KR950001514B1 - Local area network communications device using common bus - Google Patents
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Abstract
Description
제1도 고속근거리망의 액세스 방법의 예시도.1 is an exemplary diagram of an access method of a high-speed local area network.
제2a도는 공유버스를 사용하는 망의 구성도.Figure 2a is a block diagram of a network using a shared bus.
제2b도는 노드의 구성도.2b is a schematic diagram of a node.
제3도 본 발명의 프레임 송신 방법의 예시도.3 is an exemplary diagram of a frame transmission method of the present invention.
제4도 프레임 송신기의 동작을 나타내는 흐름도.4 is a flowchart showing operation of the frame transmitter.
제5도 슬롯타이머의 동작을 나타내는 흐름도.5 is a flowchart showing the operation of the slot timer.
제6도 전송계수기의 동작을 나타내는 흐름도6 is a flow chart showing the operation of the transmission counter
제7a도 동기프레임 송신기의 동작을 나타내는 흐름도.7A is a flowchart illustrating operation of a sync frame transmitter.
제7b도 동기계수기의 동작을 나타내는 흐름도.7b is a flowchart showing the operation of the synchronization counter.
제8도 우선순위 프레임 송신기의 동작을 나타내는 흐름도.8 is a flowchart illustrating operation of a priority frame transmitter.
제9도 우선순위 플래그 상태의 변화를 나타내는 흐름도.9 is a flowchart illustrating a change in state of a priority flag.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 우선순위 프레임 송신부 2 : 모니터부1: priority frame transmitter 2: monitor
3 : 프레임 송수신부3: frame transceiver
본 발명은 수십개 이하의 노드들이 비교적 짧은 길이의 공유버스를 사용하여 프레임을 송신하는 매체 엑세스 제어장치에 관한 것으로, 특히 여러 노드들이 공유 전송매체를 이용하여 데이타를 전달하고자 할 경우에, 하나의 공유매체를 여러 노드들이 사용하므로 노드들간에 전송매체를 효율적으로 사용하기 위한 방법이 필요한데, 이 경우에 수백미터 이내의 비교적 짧은 길이의 버스를 사용하고, 노드가 송신하는 프레임의 길이가 짧은 경우에 적용할 수 있는 매체 액세스 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a media access control apparatus in which dozens or fewer nodes transmit a frame using a shared bus having a relatively short length, and in particular, when several nodes want to transmit data using a shared transmission medium, Since multiple nodes use media, a method is needed to efficiently use transmission media between nodes. In this case, a relatively short bus of several hundred meters is used, and the frame transmitted by the node is short. A media access device capable of doing so.
공유버스를 사용하는 액세스 방법으로는 근거리통신망(Local Area Network)에서 많이 사용되는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access Collision Detection)방법, 토큰버스, 고속근거리망 등의 방법이 있다.Access methods using a shared bus include a CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access Collision Detection) method, a token bus, and a high-speed short-range network, which are frequently used in a local area network.
CSMA/CD방법에서는 공유버스에 연결된 노드들중 송신할 프레임을 가지고 있는 노드를 버스의 상태를 살피고 있다가, 버스가 다른 노드에 의하여 사용되지 않으면 프레임의 송신을 시작한다. 만약 2개 이상의 노드가 동시에 송신을 시작하면 충돌이 발생되며 송신노드는 충돌을 감지하면 송신을 중지하고, 백오프(backoff) 알고리듬에 의하여 정해진 시간을 기다린 후 다시 프레임 송신을 시도한다. 이 방법은 망의 부하가 적을 경우 액세스지연이 매우 작은 장점이 있으나 부하가 클 경우 충돌발생이 많아져 최대 버스 이용률이 낮다. 또한 노드에서 송신하는 프레임의 크기가 작을수록 동일 부하일때 프레임 송신을 시도하는 횟수가증가하여 충돌이 발생할 확률이 높아지므로 최대 버스 이용률이 낮아지며 또한 충돌에 의하여 엑세스 시간이 커지므로 실시간으로 데이타를 송신하는 시스팀에는 부적당하다.In the CSMA / CD method, the node that has a frame to be transmitted among the nodes connected to the shared bus is checked for the state of the bus, and the frame transmission is started if the bus is not used by another node. If two or more nodes start transmitting at the same time, a collision occurs. When a node detects a collision, the transmission stops transmitting, waits a predetermined time by the backoff algorithm, and attempts to transmit the frame again. This method has the advantage that access delay is very small when the network load is low, but the maximum bus utilization is low because the collision occurs more when the load is large. In addition, the smaller the size of the frame transmitted by the node, the higher the number of attempts to transmit the frame under the same load, thus increasing the probability of collision. Therefore, the maximum bus utilization is lowered and the access time increases due to the collision. Not suitable for the system.
토큰버스 방식에서는 노드들간에 프레임을 송신하는 권리를 공정하게 분배하기 위하여 토큰 프레임을 모든 노드들에게 회전시킨다. 즉 버스에 연결된 모든 모드는 가상적으로 링을 구성하고 차례로 토큰 프레임을 회전시키며, 토큰을 수신한 노드는 데이타 프레임을 송신할 권리를 가진다. 송신할 프레임이 없는 노드가 토큰 프레임을 수신하면 즉시 토큰 프레임을 다음의 노드를 송신한다. 이 방법은 버스에서 충돌이 발생되지 않으며 노드들이 차례로 송신할 권리를 가지므로 데이타 프레임의 길이가 토큰 프레임의 길이보다 매우 클경우 CSMA/CD방법에 비하여 높은 이용률을 얻을 수 있으나, 데이타 프레임의 길이가 짧아질 경우 토큰 프레임에 의한 오버헤드가 커져 이용률이 낮아진다. 또한 모든 노드들이 가상적인 링을 구성하여야 하므로 하나의 노드라도 망에서 분리되면 가상 링을 재구성해야 하며, 새로운 노드가 망에 추가되면 가상 링에 추가된 노드를 연결시켜야 하므로 프로토콜이 복잡한 단점이 있다.In the tokenbus method, the token frame is rotated to all nodes in order to fairly distribute the right to transmit the frame among the nodes. That is, all modes connected to the bus virtually form a ring, which in turn rotates the token frame, and the node that receives the token has the right to send a data frame. When a node having no frame to transmit receives a token frame, it immediately sends a token frame to the next node. This method does not cause collisions on the bus and nodes have the right to transmit one by one. Therefore, if the length of the data frame is much larger than the length of the token frame, the utilization rate is higher than that of the CSMA / CD method. If it is shortened, the overhead caused by the token frame becomes large, resulting in a low utilization rate. In addition, since all nodes must form a virtual ring, when a single node is separated from the network, the virtual ring must be reconfigured, and when a new node is added to the network, the node added to the virtual ring needs to be connected to the node.
ANSI X3T9.5에 제안된 고속근거리망(High Speed Local Network)프로토콜은 컴퓨터와 컴퓨터에 연결되는 여러 입출력장치간 데이타 교환을 위한 버스형태의 망으로 CSMA/CD에서 나타나는 충돌에 의한 성능저하를 개선하기 위하여 충돌이 발생하지 않도록 한 프로토콜이다.The High Speed Local Network protocol proposed in ANSI X3T9.5 is a bus type network for data exchange between computer and various I / O devices connected to the computer. This protocol prevents collisions.
제1도와 같이 버스가 사용되지 않는 상태인 휴지상태가 되면 망에 연결된 노드들은 미리 정해진 순서에 따라 프레임 송신 기회를 갖게 된다. 즉 버스를 사용하는 상태인 비지상태가 종료되어 휴지 상태가 되면 처음 64비트 시간동안에는 우선순위를 가진 노드만이 프레임을 송신할 수 있으며, 우선순위를 가진 노드가 프레임을 송신하지 않아 PAT(Priority Access Timer)가 타임아웃되면, 프레임 송신기회는 AAT(Arbitrated Access Timer)가 타임아웃되는 노드에게 넘겨지며, 송신권은 타임아웃된 순간부터 16비트 동안 지속된다. AAT의 타임아웃 시간인 aat0∼aatN은 다르게 주어지므로 타임아웃 시간이 작은 노드부터 차례로 송신기회가 주어지며, 어느 노드가 프레임을 송신하면 모든 타이머는 클리어되어 동작을 중지한다. 만약 어느 노드라도 그 노드의 송신기회 동안에 프레임을 송신하면 버스는 비지상태로 되므로 송신이 완료된 후에는 앞의 동작을 처음부터 시작하며, 모든 노드가 송신기회를 사용하지 않아 RT(Resynchronization Timer)가 타임아웃되면 모니터 노드에서 동기프레임을 보내 앞의 동작을 다시 시작하도록 한다.When the bus is idle as shown in FIG. 1, nodes connected to the network have an opportunity to transmit frames in a predetermined order. In other words, when the busy state is over and the idle state is over, only the node with the priority can transmit the frame during the first 64-bit time, and the PAT (Priority Access) cannot be transmitted because the node with the priority does not transmit the frame. When the Timer is timed out, the frame transmitter association is passed to the node where the Arbitrated Access Timer (AAT) is timed out, and the transmission right continues for 16 bits from the time out. Since the time-out times aat0 to aatN of the AAT are given differently, transmitters are given in turn from nodes with small time-out times. When a node transmits a frame, all timers are cleared and stop operation. If any node transmits a frame during that node's transmitter session, the bus is busy, so after the transmission is completed, the previous operation starts from the beginning, and since all nodes do not use the transmitter session, the RT (Resynchronization Timer) When out, the monitor node sends a sync frame to restart the previous operation.
여기서 우선순위 노드는 버스가 비지상태인 동안에 프레임을 수신한 노드를 의미하며 수신한 프레임에 대한 응답을 보낼 기회를 우선적으로 배정하여 두 노드간에 고속의 데이타 송수신이 가능하도록 한다. 이와 같은 방법은 송신순서가 빠른 노드에게 더 많은 송신기회가 부여되므로 이를 보완하기 위하여 각 노드는 지연플래그(Arbiter Wait Flag)를 두어 프레임을 송신한 노드는 지연플래그를 1로 만들고 지연플래그가 1인 동안에는 송신기회가 오더라도 프레임을 송신하지 않으며, 동기프레임을 만나면 지연플래그를 0으로 만든다. 이 방법은 프레임을 송신한 노드는 모든 노드에게 프레임 송신기회가 주어져 송신할 노드가 없을 경우에 다시 송신기회를 얻을 수 있으므로 모든 노드에 공정한 송신기회를 보장한다. 이 고속근거리망 프로토콜은 버스를 사용하면서도 충돌이 발생되지 않도록 하였으나, 송신순서가 늦은 노드의 경우 휴지상태가 시작된 후 프레임 송신시까지 기다리는 시간이 길어지므로 대역폭의 낭비를 가져오며 프레임의 길이가 짧을 경우 매체의 이용률이 떨어지는 단점이 있다.Here, the priority node refers to a node that receives a frame while the bus is busy, and assigns an opportunity to send a response to the received frame to enable high-speed data transmission and reception between the two nodes. In this method, since more transmitters are given to nodes with faster transmission order, each node has a delay flag (Arbiter Wait Flag) so that the node that transmits the frame has a delay flag of 1 and a delay flag of 1 During this time, the transmitter does not transmit a frame even when the transmitter comes. When the synchronization frame is encountered, the delay flag is zeroed. In this method, a node that transmits a frame is given a frame transmitter time to all nodes, so that when there is no node to transmit, the transmitter time can be obtained again, thereby ensuring a fair transmitter time to all nodes. This high-speed short-range network protocol prevents collisions while using the bus, but in the case of a node with a slower transmission order, the waiting time is longer after the idle state starts, resulting in a waste of bandwidth and shorter frames. There is a disadvantage that the utilization rate of the medium is low.
본 발명은 공유버스를 사용한 망에서 토큰을 사용하지 않으면서 모든노드에게 공정한 프레임 송신기호를 주어 실시간 전송을 요하는 경우에 사용할 수 있는 높은 효율의 매체접근 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a high-efficiency medium access method that can be used when a real-time transmission is required by giving a fair frame transmitter call to all nodes without using a token in a network using a shared bus.
버스를 사용하는 망의 경우 충돌이 발생되지 않도록 하기 위하여는 고속근거리망과 같이 휴지상태가 되면 노드들이 서로 다른시간에 송신기회를 가지도록 하거나 토큰버스와 같이 토큰을 회전시켜야 한다. 본 발명에서는 휴지상태가 되면 서로 다른 시간에 송신기회를 가지도록 하되 어느 노드에서 프레임을 송신한 후 다시 휴지상태가 되면 프레임을 송신한 노드의 다음 순서의 노드부터 송신기회를 부여하므로써 모든 노드에게 공정한 프레임 송신기회를 주면서, 휴지상태가 된 후 프레임을 송신하기까지 기다리는 시간을 최소화하였다. 각 노드는 전송계수기를 가지고 있어 한 노드의 송신기회를 시간 동안 휴지상태가 지속되어 슬롯타이머가 타임아웃되면 전송 계수기를 1감소시키며 송신할 프레임을 가지고 있는 노드는 전송계수기의 값이 0일 때 프레임을 송신한다.In the case of a network using a bus, in order to prevent a collision, nodes must have a transmitter time at different times when the network is idle, such as a high-speed local area network, or rotate a token like a token bus. In the present invention, when the idle state is to have a transmitter time at different times, when a node transmits a frame and then becomes idle again, it is fair to all nodes by granting the transmitter time from the next node of the node transmitting the frame. By giving the frame transmitter cycle, the waiting time for transmitting a frame after being idle is minimized. Each node has a transmission counter so that the idle state of one node is maintained for a time. If the slot timer times out, the transmission counter is decreased by one. The node having the frame to transmit has a frame when the transmission counter value is 0. Send.
전송계수기의 값이 0일 때 슬롯타이머가 타임아웃되면 전송계수기의 값은 N-1로 되며 N은 망에 연결된 노드의 수를 나타낸다. 또한 전송계수기는 동기프레임을 만날때마다 노드번호값으로 초기화된다. 망에 연결된 N개의 노드들은 모두 서로 다른 노드번호를 가져야 하며 0∼N-1의 값을 가진다. 노드들은 노드의 프레임 송신시점을 결정하기 위하여 슬롯타이머를 사용하는데, 각 노드에서 발생시키는 기준시간의 오차로 인하여 동시에 프레임을 송신하여 충돌이 발생할 가능성이 있으므로 각 노드는 프레임 송신시 충돌여부를 검사하여 충돌이 발생되면 프레임 송신을 중지한다. 이때 모니터 노드는 충돌이 감지되면 버스가 휴지상태가 될 때 동기프레임을 송신하여 각 노드들이 전송계수기 값을 초기화하도록 하므로써 정상적인 동작을 시작하도록 한다.If the slot timer times out when the value of the transmission counter is 0, the value of the transmission counter becomes N-1 and N represents the number of nodes connected to the network. Also, the transmission counter is initialized to the node number value whenever it encounters a sync frame. N nodes connected to the network should all have different node numbers and have a value between 0 and N-1. Nodes use slot timers to determine when frames are transmitted.Because there is a possibility that collision may occur by sending frames simultaneously due to the error of the reference time generated by each node, each node checks whether there is a collision during frame transmission. If a collision occurs, stop sending frames. At this time, when a collision is detected, the monitor node transmits a sync frame when the bus is idle, so that each node initializes the transmission counter value so that normal operation starts.
본 발명을 도면을 사용하여 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described with reference to the drawings.
제2a도는 본 발명의 적용되는 망의 구성을 나타낸다. 버스 형태의 망에 N개의 노드가 연결되며 각 노드는 O부터 N-1까지의 노드번호를 가진다. 노드번호는 노드의 위치에 상관없이 부여되며 모든 노드는 반드시 서로 다른 번호를 가져야 한다. 망에 연결된 노드들중 어느 하나의 노드는 모든 노드들이 자신의 타임슬롯 동안에 프레임을 송신하지 않거나, 하나이상의 노드들이 동시에 프레임을 송신하여 충돌이 발생할 경우 동기프레임을 송신하는 모니터 기능을 수행한다. 각 노드에서 프레임의 수신은 망으로 송신된 프레임의 목적지 주소를 확인하여 자신의 주소와 같으면 프레임을 받아들임으로써 이루어진다.Figure 2a shows the configuration of the network to which the present invention is applied. N nodes are connected to the bus type network, and each node has a node number from 0 to N-1. The node number is assigned regardless of the position of the node. All nodes must have different numbers. One of the nodes connected to the network performs a monitor function in which all nodes do not transmit a frame during their timeslot or one or more nodes simultaneously transmit a frame and transmit a synchronization frame when a collision occurs. Receiving a frame at each node is done by checking the destination address of the frame sent to the network and accepting the frame if it is equal to its own address.
제2b도는 노드의 구성도이다. 노드는 데이타 프레임을 송신하고 버스에 송신된 데이타 프레임 또는 우선순위 프레임을 수신하는 기능을 가진 프레임 송수신부(3), 우선순위 프레임을 송신하는 기능을 가진 우선순위 프레임 송신부(1), 망의 상태를 감지하고 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 망을 제어하는 모니터부(2)로 나누어진다. 모든 노드는 프레임 송수신기능을 가져야 하며 모니터 기능과 우선순위 프레임 송신기능을 선택적으로 가질 수 있다. 단 모니터 기능은 망에 연결된 노드들 중 하나의 노드에서만 수행되어야 한다.2b is a block diagram of a node. The node transmits a data frame and a frame transceiver 3 having a function of receiving a data frame or a priority frame transmitted on a bus, a priority frame transmitter 1 having a function of transmitting a priority frame, and a state of a network. It is divided into a monitor unit (2) for controlling the network to detect and perform a normal operation. Every node must have a frame send / receive function and can optionally have a monitor function and a priority frame send function. However, the monitor function should be performed only at one node of the nodes connected to the network.
프레임 송수신부(3)는, 버스(4)에 지나가는 프레임의 목적지 영역이 노드의 주소아 같거나 방송(broadcasting)형일 경우 이를 받아들이는 프레임 수신기(8), 버스(4)가 사용되고 있는 상태(비지상태)인지 사용되지 않는 상태(휴지상태)인지를 감지하는 상태감지기(7), 버스(4)에 모니터 노드가 송신하는 동기 프레임이 지나가는지를 감지하는 동기프레임감지기(6), 어떤 원인에 의하여 두개 이상의 노드가 동시에 프레임을 송신하여 버스상에서 충돌이 발생하였는지를 감지하는 충돌감지기(5), 버스(4)가 휴지 상태이면 기준클럭을 받아 주기적으로 타임아웃신호를 발생시키는 슬롯타이머(11), 동기프레임감지기로부터 동기프레임감지 신호를 받으면 노드번호값으로 초기화되며 슬롯타이머로부터 타임아웃신호를 받으면 1씩 감소되고 전송계수기의 값이 0이 되면 프레임 송신신호를 발생시키는 전송계수기(10), 송신할 프레임이 있으면 전송계수기로부터 프레임 송신신호를 기다리고, 프레임 송신신호를 받으면 프레임 송신을 시작하며, 프레임을 송신하는 동안 충돌감지기(5)로부터 충돌감지신호를 받으면 프레임 송신을 중단하고 다음 송신기회를 기다리며, 충돌이 감지되지 않으면 프레임 송신을 완료하는 프레임송신기(9)로 구성되어 버스에 연결된 다수의 노드들에게 차례로 프레임 송신기회를 제공한다.The frame transmitter / receiver 3 is a state in which the frame receiver 8 and the bus 4 that receive the destination region of the frame passing through the bus 4 are the same as the address of the node or are broadcast type. State sensor (7) for detecting whether a state) or an unused state (pause state), a sync frame sensor (6) for detecting whether a sync frame transmitted by a monitor node passes on the bus (4), or for two reasons. The collision detector 5 which transmits a frame at the same time and detects whether a collision has occurred on the bus at the same time. When the bus 4 is in the idle state, the slot timer 11 which receives a reference clock and periodically generates a timeout signal, and a synchronization frame When receiving the frame detection signal from the detector, it is initialized to the node number value. When receiving the timeout signal from the slot timer, it is decremented by 1 and the value of the transmission counter becomes 0. Transmission counter 10 for generating a frame transmission signal, if there is a frame to be transmitted, waits for a frame transmission signal from the transmission counter, and upon receiving the frame transmission signal, frame transmission starts, and collision detection from collision detection 5 during frame transmission When receiving a signal, it stops frame transmission and waits for the next transmitter session, and if no collision is detected, it consists of a frame transmitter 9 which completes the frame transmission and provides frame transmitter sessions to a plurality of nodes connected to the bus in turn.
모니터부(2)는, 버스가 비지상태이면 0으로 되며 휴지상태이면 슬롯타이머(1)로부터 타임아웃신호를 받을때마다 1씩 증가되며 그 값이 노드의 수보다 큰 값을 가지면 동기프레임 송신신호를 출력하고 0으로 클리어되는 동기계수기(13), 동기계수기(13)로부터 동기프레임 송신신호를 받으면 즉시 동기프레임을 송신하고, 충돌감지기(5)로부터 충돌발생신호를 받으면 버스가 휴지상태가 될때까지 기다린 후 동기프레임을 송신하는 동기프레임 송신기(12)로 구성되어 모든 노드가 자신의 송신기회 동안에 프레임을 송신하지 않거나, 어느 노드의 동작오류로 인하여 두개 이상의 노드가 동시에 프레임을 송신하여 충돌이 발생하였을 경우 동기프레임을 송신하여 모든 노드에게 다시 정상적인 동작을 수행하도록 한다.The monitor unit 2 becomes 0 when the bus is busy and increases by 1 each time a timeout signal is received from the slot timer 1 when the bus is idle, and when the value is greater than the number of nodes, the synchronization frame transmission signal After receiving the synchronization frame transmission signal from the synchronization counter 13 and the synchronization counter 13, which is cleared to 0, the synchronization frame is immediately transmitted.When the collision detection signal is received from the collision detector 5, the bus is idle. It is composed of a sync frame transmitter 12 which waits and transmits a sync frame, so that all nodes do not transmit a frame during its own transmission time, or two or more nodes simultaneously transmit a frame due to an operation error of a node. In this case, the synchronization frame is transmitted to perform all normal operations again.
이러한 모니터 기능을 수행하는 노드는 망에 하나만 존재하여야 하며 여러 노드가 모니터 기능을 가지고 있을 경우 하나의 노드를 제외한 나머지 노드의 모니터 기능은 디스에이블 상태로 되어야 한다.Only one node that performs such a monitor function should exist in the network. If multiple nodes have a monitor function, the monitor function of the other nodes except one node should be disabled.
우선순위 프레임 송신부(1)는 우선순위 송신시점이 되면 1로 되는 우선순위 플래그(15), 송신할 우선순위 프레임을 가지고 있으면 우선 순위 플래그가 1이 될때까지 기다리며 우선 순위 플래그가 1이 되면 우선순위 프레임 송신을 시작하며, 우선순위 프레임 송신중에 충돌이 발생되면 우선순위 프레임 송신을 중지하고 다시 우선순위 플래그가 1이 되기를 기다리며, 충돌이 발생하지 않으면 우선순위 프레임의 송신을 완료하는 우선순위 프레임 송신기(14)로 구성된다. 버스가 휴지상태로 되면 첫번째 타임슬롯에서 우선순위 프레임의 송신기회를 주어지므로, 버스가 비지상태이면 우선순위 플래그는 0을 유지하며, 휴지상태로 변화되면 1로 변하여 우선순위 프레임 송신기에 송신기회가 되었음을 알려주며, 버스가 다시 비지상태로 변하거나 슬롯타이머의 타임아웃신호를 받으면 우선순위 플래그는 0으로 변화된다.The priority frame transmitter 1 waits until the priority flag is 1 when the priority flag is 1 when the priority frame is transmitted, and when the priority flag is 1 when the priority flag is 1 Priority frame transmitter starts to transmit frame, stops priority frame transmission if there is conflict during priority frame transmission, waits for priority flag to become 1 again, and completes transmission of priority frame if no collision occurs. 14). When the bus is idle, the first frame is given the transmitter frame of the priority frame.If the bus is busy, the priority flag remains 0. If the bus is idle, the priority frame is changed to 1 and the transmitter frame is assigned to the priority frame transmitter. The priority flag changes to 0 when the bus goes back busy or receives a timeout signal from the slot timer.
제3a도는 모든 노드가 송신할 프레임을 가지고 있지 않을 경우의 예를 나타내는도면으로 버스가 사용되지 않는 상태인 휴지상태가 지속되는 동안 N+1개의 타임슬롯(time slot)이 있으며, 각 타임슬롯 동안에는 어느 하나의 노드가 프레임을 송신할 기회를 가지게 된다. 모든 노드가 자신의 송신기회를 사용하지 못하면 모니터 노드는 동기프레임을 송신하여 각 노드에서 자신의 송신기회를 결정하는 전송계수기의 값을 노드번호값으로 초기화하도록 한다. t0의 타임슬롯에는 우선순위 프레임을 송신하는 기간이며, 우선순위 프레임이 송신되지 않을 경우 t1부터 tN-1까지의 타임슬롯에서는 이전 비지상태의 전송계수기 값이 각각 1부터 N-1을 가진 노드가, tn타임슬롯에서는 전송계수기의 값이 0인 노드가 프레임을 송신할 권리를 가진다. 비지상태란 데이타 프레임 또는 동기프레임이 버스에 송신되어 버스가 사용되는 상태를 말한다. 여기에서 t0 타임슬롯에 송신될 수 있는 우선순위 프레임이란 다음의 세가지 경우중 하나 또는 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있다. 첫째, 직전의 비지상태에서 프레임을 수신한 노드의 응답프레임으로 빠른 응답을 필요로 하는 경우에 사용될 수 있다.Figure 3a shows an example of when all nodes do not have a frame to transmit. There are N + 1 time slots during the idle period when the bus is not in use. During each time slot, Either node has the opportunity to transmit the frame. If all nodes do not use their own transmitter time, the monitor node transmits a sync frame to initialize the value of the transmission counter that determines its transmitter time at each node with the node number value. In the time slot of t0, the priority frame is transmitted. In the time slots of t1 to t N-1 when no priority frame is transmitted, the node having the previous busy state counter value of 1 to N-1, respectively. In the t n timeslot, a node having a transmission counter value of 0 has a right to transmit a frame. The busy state is a state in which a data frame or sync frame is transmitted to the bus and the bus is used. Here, the priority frame that may be transmitted in the t0 timeslot may be one or a combination of one or more of the following three cases. First, it may be used when a quick response is required as a response frame of a node receiving a frame in a previous busy state.
둘째, 망의 구성이 하나의 마스터(master)와 다수의 슬레이브(slave)로 구성되고, 망을 통한 프레임의 이동이 대부분 마스터와 슬레이브들간에 이루어질때 마스터가 송신하는 프레임으로 이 경우 마스터 노드는 슬레이브 노드들에 비하여 많은 프레임을 송신하므로 슬레이브 노드들에 비하여 더 많은 송신기회를 가져야 한다.Second, the network is composed of one master and multiple slaves, and the frame transmitted by the master when most of the frame movement through the network is made between the master and the slaves. Since many frames are transmitted compared to the nodes, they should have more transmitter times than slave nodes.
셋째, 망의 이상상태를 통보하는 경우와 같이 망의 운용에 관련한 데이타를 전달하는 프레임.Third, a frame that delivers data related to network operation, such as when notifying a network abnormal condition.
제3b도는 어느 한 노드가 프레임을 송신하였을 경우의 예를 나타낸다.3B shows an example in which one node transmits a frame.
동기프레임의 송신되면 모든 노드는 전송계수기의 값을 노드번호의 값으로 초기화하므로 동기프레임의 송신된 직후 t0 타임슬롯에서는우선순위 프레임을 가진 노드 t1에서는 1번 노드, t2에서는 2번 노드가 프레임을 송신할 권리를 가진다. t2에서 2번 노드가 프레임을 송신하였으므로 프레임의 송신이 완료된 후 t3에서는 다시 우선순위 프레임을 가진 노드가 송신할 권리를 가지며 t4와 t5에서는 각각 3번 노드와 4번 노드가 송신할 권리를 가진다. 이와 같이 프레임을 송신할 권리가 모든 노드에게 차례로 분배되어 기다리는 시간을 최소화한다.When the synchronization frame is transmitted, all nodes initialize the value of the transmission counter to the value of the node number.So, after transmission of the synchronization frame, node 1 has the priority frame in time slot t0, node 1 in node t1, and node 2 in t2. You have the right to send. Since node 2 transmits the frame at t2, after the transmission of the frame is completed, the node having the priority frame has the right to transmit again at t3, and node 3 and 4 have the right to transmit at t4 and t5, respectively. In this way, the right to send a frame is distributed to all nodes in order to minimize the waiting time.
제4도는 프레임 송신기의 동작을 나타낸다. 송신할 프레임을 가지고 있을 경우 송신기회가 왔음을 알려주는 프레임 송신신호를 기다리며 프레임 송신신호를 받으면 프레임 송신을 시작한다. 노드는 프레임을 송신하면서 충돌이 발생하였는지 검사하여 충돌이 발생하지 않으면 프레임의 송신을 완료하고 위의 과정을 되풀이 한다. 프레임 송신중에 충돌이 감지되면 송신을 중지한다.4 shows the operation of the frame transmitter. If there is a frame to be transmitted, it waits for a frame transmission signal indicating that the transmitter has arrived, and when the frame transmission signal is received, the frame transmission starts. The node checks if a collision occurred while transmitting the frame. If the collision does not occur, the node completes the transmission of the frame and repeats the above process. If a collision is detected during frame transmission, transmission is stopped.
제5도는 버스가 휴지상태로 되면 각 노드의 송신슬롯을 결정하는 기준신호를 발생시키는 슬롯타이머의 동작을 나타낸 것이다. 버스가 비지상태이면 슬롯타이머는 클리어되어 동작이 중지되며, 휴지상태가 되면 동작을 시작한다. 정해진 시간이상 휴지상태가 계속되면 슬롯타이머는 타임아웃(timeout)되어 타임아웃신호를 발생시키고 슬롯타이머를 다시 동작시킨다. 슬롯타이머의 타임아웃신호는 노드의 송신권리가 다음 노드로 넘어감을 의미한다.5 illustrates the operation of a slot timer for generating a reference signal for determining a transmission slot of each node when the bus is idle. When the bus is busy, the slot timer is cleared to stop operation. When the bus is idle, operation starts. When the idle state continues for a predetermined time, the slot timer times out, generates a timeout signal, and operates the slot timer again. The timeout signal of the slot timer means that the transmission authority of the node passes to the next node.
제6도는 노드의 프레임 송신시점을 결정하는 전송계수기의 동작에 대한 것이다. 모니터 노드에서 송신한 동기프레임이 검출되면 전송계수기에 노드번호를 입력하여 프레임을 송신할 타임슬롯을 결정한다. 그리고 슬롯타이머 타임아웃신호를 기다려, 타임아웃신호가 수신되지 않으면 위의 과정을 되풀이하며 타임아웃신호가 수신되면 전송계수기의 값을 1감소시키되 전송계수기의 값이 0일 경우 전송계수기의 값을 N-1로 바꾼다. 전송계수기의 값을 1감소시킨 후의 값이 0가 아니면 위의 과정을 되풀이하며, 전송계수기의 값이 0이면 프레임 송신신호를 발생시키고 위의 과정을 되풀이한다. 즉 전송계수기의 값이 0이 되면 해당 노드가 프레임을 송신할 수 있는 시점이 되었음을 나타낸다.6 is the operation of the transmission counter to determine the frame transmission time of the node. When the sync frame transmitted from the monitor node is detected, the node number is input to the transmission counter to determine the time slot to transmit the frame. If the timeout signal is not received, the above process is repeated. If the timeout signal is received, the value of the transmission counter is decreased by 1, but if the value of the transmission counter is 0, the value of the transmission counter is N. Change it to -1. If the value of the transmission counter is decreased by 1 and the value is not 0, the above process is repeated. If the value of the transmission counter is 0, the frame transmission signal is generated and the above process is repeated. In other words, when the value of the transmission counter becomes 0, it indicates that the time point at which the corresponding node can transmit the frame.
제7도는 모든 노드가 자신의 프레임 송신기회를 사용하지 않았을 경우 또는 충돌이 발생했을 경우 다시 정상적으로 프레임 송신기회를 부여하기 위하여 동기프레임을 송신하는 모니터부의 동작에 대한 것이다. 이와 같은 모니터 기능은 망에 연결된 노드들중 하나의 노드만 수행하여야 한다.FIG. 7 relates to the operation of the monitor unit transmitting a sync frame in order to give a frame transmitter normally again when all nodes do not use their own frame transmitter times or when collision occurs. This monitor function should be executed only one node among the nodes connected to the network.
제7a도는 동기프레임 송신기의 동작을 나타낸 것으로 충돌이 감지되거나, 동기계수기로부터 동기 프레임 송신신호를 수신하면, 버스가 휴지상태로 되기를 기다리며 휴지상태가 되면 동기프레임을 송신한다. 어느 노드의 전송계수기의 값이 어떤 원인에 의하여 비정상적인 값을 가지고 있을 경우에는 두개 이상의 노드가 동시에 프레임을 송신하게 되어 충돌이 발생할 수 있으므로 충돌이 발생되면 버스가 휴지상태로 될때까지 기다린 후 동기프레임을 송신하여 모든 노드의 전송계수기의 값을 다시 초기화하여 정상적으로 송신기회가 부여되도록 한다.FIG. 7A illustrates the operation of the sync frame transmitter. When a collision is detected or the sync frame transmission signal is received from the sync counter, the bus waits for the bus to be idle and transmits the sync frame when the bus is idle. If the transmission counter value of a node has an abnormal value due to some cause, two or more nodes may transmit frames simultaneously, which may cause a collision. If a collision occurs, wait until the bus is idle and then wait for a sync frame. Transmit and reinitialize the values of the transmission counters of all nodes so that the transmitter time is normally granted.
제7b도는 모든 노드가 자신의 송신기회를 사용하지 않을때 동기프레임을 신호를 발생시키는 동기계수기의 동작을 나타낸 것이다. 모든 노드가 송신기회를 사용하지 않아도 전송계수기의 값은 N-1∼0사이의 값을 순환하므로 저절로 송신기회가 모든 노드에게 차례로 주어진다. 그러나 전송계수기의 값을 감소시키는 슬롯타이머의 타임아웃신호는 각 노드에서 독립적인 기준클럭을 사용하여 발생시키므로 기준클럭의 오차가 누적되어 전송계수기의 값이 비정상적으로 되거나 노드간에 타입슬롯의 동기가 달라질 우려가 있다. 따라서 모든 노드가 송신기회를 사용하지 않으면 모니터 노드는 동기프레임을 송신하여 전송계수기의 값을 초기화함과 동시에 인위적으로 비지상태를 만들어 주는 노드들간에 타임슬롯의 동기를 정확하게 만들어 준다. 따라서 모니터 노드는 동기계수기를 가지고 있어 버스가 비지상태이면 동기계수기를 0으로 클리어시키고, 휴지상태이면 슬롯타이머의 타임아웃신호를 수신할때마다 동기계수기의 값을 1씩 증가시킨다. 동기계수기의 값이 노드의 수보다 크면 동기프레임을 송신하고 동기계수기를 0으로 클리어한 후 위의 과정을 되풀이 한다.FIG. 7B shows the operation of the sync counter to generate a sync frame when all nodes do not use their transmitter. Even if all nodes do not use the transmitter session, the value of the transmission counter circulates between N-1 and 0, so the transmitter cycle is automatically given to all nodes. However, since the timeout signal of the slot timer that reduces the value of the transmission counter is generated by using the independent reference clock at each node, the error of the reference clock accumulates and the value of the transmission counter becomes abnormal or the synchronization of the type slot between nodes is different. There is concern. Therefore, if all nodes do not use the transmitter, the monitor node transmits a synchronization frame to initialize the value of the transmission counter and at the same time, precisely synchronizes the timeslot between nodes that artificially make busy state. Therefore, the monitor node has a synchronous counter. When the bus is busy, the synchronous counter is cleared to zero. If the monitor node is idle, the monitor node increments the value of the synchronous counter by one whenever it receives the timeout signal of the slot timer. If the value of the synchronous counter is greater than the number of nodes, the synchronous frame is transmitted, the synchronous counter is cleared to 0, and the above process is repeated.
제8도는 우선순위의 프레임을 송신하는 과정을 나타낸다. 우선순위 데이타를 가지고있는 노드가 우선순위 프레임을 송신하는 타임슬롯을 만나면 즉 우선순위 플래그가 1이면 우선순위 프레임 송신을 시작한다. 프레임 송신중에 충돌이 발생되면 송신을 중지하고 위의 과정을 되풀이하며 충돌이 발생되지 않으면 프레임 송신을 완료하고 위의 과정을 되풀이 한다.8 shows a process of transmitting a priority frame. If a node with priority data encounters a time slot that transmits a priority frame, i.e. a priority flag of 1, then the priority frame transmission starts. If a collision occurs during frame transmission, stop the transmission and repeat the above procedure. If no collision occurs, complete the frame transmission and repeat the above procedure.
제9도는 우선순위 프레임을 송신하는 시점을 결정하는 우선순위 플래그 상태의 신호를 나타낸 것이다. 우선순위 프레임은 버스가 휴지상태가 된 후 첫번째 타임슬롯에서 송신할 수 있으므로 이때 우선순위 플래그를 1로 만들어 우선순위 프레임을 송신하도록 하고 버스가 비지상태로 되거나 슬롯타이머가 타임아웃되면 우선순위 플래그를 0으로 만들어 우선순위 프레임의 송신기회가 끝났음을 표시한다. 버스가 휴지상태이면 우선순위 플래그를 0으로 만들며, 비지상태이면 휴지상태가 될때까지 기다린 후 우선순위 플래그를 1로 만든다. 우선순위 플래그를 1로 만든후 버스가 비지상태로 되거나 슬롯타이머 타임아웃신호가 수신될때까지 기다렸다가 우선순위 플래그를 0으로 만든 후 위의 동작을 되풀이 한다.9 shows a signal in a priority flag state that determines when to send a priority frame. Priority frames can be sent in the first timeslot after the bus has been idle, so the priority flag is set to 1 to send priority frames, and when the bus is busy or the slot timer times out, the priority flag is sent. Set to 0 to indicate that the transmitter session of the priority frame is complete. If the bus is idle, the priority flag is set to 0. If the bus is idle, the priority flag is waited until it is idle and then the priority flag is set to 1. After setting the priority flag to 1, wait until the bus is busy or a slot timer timeout signal is received, then set the priority flag to 0 and repeat the above operation.
본 발명은 비교적 짧은 길이(1Km이하)의 공유버스를 사용하고, 적은 수의 노드(64개 이하의 노드)를 연결하는 망에서 각 노드가 순서대로 프레임을 송신할 수 있도록 하는 방법에 관한 것으로 CSMA/CD에서 발생하는 충돌이 발생되지 않으며, 토큰버스나 고속근거리망에서와 같이 노드들에게 순서적으로 공정하게 프레임 송신기회를 부여하면서도, 프레임 송신권리를 얻기 위하여 기다리는 시간이 토큰버스에서 토큰을 전달하기 위한 시간이나 고속근거리망에서 프레임 송신권리를 얻기 위하여 기다리는시간에 비하여 짧아 버스의 이용률을 높이는 효과가 있다. 또한 노드들은 공정한 송신기회를 가지며 엑세스 제어를 위한 오버헤드가 적어 실시간 전송을 필요로 하는 망에 적용할 수 있으며, 동시에 우선순위 프레임 송신기능을 가지고 있어 하나의 마스터와 다수의 슬레이브들을 가진 망에도 적절하게 적용할 수 있다.The present invention relates to a method for enabling each node to transmit frames in order in a network connecting a small number of nodes (less than 64 nodes) using a shared bus of a relatively short length (1 km or less). There is no collision occurring on / CD, and the time to wait for the right to send a frame is transferred to the token bus, while giving the frame transmitter times fairly to the nodes in order, such as in the token bus or high-speed short-range network. Compared to the waiting time or waiting time for obtaining frame transmission right in a high-speed local area network, the bus utilization rate is increased. In addition, the nodes have fair transmitter times and have low overhead for access control, so they can be applied to a network requiring real-time transmission, and at the same time, the priority frame transmission function is suitable for a network having one master and multiple slaves. Can be applied.
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