KR20130100762A - 통신 장치 및 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

상기 제1 안전 통신 장치는 안전 패킷을 생성하고, 상기 안전 패킷의 전송을 위해 이용가능한 안전 통신 경로를 결정한다. 상기 제1 안전 통신 장치는 결정된 안전 통신 경로를 통해 상기 안전 패킷을 상기 제2 통신 장치에 전송한다. 소정의 시간 내에 상기 안전 패킷에 대한 정상적인 응답이 수신되지 않으면, 상기 제1 안전 통신 장치는 상기 이용가능한 안전 통신 경로를 복구한다. 상기 이용가능한 안전 통신 경로가 복구되는 경우에, 상기 제1 안전 통신 장치는 복구된 안전 통신 경로를 통해 안전 통신을 수행한다.

Description

통신 장치 및 통신 방법{COMMUNICATION DEVICE AND COMMUNICATION METHOD}
본 발명은 통신 장치 및 통신 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 안전 통신 장치 및 안전 통신 방법에 관한 것이다.
산업계에서 사용되기 위한 안전 통신(safety communication)을 위한 방안이 모색되고 있다. 특히, 산업용 제어 시스템은 작업자의 안전, 환경에 대한 위협, 기타의 안전 관련 문제를 방지하기 위해 네트워크를 통해 전달되는 정보에 대해 규정된 수준 이상의 무결성을 요구한다.
이러한 무결성 조건을 만족하기 위하여 산업용 제어 시스템은 오염(corruption), 의도되지 않은 반복(unintended repetition), 부정확한 서열(incorrect sequence), 손실(loss), 받아들일 수 없는 지연(unacceptable delay), 삽입(insertion), 속임(masquerade), 주소(addressing)에 관한 문제에 대처할 수 있을 것이 요구된다.
오염(corruption)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 전송되는 데이터에 에러가 발생했는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
의도되지 않은 반복(unintended repetition)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 악의를 가진 자의 의도에 의한 것이 아닌 자연적으로 발생될 수 있는 데이터 반복이 발생했는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
부정확한 서열(incorrect sequence)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 데이터의 전송 순서가 변경되었는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
손실(loss)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 전송된 데이터의 일부에 손실이 발생했는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
받아들일 수 없는 지연(unacceptable delay)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 데이터의 전송에 받아들일 수 없는 지연이 발생했는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
삽입(insertion)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 데이터의 전송 과정에 의도치 않은 데이터가 삽입되었는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
속임(masquerade)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 악의를 가진 자에 의한 데이터 변경이 발생했는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
주소(addressing)에 대한 문제와 관련하여서, 산업용 제어 시스템은 데이터가 올바른 수신자(receiver)에게 전송되었는지를 규정된 수준 이상의 확률로 확인할 수 있어야 한다.
특히, IEC 61508에서는 에러 발생 확률을 아래의 표 1에서 보여지는 바와 같이 SIL 등급으로 나타낸다.
SIL4 >= 10-9, < 10-8
SIL3 >= 10-8, < 10-7
SIL2 >= 10-7, < 10-6
SIL1 >= 10-6, < 10-5
IEC 61784-3 에서 SIL3를 만족하기 위하여 통신의 에러 확률은 10- 9이하를 만족하여야 한다.
그러나, 현재 이용되고 있는 이더넷 프레임 구조로는 산업용 제어 시스템이 요구하는 수준의 무결성을 만족하기 어렵다.
도 1은 종래의 안전 통신 장치의 계층도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 안전 통신 장치는 물리 계층(Physical layer), 데이터 링크 계층(data link layer), 응용 계층(application layer), 안전 통신 계층(safety communication layer)을 포함한다.
안전 통신 계층은 안전 데이터를 생성하고, 안전 데이터를 포함하는 안전 프로토콜 데이터 유닛을 생성하며, 수신한 안전 프로토콜 데이터 유닛으로부터 안전 데이터를 추출하고, 추출한 안전 데이터를 소비한다.
데이터 링크 계층은 이더넷 프레임의 생성과 분석을 담당한다.
물리 계층은 이더넷 프레임의 전송과 수신을 담당한다.
이와 같은 계층 구조를 가진 종래의 안전 통신 장치의 안전 통신 계층은 안전 통신에 에러가 발생함을 인지하는 경우에, 에러 복구 대기 상태로 들어간다. 에러 복구 대기 상태에서, 에러가 복구되더라도 안전 통신 장치는 에러 복구 대기 상태가 해제될 때까지 안전 통신을 재개하지 못하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 산업용 제어 시스템이 요구하는 무결성을 만족하는 통신 장치 및 통신 방법을 제공하는 것이다.
실시예에서, 제1 안전 통신 장치가 제2 안전 통신 장치에 데이터를 전송하는 통신 방법은 상기 제1 안전 통신 장치가, 안전 패킷을 생성하는 단계; 상기 제1 안전 통신 장치가, 상기 안전 패킷의 전송을 위해 이용가능한 안전 통신 경로를 결정하는 단계; 상기 제1 안전 통신 장치가, 결정된 안전 통신 경로를 통해 상기 안전 패킷을 상기 제2 통신 장치에 전송하는 단계; 상기 제1 안전 통신 장치가, 소정의 시간 내에 상기 안전 패킷에 대한 정상적인 응답을 수신하지 못하는 경우에, 상기 이용가능한 안전 통신 경로를 복구하는 단계; 및 상기 이용가능한 안전 통신 경로가 복구되는 경우에, 상기 제1 안전 통신 장치가, 복구된 안전 통신 경로를 통해 안전 통신을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 이용가능한 안전 통신 경로를 복구하는 단계는 상기 결정된 안전 통신 경로와는 다른 안전 통신 경로의 이용가능성을 체크하는 단계와, 상기 다른 안전 통신 경로가 이용가능한 경우에, 이용가능한 안전 통신 경로를 상기 다른 안전 통신 경로로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 결정된 안전 통신 경로와는 다른 안전 통신 경로의 이용가능성을 체크하는 단계는 복수의 안전 통신 경로의 각각을 통해 상기 안전 패킷의 목적지인 제2 안전 통신 장치에 임시 패킷을 전송하는 단계와, 상기 임시 패킷에 대한 성공적인 응답을 소정의 시간 내에 수신하면, 상기 성공적인 응답을 수신한 안전 통신 경로를 이용가능한 안전 통신 경로로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 산업용 제어 시스템이 요구하는 무결성을 만족할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 의도되지 않은 반복(unintended repetition), 부정확한 서열(incorrect sequence), 손실(loss), 삽입(insertion)과 같은 에러의 검출이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 고 가용성 스킴 계층(13)의 추가로 인하여 안전 통신 장치(100)는 새로운 안전 통신 경로를 복구하여 이후의 안전 통신에 이용할 수 있다.
도 1은 종래의 안전 통신 장치의 계층도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 장치의 계층도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 장치를 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 방법을 보여주는 래더 다이어그램이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 안전 프로토콜 데이터 유닛의 구조를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이더넷 프레임의 구조를 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 경로의 변경 방법을 보여준다.
이하, 본 발명과 관련된 이동 단말기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 장치와 안전 통신 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 장치의 계층도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 안전 통신 장치는 복수의 물리 계층(Physical layer)(30), 복수의 데이터 링크 계층(data link layer)(20), 응용 계층(application layer)(10), 안전 통신 계층(safety communication layer)(11)과 고 가용성 스킴 계층(High availability scheme layer)을 포함한다.
안전 통신 계층(11)은 안전 데이터를 생성하고, 안전 데이터를 포함하는 안전 프로토콜 데이터 유닛을 생성하며, 수신한 안전 프로토콜 데이터 유닛으로부터 안전 데이터를 추출하고, 추출한 안전 데이터를 소비한다.
고 가용성 스킴 계층(13)은 안전 통신 경로의 가용성의 체크를 담당한다.
복수의 데이터 링크 계층(20)의 각각은 이더넷 프레임의 생성과 분석을 담당한다.
복수의 물리 계층(30)은 복수의 데이터 링크 계층(20)에 각각 대응한다. 또한, 복수의 물리 계층(30)은 복수의 통신 경로에 각각 대응한다. 복수의 물리 계층(30)의 각각은 대응하는 통신 경로를 통한 이더넷 프레임의 전송과 수신을 담당한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 장치(100)는 안전 통신 계층(11), 고 가용성 스킴 계층(13), 복수의 데이터 링크 계층(20), 및 복수의 물리 계층(30)을 포함한다.
안전 통신 계층(11)은 오류 검출 코드 계산부(110), 프로토콜 데이터 유닛 생성부(120), 프로토콜 데이터 유닛 분석부(170), 오류 검출부(180), 제어부(190)를 포함한다.
고 가용성 스킴 계층(13)은 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)를 포함한다.
복수의 데이터 링크 계층(20)의 각각은 이더넷 프레임 생성부(130)와 이더넷 프레임 분석부(160)를 포함한다.
복수의 물리 계층(30)의 각각은 데이터 전송부(140)와 데이터 수신부(150)를 포함한다.
제어부(190)는 안전 데이터를 생성하여 생성된 안전 데이터를 오류 검출 코드 계산부(110)에 제공한다.
오류 검출 코드 계산부(110)는 안전 데이터를 이용하여 안전 데이터를 위한 데이터 오류 검출 코드를 계산한다.
프로토콜 데이터 유닛 생성부(120)는 계산된 데이터 오류 검출 코드와 생성된 안전 데이터를 포함하는 안전 프로토콜 데이터 유닛을 생성한다. 이때, 안전 프로토콜 데이터 유닛은 패킷이라고 부를 수도 있다.
안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 복수의 안전 통신 경로의 가용성을 확인한다. 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 PDU 생성부(120)로부터 안전 PDU를 수신하면, 수신한 안전 PDU를 전송하기 위하여 이용가능한 안전 통신 경로를 복수의 안전 통신 경로 중에서 선택하고, 선택한 안전 통신 경로에 해당하는 데이터 링크 계층(20)의 이더넷 프레임 생성부(130)에 수신한 안전 PDU를 제공한다.
이더넷 프레임 생성부(130)는 생성된 안전 프로토콜 데이터 유닛을 포함하는 이더넷 프레임을 생성한다.
데이터 전송부(140)는 생성된 이더넷 프레임을 또 다른 안전 통신 장치에 전송한다. 이를 통해, 데이터 전송부(140)는 생성된 안전 프로토콜 데이터 유닛을 또 다른 안전 통신 장치에 전송한다.
데이터 수신부(150)는 또 다른 안전 통신 장치로부터 안전 프로토콜 데이터 유닛을 포함하는 이더넷 프레임을 수신한다.
이더넷 프레임 분석부(160)는 수신한 이더넷 프레임을 분석하여 안전 프로토콜 데이터 유닛을 획득한다.
프로토콜 데이터 유닛 분석부(170)는 프로토콜 데이터 유닛을 분석하여 데이터 오류 검출 코드와 안전 데이터를 획득한다.
오류 검출부(180)는 안전 데이터를 이용하여 데이터 오류 검출 코드를 계산한 후 계산된 데이터 오류 검출 코드와 획득한 데이터 오류 검출 코드를 비교하여 오류를 검출한다. 계산된 데이터 오류 검출 코드가 획득한 데이터 오류 검출 코드와 동일한 경우에, 오류 검출부(180)는 안전 데이터에 오류가 발생하지 않았다고 판단한다. 그렇지 않고 계산된 데이터 오류 검출 코드가 획득한 데이터 오류 검출 코드와 다른 경우에는, 오류 검출부(180)는 안전 데이터에 오류가 발생했다고 판단한다.
안전 데이터에 오류가 발생했다고 판단한 경우에, 제어부(190)는 안전 통신 장치(100)의 동작 상태를 실패-안전 상태(fail-safe state)로 천이한다. 이 실패-안전 상태에서, 안전 통신 장치(100)는 리셋을 위한 사용자 입력을 수신할 때까지 안전 통신을 중단한다. 특히, 이 실패-안전 상태에서, 안전 통신 장치(100)는 안전 데이터와 관련한 통신 이외의 통신을 중단할 수도 있고 중단하지 않을 수도 있으나, 적어도 안전 데이터와 관련된 통신을 중단한다.
안전 데이터에 오류가 발생하지 않았다고 판단한 경우에, 제어부(190)는 다음에 전송할 안전 데이터를 생성한다. 수신한 안전 데이터가 요청에 관한 것이면, 제어부(190)는 응답에 관한 안전 데이터를 생성한다. 수신한 안전 데이터가 응답에 관한 것이면, 제어부(190)는 다음의 요청에 관한 안전 데이터를 생성한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 방법을 보여주는 래더 다이어그램이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 안전 통신 장치(100A)와 제2 안전 통신 장치(100B)가 서로 통신하며, 제1 안전 통신 장치(100A)는 제2 안전 통신 장치(100B)에게 안전 프로토콜 데이터 유닛 요청을 전송하고, 제2 안전 통신 장치(100B)는 제1 안전 통신 장치(100A)에게 안전 프로토콜 데이터 유닛 응답을 전송한다고 가정한다. 또한, 제1 안전 통신 장치(100A)와 제2 안전 통신 장치(100B)는 동일한 네트워크 및 동일한 네트워크 세그먼트에 속한다고 가정한다.
제1 안전 통신 장치(100A)의 제어부(190)는 요청(request)을 위한 안전 데이터를 생성한다(S101). 제1 안전 통신 장치(100A)의 제어부(190)는 요청 안전 데이터와 함께 이 안전 데이터와 관련된 안전 헤더 데이터를 함께 생성할 수도 있다.
제1 안전 통신 장치(100A)의 오류 검출 코드 계산부(110)는 안전 데이터 및 시퀀스 번호를 이용하여 안전 데이터를 위한 데이터 오류 검출 코드(data error detection code)를 계산한다(S102). 이때, 제1 안전 통신 장치(100A)의 오류 검출 코드 계산부(110)는 안전 헤더 데이터와 시퀀스 번호를 이용하여 안전 헤더 데이터의 오류 검출을 위한 헤더 오류 검출 코드를 계산할 수 있다. 오류 검출 코드는 순환 중복 검사(Cyclic Redundancy Check, CRC) 값일 수 있다.
특히, 아래의 수학식 1에서 보여지는 바와 같이, 제1 안전 통신 장치(100A)의 오류 검출 코드 계산부(110)는 헤더 오류 검출 코드(HEADER_CRC)를, 헤더 필드(header field), 고유 식별자, 시퀀스 번호를 이용하여, 계산할 수 있다. 이때 고유 식별자는 안전 고유 식별자(safety unique identifier, SUID)일 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 f는 해시 함수를 나타낸다.
안전 고유 식별자는 제1 안전 통신 장치(100A)와 제2 안전 통신 장치(100B) 사이의 연결 관계를 나타내는 식별자일 수 있다. 특히, 안전 고유 식별자는 소스 MAC(media access control) 주소, 소스 디바이스 식별자, 목적지 MAC(media access control) 주소, 및 목적지 디바이스 식별자의 조합으로 만들어질 수 있다. 제1 안전 통신 장치(100A)가 안전 데이터를 전송하고 제2 안전 통신 장치(100B)가 안전 데이터를 수신하므로, 제1 안전 통신 장치(100A)가 소스이고, 제2 안전 통신 장치(100B)가 목적지가 된다. 이 경우, 안전 고유 식별자는 제1 안전 통신 장치(100A)의 MAC(media access control) 주소, 제1 안전 통신 장치(100A)의 디바이스 식별자, 제2 안전 통신 장치(100B)의 MAC(media access control) 주소, 및 제2 안전 통신 장치(100B)의 디바이스 식별자의 조합일 수 있다. 안전 고유 식별자는 오류 검출 코드의 계산에만 이용될 뿐 안전 PDU에는 포함되지 않을 수 있다.
가상 네트워크 세그먼트 식별자는 제1 안전 통신 장치(100A)가 속한 네트워크 세그먼트의 식별자를 나타낼 수 있다. 네트워크는 복수의 네트워크 세그먼트를 포함한다. 즉, 각 네트워크 세그먼트는 그 네트워크 세그먼트가 속한 네트워크의 작은 영역이다. 이 복수의 네트워크 세그먼트를 구분하기 위하여 복수의 네트워크 세그먼트를 위한 복수의 전용선들이 이용될 수 있다. 그러나, 전용선의 추가는 비용의 추가를 야기한다. 또한, 복수의 네트워크 세그먼트를 구분하기 위하여 복수의 네트워크 세그먼트에 각각 대응하는 복수의 특정 장비가 이용될 수 있으나, 특정 장비의 추가는 비용의 추가를 야기한다. 한편, 복수의 네트워크 세그먼트를 구분하기 위하여 이 복수의 네트워크 세그먼트에 각각 대응하는 복수의 암호화 기법이 이용될 수도 있으나, 이 또한 비용의 추가를 야기하고, 하드웨어 및 소프트웨어의 복잡도를 증가시키며, 사용자의 개입이 요구되는 불편함이 야기될 수 있고, 네트워크 자원의 소모를 증가시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에서, 복수의 네트워크 세그먼트에 복수의 네트워크 세그먼트 식별자가 할당된다. 특히, 본 발명의 실시예에서 가상 네트워크 세그먼트 식별자가 이용되는데, 이는 네트워크 세그먼트 식별자가 오류 검출 코드의 계산에는 이용되지만 전송 프레임 내에는 포함되지 않음을 의미한다. 이를 통해 보안성이 강화될 수 있다.
시퀀스 번호는 안전 PDU의 시퀀스 번호를 나타낼 수 있다. 이 시퀀스 번호는 오류 검출 코드의 계산에는 이용되지만 전송되지는 않는 가상 시퀀스 번호일 수 있다.
한편, 아래의 수학식 2에서 보여지는 바와 같이, 제1 안전 통신 장치(100A)의 오류 검출 코드 계산부(110)는 안전 데이터(safety data), 고유 식별자, 및 시퀀스 번호를 이용하여 데이터 오류 검출 코드(DATA_CRC)를 계산할 수 있다. 이때 고유 식별자는 안전 고유 식별자(safety unique identifier, SUID)일 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2에서 f는 해시 함수를 나타낸다.
제1 안전 통신 장치(100A)의 프로토콜 데이터 유닛 생성부(120)는 안전 데이터 및 계산된 데이터 오류 검출 코드를 포함하는 안전 프로토콜 데이터 유닛을 생성하고(S103), 안전 통시 경로 가용성 확인부(125)에 제공한다. 이때, 안전 프로토콜 데이터 유닛은 안전 헤더 데이터 및 계산된 헤더 오류 검출 코드를 더 포함할 수 있다. 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 안전 프로토콜 데이터 유닛의 구조를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안전 프로토콜 데이터 유닛의 구조를 보여준다.
도 5에 도시된 바와 같이, 안전 프로토콜 데이터 유닛은 안전 PDU 헤더와 안전 PDU 페이로드를 순서대로 포함한다. 안전 PDU 헤더는 제1 안전 헤더 필드와 제1 헤더 오류 검출 코드, 제2 안전 헤더 필드와 제2 헤더 오류 검출 코드를 순서대로 포함한다. 안전 PDU 페이로드는 안전 데이터와 데이터 오류 검출 코드를 순서대로 포함한다. 특히, 안전 PDU 헤더는 안전 프로토콜 데이터 유닛의 가장 앞 부분에 배치될 수 있다. 안전 PDU 헤더의 제1 안전 헤더 필드는 명령 필드와 예약 필드를 순서대로 포함한다. 안전 PDU 헤더의 제2 안전 헤더 필드는 인증 키를 포함한다. 안전 데이터는 안전 PDU 헤더와 관련된 것일 수 있다. 특히 안전 데이터는 명령 필드와 관련된 것일 수 있다. 특히, 도 5의 실시예에서, 제1 안전 헤더 필드의 크기(size)는 4 옥텟이고, 명령 필드의 크기는 2 옥텟이고, 예약 필드의 크기는 2 옥텟이고, 제1 헤더 오류 검출 코드의 크기는 4 옥텟이고, 제2 안전 헤더 필드의 크기는 4 옥텟이고, 제2 헤더 오류 검출 코드의 크기는 4 옥텟이고, 데이터 오류 검출 코드의 크기는 4 옥텟이지만, 이에 한정될 필요는 없다. 1 옥텟은 일반적으로 8 비트를 의미한다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 안전 통신 장치(100A)의 오류 검출 코드 계산부(110)는 제1 헤더 오류 검출 코드를, 제1 안전 헤더 필드, 고유 식별자, 가상 네트워크 세그먼트 식별자를 이용하여, 계산할 수 있다. 또, 제1 안전 통신 장치(100A)의 오류 검출 코드 계산부(110)는 제2 헤더 오류 검출 코드를, 제2 안전 헤더 필드, 고유 식별자, 가상 네트워크 세그먼트 식별자를 이용하여, 계산할 수 있다.
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 명령 필드의 값의 예를 보여준다.
Figure pat00003
표 2에서 보여지는 바와 같이, 명령 필드의 값이 0x01이면, 안전 데이터는 리셋 명령을 나타낼 수 있다. 명령 필드의 값이 0x02이면, 안전 데이터는 연결 명령을 나타낼 수 있다. 명령 필드의 값이 0x03이면, 안전 데이터는 파라미터 전송 명령을 나타낼 수 있다. 명령 필드의 값이 0x04이면, 안전 데이터는 데이터 전송 명령을 나타낼 수 있다.
특히, 도 4의 실시예는 명령 필드가 connection에 해당하는 값을 가지는 연결 상태(connection state)에서의 통신 방법에 해당할 수 있다. 연결 상태에서, 제1 안전 통신 장치(100A)는 개시자(initiator)에 해당하고, 제2 안전 통신 장치(100B)는 응답자(responder)에 해당할 수 있다. 개시자는 응답 안전 데이터를 전송하지는 않고 요청 안전 데이터만을 응답자에 전송하는 모드에 해당한다. 응답자는 요청 안전 데이터를 전송하지는 않고 응답 안전 데이터만을 개시자에 전송하는 모드에 해당한다.
예약 필드는 추후 다른 용도를 위해 사용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 안전 프로토콜 데이터 유닛은 시퀀스 번호를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 안전 프로토콜 데이터 유닛은 시퀀스 번호만을 전송하기 위한 필드를 포함하지 않을 수 있다.
다시 도 4를 설명한다.
이후, 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 복수의 안전 통신 경로 중에서 PDU 생성부(120)로부터 수신한 안전 PDU의 전송을 위해 이용가능한 안전 통신 경로를 결정한다(S104).
일 실시예에서, 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 이전에 통신 성공한 안전 통신 경로를 이용가능한 안전 통신 경로로 결정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 복수의 안전 통신 경로의 각각을 통해 안전 PDU의 목적지인 제2 안전 통신 장치(100B)에 임시 패킷을 전송하고, 이 임시 패킷에 대한 성공적인 응답을 수신한 안전 통신 경로를 이용가능한 안전 통신 경로로 결정할 수 있다.
안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 결정한 안전 통신 경로에 해당하는 데이터 링크 계층(20)의 이더넷 프레임 생성부(130)에 안전 PDU를 전송하고, 이 안전 PDU의 전송 시점을 저정한다(S105).
제1 안전 통신 장치(100A)의 이더넷 프레임 생성부(130)는 요청 안전 데이터를 포함하는 이더넷 프레임을 생성한다(S107). 이때, 이더넷 프레임은 생성된 안전 프로토콜 데이터 유닛을 포함할 수 있다. 도 6을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 이더넷 프레임의 구조를 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이더넷 프레임의 구조를 보여준다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이더넷 프레임은 이더넷 헤더, 이더넷 페이로드, 프레임 검사 시퀀스(frame check sequence, FCS)를 순서대로 포함한다. 이더넷 프레임은 페이로드로서 안전 PDU를 포함한다. 이더넷 프레임 헤더는 프리앰블 필드, 목적지 주소 필드, 소스 주소 필드, 타입 필드를 포함한다. 목적지 주소 필드는 목적지에 해당하는 안전 통신 장치의 주소를 담고, 소스 주소 필드는 소스에 해당하는 안전 통신 장치의 주소를 담는다. 프레임 검사 시퀀스는 이더넷 헤더 내의 데이터 및 페이로드 내의 데이터를 이용하여 생성될 수 있다.
다시 도 4를 설명한다.
제1 안전 통신 장치(100A)의 데이터 전송부(140)는 요청 안전 데이터를 포함하는 이더넷 프레임을, 결정된 안전 통신 경로를 통해, 제2 안전 통신 장치(100B)에 전송한다(S109). 이를 통해, 데이터 전송부(140)는 생성된 안전 프로토콜 데이터 유닛을 제2 안전 통신 장치(100B)에 전송할 수 있다.
제2 안전 통신 장치(100B)의 데이터 수신부(150)는 제1 안전 통신 장치(100A)로부터 요청(request)에 관한 안전 프로토콜 데이터 유닛을 포함하는 이더넷 프레임을 수신한다(S111). 이때, 이더넷 프레임은 도 6에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다.
제2 안전 통신 장치(100B)의 이더넷 프레임 분석부(160)는 수신한 이더넷 프레임을 분석하여 안전 프로토콜 데이터 유닛을 획득한다(S113). 이때, 안전 프로토콜 데이터 유닛은 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다.
제2 안전 통신 장치(100B)의 프로토콜 데이터 유닛 분석부(170)는 프로토콜 데이터 유닛을 분석하여 안전 헤더 데이터, 수신 헤더 오류 검출 코드, 요청 안전 데이터 및 수신 데이터 오류 검출 코드를 획득한다(S115).
제2 안전 통신 장치(100B)의 오류 검출부(180)는 요청 안전 데이터 및 시퀀스 번호를 이용하여 비교 데이터 오류 검출 코드를 계산한다(S117). 이에 더하여, 제2 안전 통신 장치(100B)의 오류 검출부(180)는 안전 헤더 데이터와 시퀀스 번호를 이용하여 비교 헤더 오류 검출 코드를 계산할 수 있다.
특히, 제2 안전 통신 장치(100B)의 오류 검출부(180)는 수학식 1에서 보여지는 바와 같이 비교 헤더 오류 검출 코드를 계산할 수 있다.
또한, 제2 안전 통신 장치(100B)의 오류 검출부(180)는 수학식 2에서 보여지는 바와 같이 비교 데이터 오류 검출 코드를 계산할 수 있다.
제2 안전 통신 장치(100B)의 오류 검출부(180)는 계산된 오류 검출 코드와 획득한 오류 검출 코드를 비교하여 오류를 검출한다(S119). 비교 데이터 오류 검출 코드가 수신 데이터 오류 검출 코드와 동일하고 비교 헤더 오류 검출 코드가 수신 헤더 오류 검출 코드와 동일한 경우에, 오류 검출부(180)는 안전 데이터에 오류가 발생하지 않았다고 판단할 수 있다. 그렇지 않고 비교 데이터 오류 검출 코드가 수신 데이터 오류 검출 코드와 다르거나, 비교 헤더 오류 검출 코드가 수신 헤더 오류 검출 코드와 다른 경우에는, 오류 검출부(180)는 안전 데이터에 오류가 발생했다고 판단할 수 있다.
안전 데이터에 오류가 발생했다고 판단한 경우에, 제2 안전 통신 장치(100B)의 제어부(190)는 안전 통신 장치(100)의 동작 상태를 실패-안전 상태(fail-safe state)로 천이한다(S121). 이 실패-안전 상태에서, 안전 통신 장치(100)는 리셋을 위한 사용자 입력을 수신할 때까지 안전 통신을 중단한다. 특히, 이 실패-안전 상태에서, 안전 통신 장치(100)는 안전 데이터와 관련한 통신 이외의 통신을 중단할 수도 있고 중단하지 않을 수도 있으나, 적어도 안전 데이터와 관련된 통신을 중단한다.
안전 데이터에 오류가 발생하지 않았다고 판단한 경우에, 제2 안전 통신 장치(100B)의 제어부(190)는 수신한 요청 안전 데이터를 소비하고(S123), 다음에 전송할 응답 안전 데이터를 생성한다(S125).
제2 안전 통신 장치(100B)의 오류 검출 코드 계산부(110), 프로토콜 데이터 유닛 생성부(120), 이더넷 프레임 생성부(130), 데이터 전송부(140)는 단계(S101)에서 단계(S109)에서 설명한 바와 같이 응답 안전 데이터를 포함하는 응답 안전 PDU를 포함하는 이더넷 프레임을 생성한 후 제1 안전 통신 장치(100A)에 전송한다(S127).
제1 안전 통신 장치(100A)의 데이터 수신부(150), 이더넷 프레임 분석부(160), 프로토콜 데이터 유닛 분석부(170), 오류 검출부(180), 제어부(190)는 단계(S111) 내지 단계(S123)에서와 같이 응답 안전 PDU를 포함하는 이더텟 프레임을 수신하고 오류 검출을 수행하며 응답 안전 데이터를 소비한다.
한편, 제1 안전 통신 장치(100A)의 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 안전 PDU의 전송 시점으로부터 소정의 시간 내에 안전 PDU에 대한 정상적인 응답을 수신하는 지를 체크한다(S131).
안전 PDU의 전송 시점으로부터 소정의 시간 내에 안전 PDU에 대한 정상적인 응답이 수신되지 않으면, 제1 안전 통신 장치(100A)의 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 안전 통신 경로를 복구한다(S133).
일 실시예에서, 안전 PDU의 전송 시점으로부터 소정의 시간 내에 안전 PDU에 대한 정상적인 응답이 수신되지 않으면, 제1 안전 통신 장치(100A)의 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 이전의 안전 PDU를 전송한 안전 통신 경로에 오류가 있다고 판단하고, 이 이전의 안전 통신 경로와는 다른 안전 통신 경로의 이용가능성을 체크한다.
안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 복수의 안전 통신 경로의 각각을 통해 안전 PDU의 목적지인 제2 안전 통신 장치(100B)에 임시 패킷을 전송하고, 이 임시 패킷에 대한 성공적인 응답을 소정의 시간 내에 수신하면, 이 성공적인 응답을 수신한 안전 통신 경로를 이용가능한 안전 통신 경로로 결정할 수 있다.
모든 안전 통신 경로가 이용가능하지 않다면, 제1 안전 통신 장치(100A)의 제어부(190)는 안전 통신 장치(100)의 동작 상태를 실패-안전 상태(fail-safe state)로 천이한다. 이 실패-안전 상태에서, 안전 통신 장치(100)는 리셋을 위한 사용자 입력을 수신할 때까지 안전 통신을 중단한다. 특히, 이 실패-안전 상태에서, 안전 통신 장치(100)는 안전 데이터와 관련한 통신 이외의 통신을 중단할 수도 있고 중단하지 않을 수도 있으나, 적어도 안전 데이터와 관련된 통신을 중단한다.
제1 안전 통신 장치(100A)의 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 이용가능한 안전 통신 경로를 다음의 통신을 위한 안전 통신 경로로 결정한다. 이때 결정된 안전 통신 경로는 단계(S104)에서 이용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안전 통신 경로의 변경 방법을 보여준다.
도 7의 (A)에 도시된 바와 같이, 초기에 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 노드(N1)와 노드(N3) 사이의 통신을 위하여 노드(N1), 노드(N2) 및 노드(N3)에 걸친 안전 통신 경로를 이용한다.
그러나, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이, 노드(N1)과 노드(N2) 사이의 선로가 단절되는 경우를 가정한다면, 더 이상 노드(N1)와 노드(N3) 사이의 통신을 위하여 노드(N1), 노드(N2) 및 노드(N3)에 걸친 안전 통신 경로를 이용할 수 없다. 종래의 안전 통신 장치의 안전 통신 계층은 안전 통신에 에러가 발생함을 인지하는 경우에, 에러 복구 대기 상태로 들어간다. 에러 복구 대기 상태에서, 에러가 복구되더라도 안전 통신 장치는 에러 복구 대기 상태가 해제될 때까지 안전 통신을 재개하지 못하는 문제가 있음은 상술한 바와 같다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 고 가용성 스킴 계층(13)의 추가로 인하여 안전 통신 장치(100)는 새로운 안전 통신 경로를 복구하여 이후의 안전 통신에 이용할 수 있다.
즉, 도 7의 (C)에 도시된 바와 같이, 안전 통신 경로 가용성 확인부(125)는 새로운 안전 통신 경로인 노드(N1), 노드(N4) 및 노드(N3)에 걸친 안전 통신 경로를 이후의 안전 통신에 이용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
상기와 같이 설명된 이동 단말기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (8)

  1. 제1 안전 통신 장치가 제2 안전 통신 장치에 데이터를 전송하는 통신 방법에 있어서,
    상기 제1 안전 통신 장치가, 안전 패킷을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 안전 통신 장치가, 상기 안전 패킷의 전송을 위해 이용가능한 안전 통신 경로를 결정하는 단계;
    상기 제1 안전 통신 장치가, 결정된 안전 통신 경로를 통해 상기 안전 패킷을 상기 제2 통신 장치에 전송하는 단계;
    상기 제1 안전 통신 장치가, 소정의 시간 내에 상기 안전 패킷에 대한 정상적인 응답을 수신하지 못하는 경우에, 상기 이용가능한 안전 통신 경로를 복구하는 단계; 및
    상기 이용가능한 안전 통신 경로가 복구되는 경우에, 상기 제1 안전 통신 장치가, 복구된 안전 통신 경로를 통해 안전 통신을 수행하는 단계를 포함하는
    통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이용가능한 안전 통신 경로를 복구하는 단계는
    상기 결정된 안전 통신 경로와는 다른 안전 통신 경로의 이용가능성을 체크하는 단계와,
    상기 다른 안전 통신 경로가 이용가능한 경우에, 이용가능한 안전 통신 경로를 상기 다른 안전 통신 경로로 변경하는 단계를 포함하는
    통신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결정된 안전 통신 경로와는 다른 안전 통신 경로의 이용가능성을 체크하는 단계는
    복수의 안전 통신 경로의 각각을 통해 상기 안전 패킷의 목적지인 제2 안전 통신 장치에 임시 패킷을 전송하는 단계와,
    상기 임시 패킷에 대한 성공적인 응답을 소정의 시간 내에 수신하면, 상기 성공적인 응답을 수신한 안전 통신 경로를 이용가능한 안전 통신 경로로 결정하는 단계를 포함하는
    통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이용가능한 안전 통신 경로가 복구되지 않는 경우에, 상기 제1 안전 통신 장치가, 리셋을 위한 사용자 입력을 수신할 때까지 통신을 중단하는 상태로 동작 상태를 변경하는 단계를 더 포함하는
    통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안전 통신 장치가, 데이터 및 시퀀스 번호를 이용하여 데이터의 오류 검출을 위한 데이터 오류 검출 코드를 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 안전 패킷은 상기 데이터 및 상기 데이터 오류 검출 코드를 포함하는
    통신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안전 패킷은 상기 시퀀스 번호만을 전송하기 위한 필드를 포함하지 않는
    통신 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 통신 장치가, 헤더 데이터 및 시퀀스 번호를 이용하여 상기 헤더 데이터의 오류 검출을 위한 헤더 오류 검출 코드를 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패킷을 생성하는 단계는
    상기 헤더 데이터, 상기 헤더 오류 검출 코드, 상기 데이터 및 상기 데이터 오류 검출 코드를 포함하는 패킷을 생성하는 단계를 포함하는
    통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 헤더 오류 검출 코드를 계산하는 단계는,
    고유 식별자를 더 이용하여 상기 헤더 오류 검출 코드를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 고유 식별자는 상기 제1 통신 장치와 상기 제2 통신 장치 사이의 연결 관계를 나타내는 식별자인
    통신 방법.
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