KR20150016735A - 중앙 집중 제어 평면을 이용한 네트워크 시각 동기 시스템 - Google Patents

중앙 집중 제어 평면을 이용한 네트워크 시각 동기 시스템 Download PDF

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KR20150016735A
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Abstract

종래에는 계산된 지연 시간이 실제 지연 시간과 차이가 발생하고 이는 시각 오차 값으로 반영되어 시각 동기 성능을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다. 본 발명에서는 네트워크로 연결된 마스터 노드의 클럭으로부터 생성된 시각 동기 메시지를 데이터 평면을 통해서 전달하는 대신, 통합된 제어 평면을 통해서 네트워크 노드 또는 슬레이브 노드로 전달함으로써, 네트워크 상의 데이터 트래픽의 비대칭성에도 향상된 시각 동기 정밀도를 제공할 수 있다.

Description

중앙 집중 제어 평면을 이용한 네트워크 시각 동기 시스템{NETWORK SYNCHRONIZATION SYSTEM USING CENTRALIZED CONTROL PLANE}
본 발명은 네트워크로 연결되는 마스터 클럭(master clock)과 슬레이브 클럭(slave clock) 간의 시각 동기 기술에 관한 것으로, 특히 마스터 클럭으로부터 생성된 시각 동기 메시지를 제어 평면을 통해 네트워크의 연결 장치들의 클럭에 전달함으로써, 마스터 클럭과 슬레이브 클럭 간의 시각 동기를 구현하는데 적합한 네트워크 시각 동기 시스템에 관한 것이다.
네트워크로 연결되는 마스터 클럭과 슬레이브 클럭 사이에는 이더넷(Ethernet)과 같은 비동기 네트워크를 기반으로, IP를 이용한 데이터 전송 프로토콜을 사용하고 있는 추세이다.
예를 들면, IEEE1588과 같은 네트워크 동기 프로토콜은 UDP(User Datagram Protocol) 기반으로 시각 동기 메시지에 타임 스탬프(timestamp) 정보를 담아서 마스터 클럭에서 슬레이브 클럭으로 전송할 수 있다. 특히, IEEE1588 프로토콜의 경우, 하드웨어를 이용한 타임 스탬핑 기능을 이용하여 1usec 이하의 정밀도를 갖는 네트워크 동기가 가능하다. 이는 클럭을 포함하는 노드를 마스터와 슬레이브로 정하고, 마스터 및 슬레이브로 정해진 노드 사이에 일정한 형식의 메시지를 전송하여 슬레이브 노드의 클럭(슬레이브 클럭)을 마스터 노드의 클럭(마스터 클럭)에 동기시키는 방식이다.
IEEE1588과 같은 IP 네트워크에서 데이터 프레임 전송 방식으로 시각 동기 메시지를 전달하는 경우, 마스터 노드, 네트워크 노드, 슬레이브 노드에서는 각각을 연결하는 물리 계층의 링크를 통해서 시각 동기 메시지를 전달하게 된다. 물리 계층을 통과하여 MAC 계층으로 전달되는 과정에서 타임 스탬프 값을 측정하고 이를 시각 정보로 사용하게 된다. 측정된 타임 스탬프 값은 제어 평면의 프로세서로 전달되어 프로토콜 스택 형태로 구성된 소프트웨어를 이용하여 동기화 과정을 수행하게 된다.
또한, 네트워크 상에서 사용자 데이터가 직접적으로 관련된 프로토콜 평면의 데이터 평면과 사용자의 데이터가 아닌 제어 정보가 전달되는 제어 평면으로 나눌 수 있는데, 마스터 노드와 슬레이브 노드가 네트워크 노드를 거쳐서 시각 동기 메시지를 주고 받는 경우는 마스터 노드, 슬레이브 노드, 네트워크 노드의 데이터 평면을 통해서 상호간에 시각 동기 메시지를 주고 받게 된다.
앞서 설명한 방식의 네트워크 동기 프로토콜을 적용할 경우 다음과 같은 문제점을 갖는다.
우선, 마스터 노드와 슬레이브 노드 및 네트워크 노드에는 시각 동기 메시지 이외에도 일반적인 데이터가 전송된다. 특히, 이러한 데이터는, 네트워크 노드에서 처리해야 되는 트래픽 부하로 인해 큐잉 지연 시간(Queuing delay time)이 상당히 길다. 또한, 슬레이브 노드에서 마스터 노드로 전송하는 상향 트래픽과 마스터 노드에서 슬레이브 노드로 전송하는 하향 트래픽의 양이 현저하게 차이 나는 경우가 많다.
이러한 경우 IEEE1588과 같은 대부분의 시각 동기 프로토콜은 지연 시간 및 옵셋 시간을 구하는데 있어서 대칭 구조를 갖는 것을 전제로 한다. 즉, 마스터 클럭에서 슬레이브 클럭으로 시각 동기 메시지를 전달하는 시간(Tms)과 슬레이브 클럭에서 마스터 클럭으로 시각 동기 메시지를 전달하는 시간(Tsm)이 동일하다는 전제 조건이 사용된다.
하지만, 앞서 언급한 바와 같이, 상향 트래픽과 하향 트래픽이 서로 차이가 발생하는 경우에는, 마스터 클럭에서 슬레이브 클럭으로 시각 동기 메시지를 전달하는 시간(Tms)과 슬레이브 클럭에서 마스터 클럭으로 시각 동기 메시지를 전달하는 시간(Tsm)이 서로 다르게 된다. 하지만, 전제 조건에 맞춰서 대칭 구조를 갖는 경우로 가정한다면, 지연 시간은 (Tms+Tsm)/2의 값을 갖게 된다. 따라서, 계산된 지연 시간은 실제 지연 시간과 차이가 발생하고 이는 시각 오차 값으로 반영되어 시각 동기 성능을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.
특허문헌 1 : 미국특허 7551647호, System and Method for Clock synchronization over packet-switched networks, 2009.06.23 등록
본 발명에서는 네트워크로 연결된 마스터 노드의 클럭으로부터 생성된 시각 동기 메시지를 데이터 평면을 통해서 전달하는 대신, 네트워크 노드 또는 슬레이브 노드의 제어 평면을 통해서 전달함으로써, 네트워크 상의 데이터 트래픽의 비대칭성에도 향상된 시각 동기 정밀도를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 마스터 클럭을 포함하는 마스터 노드와, 슬레이브 클럭을 포함하는 슬레이브 노드와, 마스터 클럭 또는 슬레이브 클럭을 포함하는 네트워크 노드로 구성되며, 상기 마스터 노드는 제어 평면 또는 데이터 평면 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 슬레이브 노드와 네트워크 노드는 제어 평면 없이 데이터 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 시각 동기 시스템을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 노드의 제어 평면은 상기 슬레이브 노드의 제어 평면과 상기 네트워크 노드의 제어 평면을 통합하고, 가상화된 제어 평면을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 마스터 노드의 제어 평면과 상기 슬레이브 노드의 데이터 평면은 시각 동기 메시지와 시각 정보를 통신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 마스터 노드의 제어 평면과 상기 네트워크 노드의 데이터 평면은 상기 시각 동기 메시지와 시각 정보를 통신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 네트워크로 연결된 마스터 노드의 클럭으로부터 생성된 시각 동기 메시지를 데이터 평면을 통해서 전달하는 대신, 네트워크 노드 또는 슬레이브 노드의 제어 평면을 통해서 전달함으로써, 네트워크 상의 데이터 트래픽의 비대칭성에도 시각 동기 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중 제어 평면을 이용한 네트워크 시각 동기 시스템을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중 제어 평면을 이용한 네트워크 시각 동기 방법, 예컨대 데이터 및 제어 신호의 처리 과정을 예시적으로 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 마스터 노드의 제어 평면의 구성을 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 제어 평면과 데이터 평면 사이의 프로토콜 데이터 구조를 예시한 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 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.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 중앙 집중 제어 평면을 이용한 네트워크 시각 동기 시스템에 대한 블록도로서, 크게 마스터 노드(100), 슬레이브 노드(200), 네트워크 노드(300)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 마스터 노드(100)는 제어 평면(102), 마스터 클럭(104), 데이터 평면(106) 등을 포함할 수 있으며, 마스터 클럭(104)은 GPS 위성(10) 또는 시각 정밀도가 높은 시각 동기 장치와 시각 동기되어 높은 시각 정밀도를 가질 수 있다.
또한, 마스터 노드(100)는 제어 평면(102)을 통합하여 구성하고 있으며, 네트워크 노드(300) 및 슬레이브 노드(200)의 데이터 평면과 특정한 프로토콜을 사용하여 통신할 수 있다. 네트워크 노드(300) 및 슬레이브 노드(200)의 데이터 평면과 마스터 노드(100)의 제어 평면 사이의 특정한 프로토콜에는 시각 동기 메시지 및 타임스탬프 값과 같은 시각 정보를 포함할 수 있다.
슬레이브 노드(200)는 제어 평면이 분리되어 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)에 포함되고, 데이터 평면(206)만 존재한다.
슬레이브 노드(200)의 데이터 평면(206)은 마스터 노드(100)의 데이터 평면(106)과 직접 데이터를 주고 받는 경우, 네트워크 노드(300)를 통해서 마스터 노드(100)의 데이터 평면(106)과 데이터를 주고 받을 수 있다. 이렇게 주고 받는 데이터에는 시각 동기 메시지와 타임스탬프와 같은 시각 정보는 제외될 수 있다. 시각 동기 메시지 및 시각 정보는 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)과 슬레이브 노드(200)의 데이터 평면(206) 사이에만 전송하게 된다.
또한, 네트워크 노드(300)도 제어 평면이 분리되어 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)에 포함되고, 데이터 평면(306)만 존재하게 된다.
네트워크 노드(300)의 데이터 평면(306)은 마스터 노드(100)의 데이터 평면(106)과 데이터를 주고 받을 뿐만 아니라, 슬레이브 노드(200)의 데이터 평면(206)과도 데이터를 주고 받을 수 있다. 이렇게 주고 받은 데이터에는 시각 동기 메시지와 타임스탬프와 같은 시각 정보는 제외될 수 있다. 시각 동기 메시지 및 시각 정보는 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)과 네트워크 노드(200)의 데이터 평면(206) 사이에만 전송하게 된다.
종래의 발명에서는 데이터 평면과 제어 평면이 하나의 마스터 노드에 구성되어 있었으나, 본 발명에서는 종래의 발명과 다르게, 마스터 노드에서 데이터 평면과 제어 평면을 분리하여 네트워크로 연결되는 경우를 고려한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 마스터 노드(100)는 슬레이브 노드(200)의 제어 평면 및 네트워크 노드(300)의 제어 평면과 함께 마스터 제어 평면(210)을 구성하도록 한다. 분리된 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)은 마스터 노드(100)의 데이터 평면(106)과 시각 동기 메시지 및 시각 정보를 주고 받지 않는다. 단지, 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)의 마스터 클럭(104)이 GPS 위성 또는 높은 정밀도를 갖는 시각 동기 장치로부터 시각 정보를 전송 받아 시각 동기를 구현할 수 있다.
마스터 노드(102)의 데이터 평면(106)은 제어 평면(102)과 분리되어 있지만, 시각 동기 메시지와 시각 정보를 제외한 일반적인 제어 신호는 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)과 데이터 평면(106) 사이에 전송이 가능하다. 또한, 마스터 노드(100)의 데이터 평면(106)에서는 네트워크 노드(300)의 데이터 평면(306)으로 일반적인 데이터 트래픽의 전송이 가능하다.
도 1에서, 슬레이브 노드(200)는 유선 네트워크뿐만 아니라, 무선 네트워크를 연결하기 위한 무선 액세스 포인트(Access Point, AP)(400)도 고려할 수 있다. 또한, 무선 액세스 포인트 클럭(404)은 유선 네트워크에서 슬레이브 노드(200)와 동일하게 하나의 슬레이브 클럭에 해당한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중앙 집중 제어 평면을 이용한 네트워크 시각 동기 방법, 예컨대 데이터 및 제어 신호의 처리 과정을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 2에서 도면부호 a는, 마스터 노드(100), 슬레이브 노드(200), 네트워크 노드(300)의 각 제어 평면 및 데이터 평면에서의 시각 동기 메시지 및 시각 정보가 제외된 일반 데이터 트래픽에 대한 처리 경로를 예시적으로 나타낸 것이다.
도면부호 b는, 이들 제어 평면 및 데이터 평면에서의 시각 동기 메시지 및 시각 정보가 포함된 제어 신호에 대한 처리 경로를 예시적으로 나타낸 것이다.
도면부호 c는, 제어 평면 및 데이터 평면에서의 시각 동기 메시지 및 시각 정보가 제외된 제어 신호에 대한 처리 경로를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)의 구성을 예시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)은 각 슬레이브 노드(200)의 제어 평면과 각 네트워크 노드(300)의 제어 평면을 통합하여 구성할 수 있다. 또한, 종래 기술의 마스터 노드의 제어 평면도 포함할 수 있다. 본 발명의 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)은 가상화된 제어 평면을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 제어 평면과 데이터 평면 사이의 프로토콜 데이터 구조, 예컨대 마스터 노드(100)의 제어 평면(102)과 슬레이브 노드(200) 또는 네트워크 노드(300)의 데이터 평면 사이에 통신하는 프로토콜에 시각 동기 메시지와 시각 정보가 포함된 프로토콜의 데이터 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4에서, 데이터 구조는 프로토콜의 헤더, 프로토콜의 메시지, 시각 동기 메시지, 시각 정보 및 오류 정정 등으로 구성될 수 있다.
프로토콜 헤더는 데이터 전송을 위한 길이 정보, 포트 또는 주소 정보 등을 포함할 수 있다.
프로토콜 메시지는 각 노드의 데이터 평면이 처리해야 되는 메시지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 데이터 평면에서 주고 받는 패킷을 다음 노드의 데이터 평면으로 전달(forwarding)하거나, 전달을 중지하거나, 제어 평면으로 패킷을 전달하는 기능을 포함할 수 있다.
시각 동기 메시지는 시각 동기를 위해서 처리해야 되는 메시지를 의미하고, 측정된 시각 정보를 전달하기 위한 동기 메시지, 지연 시간 정보를 요청하는 지연 시간 요청 메시지, 지연 시간 정보 요청에 대한 응답 메시지 등을 포함할 수 있다.
시각 정보의 경우에는, 데이터 평면과 제어 평면 사이에 연결되는 물리 계층에서 측정한 타임 스탬프 값을 포함할 수 있다. 타임 스탬프 값은 시각 동기 메시지가 동기 메시지, 지연 시간 요청 메시지 등에 대해서 각 데이터 평면과 제어 평면의 각 물리층에 도착 또는 출발하는 시각을 측정한 값이다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명에 의하면, 네트워크로 연결된 마스터 노드의 클럭으로부터 생성된 시각 동기 메시지를 데이터 평면을 통해서 전달하는 대신, 네트워크 노드 또는 슬레이브 노드의 제어 평면을 통해서 전달함으로써, 네트워크 상의 데이터 트래픽의 비대칭성에도 시각 동기 정밀도를 향상시키도록 구현한 것이다.
100: 마스터 노드
102: 마스터 노드의 제어 평면
104: 마스터 클럭
106: 마스터 노드의 데이터 평면
200: 슬레이브 노드
204: 슬레이브 클럭
206: 슬레이브 노드의 데이터 평면
300: 네트워크 노드
304: 네트워크 클럭
306: 네트워크 노드의 데이터 평면
400: 액세스 포인트
404: 액세스 포인트 클럭

Claims (1)

  1. 마스터 클럭을 포함하는 마스터 노드와,
    슬레이브 클럭을 포함하는 슬레이브 노드와,
    마스터 클럭 또는 슬레이브 클럭을 포함하는 네트워크 노드로 구성되며,
    상기 마스터 노드는 제어 평면 또는 데이터 평면 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 슬레이브 노드와 네트워크 노드는 제어 평면 없이 데이터 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는
    네트워크 시각 동기 시스템.
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