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KR101019170B1 - 네트워크 동기 시스템에서 최초 기준값 설정 방법 및 장치 - Google Patents

네트워크 동기 시스템에서 최초 기준값 설정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 네트워크 시스템에서 마스터와 슬레이브간에 동기를 획득하기 위한 최초 기준값 설정 방법에 관한 것으로, (a) 마스터와 슬레이브간의 측정 지연값을 이용하여 순간적인 극치값을 제거하기 위한 조정 기준값 및 조정값을 결정하는 단계, (b) 매 샘플마다 측정 지연값과 조정 기준값을 비교하는 단계, (c) 측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같다면 측정 지연값을 조정값으로 조정하고, 측정 지연값이 조정 기준값 보다 작다면 측정 지연값을 그대로 사용하는 단계 및, (d) 조정값과 측정 지연값을 이용하여 최초 기준값을 구하는 단계를 포함한다.

Description

네트워크 동기 시스템에서 최초 기준값 설정 방법 및 장치{Method and Apparatus of Deciding an Initial Delay in Network Synchronization Systems}
본 발명은 네트워크 동기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마스터 및 슬레이브간의 측정 지연값의 샘플들 중 순간적인 극치값이 제거된 측정 지연값의 샘플들에 대한 평균값을 최초 기준값으로 결정하여 보다 적절한 최초 기준값을 설정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 네트워크 시스템에서는 네트워크를 형성하는 마스터(master) 및 슬레이브(slave)간의 클럭(clock)을 일치시키는 네트워크 동기화를 수행한다. 네트워크 동기화 과정은 네트워크 시스템의 특성에 따라 상이하게 수행될 수 있다.
만약 네트워크 시스템이 GPS 신호를 수신할 수 있는 경우에는, GPS 신호의 클럭에 따라 마스터 및 슬레이브 간의 네트워크 동기화를 수행한다. 그런데, 네트워크 시스템이 GPS 신호를 수신할 수 없는 경우에는, 주로 옥내용 휴대인터넷 시스템과 같이 마스터 및 슬레이브 간에 전용선으로 연결되어 네트워크를 형성하고, 이를 통해 네트워크 동기를 획득해야 한다. 왜냐하면, 옥내용 휴대인터넷 시스템의 경우에는 VDSL(Very high data rate Digital Subscriber Line), FTTH(Fiber To The Home), LAN(Local Area Network)등의 전용선을 이용하여 들어온 신호를 실내에서 수신하는 형태이므로 GPS 신호를 수신할 수가 없기 때문이다.
이를 위해, 종래에는 IEEE 1588(Precision clock synchronization protocol for network measurement and control systems)을 통해 네트워크 동기를 획득하는 기술이 개시된 바 있다. 종래의 IEEE 1588에서는 마스터 및 슬레이브 아키텍처를 근간으로, 슬레이브 클럭을 마스터 클럭(실제로 가장 안정적이고 정확한 타임 베이스를 가짐)에 동기화시키는 방식이다.
종래의 IEEE 1588에서는 마스터 및 슬레이브 간의 메시지 전달 시간이 완전히 대칭적이고 마스터 및 슬레이브 간의 지연값이 항상 일정하다는 가정을 바탕으로 슬레이브 클럭 오프셋(offset)을 결정한다. 이에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마스터는 주기적으로 'Sync' 메시지를 슬레이브로 보낸다. 슬레이브는 'Delay_Req' 메시지로 응답한다. 여기서, 'Sync' 메시지의 시간스탬프(time stamp)는 마스터로부터 전송시 t1, 슬레이브에서 수신시 t2라 하고, 'Delay_Req' 메시지의 시간스탬프는 슬레이브로부터 전송시 t3, 마스터에서 수신시 t4라 한다.
이와 같이 종래의 IEEE 1588에서는 메시지의 전송 및 수신시 모두 클럭에 의한 시간스탬프로 처리되며, 궁극적으로 슬레이브 클럭 오프셋은 'Sync' 메시지 시간스탬프(t1, t2) 및 전송시간(Ttransmission)을 통해 수학식 1과 같이 계산된다. 이때, 전송시간(Ttransmission)은 물리적 네트워크 계층에서 메시지가 실제로 이동하는데 걸리는 시간을 의미한다.
Ttransmission = [(t4 - t1) + (t3 - t2)] / 2
슬레이브 클럭 오프셋 = t2 - t1 - Ttransmission
이후, 종래의 IEEE 1588은 슬레이브 클럭 오프셋을 통해 슬레이브 클럭을 마스터 클럭에 동기화시킨다.
그런데, 이러한 종래의 IEEE 1588에 의한 동기화 방법은 실제 상황에 그대로 적용하는데 한계가 있다. 전술한 바와 같이, 종래의 IEEE 1588은 마스터 및 슬레이브 간의 메시지 전달 시간이 완전히 대칭적이고, 마스터 및 슬레이브 간의 지연값이 항상 일정하다는 가정을 토대로 제안되었기 때문이다. 일례로, 옥내용 휴대인터넷 시스템에서는 양방향 데이터 전송량이나 스위치 버퍼링 등이 항상 일정하게 변하지 않을 뿐만 아니라, 이로 인해 타이밍 지터(timing jitter)가 발생할 수 있다. 따라서 종래의 IEEE 1588을 통한 네트워크 동기의 획득 방법은 마스터 및 슬레이브 간의 지연값이 일정하게 유지되어야 하는 가정하에서 이용될 수 있기 때문에, 측정 지연값에 포함되어 있는 타이밍 지터를 감소시킬 필요성이 있게 된다.
그런데, 옥내용 휴대인터넷 시스템과 같은 네트워크 시스템에서 네트워크 동기를 획득하기 위한 타이밍 지터를 감소시키는 기술에서는 마스터 및 슬레이브 간의 측정 지연값 중에 순간적인 극치값이 존재하는 경우가 있다. 이 순간적인 극치 값은 타이밍 지터를 감소시키는 기술을 위해 필요한 최초 기준값 설정단계에서 최초 기준값 설정시 필요한 평균값 설정에 악영향을 미치게 된다.
예를 들어, 도 2는 VDSL을 이용한 네트워크에서 마스터 및 슬레이브간의 지연값을 측정한 그래프이다. 여기서, 측정 지연값의 샘플수는 6×103 개이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 측정 지연값은 2ms 이상의 변화량을 나타내고 있으며, 샘플들 중에는 순간적으로 극치값이 존재함을 알 수 있다. 이는 마스터 및 슬레이브 간의 시간 지연에 대해 순간적인 극치값을 가지는 타이밍 지터가 존재하고 있음을 의미한다.
따라서 마스터 및 슬레이브 간의 시간지연에 대한 타이밍 지터를 제거하기 위해서 설정해야 하는 최초 기준값 설정시 순간적인 극치값으로 인해 적절한 평균값을 구하는 과정에서 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 최초 기준값을 설정하기 위해서 측정되는 샘플들 중에서 발생하는 순간적인 극치값을 제거함으로써 보다 정확한 평균값 도출로부터 타이밍 지터를 제거할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면은, 네트워크 시스템에서 마스터와 슬레이브간에 동기를 획득하기 위한 최초 기준값 설정 방법에 있어서, (a) 마스터와 슬레이브간의 측정 지연값을 이용하여 순간적인 극치값을 제거하기 위한 조정 기준값 및 조정값을 결정하는 단계, (b) 매 샘플마다 측정 지연값과 조정 기준값을 비교하는 단계, (c) 측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같다면 측정 지연값을 조정값으로 조정하고, 측정 지연값이 조정 기준값 보다 작다면 측정 지연값을 그대로 사용하는 단계 및, (d) 조정값과 측정 지연값을 이용하여 최초 기준값을 구하는 단계를 포함한다.
이때, (a) 단계에서, 조정값은 측정 지연값들의 평균값으로 결정하는 것이 바람직하다. 그리고 (c) 단계에서, 측정 지연값을 조정값으로 조정하는 것은 클리핑 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 더욱이 (d) 단계에서, 최초 기준값은 조정값과 측정 지연값들의 산술평균값으로 구하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 네트워크 시스템에서 마스터와 슬레이브간에 동기를 획득하기 위한 최초 기준값 설정 장치에 있어서, 마스터와 슬레이브간 신호의 지연값을 측정하는 지연값 측정부, 지연값 측정부로부터 입력된 측정 지연값을 이용하여 순간적인 극치값을 제거하기 위한 조정 기준값 및 조정값을 결정하는 조정기준값 및 조정값 결정부, 매 샘플마다 측정 지연값과 조정 기준값을 비교하는 비교부, 측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같은 경우 측정 지연값을 조정값으로 조정하는 조정부, 조정부로부터 입력된 조정값과 상기 비교부로부터 입력된 측정 지연값을 이용하여 최초 기준값을 구하는 최초 기준값 산출부를 구비한다.
이때, 조정기준값 및 조정값 결정부에서, 조정값은 측정 지연값들의 평균값으로 결정하는 것이 바람직하다. 그리고 조정부는 클리핑 수단을 이용하여 측정 지연값을 조정값으로 조정하는 것이 바람직하다. 더욱이 최초 기준값 산출부는 조정값과 측정 지연값들의 산술평균값으로 최초 기준값을 구하는 것이 바람직하다.
본 발명은 옥내용 휴대인터넷 시스템에서 IEEE 1588에 의한 네트워크 동기를 획득하는 것에 적용될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 마스터 및 슬레이브간의 측정 지연값의 샘플들 중 순간적인 극치값이 제거된 측정 지연값의 샘플들에 대한 평균값을 최초 기준값으로 사용함으로써, 지연값이 안정 영역으로 더 빠른 수렴속도를 가지는 동 시에 지연값의 변화 범위를 휴대인터넷 표준안에 제시된 20 μs 이내로 줄일 수 있게 된다. 즉, 최초 기준값을 이용하여 기존의 타이밍 지터를 줄임으로써, 휴대인터넷 표준안에 제시된 허용범위 이내에서 네트워크 동기를 획득할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 네트워크 동기를 획득하려는 임의의 네트워크 시스템의 마스터(master) 및 슬레이브(slave)간 시간 지연에 존재하는 타이밍 지터(timing jitter)를 감소시키는 경우에 적용될 수 있으나, 설명의 편의상 옥내용 휴대인터넷 시스템(indoor WiBro System)에 한정하여 설명하기로 한다. 따라서, 당업자라면 본 발명이 옥내용 휴대인터넷 시스템에 한정되어 설명되더라도 임의의 네트워크 시스템에 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크 동기 시스템에서 최초 기준값 설정 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크 동기 시스템에서 최초 기준값 설정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
옥내용 휴대인터넷 시스템에서 마스터와 슬레이브간에 측정된 지연값의 샘플들에 대한 산술평균값을 최초 기준값이라 한다. 이러한 최초 기준값은 측정 지연값의 샘플수가 많아질수록 타이밍 지터에 의한 가변적 특성이 감소되므로 실제 지연값으로 수렴된다. 이때, 신뢰성 있는 최초 기준값을 얻기 위해, 최초 기준값에 악영향을 미치는 순간적인 극치값을 다음과 같이 제거한다.
먼저, 옥내용 휴대인터넷 시스템에서는 실험을 통해 기 설정된 샘플수에 따라 추출된 측정 지연값을 이용하여 순간적인 극치값을 제거할 조정 기준값을 결정한다(제301단계). 극치값이란 도 2를 참고하면 샘플들의 일반적인 평균값(예를 들어 지연값이 0.0045~0.005초) 보다 훨씬 높은 값들, 예를 들어 지연값이 0.0055초를 넘는 값들을 의미한다. 이때, 조정 기준값은 0.0055초로 결정할 수 있으며, 이러한 조정 기준값은 측정 지연값에 따라 실험적으로 결정된다.
그리고, 순간적인 극치값을 조정할 조정값을 결정한다(제302단계). 조정값이란 극치값들을 조정하기 위한 값으로, 측정 지연값들의 평균값으로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 2에서는 0.0045~0.005초의 값으로 조정값을 결정할 수 있으며, 이러한 조정값은 측정 지연값에 따라 실험적으로 결정된다.
이러한 조정 기준값 결정 및 조정값 결정은 도 4에 도시된 최초 지연값 설정 장치의 조정 기준값 및 조정값 결정부(402)에서 수행되며, 조정 기준값 및 조정값 결정부(402)는 지연값 측정부(401)로부터 측정 지연값을 입력받게 된다.
이어서, 매 샘플마다 측정 지연값과 조정 기준값을 비교한다(제303단계). 이 러한 비교는 비교부(403)에서 수행되며, 비교부(403)는 조정 기준값 및 조정값 결정부(402)로부터 조정 기준값 및 조정값을 입력받는다.
만약, 측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같다면, 측정 지연값을 조정값으로 조정한다(제304단계). 즉, 조정 기준값 보다 큰 측정 지연값이라면 극치값에 해당하므로 이를 조정값으로 조정하는 것이다. 본 실시예에서는 측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같은 경우 측정 지연값을 조정값으로 조정하였으나, 측정 지연값이 조정 기준값 보다 큰 경우에만 측정 지연값을 조정값으로 조정할 수도 있음은 물론이다. 이러한 조정은 도 4의 조정부(404)에서 이루어지며, 조정부(404)는 비교부(403)로부터 측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같다는 신호를 받아 측정 지연값을 조정값으로 조정하게 된다. 이를 위해 조정부(404)는 클리핑(clipping) 방법을 이용할 수 있으며, 공지의 클리핑 회로 등이 이용될 수 있다.
반대로, 측정 지연값이 조정 기준값 보다 작다면, 측정 지연값을 그대로 사용한다(제305단계). 측정 지연값이 조정 기준값 보다 작은 경우에는 측정 기준값을 극치값이라 볼 이유가 없으므로, 측정 기준값을 조정할 필요 없이 그대로 사용하여도 문제가 없기 때문이다.
이어서, 제304단계 및 제305단계에서 구한 조정값과 측정 지연값을 이용하여 최초 기준값을 구한다(제306단계). 최초 기준값은 특정 개수의 샘플들의 측정 지연값들과 조정값들의 산술 평균값으로 구할 수 있다. 이러한 최초 기준값을 구하는 과정은 최초 기준값 산출부(405)에서 비교부(403) 및 조정부(404)로부터 측정 지연값 및 조정값을 입력 받아 이루어진다. 따라서 극치값을 제거함으로써 기존의 경우 보다 실제 지연값에 근접한 최초 기준값을 얻게 된다.
이하에서는 네트워크 동기 시스템에서 본 발명을 적용하여 최초 기준값을 설정한 경우에 대해 기존의 방법과 비교하여 설명한다.
도 5는 도 2에 대해 기존의 방법을 이용하여 네트워크 동기를 획득하기 위해 결정된 지연값에 대한 그래프이다. 여기서, 최초 기준값을 설정하기 위한 측정 지연값의 샘플수는 N=100인 경우를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 측정 지연값의 샘플수가 2000개 이전의 경우에는 네트워크 동기를 위한 지연값의 변화범위가 30 μs(즉, 0.03 ms)를 초과하는 것을 확인할 수 있다. 측정 지연값의 샘플수가 2000개 이상인 경우에야 비로소 지연값의 변화범위가 안정 영역으로 수렴한다. 이는 최초 기준값이 확률적으로 실제 지연값에 근사적으로 접근하지 못한 경우에는 휴대인터넷 표준안에 제시된 허용범위 이내로 네트워크 동기를 획득하기 위해서는 수렴시간이 필요하다는 것을 의미한다.
도 6은 도 2에 대해 네트워크 동기를 획득하기 위해 본 발명을 적용한 경우의 결정된 지연값에 대한 그래프이다. 여기서, 조정 기준값 및 조정값을 설정하기 위해 50개의 샘플을 이용하였으며, 초기 기준값을 설정하기 위한 측정 지연값의 샘플수는 N=100인 경우를 사용했다. 그리고 측정 지연값의 샘플은 매 1초단위로 측정하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 측정 지연값의 대해 순간적인 극치값 제거를 위해 본 발명을 적용한 경우에는, 네트워크 동기를 위한 지연값의 변화범위가 20 μ s(즉, 0.02 ms)를 초과하지 않음을 알 수 있다. 즉, 휴대인터넷 표준안에 제시된 허용범위 이내로 빠른 수렴속도를 보이며, 효과적으로 네트워크 동기를 획득할 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 종래의 방법에 의해 슬레이브 지연값을 설정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 VDSL을 이용한 네트워크에서 마스터 및 슬레이브간의 지연값을 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크 동기 시스템에서 최초 기준값 설정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크 동기 시스템에서 최초 기준값 설정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 2에 대해 종래의 방법을 이용하여 네트워크 동기를 획득하기 위해 결정된 지연값에 대한 그래프이다.
도 6은 도 2에 대해 네트워크 동기를 획득하기 위해 본 발명을 적용한 경우의 결정된 지연값에 대한 그래프이다.

Claims (10)

  1. 네트워크 시스템에서 마스터와 슬레이브간에 동기를 획득하기 위한 최초 기준값 설정 방법에 있어서,
    (a) 마스터와 슬레이브간의 측정 지연값을 이용하여 순간적인 극치값을 제거하기 위한 조정 기준값 및 조정값을 결정하는 단계;
    (b) 매 샘플마다 측정 지연값과 조정 기준값을 비교하는 단계;
    (c) 측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같다면 클리핑 방법을 이용하여 측정 지연값을 조정값으로 조정하고, 측정 지연값이 조정 기준값 보다 작다면 측정 지연값을 그대로 사용하는 단계 및;
    (d) 조정값과 측정 지연값을 이용하여, 마스터와 슬레이브 간에 측정된 지연값의 샘플들에 대한 산술평균값인 최초 기준값을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서,
    조정값은 측정 지연값들의 평균값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에서,
    최초 기준값은 조정값과 측정 지연값들의 산술평균값으로 구하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 옥내용 휴대인터넷 시스템에서 IEEE 1588에 의한 네트워크 동기를 획득하는 것에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 네트워크 시스템에서 마스터와 슬레이브간에 동기를 획득하기 위한 최초 기준값 설정 장치에 있어서,
    마스터와 슬레이브간 신호의 지연값을 측정하는 지연값 측정부;
    상기 지연값 측정부로부터 입력된 측정 지연값을 이용하여 순간적인 극치값을 제거하기 위한 조정 기준값 및 조정값을 결정하는 조정기준값 및 조정값 결정부;
    매 샘플마다 측정 지연값과 조정 기준값을 비교하는 비교부;
    측정 지연값이 조정 기준값 보다 크거나 같은 경우 클리핑 수단을 이용하여 측정 지연값을 조정값으로 조정하는 조정부;
    상기 조정부로부터 입력된 조정값과 상기 비교부로부터 입력된 측정 지연값을 이용하여, 마스터와 슬레이브 간에 측정된 지연값의 샘플들에 대한 산술평균값인 최초 기준값을 구하는 최초 기준값 산출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조정기준값 및 조정값 결정부에서, 조정값은 측정 지연값들의 평균값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 상기 최초 기준값 산출부는 조정값과 측정 지연값들의 산술평균값으로 최초 기준값을 구하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제6항에 있어서, 옥내용 휴대인터넷 시스템에서 IEEE 1588에 의한 네트워크 동기를 획득하는 것에 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
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