KR20140089113A - 우선순위 기반의 무선 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우선순위 기반의 무선 통신 장치에 관한 것으로서, 전송할 메시지가 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지인 경우에는 최우선적으로 전송될 수 있도록 처리한다. 버퍼가 혼잡하지 않은 경우에는 제어 메시지를 원래의 우선순위에 따라 처리하고, 버퍼가 혼잡하여 신속한 처리가 기대되지 않을 때는 가장 높은 우선순위를 갖는 서브 버퍼에 저장하여 최우선적으로 전송될 수 있도록 처리한다. 무선통신 환경에서 단절된 루트를 회복시키기 위한 제어 메시지는 항상 신속하게 전송된다는 것이 보장되므로, 무선통신을 이용하는 시스템의 신뢰성을 높이고, 오작동이나 처리 지연에 대한 불안감을 해소시킬 수 있다.

Description

우선순위 기반의 무선 통신 장치{ Apparatus for Wireless Communication Based on Priority Control }

본 발명은 우선순위 기반의 무선 통신 장치에 관한 것으로서, 특히 루트가 단절되었을 때 이를 회복시키기 위한 제어 메시지를 최우선적으로 처리하여, 무선 통신 환경에서 메시지 전송의 신속성과 신뢰성을 보장 할 수 있도록 한다.

다양한 산업분야에서 무선 통신이 사용되고 있는데, 무선 통신은 크레인이나 고층 창고, 지하철 터널 등과 같은 특수 환경에서 더욱 유용하게 사용될 수 있다.

무선 통신을 사용하는 시스템의 예로는 PLC(Programmable Logic Controller)를 들 수 있다. PLC는 산업 현장의 장비들을 제어하는 공장 자동화의 핵심적인 요소로서, 시스템의 다양성과 복잡성이 증가함에 따라 여러 PLC를 묶어 서로 데이터를 교환하면서 연동하도록 구현되고 있다.

각 PLC가 전송하는 메시지는 우선순위에 따른 고유의 아이디(ID)를 갖고 큐에 분류되며 우선순위가 높은 메시지부터 전송된다. 각 PLC가 전송한 메시지는 연결되어 있는 모든 PLC가 수신해야 하지만, 산업 현장에서 사용되는 무선 통신 환경은 루트가 단절될 위험성이 높다.

루트가 단절되면 이를 회복하기 위한 제어 메시지가 송수신 되어야 하는데, 루트 단절로 인해 큐에 쌓인 제어 메시지들은 계속 대기하며, 지연시간이 길어질 경우 버려지기도 한다. 오버 플로우가 발생하여 패킷이 버려지면 신뢰성과 전체 처리율에 악영향을 미칠 수 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무선통신 환경에서 루트 단절 시 이를 회복하기 위한 제어 메시지가 최우선적으로 전송될 수 있도록 하여, 신속한 루트 회복(Recovery)이 이루어질 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 우선순위 기반의 무선 통신 장치는, 각 우선순위별 메시지가 대기하는 복수의 버퍼; 전송할 메시지를 우선순위에 따라 분류하고, 해당 우선순위에 대응하는 버퍼에 입력하는 제어부; 상기 각 버퍼의 혼잡도를 감지하는 버퍼 매니저; 및 상기 각 버퍼에 대기하고 있는 메시지를 우선순위에 따라 순차적으로 전송하는 스케줄러를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부는 전송할 메시지가 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지인 경우 가장 높은 우선순위의 메시지가 저장되는 버퍼에 입력한다.

상기 제어부는 상기 버퍼 매니저에서 감지한 혼잡도에 따라 상기 제어 메시지를 원래의 우선순위 또는 가장 높은 우선순위를 갖도록 처리할 수 있다.

이때 상기 버퍼 매니저는 감지된 혼잡도에 따라 상기 제어 메시지의 우선순위를 변경할 것인지를 상기 제어부로 알려 주고, 상기 제어부는 상기 버퍼 매니저의 통보에 따라 상기 제어 메시지의 우선순위를 변경할 수 있다.

상기 가장 높은 우선순위의 메시지가 저장되는 버퍼는 상기 제어 메시지의 전송에만 사용되도록 구성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 무선통신 환경에서 단절된 루트를 회복시키기 위한 제어 메시지는 항상 신속하게 전송된다는 것이 보장된다.

그러므로, 무선 통신을 이용하는 시스템의 신뢰성을 높이고, 부분적으로 처리율을 높일 수 있게 된다. 또한, 사용자의 오작동이나 처리 지연에 대한 불안감을 해소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 우선순위 기반의 무선 통신 장치에 관한 일 실시예,
도 2는 전송할 메시지를 종류에 따라 처리하는 것을 설명하는 예,
도 3은 버퍼의 혼잡도에 따라 전송할 메시지의 우선순위를 변경하여 처리하는 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하자면, 본 발명에 따른 우선순위 기반의 무선 통신 장치(10)는 각 우선순위별 메시지가 대기하는 복수의 버퍼(11), 제어부(12), 버퍼 매니저(13), 스케줄러(14)를 포함하여 이루어진다.

전송할 메시지가 대기하는 버퍼(11)는 선입선출(FIFO: First In First Out) 방식의 큐(Queue)이며, 각 우선순위에 대응하여 구비된다. 예컨대 기본적으로 우선순위가 3가지로 구분된다면 3개의 버퍼가 구비된다.

또한, 기본적으로 구비되는 버퍼 이외에 가장 높은 우선순위를 갖는 메시지를 위한 특별한 버퍼가 포함된다.

제어부(12)는 전송할 메시지를 우선순위에 따라 분류하고, 해당 우선순위에 대응하는 버퍼에 입력한다.

버퍼 매니저(13)는 버퍼(11)의 상태를 모니터링 하는 역할을 수행하며, 각 버퍼의 혼잡도를 감지하여 제어부(12)로 알려 주는 역할을 수행한다.

버퍼 매니저(13)가 버퍼(11)의 혼잡도를 판단하는 방법은 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들자면 버퍼(11)에 오버 플로우가 발생하였는지의 여부, 오버 플로우가 발생한 횟수, 버퍼에 대기하고 있는 메시지의 수 등을 이용하여 혼잡도를 판단할 수 있다.

특히, 제어부(12)는 전송할 메시지가 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지인 경우에는 가장 높은 우선순위의 메시지가 저장되는 버퍼에 해당 제어 데이터를 입력한다.

스케줄러(14)는 버퍼(11)에 대기하고 있는 메시지들을 우선순위에 기반하여 순차적으로 내보내는 역할을 수행한다. 스케줄러(14)가 버퍼(11)의 메시지를 처리하는 방법은 다양하게 구성될 수 있으며, 기본적으로 우선순위가 높은 메시지가 먼저 전송될 수 있도록 처리한다.

도 2를 참조하여, 전송할 메시지를 종류에 따라 처리하는 과정을 구체적인 예로서 설명하기로 한다.

이더넷 통신을 생산 자동화 기술로 활용하기 위한 산업용 개방 네트워크 표준인 프로피넷(Profinet)의 경우 우선순위에 따라 IRT(Isochronous Real Time), RT(Real Time), NRT(Non Real Time)로 구분된다.

IRT 메시지는 1ms 이내로 메시지를 받아야 하는 경우에 사용되고, RT 메시지는 10ms 이내로 메시지를 받아야 하는 경우에 사용되며, NRT 메시지는 최대 100ms 이내로 받아야 하는 경우에 사용된다.

본 발명에서 '가장 높은 우선순위'란 기본적인 우선순위에서 가장 높은 우선순위인 IRT보다도 높은 최상위의 우선 순위를 의미한다. 이하에서는 가장 높은 우선순위의 메시지를 CP 메시지라 칭하기로 하며, 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지가 CP 메시지로 취급될 수 있다.

이때 버퍼(11)는 기본적으로 NRT 메시지, RT 메시지, IRT 메시지를 일시 저장하는 3개의 버퍼(11-1~11-3)와, 가장 높은 우선순위의 메시지(CP 메시지)를 저장하기 위한 또 하나의 서브 버퍼(11-4)를 구비한다.

제어부(12)는 전송할 데이터들을 우선순위에 따라 분류하고, NRT 메시지는 버퍼 #1(11-1)에, RT 메시지는 버퍼 #2(11-2)에, IRT 메시지는 버퍼 #3(11-3)에, CP 메시지는 버퍼 #4(11-4)에 각각 입력한다. 우선순위는 CP가 가장 높고, 그 다음으로 IRT, RT, NRT 순이다.

CP 메시지의 우선순위가 가장 높기 때문에 스케줄러(14)는 버퍼 #4(11-4)에 입력되어 있는 CP 메시지를 최우선적으로 전송한다.

한편, 제어부(12)는 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지를 항상 버퍼 #4(11-4)에 입력할 수도 있으나, 제어 메시지가 입력될 버퍼의 혼잡도가 기준치보다 높을 때만 버퍼 #4(11-4)를 사용하고, 그렇지 않을 때는 해당 메시지의 원래 우선순위에 따라 해당 버퍼에 입력할 수도 있다.

예컨대 일반적인 제어 메시지가 IRT 메시지라고 가정할 때, IRT 메시지가 대기하는 버퍼 #3(11-3)의 혼잡도가 높지 않을 때는 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지도 신속하게 처리될 수 있으므로 별도의 버퍼 #4를 할당하지 않고 버퍼 #3(11-3)을 그대로 이용하고, 버퍼 #3(11-3)의 혼잡도가 높을 때는 신속한 전송을 보장할 수 없으므로 버퍼 #4(11-4)로 입력한다.

제어부(12)가 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지의 우선순위를 결정하는 방법은 다양하게 구성될 수 있다.

하나의 예로서 제어부(12)는 필요할 때 버퍼 매니저(13)에 요청하여 혼잡도를 파악할 수 있다.

또 다른 예로서, 버퍼 매니저(13)가 주기적으로 버퍼(11)의 상태를 모니터링 하여, 심한 오버 플로우가 발생하는 등 혼잡도가 기준치를 초과하여 높아지는지 아니면 혼잡도가 기준치 이하로 유지되고 있는지를 파악하고, 제어부(12)에 패킷 클래스를 변경하도록 알려줄 수 있다.

즉, 버퍼 매니저(13)는 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지의 원래 우선순위가 IRT일 때, 그 우선순위를 IRT로 그대로 처리할 것인지 아니면 CP로 변경할 것인지를 제어부(12)로 알려 줄 수 있다.

도 3을 참조하여, 혼잡도를 고려하여 제어 메시지를 처리하는 과정의 예를 설명하기로 한다.

먼저 제어부(12)는 전송할 메시지가 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지인지 조사한다(S31).

단계 S31에서의 조사 결과, 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지가 아니라면(S32), 해당 메시지의 우선순위에 따라 버퍼 #1 내지 버퍼 #3(11-1~11-3) 중 해당 버퍼에 입력하면 되고(S35), 해당 메시지는 스케줄러(14)에 의해 그 우선순위에 따라 전송된다(S37).

그러나, 단계 S31에서의 조사 결과, 전송할 메시지가 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지라면(S32), 버퍼 상태를 확인한다(S33).

버퍼 상태 확인은 제어부(12)가 버퍼 매니저(13)에게 요청하여 이루어질 수도 있고, 버퍼 매니저(13)가 주기적으로 버퍼의 상태를 모니터링 하여 제어부(12)로 알려 주는 패킷 클래스 변경 통보를 이용하여 이루어질 수도 있다.

단계 S33에서의 확인 결과 버퍼가 혼잡하다면(제어 메시지의 우선순위 변경이 필요하다면)(S34), 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지를 버퍼 #4(11-4)에 입력하며(S36), 해당 메시지는 스케줄러(14)에 의해 최우선적으로 전송된다(S37).

만일 단계 S33에서의 확인 결과 버퍼가 혼잡하지 않다면(S34), 해당 제어 메시지의 원래 우선순위(예: IRT)에 따라 버퍼 #3(11-3)에 입력하면 되고(S35), 해당 제어 메시지는 스케줄러(14)에 의해 그 우선순위에 따라 전송된다(S37).

즉, 단절되었던 루트가 회복되고 버퍼의 혼잡 상태가 풀렸다고 판단되면, 서브 버퍼(버퍼 #4)의 사용을 정지하고 카테고리별 버퍼링을 수행할 수 있다.

이상에서 설명한 각 실시예와 같이, 무선 통신 환경에서 루트가 단절되었을 때 제어 메시지를 가장 높은 우선순위를 갖는 큐를 통해 최우선적으로 내보낼 수 있으므로, 신속한 루트 회복을 통한 높은 신뢰성를 보장할 수 있게 된다.

상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.

10: 무선 통신 장치 11,11-1~11-4: 버퍼
12: 제어부 13: 버퍼 매니저
14: 스케줄러

Claims (4)

1. 전송할 메시지를 우선순위에 따라 분류하여 처리하는 우선순위 기반의 무선 통신 장치에 있어서,
   각 우선순위별 메시지가 대기하는 복수의 버퍼;
   전송할 메시지를 우선순위에 따라 분류하고, 해당 우선순위에 대응하는 버퍼에 입력하는 제어부;
   상기 각 버퍼의 혼잡도를 감지하는 버퍼 매니저; 및
   상기 각 버퍼에 대기하고 있는 메시지를 우선순위에 따라 순차적으로 전송하는 스케줄러를 포함하고,
   상기 제어부는 전송할 메시지가 단절된 루트를 회복시키기 위해 사용되는 제어 메시지인 경우에는 가장 높은 우선순위의 메시지가 저장되는 버퍼에 입력하는 것을 특징으로 하는 우선순위 기반의 무선 통신 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 버퍼 매니저에서 감지한 혼잡도에 따라 상기 제어 메시지를 원래의 우선순위 또는 가장 높은 우선순위를 갖도록 처리하는 것을 특징으로 하는 우선순위 기반의 무선 통신 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 버퍼 매니저는 감지된 혼잡도에 따라 상기 제어 메시지의 우선순위를 변경할 것인지를 상기 제어부로 알려 주고, 상기 제어부는 상기 버퍼 매니저의 통보에 따라 상기 제어 메시지의 우선순위를 변경하는 것을 특징으로 하는 우선순위 기반의 무선 통신 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가장 높은 우선순위의 메시지가 저장되는 버퍼는 상기 제어 메시지의 전송에만 사용되는 것을 특징으로 하는 우선순위 기반의 무선 통신 장치.

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