KR20220144236A - 원자력 안전 시스템을 위한 결정론적 통신 방법 및 네트워크 시스템 - Google Patents

원자력 안전 시스템을 위한 결정론적 통신 방법 및 네트워크 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 원자력 안전 시스템을 위한 결정론적 통신을 수행하는 네트워크 시스템에서, 망 동기화 프레임을 생성하여 네트워크 구성 노드들과 주기적으로 공유하는 관리 노드, 수신한 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시간을 설정하고, 설정된 데이터 전송 시간에 기초하여 수신한 데이터를 전송하는 연계 노드, 그리고 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시간을 설정하고, 설정된 데이터 전송 시간에 기초하여 프로세서 처리와 관련된 데이터와 노드 상태 진단을 통한 상태 데이터를 생성하여 전송하는 통신 노드를 포함하고, 원자력 안전 시스템의 채널별로 할당되는 관리 노드의 구성 노드들은 수행하는 기능별로 그룹핑된 다수의 통신 노드와 그룹별 할당된 연계 노드를 나타낸다.

Description

원자력 안전 시스템을 위한 결정론적 통신 방법 및 네트워크 시스템{DETERMINISTIC COMMUNICATION METHOD AND NETWORK SYSTEM FOR NUCLEAR SAFETY SYSTEM}
원자력 안전 시스템에 적용하는 결정론적 통신 기술에 관한 것이다.
원자력안전시스템은 원자력발전소가 비정상상태에 있을 때, 원자로를 정지시키거나, 해당 펌프나 밸브를 작동시켜 발전소를 안전한 상태로 만드는 시스템이다.
상세하게는 원자로안전시스템은 복수 개의 채널로 구성되며, 각 채널은 물리적으로 격리되고 독립적으로 구성된다. 원자로안전시스템을 구성하는 각 시스템 간 연계는 PLC(Programmable Logic Controller)와 같은 디지털 장비의 도입으로 데이터 통신으로 수행된다. 특히, 원자로 정지 및 안전 기기의 안전 제어 데이터 연계는 채널 독립성, 결정론성 등과 같은 안전성이 요구되어 일대일(1:1) 혹은 일대다(1:N)의 데이터 링크로 연계되고, 기기 상태 감시, 모듈의 주기 시험과 같은 안전 상태 데이터 연계는 토큰 패싱을 이용한 데이터 네트워크로 연계된다.
데이터 링크 구성 중 하나의 모듈이 여러 개의 기기 제어에 필요한 일대다(1:N)의 경우, 구성이 복잡해지고 모듈간 링크 연계에 필요한 케이블 수량 증가에 따른 경제성 문제, 연결 모듈 수량의 제한 등의 한계가 있다.
또한 상태 데이터 연계를 위한 토큰 패싱을 이용한 데이터 네트워크 연계는 토큰 분실에 따른 비결정론성 보유, 복잡한 프로토콜 구조 및 산업망 이용에 따른 인한 검증의 어려움, 데이터 용량의 한계 등이 존재한다.
이에 따라 백본 스위치에 의한 독점적인 전송권한을 계층별로 부여하여 각 통신 노드에게 공평한 전송권한을 설정하는 방법으로 해당 한계를 해결하고자 하였으나, 스위치 구조를 지원하지 않는 시스템에서는 전송권한을 적절하게 부여하기 어렵다.
그리고 각 통신 노드의 데이터가 어느 한 스위치에 집중되면 스위치 용량 과부하로 인해 데이터의 전송 시간을 보장할 수 없어 한계를 극복하는데 어려움이 있다.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 1,073,255호는 "원자력 발전소 안전 계측제어계통 전송권한 설정 방법 및 통신방법"을 개시한다.
한국등록특허 1,073,255
본 발명의 한 실시예는 원자력 발전소의 통신 환경에서 요구하는 결정론적 특성과 채널 또는 기기간의 독립성을 보장하는 결정론적 통신 방법 및 네트워크 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 원자력 안전 시스템을 위한 결정론적 통신을 수행하는 네트워크 시스템에서, 망 동기화 프레임을 생성하여 네트워크 구성 노드들과 주기적으로 공유하는 관리 노드, 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시간을 설정하고, 설정된 데이터 전송 시간에 기초하여 수신한 데이터를 전송하는 연계 노드, 그리고 수신한 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시간을 설정하고, 설정된 데이터 전송 시간에 기초하여 프로세서 처리와 관련된 데이터와 노드 상태 진단을 통한 상태 데이터를 생성하여 전송하는 통신 노드를 포함하고, 원자력 안전 시스템의 채널별로 할당되는 관리 노드의 구성 노드들은 수행하는 기능별로 그룹핑된 다수의 통신 노드와 그룹별 할당된 연계 노드를 나타낸다.
본 발명의 한 실시예에 따른 원자력 안전 시스템을 위한 네트워크 시스템의 결정론적 통신방법에 있어서, 네트워크 시스템의 관리 노드와 다수개의 통신 노드를 연결하는 연계 노드는, 원자력 안전 시스템의 채널별 할당된 관리 노드로부터 망 동기화 프레임 수신하여 연결된 하나 이상의 통신 노드들과 공유하는 단계, 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시각과 통신 방향을 설정하는 단계, 통신 노드로부터 데이터 또는 상태 데이터를 수신하면 목적지 주소를 확인하는 단계, 목적지 주소에 기초하여 통신 방향을 관리 노드 또는 통신 노드로 스위칭하는 단계, 그리고 설정된 데이터 전송 시각에 기초하여 데이터 또는 상태 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 망동기화 프레임에 기초하여 설정된 데이터 전송 시각에 따라 동일한 카테고리에 속하는 노드별로 데이터들을 전송함으로써 데이터 통신 용량을 증가시키고 결정론적 데이터 전송을 보장할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 원자력 안전 시스템의 특성에 기초하여 일대일 단방향 통신을 구현하여 채널 및 기기간 독립성을 유지할 수 있으며, 통신 노드와 연계 노드간에 일대 일 단방향 전송 링크의 이중화 구성으로 구현함으로써 시스템 가용도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 네트워크 시스템의 통신 노드들을 기능적으로 그룹화하여 특정 노드에 대한 과부하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 채널에 대한 관리 노드의 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 네트워크 시스템의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 망동기화 프레임을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 관리 노드의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 연계 노드의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관리 노드의 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 원자력 안전 시스템에 적용한 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "전송 또는 제공"은 직접적인 전송 또는 제공하는 것뿐만 아니라 다른 장치를 통해 또는 우회 경로를 이용하여 간접적으로 전송 또는 제공도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
명세서에서 안전제어 통신망과 안전상태 통신망에 적용되는 네트워크 구조를 나타내지만, 안전제어 통신망과 안전 상태 통신망은 각 독립적인 통신망으로 동일한 구조로 각각 구현된다.
명세서에서 카테고리는 통신 노드, 연계 노드 그리고 관리 노드에 대해 대한 것으로, 제1 카테고리는 통신 노드, 제2 카테고리는 연계 노드 그리고 제3 카테고리는 관리 노드를 의미한다. 다만, 연계 노드의 확장 여부에 기초하여 카테고리는 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 네트워크 구조는 통신 노드(100), 연계 노드(200), 채널별로 설정된 관리 노드(300) 그리고 통신망 감시 시스템(400)을 포함한다.
여기서, 통신 노드(100), 연계 노드(200), 채널별로 설정된 관리 노드(300) 그리고 통신망 감시 시스템(400)은 각 데이터를 일방적으로 단방향으로 전송할 뿐, 통신을 위한 확인 요청(AK 신호등)을 수행하지 않는다.
통신 노드(100)는 안전 제어 통신망과 안전 상태 통신망에서의 프로세서 처리와 관련된 데이터 송수신 기능을 수행하는 노드를 의미한다.
통신 노드(100)는 망동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송시작 시간 설정하고, 연계 노드(200)와의 일대일 일방향으로 데이터 통신을 수행하며, 통신 노드 상태 진단을 통한 상태 데이터 생성하여 관리 노드(300)로 전송할 수 있다.
연계 노드(200)는 통신 노드(100)와 관리 노드(300)간 데이터 연계기능을 수행하는 노드를 의미한다.
연계 노드(200)는 수신한 망동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송시작 시간을 설정하고 설정된 데이터 전송 시작 시간에 맞춰 데이터 전송을 연계한다.
그리고 연계 노드(200)는 연계 노드 상태 진단을 통한 상태 데이터 생성하고, 상태 데이터를 관리 노드(300)로 전송할 수 있다.
관리 노드(300)는 연계 노드(200)와 통신 노드(100)를 포함한 전체 네트워크에 대한 망동기화 프레임을 생성하여 공유한다.
여기서, 망동기화 프레임은 각 관리 노드(300), 연계 노드(200) 그리고 통신 노드(100)마다 데이터를 전송할 시각이 스케줄링되어 있는 프레임을 의미한다.
다시 말해, 관리 노드(300)들이 전송하는 시각, 연계 노드(200)들이 전송하는 시각, 그리고 통신 노드(100)들이 전송할 시각을 지정하여 지정된 시각에 맞춰 데이터를 전송하도록 설정된 프레임을 나타낸다.
그리고 관리 노드(300: 300-1, 300-2, 300-3, 300-4)는 연계 노드(200)와 통신 노드(100)의 데이터 전송 연계를 수행하며, 각각의 상태 데이터를 수집하여 전체 네트워크를 감시하는 통신망 감시 시스템(400)에 전송할 수 있다.
관리 노드(300)는 안전 제어 통신망과 안전 상태 통신망에 대해 각각 채널별로 구성되며, 하나 이상의 연계 노드(200)와 각 연계 노드(200)에 연결된 통신 노드(100)를 관리할 수 있다.
한편, 각각의 노드들은 고유한 주소를 가지고 있으며, 관리 노드(300)에 연결된 연계 노드(200) 그리고 통신 노드(100)들은 상위 개념의 고유ID를 공유하면서 고유 ID가 설정된다.
상세하게는 노드들의 주소는 등급 ID, 관리ID, 연계ID, 그리고 통신ID로 구현된다.
등급 ID는 통신망의 등급을 표시하는 필드로 안전제어 통신망 또는 안전상태 통신망을 나타내며 관리 ID는 관리 노드(300)의 ID로 원자로 안전 시스템의 채널 ID와 동일하게 구성된다. 예를 들어, 원자로 안전 시스템의 채널이 4개인경우, 관리 ID는 4개로 할당된다.
연계 ID는 연계 노드(200)의 고유 ID이며, 통신 ID는 통신 노드(100)의 고유 ID 이다. 예를 들어, 안전제어 통신망의 등급 ID가 1이면 안전제어 통신망에 연결된 관리ID는 안전제어 통신망의 등급 ID에 연결하여 고유 ID가 형성되기 때문에, 제1 채널의 관리 ID는 11로 제2 채널의 관리 ID는 12로 설정될 수 있다.
이와 동일하게 연계 ID 도 연결된 등급 ID, 관리ID에 연결되어 고유 ID가 형성되며, 통신 ID도 동일하게 고유 ID가 형성된다.
이에 따라 통신 ID를 보면, 속해 있는 통신망, 채널, 기능별 그룹(연계 노드)을 확인할 수 있다.
이하에서는 도 2를 통해 관리 노드의 네트워크 구조에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 채널에 대한 관리 노드의 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 채널에 대한 관리 노드(300-1)는 복수 개의 연계 노드(200-1,200-2,200-3,200-4,200-N)와 연결된다. 그리고 각각의 연계 노드(200)들은 복수개의 통신 노드(100)들과 연결된다.
여기서, 통신 노드(100)들은 비슷한 기능을 수행하는 통신 노드들간에 기능적으로 그룹화되어 하나의 연계 노드(200)에 연결된다. 다시 말해, 복수개의 통신 노드(100)와 하나의 연계 노드(200)는 하나의 기능 그룹으로 분류할 수 있다.
예를 들어, MCR(Main Control Room) 기능 그룹, PPS(Plant Protection System) 기능 그룹, CPCS(Core Protection Calculation System) 기능 그룹, RSR(Remote Shutdown Room) 기능 그룹, 그리고 ESF-CCS(Engineered Safety Feature-Component Control System) 기능 그룹 등으로 분류할 수 있다. 또한, 예를 들어 MCR기능 그룹에는 통신 모드로 MCPM(Main Control room Control Panel Multiplexer)가 연결되고, PPS 기능 그룹에는 통신 모드로 BP(Bistable Processor), CP(Coincidence Processor)가 연결될 수 있다.
이러한 기능 그룹과 각 기능 그룹으로 그룹핑되는 통신 모드들은 하나의 예시로 관리자에 의해 용이하게 설정 가능하다.
한편, 연계 노드(200)들은 각각 기능적인 그룹으로 분류되지만, 타 채널과의 연계를 통한 격리 노드(연계 노드 #N, 200- N)를 포함한다.
원자력 안전 시스템은 동일한 채널을 다중화하여 구성하게 되는데, 예를 들어 4개의 채널을 동일하게 구성할 수 있다. 이때, 동일한 채널을 구성하는 것은 하나의 채널에 고장이 발생하더라도 안전 기능을 보장하기 위한 것으로 채널간 독립성을 위해 각 채널간의 연결 시에 격리 노드(연계 노드 #N, 200- N)를 사용한다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 이용하여 하나의 채널에 대한 네트워크 구조에 따라 데이터 통신을 수행하는 과정에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 네트워크 시스템의 동작 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 망동기화 프레임을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 관리 노드(300)는 망 동기화 프레임을 생성하고(S101), 망 동기화 프레임을 관리 노드(300)의 내부 연계 노드(200)와 통신 노드(100)들과 공유한다(S103).
여기서, 도 3에서는 관리 노드(300)가 직접 연계 노드(200)와 통신 노드(100)로 망 동기화 프레임을 전송하는 것으로 도시하였으나, 관리 노드(300)가 망 동기화 프레임을 직접 연계 노드(200)로 전송한 후, 연계 노드(200)가 다시 망동기화 프레임을 통신 노드(100)로 전송할 수 있다.
그리고 관리 노드(300)는 망 동기화 프레임을 생성하고, 공유하면서 통신 타임 슬롯을 설정할 수 있다.
한편, 도 4의(a)는 네트워크의 통신 주기를 나타내고, (b)는 망동기화 프레임의 데이터 영역에 대한 구조를 나타낸다.
도 4의 (a)를 보면 네트워크의 구성 노드들의 데이터 전송 주기를 나타낸 것으로, 채널마다 동일한 전송 주기를 가진다.
예를 들어, 채널별 관리 노드(300)들은 망 동기화 프레임을 생성할 때, 동일한 통신망의 주기를 가지도록 생성한다. 상세하게 통신 주기는 망 동기화 프레임을 공유하는 시간과 통신망을 형성하는 카테고리 개수에 기초하여 설정된 타임 슬롯(Categorized Time Slot, CTS)들, 그리고 일정한 가드 타임(Guard Time)을 포함하는 통신망의 주기를 가진다.
한편, 망 동기화 프레임은 일반적인 프레임 구조에 따라 헤더 영역(MAC Header, MHR), 전송되는 데이터 영역(MAC Payload), 그리고 에러 검출 영역(Frame Check Sequence, FCS)과 프레임의 끝을 나타내는 영역(end of frame EOF)을 포함한다.
헤더 영역(MAC Header, MHR)에는 망 동기화에 대한 프레임 타입(Frame Type), 관리 노드 주소(Destination Address), 그리고 브로드 캐스트(Source Address)로 구성되며, 전송되는 데이터 영역(MAC Payload)에는 통신망 주기와 카테고리별 타임 슬롯의 전송 시각을 포함한다.
도 4의 (b)와 같이, 망동기화 프레임의 데이터 영역에는 통신망의 주기(Cycle Time), CTS1, CTS2, CTS3, CTS4로 구성된다. 여기서, CTS의 개수는 카테고리 개수에 기초하여 변경될 수 있다.
여기서, 카테고리는 통신 노드(100), 연계 노드(200), 관리 노드(300)로 구분되며, 연계 노드(200)의 확장에 기초하여 변경될 수 있다.
상세하게는 CTS1는 카테고리 1(통신 노드)에서 카테고리 2(연계 노드)로의 전송 시각이고, CTS2는 카테고리 2(연계 노드)에서 카테고리 3(관리 노드)로의 전송 시각이며, CTS3는 카테고리 3(관리 노드)에서 카테고리 2(연계 노드)로의 전송 시각이고, CTS4는 카테고리 2(연계 노드)에서 카테고리 1(통신 노드)로의 전송 시각이다.
다시 말해, CTS는 데이터를 전송할 주체마다의 통신 시간을 설정하는 것으로, 데이터 전송 시작 시각과 전송 시간이 기재되어 있다.
그리고 동일 카테고리에 속한 노드들은 동일한 데이터 전송 시작 시각에서부터 동일한 전송 시간 동안에 데이터들을 전송하기 때문에 데이터 통신 용량을 증가시킬 수 있다.
다시 도 3을 보면, 연계 노드(200)는 수신된 망 동기화 프레임에 기초하여 통신 타임 슬롯(통신 시간)을 설정하고(S105), 통신 노드(100)도 수신된 망 동기화 프레임에 기초하여 통신 타임 슬롯(통신 시간)을 설정한다(S107).
각 연계 노드(200) 및 통신 노드(100)들은 설정된 통신 시간(데이터 전송 시작 시각과 전송 시간) 이외에는 서로 통신을 수행하지 않고, 설정된 통신 시간에 맞춰 데이터를 전송한다.
다음으로 통신 노드(100)는 CTS 1에 기초하여 데이터 및 상태 데이터를 연계 노드(200)로 전송한다(S109).
그러면 연계 노드(200)는 수신 데이터에 기초하여 스위칭을 수행한다(S111). 상세하게는 연계 노드(200)는 설정된 통신 시각 이전에 수신 데이터에 기초하여 해당 데이터의 목적지를 확인하고, 확인된 목적지에 맞도록 통신 방향을 스위칭할 수 있다.
다음으로 연계 노드(200)는 CTS 2에 기초하여 데이터 및 상태 데이터를 관리 노드(300)로 전송한다(S113).
한편, 통신 노드(100)와의 불완전한 통신으로 데이터를 수신받지 못한 경우, 통신 노드(100)로의 데이터 요청을 하지 않고 이전 데이터를 다시 관리 노드(300)로 전송할 수 있다.
그리고 관리 노드(300)는 수신 데이터에 기초하여 스위칭을 수행한다(S115). 관리 노드(300)에서도 동일하게 수신 데이터의 목적지 주소에 따라 전달할 방향을 설정하는 스위칭을 수행한다.
예를 들어, 수신 데이터의 목적지 주소가 다른 관리 노드에 속하는 연계 노드 또는 통신 노드인 경우, 관리 노드(300)는 해당 수신 데이터를 연결된 연계 노드(200) 중에서 격리 노드로 전달할 데이터로 분류할 수 있다.
다음으로 관리 노드(300)는 CTS 3에 기초하여 데이터 및 상태 데이터를 연계 노드(200)로 전송한다(S117).
이때, 관리 노드(300)는 목적지가 관리 노드(300) 자체인 경우, 별도의 데이터베이스에 해당 데이터를 저장할 수 있다. 그리고CTS 3에 연결된 통신망 감시 시스템(400)으로 저장 데이터를 전달할 수 있다.
그리고 연계 노드(200)는 수신 데이터에 기초하여 수신 데이터를 전송할 방향에 대해 스위칭을 수행하고(S119), CTS 4에 기초하여 데이터 및 상태 데이터를 통신 노드(100)로 전송한다(S121).
이와 같은 방법으로 통신 노드(100)에서부터 연계 노드(200) 그리고 관리 노드(300) 간의 데이터 송수신을 수행한다.
이때, 통신 노드(100), 연계 노드(200) 그리고 관리 노드(300)들은 단일고장에 대비하기 위하여 이중화로 구성된다. 특히, 통신 노드(100)는 프라이머리-핫 스탠바이 방식(Primary, Hot-Standby)의 이중화로 구성된다. 이때, 이중화로 구성되는 망 사이에는 어떠한 연계도 없으며 독립적으로 구성된다.
이러한 프라이머리-핫 스탠바이 방식은 프라이머리 노드와 핫 스탠바이 노드의 전환을 통해 수행되며, 상세하게는 송신하는 노드의 프라이머리 노드와 핫 스탠바이 노드는 동일한 데이터를 이중화된 망을 이용하여 전송한다. 그리고 수신하는 노드의 프라이머리 노드와 핫 스탠바이 노드는 각 송신하는 노드의 프라이머리 노드와 핫 스탠바이 노드로부터 데이터를 수신한다.
이때　수신하는 노드의 프라이머리 노드와 핫 스탠바이 노드는 CRC 검사, 박동신호(Heart beat) 검사 등을 통해 데이터의 무결성을 확인한 후 우선적으로 프라이머리 노드로 수신된 데이터를 해당 프로세서 모듈로 전송한다. 한편, 프라이머리 노드로 수신된 데이터에 이상이 있을 경우, 핫 스탠바이 노드로부터 수신된 데이터를 프로세서 모듈로 전송한다.
이하에서 자기 주소 등급 ID, 자기 주소 연계 ID, 자기 주소 통신 ID 는 앞서 설명한 주소 체계에 기초하여 동작하는 주체가 가지는 ID에서의 등급 ID 영역, 연계 ID 영역, 그리고 통신 ID 영역을 의미한다.
도 5은 본 발명의 한 실시예에 따른 관리 노드의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 관리 노드(300)는 망동기화 프레임을 생성하여 연결된 노드들과 공유한다(S201).
여기서, 연결된 노드들은 관리 노드(300)에 포함되는 연계 노드, 통신 노드들을 포함한다.
다음으로 관리 노드(300)는 망동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시각을 설정한다(S203).
이후 관리 노드(300)는 수신한 데이터 또는 상태 데이터의 목적지 주소를 확인한다(S205).
관리 노드(300)는 수신한 데이터가 데이터 또는 상태 데이터에 해당하지 않으면, 해당 데이터들은 전달할 대상이 없는 것으로 추정하여 스위칭 불능으로 추정할 수 있다.
관리 노드(300)는 목적지 주소에 포함된 등급 ID와 자기 주소 등급 ID가 일치하는지 확인하여(S207), 일치하지 않는 경우에는 스위칭 불능 상태로 추정하여 해당 데이터를 전송하지 않는다(S209).
관리 노드(300)는 수신한 데이터의 목적지 주소가 관리 노드(300)에 속하는 통신망인 등급 ID가 일치하지 않으면, 통신이 불가능하기 때문에 스위칭 불능으로 판단할 수 있다.
그리고 관리 노드(300)는 목적지 주소에 포함된 등급 ID와 자기 주소 등급 ID가 일치하면, 목적지 주소 관리 ID 가 자기 주소 관리ID인지 확인한다(S211).
관리 노드(300)는 목적지 주소 관리 ID 가 자기 주소 관리ID가 상이하면, 해당 목적지 주소 관리 ID로의 데이터를 전송하기 위해 외부 포트로 할당한다(S213). 여기서 외부 포트는 다른 관리 노드로 전송하는 라인을 의미한다.
다시 말해, 동일한 통신망을 가지지만, 관리 ID가 상이하기 때문에 목적지 주소에 해당하는 관리 노드ID로 통신 방향을 설정할 수 있다.
그리고 관리 노드(300)는 목적지 주소 관리 ID가 자기 주소 관리ID와 일치하면, 목적지 주소가 관리 ID로 지정되어 있는 지 확인하여(S215), 목적지 주소가 관리 ID인경우, 수신한 데이터 또는 상태 데이터를 저장한다(S217). 다음으로 관리 노드(300)는 목적지 주소가 관리 ID로 지정되어 있지 않으면, 목적지 주소 연계 ID 가 자기 주소 연계 ID인지 확인하여(S219), 일치하지 않는 경우, 목적지 주소에 해당하는 연계 노드 ID에 해당하는 포트로 데이터를 할당한다(S221).
관리 노드(300)는 목적지 주소 연계 ID 가 자기 주소 연계 ID이면 설정된 전송 시각에 수신한 데이터 또는 상태 데이터를 전송한다(S223).
이외에도 관리 노드(300)는 설정된 전송 시각에 맞춰 S213 과 S221 단계에서 할당된 포트로 각 데이터를 전송한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 연계 노드의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 연계 노드(200)는 관리 노드(300)로부터 망 동기화 프레임 수신하여 연결된 노드로 공유한다(S301). 연계 노드(200)는 연결되어 있는 통신 노드로 수신한 망 동기화 프레임을 브로드 캐스트한다.
그리고 연계 노드(200)는 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시각을 설정한다(S303). 연계 노드(200)는 자신의 카테고리 정보를 알고 있기 때문에, 카테고리 2의 전송 시작 시각과 전송 시간에 기초하여 데이터 전송 시각을 설정할 수 있다.
연계 노드(200)는 데이터 또는 상태 데이터를 수신하면 목적지 주소 확인한다(S305).
여기서, 통신 노드(100)는 설정된 전송 시각에 기초하여 데이터 또는 상태 데이터를 연계 노드(200)의 연계된 데이터베이스에 저장하고, 연계 노드는 저장된 데이터 베이스에서 데이터 또는 상태 데이터인 경우에만 목적지 주소를 확인할 수 있다.
한편, 연계 노드(200)는 데이터 또는 상태 데이터에 해당하지 않는 데이터를 확인한 경우, 해당 데이터들은 전달할 대상이 없는 것으로 추정하여 스위칭 불능으로 해당 데이터를 전송하지 않는다.
그리고 연계 노드(200)는 목적지 주소 등급 ID가 자기 주소 등급 ID와 일치하는 지 확인하여(S307), 일치하지 않는 경우, 연결 가능한 대상이 없기 때문에 스위칭 불능으로 해당 데이터를 전송하지 않는다(S309).
연계 노드(200)는 목적지 주소 등급 ID가 자기 주소 등급 ID와 일치하면, 목적지 주소 관리 ID 가 자기 주소 관리 ID인지 확인하여(S311), 일치하지 않는 경우, 다른 연계 노드로 전송하기 위해 외부 포트로 해당 데이터를 할당한다(S313). 여기서 외부 포트는 다른 연계 노드를 의미하며, 동일한 관리 노드(300)에 속하는 격리 노드 또는 타 연계 노드를 의미한다.
그리고 연계 노드(200)는 목적지 주소 관리 ID가 자기 주소 관리ID와 일치하면, 목적지 주소 연계 ID 가 자기 주소 연계 ID인지 확인하여(S315), 일치하지 않는 경우, 다른 연계 노드로 전송하기 위해 외부 포트로 해당 데이터를 할당한다(S313).
그리고 연계 노드(200)는 목적지 주소 연계 ID가 자기 주소 연계ID와 일치하면, 목적지 주소 통신 ID 가 자기 주소 통신 ID인지 확인하여(S317), 일치하지 않는 경우, 연결할 대상이 없기 때문에 스위칭 불능으로 해당 데이터를 전송하지 않는다.
그리고 연계 노드(200)는 목적지 주소 통신ID가 자기 주소 통신ID와 일치하면, 목적지 주소에 기초하여 설정된 데이터 전송 시각에 데이터 또는 상태 데이터 전송한다(S319).
이때, 연계 노드(200)는 외부 포트로 할당된 데이터들을 각각의 목적지 주소에 따라 외부 포트(격리 노드 또는 타 연계 노드)로 전송할 수 있다.
이하에서는 도 7을 통해 연계 노드의 확장에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관리 노드의 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 통신 노드(100)와 관리 노드(300) 사이에 연계 노드(200)가 이중으로 구현될 수 있다.
통신 노드(100)의 수가 많아지면, 관리 노드(300)와 연결된 연계 노드(210)에 다시 연계 노드(220)를 연결하여 각 연계 노드마다 통신 노드(100)를 연결하는 방식으로 확장할 수 있다.
이러한 경우, 연계 노드의 확장으로 카테고리의 개수도 확장되고, 그에 따라 타임 슬롯의 개수가 증가하게 된다.
상세하게는 노드마다 연결포트가 8개인 경우, 관리 노드(300)에 연결된 8개의 연계 노드(200)에 기초하여 통신 노드(100)가 64개의 노드가 연결될 수 있지만, 연계 노드(210, 220)의 확장으로 인해 통신 노드(100)가 512개로 확장이 가능하다.
이와 같이, 네트워크 구조에서는 추가적인 연계 노드(200)의 연결을 통해 확장이 용이하다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 원자력 안전 시스템에 적용한 네트워크 구조를 나타낸 예시도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 원자력 안전 시스템에 적용하면, 동일한 4개의 채널로 구현된다. 각 채널별 관리 노드를 이용하여 채널별로 시스템 연계를 구성하고 채널간 연계는 연계 노드(200)에 포함되는 격리 노드를 통해 단방향으로 연계된다. 그리고 각 연계 노드를 통해 시스템 기능별로 그룹핑된 통신 노드들이 연결됨으로써, 송신과 수신이 분리된 전이중(Full duplex)방식으로 안전적인 검증성이 용이한 간결한 구조로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 망동기화 프레임에 기초하여 설정된 데이터 전송 시각에 따라 동일한 카테고리에 속하는 노드별로 데이터들을 전송함으로써 데이터 통신 용량을 증가시키고 결정론적 데이터 전송을 보장할 수 있다.
또한, 원자력 안전 시스템의 특성에 기초하여 일대일 단방향 통신을 구현하여 채널 및 기기간 독립성을 유지할 수 있으며, 통신 노드와 연계 노드간에 일대 일 단방향 전송 링크의 이중화 구성으로 구현함으로써 시스템 가용도를 향상시킬 수 있다.
그리고 네트워크 시스템의 통신 노드들을 기능적으로 그룹화하여 특정 노드에 대한 과부하를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 원자력 안전 시스템을 위한 결정론적 통신을 수행하는 네트워크 시스템에서,
    망 동기화 프레임을 생성하여 네트워크 구성 노드들과 주기적으로 공유하는 관리 노드,
    수신한 상기 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시간을 설정하고, 설정된 데이터 전송 시간에 기초하여 수신한 데이터를 전송하는 연계 노드, 그리고
    상기 망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시간을 설정하고, 설정된 데이터 전송 시간에 기초하여 프로세서 처리와 관련된 데이터 또는 노드 상태 진단을 통한 상태 데이터를 생성하여 전송하는 통신 노드
    를 포함하고,
    상기 원자력 안전 시스템의 채널별로 할당되는 관리 노드의 구성 노드들은 수행하는 기능별로 그룹핑된 다수의 통신 노드와 그룹별 할당된 연계 노드를 나타내는 네트워크 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 연계 노드는,
    그룹별 할당된 연계 노드들과 채널간 데이터 전송을 위한 격리 노드를 포함하는 네트워크 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 망 동기화 프레임은,
    채널간에 동일한 통신망 주기를 가지며, 상기 관리 노드, 상기 연계 노드 그리고 상기 통신 노드 별로 그룹시분할 방식으로 설정된 데이터 전송 시각, 전송 시간을 포함하는 네트워크 시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 관리 노드, 상기 연계 노드 그리고 상기 통신 노드는 일대일로 일방향 통신을 수행하며, 송신과 수신이 분리된 전이중(FULL DUPLEX) 방식으로 통신을 수행하는 네트워크 시스템.
  5. 제3항에서,
    상기 연계 노드는,
    상기 관리 노드와 상기 통신 노드를 연결하여 데이터를 송수신하며,
    연계 노드간의 연결을 통해 연결되는 통신 노드의 수를 확장하는 네트워크 시스템.
  6. 제4항에서,
    상기 연계 노드와 상기 관리 노드는
    설정된 데이터 전송 시간 이전에 수신한 데이터 또는 상태 데이터의 목적지 주소를 확인하여 전송될 방향을 스위칭하는 네트워크 시스템.
  7. 제4항에서,
    상기 연계 노드와 상기 관리 노드는,
    상기 통신 노드의 데이터 전달이 누락되거나 오류가 발생하면,
    상기 통신 노드로부터 이전 데이터 전송 시점에서 수신한 데이터를 전달하는 네트워크 시스템.
  8. 원자력 안전 시스템을 위한 네트워크 시스템의 결정론적 통신방법에 있어서,
    상기 네트워크 시스템의 관리 노드와 다수개의 통신 노드를 연결하는 연계 노드는,
    상기 원자력 안전 시스템의 채널별 할당된 관리 노드로부터 망 동기화 프레임 수신하여 연결된 하나 이상의 통신 노드들과 공유하는 단계,
    망 동기화 프레임에 기초하여 데이터 전송 시각과 통신 방향을 설정하는 단계,
    상기 통신 노드로부터 데이터 또는 상태 데이터를 수신하면 목적지 주소를 확인하는 단계,
    상기 목적지 주소에 기초하여 통신 방향을 상기 관리 노드 또는 상기 통신 노드로 스위칭하는 단계, 그리고
    설정된 데이터 전송 시각에 기초하여 상기 데이터 또는 상태 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 연계 노드는,
    기능별로 그룹핑된 다수의 통신 노드의 그룹마다 연계된 하나 이상의 연계 노드와 채널간 데이터 전송을 위한 격리 노드를 포함하고,
    상기 격리 노드는,
    설정된 데이터 전송 시각에 기초하여 상기 관리 노드로부터 수신한 데이터 또는 상태 데이터를 상이한 채널의 격리 노드로 전송하는 통신 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 망 동기화 프레임은,
    채널간에 동일한 통신망 주기를 가지며,
    상기 통신 노드가 상기 연계 노드로 데이터를 전송할 시각, 전송 시간과 상기 연계 노드가 상기 관리 노드로 데이터를 전송할 시각, 전송 시간과 상기 관리 노드가 상기 연계 노드로 데이터를 전송할 시각, 전송 시간 그리고 상기 연계 노드가 상기 통신 노드로 데이터를 전송할 시각, 전송 시간이 설정되어 있는 통신 방법.
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