KR20170058629A - 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화함에 있어 시각 동기를 위하여 주기적으로 발신되는 시각 동기 패킷의 전송 지연에 따른 주기 변화를 고려하여 상기 통신 네트워크에서의 트래픽을 추정하고, 이를 반영하여 상기 디바이스 간의 시각을 동기화함으로써, 상기 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 향상시킬 수 있는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명에서는, 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화함에 있어 시각 동기를 위하여 주기적으로 발신되는 시각 동기 패킷의 전송 지연에 따른 주기 변화를 고려하여 상기 통신 네트워크에서의 트래픽을 추정하고, 이를 반영하여 상기 디바이스 간의 시각을 동기화함으로써, 통신 네트워크에서의 트래픽이 증가하더라도 그에 따라 상기 디바이스 간에 시각 동기 오차가 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 이에 따라 상기 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 높일 수 있다는 효과를 가진다.

Description

디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램{Method, apparatus, system and computer program for enhancing the accuracy of Time Synchronization between devices}
본 발명은 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화함에 있어 시각 동기를 위하여 주기적으로 발신되는 시각 동기 패킷의 전송 지연에 따른 주기 변화를 고려하여 상기 통신 네트워크에서의 트래픽을 추정하고, 이를 반영하여 상기 디바이스 간의 시각을 동기화함으로써, 상기 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 향상시킬 수 있는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
네트워크에서 각 네트워크 장치 사이에는 기준 시간을 공유하기 위한 프로토콜이 필요하며 네트워크 선로 외 시각 동기용 전용선을 이용하는 IRIG-B, PPS(Pulse Per Second) 방식과 네트워크 선로를 공유하여 패킷에 필요한 정보를 전송하는 NTP(Network Time Protocol), PTP(Precise Time Protocol) 등의 방식이 있다. 이 중 PTP 방식은 microsecond 이하의 정밀한 시각 동기를 맞추기 위한 방식으로 국제표준(IEEE 1588 및 IEC 61588) 에 규정되어 있다. PTP방식은 시각 동기 마스터 디바이스와 슬레이브 디바이스간 시각 동기 정보가 포함된 패킷을 주기적으로 교환하여 슬레이브 디바이스의 시간을 마스터 디바이스와 동기화 하며 하나의 마스터 디바이스로 여러 개의 슬레이브 디바이스를 동시에 동기화 할 수도 있다. 따라서 공장 자동화, 자동차 제어, 로봇 제어, 스마트 그리드 분산전원, 전력분야 고장진단 등 많은 곳에 PTP 방식이 사용된다.
그런데, 상기 PTP 방식 등과 같이 통신 네트워크를 이용하는 시각 동기 방식은 이상적인 환경에서는 매우 정확할 수 있겠으나, 네트워크의 사용량(traffic)이 많아 통신이 지연되는 등 통신 상태가 좋지 않거나 시각 동기 마스터와 슬레이브 사이에 시각 동기를 지원하지 않는 스위치 등의 장치가 존재하게 되면 시각 동기 성능이 떨어지는 문제가 있다. 이때, 상기 스위치가 TC(transparent clock) 등의 시각 동기 기능을 포함하게 되면 이에 따른 오차는 현저히 줄어들 수 있겠으나, 이러한 경우에도 네트워크의 트래픽(traffic)이 일정하지 않아 시각 동기 패킷 교환시 집중되는 경우에는 시각 동기 오차가 커질 수 있다는 문제가 여전히 남게 된다.
한국 공개특허공보 10-2009-0032306호(2000년 4월 1일 공개)
본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램은 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간에 시각을 동기화함에 있어, 통신 네트워크에서의 트래픽이 증가하더라도 그에 따라 상기 디바이스 간에 시각 동기 오차가 발생하는 것을 억제할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 시각 동기화 방법은, 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 방법으로서, 슬레이브 디바이스가 마스터 디바이스로부터 제1 주기에서의 제1 시각 동기 패킷을 전송받는 제1 패킷 전송 단계; 상기 슬레이브 디바이스가 상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제2 주기에서의 제2 시각 동기 패킷을 전송받는 제2 패킷 전송 단계; 상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제1 주기 산출 단계; 및 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 시각 동기화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 시각 동기화 단계는, 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 단계; 및 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 시각 동기화 단계에서는, 상기 통신 네트워크 상태가 소정의 기준치에 미치지 못하는 경우, 상기 제1 시각 동기 패킷을 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화를 위하여 사용하지 않거나, 상기 제1 시각 동기 패킷에 상기 통신 네트워크 상태에 따른 가중치를 주어 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 시각 동기화 방법은 상기 슬레이브 디바이스가 상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제3 주기에서의 제3 시각 동기 패킷을 전송받는 제3 패킷 전송 단계; 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제3 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제2 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제2 주기 산출 단계; 및 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기 및 상기 제2 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 비교하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 프로그램은 컴퓨터에서 상기 시각 동기화 방법의 각 단계를 실행하기 위한 프로그램인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 슬레이브 디바이스 장치는, 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 슬레이브 디바이스 장치로서, 마스터 디바이스로부터 제1 주기에서의 제1 시각 동기 패킷을 전송받는 제1 패킷 수신부; 상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제2 주기에서의 제2 시각 동기 패킷을 전송받는 제2 패킷 수신부; 상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제1 주기 산출부; 및 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 시각 동기화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 시각 동기화부는, 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 통신 네트워크 상태 추정부; 및 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 시각 동기부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 시각 동기화부에서는, 상기 통신 네트워크 상태가 소정의 기준치에 미치지 못하는 경우, 상기 제1 시각 동기 패킷을 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화를 위하여 사용하지 않거나, 상기 제1 시각 동기 패킷에 상기 통신 네트워크 상태에 따른 가중치를 주어 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 슬레이브 디바이스 장치는, 상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제3 주기에서의 제3 시각 동기 패킷을 전송받는 제3 패킷 수신부; 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제3 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제2 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제2 주기 산출부; 및 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기 및 상기 제2 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 비교하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 통신 네트워크 상태 추정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 시각 동기화 시스템은, 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 시각 동기화 시스템으로서, 제1 주기에서 제1 시각 동기 패킷을 전송한 후, 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후의 제2 주기에서 제2 시각 동기 패킷을 전송하는 마스터 디바이스; 및 상기 마스터 디바이스로부터 제1 주기에서 제1 시각 동기 패킷을 전송받고, 제2 주기에서 제2 시각 동기 패킷을 전송받은 후, 상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하고, 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 마스터 디바이스에 대한 시각을 동기화하는 슬레이브 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램은, 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화함에 있어 시각 동기를 위하여 주기적으로 발신되는 시각 동기 패킷의 전송 지연에 따른 주기 변화를 고려하여 상기 통신 네트워크에서의 트래픽을 추정하고, 이를 반영하여 상기 디바이스 간의 시각을 동기화함으로써, 통신 네트워크에서의 트래픽이 증가하더라도 그에 따라 상기 디바이스 간에 시각 동기 오차가 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 이에 따라 상기 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 높일 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 프로그램은 추가적인 장치 등을 부가하지 않고도 구현이 가능하므로 추가적인 비용이 소요되지 않으며, 또한 추가적인 네트워크 트래픽(traffic)을 발생시키지 않으면서도 디바이스 간의 시각 동기 정밀도를 높일 수 있다.
도 1은 정밀시각 동기(PTP, IEEE1588) 방식에 따른 시각 동기용 통신 패킷 교환 순서를 설명하는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 방법에서의 시각 동기용 패킷 교환 및 이를 이용한 시각 동기용 패킷 주기 산출을 설명하는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따라 산출된 시각 동기용 패킷 주기를 이용하여 시각 동기의 정밀도를 개선하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 장치의 구성도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 시각 동기 정밀도를 향상시키는 방법 및 장치의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 대한 구체적인 설명에 앞서 통신 네트워크를 이용하여 디바이스들 간의 시각을 동기화하는 방법에 대하여 간략하게 설명을 하고, 이어서 본 발명의 구체적인 구성에 대하여 설명을 하도록 한다.
먼저, 도 1에서는 통신 네트워크를 사용하여 디바이스들 간의 시각을 동기화하는 방법 중 하나의 예로서, 정밀시각 동기(PTP) 방식에서의 시각 동기화를 위한 시각 동기용 통신 패킷의 처리 순서를 예시하고 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 정밀시각 동기 (PTP, IEEE1588) 방식에 따른 시각 동기용 통신 패킷 교환 순서는 ①Sync, ②Follow_up, ③Delay_Req, ④ Delay_Resp 의 총 4단계로 구성된다.
슬레이브 디바이스에서는 상기와 같은 4단계의 패킷 교환으로 마스터 디바이스의 시간과 동기화하게 되며, 마스터 디바이스와 슬레이브 디바이스 내에는 각각 정밀한 타이머(PTP 방식에서는 일반적으로 수ns~ 수십ns 단위)가 포함된다.
먼저, 시각 동기 마스터 디바이스에서 통신 네트워크를 통하여 Sync 패킷을 슬레이브 디바이스에 전송한다. 이때, 마스터 디바이스에서는 Sync 패킷을 전송한 시간 (t1)을 내부의 정밀 타이머로 측정한 뒤, Follow_Up 패킷에 상기 Sync 패킷을 전송한 시간 정보(t1)를 포함하여 전송한다. 슬레이브 디바이스는 상기 Sync 패킷을 수신한 시간을 내부 정밀 타이머로 측정한다 (t2). 이어서, 슬레이브 디바이스는 상기 Follow_up 패킷을 수신하여 Sync 의 출발시점(t1)을 알 수 있게 된다. 다음으로, 상기 슬레이브 디바이스는 Delay_Req 패킷을 마스터 디바이스에 송신하며 동시에 Delay_Req 패킷 송신 시간(t3)을 기록한다. Delay_Req 패킷이 마스터 디바이스에 도착하면 내부 타이머를 이용하여 Delay_Req 패킷의 수신 시간(t4)을 측정하고 Delay_Resp 패킷에 그 정보(t4)를 담아 슬레이브 디바이스로 다시 전송한다. 이와 같은 4단계의 패킷 교환을 통하여 슬레이브 디바이스는 t1, t2, t3, t4 를 모두 알 수 있으며, 따라서 하기 수학식1을 사용하여 마스터 디바이스에 대한 슬레이브 디바이스에서의 시간 차이(offsetMS)를 산출할 수 있게 되며, 따라서 슬레이브 디바이스는 자신의 타이머를 보정하여 시각을 동기화할 수 있게 된다.
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그런데, 상기와 같이 마스터 디바이스와 슬레이브 디바이스 간의 시간차를 보정하는 경우, 이상적인 네트워크 환경에서는 수 마이크로 초(us) 이하의 정밀한 시각 동기를 구현할 수 있겠으나, 네트워크 상황이 좋지 않은 경우, 예를 들어 시각 동기용 패킷 교환 시점에서의 네트워크 트래픽(traffic)이 과도하여 상기 시각 동기용 패킷의 전송이 지연되는 등의 경우에는 상기 수학식 1에 의해 산출되는 시간차의 오차가 커지게 되며, 따라서 시각 동기의 정밀도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 만일 상기 통신 네트워크에서의 트래픽(traffic) 상태를 알 수 있다면 해당 시점에서는 시각 동기 패킷교환을 하지 않거나, 또는 이 패킷을 시각 동기에 이용하지 않을 수 있다. 그러나, 시각 동기를 위한 패킷 교환은 수초 이내의 주기로 반복적으로 이루어지고 있기 때문에 트래픽(traffic) 모니터링을 위해서는 매우 빠른 실시간 갱신(update)이 필요하고 이를 위하여 네트워크 트래픽(traffic)을 높이게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 시각 동기 패킷 교환시의 네트워크 환경을 추정하여 만일 당시의 네트워크 환경이 좋지 않다고 판단될 경우에는 상기 수학식 1의 결과를 슬레이브 디바이스의 시간 보정에 적용하지 않거나, 또는 네트워크 환경에 따른 가중치를 반영하여 슬레이브 디바이스에서의 시간을 보정하는 방식을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 시스템(100)의 구성도를 도시하고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 시스템(100)은 마스터 디바이스(110) 및 복수의 슬레이브 디바이스(120, 120a, 120n)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 마스터 디바이스(110) 및 슬레이브 디바이스(120)들은 통신 네트워크(130)를 통해 연결될 수 있다.
먼저, 상기 마스터 디바이스(110)는 미리 정해진 시간 주기 마다 시각 동기 패킷을 상기 슬레이브 디바이스(120)에게 전송하게 된다. 이어서 상기 마스터 디바이스(110)와 슬레이브 디바이스(120)는 앞서 살핀 바와 같이 상호 일련의 패킷들을 교환할 수 있다. 이에 따라, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 상기 마스터 디바이스(110)에 대한 시간 차이를 산출할 수 있게 된다. 따라서, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 상기 산출된 시간 차이(offset)를 반영하여 상기 마스터 디바이스(110)에 동기화를 수행하여 대한 시각 차이를 보정할 수 있게 된다.
그런데, 상기 마스터 디바이스(110)와 슬레이브 디바이스(120) 간에 전송되는 시각 동기 패킷 등은 상기 통신 네트워크(130)에서의 트래픽(traffic) 등 상태에 따라, 전송이 지연되는 등 전송 시간에 편차가 발생할 수 있으며, 이러한 경우 상기 슬레이브 디바이스(120)에서는 상기 마스터 디바이스(110)에 대한 정확한 시간 차이(offset)을 산출할 수 없게 되며, 나아가 상기 마스터 디바이스(110)에 대하여 정확하게 시각 차이를 보정할 수 없게 된다.
이에 대하여, 본 발명에서는 마스터 디바이스(110)에서 주기적으로 발신되는 시각 동기 패킷에 대한 주기를 슬레이브 디바이스(120)에서 측정하여 상기 통신 네트워크(130)에서의 트래픽을 추정하고, 이를 반영하여 상기 슬레이브 디바이스(120)에서의 시각을 동기화함으로써, 상기 마스터 디바이스(110)에 대한 슬레이브 디바이스(120)에서의 시각 동기 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예로서, 도 3에서는 정밀시각 동기(PTP) 방식에서의 시각 동기화를 위한 시각 동기용 패킷 교환 및 이를 이용한 시각 동기용 패킷 주기 산출을 설명하는 도면을 도시하고 있다. 도 3에서는 정밀시각 동기(PTP) 방식에서의 실시예를 도시하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 통신 네트워크(130)를 이용하여 시각 동기용 통신 패킷을 전송하는 경우라면 본 발명이 적용될 수 있다.
정밀시각 동기(PTP) 방식에서는 일반적으로 정밀한 시각 동기를 위하여 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 마스터 디바이스(110)와 슬레이브 디바이스(120)는 주기적으로 시각 동기 패킷을 교환할 수 있으며, 예를 들어 도 3과 같이 k번째 주기에 Sync (k), Follow_up(k), Delay_Req(k), Delay_Res (k)와 같이 총 4개의 패킷을 교환할 수 있다.
이때, 마스터 디바이스(110)는 내장하는 정밀 타이머를 이용하여 각 주기의 간격( Tk = tk+1,1 - tk,1 )을 정밀하게 유지하면서 Sync(k) 패킷을 전송하게 된다. 또한, 슬레이브 디바이스(120)는 내장하는 정밀 타이머를 이용하여 각 주기의 간격을 계산하여 (T' = tk+1,2 - tk,2 ) 상기 Sync(k) 패킷 전송 당시의 통신 네트워크(130)에서의 트래픽 등 전송 환경을 추정하게 된다.
이에 따라, 슬레이브 디바이스(120)에서 계산된 주기의 차 (ΔT'k = T'k - T'k-1 )를 도 4와 같이 나타낼 수 있으며 만일 이 값 ΔT'k이 미리 설정된 소정의 기준치보다 크다면, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 해당 패킷 { Sync (k), Follow_up(k), Delay_Req(k), Delay_Res (k) }을 마스터 디바이스(110)에 대한 시간 보정에 이용하지 않고 다음번 패킷을 기다릴 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 추가적인 트래픽(traffic) 모니터링이 필요 없이 시각 동기 패킷 교환 당시의 네트워크 환경을 추정할 수 있게 된다. 본 발명에서는 시각 동기 패킷의 주기가 T 라고 가정하면(일반적으로 수 초 이내) 마스터 디바이스(110)는 시각 동기용 정밀 타이머를 이용하여 이 주기를 정확히 제어하여 패킷을 생성한다. 이어서 슬레이브 디바이스(120)는 해당 시각 동기 패킷의 수신시 시각 동기용 정밀 타이머를 이용하여 주기 T 를 관측하여 시각 동기 패킷 발생당시의 네트워크 환경을 추정하게 된다. 반면, 종래 통상적인 정밀시각 동기(PTP) 방식에서는 주기T 정보를 시각 동기에 사용하지 않고, 이에 따라 엄격히 주기T를 제어하지 않으며 수신시에도 주기T 정보를 복원하지 않는다.
나아가, 상기 슬레이브 디바이스(120)에서 계산된 주기의 차 ΔT'k 는 단순히 해당 주기(k)의 패킷을 시각 보정시 제외하는 방식으로 사용할 수도 있으나, 이외에 좀더 다양한 방식으로 활용할 수도 있다. 예를 들어 ΔT'k 를 이용하여 슬레이브 디바이스(120)에 내장되는 정밀 타이머를 보정하는 경우, 상기 ΔT'k 의 분산 등과 같은 소정의 통계 값을 산출하여 이용할 수도 있다. 또는, 상기 슬레이브 디바이스(120)에 내장되는 정밀 타이머를 보정함에 있어, 칼만필터와 같은 재귀 필터(recursive filter)를 사용하여 ΔT'k의 정보를 상기 재귀 필터의 k번째 가중치로 사용할 수 있다. 나아가, 이외에도 본 발명의 실시예로서 슬레이브 디바이스(120)에서 계산된 주기(ΔT'k)를 마스터 디바이스(110)에 대한 시각을 보정하여 동기화하는 여러 방식들을 사용하여 다양하게 구현될 수 있다.
또한, 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 방법의 순서도를 예시하고 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 방법은, 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 방법으로서, 슬레이브 디바이스(1200)가 마스터 디바이스(110)로부터 제1 주기에서의 제1 시각 동기 패킷을 전송받는 제1 패킷 전송 단계(S1100), 상기 슬레이브 디바이스(120)가 상기 마스터 디바이스(110)로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제2 주기에서의 제2 시각 동기 패킷을 전송받는 제2 패킷 전송 단계(S1200), 상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제1 주기 산출 단계(S1300) 및 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스(120)의 시각을 동기화하는 시각 동기화 단계(S1400)를 포함할 수 있다.
아래에서는 도 3과 도5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 방법의 각 단계를 보다 자세하게 살펴본다.
먼저, S1100 단계에서는 슬레이브 디바이스(1200)가 마스터 디바이스(110)로부터 제1 주기에서의 제1 시각 동기 패킷을 전송받게 된다. 도 3을 참조하여 살펴보면, 마스터 디바이스(110)는 미리 정해진 소정의 시점(tk,1)에 Sync(k) 패킷을 통신 네트워크(130)를 통하여 슬레이브 디바이스(120)로 전송하게 된다. 이때, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 상기 Sync(k) 패킷을 수신한 시점(tk,2)을 기록한다. 이어서, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 상기 마스터 디바이스(110)와의 시각 차이(offset)을 산출하기 위하여 일련의 패킷을 추가적으로 교환할 수도 있다(Follow_up(k), Delay_Req(k), Delay_Resp(k) 패킷 등).
이어서, S1200 단계에서는 상기 슬레이브 디바이스(120)가 상기 마스터 디바이스(110)로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제2 주기에서의 제2 시각 동기 패킷을 전송받게 된다. 도 3을 참조하면, 마스터 디바이스(110)는 미리 정해진 시간 주기(Tk)가 경과한 후 Sync(k+1) 패킷을 통신 네트워크(130)를 통하여 슬레이브 디바이스(120)로 전송하게 된다. 이때, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 또한 상기 Sync(k+1) 패킷을 수신한 시점(tk+1,2)을 기록한다. 또한, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 상기 마스터 디바이스(110)와의 시각 차이(offset)을 산출하기 위하여 일련의 패킷을 추가적으로 교환할 수도 있다(Follow_up(k+1), Delay_Req(k+1), Delay_Resp(k+1) 패킷 등).
다음으로, S1300 단계에서는 상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하게 된다. 도 3의 경우에는 앞서 측정된 제1 시각 동기 패킷(Sync(k))의 수신 시간(tk,2) 및 상기 제2 시각 동기 패킷(Sync(k+1))의 수신 시각(tk+1,2)을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기(T'k = tk+1,2 - tk,2)를 산출하게 된다.
마지막으로, S1400 단계에서는 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스(120)의 시각을 동기화하게 된다.
나아가, 상기 S1400 단계는 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130)의 트래픽 등 통신 상태를 추정하는 단계 및 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130) 상태를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스(120)의 시각을 동기화하는 단계를 포함하여 구성될 수도 있다.
보다 구체적으로, 상기 S1400 단계에서는 상기 통신 네트워크(130) 상태가 소정의 기준치에 미치지 못하는 경우, 상기 제1 시각 동기 패킷을 상기 슬레이브 디바이스(120)에 대한 시각 동기화를 위하여 사용하지 않거나, 상기 제1 시각 동기 패킷에 상기 통신 네트워크(130) 상태에 따른 가중치를 주어 상기 슬레이브 디바이스(120)에 대한 시각 동기화에 사용할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기화 방법은, 상기 슬레이브 디바이스(120)가 상기 마스터 디바이스(110)로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제3 주기에서의 제3 시각 동기 패킷을 전송받는 제3 패킷 전송 단계, 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제3 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제2 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제2 주기 산출 단계 및 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기 및 상기 제2 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 비교하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130) 상태를 추정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
즉, 상기 제1 주기(k)에서의 시각 동기 패킷을 이용하여 제1 주기(k)에서의 시간 주기를 산출하고, 나아가 이를 제2 주기(즉, k+1 등 다른 주기)에서의 시각 동기 패킷을 이용하여 산출된 제2 주기에서의 시간 주기와 비교하여, 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130)의 트래픽 등 상태를 추정할 수 있으며, 나아가 이를 이용하여 상기 제1 주기에서의 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화할 것인지 여부를 결정할 수 있게 된다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 프로그램은 컴파일러에 의해 만들어지는 기계어 코드로 구현된 프로그램뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에서 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 구현된 프로그램일 수도 있다.
또한, 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 일체의 저장매체를 포함한다.
또한, 상기 컴퓨터로서는 퍼스널 컴퓨터(PC)나 노트북 컴퓨터 등에 한정되지 아니하며, 서버, 스마트폰, 태블릿 PC, PDA, 휴대전화 등 중앙처리장치(CPU)를 구비하여 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 일체의 정보처리 장치를 포함한다.
또한, 도 6에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 슬레이브 디바이스(120) 장치의 구성도를 도시하고 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 슬레이브 디바이스(120) 장치는, 통신 네트워크(130)에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 슬레이브 디바이스(120) 장치로서, 제1 패킷 수신부(122), 제2 패킷 수신부(124), 제1 주기 산출부(126) 및 시각 동기화부(128)를 포함하여 구성될 수 있다.
아래에서는 도 3과 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 슬레이브 디바이스(120) 장치를 각 구성 요소 별로 자세하게 살핀다.
먼저, 제1 패킷 수신부(122)에서는 마스터 디바이스(110)로부터 제1 주기(k)에서의 제1 시각 동기 패킷을 전송받게 된다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 마스터 디바이스(110)는 미리 정해진 소정의 시점(tk,1)에 Sync(k) 패킷을 통신 네트워크(130)를 통하여 슬레이브 디바이스(120)로 전송하게 된다. 이때, 상기 제1 패킷 수신부(122)는 상기 Sync(k) 패킷을 수신하고, 이를 수신한 시점(tk,2)을 기록한다. 이어서, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 상기 마스터 디바이스(110)와의 시각 차이(offset)을 산출하기 위하여 일련의 패킷을 추가적으로 교환할 수도 있다(Follow_up(k), Delay_Req(k), Delay_Resp(k) 패킷 등).
다음으로, 제2 패킷 수신부(124)에서는 상기 마스터 디바이스(110)로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제2 주기에서의 제2 시각 동기 패킷을 전송받게 된다. 도 3을 참조하면, 마스터 디바이스(110)는 미리 정해진 시간 주기(Tk)가 경과한 후 Sync(k+1) 패킷을 통신 네트워크(130)를 통하여 슬레이브 디바이스(120)로 전송하게 된다. 이에 따라, 상기 제2 패킷 수신부(124)는 상기 Sync(k+1) 패킷을 수신하고, 이를 수신한 시점(tk+1,2)을 기록한다. 또한, 상기 슬레이브 디바이스(120)는 상기 마스터 디바이스(110)와의 시각 차이(offset)을 산출하기 위하여 일련의 패킷을 추가적으로 교환할 수도 있다(Follow_up(k+1), Delay_Req(k+1), Delay_Resp(k+1) 패킷 등).
도 6에서는 상기 제1 패킷 수신부(122)와 상기 제2 패킷 수신부(124)를 별개의 구성 요소로 도시하였으나, 이는 기능적 구분에 따른 하나의 실시예에 불과하며, 제1 패킷 수신부(122)와 상기 제2 패킷 수신부(124)가 하나의 통신 모듈을 공통으로 사용하도록 구현되거나, 나아가 하나의 모듈로서 구현하는 것도 가능하다.
다음으로, 제1 주기 산출부(126)에서는 상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하게 된다. 도 3의 경우에는 앞서 측정된 제1 시각 동기 패킷(Sync(k))의 수신 시간(tk,2) 및 상기 제2 시각 동기 패킷(Sync(k+1))의 수신 시각(tk+1,2)을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기(T? = tk+1,2 - tk,2)를 산출하게 된다.
마지막으로, 시각 동기화부(128)에서는 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스(120)의 시각을 동기화하게 된다.
나아가, 상기 시각 동기화부(128)는 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130)의 트래픽 등 통신 상태를 추정하는 통신 네트워크 상태 추정부(미도시) 및 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130) 상태를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스(120)의 시각을 동기화하는 시각 동기부(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.
보다 구체적으로, 상기 시각 동기화부(128)에서는 상기 통신 네트워크(130) 상태가 소정의 기준치에 미치지 못하는 경우, 상기 제1 시각 동기 패킷을 상기 슬레이브 디바이스(120)에 대한 시각 동기화를 위하여 사용하지 않거나, 상기 제1 시각 동기 패킷에 상기 통신 네트워크(130) 상태에 따른 가중치를 주어 상기 슬레이브 디바이스(120)에 대한 시각 동기화에 사용할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 동기 슬레이브 디바이스(120) 장치는, 상기 마스터 디바이스(110)로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제3 주기에서의 제3 시각 동기 패킷을 전송받는 제3 패킷 수신부(미도시), 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제3 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제2 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제2 주기 산출부(미도시) 및 상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기 및 상기 제2 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 비교하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130) 상태를 추정하는 통신 네트워크 상태 추정부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
즉, 상기 제1 주기(k)에서의 시각 동기 패킷을 이용하여 제1 주기(k)에서의 시간 주기를 산출하고, 나아가 이를 제2 주기(즉, k+1 등 다른 주기)에서의 시각 동기 패킷을 이용하여 산출된 제2 주기에서의 시간 주기와 비교하여, 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크(130)의 트래픽 등 상태를 추정할 수 있으며, 나아가 이를 이용하여 상기 제1 주기에서의 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화할 것인지 여부를 결정할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 시각 동기화 시스템
110 : 마스터 디바이스
120, 120a, 120n : 슬레이브 디바이스
122 : 제1 패킷 수신부
124 : 제2 패킷 수신부
126 : 제1 주기 산출부
128 : 시각 동기화부
130 : 통신 네트워크

Claims (10)

  1. 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 방법에 있어서,
    슬레이브 디바이스가 마스터 디바이스로부터 제1 주기에서의 제1 시각 동기 패킷을 전송받는 제1 패킷 전송 단계;
    상기 슬레이브 디바이스가 상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제2 주기에서의 제2 시각 동기 패킷을 전송받는 제2 패킷 전송 단계;
    상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제1 주기 산출 단계; 및
    상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 시각 동기화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시각 동기화 단계는,
    상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 단계; 및
    상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시각 동기화 단계에서는,
    상기 통신 네트워크 상태가 소정의 기준치에 미치지 못하는 경우,
    상기 제1 시각 동기 패킷을 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화를 위하여 사용하지 않거나,
    상기 제1 시각 동기 패킷에 상기 통신 네트워크 상태에 따른 가중치를 주어 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화에 사용하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 디바이스가 상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제3 주기에서의 제3 시각 동기 패킷을 전송받는 제3 패킷 전송 단계;
    상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제3 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제2 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제2 주기 산출 단계; 및
    상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기 및 상기 제2 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 비교하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화 방법.
  5. 컴퓨터에서 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 기재된 각 단계를 실행시키기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 프로그램.
  6. 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 슬레이브 디바이스 장치에 있어서,
    마스터 디바이스로부터 제1 주기에서의 제1 시각 동기 패킷을 전송받는 제1 패킷 수신부;
    상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제2 주기에서의 제2 시각 동기 패킷을 전송받는 제2 패킷 수신부;
    상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제1 주기 산출부; 및
    상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 시각 동기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬레이브 디바이스 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시각 동기화부는,
    상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 통신 네트워크 상태 추정부; 및
    상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 슬레이브 디바이스의 시각을 동기화하는 시각 동기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬레이브 디바이스 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시각 동기화부에서는,
    상기 통신 네트워크 상태가 소정의 기준치에 미치지 못하는 경우,
    상기 제1 시각 동기 패킷을 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화를 위하여 사용하지 않거나,
    상기 제1 시각 동기 패킷에 상기 통신 네트워크 상태에 따른 가중치를 주어 상기 슬레이브 디바이스에 대한 시각 동기화에 사용하는 것을 특징으로 하는 슬레이브 디바이스 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 마스터 디바이스로부터 미리 정해진 시간 주기가 경과한 후 발신되는 제3 주기에서의 제3 시각 동기 패킷을 전송받는 제3 패킷 수신부;
    상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제3 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제2 주기에 대한 시간 주기를 산출하는 제2 주기 산출부; 및
    상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기 및 상기 제2 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 비교하여 상기 제1 주기에서의 통신 네트워크 상태를 추정하는 통신 네트워크 상태 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬레이브 디바이스 장치.
  10. 통신 네트워크에 연결된 디바이스 간의 시각을 동기화하는 시각 동기화 시스템에 있어서,
    제1 주기에서 제1 시각 동기 패킷을 전송한 후,
    미리 정해진 시간 주기가 경과한 후의 제2 주기에서 제2 시각 동기 패킷을 전송하는 마스터 디바이스; 및
    상기 마스터 디바이스로부터 제1 주기에서 제1 시각 동기 패킷을 전송받고,
    제2 주기에서 제2 시각 동기 패킷을 전송받은 후,
    상기 제1 시각 동기 패킷의 수신 시간 및 상기 제2 시각 동기 패킷의 수신 시각을 이용하여 상기 제1 주기에 대한 시간 주기를 산출하고,
    상기 제1 주기에 대하여 산출된 시간 주기를 고려하여, 상기 제1 시각 동기 패킷을 이용하여 상기 마스터 디바이스에 대한 시각을 동기화하는 슬레이브 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 동기화 시스템.
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