KR101397299B1 - Ｈｓｒ 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 프레임 송수신 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Ｈｓｒ 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 프레임 송수신 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 Traffic Control IED를 이용한 트래픽 성능 개선 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따르면, 복수의 IED(Intelligent Electronic Device) 중 하나가 트래픽 컨트롤 IED(TCIED)로 설정된 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 상기 TCIED가 프레임의 송수신을 제어하는 방법으로서, 소스 IED의 양방향 포트를 통해 송신된 데이터 프레임 중 제1 포트를 통해 먼저 수신된 데이터 프레임을 저장하는 단계; 상기 데이터 프레임의 최대 지연 시간을 결정하는 단계; 및 상기 최대 지연 시간 이내에 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 수신되는지 여부에 따라 상기 저장된 데이터 프레임의 폐기 및 전송을 결정하는 단계를 포함하는 프레임 송수신 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면 종래의 HSR 프로토콜이 가지는 네트워크 단절시 데이터 프레임을 안전하게 전송할 수 있는 안정성을 보장하면서도, 네트워크 상의 트래픽 부하를 현저히 감소시킴으로써, 안전하게 데이터 프레임을 송수신 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

ＨＳＲ 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 프레임 송수신 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMITTING AND RECEIVING FRAME IN RING NETWORK APPLIED HSR PROTOCOL}
본 발명의 실시예들은 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 프레임 송수신 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 HSR 네트워크에서 프레임 전송 시 발생하는 트래픽 부하를 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
HSR(High-availability Seamless Redundancy) 프로토콜은 링 네트워크의 단절을 빠른 시간 안에 복구하기 위해 제안된 기술로서, 다른 복구 프로토콜에 비해 짧은 복구 시간을 지원하는 특징이 있다(복구시간:‘zero’ time).
도 1은 종래 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 전송하는 과정을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여, 종래 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 전송하는 방법을 보다 상세하게 설명하면, 링 네트워크 내에 있는 모든 IED(Intelligent Electronic Device)에 두 개의 포트가 존재한다고 가정할 때, 소스 IED가 동일한 프레임을 각각의 포트를 통하여 목적지 IED까지 전송함으로써, 하나의 링크에 단절이 발생해도 나머지 하나의 링크로 프레임을 전송할 수 있도록 한다. 따라서, HSR 프로토콜은 링 네트워크 단절 시 이를 복구하는데 시간이 소요되지 않는 특징이 있다.
도 2는 종래 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 각 IED가 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 Supervision 프레임을 통하여 관리하는 방법을 IED3의 경우를 일예로 하여 도시한 도면이다
도 2를 참조하여, 종래 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 전체 IED의 정보를 관리하는 방법을 상세하게 설명하면, HSR 프로토콜은 링 네트워크 내에 있는 각 IED가 주기적으로 Supervision 프레임을 서로 교환하는 시스템을 사용함으로써, Supervision 프레임이 전달되는지 여부를 통하여, 전체 네트워크의 상태를 알 수 있도록 하고, 각 IED 모두가 서로 다른 IED의 정보를 저장하도록 한다.
이렇게, 짧은 복구 시간을 보장하고, Supervision 프레임의 전송을 가능하게 하기 위하여, HSR 프로토콜은 각 IED가 양방향으로 전송한 데이터 프레임 및 Supervision 프레임이 각각의 루트를 따라 모든 IED를 경유한 뒤, 이를 전송한 IED의 반대편 포트에 도달하는 때에 폐기되도록 한다.
그러나, HSR 프로토콜의 이러한 구조는 링 네트워크에 많은 트래픽 부하를 발생시고, 트래픽 부하로 인하여 데이터 전송이 지연되거나, 데이터가 전송되지 않을 수 있는 문제점이 있다. 따라서, HSR 프로토콜은 전송시간 및 복구시간에 매우 민감한 IEC 61850 기반의 스마트 그리드 통신 시스템에 적용될 경우, 심각한 문제를 발생시킬 수 있다는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 트래픽 성능을 개선하는 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 복수의 IED(Intelligent Electronic Device) 중 하나가 트래픽 컨트롤 IED(TCIED)로 설정된 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 상기 TCIED가 프레임의 송수신을 제어하는 방법으로서, 소스 IED의 양방향 포트를 통해 송신된 데이터 프레임 중 제1 포트를 통해 먼저 수신된 데이터 프레임을 저장하는 단계; 상기 데이터 프레임의 최대 지연 시간을 결정하는 단계; 및 상기 최대 지연 시간 이내에 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 수신되는지 여부에 따라 상기 저장된 데이터 프레임의 폐기 및 전송을 결정하는 단계를 포함하는 프레임 송수신 제어 방법이 개시된다.
상기 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 상기 최대 지연 시간 내에 수신되지 않는 경우, 상기 저장된 데이터 프레임을 상기 제2 포트를 통해 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 소스 IED로부터 송신된 데이터 프레임이 상기 제1 및 제2 포트로 동시에 도달하거나, 상기 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 상기 최대 지연 시간 내에 수신되는 경우, 상기 데이터 프레임을 모두 폐기하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 최대 지연 시간은 상기 데이터 프레임의 타입, 상기 데이터 프레임의 사이즈, 회선 속도 및 상기 소스 IED 및 목적지 IED와의 홉 수 중 적어도 하나에 따라 결정될 수 있다.
상기 최대 지연 시간은 상기 소스 IED에서 상기 목적지 IED간 최대 전송 시간과 상기 목적지 IED와 상기 TCIED간 최대 전송 시간의 합에서 상기 소스 IED와 상기 TCIED간 최대 전송 시간을 차감하여 결정될 수 있다.
상기 최대 전송 시간은 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
[수학식]
최대 전송 시간 (Maximum Transmission Time)
Figure 112012092792365-pat00001
여기서, 전송 시간 (Transmission Time)
Figure 112012092792365-pat00002
이며, Wire Speed는 회선 속도이다.
상기 제1 및 제2 포트를 통해 슈퍼비전(Supervision) 프레임을 송신하는 단계; 상기 슈퍼비전 프레임을 수신한 다른 IED 각각이 전송한 자신의 IED의 정보를 포함하는 응답(Supervision Ack) 프레임을 수신하는 단계; 및 상기 응답 프레임을 이용하여 상기 링 네트워크에 포함된 모든 IED에 관한 정보를 노드 테이블에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 슈퍼비전 프레임을 미리 지정된 주기로 송신할 수 있다.
상기와 같은 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에 포함되며 프레임의 송수신을 제어하는 트래픽 컨트롤 장치로서,
제1 포트 및 제2 포트를 통해 데이터 프레임을 송수신하는 송수신부;
소스 IED의 양방향 포트를 통해 송신된 데이터 프레임 중 제1 포트를 통해 먼저 수신된 데이터 프레임을 저장하는 저장부; 및
상기 데이터 프레임 수신 이후, 상기 데이터 프레임의 최대 지연 시간을 결정하고, 상기 최대 지연 시간 이내에 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 수신되는지 여부에 따라 상기 저장된 데이터 프레임의 폐기 및 전송을 결정하는 제어부를 포함하는 트래픽 컨트롤 장치가 제공된다.
상기 제어부는 상기 데이터 프레임의 타입, 상기 데이터 프레임의 사이즈, 회선 속도 및 상기 소스 IED 및 목적지 IED와의 홉 수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 최대 지연 시간을 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 소스 IED에서 상기 목적지 IED간 최대 전송 시간과 상기 목적지 IED와 상기 TCIED간 최대 전송 시간의 합에서 상기 소스 IED와 상기 TCIED간 최대 전송 시간을 차감하여 상기 최대 지연 시간을 결정할 수 있다.
본 발명에 따르면, HSR 프로토콜이 가지는 링 네트워크에서 데이터 프레임의 안정적인 전송을 보장하면서도, 네트워크 상의 트래픽 부하를 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 전송하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 종래 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 각 IED가 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 Supervision 프레임을 통하여 관리하는 방법을 IED3의 경우를 일예로하여 도시한 도면이다
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 프레임 송수신을 제어하는 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 TCIED를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 1:1로 전송하는 경우에 있어서, 전송 중 에러가 발생하지 않은 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 1:1로 전송하는 경우에 있어서, 전송 중 에러가 발생한 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 일 대 다수로 전송하는 경우에 있어서, 전송 중 에러가 발생하지 않은 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 일 대 다수로 전송하는 경우에 있어서, 전송 중 에러가 발생한 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 관리하는 방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 프레임 송수신을 제어하는 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 1:1로 전송하는 경우에 있어서, 전송 중 에러가 발생하지 않은 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 1:1로 전송하는 경우에 있어서, 전송 중 에러가 발생한 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
이하, 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임 송수신을 제어하는 방법을 상세하게 설명한다.
우선, 복수의 IED(Intelligent Electronic Device)를 포함하는 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 복수의 IED 중 하나를 TCIED(Traffic Control Intelligent Electronic Device)로 선정한다(단계 301)
TCIED는 링 네트워크 상에서 상대적으로 CPU 성능이 높은 IED로 선정될 수 있다.
다음으로, TCIED가 프레임 송수신 관리하는 방법은 프레임 종류에 따라 달리하는데, Supervision 프레임의 송수신인지, 데이터 프레임의 송수신인지 판단한다(단계 302).
데이터 프레임의 경우, TCIED의 제1 포트를 통해 데이터 프레임이 수신되면, TCIED는 데이터 프레임을 저장한다(단계 303).
링 네트워크 상에서, 소스 IED는 목적지 IED로 1대1로 데이터 프레임을 송신하거나, 목적지 IED들에게 1대 다수로 데이터 프레임을 전송하기 위하여, 소스 IED의 양방향 포트를 통해 데이터 프레임을 송신한다.
링 네트워크의 IED간의 연결 구조가 원형임을 고려할 때, 소스 IED가 송신한 양 방향의 데이터 프레임 중 어느 하나의 프레임이라도 링 네트워크상의 모든 IED를 경유하여 전송이 이루어진다면, 목적지 IED 또는 목적지 IED들에게로 데이터 전송이 정확히 이루어졌다고 할 수 있다.
이 때, 소스 IED와 TCIED와의 연결 위치에 따라, 소스 IED의 양방향 포트를 통한 데이터 프레임의 도달시간이 같거나, 달라질 수 있는데, TCIED는 자신의 양방향 포트로 데이터 프레임을 동시에 수신하거나, TCIED의 어느 하나의 데이터 프레임을 먼저 수신하게 된다.
소스 IED가 양방향 포트를 통해 송신한 데이터 프레임 중 하나가 TCIED의 제1 포트를 통하여 먼저 수신된 경우, TCIED는 데이터 프레임을 TCIED의 제2 포트를 통하여 송신하지 않고, 저장부에 저장함으로써, 소스 IED가 송신한 양방향의 데이터 프레임이 링 네트워크에 존재하는 모든 IED에게 2번 송신되는 것을 방지한다.
그 다음으로, 상기 TCIED가 제1 포트를 통해 데이터 프레임을 수신한 때를 기점으로 하여 타이머를 동작시킨다(단계 304).
본 발명에 따르면, TCIED는 소스 IED가 양방향 포트를 통해 송신한 데이터 프레임 중 먼저 수신된 시점에 상기한 데이터 프레임의 최대 지연 시간을 계산하고, 계산된 시간에 기초하여 타이머를 동작시킨다.
타이머를 동작시킴으로써, 링 네트워크가 단절되는 등의 문제로 인하여 TCIED의 제2 포트로 데이터 프레임의 수신이 지연되는 경우, TCIED의 제2 포트로 데이터 프레임을 전송할지 여부를 결정한다.
TCIED는 제2 포트를 통하여 데이터 프레임이 최대 지연 시간 내에 수신되는지 여부를 판단한다(단계 305).
본 발명에 따른 최대 지연 시간은 소스 IED가 송신한 데이터 프레임이 TCIED의 제1 포트로 수신된 이후, 소스 IED가 송신한 데이터 프레임이 TCIED의 제2 포트로 수신되기 전까지 TCIED가 데이터 프레임을 제2 포트로 송신하지 않고, 저장하고 있어야 할 대기 시간을 의미한다.
최대 지연 시간은 소스 IED로부터 송신된 데이터 프레임이 링 네트워크로의 불필요하게 이중으로 송신되는 것을 막기 위하여 계산되어야 할 중요한 요소이다.
이하, 최대 지연 시간의 계산 방법을 살펴본다.
Parameter Value
Wire Speed 100Mbps
Frame Size 180Bytes
Hop Count 1 이상
상기 표 1은 최대 지연 시간을 계산하기 위해 필요한 파라미터들의 일례를 나타낸 것이다.
프레임 사이즈(Frame Size)는 피 전송 데이터 프레임의 크기를 의미한다.
회선 속도(Wire Speed)는 링 네트워크의 IED들을 연결하는 와이어(통신선, Wire)가 초당 전송할 수 있는 데이터의 양을 의미한다.
홉 카운트(Hop Count)는 데이터 프레임이 인접 IED 사이의 와이어를 경유한 횟수, 다시 말하면, 데이터 프레임이 송신된 IED부터 수신된 IED까지 송신된 IED를 제외한 총 IED의 수를 의미한다.
상기한 파라미터를 이용하여 전송 속도(Transmission Time)가 아래의 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112012092792365-pat00003
상기 전송 시간을 통하여 링 네트워크 내에서 와이어로 직접 연결된 인접한 IED 간의 데이터 전송에 필요한 시간을 계산할 수 있다.
수학식 1의 전송 시간 및 홉 카운트를 이용하여, 최대 전송 시간을 계산할 수 있는데, 최대 전송 시간(Maximum Transmission Time)은 아래의 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112012092792365-pat00004
최대 전송 시간(Maximum Transmission Time)이란, 데이터 프레임을 송신하는 송신 IED로부터 데이터 프레임을 수신하는 수신 IED간의 데이터 프레임을 전송하는데 필요한 시간을 의미하는 것으로, 전송 시간(Transmission Time)과 홉 카운트(Hop Count)를 곱하여 산출될 수 있다.
최종적으로, TCIED가 소스 IED로부터 제1 데이터 프레임을 수신한 후 계산되는 최대 지연 시간(Maximum Delay Time)은 소스 IED와 목적지 IED간의 최대 전송 시간과 목적지 IED와 TCIED간의 최대 전송 시간을 합한 값에서, 소스 IED와 TCIED간의 최대 전송 시간을 차감하는 방법으로 계산하여 산출될 수 있다.
제1 포트로 데이터 프레임을 수신한 TCIED가 계산하는 최대 지연 시간은 아래의 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112012092792365-pat00005
(SIED↔DIED)는 소스 IED와 목적지 IED 사이의 최대 지연 시간을 의미하고, (DIED↔TCIED)는 목적지 IED와 TCIED 사이의 최대 지연 시간을 의미하며, (SIED↔DIED)는 소스 IED와 TCIED 사이의 최대 지연 시간을 의미한다.
최대 지연 시간은 상기 수학식 3과 같은 방법으로 계산되는 것이 일반적이나, 데이터 프레임의 타입 별로 변동될 수 있다.
예를 들면, 음성 데이터 프레임과 같이 실시간 빠른 전송이 요구되는 데이터 프레임의 경우, 최대 지연 시간은 상기 수학식 3과 같은 방법으로 산출되어 실시간 통신을 보장할 수 있다.
그러나, 메시지 데이터 프레임 또는 E-mail 데이터 프레임과 같이 실시간 전송이 요구되지 않는 데이터 프레임의 경우, 최대 지연 시간은 상기 수학식 3과 같은 방법으로 산출된 시간보다 더 길게 설정될 수 있다.
일례로, 데이터 프레임 타입 별 최대 지연 시간 설정 방법은 데이터 프레임의 타입에 따라 산출된 최대 지연 시간에 미리 지정된 상수를 곱하되, 미리 지정된 상수를 데이터 타입 별로 달리 설정하는 방법으로 데이터 프레임 타입 별 최대 지연 시간을 설정할 수 있다.
다음으로, TCIED의 제2 포트를 통하여 데이터 프레임이 최대 지연 시간 내에 수신되는 경우, TCIED는 저장해 놓은 데이터 프레임을 폐기한다(단계 306).
도 5를 참조하면, 소스 IED로부터 양방향으로 데이터 프레임(A, B frame)이 송신된 후, TCIED의 제1 포트로 데이터 프레임(B frame)이 TCIED에 먼저 도달하여 TCIED의 저장부에 저장되고 있다가, TCIED의 제2 포트로 데이터 프레임(B frame)이 최대 지연 시간 내에 수신된 때에 데이터 프레임이 모두 폐기되는 방법이 도시되어 있다.
TCIED가 최대 지연 시간 내에 제2 포트로 데이터 프레임을 수신한 경우, 데이터 프레임은 링 네트워크내의 모든 IED를 경유한 것이므로, 링 네트워크 내의 목적지 IED를 경유한 것이 보장된다.
따라서, TCIED는 제1 포트로 데이터 프레임을 수신한 뒤, 제2 포트로 데이터 프레임을 전송 받은 경우, 소스 IED로부터 목적지 IED로의 데이터 프레임의 송신이 이루어졌다고 판단하고, 데이터 프레임을 송신하지 않은 체, 모두 폐기함으로써, 불필요한 데이터 프레임 송신을 방지한다.
TCIED가 데이터 프레임을 TCIED의 양방향 포트로 동시에 수신하는 경우, TCIED는 데이터 프레임을 전송하지 않고, 모두 폐기한다.
TCIED의 양방향 포트로 데이터 프레임이 수신되었다는 것은 링 네트워크 내부를 통하여, 소스 IED가 송신한 데이터 프레임이 목적지 IED를 포함하여, 모든 IED에게 송신되었다는 것이 보장되는 것이므로, 제1 및 제2 데이터 프레임을 다음 IED로 송신할 필요가 없기 때문이다.
따라서, 이 때, TCIED는 데이터 프레임을 저장하지 않은 체 모두 폐기하여, 링 네트워크에 불필요한 데이터 프레임들을 송신하지 않음으로써 네트워크 트래픽을 감소시킨다.
만약, TCIED의 제2포트로 데이터 프레임이 최대 지연 시간 내에 수신되지 않는 경우, TCIED는 수신된 데이터 프레임을 폐기하지 않고, 제2 포트를 통하여 송신한다(단계 307).
도 6을 참조하면, 소스 IED로부터 송신된 데이터 프레임(B frame)이 전송 중 에러가 발생하여 TCIED로 송신되지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
이와 같은 경우에 TCIED는 최대 지연 시간 내에 데이터 프레임을 수신하지 못하고, 소스 IED로부터 송신된 데이터 프레임이 링 네트워크 내에 존재하는 모든 IED를 경유하였는지 확인할 수 없기 때문에, 데이터 프레임이 목적지 IED로 정확히 송신되었음을 보장할 수 없다.
그렇기 때문에, TCIED는 저장하고 있던 데이터 프레임을 TCIED의 제2 포트를 통하여 송신한다.
링 네트워크에서 데이터 전송 에러가 한 부분에서 발생하였다고 가정할 때, TCIED가 제2 포트로 데이터 프레임을 송신함으로써, 소스 IED가 송신한 데이터 프레임은 목적지 IED로 안전하게 송신될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 데이터 프레임을 일 대 다수로 전송하는 경우에 있어서, 전송 중 에러가 발생하지 않은 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이고, 도 8은 전송 중 에러가 발생한 상황일 때, TCIED를 이용하여 데이터 프레임을 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
상기에서 설명한 바와 같이, TCIED가 소스 IED로부터 송신된 데이터 프레임을 제1 포트로 수신한 경우, 제2 포트로 데이터 프레임이 수신될 때까지 저장하였다가, i) 최대 지연 시간 내에 제2 포트로 데이터 프레임이 도달하는 경우에는 데이터 프레임을 모두 폐기하고, ii) 최대 지연 시간 내에 제2 포트로 데이터 프레임이 도달하지 않는 경우에는 데이터 프레임을 송신한다.
이러한 방식을 통하여, 소스 IED가 송신한 데이터 프레임이 링 네트워크 내의 모든 IED를 경유하게 되며, 1:1 데이터 전송과 마찬가지로 1:다수의 데이터 통신에 있어서, 네트워크의 부하를 감소하면서 안전한 데이터 전송을 보장하는 방법을 개시한다.
상기에서 설명한 방법으로 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 TCIED를 이용하여 프레임 송수신을 제어할 때, 링 네트워크가 단절되지 않은 정상적인 상태에서 네트워크의 트래픽 부하를 현저하게 감소시킬 수 있고, 링 네트워크가 단절된 상황에서도 종래 HSR 프로토콜과 마찬가지로 안전한 데이터 전송을 보장한다.
상기에서 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 프래픽 감소를 위한 한 방법으로 데이터 프레임 송수신 제어 방법을 살펴보았다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 관리하는 방법으로, 슈퍼비전(Supervision) 프레임 송수신 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 관리하는 과정의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서, 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 관리하는 방법을 도시한 도면이다.
이하, 도 3 및 도 9를 참조하여, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 TCIED만이 Supervision 프레임을 전송하는 방법을 통하여 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 관리하는 방법을 구체적으로 설명한다.
우선, TCIED가 양방향 포트(제1 및 제2 포트)로 상기 TCIED 내부에 저장된 Nodes Table의 정보를 포함하는 슈퍼비젼(Supervision) 프레임을 주기적으로 송신한다.
본 발명은 TCIED만이 네트워크 내의 모든 IED의 정보가 담긴 Supervision 프레임을 네트워크 내에 양 방향으로 전송하도록 하고, 네트워크상의 나머지 IED들은 TCIED가 전송하는 Supervision 프레임을 수신할 수 있을 뿐, Supervision 프레임을 송신할 수 없다.
TCIED는 미리 설정된 주기로 Supervision 프레임을 송신하는데, 그 주기는 네트워크의 특성에 따라 달리 설정될 수 있다.
다음으로, Supervision 프레임을 전송 받은 네트워크 내의 모든 IED들은 각 IED들의 양방향 포트를 통하여 Supervision Ack 프레임을 전송한다.
네트워크 내의 각 IED들은 TCIED로부터 수신한 Supervision 프레임으로부터 네트워크 내의 모든 IED들의 정보를 알 수 있다. TCIED가 네트워크 내의 모든 IED에 관한 정보를 저장하고, 모든 IED에 관한 정보를 갱신하여 모든 IED에게 알려주는 역할을 수행함으로써, 네트워크 내의 다른 IED들은 Supervision 프레임을 전송할 필요가 없으며, TCIED로부터 Supervision 프레임을 수신한 IED는 각각 자신의 IED의 정보가 담긴 Supervision Ack 프레임을 송신하는 방법으로 정보의 갱신을 유도한다.
마지막으로, 네트워크 내의 IED로부터 Supervision Ack 프레임을 수신한 TCIED는 TCIED 내부의 Node Table에 네트워크 내의 모든 IED에 관한 정보를 저장 및 갱신(업데이트)한다.
Nodes Table에는 네트워크 내의 각 IED들의 Source Address(MAC Address), Sequence Number 등 다양한 정보가 포함될 수 있다.
이렇게 갱신된 Node Table의 정보는 TCIED가 Supervision 프레임을 네트워크 내의 IED에게로 송신할 때 포함되어 송신되어, 네트워크 내의 모든 IED에게 네트워크의 모든 IED에 관한 정보를 알려준다.
이와 같은 방법으로, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 각 IED들이 Supervision 프레임을 전송하는 대신에, Supervision Ack 프레임을 전송하도록 하고, 오직 TCIED만이 네트워크 내의 모든 IED들의 정보를 주기적으로 전송, 저장 및 업데이트(갱신) 하는 방법으로 네트워크 내의 트래픽 부하를 감소시킬 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 TCIED를 사용하여, 데이터 프레임의 전송을 제어하고, Supervision 프레임을 전송을 제한하는 방법을 통하여, 종래의 HSR 프로토콜이 가지는 네트워크 단절시 데이터 프레임을 안전하게 전송할 수 있는 안정성을 보장하면서도, 네트워크 상의 트래픽 부하를 현저히 감소시킴으로써, 안전하게 데이터 프레임을 송수신 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 TCIED를 도시한 도면이다.
TCIED는 송수신부(401), 저장부(402) 및 제어부(403)를 포함한다.
송수신부(401)는 소스 IED가 송신한 데이터 프레임을 수신하고, 하나의 포트로 수신된 데이터 프레임을 저장한 후 최대 지연 시간 이내에 다른 포트로 데이터 프레임이 수신되지 않는 경우, 저장된 데이터 프레임을 송신한다.
저장부(402)는 소스 IED로부터 양방향 포트 중 하나의 포트(제1 포트)를 통해 수신된 데이터 프레임을 저장한다.
제어부(403)는 TCIED의 제1 포트를 통해 데이터 프레임이 수신된 때, 제2 포트를 통한 데이터 프레임이 최대 지연 시간 내에 수신되는지 여부를 판단하고, i) 데이터 프레임이 최대 지연 시간 내에 수신되는 경우, 데이터 프레임을 제거하며, ii) 데이터 프레임이 최대 지연 시간 내에 수신되지 않는 경우, 데이터 프레임을 제2 포트로 송신 한다.
그리고, 제어부(403)는 데이터 프레임의 타입(type), 프레임의 사이즈(frame size), 회선 속도(wire speed), 소스 IED 및 목적지 IED와의 홉(hop) 수 중 적어도 하나를 이용하여 최대 지연 시간(Maximum Delay Time)을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(403)는 최대 지연 시간(Maximum Delay Time)은 소스 IED와 목적지 IED 사이의 최대 전송 시간(Maximum Transmission Time)과 목적지 IED와 TCIED 사이의 최대 전송 시간(Maximum Transmission Time)의 합에서 소스 IED와 TCIED 사이의 최대 전송 시간(Maximum Transmission Time)을 차감하여 결정할 수 있다.
제어부(403)는 최대 지연 시간 내에 프레임 수신 여부를 판단할 수 있는 타이머를 포함할 수 있다.
전송 시간(Transmission Time), 프레임 사이즈(Frame Size), 와이어 스피드(Wire Speed), 홉 카운트(Hop Count), 최대 전송 시간(Maximum Transmission Time) 및 최대 지연 시간(Maximum Delay Time)에 관한 의미는 상기에서 설명한 것과 같은 의미이고, 상기에서와 같은 수식으로 산출될 수 있다.
TCIED가 네트워크 내에 존재하는 모든 IED의 정보를 관리하는 방법에 있어서, 송수신부(401)는 양방향 포트로 저장부에 저장된 Node Table의 정보를 포함하는 Supervision 프레임을 송신하고, 소스 IED로부터 송신된 Supervision Ack 프레임을 수신한다.
저장부(402)는 소스 IED로부터 양방향 포트 중 하나의 포트(제1 포트)를 통해 수신된 또는 Supervision Ack 프레임을 저장하고, 네트워크 내의 모든 IED에 관한 정보를 Node Table로 저장 및 갱신한다.
제어부(403)는 네트워크상의 IED로부터 수신된 Supervision Ack 프레임들에 포함된 모든 IED 정보를 Nodes Table에 갱신하도록 제어하고, TCIED가 미리 지정된 주기로 Supervision 프레임을 네트워크로 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 복수의 IED(Intelligent Electronic Device) 중 하나가 트래픽 컨트롤 IED(TCIED)로 설정된 HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에서 상기 TCIED가 프레임의 송수신을 제어하는 방법으로서,
    (a) 소스 IED의 양방향 포트를 통해 송신된 데이터 프레임 중 제1 포트를 통해 먼저 수신된 데이터 프레임을 저장하는 단계;
    (b) 상기 데이터 프레임의 최대 지연 시간을 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 최대 지연 시간 이내에 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 수신되는지 여부에 따라 상기 저장된 데이터 프레임의 폐기 또는 전송을 결정하는 단계를 포함하는 프레임 송수신 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 상기 최대 지연 시간 내에 수신되지 않는 경우, 상기 (c) 단계 이후 상기 저장된 데이터 프레임을 상기 제2 포트를 통해 전송하는 단계를 더 포함하는 프레임 송수신 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 소스 IED로부터 송신된 데이터 프레임이 상기 제1 및 제2 포트로 동시에 도달하거나, 상기 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 상기 최대 지연 시간 내에 수신되는 경우, 상기 (c) 단계 이후 상기 데이터 프레임을 모두 폐기하는 단계를 포함하는 프레임 송수신 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 최대 지연 시간은 상기 데이터 프레임의 타입, 상기 데이터 프레임의 사이즈, 회선 속도 및 상기 소스 IED 및 목적지 IED와의 홉 수 중 적어도 하나에 따라 결정되는 프레임 송수신 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최대 지연 시간은 상기 소스 IED에서 상기 목적지 IED간 최대 전송 시간과 상기 목적지 IED와 상기 TCIED간 최대 전송 시간의 합에서 상기 소스 IED와 상기 TCIED간 최대 전송 시간을 차감하여 결정되는 프레임 송수신 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최대 전송 시간은 아래의 수학식에 따라 결정되는 프레임 송수신 제어 방법.
    [수학식]
    최대 전송 시간 (Maximum Transmission Time)
    Figure 112012092792365-pat00006

    여기서, 전송 시간 (Transmission Time)
    Figure 112012092792365-pat00007
    이며, Wire Speed는 회선 속도임
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에 선행하여,
    상기 제1 및 제2 포트를 통해 슈퍼비전(Supervision) 프레임을 송신하는 단계;
    상기 슈퍼비전 프레임을 수신한 다른 IED 각각이 전송한 자신의 IED의 정보를 포함하는 응답(Supervision Ack) 프레임을 수신하는 단계; 및
    상기 응답 프레임을 이용하여 상기 링 네트워크에 포함된 모든 IED에 관한 정보를 노드 테이블에 저장하는 단계를 더 포함하는 프레임 송수신 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슈퍼비전 프레임을 미리 지정된 주기로 송신하는 프레임 송수신 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  10. HSR 프로토콜이 적용된 링 네트워크에 포함되며 프레임의 송수신을 제어하는 트래픽 컨트롤 장치로서,
    제1 포트 및 제2 포트를 통해 데이터 프레임을 송수신하는 송수신부;
    소스 IED의 양방향 포트를 통해 송신된 데이터 프레임 중 제1 포트를 통해 먼저 수신된 데이터 프레임을 저장하는 저장부; 및
    상기 데이터 프레임 수신 이후, 상기 데이터 프레임의 최대 지연 시간을 결정하고, 상기 최대 지연 시간 이내에 제2 포트를 통해 상기 데이터 프레임이 수신되는지 여부에 따라 상기 저장된 데이터 프레임의 폐기 및 전송을 결정하는 제어부를 포함하는 트래픽 컨트롤 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 데이터 프레임의 타입, 상기 데이터 프레임의 사이즈, 회선 속도 및 상기 소스 IED 및 목적지 IED와의 홉 수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 최대 지연 시간을 결정하는 트래픽 컨트롤 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 소스 IED에서 상기 목적지 IED간 최대 전송 시간과 상기 목적지 IED와 상기 트래픽 컨트롤 장치 간 최대 전송 시간의 합에서 상기 소스 IED와 상기 트래픽 컨트롤 장치 간 최대 전송 시간을 차감하여 상기 최대 지연 시간을 결정하는 트래픽 컨트롤 장치.
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