KR20200054291A - 제 1 사이클릭 이더넷 프로토콜 및 제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜을 사용하는 효율적인 스케줄링 전기통신 방식 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통신 엔티티의 사이에서 홉에 의해 데이터를 송신하는 방법에 관한 것이다. 통신 엔티티는 적어도 제 1 프로토콜에 따라 통신하도록 구성된 1개의 마스터 엔티티(M)와, 상기 제 1 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 있고, 제 2 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 없는 슬레이브 엔티티의 제 1 그룹과, 적어도 상기 제 2 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 있는 슬레이브 엔티티의 제 2 그룹(NGS)을 포함하는 복수의 슬레이브 엔티티를 구비한다. 제 1 프로토콜은 마스터 엔티티로부터 연속하여 각 이웃 슬레이브 엔티티로의 통신 데이터에 의한 토큰 패싱에 의해, 토큰이 다시 마스터 엔티티에 도달할 때까지 실시되고, 제 1 프로토콜에 따른 제 1 사이클을 이와 같이 정의한다. 제 2 프로토콜은 상기 제 2 그룹의 엔티티에 의도된 데이터를 포함하는 데이터 프레임을 건네주는 것에 의해 실시되고, 상기 제 2 그룹의 1개의 현재의 엔티티는, 상기 데이터 프레임을 수신하면, 상기 현재의 엔티티에 의도된 데이터를 상기 데이터 프레임으로부터 취득하는 것에 의해 또한/또는 상기 제 2 그룹의 다른 엔티티에 의도된 데이터를 상기 데이터 프레임에 추가하는 것에 의해 상기 데이터 프레임을 변경하고, 이와 같이 변경된 데이터 프레임을, 데이터 프레임이 상기 현재의 엔티티에 도달할 때까지 연속하여, 이웃 엔티티에 송신하고, 상기 제 2 프로토콜에 따른 제 2 사이클을 이와 같이 정의하도록 구성된다.
Description
본 발명은 최적화된 스케줄링 방식을 사용하는 데이터 교환에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 예컨대 제 2 프로토콜이 제 1 프로토콜의 갱신된 버전(또는 차세대)인 경우에, 제 1 및 제 2 사이클릭(cyclic) 이더넷(등록상표) 프로토콜의 양쪽에 따라 데이터 교환을 인터리브하는 방법을 제안한다.
본 발명의 주된 원리를 제시하기 전에, 예컨대 표준규격 IEEE 802.1Qbv에 있어서 지정된 스케줄링 방식을 사용하는, 통상의 사이클릭 이더넷 프로토콜(위에서 정의한 "제 1" 프로토콜)의 동작의 원리가 이하에 상기된다.
전형적인 통상의 사이클릭 이더넷 프로토콜 네트워크는 단일 제어 스테이션(마스터) 및 복수의 슬레이브 스테이션(슬레이브)으로 이루어진다. 매체 액세스 제어는 토큰 패싱 방식에 근거한다. 도 1을 참조하면, 마스터 M은 네트워크를 관리하고, 네트워크에 있어서의 제 1 슬레이브 스테이션 S1에 토큰을 보내는 것에 의해 토큰 패싱 시퀀스를 개시한다. 참조부호 TOK는 슬레이브 엔티티가 토큰 홀더가 되는 상황(연속하여 S1, S3, S2, 및 M으로 돌아간다)을 나타낸다. 토큰을 수신하는 슬레이브 스테이션 S1은 그 송신을 실시하고, 그 후, 그 시퀀스에 있어서의 다음의 스테이션 S2에 토큰을 건네주고, 이하 계속한다.
최후의 슬레이브 스테이션이 프로세스를 완료한 후(도 1의 리턴 화살표에 의해 나타내는 참조부호 S1), 마스터 M에 토큰을 되돌려주고, 전체 시퀀스가 다시 개시된다. 토큰 패싱 시퀀스 전체를 실시하기 위해 필요한 시간은 일정하고, 이하에서 "링크 스캔" LS라고 불리는 1개의 사이클을 구성한다.
당연하지만, 그 이더넷 프로토콜은 데이터 전송을 위해 표준 이더넷 프레임을 사용한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 통상적으로 이하의 3개의 타입의 프레임이 정의된다.
- 송신 제어 프레임
- 사이클릭 송신 프레임
- 트랜션트 송신 프레임
통상의 프로토콜은 일반적으로 이하의 3개의 통신 페이즈를 포함한다.
A. 토큰 패싱 루트, 즉 슬레이브가 토큰을 유지하는 시퀀스를 확립하기 위해 마스터에 의해 사용되는 초기화 페이즈
그 동안,
a. 마스터는 슬레이브를 발견하고,
b. 마스터는 슬레이브에 관한 정보를 수집하고,
c. 마스터는 토큰 패싱 루트 정보를 분산시키고,
d. 마스터는 파라미터를 분산시키고,
e. 마스터는 슬레이브에 파라미터를 반영하도록 요구하고,
f. 마스터는 슬레이브에 의해 반영된 파라미터를 검사한다.
B. 실제의 데이터 교환 페이즈에 대응하는 리프레시 페이즈
그 동안,
g. 마스터는 모든 슬레이브에 데이터를 브로드캐스트하는 것에 의해 링크 스캔을 개시하고, 특정한 슬레이브에 토큰을 어드레스 지정하고,
h. 각 노드(슬레이브)는, 토큰을 수신한 후, 스테이터스 프레임을 송신하고,
i. 계속하여, 사이클릭 프레임(들)을 보내고,
j. 계속하여, 비 사이클릭 프레임(들)을 보내고,
k. 최후로, 다음의 토큰 홀더에 토큰 프레임을 보낸다.
C. 새로운 노드가 검출되어 토큰 패싱 방식에 포함되는 리턴 페이즈. 리턴 페이즈의 개시는 마스터에 의해 판단된다.
실제의 프로세스 데이터 교환은 리프레시 페이즈 중에 행하여진다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 노드의 사이클릭 송신의 사이즈는 실행 중 일정하다. 노드마다의 비 사이클릭 프레임의 볼륨도 실행 중 일정하다. 도 3을 참조하면, 토큰을 수신한 후, 슬레이브 디바이스는 최초로 그 스테이터스 프레임을, 계속하여, 1개 이상의 사이클릭 송신 프레임을 보내고, 선택적으로, 그 후, (이른바 "트랜션트 통신"을 위해) 비 사이클릭 프레임을 보낸다. 사이클 타임 위반을 회피하기 위해 노드 및 사이클마다의 비 사이클릭 프레임의 수가 제한될 수 있다. 최후로, 노드는 다음의 토큰 홀더에 토큰 프레임을 보낸다.
모든 프레임이 브로드캐스트되고, 즉, 2개의 포트를 갖는 노드가 양 포트에 모든 프레임을 보내고, 허브와 같이(브로드캐스트 MAC 어드레스를 이용하여) 스위치가 사용된다.
프로토콜은, 최대 프로세스 데이터 사이즈와 함께 비 사이클릭 통신의 서포트 등의 특징에 따라 상이한, 상이한 노드 타입을 식별할 수 있다. 이들에는 다음이 있다.
- 128비트의 사이클릭 I/O 데이터(와 레지스터 데이터)로 제한되고, 비 사이클릭 통신에 있어서의 클라이언트 기능을 서포트하지 않는 "리모트 디바이스 스테이션"
- 64비트의 사이클릭 I/O 데이터(레지스터 데이터 없음)로 제한되고, 비 사이클릭 통신을 전혀 서포트하지 않는 "리모트 I/O 스테이션"
그 타입의 사이클릭 이더넷 프로토콜은, 예컨대, 필드 통신, 즉, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 센서, 액추에이터, 전기 모터, 콘솔 조명, 스위치, 밸브 및 접촉기 등의 동작을 실시하는 구성요소에 링크하는 제조 조립 라인의 제어 체인의 기초에 있는 통신에 전용인 산업용 통신 프로토콜로서 사용될 수 있다.
그 제 1 통상의 사이클릭 이더넷 프로토콜의 일례는 IEC 참조 61158-4-23(데이터 링크 층, 타입 23)일 수 있다.
통상적으로 표준규격 IEEE 802.1Qbv에 있어서 지정된 스케줄링 방식을 사용하는 통상의 사이클릭 이더넷 프로토콜의 가능한 전개는 최종적으로 어떠한 토큰 루트도 확립될 필요가 없는 다음의 프로토콜 세대로 이어질 가능성이 있다. 그러한 차세대 프로토콜의 예는 SERCOS Ⅲ, 또는 EtherCAT일 수 있다. 소스와 목적지의 사이에서 교환되는 단일 데이터에 대하여 이더넷 프레임을 전용으로 하는 대신에, 그 종류의 "제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜"은 복수의 데이터를 단일 이더넷 프레임으로 연결할 수 있다. 통상적으로, 마스터 M이 슬레이브 S1, S2 및 S3에 보내야 할 데이터를 갖는 경우, 3개의 각각의 데이터 세트는 동일한 프레임에서 전송되고, 이 프레임이 슬레이브 S1, S2 및 S3에 브로드캐스트된다. 도 4(a)를 참조하면, 그 후, 각 수신측(S1)은, 프레임으로부터, 그 슬레이브(S1)에 어드레스 지정된 데이터를 추출하고(M→S1), 보다 짧은 패킷을 그 이웃(S2)에 중계한다. 대조적으로, 도 4(b)를 참조하면, 송신측(S2)은, 그 과정에서, 그 송신측을 통과하는 기존의 프레임에 그 송신측의 데이터를 삽입하거나(S2→M), 또는, 필요한 경우에는 새로운 프레임을 작성한다(도 4(a) 및 도 4(b)의 예에서는, 슬레이브 엔티티 S1에 대하여, "헤더, S1→M, FCS").
회선을 따른 양 방향의 데이터 교환은 여전히 사이클로 편성되고, 즉, 1개의 사이클 내에서, 마스터와 슬레이브의 사이에서 교환되는 데이터를 포함하는 프레임이, 그 방향에 관계없이, 회선의 일단으로부터 타단까지 송신된다.
회선 토폴로지에서는, 업스트림 방향 및 다운스트림 방향에 있어서의 송신은 동시에 실행될 수 있다. 도 4(a) 및 도 4(b)는 1개의 마스터 M 및 3개의 슬레이브 S1, S2, S3을 구비한 회선 배치에서 다운스트림 동작 및 업스트림 동작의 양쪽을 실제로 별개로 나타낸다.
이 통신 방식은 이전의 프로토콜보다 통신 매체를 훨씬 효율적으로 이용하고, 보다 짧은 사이클(또는 동의의 "링크 스캔")을 가능하게 할 수 있다.
그렇지만, 각 프로토콜에 배타적으로 전용 타임 슬롯을 확보하는 것에 의해 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜의 양쪽을 다중화하는 것은 제 2 프로토콜의 사이클이 제 1 프로토콜의 링크 스캔 LS의 지속시간에 의존하게 하고, 그것은, 제 2 프로토콜의 제어 루프 성능에 가능한 제한을 부과한다.
본 발명은 이 상황을 개선하는 것으로 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은 통신 엔티티의 사이에서 홉(hop)에 의해 데이터를 송신하는 방법으로서, 상기 통신 엔티티는,
- 제 1 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따라 또한 제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따라 통신하도록 구성된 1개의 마스터 엔티티와,
- 상기 제 1 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 있고, 상기 제 2 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 없는 슬레이브 엔티티의 제 1 그룹과, 적어도 상기 제 2 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 있는 슬레이브 엔티티의 제 2 그룹을 포함하는 복수의 슬레이브 엔티티
를 구비하는 방법을 제안한다.
제 1 프로토콜은, 마스터 엔티티로부터 연속하여 각 이웃 슬레이브 엔티티로의 통신 데이터에 의한 토큰 패싱 송신에 의해, 토큰이 다시 마스터 엔티티에 도달할 때까지 실시되고, (일례에 관하여 상세하게 후술하는 실시형태에 있어서 이른바 "링크 스캔"에 대응하는) 제 1 프로토콜에 따른 제 1 사이클을 이와 같이 정의한다. 보다 상세하게는, 제 1 그룹의 1개의 현재의 엔티티는, 이더넷 데이터 프레임을 수신하면,
- 이더넷 데이터 프레임이 제 1 프로토콜에 따른 경우, 상기 데이터 프레임을 처리하고, 처리된 프레임을 토큰 패싱 송신에 따라 송신하고,
- 이더넷 데이터 프레임이 제 2 프로토콜에 따른 경우, 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 그 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하도록
구성된다.
제 2 프로토콜은 상기 제 2 그룹의 엔티티에 의도된 데이터를 포함하는 이더넷 데이터 프레임을 (토큰 없이 직접) 건네주는 것에 의해 실시되고, 제 2 그룹의 1개의 현재의 엔티티는, 상기 이더넷 데이터 프레임을 수신하면,
- 상기 현재의 엔티티에 의도된 데이터를 상기 데이터 프레임으로부터 취득하는 것에 의해 또한/또는 상기 제 2 그룹의 다른 엔티티에 의도된 데이터를 상기 데이터 프레임에 추가하는 것에 의해 상기 데이터 프레임을 변경하고,
- 이와 같이 변경된 데이터 프레임을, 데이터 프레임이 상기 현재의 엔티티에 도달할 때까지 연속하여, 이웃 엔티티에 송신하고, 상기 제 2 프로토콜에 따른 제 2 사이클을 이와 같이 정의하도록
구성된다.
이들 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜이 사이클릭이기 때문에, 이들 엔티티의 전부는, 통상의 사이클릭 이더넷 프로토콜을 동작시키는 임의의 네트워크에 있어서와 같이, 직렬로, 또는 데이지 체인으로 접속될 수 있다.
보다 상세하게는, 마스터 엔티티는 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 양쪽에 따른 통신을 서포트하도록 구성되고,
- 제 1 사이클을 개시하고,
- 제 2 사이클을 개시하고, 마스터 엔티티가 제 2 사이클을 개시하는 것과 동시에 제 2 사이클을 개시하도록 제 2 그룹에 있어서 적어도 1개의 슬레이브 엔티티를 선택하도록
더 구성된다.
실시형태에서는, 선택된 슬레이브 엔티티는 마스터 엔티티로부터 가장 멀다.
예컨대, 그 선택된 엔티티는 그 선택된 엔티티로부터 마스터에 도달하기 위한 엔티티의 사이의 홉의 수에 따라 마스터 엔티티로부터 가장 먼 것으로서 정의될 수 있다. 대체의 예로서, 선택된 엔티티는 마스터와의 통신 링크의 페이딩(fading)의 측정에 따라 선택될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제 1 그룹의 엔티티는 제 2 프로토콜에 따른 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 그 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하도록 구성되고, 반대로 동일한 실시형태에 있어서 또는 대체의 실시형태에 있어서, 상기 제 2 그룹의 엔티티는 제 1 프로토콜에 따른 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 그 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하도록 구성된다.
따라서, 상기 통신 엔티티의 각각은, 다음으로, 적어도 2개의 통신 포트를 구비할 수 있고, 보다 상세하게는,
- 마스터 엔티티로 향하는 제 1 방향에 있어서 상기 제 1 프로토콜에 따른 토큰 및/또는 상기 제 2 프로토콜에 따른 데이터 프레임을 이웃 엔티티에 대하여 수신/송신하기 위한, 업스트림 통신용의 1개의 포트와,
- 상기 제 1 방향과는 반대의 제 2 방향에 있어서 상기 제 1 프로토콜에 따른 토큰 및/또는 상기 제 2 프로토콜에 따른 데이터 프레임을 이웃 엔티티에 대하여 수신/송신하기 위한, 다운스트림 통신용의 1개의 포트
를 관리하도록 구성될 수 있다.
실시형태에서는,
- 마스터 엔티티가 새로운 제 1 사이클을 개시하고,
- 동시에, 제 2 그룹의 선택된 슬레이브 엔티티가 새로운 제 2 사이클을 개시하는
순간은 제 1 사이클 및 제 2 사이클의 최소공배수에 대응하는 제 3 사이클에 의해 시간의 간격을 둔다.
통신 엔티티의 전부는 예컨대 "IEEE 802.1Qbv" 타입의 통신 프로토콜을 적용하도록 구성될 수 있고, 상술한 제 3 사이클은 상기 IEEE 802.1Qbv 타입의 프로토콜의 사이클에 대응한다.
실시형태에서는, 상기 통신 엔티티의 각각은,
- 상기 제 2 프로토콜에 따른 데이터 송신을 위한 제 1 트래픽 클래스 큐(엔티티가 제 2 그룹에 속하는 경우는 들어오는 데이터를 취득하고 나머지의 데이터를 중계하고, 엔티티가 제 1 그룹에 속하는 경우는 단지 데이터를 중계한다)와,
- 상기 제 1 프로토콜에 따른 데이터 송신을 위한 제 2 트래픽 클래스 큐(엔티티가 제 1 그룹에 속하는 경우는 들어오는 데이터를 취득하고 나머지의 데이터를 중계하고, 엔티티가 제 2 그룹에 속하는 경우는 데이터를 중계할 뿐일 가능성이 있다)와,
- 통신 엔티티가, 실시해야 할 상기 제 1 프로토콜 및 상기 제 2 프로토콜에 따른 송신을 더 이상 갖지 않을 때에 송신해야 할 데이터를 위한 베스트 에포트 트래픽 클래스 큐
를 관리하도록 구성될 수 있다.
가능한 유리한(단 한정하지 않는다) 응용은 산업용 네트워크이고, 상기 통신 엔티티는 산업용 네트워크에 있어서 동작하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 복수의 통신 엔티티를 구비하는, 상기 제 1 그룹 또는 상기 제 2 그룹에 속하는 각 엔티티가 본 발명에 따른 방법을 실시하는 논리 회로를 구비하는 시스템도 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 마스터 엔티티로서, 상기 제 1 프로토콜 및 상기 제 2 프로토콜에 따른 송신을 실시하는 논리 회로를 구비하는, 그 시스템의 통신 엔티티도 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 제 1 그룹에 속하고, 따라서, 상기 제 1 프로토콜에 따른 송신을 실시함과 아울러 제 2 프로토콜에 따른 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 상기 데이터 프레임의 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하는 논리 회로를 구비하는, 그 시스템의 통신 엔티티도 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 제 2 그룹에 속하고, 상기 제 2 프로토콜에 따른 송신을 실시함과 아울러 제 1 프로토콜에 따른 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 상기 데이터 프레임의 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하는 논리 회로를 구비하는, 그 시스템의 통신 엔티티도 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 프로세서에 의해 실행되면, 본 발명에 따른 방법을 실시하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램도 목적으로 한다. 그 컴퓨터 프로그램의 전체적인 알고리즘은 후술하는 도 9의 차트 플로에 의해 나타내어질 수 있다.
본 발명은, 비슷한 참조 부호는 유사한 요소를 참조하는 첨부 도면의 그림에, 한정으로서가 아닌 예로서 나타내어진다.
도 1은 제 1 타입의 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따른 통신 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1의 프로토콜의 프레임 타입을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 도 1의 프로토콜에 따른 통신 타임라인을 개략적으로 나타낸다.
도 4(a)는 제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따른 통신 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 4(b)는 제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따른 통신 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 양쪽의 다중화를 포함하는 본 발명에 따른 통신 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 IEEE 802.1Qbv 사양에 따른 프로토콜의 일례에 따른 스케줄러를 구비한 2 포트 이더넷 스위치를 개략적으로 나타낸다.
도 7은, 본 발명에 관련되는, 802.1Qbv 송신 제어 구현을 개략적으로 나타낸다.
도 8은 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 양쪽의 혼합 통신 타임라인을 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 통신 엔티티에 의해 실시될 수 있는 스텝을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 통신 엔티티를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1의 프로토콜의 프레임 타입을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 도 1의 프로토콜에 따른 통신 타임라인을 개략적으로 나타낸다.
도 4(a)는 제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따른 통신 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 4(b)는 제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따른 통신 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 양쪽의 다중화를 포함하는 본 발명에 따른 통신 원리를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 IEEE 802.1Qbv 사양에 따른 프로토콜의 일례에 따른 스케줄러를 구비한 2 포트 이더넷 스위치를 개략적으로 나타낸다.
도 7은, 본 발명에 관련되는, 802.1Qbv 송신 제어 구현을 개략적으로 나타낸다.
도 8은 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 양쪽의 혼합 통신 타임라인을 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 통신 엔티티에 의해 실시될 수 있는 스텝을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 통신 엔티티를 개략적으로 나타낸다.
본 발명은, 전통적인 사이클릭 이더넷 프로토콜(상술한 "제 1 프로토콜")에 따른 통신을 위해 확보된 타임 슬롯으로서, 가능한 차세대 프로토콜(상술한 "제 2 프로토콜")에 따른 통신이 "침묵(silent)"을 유지하는 타임 슬롯을 제공할 필요가 없는, 다중화 방식을 제안한다.
도 5에 나타내는 주된 원리로서, 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 양쪽에 따른 통신은 인터리브된다. 보다 상세하게는, 제 2 프로토콜의 사이클은 제 1 프로토콜에 따른 사이클 링크 스캔 LS 전체에 포함된다.
여기서, 마스터 엔티티 M은 2개의 프로토콜 양쪽을 다룰 수 있다. 제 2 프로토콜을 서포트할 수 있는 슬레이브 엔티티는 NGS, 즉 S2 및 S3을 참조하고, 한편으로, 엔티티 S1 및 S4는 제 1 프로토콜만을 서포트할 수 있다.
마스터 M은 제 1 프로토콜에 따른 링크 스캔을 개시하지만,
- 토큰 TOK를 포함하는, 제 1 프로토콜에 따른 프레임과,
- 제 2 프로토콜에 따른 프레임
의 양쪽을 보낸다.
슬레이브 엔티티 S1은 도 5의 예에서는 신세대 프로토콜을 서포트할 수 없기 때문에, 단지 제 2 프로토콜에 따른 마스터 M으로부터 수신된 프레임을 무시하고, 이 프레임을 이용할 그 이웃 S2에 송신한다. 그렇지만, 슬레이브 엔티티 S1은 마스터 M으로부터 제 1 프로토콜에 따른 프레임에 있어서의 토큰 TOK를 취득하고, 그 프레임의 내용을 이용한다.
마스터 엔티티 M이 링크 스캔 LS를 개시하는 동안,
- 마스터 M으로부터 가장 멀고(예컨대, 그들 사이의 홉의 수, 또는 마스터 M과의 통신 링크의 페이딩의 측정에 따름),
- 신세대 프로토콜(제 2 프로토콜)을 서포트하는
슬레이브 엔티티 S3도 제 2 프로토콜에 따른 통신을 개시한다.
일반적으로, 신세대 프로토콜에 따른 통신을 서포트하지 않는 슬레이브 엔티티는 단지 그 신세대 프로토콜에 따른 프레임을 무시하고, 그들의 이웃에 그러한 프레임을 건네준다. 그렇지만, 다른 슬레이브 엔티티 NGS는, 도 5에 있어서 엔티티 S2로부터 엔티티 S3으로의 화살표에 나타내는 바와 같이, 그들 NGS에 대하여 의도되는 신세대 프로토콜 데이터에 따른 프레임을 포함할 수 있다.
이 때문에, 도 5의 예에 나타내는 통신 방식은 제 1 프로토콜 링크 스캔이 변화하지 않는 한편 제 2 프로토콜 사이클을 트랜스패어런트하게(transparently) 짧게 유지할 수 있게 한다.
보다 상세하게는, 이하, 혼합된 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 네트워크에 참가하고 있는 모든 엔티티가 IEEE 802.1Qbv에 대응한다고 상정한다. 제 1 프로토콜 노드에 있어서의 Qbv 구현을 위해, 그 회선의 각 노드는 1개의 업스트림 포트 U 및 1개의 다운스트림 포트 D를 갖는 2 포트 이더넷 스위치로 간주될 수 있다. 도 6에 각 포트의 상세가 나타내어진다. 각 포트의 송신측 Tx(및 수신의 경우는 "Rx")는 802.1Qbv에 근거하는 송신 선택 방식에 의해 제어된다. 도 7은 3개의 클래스의 트래픽 C1, C2 및 C3에 의한 Qbv 송신 제어 구현을 상술하고, 그들 트래픽은 각각 제 2 프로토콜 송신, 제 1 프로토콜 송신 및 베스트 에포트 송신을 매핑하기 위해 사용될 수 있다. 각 트래픽 클래스는 포트의 게이트 제어 리스트에 의해 제어되는 Qbv 송신 게이트에 관련된다. 게이트 제어 리스트는, 각 트래픽 클래스 데이터의, 포트를 통한 송신 전용 기간을 구현한다.
게이트 제어 리스트의 깊이(시간)는 최종적으로 Qbv 사이클 지속시간에 대응한다.
이 구현에 있어서, 포트를 통해서 C1(제 2 프로토콜) 트래픽도 C2(제 1 프로토콜) 트래픽도 송신되지 않는 기간을 사용하여 C3 트래픽(베스트 에포트)에 대하여 송신 기회가 주어진다.
C3 트래픽에 할당된 송신 자원의 사용을 더욱 최적화하기 위해, IEEE 802.1Qbu/802.3br에 따라 C3 트래픽의 프리엠프션(pre-emption) 및 세그먼테이션(segmentation)이 구현될 수 있다.
클래스 C3 트래픽에 제공되는 슬롯은 임의의 타입의 통신 데이터(TCP, UDP 등)를 포함할 수 있다.
여기서 IEEE 802.1Qbv 스케줄의 편성에 관하여, 양 프로토콜 타입의 통신의 인터리브는,
ㆍ 제 2 프로토콜 타임 트리거 사이클 : 본 명세서 및 도 8에 있어서 "2PTG 사이클"이라고 부름
ㆍ 제 1 프로토콜 토큰 패싱 사이클 : 상술한 링크 스캔에 대응하고, 이하 및 도 8에 있어서 "1PTP 사이클"이라고 부름
에 근거하여 계산될 수 있는 IEEE 802.1Qbv 스케줄을 사용하여 확립된다.
제 1 근사에서는, 802.1Qbv 사이클은 2PTG 사이클 및 1PTP 사이클의 최소공배수로서 정의될 수 있다.
도 5의 통신 혼합 예에 근거하여, 도 8의 타임라인은 도 8의 통신 패턴이 획득되도록 각 업스트림 포트 및 다운스트림 포트에 구성된 게이트 제어 리스트에 따른 3개의 트래픽 클래스의 다중화를 나타낸다.
여기서 도 9를 참조하면, 스텝 ST1에 있어서 현재의 슬레이브 엔티티에 있어서 이더넷 프레임이 수신되면, 스텝 ST2에 있어서 이 이더넷 프레임이 제 2 프로토콜에 따른 프레임인지(화살표 Y) 또는 그렇지 않은지(화살표 N)가 판단된다. 첫 번째 경우(화살표 Y), 스텝 ST3에 있어서 그 현재의 슬레이브 엔티티가 제 2 프로토콜을 서포트하는지(화살표 Y) 또는 그렇지 않은지(화살표 N)가 판단된다. 첫 번째 경우(화살표 Y)에는, 현재의 슬레이브 엔티티는 스텝 ST4에 있어서 프레임을 처리하고, 그 후, 스텝 ST5에 있어서, 처리된 프레임을 그 다음의 이웃에 송신할 수 있다. 그렇지 않은 경우(테스트 ST3으로부터의 화살표 N), 현재의 슬레이브 엔티티는 단지 스텝 ST6에 있어서 제 2 프로토콜에 따른 프레임을 어떠한 변경도 없이 그 다음의 이웃에 전송한다.
수신된 이더넷 프레임이 제 2 프로토콜에 따른 프레임이 아니고, 제 1 프로토콜에 따른 프레임인 경우(스텝 ST7로부터의 화살표 Y), 현재의 슬레이브 엔티티는 스텝 ST8에 있어서 프레임을 처리하고, 스텝 ST9에 있어서 토큰 패싱 송신에 따라, 처리된 프레임을 송신할 수 있다.
제 1 프로토콜 및/또는 제 2 프로토콜에 따른 프레임(들)이 처리되면, 현재의 슬레이브 엔티티가 아이들인지(화살표 Y) 또는 그렇지 않은지(화살표 N)를 판단하도록 테스트 ST11이 실시된다. 첫 번째 경우(화살표 Y), 스텝 ST12에 있어서 베스트 에포트 트래픽 클래스 데이터가 처리될 수 있다. 그렇지 않으면(테스트 ST11로부터의 화살표 N), 제 1 프로토콜 또는 제 2 프로토콜에 따른 새로운 프레임이 수신되고, 도 7에 나타내는 송신 스케줄 제어에 따라 최초로 처리될 필요가 있는 경우, 프로세스는 스텝 ST1로 돌아간다.
따라서, 본 발명은 현재의 사이클릭 이더넷 프로토콜과 장래의 사이클릭 이더넷 프로토콜 사이의 성능 효율적인 이행 및/또는 공존을 제안하는 수단을 제공한다.
여기서 도 10을 참조하면, 통신 엔티티(마스터 또는 슬레이브)는,
- 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램을 기억하는 메모리 MEM과 협동하는 프로그램된 ASIC 또는 보다 일반적으로는 임의의 프로세서 PROC를 구비하는 논리 회로와,
- 그 논리 회로에 접속된, 송신 Tx 및 수신 Rx 양쪽을 위한, 2개의, 업스트림 통신용의 포트 U 및 다운스트림 통신용의 포트 D
를 구비한다.
따라서, 본 발명은, 본 명세서에 기재한 방법의 구현을 가능하게 하는 모든 특징을 구비하고, 정보 처리 시스템(예컨대, 한 세트의 통신 엔티티)에 로드되면, 정보 처리 시스템으로 하여금 본 발명을 실행하게 하는, 컴퓨터 프로그램 제품(그 알고리즘은 도 9를 참조하여 상술하였음)에 내장될 수 있다. 이 문맥에 있어서의 컴퓨터 프로그램 수단 또는 컴퓨터 프로그램은 정보 처리 능력을 갖는 시스템으로 하여금 직접 또는 다른 언어로의 변환 후에 특정한 기능을 실행하게 하도록 의도되는 한 세트의 명령에 관한, 임의의 언어, 코드 또는 표기에 있어서의 임의의 표현을 의미한다. 그러한 컴퓨터 프로그램은 데이터, 명령, 메시지 또는 메시지 패킷 및 다른 기계 판독가능 정보를 매체로부터 읽어낼 수 있도록 하는 컴퓨터 판독가능 매체 또는 기계 판독가능 매체 상에 기억될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체 또는 기계 판독가능 매체는 ROM, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, DVD 또는 CD-ROM 및 다른 영구 기억 장치와 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체 또는 기계 판독가능 매체는, 예컨대, RAM, 버퍼, 캐시 메모리, 및 네트워크 회로와 같은 휘발성 기억 장치를 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체 또는 기계 판독가능 매체는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 포함하는, 네트워크 링크 및/또는 네트워크 인터페이스와 같은 일시적 상태의 매체 내에 있는 컴퓨터 판독가능 정보 또는 기계 판독가능 정보를 포함할 수 있고, 이것은 디바이스가 그러한 컴퓨터 판독가능 정보 또는 기계 판독가능 정보를 읽어낼 수 있게 한다.
현시점에서 본 발명의 바람직한 실시형태라고 간주되는 것이 도시 및 설명되었지만, 본 발명의 진정한 범위로부터 일탈하는 일 없이, 여러 가지의 다른 변경이 이루어질 수 있는 것, 및 균등물이 대체될 수 있는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에 있어서 기술되는 중심적인 발명의 개념으로부터 일탈하는 일 없이, 특정한 상황을 본 발명의 교시에 적합하게 하도록 수많은 변경이 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태는 상기의 특징의 전부를 포함하지 않을 수 있다. 그 때문에, 본 발명은 개시되는 특정한 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 이하에서 넓게 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 들어가는 모든 실시형태를 포함하도록 의도되어 있다.
Claims (13)
- 통신 엔티티의 사이에서 홉(hop)에 의해 데이터를 송신하는 방법으로서,
상기 통신 엔티티는,
- 제 1 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따라 또한 제 2 사이클릭 이더넷 프로토콜에 따라 통신하도록 구성된 1개의 마스터 엔티티(M)와,
- 상기 제 1 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 있고, 상기 제 2 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 없는 슬레이브 엔티티의 제 1 그룹과, 적어도 상기 제 2 프로토콜에 따른 통신을 서포트할 수 있는 슬레이브 엔티티의 제 2 그룹(NGS)을 포함하는 복수의 슬레이브 엔티티
를 구비하고,
상기 제 1 프로토콜은, 상기 마스터 엔티티로부터 연속하여 각 이웃 슬레이브 엔티티로의 통신 데이터에 의한 토큰 패싱 송신에 의해, 토큰이 다시 상기 마스터 엔티티에 도달할 때까지 실시되고, 상기 제 1 프로토콜에 따른 제 1 사이클을 이와 같이 정의하고,
상기 제 1 그룹의 1개의 현재의 엔티티는, 이더넷 데이터 프레임을 수신하면,
- 상기 이더넷 데이터 프레임이 상기 제 1 프로토콜에 따른 경우, 상기 데이터 프레임을 처리하고, 처리된 프레임을 상기 토큰 패싱 송신에 따라 송신하고,
- 상기 이더넷 데이터 프레임이 상기 제 2 프로토콜에 따른 경우, 상기 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 그 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하도록
구성되고,
상기 제 2 프로토콜은 상기 제 2 그룹의 엔티티에 의도된 데이터를 포함하는 이더넷 데이터 프레임을 건네주는 것에 의해 실시되고,
상기 제 2 그룹의 1개의 현재의 엔티티는, 상기 이더넷 데이터 프레임을 수신하면,
- 상기 현재의 엔티티에 의도된 데이터를 상기 데이터 프레임으로부터 취득하는 것에 의해 또한/또는 상기 제 2 그룹의 다른 엔티티에 의도된 데이터를 상기 데이터 프레임에 추가하는 것에 의해 상기 데이터 프레임을 변경하고,
- 이와 같이 변경된 상기 데이터 프레임을, 상기 데이터 프레임이 상기 현재의 엔티티에 도달할 때까지 연속하여, 이웃 엔티티에 송신하고, 상기 제 2 프로토콜에 따른 제 2 사이클을 이와 같이 정의하도록
구성되고,
상기 마스터 엔티티는 제 1 프로토콜 및 제 2 프로토콜 양쪽에 따른 통신을 서포트하도록 구성되고,
- 상기 제 1 사이클을 개시하고,
- 상기 제 2 사이클을 개시하고, 상기 마스터 엔티티가 상기 제 2 사이클을 개시하는 것과 동시에 상기 제 2 사이클을 개시하도록 상기 제 2 그룹에 있어서 적어도 1개의 슬레이브 엔티티를 선택하도록
더 구성되는
방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 선택된 슬레이브 엔티티는 상기 마스터 엔티티로부터 가장 먼 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 그룹의 엔티티는 상기 제 1 프로토콜에 따른 상기 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 그 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하도록 구성되는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 마스터 엔티티가 새로운 제 1 사이클을 개시하고,
- 동시에, 상기 제 2 그룹의 상기 선택된 슬레이브 엔티티가 새로운 제 2 사이클을 개시하는
순간은 상기 제 1 사이클 및 상기 제 2 사이클의 최소공배수에 대응하는 제 3 사이클에 의해 시간의 간격을 두는 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 통신 엔티티의 전부는 "IEEE 802.1Qbv" 타입의 통신 프로토콜을 적용하도록 구성되고, 상기 제 3 사이클은 상기 IEEE 802.1Qbv 타입의 프로토콜의 사이클에 대응하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 통신 포트를 구비하는 상기 통신 엔티티의 각각은,
- 상기 마스터 엔티티로 향하는 제 1 방향에 있어서 상기 제 1 프로토콜에 따른 토큰 및/또는 상기 제 2 프로토콜에 따른 데이터 프레임을 이웃 엔티티에 대하여 수신/송신하기 위한, 업스트림 통신용의 1개의 포트(U)와,
- 상기 제 1 방향과는 반대의 제 2 방향에 있어서 상기 제 1 프로토콜에 따른 토큰 및/또는 상기 제 2 프로토콜에 따른 데이터 프레임을 이웃 엔티티에 대하여 수신/송신하기 위한, 다운스트림 통신용의 1개의 포트(D)
를 관리하도록 구성되는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 엔티티의 각각은,
- 상기 제 2 프로토콜에 따른 데이터 송신을 위한 제 1 트래픽 클래스 큐(C1)와,
- 상기 제 1 프로토콜에 따른 데이터 송신을 위한 제 2 트래픽 클래스 큐(C2)와,
- 상기 통신 엔티티가, 실시해야 할 상기 제 1 프로토콜 및 상기 제 2 프로토콜에 따른 송신을 더 이상 갖지 않을 때에 송신해야 할 데이터를 위한 베스트 에포트 트래픽 클래스 큐
를 관리하도록 구성되는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 엔티티는 산업용 네트워크에 있어서 동작하도록 구성되는 방법.
- 복수의 통신 엔티티를 구비하는 시스템으로서,
상기 제 1 그룹 또는 상기 제 2 그룹에 속하는 각 엔티티는, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실시하는 논리 회로를 구비하는 시스템.
- 청구항 9에 기재된 시스템의 통신 엔티티로서,
상기 제 1 프로토콜 및 상기 제 2 프로토콜에 따른 송신을 실시하는 논리 회로를 마스터 엔티티로서 구비하는 통신 엔티티.
- 청구항 9에 기재된 시스템의 통신 엔티티로서,
상기 제 1 그룹에 속하고, 상기 제 1 프로토콜에 따른 송신을 실시함과 아울러 상기 제 2 프로토콜에 따른 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 상기 데이터 프레임의 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하는 논리 회로를 구비하는 통신 엔티티.
- 청구항 9에 기재된 시스템의 통신 엔티티로서,
상기 제 2 그룹에 속하고, 상기 제 2 프로토콜에 따른 송신을 실시함과 아울러 상기 제 1 프로토콜에 따른 데이터 프레임의 내용을 무시하고, 단지 상기 데이터 프레임을 상기 데이터 프레임의 수신 시에 다음의 이웃 엔티티에 송신하는 논리 회로를 구비하는 통신 엔티티.
- 프로세서에 의해 실행되면, 상기 프로세서로 하여금 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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