KR20230111416A

KR20230111416A - 데이터 다중화 통신 장치 및 통신 방법

Info

Publication number: KR20230111416A
Application number: KR1020220007230A
Authority: KR
Inventors: 이수관; 고태영
Original assignee: 에스트래픽 주식회사
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2023-07-25
Also published as: KR102562910B1

Abstract

데이터 다중화 통신 장치 및 통신 방법이 개시된다. 송신장치는 Layer 2 이더넷 프레임 또는 Layer 3 IP Packet 으로 구성된 원시데이터를 캡슐화하여 전송데이터(NPRP 데이터)를 생성한다. 캡슐화된 NPRP 데이터는 Layer 2 이더넷 프레임 구조를 가지며, 또한 원시데이터에 대한 식별자를 포함한다. 이러한 NPRP 데이터는 복수의 통신망을 통해 각각 전송되어 수신장치에 수신된다. 수신장치는 NPRP 데이터 내에서 식별자를 추출하고, 추출된 식별자가 이전에 기 수신된 NPRP 데이터 내의 식별자와 상이한 경우 NPRP 데이터로부터 상기 프레임 데이터를 추출하여 출력한다. 복수의 무선 통신망을 이용하여 다중 통신을 수행함으로써 두 통신 장치간의 안정적인 데이터 통신이 확보되며, 이때 다중 통신이 Layer 2 통신에 제한되지 않는 장치에 의해 수행될 수 있으므로 따라 통신 프로토콜의 범용성이 확보된다.

Description

데이터 다중화 통신 장치 및 통신 방법 {Device and Method for Data Communication via Multiple Paths}

본 발명은 데이터 다중화 통신 장치 및 통신 방법에 관한 것으로서, 특히 데이터 송수신이 안정적이고 빠르게 이루어지도록 데이터 통신을 다중 경로를 이용하여 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

오늘날의 통신은 고정된 위치의 유선통신에서 이동환경에서의 무선통신으로 변화하고 있다. 현재 사용되는 대표적인 무선통신 방법인 이동통신 기술과 무선랜 기술로는 LTE(Long Term Evolution) 통신이나 5G NR(5 Generation New Radio) 이동통신 기술과 WiFi6 및 WiFi6e 무선랜 기술 등이 있다.

4차 산업혁명의 핵심 기술로 부상하고 있는 아이템 중 무선통신 기술이 적용되는 자율주행 기술 및 드론 기술의 핵심요소 중 하나는 신뢰성 있고 빠른 속도의 이동통신 환경이다. 예컨대, 고속 열차의 안전운행을 위한 통신 신뢰성이 필수인 열차 제어 통신 시스템과, 차량이나 선박 등의 실시간 위치정보와 이들을 관제하기 위한 데이터를 송수신하기 위해 다양한 통신 시스템이 구축되어 있다.

그러나 현재의 시스템은 단일의 데이터 전송 경로를 통해 통신을 수행하는 시스템으로 구성되어, 통신 시스템의 장애 발생 시에는 제어 및 관제가 불가능한 상황이다. 통신 기술의 발달로 단일 경로를 통한 통신을 통해서도 일반적으로는 충분한 이동성을 보장할 수 있지만, 음영지역이나 LTE ↔ 5G 통신망간 전환의 문제 등으로 인해 끊기지 않는 통신을 보장할 수 없다. 또한, 무선랜 통신은 이동환경에서 802.11s 및 802.11r 규격 등의 적용으로 이전보다 나은 환경을 제공하지만 복잡한 전파환경에서 여전히 로밍지연 또는 패킷로스가 발생하고 있다. 그럼에도 불구하고, 단일 경로의 무선통신의 경우 연결된 무선통신망의 성능에 종속되므로 통신 지연, 음영 지역, 망 장애 등의 영향을 받게 되며, 추가적인 성능 및 품질을 개선할 방법이 없다.

이러한 문제로 인해 열차/차량/선박/드론과 같은 이동체에 대한 제어 등의 신뢰성 있는 통신을 추구하는 분야와, 통신이 안정적이지 않은 환경에서 운용되어 대체망이 필요한 통신분야에서, 좀 더 신뢰성 있는 통신방법에 대한 요구가 있다.

이를 해결하기 위한 일 예로서, 주요 통신 시스템의 경우 신뢰성을 확보하기 위해 2개 이상의 무선 통신망을 사용하되 어느 하나를 주회선(Active)으로 사용하고 주회선 장애 시 백업회선(Standby)으로 전환하여 사용하는 구조의 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 방식의 경우 무선통신 장애를 감지하고 통신망의 전환 및 재연결 등의 동작을 수행하는 과정에서 절대적인 시간이 소요되고, 고속 전철과 같이 고속으로 이동하는 이동체의 경우 이러한 시간도 위험요소로 작용하게 된다.

다른 예로서, SCADA 시스템에서 사용하는 PRP(Parallel Redundancy Protocol)의 경우, 기본적으로 독립적인 Layer 2 Ethernet 네트워크를 구성하고 각각의 네트워크에 독자적인 Layer 2 Ethernet Frame 조작을 통한 MAC to MAC 통신이 가능한 PRP 장비를 설치하여 구성하는 방안을 제시하고 있다.

도 1 은 일반적인 이더넷 데이터 통신에서 전송되는 데이터의 구조를 도시한 도면이고, 도 2 는 도 1 의 데이터 구조와 비교하기 위하여 종래의 SCADA 통신 방식에서 전송되는 PRP(Parallel Reduncancy Protocol) 통신 데이터의 구조를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2 에서 상부와 하부에는 각각 송신단에서 전송되는 데이터의 포맷과 수신단에서 수신되는 데이터의 포맷이 도시되어 있다. 송신단과 수신단은 각각 수신단과 송신단의 기능도 수행하여 양방향 데이터의 통신이 이루어지나, 설명의 편의상 송신단과 수신단으로 각각 명명하였다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 이더넷 데이터 통신에서의 Layer 2 는 Frame Header, Frame Data, Frame Footer 로 구성된 데이터 구조를 갖는다. Frame Data 는 Layer 3 데이터로서 IP header 와 IP Data 를 가지며, IP Data 는 Layer 4 데이터로서 TCP/UDP Header 와 TCP/UDP Data 를 갖는다.

도 2 에 도시된 바와 같이, SCADA 시스템의 PRP 의 데이터 구조는 Layer 2 계층이 Frame Header, Frame Data, PRP Trailer, Frame Footer 를 포함하여 구성된다. 도 1 에 도시된 바와 같이 일반적인 Ethernet 데이터 통신에서의 Layer 2 계층이 Frame Header, Frame Data, Frame Footer 를 포함하여 구성되는 데에 비하여 PRP Trailer 를 추가로 포함하는 구성을 갖는다. 즉, PRP 에서는 Frame Data 에 할당될 영역의 일부를 PRP Trailer 에 할당한다.

도 2 의 중간 부분은 두 개의 독립적인 통신망을 나타낸다. 도 2 의 상부에 도시된 바와 같은 송신 데이터가 송신단에서 생성되고 복제되어 두 통신망을 통해 동일하게 전송되며, 수신단에서는 두 통신망을 통해 각각 데이터를 수신한다. PRP Trailer 는 전송되는 데이터가 PRP 에 따른 포맷의 데이터임을 나타내고 또한 두 통신망을 통해 전송되는 두 데이터가 서로 동일한 것임을 표시하는 식별자(identifier)로서 기능한다. 따라서 수신단에서는 두 통신망을 통해 수신된 두 데이터가 동일한 내용의 PRP Trailer 의 내부 식별자인 Sequence Counter 가 동일한 경우, 이 두 데이터를 동일한 것으로 인식한다. 이에 따라 수신단에서는 동일한 두 데이터 중에서 먼저 수신된 데이터만을 처리하는 방식으로 운영함으로써, 어느 하나의 통신망에 장애가 발생하더라도 두 통신망을 통한 데이터 통신을 통해 안정성과 신뢰성을 확보한다.

그런데, 이와 같은 방식의 SCADA 시스템은 상기한 PRP Trailer 가 Layer 2 의 Frame Data 의 일부로서 기록되므로 통신을 수행하는 두 장비, 즉 송신 장치와 수신 장치가 모두 Layer 2 통신을 수행하는 전용 장치로 구성되어야 하는 제약이 존재한다. 즉, PRP(Parallel Redundancy Protocol) 방식은 Layer 2 Dual Ethernet 네트워크 환경으로 제한된 전용 프로토콜 장비로 구현되어 있어, Layer 3 이상으로 구성된 다양한 유선/무선 통신망으로의 확장이 어렵다. 이는 결과적으로 SCADA 시스템을 이용하는 경우 일종의 전용망을 구축해야 하는 것과 같다고 볼 수 있고, 따라서 SCADA 시스템을 이용하는 경우 다양한 장비에 대해 범용적인 적용이 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복수의 무선 통신망을 이용하여 다중 통신을 수행함으로써 두 통신 장치간의 안정적인 데이터 통신을 확보하는 방안을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 이와 같은 다중 통신이 Layer 2 통신에 제한되지 않는 장치에 의해 수행될 수 있도록 함으로써 범용성을 확보하는 방안을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예는, 데이터 송신 장치에 의해 수행되는 데이터 다중화 송신 방법으로서, a) Layer 2 이더넷 프레임으로 구성된 원시데이터를 Layer 2 의 프레임 데이터에 포함시키고, 상기 프레임 데이터에 Layer 3 의 IP 헤더, Layer 4 의 UDP 헤더 및 UDP 데이터를 부가하여 NPRP 데이터를 생성하는 단계로서, 상기 UDP 데이터는 상기 원시데이터에 대한 식별자를 포함하는, 상기 a) 단계; 및 b) 상기 NPRP 데이터를 복수의 통신망을 통해 각각 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법을 제시한다.

또한, 이러한 데이터 다중화 송신 방법에 의해 전송된 상기 NPRP 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치에 의해 수행되는 데이터 다중화 수신 방법으로서, a) 복수의 상기 통신망을 통해 상기 NPRP 데이터를 수신하는 단계; b) 수신된 상기 NPRP 데이터 내에서 상기 식별자를 추출하는 단계; 및 c) 상기 식별자가 이전에 기 수신된 상기 NPRP 데이터 내의 상기 식별자와 상이한 경우, 상기 NPRP 데이터로부터 상기 프레임 데이터를 추출하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 수신 방법을 제시한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 실시예는, 데이터 송신 장치에 의해 수행되는 데이터 다중화 송신 방법으로서, a) Layer 3 IP Packet 으로 구성된 원시데이터를 Layer 2 의 프레임 데이터에 포함시키고, 상기 프레임 데이터에 Layer 3 의 IP 헤더, Layer 4 의 UDP 헤더 및 UDP 데이터를 부가하여 NPRP 데이터를 생성하는 단계로서, 상기 UDP 데이터는 상기 원시데이터에 대한 식별자를 포함하는, 상기 a) 단계; 및 b) 상기 NPRP 데이터를 복수의 통신망을 통해 각각 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법을 제시한다.

한편 상기한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서, 상기 식별자는 복수의 상기 원시데이터의 관련된 순서를 표시하는 정보인 시퀀스 넘버(Seqnence Number)를 포함하여 구성되거나, 각각의 상기 원시데이터와 관련된 시각을 표시하는 정보인 타임 스탬프(Time Stamp)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기한 바와 같은 데이터 다중화 송신 방법을 수행하는 데이터 다중화 송신 장치 및 상기와 같은 데이터 다중화 수신 방법을 수행하는 데이터 다중화 수신 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 복수의 무선 통신망을 이용하여 다중 통신을 수행함으로써 두 통신 장치간의 안정적인 데이터 통신이 확보된다. 이때, 전송하고자 하는 원시데이터 자체를 NPRP 데이터의 Layer 2 의 Frame Data 로 사용하는 방식으로 캡슐화함으로써, 위와 같은 다중 통신이 Layer 2 통신에 제한되지 않는 장치에 의해 수행될 수 있고 이에 따라 통신 프로토콜의 범용성이 확보된다.

도 1 은 이더넷 데이터 통신에서 전송되는 데이터의 구조를 도시한 도면.
도 2 는 종래의 SCADA 통신 방식에서 전송되는 데이터의 구조를 도시한 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 데이터 통신 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 4 는 도 3 의 통신 시스템에서 데이터의 전송 과정을 도시한 도면.
도 5 는 도 3 의 통신 시스템에서 전송되는 데이터 구조의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 6 은 도 3 의 통신 시스템에서 전송되는 데이터 구조의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 7 은 본 발명과 종래의 기술을 비교한 표.

본 발명은 데이터 통신망, 특히 이동체와의 통신을 수행하는 무선통신망에서의 안정적인 데이터 통신을 확보하기 위하여, 두 개 이상의 무선통신망을 사용하여 다중 경로로 데이터 통신을 하는 방안을 제시한다.

데이터 전송 시에는 데이터 입력 인터페이스의 원시데이터를 복제한 후 별도의 UDP 헤더를 포함하여 두 개 이상의 무선통신망으로 동시에 전송하고, 데이터 수신 시에는 다중 경로로 수신된 데이터 중에서 먼저 수신된 데이터에 대해 UDP 헤더를 제거하고 원시데이터로 복원한다. 이러한 과정에서, UDP 헤더에는 전송되는 원시데이터를 식별하기 위한 식별자로서 Sequence Number 또는 Time Stamp 를 포함하거나 이 두 가지를 모두 포함하도록 하여, 수신 장치에서는 먼저 수신된 UDP 데이터를 인식하여 원시데이터를 식별한다. 제 1 실시예에서는 입력된 원시데이터를 OSI 7 Layer 의 Layer 2 의 Ethernet Frame 에 포함시켜, 목적지에서는 동일한 Layer 2 로 연결되도록 한다. 제 2 실시예에서는 입력된 원시데이터를 OSI 7 Layer 의 Layer 3 의 IP Packet 에 포함시켜 목적지로 전송하고, 다중화 소프트웨어 모듈(S/W 모듈)에 의해 Layer 2 로 연결되도록 한다. 전송 시 원시데이터의 보안성을 확보하기 위해 원시데이터에 대해 암호화하거나 또는 암호화 VPN(Virtual Private Network)를 통해 전송할 수 있다.

본 발명에서 적용하는 기술은 전용 프로토콜이 아닌 표준 Ethernet 프로토콜 내에서 동작하므로, 유선 및 무선 환경을 포함한 모든 Ethernet 네트워크에 호환된다. 따라서 본 발명의 전송 데이터는 Ethernet 기반으로 동작하는 모든 종류의 통신망에 적용될 수 있으며, 서로 다른 두 개의 이동통신 사업자망의 조합 또는 이동통신/무선랜 등의 이종 방식의 조합에도 적용될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 기술한다.

도 3 은 본 발명에 따른 데이터 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 3 의 구성은 두 개의 통신망(W1, W2)으로서 WiFi 무선통신망으로 구성된 제1통신망(W1)과 LTE 무선통신망으로 구성된 제2통신망(W2)을 사용하는 경우의 예시이며, 필요에 따라 동일 방식 또는 다른 방식의 통신망을 추가함으로써 3개 이상의 통신망을 사용하도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 통신 시스템은 상호 데이터 통신을 수행하는 제1통신장치(1) 및 제2통신장치(2)를 포함하여 구성된다. 제1통신장치(1)와 제2통신장치(2)는 본 발명의 구성에 있어서는 동일한 구성을 가지며, 각각이 송신기능과 수신기능을 모두 수행한다. 제1통신장치(1)가 데이터를 송신하는 송신장치로서 기능할 때는 제2통신장치(2)는 상대적으로 수신장치로서 기능하고, 제2통신장치(2)가 데이터를 송신하는 송신장치로서 기능할 때는 제1통신장치(1)는 상대적으로 수신장치로서 기능한다. 이에 따라 제1통신장치(1)와 제2통신장치(2) 사이에서의 데이터의 양방향 수수(授受)가 이루어진다. 만약 일 방향으로의 데이터 전송만이 필요하다면, 예컨대 제1통신장치(1)는 송신 기능만을 수행하는 송신장치로, 제2통신장치(2)는 수신 기능만을 수행하는 수신장치로 구성할 수 있다. 이하의 설명에서는 편의상 제1통신장치(1)는 송신장치로서 기능하고 제2통신장치(2)는 수신장치로서 기능하는 경우를 예시하여 기술한다.

각 통신장치(1, 2)는 세 개의 NIC(NIC#0, NIC#1, NIC#2 : Network Interface Card/Controller)를 구비한다. 제1통신장치(1)에서 NIC#0 는 전송 대상이 되는 원시데이터가 입력되는 입력 인터페이스를 구성하고, NIC#1 및 NIC#2 는 두 통신망(W1, W2)으로 전송 데이터(후술되는 NPRP 데이터)가 출력되는 출력 인터페이스를 구성한다. 제2통신장치(2)에서 NIC#1 및 NIC#2 는 두 통신망(W1, W2)으로부터 전송 데이터가 입력되는 입력 인터페이스를 구성하고, NIC#0 는 전송된 원시데이터가 출력되는 출력 인터페이스를 구성한다.

도 3 과 같이 두 통신망(W1, W2)이 무선 통신망으로 구성되는 경우 NIC#1 과 NIC#2 는 무선 통신이 가능한 인터페이스로 구성된다 본 발명이 세 개 이상의 통신망을 통해 다중화하도록 구현되는 경우, 예컨대 세 개의 통신망을 이용하는 경우에는 하나의 NIC 가 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스로서 추가된다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 제1통신망(W1)은 WiFi 무선통신망으로 구성됨에 따라 WiFi Access Bridge 를 포함하여 구성되고, 제2통신망(W2)은 LTE 무선통신망으로 구성됨에 따라 LTE eNB/EPC 를 포함하여 구성된다. WiFi 무선통신망인 제1통신망(W1)은 사설 내부 네트워크일 수 있고, 이 경우 별도의 보안장치가 구성되지 않아도 무방하다. LTE 무선통신망인 제2통신망(W2)은 공용 LTE 망 및 ISP 망 연결에 따른 보안성 강화를 위해 Firewall 및 VPN Server(3)를 구비하는 것이 바람직하다. 각 통신장치(1, 2)는 데이터 통신의 다중화를 위한 S/W 모듈(Software Module)(도 4 에 도시됨)을 구비한다.

송신측 원시데이터는 데이터 다중화 전송을 하고자 하는 이더넷 데이터이며, OSI 7 Layer 중 Layer 2 의 Ethernet Frame 데이터에 해당한다.(후술되는 도 5 의 실시예) 송신측 원시데이터는 OSI 7 Layer 중 Layer 3 의 IP Packet 에 해당될 수 있다.(후술되는 도 6 의 실시예) 제1통신장치(1)의 S/W 모듈은 입력된 원시데이터를 복제하여 두 통신망(W1, W2)을 통해 각각 전송될 원시데이터를 구성하고, 각각의 무선링크별 원시데이터에 대해 UDP 헤더 및 식별자(본 실시예에서는 Sequence Number)의 추가를 수행하여 전송될 데이터를 구성한다. S/W 모듈은 암호화 및 터널링(tunneling)을 위한 VPN Client 기능을 탑재할 수 있다.

제2통신장치(2)의 S/W 모듈은 데이터 수신 데이터의 다중화 기능을 수행한다. 즉, S/W 모듈은 UDP 로 수신된 데이터의 식별자인 Sequence Number 를 확인하여 먼저 수신된 데이터의 원시데이터를 NIC#0 로 전송하여 종단간 통신이 이루어지도록 한다. 수신된 원시데이터는 Layer 2 의 Ethernet Frame 데이터(도 5 의 제 1 실시예) 또는 Layer 3 의 IP Packet(도 6 의 제 2 실시예)로서, 최종적으로 송신측 원시데이터와 동일한 Layer 2 Broadcast Domain 또는 Layer 3 Broadcast Domain 으로 연결된다.

도 4 는 도 3 의 통신 시스템에서 데이터의 전송 과정을 도시한 도면이다.

NIC#1 을 통해 Ethernet Frame 데이터로 구성된 원시데이터가 입력되면, 제1통신장치(1)의 S/W 모듈은 통신망의 수에 따라 필요한 만큼 원시데이터를 복제한다. 도 3 에서는 두 개의 통신망(W1, W2)이 구비되므로 원시데이터의 복제가 1회 이루어지고, 이에 따라 동일한 원시데이터를 두 개의 통신망(W1, W2)을 통해 전송할 수 있게 된다. 제1통신장치(1)의 S/W 모듈은 복제된 두 원시데이터에 대해 IP 헤더, UDP 헤더, 및 Sequence Number 를 부가하여 두 개의 전송 데이터를 생성한다. 원시데이터를 이용한 전송 데이터의 생성이 먼저 이루어지고 난 후에 전송 데이터의 복제가 수행되도록 순서가 변경될 수도 있다. 제1통신장치(1)의 S/W 모듈은 두 전송 데이터를 각각 제1통신망(W1)과 제2통신망(W2)을 통해 제2통신장치(2)로 전송한다.

제2통신장치(2)는 수신 인터페이스인 NIC#1 및 NIC#2 를 통해 전송 데이터 내에 포함된 Sequence Number 를 확인한다. 확인된 Sequence Number 가 그 이전에 확인된 적이 없는 Sequence Number 인 경우, 제2통신장치(2)의 S/W 모듈은 해당 데이터가 두 통신망(W1, W2) 각각의 통신 경로를 통해 수신된 두 전송 데이터 중에서 먼저 수신된 데이터로 판단한다. 제2통신장치(2)의 S/W 모듈은 이와 같이 각 통신망(W1, W2)을 통해 수신된 데이터 중에서 먼저 수신된 전송 데이터 내의 원시데이터를 추출하여 NIC#0 를 통해 출력한다. 만약 확인된 Sequence Number 가 그 이전에 확인된 Sequence Number 중 하나와 동일한 경우에는 제2통신장치(2)의 S/W 모듈은 이전에 수신된 전송 데이터와 동일한 데이터가 다른 경로를 통해 중복 전송된 것으로 판단하며, 이에 따라 해당 전송 데이터를 무시한다.

제2통신장치(2)의 S/W 모듈의 동작에 의하여 NIC#0 에서 출력되는 Ethernet Frame 데이터는 최초 입력된 원시데이터를 포함하며, 이 원시데이터는 Layer 2 계층(제 1 실시예) 또는 Layer 3 계층(제 2 실시예)으로 동작한다. 이에 따라 제1통신장치(1)에 최초 입력된 원시데이터와 동일한 데이터가 제2통신장치(2)에서 출력되어, 데이터가 브리지로 연결된 것과 같이 전송된다.

이하에서는, 도 5 및 도 6 을 참조하여 본 발명에 따라 전송되는 전송데이터의 구조의 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 각각 설명한다. 본 발명에서 제시하는 전송데이터의 프로토콜은 NPRP(New Packet Redundancy Protocol)로 명명한다. 본 발명에 대한 설명에서 제1통신장치(1)와 제2통신장치(2)에 의해 송수신되는 전송데이터는 "NPRP 데이터"라는 용어로 명명하며, 따라서 NPRP 데이터는 본 발명의 프로세스가 적용됨으로써 NPRP 에 의한 구조를 구비하여 각 통신망(W1, W2)을 통해 전송되는 데이터를 의미하는 용어로 정의된다.

도 5 의 제 1 실시예는 NPRPv1(NPRP 버전 1)에 대한 것이고, 도 6 의 제 2 실시예는 NPRPv2(NPRP 버전 2)에 대한 것이다. 도 5 및 도 6 의 상부와 하부에는 각각 제1통신장치(1)와 제2통신장치(2)에서 송신되는 NPRP 데이터의 구조가 도시되어 있으며, 상부와 하부에 도시된 NPRP 데이터의 구조는 동일하다.

먼저, 도 5 를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예(NPRPv1)에 대하여 기술한다.

NPRPv1 은 원시데이터가 Layer 2 이더넷 프레임에 해당되는 데이터로 구성된 경우의 실시예이다. 도 5 의 상부에는 이러한 원시데이터의 데이터 구조가 도시되어 있다. 구체적으로는, 원시데이터는 Frame Header, Frame Data, Frame Footer 로 구성된 데이터 구조를 가지며, 이를 Original Ethernet Frame 이라 칭한다. 원시데이터에서, Layer 2 의 Frame Data 는 Layer 3 데이터로서 IP header 와 IP Data 를 가지며, Layer 3 의 IP Data 는 Layer 4 데이터로서 TCP/UDP Header 와 TCP/UDP Data 를 가지며, TCP/UDP Data 는 전송될 목적이 되는 데이터인 원본데이터를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서는 이와 같은 Layer 2 이더넷 프레임에 해당되는 원시데이터를 캡슐화(encapsulizing)하여 NPRP 데이터를 구성한다. NPRP 데이터의 구조는 도 5 에서 NIC 를 도시한 두 블록의 상부에 도시되어 있다.

NPRP 데이터는 상기한 원시데이터를 포함하는 데이터를 Frame Data 로 구비하는 Layer 2 이더넷 프레임 구조를 갖는다. 즉, Layer 2 Ethernet Data Frame 구조의 원시데이터 전체가 캡슐화되어 NPRP 데이터에 포함되며, 이에 따라 NPRP 데이터는 원시데이터가 Frame Data 내에 포함되도록 구성된 새로운 Layer 2 Ethernet Data Frame 구조를 갖게 된다. 구체적으로는, NPRP 데이터는 Frame Header, Frame Data, Frame Footer 로 구성된 Layer 2 이더넷 프레임의 데이터로서, 여기에서 Frame Data 는 IP Header, UDP Header, S/N(Seuqence Number), Original Ethernet Frame 을 포함하여 구성됨으로써 원시데이터가 NPRP 데이터의 Layer 2 의 Frame Data 에 포함되는 구조를 갖는다. NPRP 데이터의 Layer 2 의 Frame Data 는 Layer 3 데이터로서 IP header 와 IP Data 를 가지며, IP Data 는 Layer 4 데이터로서 UDP Header, S/N(Sequence Number), Original Ethernet Frame 을 갖는다.

전술한 바와 같이, 제1통신장치(1)는 원시데이터를 NIC#0 를 통해 수신하며, 이때 수신되는 원시데이터는 NPRPv1 에서는 Layer 2 이더넷 프레임으로 구성된다. 제1통신장치(1)의 S/W 모듈은 이 원시데이터를 NPRP 데이터의 Layer 2 프레임 데이터로 사용하여, 프레임 데이터에 Layer 3 의 IP 헤더, Layer 4 의 UDP 헤더 및 UDP 데이터를 부가하여 NPRP 데이터를 생성한다. 이때, UDP 데이터는 원시데이터에 대한 식별자인 S/N 을 포함하도록 구성된다. 제1통신장치(1)의 S/W 모듈은 이와 같이 생성된 NPRP 데이터를 NIC#1 및 NIC#2 를 거쳐 두 통신망(W1, W2)을 통해 제2통신장치(2)로 각각 전송함으로써 다중화 송신을 수행한다. NPRP 데이터가 송신되는 통신망(W1, W2)은 Layer 2 Newwork 일 수도 있고 Layer 3 Network 일 수도 있으며, 이들이 혼용된 Network 일 수도 있다.

제2통신장치(2)는 제1통신장치(1)에 의해 다중화 송신된 상기 NPRP 데이터를 수신한다. 즉, 제2통신장치(2)는 통신망(W1, W2)을 통해 전송된 NPRP 데이터 모두를 NIC#1 및 NIC#2 를 이용하여 수신하며, 제2통신장치(2)의 S/W 모듈은 수신된 NPRP 데이터들 내에서 식별자(S/N : Sequence Number)를 추출한다. S/W 모듈은 현재 수신된 NPRP 데이터 내의 식별자가 이전에 기 수신된 NPRP 데이터 내의 식별자들과 상이한 경우 해당 NPRP 데이터를 신규로 수신된 데이터로 판단하고, 만약 기 수신된 NPRP 데이터 내의 식별자들 중 어느 하나와 동일한 경우에는 해당 NPRP 데이터는 기 수신된 데이터로 판단하여 무시한다. S/W 모듈은 신규 전송된 것으로 인식된 NPRP 데이터 내에서 IP Heager, UDP Header, S/N 을 제외한 Original Ethernet Frame 을 추출한다. 이에 따라 원시데이터가 추출된다. 추출된 원시데이터는 제2통신장치(2)의 NIC#0 를 통해 출력된다.

이하, 도 6 을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예(NPRPv2)에 대하여 기술한다.

NPRPv2 는 원시데이터가 Layer 3 IP 패킷에 해당되는 데이터로 구성된 경우의 실시예이다. 도 6 의 상부에는 이러한 원시데이터의 데이터 구조가 도시되어 있다. 구체적으로는, 원시데이터는 IP Header, IP Data 로 구성된 데이터 구조를 가지며, 이를 Original IP Packet 이라 칭한다. 원시데이터에서, Layer 3 의 IP Data 는 Layer 4 데이터로서 TCP/UDP Header 와 TCP/UDP Data 를 가지며, TCP/UDP Data 는 전송될 목적이 되는 데이터인 원본데이터를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서는 이와 같은 Layer 3 IP Packet 에 해당되는 원시데이터를 캡슐화(encapsulizing)하여 NPRP 데이터를 구성한다. NPRP 데이터의 구조는 도 6 에서 NIC 를 도시한 두 블록의 상부에 도시되어 있다.

NPRP 데이터는 상기한 원시데이터를 포함하는 데이터를 Frame Data 로 구비하는 Layer 2 이더넷 프레임 구조를 갖는다. 즉, Layer 3 IP Packet 구조의 원시데이터 전체가 캡슐화되어 NPRP 데이터에 포함되며, 이에 따라 NPRP 데이터는 원시데이터가 Frame Data 내에 포함되도록 구성된 새로운 Layer 2 Ethernet Data Frame 구조를 갖게 된다. 구체적으로는, NPRP 데이터는 Frame Header, Frame Data, Frame Footer 로 구성된 Layer 2 이더넷 프레임의 데이터로서, 여기에서 Frame Data 는 IP Header, UDP Header, S/N(Seuqence Number), Original IP Packet 을 포함하여 구성됨으로써 원시데이터가 NPRP 데이터의 Layer 2 의 Frame Data 에 포함되는 구조를 갖는다. NPRP 데이터의 Layer 2 의 Frame Data 는 Layer 3 데이터로서 IP header 와 IP Data 를 가지며, IP Data 는 Layer 4 데이터로서 UDP Header, S/N(Sequence Number), Original IP Packet 을 갖는다.

결과적으로, 도 6 의 NPRPv2 는 도 5 의 NPRPv1 과 비교할 때 캡슐화되는 대상이 되는 원시데이터가 IP Packet 으로 구성된 점에서 차이가 있다. 그 외에는 제1통신장치(1)와 제2통신장치(2)가 수행하는 동작은 동일하며, 이에 따라 도 6 의 실시예에 대한 설명에 도 5 에 기술된 내용이 위 차이점만을 제외하고 그대로 원용되어 구체적인 설명은 생략된다.

도 7 은 본 발명과 종래의 기술을 비교한 표로서, 도 1 의 일반적인 이더텟 통신, 도 2 의 PRP 방식에 의한 통신, 및 도 5 및 6 에 도시된 본 발명의 NPRPv1 및 NPRPv2 방식에 의한 통신을 각각 비교한 것이다.

PRP 방식은 Layer 2 프레임 포맷 자체에 대한 변형을 가져오나, NPRP 는 Layer 2 또는 Layer 3 의 캡슐화를 통해 Layer 2 의 일반적인 포맷의 변형을 가져오지 않아 전용 송수신 장치로 구성하지 않아도 표준 이더넷 망을 통해 송수신이 가능하다는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 상술한 실시예들에서 식별자로서 Sequence Number 를 부여하는 것을 예시하였다. 여기에서 식별자는 두 통신망(W1, W2)을 통해 각각 전송되는 한 쌍의 NPRP 데이터가 동일한 데이터임을 표시하는 표지이기만 하면 그 종류는 어떠한 것이어도 무방하다. 따라서 예컨대 북제된 한 쌍의 원시데이터에 대해 무작위로 생성된 고유번호를 동일하게 부여하는 방식으로 식별자를 구성하여도 무방하다.

식별자의 일 예로서 상기에서 제시된 시퀀스 넘버(Sequence Number)는 복수의 원시데이터와 관련된 순서를 표시하는 정보를 의미한다. 여기에서 순서는, 예컨대 원시데이터가 송신장치에 입력된 순서 또는 원시데이터가 캡슐화되어 NPRP 데이터가 생성된 순서 등과 같은 정보일 수 있다. Sequence Number 를 사용할 경우, 예컨대 입력되는 다수의 원시데이터에 대해 그 숫자가 1씩 증가하는 번호로 Sequence Number 가 구성될 수 있다. 이 경우 모든 원시데이터에 대해 그 순서대로 Sequence Number 가 부여되므로, 예컨대 어떤 원시데이터가 두 통신망(W1, W2) 모두를 통해 전송되지 않는 경우에는 수신장치에서는 해당 순서의 값이 부여된 Sequence Number 가 존재하지 않게 된다. 이를 체크함으로써 송신장치에 의해 전송된 모든 원시데이터가 전송되었는지를 확인할 수 있으므로, 본 발명이 전송 에러 체크의 기능을 겸할 수 있게 된다.

식별자의 다른 예로서 타임 스탬프(Time Stamp)를 사용할 수 있다. Time Stamp 는 각각의 원시데이터와 관련된 시각을 표시하는 정보를 의미한다. 여기에서 시각은, 예컨대 원시데이터가 송신장치에 입력된 시각 또는 원시데이터가 캡슐화되어 NPRP 데이터가 생성된 시각 등과 같은 정보일 수 있다. Time Stamp 를 사용하는 경우에는 원시데이터와 관련된 시각에 관한 정보를 수신장치가 알 수 있고, 이에 따라 이를 필요로하는 다른 응용 프로세스에 유용하게 활용할 수 있게 된다.

나아가, 본 발명에서의 식별자는 상기와 같은 Sequence Number 와 Time Stamp 를 모두 포함하도록 구성될 수도 있다.

이상 설명한 본 발명에 따르면, 서로 다른 두 개 이상의 무선통신망을 통해 데이터를 다중화 전송한다. 이에 따라 각각의 무선통신망이 가지는 패킷 로스율의 곱에 해당하는 패킷 로스율을 얻을 수 있다. 예를 들어 10,000개 중 100개(1%)의 패킷 로스율의 A무선통신망과 10,000개중 200개(2%)의 패킷 로스율의 B무선통신망을 이용하여 본 발명을 적용할 경우, 10,000개의 패킷중 2개(0.02%)의 패킷 로스율을 이론적으로 달성할 수 있어 데이터 통신의 신뢰도가 획기적으로 향상된다.

또한, 본 발명에 따르면, 송수신 지연 및 패킷 로스가 수시로 발생하는 무선환경에서, 매 패킷 전송 시마다 다중화된 무선통신망중 항상 가장 빠른 데이터를 취득함에 따라 통신 응답속도 향상을 얻을 수 있다. 예를 들어 첫 번째 패킷 전송시 A무선통신망에서 30ms, B무선통신망에서 70ms 의 시간이 소요되었고, 두 번째 패킷 전송시 A무선통신망에서 80ms, B무선통신망에서 30ms 가 소요되었다면, 본 발명 방식으로 전송할 경우 두 개의 패킷을 전송하는데 60ms 의 시간이 소요된다. 이는 A무선통신망만으로 전송 시 110ms, B무선통신망만으로 전송 시 100ms 가 소요되는 것에 비하여 응답속도 향상 효과를 득할 수 있다.

이러한 특성에 따라 고도의 신뢰성 및 응답속도가 요구되는 무선통신 이동체에 본 발명의 방식을 적용할 경우, 신뢰성 향상 및 응답속도 향상 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

데이터 송신 장치에 의해 수행되는 데이터 다중화 송신 방법으로서,
a) Layer 2 이더넷 프레임으로 구성된 원시데이터를 Layer 2 의 프레임 데이터에 포함시키고, 상기 프레임 데이터에 Layer 3 의 IP 헤더, Layer 4 의 UDP 헤더 및 UDP 데이터를 부가하여 NPRP 데이터를 생성하는 단계로서, 상기 UDP 데이터는 상기 원시데이터에 대한 식별자를 포함하는, 상기 a) 단계; 및
b) 상기 NPRP 데이터를 복수의 통신망을 통해 각각 전송하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 식별자는 복수의 상기 원시데이터의 관련된 순서를 표시하는 정보인 시퀀스 넘버(Seqnence Number)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 식별자는 각각의 상기 원시데이터와 관련된 시각을 표시하는 정보인 타임 스탬프(Time Stamp)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법.
제 1 항의 데이터 다중화 송신 방법을 수행하는 데이터 다중화 송신 장치.
제 1 항의 데이터 다중화 송신 방법에 의해 전송된 상기 NPRP 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치에 의해 수행되는 데이터 다중화 수신 방법으로서,
a) 복수의 상기 통신망을 통해 상기 NPRP 데이터를 수신하는 단계;
b) 수신된 상기 NPRP 데이터 내에서 상기 식별자를 추출하는 단계; 및
c) 상기 식별자가 이전에 기 수신된 상기 NPRP 데이터 내의 상기 식별자와 상이한 경우, 상기 NPRP 데이터로부터 상기 프레임 데이터를 추출하여 출력하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 수신 방법.
제 5 항의 데이터 다중화 수신 방법을 수행하는 데이터 다중화 수신 장치.
데이터 송신 장치에 의해 수행되는 데이터 다중화 송신 방법으로서,
a) Layer 3 IP Packet 으로 구성된 원시데이터를 Layer 2 의 프레임 데이터에 포함시키고, 상기 프레임 데이터에 Layer 3 의 IP 헤더, Layer 4 의 UDP 헤더 및 UDP 데이터를 부가하여 NPRP 데이터를 생성하는 단계로서, 상기 UDP 데이터는 상기 원시데이터에 대한 식별자를 포함하는, 상기 a) 단계; 및
b) 상기 NPRP 데이터를 복수의 통신망을 통해 각각 전송하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 식별자는 복수의 상기 원시데이터의 관련된 순서를 표시하는 정보인 시퀀스 넘버(Seqnence Number)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 식별자는 각각의 상기 원시데이터와 관련된 시각을 표시하는 정보인 타임 스탬프(Time Stamp)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 송신 방법.
제 9 항의 데이터 다중화 송신 방법을 수행하는 데이터 다중화 송신 장치.
제 7 항의 데이터 다중화 송신 방법에 의해 전송된 상기 NPRP 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치에 의해 수행되는 데이터 다중화 수신 방법으로서,
a) 복수의 상기 통신망을 통해 상기 NPRP 데이터를 수신하는 단계;
b) 수신된 상기 NPRP 데이터 내에서 상기 식별자를 추출하는 단계; 및
c) 상기 식별자가 이전에 기 수신된 상기 NPRP 데이터 내의 상기 식별자와 상이한 경우, 상기 NPRP 데이터로부터 상기 프레임 데이터를 추출하여 출력하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 다중화 수신 방법.
제 11 항의 데이터 다중화 수신 방법을 수행하는 데이터 다중화 수신 장치.