더에는 프레임 ID, 페이로드 길이와 같은 프레임의 정보가 포함된다. 페이로드는 실제 전송하고자 하는 데이터가 실어 지게 되는 부분으로 최대 254 byte의 크기를 가질 수 있다. 마지막으로 트레일러는 CRC 정보를 포함한다.
플렉스레이는 하나의 통신 사이클 내에 동기식 전송과 비동기식 전송이 가능하다. 플렉스레이 통신 사이클은 정적 구간(static segment), 동적 구간(dynamic segment), 심볼 윈도우(symbol window), 네트워크 유휴 시간(network idle time)의 네 부분으로 구성된다. 정적 구간에서는 길이가 일정한 정적 슬롯(static slot)들로 구성되어 있고, 동적 구간에서는 길이가 가변적인 프레임을 전송할 수 있는 동적 슬롯(dynamic slot)과 프레임을 전송하지 않는 미니 슬롯(mini slot)들로 구성되어 있다. 두 구간 모두 메시지의 프레임 ID와 일치하는 슬롯 카운터(slot counter)에서 프레임을 전송한다.
도 2는 종래의 플렉스레이 프레임의 스케줄링 방법을 보여주는 구조도이다.
현재 플렉스레이를 사용하고 있거나, 구현한 시스템들은 주로 정적 구간과 네트워크 유휴 시간으로만 구성되어있다. 또한 프레이밍(framing) 방법으로는 도 2에서 보듯이 하나의 프레임 내에 하나의 메시지만 데이터로 전송하는 방법을 사용하고 있다.
플렉스레이 프토토콜을 적용하게 되면, 운전자의 편의성과 안정성을 위하여 개발된 다양한 전자부품들이 요구하는 보다 고속의 통신이 가능하며, 보다 신뢰성 있는 전송이 가능하게 되어 높은 신뢰성을 보장해 줄 수 있게 된다.
그러나, 플렉스레이 프토토콜을 적용함에 있어서, 현재까지는 표준화된 스케쥴링 방법이 없고, CAN에서와 같이 1:1의 메시지 매핑 스케쥴링을 구현하면 플렉스레이의 스케줄링은 매우 복잡해지며 시스템의 성능에도 많은 영향을 끼치게 된다.
또한 기존의 차량용 네트워크 프로토콜에 비해, 플렉스레이는 256 byte 에 달하는 큰 페이로드를 가지고 있어서, 플렉스레이의 특징을 효율적으로 사용하기 위해서 네트워크 내에 주고받는 메시지들을 어떻게 스케줄링할 것인가에 대한 문제는 전적으로 네트워크 설계자의 경험과 시행착오에 의해 결정될 수 밖에 없는 어려움이 있었다.
즉 개개의 프레임을 기반으로 스케줄링을 할 경우 한 프레임이 포함하는 메시지와 그 프레임의 송신 노드와 수신 노드, 전송할 슬롯 카운터, 시작 통신 사이클 카운터, 전송 주기를 각각의 프레임마다 정해 주어야 하기 때문에 스케줄링이 복잡해진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 플렉스레이 프로토콜을 구현함에 있어서 통신노드를 기반으로 하여 한 통신 노드가 전송해야 하는 모든 메시지를 하나의 프레임으로 프레이밍하여 전송하는 알고리즘으로 네트워크 시스템의 설계가 보다 용이하고, 스케쥴링의 복잡도를 낮추기 위한 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법은 전송하고자 하는 통신 노드별로 하나의 정적 슬롯(slot)를 할당하는 단계, 상기 통신 노드 중 서브 메세지를 전송하고자 하는 송신 노드가 전송하고자 하는 모든 서브 메세지를 하나의 프레임내에 포함하여 상기 할당된 정적 슬롯에서 상기 프레임을 전송하는 단계, 및 상기 송신 노드를 제외한 상기 모든 서브 메세지가 포함된 프레임을 수신하는 다른 통신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 서브 메세지인가를 판단하여 수신하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 전송 노드에서 전송하는 헤더, 페이로드, 트레일러로 구성된 상기 프레임의 페이로드는 서브 메세지 ID, SMD(Start Message Delimiter) 및 서브 메세지로 구성되는 데이터 셋들로 이루어지며, 상기 서브 메세지들은 각각 다른 전송주기와 수신 노드를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전송 노드를 제외한 다른 통신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 메세지인가를 판단하여 수신하는 단계는 수신된 프레임의 서브 메세지 ID 및 통신 사이클 카운터를 기준으로 판단하여 수신하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 통신 노드 중 메세지를 전송하고자 하는 송신 노드가 전송하고자 하는 모든 서브 메세지를 하나의 프레임내에 포함하고, 수신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 서브 메세지인가를 판단하여 수신하는 단계는 응용계층(application layer)에서 구현되는 IMSL(ID Management Sub Layer)모듈에 의하여 실행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법에 의하면, 하나의 페이로드 내에 여러 서브 메시지를 전송함으로서 큰 플렉스레이 페이로드를 효율적으로 활용할 수 있으며, 메시지 각각에 대한 헤더 정보를 설정해야하는 과정 등의 스케줄링을 줄여줌으로서 설계자에게 보다 간단한 스케줄링을 할 수 있게 해준다.
따라서 네트워크 시스템의 설계가 보다 용이하고, 스케쥴링의 복잡도를 낮출 수 있다는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
플렉스레이의 기본 통신 방식은 각각의 주기적인 사이클에 의해 이루어지게 되며, 이들 사이클은 다수개의 정적 슬롯(slot)으로 구성된다. 본 발명에서는 이러한 정적 슬롯을 할당함에 있어서, 전송하고자 하는 통신 노드별로 정적 슬롯을 할당하여 해당 정적 슬롯에서 모든 메시지를 전송 가능하도록 하는 것이다.
또한 플렉스레이의 큰 페이로드(payload)를 활용할 수 있도록 하나의 통신 노드에서 전송하고자 하는 다수의 메시지를 하나의 프레임으로 묶어서 전송 가능하도록 하는 것이다.
이하 본 발명의 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법이 개시된다.
도 3은 본 발명에 따른 전체 시스템 구성도이다.
도 3에서 보듯이 각각의 통신 노드별(node_1 ~ node_n)로 사이클내의 정적 슬롯이 할당되어 있으며 각 통신 노드별로 할당된 정적 슬롯에서 전송하고자 하는 다수의 메세지들을 ID와 SMD(Start Message Delimiter)이 삽입된 여러 데이터 셋(200)을 갖는 하나의 프레임으로 프레이밍하여 수신 노드를 설정하지 않고 브로드 캐스팅(broadcasting)한다.
통신 노드 중 메세지를 전송하고자 하는 송신 노드가 전송하고자 하는 모든 메세지를 하나의 프레임으로 프레이밍하고, 수신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 메세지인가를 판단하여 수신하는 과정은 각 통신노드의 응용계층(application layer)에서 구현되는 IMSL(100:ID Management Sub Layer:이하 IMSL이라 한다)모듈에 의하여 정의된다.
IMSL(100)은 사용자의 필요에 의해 Configuration 과정에서 응용계층(Application Layer)에서 임의로 구현될 수 있다. IMSL(100)에 의하여 응용계층에서는 통신 전에 클러스터에서 지정된 ID내에서 사용자에 의한 메시지의 변경이 가능하므로 네트워크의 사용이 유연해진다. ID-based message 스케줄링 알고리즘에서는 송신 노드가 보내고자 하는 프레임을 자신을 제외한 네트워크상의 모든 노드들이 수신하도록 할당된 정적슬롯에서 브로드 캐스팅한다.
송신 노드를 제외한 모든 통신 노드의 IMSL(100)에서는 상기 브로드 캐스팅에 의하여 수신된 프레임을 분석하여 페이로드(Payload)에 있는 서브 메세지를 구분하고, 상기 구분된 서브 메세지의 ID 및 주기를 기준으로 수신노드에서 필요한 메세지인지를 판별하여 필요한 메세지만(210)을 응용계층으로 반환하는 필터의 역할을 한다.
즉 IMSL(100) 모듈의 기능을 수신 노드에서 살펴보면, 수신된 프레임의 페이로드 내의 여러 데이터 셋(200) 중에 자신에게 필요한 서브 메시지(210)만 추출해 내는데 이 과정이 IMSL을 통하여 이루어진다.
도 4는 본 발명에 의한 통신 노드의 IMSL에서 전송하고자 하는 서브 메세지들을 프레이밍한 프레임 형식을 나타낸 도면이다.
전송 노드의 IMSL에서는 전송하고자 하는 각각의 서브 메시지마다 ID를 부여하고 SMD(Start Message Delimiter)를 삽입하여 여러 데이터 셋을 갖는 페이로드를 포함하는 하나의 프레임형태로 만든다.
도 4에서 보듯이 하나의 프레임은 프레임 ID, 페이로드 길이등의 정보가 포함되는 40bit 크기의 헤더(Header), 3bit 크기의 SMD(Start Message Delimiter), 29bit 크기의 서브메세지 ID, 64bit 크기의 서브 메시지로 이루어진 데이터 셋들로 구성되어 있는 페이로드(Payload), 및 CRC정보를 갖는 24bit 크기의 트레일러(Trailer)로 구성된다. 데이터 셋 내의 서브 메시지들은 각각의 다른 전송 주기와 수신 노드를 가진다.
상기 형성된 프레임을 하나의 정적 슬롯에서 전송하여 송신 노드 자신을 제외한 모든 노드가 수신하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 IMSL에 의한 메세지의 전송 및 수신하는 과정을 보인 블록도이며, 도 6은 도 5에서 IMSL의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 6의 IMSL의 동작을 나타내는 순서도에 따라 도 5의 IMSL에 의한 메세지의 전송 및 수신하는 과정을 설명한다.
먼저 도 6에서 IMSL은 메세지를 전송할 것인지 수신할 것인지를 판단한다(S10).
IMSL에서 메세지를 전송하는 것으로 판단되는 경우에는 전송 모드로 전환하여(S11), 도 5에서 보듯이 송신 노드(nodeA)에서 전송하고자 하는 b,c,d 3개의 서브 메세지들을 페이로드에 b,c,d 서브 메세지를 모두 포함하는 하나의 프레임을 형성한다. 여기서 페이로드에서 서브 메세지 b,c,d는 각각 서브 메세지 ID 및 SMD의 정보를 갖는 데이터 셋으로 구성된 후(S12), 송신 노드 자신을 제외한 다른 통신 노드로 모드 서브 메세지 b,c,d를 포함하는 프레임을 브로드 캐스팅한다(S13).
만약 IMSL에서 메세지를 수신하는 것으로 판단되는 경우 수신모드로 전환하여(S20), 송신 노드(nodeA)에서 b,c,d 서브 메세지를 갖는 데이터 셋을 포함하여 형성된 프레임은 송신 노드(nodeA)를 제외한 세개의 수신노드(nodeB, nodeC, nodeD)의 IMSL 모듈에 입력된다(S21).
IMSL 모듈은 수신된 프레임의 페이로드 내의 b,c,d 서브 메세지를 갖는 데이터 셋을 서브 메세지 ID와 통신 사이클 카운터를 기준으로 구분하여 주기를 확인한 후(S22,S23), b,c,d 서브 메세지가 자신에게 필요한 서브 메시지인지를 판단하여 (S24), 수신노드(nodeB)에서는 b, 수신노드(nodeC)에서는 c, 수신노드(nodeD)에서는 d를 응용계층으로 반환한다(S25).
따라서 한 페이로드 내에 여러 서브 메시지를 전송함으로서 큰 플렉스레이 페이로드를 효율적으로 활용할 수 있으며, 메시지 각각에 대한 헤더 정보를 설정해야하는 과정 등의 스케줄링을 줄여줌으로서 설계자에게 보다 간단한 스케줄링을 할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
도 1은 종래의 플렉스레이 프레임 포맷을 나타낸 구조도이다.
도 2는 종래의 플렉스레이 프레임의 스케줄링 방법을 보여주는 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전체 시스템 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 통신 노드의 IMSL에서 전송하고자 하는 서브 메세지들을 프레이밍한 프레임 형식을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 IMSL에 의한 메세지의 전송 및 수신하는 과정을 보인 블록도이며, 도 6은 도 5에서 IMSL의 동작을 나타내는 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100:IMSL 모듈 200,210:데이터 셋

Claims (4)

  1. 플렉스레이 프로토콜에서의 스케쥴링 방법에 있어서,
    전송하고자 하는 통신 노드별로 하나의 정적 슬롯(slot)를 할당하는 단계;
    상기 통신 노드 중 서브 메세지를 전송하고자 하는 송신 노드가 전송하고자 하는 모든 서브 메세지를 하나의 프레임내에 포함하여 상기 할당된 정적 슬롯에서 상기 프레임을 전송하는 단계; 및
    상기 송신 노드를 제외한 상기 모든 서브 메세지가 포함된 프레임을 수신하는 다른 통신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 서브 메세지인가를 판단하여 수신하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    전송 노드에서 전송하는 헤더, 페이로드, 트레일러로 구성된 상기 프레임의 페이로드는 서브 메세지 ID, SMD(Start Message Delimiter) 및 서브 메세지로 구성되는 데이터 셋들로 이루어지며, 상기 서브 메세지들은 각각 다른 전송주기와 수신 노드를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전송 노드를 제외한 다른 통신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 메세지인가를 판단하여 수신하는 단계는 수신된 프레임의 서브 메세지 ID 및 통신 사이클 카운터를 기준으로 판단하여 수신하는 것을 특징으로 하는 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 통신 노드 중 메세지를 전송하고자 하는 송신 노드가 전송하고자 하는 모든 서브 메세지를 하나의 프레임내에 포함하고, 수신 노드에서 자신이 수신하고자 하는 서브 메세지인가를 판단하여 수신하는 단계는 응용계층(application layer)에서 구현되는 IMSL(ID Management Sub Layer)모듈에 의하여 실행되는 것을 특징으로 하는 플렉스레이 프로토콜에서의 통신 노드 기반 스케쥴링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130058915A (ko) * 2011-11-28 2013-06-05 현대자동차주식회사 플렉스레이 통신을 이용한 차량용 통신스케줄 설정방법

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KR20130058915A (ko) * 2011-11-28 2013-06-05 현대자동차주식회사 플렉스레이 통신을 이용한 차량용 통신스케줄 설정방법

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