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KR101596756B1 - 리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치 - Google Patents

리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치 Download PDF

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KR101596756B1
KR101596756B1 KR1020140151157A KR20140151157A KR101596756B1 KR 101596756 B1 KR101596756 B1 KR 101596756B1 KR 1020140151157 A KR1020140151157 A KR 1020140151157A KR 20140151157 A KR20140151157 A KR 20140151157A KR 101596756 B1 KR101596756 B1 KR 101596756B1
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KR
South Korea
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message
synchronization message
grand master
synchronization
bridge
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KR1020140151157A
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Inventor
윤진화
서강운
김동옥
Original Assignee
현대자동차주식회사
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Priority to EP15161050.8A priority patent/EP3016306B1/en
Priority to CN201510478450.6A priority patent/CN105577308B/zh
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Abstract

본 발명은 리던던트 그랜드마스터를 이용한 시간 동기 제공 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른, 그랜드마스터(GrandMaster)와 연동되는 브리지에서 시간 동기를 제공하는 방법은 상기 그랜드마스터의 부재(Loss)를 감지하는 단계와 상기 감지에 따라 동기 메시지를 생성하는 단계와 상기 생성된 동기 메시지를 클락 마스터 포트를 통해 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 그랜드마스터 부재 시에도 네트워크 시간 동기를 유지할 수 있는 장점이 있다.

Description

리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치{Method and apparatus for providing in-vehicle network time synchronization using redundant GrandMaster}
본 발명은 차량 내 네트워크를 위한 시간 동기화 제공 방법에 관한 것으로서, 상세하게, 오디오/비디오 브리징(AVB: Audio/Video Bridging) 네트워크에서 리던턴트 그랜드마스터(Redundant GrandMaster)를 이용하여 네트워크 시간 동기화를 제공하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 출시되고 있는 차량에는 운전자의 편의 및 안전을 향상시키기 위한 각종 전자 제어 장치가 탑재되고 있으며, 이들 전자 제어 장치간의 상호 통신을 위한 차량 내 통신 네트워크가 기본적으로 탑재되고 있다.
특히, 차량 내 전자 제어기 개수가 지속적으로 증가하고, 다양한 외부 기기와의 연동이 가능해짐에 따라, 기존 차량 통신망의 과부하 및 와이어링 하네스 관련 비용이 증가하고 있다.
또한, 고품질 영상 및 음성 데이터에 대한 소비자 요구 및 영상 활용 어플리케이션의 증가에 따라 대역폭 확장에 대한 필요성이 확대되고 있다.
이에 따라, 많은 차량 제조사들이 차량 내 통신 네트워크로 이더넷(Ethernet) 도입을 검토하고 있으며, 일부 차량 제조사는 최근 이더넷 기반의 AVM(Around View Monitoring) 시스템을 양산하였다.
일반적인 이더넷은 다수의 랜(LAN: Local Area Network)과, LAN 간 연결을 위한 다수의 브리지(Bridge)들로 구성된다.
이더넷은 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) 프로토콜을 이용하여 공유 매체에 다수의 노드들이 경쟁적으로 접근 시도하는 특징이 있다. 그러나 CSMA/CD 방식은 모든 트래픽에 대해 동일한 우선권을 부여하고 다수의 노드들이 경쟁을 통해 자신의 트래픽을 전송하므로, 동영상, 음성 데이터와 같이 전송 시간 지연에 민감함 멀티미디어 데이터의 전송에는 적합하지 않다.
따라서, 이더넷은 전송 시간 지연에 민감한 멀티미디어 데이터 전송을 위해 네트워크 상의 모든 노드들의 시간을 동기화하는 기술을 사용한다.
현재, IEEE 802.1/1722에서는 AVB(Audio Video Bridge) 표준을 개발하고 있다. AVB 표준은 LAN상에서 오디오 및 비디오 등 멀티미디어 스트림(Stream)을 원활하게 전달하기 위한 전송 품질 보장형 기술을 개발하고자 하는 것이다.
앞서 언급한 바와 같이, 기존의 LAN, 특히 그 대표적 기술인 이더넷에서는 기본적으로 프레임에 기반한 패킷 스위칭 기술을 사용함으로써 효과적인 품질 보장형 전송을 제공하기 어려웠다. AVB는 이러한 단점을 극복하고자 처음에는 IEEE 802.2 에서 Synchronous Ethernet, Residential Ethernet 등의 이름으로 개발을 시작하였으며, 현재는 IEEE 802.1/1722에서 기존 비동기 패킷 스위칭의 패러다임을 크게 훼손하지 않는 범위에서 유사한 기술을 브리지상에서 구현하는 방식을 연구하고 있다.
기본적으로, IEEE 802.1/1722의 AVB 기술은 패킷 스위칭을 하는 기존 이더넷 브리지들을 이용해 Synchronous Traffic 전송을 가능하게 하는 기술로서, 일정 지리적 범주 내의 브리지들의 클럭을 동기화시키는 것이 핵심이다. 브리지들의 클럭이 동기화되면 정확하게 원하는 시간에 일정한 시간 간격으로 일정한 크기의 이더넷 프레임이 브리지 사이에서 전달되게 할 수 있으므로, 이러한 기본 개념을 확장 적용한 브리지 메쉬(Mesh)는 Synchronous Traffic을 안정되게 전달하는 인프라로서 사용될 수 있는 특징이 있다.
IEEE 802.1/1722의 각 장치 간 시간 동기화 방법은 시간 동기화 정보를 포함하는 타임스탬프를 이용하여 송신측과 수신측의 동기를 맞추는 방식으로서, 시간 동기화를 위해 망 내의 장치들 중에 기준 시간을 제공하는 장치인 그랜드마스터(GM: GrandMaster)가 선정되고, 선정된 그랜드마스터의 로컬 시간이 공지(Announce) 메시지를 통해 다른 장치들에 전송됨으로써, 다른 장치들이 그랜드마스터의 로컬 시간을 기준 시간으로 사용한다. 이때, 그랜드마스터는 Announce 메시지를 다른 모든 장치들에 보내어 자신의 존재와 기준 시간 제공 장치로서의 적합성에 대한 비교수치를 다른 장치들에게 보낸다.
즉, 그랜드마스터는 IEEE 802.1/1722 타이밍 트리의 최상위 노드로서 주기적으로 현재 시간 정보를 하위 노드에 전송한다.
IEEE 802.1/1722는 그랜드마스터를 결정하고 시간 동기를 획득하는 절차와 다수의 컨트롤 메시지를 이용하여 망 내의 모든 장치들을 탐색하고 링크들에 대한 접근을 제어하는 절차와 Announce 메시지를 통해 지속적으로 링크 상태를 확인하는 절차 등이 정의되어 있다.
하지만, 종래 IEEE 802.1/1722 표준에는 그랜드마스터의 부재(Loss) 상황-예를 들면, 시스템 다운으로 인한 그랜드마스터 재부팅 상황 등을 포함함- 시 빠르고 효과적으로 시간 동기를 획득하는 방법에 대해서는 개시되어 있지 않다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사전 구성된 그랜드마스터의 재부팅에 따라 기준 시각이 초기화되는 것을 미연에 방지하는 것이 가능한 리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 그랜드마스터 재부팅 시 그랜드마스터에 가장 가까운 브리지가 리던던트 그랜드마스터로 동작하여 새로운 그랜드마스터 선정 절차를 수행할 필요가 없는 리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 리던던트 그랜드마스터를 이용한 시간 동기 제공 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 그랜드마스터(GrandMaster)와 연동되는 브리지에서 시간 동기를 제공하는 방법은 상기 그랜드마스터의 부재(Loss)를 감지하는 단계와 상기 감지에 따라 동기 메시지를 생성하는 단계와 상기 생성된 동기 메시지를 클락 마스터 포트를 통해 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 브리지는 상기 그랜드마스터에서의 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수 동안 상기 동기 메시지가 수신되지 않으면 상기 그랜드마스터의 부재를 감지할 수 있다.
또한, 상기 부재가 감지되면, 상기 동기 메시지 생성 이전에 소정 동기 메시지 전송 대기 시간 동안 대기할 수 있다.
여기서, 상기 동기 메시지 전송 대기 시간은 상기 그랜드마스터에서의 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수와 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 CorrectionField 값의 소정 배수를 합한 값으로 결정될 수 있다.
또한, 상기 브리지의 내부 기준 시각을 기반으로 상기 동기 메시지가 생성될 수 있다.
또한, 상기 시간 동기 제공 방법은 상기 생성된 동기 메시지 및 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 Follow Up 메시지를 이용하여 보정 시각 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 생성된 보정 시각 정보가 포함된 Follow Up 메시지를 생성하는 단계와 상기 생성된 Follow Up 메시지를 상기 클락 마스터 포트를 통해 전송하는 단계를 더 포함하되, 상기 생성된 Follow Up 메시지는 상기 생성된 동기 메시지의 전송 이후에 전송될 수 있다.
또한, 상기 보정 시각 정보는 타임 스템프 정보, CorrectionField 정보, Neighbor Rate Ratio 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 그랜드마스터의 부재가 감지되면, 상기 브리지의 동작 모드를 정상 브리지 모드에서 리던던트(Redundant) 그랜드마스터 모드로 전환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 브리지는 상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터로부터 동기 메시지가 수신되면 상기 정상 브리지 모드로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 브리지는 상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터의 동기 메시지 전송 주기보다 짧은 주기로 상기 동기 메시지를 생성하여 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상기 시간 동기 제공 방법들 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 그랜드마스터(GrandMaster)와 연동되는 브리지(Bridge)는 상기 그랜드마스터의 부재(Loss)를 감지하는 수단과 상기 감지에 따라 동기 메시지를 생성하는 수단과 상기 생성된 동기 메시지를 클락 마스터 포트를 통해 전송하는 수단을 포함할 수 있다.
이때, 상기 그랜드마스터에서의 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수 동안 상기 동기 메시지가 클락 슬레이브 포트로부터 수신되지 않으면 상기 그랜드마스터의 부재를 감지할 수 있다.
또한, 상기 부재가 감지되면, 상기 동기 메시지를 생성하기 이전에 소정 동기 메시지 전송 대기 시간 동안 대기할 수 있다.
여기서, 상기 동기 메시지 전송 대기 시간을 상기 그랜드마스터에서의 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수와 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 CorrectionField 값의 소정 배수를 합한 값으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 브리지의 내부 기준 시각을 기반으로 상기 동기 메시지를 생성할 수 있다.
또한, 상기 생성된 동기 메시지 및 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 Follow Up 메시지를 이용하여 보정 시각 정보를 생성하는 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 생성된 보정 시각 정보가 포함된 Follow Up 메시지를 생성하는 수단과 상기 생성된 Follow Up 메시지를 상기 클락 마스터 포트를 통해 전송하는 수단을 더 포함하되, 상기 생성된 Follow Up 메시지를 상기 생성된 동기 메시지의 전송 이후에 전송할 수 있다.
또한, 상기 보정 시각 정보는 타임 스템프 정보, CorrectionField 정보, Neighbor Rate Ratio 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 그랜드마스터의 부재가 감지되면, 상기 브리지의 동작 모드를 정상 브리지 모드에서 리던던트(Redundant) 그랜드마스터 모드로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터로부터 동기 메시지가 수신되면 상기 정상 브리지 모드로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터의 동기 메시지 전송 주기보다 짧은 주기로 상기 동기 메시지를 생성하여 전송할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
둘째, 본 발명은 그랜드마스터의 재부팅에 따라 기준 시각이 초기화되는 것을 미연에 방지하는 것이 가능한 리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
셋째, 본 발명은 그랜드마스터 재부팅 시 그랜드마스터에 가장 가까운 브리지가 리던던트 그랜드마스터로 동작하게 제어함으로써, 새로운 그랜드마스터 선정 절차를 수행할 필요가 없는 리던던트 그랜드마스터를 이용한 차량 내 네트워크 시간 동기화 제공 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
넷째, 본 발명은 차량 내 네트워크에서 시스템 장애 시 보다 빠르고 안정적으로 시간 동기를 획득할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에 정의된 메시지 헤더 구조이다.
도 2는 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에 정의된 Announce 메시지의 구조이다.
도 3은 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에서의 Announce 메시지 비교 절차 및 포트 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에서의 시간 동기화 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래 기술에 따른 그랜드마스터 선정 및 Announce 메시지 전송 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 IEEE 802.1/1722 표준에 기반한 노드 간 시간 동기화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 IEEE 802.1/1722 표준에 기반한 링크 지연을 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 IEEE 802.1/1722 표준에 기반한 Neighbor Rate Ratio를 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 IEEE 802.1/1722 기반의 종단간 시간 동기 획득 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래 기술에 따른 Pre-Configured 그랜드마스터 방식에서의 그랜드마스터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던트 그랜드마스터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 도 1 내지 5를 참조하여 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에 정의된 시간 동기화 방법을 간단히 설명하기로 한다.
IEEE 802.1/1722 표준은 네트워크 시간 동기화를 위해 사용되는 메시지들의 헤더 구조, 공지(Announce) 메시지의 구조, 기준 시간 정보를 제공하는 그랜드마스터(GM)의 선정 방법 및 스위치에서의 각 포트 역할 할당 방법 등이 정의되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에 정의된 메시지 헤더 구조이고, 도 2는 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에 정의된 Announce 메시지의 구조이다.
Announce 메시지는 currentUtcOffset, 제1 내지 제2 grandmasterPriority, grandmasterClockQuality, grandmasterIdentity 등의 그랜드마스터를 선정하기 위해 필요한 정보가 포함될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 그랜드마스터를 선정하기 위해 필요한 정보를 기준 시간 정보라 명하기로 한다.
도 3은 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에서의 Announce 메시지 비교 절차 및 포트 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
네트워크상의 자격이 있는 모든 장치(Station)들은 자신의 기준 시간 정보를 포함하는 Announce 메시지를 구성한 후 다른 장치들로 전송할 수 있다. 이때, 가장 좋은 품질의 클락(Clock)을 가진 장치가 그랜드마스터로 선정될 수 있다. 즉, 각각의 장치는 다른 장치로부터 Announce 메시지가 수신되면, 수신된 Announce 메시지에 포함된 기준 시간 정보와 자신의 기준 시간 정보를 비교하여 우선 순위 및 정확도가 가장 높은 장치를 자신의 그랜드마스터로 선정할 수 있다. 물론, 자신의 기준 시간이 다른 장치의 기준 시간 보다 정확한 경우, 자신이 그랜드마스터가인 것으로 판단할 수도 있다.
그랜드마스터로 선정된 장치의 모든 포트는 다른 장치들에 기준 시간 정보를 전달하기 위한 역할을 한다. 이하, 설명의 편의를 위해 그랜드마스터의 기준 시간 정보를 전송하기 위해 사용되는 포트를 마스터포트라 정의한다. 반면, 마스터포트와 연결되는 다른 장치의 포트로서 그랜드마스터의 기준 시간 정보를 수신하는 포트를 슬레이브포트라 정의한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 장치는 Announce 메시지가 수신되면, grandmasterIdentity, grandmasterPriority1, clockclass, clockAccuracy, offsetScaledLogVariance, grandmasterPriority2, grandmasterIdentity, StepRemoved, SourcePortIdentity 등의 기준 시간 정보를 자신의 기준 시간 정보와 비교하여 어느 장치가 그랜드마스터인지를 판단할 수 있다. 일 예로, 장치 A가 자신이 그랜드마스터인 것으로 판단되면, 장치 A는 자신의 모든 포트를 마스터포트로 할당한다. 반면, 다른 장치가 그랜드마스터인 것으로 판단되면, 장치 A는 자신의 모든 포트를 슬레이브포트로 할당한다.
도 4는 종래 기술에 따른 IEEE 802.1/1722에서의 시간 동기화 절차를 설명하기 위한 도면이다.
상세하게, 도 4는 브리지를 이용한 스타 토폴로지(Star Topology) 네트워크 구조에서의 시간 동기화 절차를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 브리지는 두 개의 근거리통신망(LAN)을 상호 접속할 수 있도록 하는 통신망 연결 장치로서, OSI 참조 모델의 데이터 링크 계층에서 동작한다.
브리지는 (1)통신망의 범위와 길이를 확장할 때, (2)통신망에 더욱 많은 장치들을 연결시킬 때, (3)통신망에 과다하게 연결된 장치들로 인한 병목 현상을 줄이고자 할 때, (4)서로 다른 물리적 매체(통신선로)로 구성된 통신망을 연결할 때, (5)이더넷, 토큰 링(Token Ring) 같은 서로 다른 토폴로지의 통신망 구조를 연결할 때 등에 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 초기 시간 동기화 절차를 통해, 스위치 E(400)가 그랜드마스터로 선정되었다고 가정하자. 스위치 E(400)는 자신의 기준 시간 정보가 포함된 Announce 메시지를 주기적으로 생성하여 브리지(Bridge, 450)에 전송할 수 있다. 연이어, 브리지(450)는 수신된 Announce 메시지를 스위치 A(410), 스위치 B(420), 스위치 C(430) 및 스위치 D(440)에 전달할 수 있다.
특히, 브리지(450)는 수신되는 Announce 메시지에 포함된 시간 정보를 분석하여, 가장 정확한 시간 정보를 제공하는 스위치를 식별하고, 식별된 스위치로부터 수신되는 Announce 메시지만이 슬레이브 노드들에 전달되도록 제어할 수도 있다.
도 5는 종래 기술에 따른 그랜드마스터 선정 및 Announce 메시지 전송 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 스위치 1 내지 스위치 4(510 내지 540)는 각각 연결된 스위치로 Announce 메시지를 전송하고, 각 스위치상에서의 기준 시간 정보 비교 절차를 통해 그랜드마스터를 선정하고, 선정 결과에 따라 자신의 포트 역할을 할당한다(S501). 도 5에 도시된 바와 같이, 스위치 3(530)이 그랜드마스터로 선정되었다고 가정하자.
이 후, 스위치 3(530)는 주기적으로-예를 들면, 주기는 1초일 수 있음- Announce 메시지를 생성하여 마스터포트를 통해 스위치 2(520) 및 스위치 4(540)에 Announce 메시지를 전송하고, 스위치 2(520)는 수신된 Announce 메시지를 자신의 슬레이브 포트(Slave port)를 통해 스위치 1(510)에 전달한다(S502). 즉, 그랜드마스터로 선정된 장치는 Announce 메시지를 통해 그랜드마스터의 존재(Presence)와 자신의 기준 시간에 대한 우월함(superiority)을 타 장치에 알릴 수 있다.
도 6은 IEEE 802.1/1722 표준에 기반한 노드 간 시간 동기화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 그랜드마스터(GM, 610)는 클락 마스터 포트(CM: Clock Master Port, 611)를 통해 동기 메시지(Sync message) 및 보정 후속 메시지(Correcting follow up message)-이하, 간단히, Follow Up 메시지라 명함-를 브리지(Bridge, 620)의 클락 슬레이브 포트(CS: Clock Slave Port, 621)에 전송한다.
연이어, 브리지(Bridge, 620)는 클락 마스터 포트(621, 622, 623)를 통해 케이블 및 브리지 자체 지연에 기반한 시간 보정 정보(Time correction information)을 다른 디바이스(end-points and bridge, 630, 640, 650)의 클락 슬레이브 포트(631, 641, 651)에 전송한다.
여기서, 시간 보정 정보는 링크 지연(Link Delay) 정보, 전송 시간 지연(Propagation Time Delay) 정보, Neighbor Rate Ratio 정보, CorrectionField 정보 등을 포함할 수 있다.
상기한 시간 보정 정보의 산출 방법은 후술할 도면들을 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 IEEE 802.1/1722 표준에 기반한 링크 지연을 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 노드(Requester, 710)는 t1 시점에 경로 지연 요청(Path Delay Reqeust) 신호를 제2 노드(Responder, 720)에 전송한다. 이 때, 경로 지연 요청 신호는 제2 노드(720)에 t2 시점에 수신될 수 있다.
제2 노드(720)는 t3 시점에 t2 정보가 포함된 경로 지연 응답(Path Delay Response) 신호를 제1 노드(710)에 전송한다. 이때, 경로 지연 응답 신호는 t4 시점에 제1 노드(710)에 의해 수신될 수 있다.
연이어, 제2 노드는 t3 정보가 포함된 경로 지연 응답 후속(Path Delay Response Follow Up) 신호를 제1 노드(710)에 전송한다.
이때, 제1 노드(710)와 제2 노드(720) 사이의 링크 지연은
수식(1): [(t4-t1)-(t3-t2)]/2
에 의해 계산될 수 있다.
도 8은 IEEE 802.1/1722 표준에 기반한 Neighbor Rate Ratio를 산출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 노드 A(810)는 제1 동기 메시지의 전송 시점(t1) 정보가 포함된 제1 동기 메시지를 노드 B(820)에 전송한다.
연이어, 노드 A(810)는 제2 동기 메시지의 전송 시점(t2) 정보가 포함된 제2 동기 메시지를 노드 B(820)에 전송한다. 여기서, 제2 동기 메시지는 제1 동기 메시지 뒤에 전송되는 Follow Up 메시지일 수 있다.
이때, 제1 동기 메시지와 제2 동기 메시지가 노드 B(820)에 의해 수신된 시점이 각각 t3와 t4인 경우, 노드 A(810)와 노드 B(820) 사이의 Neighbor Rate Ratio는
수식(2): (t2-t1)/(t4-t3)
에 의해 계산될 수 있다.
만약, tl, t2, t3, t4의 값이 각각 0, 10000, 50000, 60002인 경우, Neighbor Rate Ratio는 (10000-0)/(60002-50000)에 의해 약 0.998의 값을 갖는다. 즉, 링크 지연이 상수인 경우, 이웃 노드인 노드 B(820)가 노드 A(810)에 비해 2000PPM(Particle Per Million) 또는 0.02%만큼 시간이 느리다는 것을 의미한다.
도 9는 IEEE 802.1/1722 기반의 종단간 시간 동기 획득 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 노드 i-1(910)은 t1 시점에 동기 메시지를 자신의 클락 마스터 포트(911)를 통해 전송한다. 이때, 노드 i(920)는 t2 시점에 동기 메시지는 자신의 클락 슬레이브 포트(921)을 통해 수신하고, 전송 지연 시간 i(Propagation time delay i)이후인 t3 시점에 동기 메시지를 자신의 클락 마스터 포트(922)를 통해 전송한다.
연이어, 노드 i+1(930)는 자신의 클락 슬레이브 포트(931)을 통해 동기 메시지를 t4 시점에 수신할 수 있다.
또한, 노드 i-1(910)은 동기 메시지 전송 후 소정 시간 이후에 Follow Up 메시지를 자신의 클락 마스터 포트(911)를 통해 전송한다. 이때, Follow Up 메시지에는 노드 i-1(910)에 의해 측정/산출된 타임 스템프 정보, CorrectionField 정보, Neighbor Rate Ratio 정보 등이 포함될 수 있다. 연이어, 노드 i(920)는 자신의 클락 슬레이브 포트(921)를 통해 Follow Up 메시지가 수신되면, 수신된 Follow Up 메시지에 기반하여 타임 스템프 정보, CorrectionField 정보, Neighbor Rate Ratio 정보를 갱신하고, 갱신된 정보가 포함된 Follow Up 메시지를 자신의 클락 마스터 포트(922)를 통해 전송한다.
노드 i+1(930)은 자신의 클락 슬레이브 포트(931)를 통해 수신된 동기 메시지 및 Follow Up에 기반하여 시간 동기를 획득할 수 있다.
도 10은 종래 기술에 따른 Pre-Configured 그랜드마스터 방식에서의 그랜드마스터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 그랜드마스터(1000)는 동작 개시 후, 최초 동기 메시지를 전송하기 이전에 Tgm_await 만큼 대기한다.
그랜드마스터(1000)는 상기 대기 시간이 만료되기 이전에 인접 브리지(Bridge)로부터 동기 메시지가 수신되면, 해당 동기 메시지를 이용하여 자신의 기준 시각을 보정한다.
반면, 상기 대기 시간이 만료될 때까지 인접 브리지로부터 동기 메시지기 수신되지 않는 경우, 자신의 기준 시각을 기준으로 동기 메시지를 생성하여 전송한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던트 그랜드마스터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
리던던트 그랜드마스터(1100)는 동기 메시지가 미리 정의된 최대 동기 메시지 수신 대기 시간 동안 수신되지 않는 경우, 상기 최대 동기 메시지 수신 대기 시간에 소정 오프셋(Offset) 값을 더한 시간-이하, 간단히, 동기 메시지 전송 대기 시간이라 명함-만큼 대기한다. 일 예로, 오프셋 값은 마지막으로 수신된 Follow Up 메시지의 CorrectionField의 1000배에 해당되는 시간일 수 있다. 또한, 최대 동기 메시지 수신 대기 시간은 그랜드마스터의 동기 메시지 전송 주기(SyncInterval)의 소정 배수일 수 있다. 일 예로, 최대 동기 메시지 수신 대기 시간은 SyncInterval*3일 수 있다.
이때, 리던던트 그랜드마스터(1100)가 오프셋 값만큼 추가 대기하는 이유는 그랜드마스터로부터 멀리 떨어진 브리지들이 모두 다 동기 메시지를 일괄 전송하는 것을 미연에 방지하고, 그랜드마스터에 가장 가까운 브리지만이 동기 메시지를 전송하도록 제어하기 위함이다.
리던던트 그랜드마스터(1100)의 그랜드마스터 프록시(GM Proxy)는 상기 동기 메시지 전송 대기 시간이 경과하면, Tgm_await보다 작은 주기-예를 들면, Tgm_await/3 주기-로 동기 메시지를 생성하여 전송한다. 따라서, 리던던트 그랜드마스터(1100)는 그랜드마스터 재부팅 시 자신의 기준 시각을 빠르게 보정할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 리던던트 그랜드마스터(1100)의 동기 획득 절차를 상세히 설명하기로 한다.
도 11을 참조하면, 리던던트 그랜드마스터(1100)는 클락 슬레이브 포트(1101), 동기 메시지 수신 모듈(1102), 기준 시각 보정 모듈(1103), 동기 메시지 생성 모듈(1104), 클락 마스터 포트(1105), 동기 메시지 전송 대기 타이머 구동 모듈(1106), 그랜드마스터 프록시 모듈(1107) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
정상 브리지 모드 상태에서, 동기 메시지 수신 모듈(1102)는 클락 슬레이브 포트(1101)를 통해 그랜드마스터가 전송한 동기 메시지 및 Follow Up 메시지를 수신할 수 있다.
동기 메시지 수신 모듈(1102)은 최대 동기 메시지 수신 대기 시간이 만료되기 이전에 동기 메시지가 수신되면, 동기 메시지 및 해당 동기 메시지에 대응되는 Follow Up 메시지를 기준 시각 보정 모듈(1103)에 전달할 수 있다.
기준 시각 보정 모듈(1103)은 전달 받은 동기 메시지 및 Follow Up 메시지에 기반하여 보정 시각 정보를 생성하고, 생성된 보정 시각 정보를 동기 메시지 생성 모듈(1104)에 전달할 수 있다(S1104). 여기서, 보정 시각 정보는 동기 메시지 송수신 시점을 지시하는 타임 스템프 정보, CorrectionField 정보, Neighbor Rate Ratio 정보 등을 포함할 수 있다.
동기 메시지 생성 모듈(1104)는 동기 메시지 및 보정 시각 정보가 포함된 Follow Up 메시지를 생성하여 순차적으로 클락 마스터 포트(1105)를 통해 전송할 수 있다.
만약, 정상 브리지 모드 상태에서, 최대 동기 메시지 수신 대기 시간이 만료될 때까지 동기 메시지가 수신되지 않은 경우, 동기 메시지 수신 모듈(1102)은 해당 브리지의 동작 모드를 정상 브리지 모드 상태에서 리던던트 그랜드마스터 모드로 전환시킬 수 있다. 즉, 동기 메시지 수신 모듈(1102)은 그랜드마스터의 부재(Loss)를 감지할 수 있다.
리던던트 그랜드마스터 모드로 전환되면, 동기 메시지 수신 모듈(1102)은 동기 메시지 전송 대기 타이머가 구동시키기 위한 소정 제어 신호를 동기 메시지 전송 대기 타이머 구동 모듈(1106)에 전송할 수 있다.
동기 메시지 전송 대기 타이머 구동 모듈(1106)은 구동된 동기 메시지 전송 대기 타이머가 만료되면, 그랜드마스터 프록시 모듈(1107)에 해당 타이머 만료를 알리는 소정 이벤트 신호를 전송할 수 있다.
그랜드마스터 프록시 모듈(1107)은 상기 이벤트 신호가 감지되면, Tgm_await 보다 작은 주기로 동기 메시지를 생성하여 동기 메시지 수신 모듈(1102)에 전송할 수 있다. 예를 들면, Tgm_await는 30ms일 수 있으며, 그랜드마스터 프록시 모듈(1107)은 10ms 주기로 동기 메시지를 생성하여 동기 메시지 수신 모듈(1102)에 전송할 수 있다.
이 후, 그랜드마스터의 재부팅이 완료되어, 클락 슬레이브 포트(1101)를 통해 동기 메시지가 수신되면, 동기 메시지 수신 모듈(1102)은 동작 모드를 리던던트 그랜드마스터 모드 상태에서 정상 브리지 모드 상태로 전환할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 브리지는 그랜드마스터의 재부팅 동안 자체 동기 메시지를 생성하고, 이를 기반으로 자체 동기를 획득할 뿐만 아니라 인접 노드에 동기 메시지를 전송함으로써, 그랜드마스터의 부재(Loss)에 관계없이 전체 차량 네트워크 시템을 동기화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 그랜드마스터가 재부팅되는 동안에 GPS(Global Positioning System) 신호에 기반한 표준시를 사용하지 않으므로 차량 네트워크상의 기준 시각이 크게 변경되는 현상-즉, 기준 시각 jump 현상-이 발생되지 않는다.
또한, 본 발명은 현재 그랜드마스터에서 가장 가까운 브리지가 소정 시간 동안 동기 메시지가 수신되지 않는 경우 리더턴트 그랜드마스터 모드로 전환하여 기존 그랜드마스터의 역할을 대리 수행하게 함으로써 그랜드마스터 재부팅 시 새로운 그랜드마스터를 선출 절차가 수행되지 않을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 브리지의 동작을 수치 가정에 기반하여 설명하기로 한다.
가정 1: 브리지가 가장 최근에 그랜드마스터로부터 동기 메시지를 수신한 시각 => 1970-01-01 02:00:00.000000000;
가정 2: 그랜드마스터와 가장 가까운 브리지가 가장 최근에 수신한 CorrectionField 값(a)=> 0;
가정 3: 그랜드마스터의 동기 메시지 전송 주기(b) 및 최대 수신 대기 횟수(c)=> b: 3초 및 c: 3;
가정 4: 브리지에서의 동기 메시지 전송 대기 시간=> Tgm-await: 30ms;
가정 5: 그랜드마스터가 동기 메시지를 전송하자마자 재부팅 시작됨
상기한 가정 1 내지 5에 따른, 브리지의 동작을 살펴보면, 브리지는 마지막 동기 메시지를 수신한 후, [(b*c)+CorrectioField*1000]가 지난 시점-즉, 9초 후-에 그랜드마스터가 없어짐(Loss)을 인지할 수 있다.
이 후, 브리지는 Tgm-await/3-즉, 10ms- 마다 동기 메시지를 자체 생성하여 자신의 클락 마스터 포트를 통해 인접된 노드에 자체 생성된 동기 메시지를 전송한다.
20초 이후에, 그랜드마스터의 재부팅이 완료되면, 브리지는 자신의 클락 슬레이브 포트를 통해 동기 메시지를 수신할 수 있다. 이때, 동기 메시지의 수신 시각은 1970-01-01 02:00:20.010000000일 수 있다.
브리지는 1970-01-01 02:00:20.030000000 시점에 다음 동기 메시지를 클락 마스터 포트를 통해 전송할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1100: 브리지(Bridge) 또는 리던던트 그랜드마스터
1101: 클락 슬레이브 포트
1102: 동기 메시지 수신 모듈
1103: 기준 시각 보정 모듈
1104: 동기 메시지 생성 모듈
1105: 클락 마스터 포트
1106: 동기 메시지 전송 대기 타이머 구동 모듈
1107: 그랜드마스터 프록시 모듈

Claims (23)

  1. 그랜드마스터(GrandMaster)와 연동되는 브리지에서 시간 동기를 제공하는 방법에 있어서,
    미리 정의된 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수 동안 클락 슬레이브 포트를 통해 동기 메시지가 수신되지 않으면, 소정 동기 메시지 전송 대기 시간 동안 대기하는 단계;
    상기 동기 메시지 전송 대기 시간이 만료되기 이전에 상기 클락 슬레이브 포트를 통해 상기 동기 메시지가 수신되지 않으면, 상기 그랜드마스터의 부재를 인지하여 상기 브리지의 내부 기준 시각을 이용하여 동기 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 동기 메시지를 클락 마스터 포트를 통해 인접 노드에 전송하는 단계
    를 포함하되, 상기 동기 메시지 전송 대기 시간은 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수와 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 동기 메시지의 헤더에 포함된 수정 필드(CorrectionField) 값의 소정 배수를 합한 값으로 결정되는, 시간 동기 제공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 동기 메시지 및 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 Follow Up 메시지를 이용하여 보정 시각 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는, 시간 동기 제공 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 생성된 보정 시각 정보가 포함된 Follow Up 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 Follow Up 메시지를 상기 클락 마스터 포트를 통해 전송하는 단계
    를 더 포함하되, 상기 생성된 Follow Up 메시지는 상기 생성된 동기 메시지의 전송 이후에 전송되는, 시간 동기 제공 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보정 시각 정보는 타임 스템프 정보, CorrectionField 정보, Neighbor Rate Ratio 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 시간 동기 제공 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 그랜드마스터의 부재가 인지되면, 상기 브리지의 동작 모드를 정상 브리지 모드에서 리던던트(Redundant) 그랜드마스터 모드로 전환시키는 단계를 더 포함하는, 시간 동기 제공 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터로부터 상기 동기 메시지가 수신되면 상기 정상 브리지 모드로 전환시키는, 시간 동기 제공 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터의 동기 메시지 전송 주기보다 짧은 주기로 상기 동기 메시지를 생성하여 전송하는, 시간 동기 제공 방법.
  12. 제 1항, 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  13. 그랜드마스터(GrandMaster)와 연동되는 브리지(Bridge)에 있어서,
    클락 슬레이브 포트를 통해 동기 메시지를 수신하는 동기 메시지 수신 모듈;
    미리 정의된 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수 동안 상기 클락 슬레이브 포트를 통해 상기 동기 메시지가 수신되지 않으면, 소정 동기 메시지 전송 대기 타이머를 구동시키는 동기 메시지 전송 대기 타이머 구동 모듈; 및
    상기 동기 메시지 전송 대기 타이머가 만료되기 이전에 상기 클락 슬레이브 포트를 통해 상기 동기 메시지가 수신되지 않으면, 상기 그랜드마스터의 부재를 인지하여 상기 브리지의 내부 기준 시각을 이용하여 동기 메시지를 생성하고, 상기 생성된 동기 메시지를 클락 마스터 포트를 통해 인접 노드에 전송하는 동기 메시지 생성 모듈
    을 포함하되, 상기 동기 메시지 전송 대기 타이머가 만료되는 시간은 동기 메시지 전송 주기의 소정 배수와 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 동기 메시지의 헤더에 포함된 수정 필드(CorrectionField) 값의 소정 배수를 합한 값으로 결정되는, 브리지.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서,
    상기 생성된 동기 메시지 및 상기 그랜드마스터로부터 가장 최근에 수신된 Follow Up 메시지를 이용하여 보정 시각 정보를 생성하여 상기 동기 메시지 생성 모듈에 전달하는 기준 시각 보정 모듈을 더 포함하는, 브리지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 동기 메시지 생성 모듈이 상기 생성된 보정 시각 정보가 포함된 Follow Up 메시지를 생성하여 상기 클락 마스터 포트를 통해 전송하는 상기 인접 노드에 전송하되, 상기 생성된 Follow Up 메시지가 상기 생성된 동기 메시지의 전송 이후에 전송되는, 브리지.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 보정 시각 정보는 타임 스템프 정보, CorrectionField 정보, Neighbor Rate Ratio 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 브리지.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 그랜드마스터의 부재가 인지되면, 상기 브리지의 동작 모드를 정상 브리지 모드에서 리던던트(Redundant) 그랜드마스터 모드로 전환시키는, 브리지.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터로부터 동기 메시지가 수신되면 상기 정상 브리지 모드로 전환시키는, 브리지.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 리던던트 그랜드마스터 모드에서 상기 그랜드마스터의 동기 메시지 전송 주기보다 짧은 주기로 상기 동기 메시지를 생성하여 전송하는, 브리지.
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