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KR101705592B1 - 노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 방법 및 장치 - Google Patents

노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 방법 및 장치 Download PDF

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KR101705592B1
KR101705592B1 KR1020090109009A KR20090109009A KR101705592B1 KR 101705592 B1 KR101705592 B1 KR 101705592B1 KR 1020090109009 A KR1020090109009 A KR 1020090109009A KR 20090109009 A KR20090109009 A KR 20090109009A KR 101705592 B1 KR101705592 B1 KR 101705592B1
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박근주
이준행
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Abstract

노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 방법 및 장치에 관한 것이다.
시스템이 스타트 업(start up)된 후, 노드 간의 시간 동기화가 시작되면, 전달시간 측정(propagation time measurement)을 위한 윈도우 사이즈를 점진적으로 늘리는 방법을 통하여, 지터(Jitter), 원더(Wander) 및 시간 동기화의 성능을 향상 시킬 수 있는 네트워크 동기화 방법 및 장치가 제공된다. 또한, 전달시간 측정 들이 최대 윈도우 사이즈만큼 수행된 이후, 전달 시간 평균값 계산에 지수적인 가중치를 적용함으로써, 지터(Jitter), 원더(Wander) 및 시간 동기화의 성능을 향상 시킬 수 있는 네트워크 동기화 방법 및 장치가 제공된다
시간 동기화, 전파 시간(propagation time), 타임 스탬프(time stamp)

Description

노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING TIME SYNCHRONIZATION BETWEEN NODES}
기술분야는, 네트워크에서 노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 방법 및 장치에 관한 것이다.
타임 스탬프(time stamps)를 이용하여 타이밍(timing)을 전달하기 위한 많은 수의 스킴(schemes)이 존재한다.
이와 같은 모든 스킴에서 네트워크를 구성하는 각각의 노드들은 상기 노드들 중 하나의 노드와 동기화를 시도한다. 이때, 하나의 노드는 마스터라 불리는 노드 즉, 마스터 노드에 소속되어 있다. 또한, 이러한 방법에서 타이밍은 그랜드마스터라 불리는 하나의 노드 즉, 그래드마스터 노드에서 추적 가능(traceable)하다.
마스터 노드는 마스터 노드의 마스터 노드를 제외하고, 마스터 노드에게 부착된 모든 노드에게 타임 스탬프를 포함하는 메시지를 전송한다. 이때, 타임 스탬프는 메시지가 전송되는 순간의 시각을 의미할 수 있다. 각각의 슬래이브 노드는 이러한 타임 스탬프를 수신하고, 슬래이브 노드와 마스터 노드간의 전달 시간(propagation time)을 타임 스탬프에 더한다. 즉, 슬래이브 노드는 메시지를 수신한 시각에서 전달 시간이 더해진 타임 스탬프 즉, 전달 시간 더해진 마스터 노드에서의 전송 시각을 비교함으로써, 마스터 노드와의 차이인 오프셋(offset)을 계산하여 동기화를 수행할 수 있다.
시스템이 스타트 업(start up)된 후, 노드 간의 시간 동기화가 시작되면, 전달시간 측정(propagation time measurement)을 위한 윈도우 사이즈를 점진적으로 늘리는 방법을 통하여, 지터(Jitter), 원더(Wander) 및 시간 동기화의 성능을 향상 시킬 수 있는 네트워크 동기화 방법 및 장치가 제공된다.
또한, 전달시간 측정 들이 최대 윈도우 사이즈만큼 수행된 이후, 전달 시간 평균값 계산에 지수적인 가중치를 적용함으로써, 지터(Jitter), 원더(Wander) 및 시간 동기화의 성능을 향상 시킬 수 있는 네트워크 동기화 방법 및 장치가 제공된다.
본 발명의 일측에 따른, 네트워크 동기화 방법은, k(k는 자연수)번째 시간 스텝(time step)에서, 슬래이브 노드로부터 마스터 노드까지의 전달 시간(propagation time)을 측정하는 단계와, 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈(window size)보다 작으면 제1 계산식에 의하여 k+1번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값을 계산하고, 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈 보다 크거나 같으면 제2 계산식에 의하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산하는 단계 및 상기 마스터 노드에서의 메시지 전송 시각, 상기 슬래이브 노드에서의 메시지 수신 시각 및 상기 전달 시간 평균값을 이용하여 오프셋을 계산하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제1계산식 및 상기 제2계산식은, k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값 및 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간을 이용하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산할 수 있다.
이때, 상기 제1계산식은, 하기 계산식에 의하여 계산될 수 있으며,
Figure 112009069472685-pat00001
여기서,
Figure 112009069472685-pat00002
는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
Figure 112009069472685-pat00003
는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간을 의미한다.
이때, 상기 제2계산식은, 하기 계산식에 의하여 계산될 수 있으며,
Figure 112009069472685-pat00004
여기서,
Figure 112009069472685-pat00005
는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
Figure 112009069472685-pat00006
는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간, a는 1차(first-order) 디지털 필터의 필터 계수를 의미한다.
이때, 상기 a는 상기 슬라이딩 윈도우 사이즈가 증가할수록, 지수적으로 증가할 수 있다.
이때, 상기 a는 하기 수학식에 의하여 계산될 수 있으며,
Figure 112009069472685-pat00007
여기서, M은 슬라이딩 윈도우 사이즈를 의미한다.
이때, 상기 a는 하기 수학식에 의하여 계산될 수 있으며,
Figure 112009069472685-pat00008
여기서, M은 슬라이딩 윈도우 사이즈, P는 임의의 상수를 의미한다.
시스템이 스타트 업(start up)된 후, 노드 간의 시간 동기화가 시작되면, 전달시간 측정(propagation time measurement)을 위한 윈도우 사이즈를 점진적으로 늘리는 방법을 통하여, 지터(Jitter), 원더(Wander) 및 시간 동기화의 성능을 향상 시킬 수 있다.
또한, 전달시간 측정 들이 최대 윈도우 사이즈만큼 수행된 이후, 전달 시간 평균값 계산에 지수적인 가중치를 적용함으로써, 지터(Jitter), 원더(Wander) 및 시간 동기화의 성능을 향상 시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 관련 기술에 따른 전달 시간을 계산하는 방법의 일 예이다.
마스터 노드(101)는 슬래이브 노드(102)로 메시지를 전송한다. 이때, 상기 메시지를 전송하는 순간(103)의 시각인 타임 스탬프 T1이 메시지에 기록된다. 또한, 슬래이브 노드는 메시지를 수신하는 경우, 메시지를 수신하는 순간(104)의 시각인 수신 시각 T2를 확인한다. 만약 슬래이브 노드(102)가 마스터 노드(101)로부터의 전달 시간 D1을 알고 있다면 슬래이브 노드(102)는 마스터 노드(101)와의 차 이인 오프셋을 "오프셋 = T2 - T1 - D1"와 같이 계산할 수 있고, 오프셋을 이용하여 마스터 노드(101)와의 동기화를 수행할 수 있다.
그러나, 위에서의 가정에서와 같이 오프셋을 계산하기 위해서는 마스터 노드(101)로부터의 전달 시간 D1을 슬래이브 노드(102)가 알고 있어야 한다. 즉, 슬래이브 노드(102)는 전달 시간 D1을 계산해야 한다.
도 2는 관련 기술에 따른 전달 시간을 계산하는 방법의 다른 예이다.
두 개의 노드 즉, 마스터 노드(201) 및 슬래이브 노드(202)에 각각 부착된 클락(attached clock)간의 전달 시간은 타임 스탬프를 교환하는 상기 클락들에 의해 측정된다. 상기 클락들 중 하나인 리퀘스터(requester)는 상기 리퀘스터가 제1 메시지를 다른 클락으로 전송할 때 상기 제1 메시지에 상기 제1 메시지의 전송 시각 T1(203)을 기록한다. 상기 다른 클락인 리스폰더(responder)는 상기 제1 메시지의 수신 시각 T2(204)를 기록한다.
이후, 상기 리스폰더에서 상기 제1 메시지에 대응하는 제2 메시지를 상기 리퀘스터로 전송하다. 이때, 상기 리퀘스터는 상기 제2 메시지에 상기 제2 메시지의 전송 시각 T3(205)을 기록하여 전송한다. 마지막으로 상기 리퀘스터는 상기 제2 메시지의 수신시각 T4(206)를 확인한다.
상기 리퀘스터는 이와 같이 확인된 상기 T1(203) 내지 상기 T4(206)를 이용하여 다음 수학식 2와 같이 표현되는 상기 전달 시간을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
전달 시간 = ((T2 - T1) + (T4 - T3)) / 2
여기서, 상기 전달 시간을 측정한 방법은 다음 (1) 내지 (4)의 조건을 만족한다고 가정한다.
(1) 상기 전달 시간이 대칭적이다. 즉, 양방향 모두에서 동일하다.
(2) 상기 전달 시간은 안정적이다(is stable). 즉, 4개의 타임 스탬프인 상기 T1 내지 상기 T4를 얻기 위한 시간 비율(timescale)이 일정하다.
(3) 마스터 노드와 슬래이브 노드 사이에 주파수의 차이가 작다.
(4) 상기 타임 스탬프의 값은 정확하다.
그러나, 상기 (1) 및 상기 (2)의 가정은 상기 리퀘스터와 상기 리스폰더간에 변하기 쉬운 지연(variable delay)의 근원(source)이 존재할 수 없음을 의미한다. 다시 말해, 상기 마스터 노드 및 상기 슬래이브 노드간에 네트워크 스위치, 네트워크 브릿지 등의 중계 장치가 존재할 수 없음을 의미한다. 이러한 어떠한 장치의 존재는 지터(Jitter), 원더(Wander) 및 시간 동기화의 부정확(inaccuracy)을 야기할 수 있다.
이와 같은 상기 마스터 노드와 상기 슬래이브 노드간에 상기 네트워크 스위치 또는 상기 네트워크 브릿지가 존재함으로써 전달 시간의 변화 및 비대칭성이 발생하고, 이를 다루기 위한 다른 접근법(approach)로서 상기 네트워크 스위치 또는 상기 네트워크 브릿지와 같은 중계 장치에서 각각의 메시지의 수신 시각 및 전송 시각을 상기 메시지에 기록하는 방법이 있다. 이러한 상기 방법은, 상기 중계 장치에서 트랜스패어런트 클락(Transparent Clock)이라 불리는 클락과 시간을 기록하 는 하드웨어(a clock and time stamping hardware)를 포함할 것을 요구한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전달 시간 측정 방법을 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전달 시간 측정 방법은 전달 시간 측정값들의 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 실제 전달 시간을 추정하기 위한 값인 Dave,k로 사용한다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 오프셋은 "오프셋 = T2 - T1 - Dave,k"와 같이 계산할 수 있다.
도 3의 전달 시간 측정 방법은 슬래이브로 동작하는 네트워크 장치에서 수행될 수 있다. 이하, 네트워크에서 슬래이브로 동작하는 네트워크 장치를 간단히 슬래이브 노드라 칭하기로 한다. 마찬가지로, 마스터로 동작하는 네트워크 장치를 간단히 마스터 노드라 칭하기로 한다.
슬래이브 노드는, 단계 310에서, 슬래이브 노드로부터 마스터 노드까지의 전달 시간(propagation time)을 측정한다. 이때, 슬래이브 노드로부터 마스터 노드까지의 전달 시간(propagation time)은 슬래이브 노드에서 마스터 노드까지의 전달시간 T2-T1 및 마스터 노드에서 슬래이브 노드까지의 전달 시간 T4-T3의 합 또는 평균일 수 있다. 이때, 전달 시간 측정은 기 설정된 시간 단위 마다 k(k는 자연수)번 측정될 수 있다. 따라서, k번째 시간 단위에서 전달 시간을 측정하는 것은, k번째 시간 스텝(time step)에서 전달 시간을 측정하는 것과 동일한 의미로 사용될 수 있다. 즉, 슬래이브 노드는 k번째 시간 스텝(time step)에서 마스터 노드까지 의 전달 시간을 측정한다.
슬래이브 노드는, 단계 320에서, k+1번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값을 계산한다. 단계 320에서, 슬래이브 노드는 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈(window size)보다 작으면 제1 계산식에 의하여 k+1번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값을 계산하고, 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈 보다 크거나 같으면 제2 계산식에 의하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산한다. 이때, '슬라이딩 윈도우'는 간략히 '윈도우'라 표현할 수 있다. 이때, 슬라이딩 윈도우 사이즈 M(M은 자연수)은 측정된 전달 시간이 저장되는 횟수일 수 있다. 슬라이딩 윈도우 사이즈 M은 슬래이브 노드에 구비되는 버퍼 크기에 관련된다.
이때, 단계 320은 도 4에 도시된 바와 같이, 단계 401, 단계 403, 단계 405를 포함하여 수행될 수 있다.
단계 401에서 슬래이브 노드는, 이전의 시간 스텝인 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈 M보다 작은지를 판단할 수 있다. 이때, k<M이면 슬래이브 노드는 단계 403을 수행하고, k가 M보다 크거나 같으면 단계 405를 수행한다.
단계 403에서 슬래이브 노드는, 제1 계산식에 의하여 k+1번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값을 계산할 수 있다.
단계 405에서 슬래이브 노드는, 제2 계산식에 의하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산할 수 있다. 상기 제1계산식 및 상기 제2계산식은, k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값 및 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간을 이용하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산하는 것이다.
제1계산식은 "시스템이 스타트 업(start up)된 후, 노드 간의 시간 동기화가 시작되면, 전달시간 측정(propagation time measurement)을 위한 윈도우 사이즈를 점진적으로 늘리는 것"에 관련된다. 제2계산식은 "전달시간 측정 들이 최대 윈도우 사이즈만큼 수행된 이후, 전달 시간 평균값 계산에 지수적인 가중치를 적용하는 것"에 관련된다.
제1계산식은 다음 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009069472685-pat00009
여기서,
Figure 112009069472685-pat00010
는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
Figure 112009069472685-pat00011
는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간을 의미한다. 이때, 슬래이브 노드는 수학식 2의 계산을 위하여, k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값
Figure 112009069472685-pat00012
또는
Figure 112009069472685-pat00013
를 저장(save)하기 위한 수단을 구비할 수 있다.
제2계산식은 다음 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112009069472685-pat00014
여기서,
Figure 112009069472685-pat00015
는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
Figure 112009069472685-pat00016
는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간, a는 1차(first-order) 디지털 필터의 필터 계수를 의미한다. 슬래이브 노드는 수학식 3의 계산을 위하여, k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값
Figure 112009069472685-pat00017
를 저장(save)하기 위한 수단을 구비할 수 있다. 상기 수학식 3은, 1차(first-order) 디지털 필터에 의하여 계산될 수 있으며, 이때, 디지털 필터는 IIR(Infinite Impulse Response) 필터일 수 있다.
수학식 3에서, a는 슬라이딩 윈도우 사이즈가 증가할수록, 지수적으로 증가하도록 설정될 수 있다. 따라서, a는 아래 수학식 4 또는 수학식 5에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112009069472685-pat00018
[수학식 5]
Figure 112009069472685-pat00019
여기서, P는 임의의 상수를 의미한다. 상기 수학식 5는 상기 수학식 4를 일반화 시킨 수식을 나타낸다.
슬라이딩 윈도우 사이즈 M은 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간
Figure 112009069472685-pat00020
를 변화시키는 샘플들의 수에 비해 큰 값으로 선택되어야 한다. 또한, 슬라이딩 윈도우 사이즈 M은 메시지의 실제 전달 시간(actual propagation time)의 변수(variation)의 타임 스케일(time scale)에 비해 큰 값으로 선택될 수 있다. 어떤 경우에 있어서, M은 1000으로 설정될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
슬래이브 노드는, 단계 330에서 마스터 노드에서의 메시지 전송 시각, 상기 슬래이브 노드에서의 메시지 수신 시각 및 상기 전달 시간 평균값을 이용하여 오프셋을 계산한다. 오프셋은 "오프셋 = T2 - T1 - Dave,k"와 같이 계산할 수 있다. 이때, 슬래이브 노드와 마스터 노드 각각은 전달시간 평균값을 게산하고 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 장치의 구성을 나타낸다.
도 5에 도시된 네트워크 장치(500)는 슬래이브 노드로 동작할 수 있다.
네트워크 장치(500)는, 전달시간 측정부(510), 전달시간 평균값 계산부(520) 및 오프셋 계산부(530)를 포함한다.
전달시간 측정부(510)는 k(k는 자연수)번째 시간 스텝에서, 마스터 노드까지의 전달 시간을 측정한다. 전달시간 측정부(510)는 타임스탬프를 이용하여 마스터 노드까지의 전달 시간을 측정할 수 있다. 전달시간 측정부(510)는 현재 시간 스텝에서의 전달 시간을 측정하기 위하여, 제1 메시지의 전송 시각인 제1 타임 스탬프를 상기 제1 메시지에 기록하여 상기 마스터 노드로 전송할 수 있다. 이때, 상기 마스터 노드는 상기 제1 타임 스탬프, 상기 제1 메시지의 수신 시각인 상기 제2 타임 스탬프 및 상기 제1 메시지에 대응하는 제2 메시지의 전송 시각인 제3 타임 스탬프를 상기 제2 메시지에 기록하여 네트워크 장치(500)로 전송할 수 있다. 전달시간 측정부(510)는 수신한 상기 제2 메시지의 수신 시각인 제4 타임 스탬프를 확인한다. 전달시간 측정부(510)는 상기 제1 타임 스탬프 및 상기 제4 타임 스탬 프를 이용하여 현재 시간 스텝에서의 전달 시간을 측정할 수 있다.
전달시간 평균값 계산부(520)는, k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산한다. 전달시간 평균값 계산부(520)는 M개의 전달 시간 측정값을 유지하기 위한 버퍼를 포함할 수 있다. 전달시간 평균값 계산부(520)는, 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈 M 보다 작으면 제1 계산식에 의하여 k+1번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값을 계산한다. 전달시간 평균값 계산부(520)는, 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈 M 보다 크거나 같으면 제2 계산식에 의하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산한다.
오프셋 계산부(530)는 상기 마스터 노드에서의 메시지 전송 시각, 상기 메시지의 수신 시각 및 상기 전달 시간 평균값을 이용하여 오프셋을 계산한다. 오프셋은 "오프셋 = T2 - T1 - Dave,k"와 같이 계산할 수 있다.
<전달 시간 측정의 정밀도 향상 방법>
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전달시간 평균값을 이용함으로써, 전달 시간 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이때, 네트워크 동기화를 위한 시간 정밀도는, 해당 노드에서 사용되는 어플리케이션들 중 가장 높은 시간 정밀도가 요구되는 어플리케이션에 의하여 결정될 수 있다. 예들 들어, 영상과 음향간의 시간 동기가 요구되는 어플리케이션은, 이동통신을 위한 주파수 값을 결정하는 어플리케이션에 비해 낮은 시간 정밀도가 요구된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전달 시간 측정의 정확도 향상을 위한 방법을 나타낸다.
도 6에 도시된 예에서, 그랜드 마스터(610)로부터 슬레이브 노드(640)까지의 홉수는 N-1개이고, 전체 노드 수는 N개이다. 이때, 제1 중계노드(620) 및 제2 중계 노드(630) 사이에는, 다른 중계 노드들이 존재할 수 있고, 제1 중계노드(620) 및 제2 중계 노드(630)는 Time-Aware System일 수 있다.
S601단계에서, 제2 중계 노드(630)는 슬레이브 노드(640)로부터 제1 메시지를 수신한다. 이때, 제1 메시지는 시간 정밀도와 관련된 성능 파라미터(performance parameter) 정보를 요청하는 메시지이다. 제1 메시지는 홉수를 표시하는 필드 n을 포함할 수 있고, 이때 홉수를 표시하는 필드 n의 값은 1이다.
제2 중계 노드(630)는 그랜드 마스터 노드가 아니기 때문에, S602단계에서 제2 메시지를 제1 중계 노드(620)로 전송한다. 이때, 제2 메시지는 시간 정밀도와 관련된 성능 파라미터 정보를 요청하는 메시지이다. 제2 메시지는 홉수를 표시하는 필드 n을 포함할 수 있고, 이때 홉수를 표시하는 필드 n의 값은 2이다.
제1 중계 노드(620)는 그랜드 마스터 노드가 아니기 때문에, S603 단계에서 제3 메시지를 그랜드 마스터(610)로 전송한다. 제3 메시지는 홉수를 표시하는 필드 n'을 포함할 수 있고, 이때 홉수를 표시하는 필드 n'의 값은 n'=n+1 이다.
제1 메시지, 제2 메시지 및 제3 메시지는 각각 해당 노드의 성능 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 이때, 해당 노드의 성능 파라미터 정보는, 디지털 필터 타입, 디지털 필터 사이즈, 슬라이딩 윈도우 사이즈 및 로컬 클럭(local clock) 성 능 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제2 메시지 및 제3 메시지는 이전 노드의 성능 파라미터 정보를 더 포함할 수 있다. 즉, 제2 메시지는 슬레이브 노드(640)의 성능 파라미터 정보 및 제2 중계 노드(630)의 성능 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 마찬가지로 제3 메시지는, 슬레이브 노드(640)의 성능 파라미터 정보, 제2 중계 노드(630)의 성능 파라미터 정보 및 제1 중계 노드(620)의 성능 파라미터 정보를 포함할 수 있다.
따라서, S601단계 내지 S603단계를 임의의 중계 노드에서 수행되는 동작으로 일반화하여 설명하면 다음과 같다. 임의의 중계 노드를 N-2 번째 중계 노드라 가정하면, N-2 번째 중계 노드는 N-1 번째 노드로부터 성능 파라미터 요청 메시지를 수신하고, N-2 번째 중계 노드 자신이 그랜드 마스터 노드 인지를 판단한다. N-2 번째 중계 노드는 자신이 그랜드 마스터 노드가 아니면, N-1 번째 노드로부터 수신된 성능 파라미터 요청 메시지를 N-3번째 노드로 전달한다. 이때, N-1 번째 노드로부터 수신된 성능 파라미터 요청 메시지는 N-1 번째 노드의 성능 파라미터 정보를 포함한다. 이때, N-3번째 노드로 전달되는 성능 파라미터 요청 메시지는 N-1 번째 노드의 성능 파라미터 정보 및 N-2 번째 노드의 성능 파라미터 정보를 포함한다.
그랜드 마스터(610)는 제3 메시지를 수신하면, 성능 테이블을 생성한다. 이때, 성능 테이블은 N-2개의 중계 노드들에 대한 성능 파라미터 정보 및 슬레이브 노드(640)의 성능 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 그랜드 마스터(610)는 생성된 성능 테이블을 이용하여 모든 노드들의 성능 파라미터 정보를 포함하는 성능 정보 패킷을 생성하고, 성능 정보 패킷을 리턴한다. 성능 정보 패킷은 S604 내지 S606 단계에서 슬레이브 노드(640)로 전달된다.
이때, 성능 정보 패킷은, 각각의 노드에서 업데이트 된 후 다음 노드로 전달될 수 있다. 예들 들어, 제1 중계 노드(620)는 성능 정보 패킷에 포함된 자신의 정보를 업데이트 한후, 제2 중계 노드(630)로 전달할 수 있다.
한편, 슬레이브 노드(640) 또는 그랜드 마스터(650)는 성능 정보 패킷 또는성능 테이블을 참조하여, 각각의 중계 노드들에게 성능 파라미터 변경을 요청할 수 있다. 즉, 슬레이브 노드(640) 또는 그랜드 마스터(650)는 각각의 중계 노드들에게 슬라이딩 윈도우 사이즈를 늘리거나 필터 상수를 변경하도록 요청할 수 있다. 예들 들어, 슬레이브 노드(640)는 현재 사용중인 어플리케이션이 시간 정밀도가 높게 요구되는 어플리케이션이면, 중계 노드들에게 슬라이딩 윈도우 사이즈를 늘리거나, 필터 상수를 변경하도록 요청할 수 있다.
S601 단계 내지 S606 단계는, 도 3의 330 단계 이후에 수행될 수 있다. 또한, 각각의 노드들은, 전달 시간 측정 이전에 S601 단계 내지 S606 단계를 수행하거나, 주기적 또는 비주기적으로 S601 단계 내지 S606 단계를 수행할 수도 있다. 각각의 노드들은, 주기적 또는 비주기적으로 S601 단계 내지 S606 단계를 수행함으로써, 전달 시간 측정의 정밀도를 향상 시킬 수 있다.
<파라미터 설정을 위한 시그널링>
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터 설정을 위한 시그널 링을 나타낸다. 도 7 내지 도 9에 도시된 시그널링은 슬레이브 노드(640) 또는 그랜드 마스터(650)가 각각의 중계 노드들에게 성능 파라미터 변경을 요청하는 데 적용될 수 있다. 또한, 도 7 내지 도 9에 도시된 시그널링은 전달 시간 평균값을 계산하기 위한 파라미터들을 설정하는데 적용될 수 있다. 이때, 전달 시간 평균값을 계산하기 위한 파라미터는, 예를 들어 윈도우 사이즈일 수 있다. 한편, 도 7 내지 도 9에 도시된 시그널링은 네트워크에서 필요한 임의의 파라미터를 설정하는 것에도 적용될 수 있다. 도 7 내지 도 9에서, Time-Aware Bridge 2, 3, 4, 5 및 6은 중계 노드의 기능을 수행할 수 있다.
이때, 시그널링은 시그널링 메시지의 전송을 통하여 수행될 수 있다. 시그널링 메시지는, time-aware 시스템들 사이의 정보(imformati), 요청들(requests), 및/또는(and/or) 명령들(commands)을 전달(carries)한다. 이때, 시그널링 메시지는, 하나 또는 그 이상의 TLV(Type-Length-Value)들에 의하여 정보(imformati), 요청들(requests), 및/또는(and/or) 명령들(commands)을 전달할 수 있다.
도 7에 도시된 예는, Time-Aware End-Station 1에서 파라미터 설정을 요청하는 경우를 나타낸다. 이때, Time-Aware End-Station 1은 슬레이브 노드의 기능을 수행할 수 있다. Time-Aware End-Station 1은, request TLV를 갖는 제1 시그널링 메시지를 이웃 노드인 Time-Aware Bridge 5로 전송한다. 이때, 제1 시그널링 메시지는 전달 시간 평균값의 계산을 위한 파라미터를 request TLV에 포함된 값들로 설정(set)하도록 요청하는 것일 수 있다.
Time-Aware Bridge 5는 Master Port를 통해 제1 시그널링 메시지를 수신하고, request TLV에 관한 정보를 저장(save)한 후, 제2 시그널링 메시지를 통하여 request TLV를 포워딩한다. 이때, request TLV에 관한 정보는 예를 들어, TLV 타입 및 제1 시그널링 메시지의 시퀀스 넘버일 수 있다. 이때, request TLV에 관한 정보를 저장하는 이유는, 파라미터 설정 요청이 거부된 경우 request-denied TLV가 request TLV가 포워딩 된 경로의 역으로만 전달될 수 있도록 하기 위함이다.
도 7에 도시된 바와 같이, request TLV는 Time-Aware Bridge 2를 거쳐 Grandmaster Time-Aware Bridge 1으로 포워딩될 수 있다. 이때, Grandmaster Time-Aware Bridge 1은 그랜드 마스터(650)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. Grandmaster Time-Aware Bridge 1 역시, request TLV에 관한 정보를 저장(save)한다. Grandmaster Time-Aware Bridge 1은 파라미터 설정 요청에 대하여 허가(grant) 또는 거부(denial)를 결정할 수 있다. 이때, 파라미터 설정 요청에 대한 허가 또는 거부는 성능 파라미터 정보에 기초하여 결정될 수 있다.
도 8에 도시된 예는, Grandmaster Time-Aware Bridge 1에서 파라미터 설정 요청 거부된 경우를 나타낸다. 도 8에서, request-denied TLV는 파라미터 설정 요청 거부 되었음을 나타내는 시그널링 메시지이다.
도 8을 참조하면, Time-Aware Bridge 2는 request-denied TLV를 수신하면, 기 저장된 request TLV에 관한 정보를 삭제(remove)하고, request-denied TLV를 포워딩한다. 도 8에 도시된 바와 같이, request-denied TLV는 Time-Aware End-Station 1으로 전달된다.
도 9에 도시된 예는, Grandmaster Time-Aware Bridge 1에서 파라미터 설정 요청이 허가된 경우를 나타낸다.
파라미터 설정 요청이 허가된 경우, Grandmaster Time-Aware Bridge 1은, 전달 시간 평균값의 계산을 위한 파라미터를 request TLV에 포함된 값들로 설정할 수 있다. 이때, Grandmaster Time-Aware Bridge 1은, 기 저장된 request TLV에 관한 정보를 삭제(remove)하고, request-granted TLV를 포워딩할 수 있다. 이때, request-granted TLV는, 파라미터 설정 요청이 허가되었음을 나타낸다. request-granted TLV는, request-denied TLV와는 달리 Grandmaster Time-Aware Bridge 1의 모든 MasterPort를 통하여 전달될 수 있다. 따라서, Time-Aware Bridge 2, 3 및 4는 request-granted TLV를 수신할 수 있다.
Time-Aware Bridge 2, 3 및 4는 전달 시간 평균값의 계산을 위한 파라미터를 request-granted TLV에 포함된 값들로 설정하고, MasterPort를 통해 request-granted TLV를 전달할 수 있다. 이때, Time-Aware Bridge 2는 기 저장된 request TLV에 관한 정보를 삭제(remove)하고, request-granted TLV를 포워딩할 수 있다. Time-Aware End-Station 2는, request-granted TLV를 수신하면, 전달 시간 평균값의 계산을 위한 파라미터를 request-granted TLV에 포함된 값들로 설정한다. Time-Aware End-Station 2는, request-granted TLV를 포워딩하지 않는다.
도 7 내지 도 9에서 설명된 시그널링에 따르면, 파라미터 설정을 위한 시그널링 메시지는 그랜드 마스터로 전달될 수 있다. 또한, 파라미터 설정 요청이 승인된 경우, 파라미터 설정 요청에 포함된 파라미터는 네트워크 내의 모든 노드들로 전달될 수 있다. 네트워크 내의 모든 노드들은 파라미터 설정 요청에 포함된 파라미터를 설정할 수 있다. 만일, 파라미터 설정 요청이 거부된 경우, 파라미터 설정 거부 메시지는 파라미터 설정 요청이 전달된 경로(path)로 만 전달될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 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.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 관련 기술에 따른 전달 시간을 계산하는 방법의 일 예이다.
도 2는 관련 기술에 따른 전달 시간을 계산하는 방법의 다른 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전달 시간 측정 방법을 나타낸다.
도 4는 도 3의 330단계의 상세한 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 장치의 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전달 시간 측정의 정확도 향상을 위한 방법을 나타낸다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터 설정을 위한 시그널링을 나타낸다.

Claims (20)

  1. k(k는 자연수)번째 시간 스텝(time step)에서, 슬래이브 노드로부터 마스터 노드까지의 전달 시간(propagation time)을 측정하는 단계;
    상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈(window size)보다 작으면 제1 계산식에 의하여 k+1번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값을 계산하고, 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈 보다 크거나 같으면 제2 계산식에 의하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산하는 단계; 및
    상기 마스터 노드에서의 메시지 전송 시각, 상기 슬래이브 노드에서의 메시지 수신 시각 및 상기 전달 시간 평균값을 이용하여 오프셋을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 제1계산식 및 상기 제2계산식은,
    k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값 및 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간을 이용하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산하는,
    네트워크 동기화 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1계산식은, 하기 계산식에 의하여 계산되며,
    Figure 112016097689741-pat00021
    여기서,
    Figure 112016097689741-pat00022
    는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
    Figure 112016097689741-pat00023
    는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간인,
    네트워크 동기화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2계산식은, 하기 계산식에 의하여 계산되며,
    Figure 112016097689741-pat00024
    여기서,
    Figure 112016097689741-pat00025
    는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
    Figure 112016097689741-pat00026
    는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간, a는 1차(first-order) 디지털 필터의 필터 계수인,
    네트워크 동기화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 a는 상기 슬라이딩 윈도우 사이즈가 증가할수록, 지수적으로 증가하는 것을 특징으로 하는, 네트워크 동기화 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 a는 하기 수학식에 의하여 계산되며,
    Figure 112009069472685-pat00027
    여기서, M은 슬라이딩 윈도우 사이즈인,
    네트워크 동기화 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 a는 하기 수학식에 의하여 계산되며,
    Figure 112009069472685-pat00028
    여기서, M은 슬라이딩 윈도우 사이즈, P는 임의의 상수인,
    네트워크 동기화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    중계 노드로 성능 파라미터 요청 메시지를 전송하고, 상기 성능 파라미터 요청 메시지에 대응하는 성능 정보 패킷을 수신하는 단계를 더 포함하는,
    네트워크 동기화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 성능 정보 패킷에 기초하여, 상기 중계 노드에게 성능 파라미터 변경을 요청하는 단계를 더 포함하는,
    네트워크 동기화 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 성능 정보 패킷은, 디지털 필터 타입, 디지털 필터 사이즈, 슬라이딩 윈도우 사이즈 및 로컬 클럭(local clock) 성능 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    네트워크 동기화 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전달 시간 평균값의 계산을 위한 파라미터 설정 요청을 시그널링하는 단계를 포함하는,
    네트워크 동기화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 파라미터 설정 요청에 대한 허가 또는 거부를 수신하는 단계를 더 포함하는, 네트워크 동기화 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 파라미터 설정 요청이 허가된 경우, 상기 파라미터 설정 요청은 네트워크 내의 모든 노드들로 전달되는, 네트워크 동기화 방법.
  14. k(k는 자연수)번째 시간 스텝에서, 마스터 노드까지의 전달 시간을 측정하는 전달 시간 측정부;
    상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈보다 작으면 제1 계산식에 의하여 k+1번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값을 계산하고, 상기 k가 슬라이딩 윈도우 사이즈 보다 크거나 같으면 제2 계산식에 의하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산하는 전달 시간 평균값 계산부; 및
    상기 마스터 노드에서의 메시지 전송 시각, 상기 메시지의 수신 시각 및 상기 전달 시간 평균값을 이용하여 오프셋을 계산하는 오프셋 계산부를 포함하고,
    상기 제1계산식 및 상기 제2계산식은,
    k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값 및 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간을 이용하여 상기 k+1번째 시간 스텝 에서의 전달 시간 평균값을 계산하는,
    노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 장치.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1계산식은, 하기 계산식에 의하여 계산되며,
    Figure 112009069472685-pat00029
    여기서,
    Figure 112009069472685-pat00030
    는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
    Figure 112009069472685-pat00031
    는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간인,
    노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2계산식은, 하기 계산식에 의하여 계산되며,
    Figure 112009069472685-pat00032
    여기서,
    Figure 112009069472685-pat00033
    는 k번째 시간 스텝에서의 전달 시간 평균값,
    Figure 112009069472685-pat00034
    는 k번째 시간 스텝에서의 측정된 전달 시간, a는 1차(first-order) 디지털 필터의 필터 계수인,
    노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 a는 상기 슬라이딩 윈도우 사이즈가 증가할수록, 지수적으로 증가하는 것을 특징으로 하는, 노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 a는 하기 수학식에 의하여 계산되며,
    Figure 112009069472685-pat00035
    여기서, M은 슬라이딩 윈도우 사이즈인,
    노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 a는 하기 수학식에 의하여 계산되며,
    Figure 112009069472685-pat00036
    여기서, M은 슬라이딩 윈도우 사이즈, P는 임의의 상수인,
    노드 간의 시간 동기화를 수행하는 네트워크 동기화 장치.
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