KR101825030B1

KR101825030B1 - PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법

Info

Publication number: KR101825030B1
Application number: KR1020170084951A
Authority: KR
Inventors: 서인식; 백준현; 박성훈
Original assignee: (주)자람테크놀로지
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2018-02-05
Anticipated expiration: 2037-07-04

Abstract

본 발명은 전원이 요구되는 부가 장치를 포함하는 노드를 링 네트워크로 구성하고 PoE(Power over Ethernet) 기술을 적용하여 전원에 대한 배선 부담도 줄일 수 있도록 하면서도 전원 전달 방향성을 가지는 PoE 링 네트워크의 장애 시에도 효과적으로 대응할 수 있도록 한 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법에 관한 것으로, 마스터 노드에 복수의 슬레이브 노드들을 링 네트워크 방식으로 연결하되, PoE 기술을 이용하여 노드 간을 연결하는 이더넷 케이블로 데이터와 전원을 동시에 제공하도록하며, 전원 처리 구성을 장애에 따라 가변함으로써 선로나 배선 구성을 단순화하여 구축 비용을 절감하면서도 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법{Ring network apparatus and system using PoE and network recovering method for the system}

본 발명은 PoE(Power over Ethernet)를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법에 관한 것으로, 특히 전원이 요구되는 부가 장치를 포함하는 노드를 링 네트워크로 구성하고 PoE 기술을 적용하여 전원에 대한 배선 부담도 줄일 수 있도록 하면서도 전원 전달 방향성을 가지는 PoE 링 네트워크의 장애 시에도 효과적으로 대응할 수 있도록 한 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법에 관한 것이다.

일반적으로 소정의 기능을 가지는 복수의 통신 장치들을 마스터 기기와 네트워크로 연결하기 위해서는 성(star)형 네트워크 토폴로지를 이용한다.

일례로서 무선 와이파이(Wifi) 억세스 포인트(AP)를 넓은 장소에 여러 대 구성하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 와이파이 억세스 포인트 제어기(10)에 여러 대의 와이파이 억세스 포인트(30a~30n)를 이더넷 스위치(20)를 통해 성형 방식으로 연결하는 것이 일반적이다. 도시된 바와 같이 이더넷 스위치(20)는 와이파이 억세스 포인트 제어기(10)와 별도로 구성되거나 통합 구성될 수 도 있다.

이러한 네트워크 토폴로지는 무선 와이파이 방식의 억세스 포인트 외에도 고속 통신이 필요한 다양한 종류의 근거리 통신 방식의 억세스 포인트(표준 억세스 포인트, 와이맥스 억세스 포인트, 블루투스 억세스 포인트 등)나 IP 카메라, IP 보안 장비, 유지보수 단말, IoT 기기들에 대해서도 기본적으로 사용되고 있다.

하지만, 이러한 성형 방식의 네트워크 구성은 개별 와이파이 억세스 포인트(30a~30n) 마다 와이파이 억세스 포인트 제어기(10)에 연결된 이더넷 스위치(20)까지 연결되는 별도의 케이블이 필요하기 때문에 설치가 복잡하고 비용이 높아지는 문제가 있다.

다른 방식으로, 라인형 네트워크 토폴로지를 이용하여 노드들 간을 직렬로 연결하여 케이블 구성을 간소화 하는 방법이 있다.

도 2는 일반적 라인형 네트워크 구성 방식을 이용한 와이파이 억세스 포인트 배치를 보인 것이다. 도시된 바와 같이 와이파이 억세스 포인트와 이더넷 스위치를 통합한 네트워크 노드(40a~40n)가 와이파이 억세스 포인트 제어기(10)와 직렬로 연결되는 방식으로 구성된다.

도시된 네트워크 노드(40a~40n) 각각에는 3포트 이더넷 스위치가 구성되어 노드 간 통신과 억세스 포인트에 대한 이더넷 프레임을 처리하게 된다. 따라서, 네트워크 노드(40a~40n) 사이에만 케이블을 연결하기 때문에 성형 토폴로지에 비해 필요한 케이블의 길이가 짧고 연결이 용이하다.

하지만, 이러한 구성의 경우 각각의 네트워크 노드(40a~40n)에 포함된 억세스 포인트와 이더넷 스위치에 대한 전원을 공급해야 하므로 별도의 배선이 필요한 문제가 있으며, 직렬 연결된 네트워크 일부에 장애가 발생할 경우 장애가 발생한 지점 이후의 네트워크 노드들은 동작하지 않아 신뢰성이 낮아지는 문제가 있다.

또 다른 방식으로 버스형 토폴로지가 있으나 이는 고속화되는 통신 속도에 대응하기가 어렵기 때문에 통상 마스터 노드에 복수의 슬레이브 노드를 연결하기 위한 용도로는 잘 적용하지 않는다.

따라서, 마스터 장치에 복수의 슬레이브 장치들을 연결하는 네트워크 구조는 배치 방식에 따른 케이블 배선 문제나 전원 제공을 위한 배선 문제 혹은 장애 발생 문제에 의해 경제성이나 신뢰성이 낮은 한계가 있다.

한국등록특허 제10-1519624호 [발명의 명칭: 이더넷 링 네트워크의 비환원 모드에서의 장애 복구 방법] 한국 등록특허 제10-1387981호 [발명의 명칭:PoE를 이용하여 전력을 제공하기 위한 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체] 한국 등록특허 제10-0864768호 [발명의 명칭:PoE 시스템을 위한 공통-모드 데이터 전송]

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 마스터 노드(예를 들어, 와이파이 억세스 포인트 제어기)에 복수의 슬레이브 노드(예를 들어, 와이파이 억세스 포인트)들을 연결하는 네트워크의 선로 구성을 단순화하기 위하여 PoE(Power over Ethernet) 기술을 이용하여 노드 간을 연결하는 이더넷 케이블로 데이터와 전원을 동시에 제공하도록 함과 아울러, 네트워크 경로 상 장애에 대응하기 위하여 마스터 노드와 슬레이브 노드를 링 네트워크로 구성하면서 장애 발생 시 전원을 공급하는 PSE(Power Source Equipment)와 전원을 수신하는 PD(Powered Device)를 전환하여 전원 공급 방향을 변경할 수 있도록 함으로써 전원 제공에 방향성을 가지는 PoE 기술을 이용하면서도 링 네트워크 장애에 대응할 수 있도록 한 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 링 네트워크의 각 노드에 구성되는 PD와 PSE의 전환이나 동작 여부를 제어하도록 하여 장애 발생 시 대응 및 복구 시 대응 과정에서 전원 충격이 발생하지 않도록 한 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 링 네트워크의 각 노드에 PoE 기술을 통해 전원을 제공하되, 통상 설정이나 장애 발생 시 각 노드에 구성되는 전원 관련 구성 정보를 마스터 노드에 제공하고, 마스터 노드로부터 PD와 PSE 간의 전환이나 전원 공급 여부에 대한 제어 정보를 수신하도록 하되, 이러한 정보의 송수신은 이더넷 프레임 표준에 설정된 가상 랜 지원용 추가 헤더를 통해 실시하도록 함으로써 표준을 준수하면서도 PoE를 이용한 링 네트워크의 우회 경로 구성이 가능하도록 한 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PoE(Power over Ethernet)를 이용한 링 네트워크 장치는 전원과 데이터를 수신하거나 전달하기 위한 한 쌍의 매칭부와, 상기 매칭부 중 하나를 통해 수신되는 전원을 장치 전원으로 이용하는 PD(Powered Device)와, 상기 매칭부 중 하나를 통해 후속 링 네트워크 장치에 전원을 전달하는 PSE(Power Source Equipment)와, 상기 한 쌍의 매칭부와 PD 및 PSE를 선택적으로 연결하는 경로 스위치부와, 상기 한 쌍의 매칭부와 연결되어 데이터를 송수신하는 이더넷 스위치부와, 상기 이더넷 스위치부와 연결되는 네트워크 부하와, 상기 이더넷 스위치부와 경로 스위치부 및 네트워크 부하와 연결되어 네트워크 장애나 전원 상태 구성에 대한 정보를 마스터 노드에 리포팅하고 장애 대응이나 복원을 위해 경로 스위치부를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 링 네트워크에 구성되는 마스터 노드에 네트워크 장애나 전원 상태 구성에 대한 정보를 리포팅하고, 전원 상태 변경 정보를 마스터 노드로부터 수신하여 경로 스위치부를 제어하는 것으로 장애 대응이나 복원을 수행할 수 있다.

상기 제어부는 장애 정보, 전원 상태 구성 정보 및 전원 상태 변경 정보를 이더넷 프레임의 가상 랜 지원을 위한 추가 헤더를 통해 마스터 노드와 주고 받을 수 있다. 여기서, 상기 제어부는 상기 가상 랜 지원을 위한 추가 헤더로 802.1Q 헤더의 16비트 TPID(Tag Protocol Identifier) 미지정 타입을 이용할 수 있다.

상기 네트워크 부하는 표준 억세스 포인트, 와이파이 억세스 포인트, 와이맥스 억세스 포인트, 블루투스 억세스 포인트, IP 카메라, IP 보안 장비, 유지보수 단말, IoT 기기 중 적어도 하나이거나 이들의 조합일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 PoE(Power over Ethernet)를 이용한 링 네트워크 시스템은 각 슬레이브 노드의 네트워크 부하와 통신을 수행하고 연결 슬레이브 노드들에 PoE 방식으로 전원을 공급하며, 장애 발생 정보와 슬레이브 노드의 전원 상태 구성 정보를 수신하여 장애 슬레이브 노드와 인접 슬레이브 노드에 대한 전원 상태 변경 정보를 제공하는 마스터 노드와, 마스터 노드와 통신을 수행하는 네트워크 부하와, 선로를 통해 전원을 수신하는 PD와 선로를 통해 전원을 공급하는 PSE 및 PD와 PSE를 선택적으로 전환하거나 PSE의 전원을 차단하는 경로 스위치부를 구비하며, 네트워크 장애나 전원 상태 구성에 대한 정보를 상기 마스터 노드에 리포팅하고 장애 대응이나 복원을 위해 경로 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 슬레이브 노드를 포함한다.

상기 슬레이브 노드는 장애 상태에 따라 자동으로 경로 스위치부를 제어하거나 상기 마스터 노드로부터 전원 상태 변경 정보를 수신하여 경로 스위치부를 제어할 수 있다.

상기 마스터 노드와 슬레이브 노드는 이더넷 프레임에 삽입되는 802.1Q 헤더의 16비트 TPID 미지정 타입을 이용하여 장애 상태 정보, 전원 상태 구성 정보 및 전원 상태 변경 정보를 송수신할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 신호와 전원을 동시에 공급하는 마스터 노드와, 상기 마스터 노드에 선로로 연결되는 복수의 슬레이브 노드로 이루어진 PoE를 이용한 링 네트워크 시스템의 네트워크 장애 복구 방법으로서, 전원과 데이터를 수신하거나 전달하는 한 쌍의 매칭부와 수신 전원을 장치 전원으로 이용하는 PD(Powered Device) 및 후속 슬레이브 노드에 전원을 전달하는 PSE(Power Source Equipment)를 선택적으로 연결하는 경로 스위치부를 포함하는 슬레이브 노드를 마스터 노드에 링 네트워크 방식으로 구성하되, 마스터 노드는 연결되는 양방향 슬레이브 노드들에 전원을 공급하고, 연결되는 슬레이브 노드들 중 PSE 끼리 연결되는 경우 일측 PSE의 전원을 비활성화하도록 구성하는 단계와, 장애 발생 시 슬레이브 노드가 장애 발생과 전원 상태 구정 정보를 마스터 노드에 리포팅하는 단계와, 마스터 노드가 장애 발생에 대응되는 슬레이브 노드들에 대해 PD와 PSE 전환이나 PSE 전원의 활성또는 비활성 상태를 설정하는 전원 상태 변경 정보를 슬레이브 노드에 전송하는 단계와, 슬레이브 노드가 마스터 노드로부터 전원 상태 변경 정보를 수신하여 경로 스위치부를 제어하는 것으로 PD와 PSE를 전환하거나 PSE의 상태를 활성화 또는 비활성화 하는 단계를 포함한다.

상기 마스터 노드가 장애 복구 정보를 관리자나 슬레이브 노드로부터 수신하는 단계와, 장애 복구를 위해 슬레이브 노드에 전원 상태 변경 정보를 순차적으로 전달하여 전원 충돌 없이 초기 설정 상태로 복원하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법은 마스터 노드에 복수의 슬레이브 노드들을 링 네트워크 방식으로 연결하되, PoE(Power over Ethernet) 기술을 이용하여 노드 간을 연결하는 이더넷 케이블로 데이터와 전원을 동시에 제공하도록하며, 전원 처리 구성을 장애에 따라 가변함으로써 선로나 배선 구성을 단순화하여 구축 비용을 절감하면서도 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법은 장애 발생 시 전원을 공급하는 PSE(Power Source Equipment)와 전원을 수신하는 PD(Powered Device)를 전환하여 전원 공급 방향을 변경할 수 있도록 한 슬레이브 노드를 이용함으로써 장애 발생시 전원 공급 방향을 가변함과 아울러, PSE의 활성화 여부를 조절함으로써 전원 충돌을 방지하도록 하여 안정적인 네트워크 동작이 가능하도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 PoE를 이용한 링 네트워크 장치, 시스템 및 네트워크 장애 복구 방법은 슬레이브 노드와 마스터 노드 간 장애 발생, 전원 상태, 전원 상태 변경 정보를 이더넷 프레임 표준에 설정된 가상 랜 지원용 추가 헤더를 통해 실시하도록 함으로써 표준을 준수하면서도 PoE 방식의 링 네트워크의 장애 대응이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 성형 네트워크 구성 예.
도 2는 선형 네트워크 구성 예.
도 3은 PoE를 이용한 선형 네트워크 구성의 예.
도 4는 PoE를 이용한 링 네트워크 구성의 예.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 링 네트워크 구성의 예.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 장치 구성의 예.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 링 네트워크 장애 대응 방식을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 정보 전송 프레임 구성을 설명하기 위한 예시도.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 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.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 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.

특히, 본 발명을 설명함에 있어 네트워크 장치, 노드와 같은 용어를 혼용할 수 있으나, 이는 노드로 사용되는 네트워크 장치를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, PoE(Power over Ethernet) 기술을 적용한 네트워크에 관하여 PoE를 이용한다거나 PoE가 적용되었다고 약칭하며, PoE 기술이 적용된 노드에 구성되어 전원을 공급하는 PSE(Power Source Equipment)와 전원을 수신하는 PD(Powered Device)는 각각 해당 기능을 수행하기 위한 전기적 부품으로 이루어진 기능 블록을 의미하는 기능 유닛이나 장치를 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예들을 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

도 3은 PoE(Power over Ethernet)를 이용한 선형 네트워크 구성의 예를 보인 것이다. PoE는 이더넷 케이블을 통해 데이터 신호와 전원을 동시에 전송하는 기술로서, 이더넷 입력단에 구성되는 트랜스포머(매칭부)를 통해 신호와 전원을 동시에 수신하면 수신되는 전원을 장치 전원으로 이용하며, 해당 전원을 출력측 트랜스포머를 통해 전달하여 후속 네트워크 장치가 이를 전원으로 이용할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해서 각 네트워크 장치들은 트랜스포머에서 전원을 수집하여 장치 전원으로 이용하는 PD(Powered Device)와 수신 전원을 출력 트랜스포머에 전달하여 후속 네트워크 장치에게 전달하는 PSE(Power Source Equipment)를 포함한다.

예시된 구성은 무선 와이파이(Wifi) 억세스 포인트(AP)를 넓은 장소에 여러 대 구성하기 위한 것으로, 와이파이 억세스 포인트 제어기(50)에 와이파이 억세스 포인트가 포함된 복수의 네트워크 장치(60a~60n)를 선형으로 구성한 것으로, 별도의 전원 배선이 필요하지 않도록 전원까지 와이파이 억세스 포인트 제어기(50)에서 제공하도록 구성된 것이다.

와이파이 억세스 포인트 제어기(50)는 전원 제공을 위한 PSE(51)가 구성되고, 각 네트워크 장치(60a~60n)는 내부적으로 수신되는 전원을 장치 전원으로 이용하는 PD(61), 수신 전원을 후속 장치의 전원으로 전달하는 PSE(62), 무선 와이파이 억세스 포인트(64), 와이파이 억세스 포인트 제어기(50)와의 통신 및 인접 네트워크 장치들과의 통신을 처리하는 이더넷 스위치(63)를 포함한다.

도시된 구성과 같이 마스터 노드(50)와 해당 마스터 노드에 선형으로 연결되는 복수의 슬레이브 노드들(60a~60n)은 각 슬레이브 노드들에 구비된 이더넷 스위치(63)에 의해 고속 통신이 가능하며, PoE 기능에 의해 통신 선로를 통해 전원까지 공급받을 수 있기 때문에 선로 구축이 간단하고 구축 비용을 낮출 수 있다.

하지만, 이러한 구성의 경우 선로 일부나 장치중 하나에 장애가 발생할 경우 후속되는 슬레이브 노드는 통신이나 전원 공급이 중단되므로 장애 발생 시 동작할 수 없게 된다. 이러한 네트워크 신뢰성 하락에 의해 해당 구성은 상업적으로 구축되기 어렵다.

도 4는 PoE를 이용한 링 네트워크 구성의 예로서, 도시된 바와 같이 장애 발생에 대응할 수 있는 링 네트워크 구성에 PoE 기능을 더한 것이다.

도시된 바와 같이 와이파이 억세스 포인트 제어기(70)는 전원 제공을 위한 PSE(71)와 전원 수신을 위한 PD(72)가 구성되고, 각 네트워크 장치(80a~80d)는 앞서 도 3을 통해 설명했던 바와 같이 PD, PSE, 이더넷 스위치, 무선 와이파이 억세스 포인트로 구성되며, 이들이 순차 연결되어 폐루프를 형성한다.

하지만, 도시된 바와 같이 전원의 제공 방향을 유지하기 위해서 와이파이 억세스 포인트 제어기(70)의 PSE(71)가 모든 네트워크 장치들(80a~80d)의 전원을 공급해야 하기 때문에 연결 가능한 네트워크 장치들의 숫자가 제한되고, 선로나 네트워크 장치 중 하나에 장애가 발생할 경우 역방향 신호 전달은 가능하더라도 전원 공급은 불가능하여 결국 장애 발생 이후의 네트워크 장치들은 동작 하지 못하게 된다.

장애에 대응하기 위해 오랫 동안 동작이 가능할 정도의 전원부(축전지 등)를 구성한다면 해당 전원이 동작하는 동안 데이터의 전송은 순방향과 역방향으로 우회할 수 있지만 각 네트워크 장치들은 내부적으로 이더넷 스위치나 와이파이 억세스 포인트와 같은 부하를 포함하기 대문에 내부 전원에 의해 동작할 수 있는 장애 대응 시간은 제한되며, 이러한 전원부 별도 구성을 위한 비용이 높고 축전지를 이용할 경우 수명에 의한 관리 문제도 발생하게 된다. 따라서, 이러한 도 4의 방식 역시 신뢰성이 낮아 현실적으로 적용되기 어렵다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 실시예에서는 전원의 전달 방향성이 존재하는 PoE 네트워크 장치들을 이용하여 링 네트워크를 구성하면서도 장애에 대응하여 신호 및 전원 방향을 전환할 수 있는 새로운 네트워크 장치와 시스템 및 장애 대응 방법을 제공한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 링 네트워크 구성 및 해당 링 네트워크의 노드로 사용되는 네트워크 장치의 구성 예를 보인 것이다.

도시된 예시에서 마스터 노드는 와이파이 억세스 포인트 제어기(100)를 예로 들었고, 슬레이브 노드는 내부 네트워크 부하로서 와이파이 억세스 포인트를 구비한 경우를 예로 든 것이다. 이러한 마스터 노드와 슬레이브 노드의 네트워크 부하는 다양할 수 있다.

도시된 바와 같이 마스터 노드에 해당하는 와이파이 억세스 포인트 제어기(100)는 링 네트워크 구성을 위해 연결되는 양 방향 슬레이브 노드들 각각에 전원을 공급하는 PSE(110, 120)를 구비한다. 각 슬레이브 노드에 해당하는 네트워크 장치는 수신 전원을 장치 전원으로 이용하는 PD(Powered Device) 및 후속 네트워크 장치에 전원을 전달하는 PSE(Power Source Equipment)를 포함하되, 연결되는 네트워크 장치들 중 PSE 끼리 연결되는 네트워크 장치들(200b, 200c) 중 일측 네트워크 장치(200b)의 PSE 전원(PSE를 통해 선로에 제공되는 전력)을 비활성화(전원 오프)하도록 구성한다.

즉, 전원이 활성화된 PSE끼리 연결될 경우 전원 충돌이 발생하기 때문에 노드 B나 노드 C에 해당하는 네트워크 장치(200b, 200c) 중 적어도 일측의 PSE 전원을 비활성화함으로써 전원 충돌을 방지한다.

한편, PoE 기술을 적용한 네트워크 선로 구성에서 전력을 주고 받지 않더라도 선로를 통한 신호 전송은 전력과 무관하게 양방향 통신이 가능하므로 도시된 구성에서, 제 1 PSE(110)는 연결된 네트워크 장치들(200a, 200b)에 전력을 제공하고, 제 2 PSE(120)는 연결된 네트워크 장치들(200d, 200c)에 전력을 제공하며, 이러한 전력 제공에 무관하게 모든 네트워크 장치들(200a~200d) 간 신호 전달은 링 네트워크 방식에 의해 순방향 혹은 역방향으로 전달 가능하다.

한편, 이러한 구성에서 소정 위치의 선로에 장애가 발생할 경우 링 네트워크 구성에 의해 각 네트워크 장치들(200a~200d)은 순방향과 역방향을 통한 우회 경로로 마스터 노드에 해당하는 와이파이 억세스 포인트 제어기(100)와 통신이 가능하게 되지만, 전력 공급의 경우 방향성을 가지고 있기 때문에 선로 장애 발생에 의한 전력 공급 중단으로 일부 네트워크 장치는 동작하지 않게 되어 장애 범위가 확대된다.

예를 들어, 노드 C에 해당하는 네트워크 장치(200c)와 노드 D에 해당하는 네트워크 장치(200d) 사이의 선로에 장애가 발생할 경우 각 노드 C에 해당하는 네트워크 장치(200c)는 더 이상 노드 D에 해당하는 네트워크 장치(200d)로부터 전원을 공급받지 못하기 때문에 동작이 중단되게 된다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 PD와 PSE를 전환(전원 입출력의 방향 전환)하거나 PSE를 선택적으로 활성화 혹은 비활성화할 수 있도록 네트워크 장치를 구성한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 장치(200) 구성의 예로서, 와이파이 억세스 포인트(260)를 네트워크 부하로서 구비한 슬레이브 노드를 예로 든 것이다.

도시된 바와 같이 네트워크 장치(200)는 전원과 데이터를 수신하거나 전달하기 위한 한 쌍의 트랜스 포머로 이루어진 매칭부(215, 225)와, 매칭부(215, 225) 중 하나를 통해 수신되는 전원을 장치 전원으로 이용하는 PD(210)와, 매칭부(215, 225) 중 하나를 통해 후속 링 네트워크 장치에 전원을 전달하는 PSE(220)와, 한 쌍의 매칭부(215, 225)와 PD(210) 및 PSE(220)를 선택적으로 연결하는 경로 스위치부(230)와, 한 쌍의 매칭부와 연결되어 데이터를 송수신하는 이더넷 스위치부(3포트)(240)와, 이더넷 스위치부(240)와 연결되는 네트워크 부하인 와이파이 억세스 포인트(260)와, 이더넷 스위치부(240)와 경로 스위치부(203) 및 와이파이 억세스 포인트(260)와 연결되어 네트워크 장애나 전원 상태 구성에 대한 정보를 마스터 노드에 리포팅하고 장애 대응이나 복원을 위해 경로 스위치부(230)를 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구성된다.

여기서, PD(210)는 네트워크 장치(200)의 경로 스위치부(230), 제어부(250), 이더넷 스위치부(240), 와이파이 억세스 포인트(260), PSE(220)에 전원을 공급하는 역할을 하며, 트랜스포머로 이루어진 매칭부들(215, 225) 중 하나로부터 전원을 획득한다.

PSE(220)는 매칭부들(215, 225) 중 하나와 연결되어 선로를 통해 전원을 공급하게 되는데, 그 자체에 구성된 수단이나 경로 스위치부(230)를 통해 활성화(공급 전원 온)와 비활성화(공급 전원 오프)로 제어 될 수 있다.

경로 스위치부(230)는 제어부(250)의 제어에 따라 매칭부(215, 225) 중 하나를 PD(210)와 연결하고 다른 하나를 PSE(220)와 연결하며 이를 반대로 전환할 수 있어, 선로를 통한 전원 수신과 공급 방향을 결정할 수 있다.

제어부(250)는 링 네트워크에 구성되는 마스터 노드에 네트워크 장애(연결된 매칭부의 상태를 전기적 연결 상태나 신호 유무 등을 통해 파악)나 전원 상태 구성(현재 경로 스위치부(230)에 의한 매칭부(215, 225)와 PD(210), PSE(220)의 연결 상태, PSE의 활성화/비활성화 상태 등)에 대한 정보를 리포팅하고, 전원 상태 변경 정보(경로 스위치부(230)에 의한 매칭부(215, 225)와 PD(210), PSE(220)의 연결 변경, PSE의 활성화/비활성화 상태 변경)를 마스터 노드로부터 수신하여 경로 스위치부(230)를 제어할 수 있으며, 필요에 따라서는 마스터 노드로부터의 구체적인 전원 상태 변경 정보 없이도 PSE를 비활성화 시키는 등의 우선적인 안전 조치를 취할 수도 있다.

한편, 네트워크 장치(200)는 와이파이 억세스 포인트(260) 대신 표준 억세스 포인트, 와이맥스 억세스 포인트, 블루투스 억세스 포인트, IP 카메라, IP 보안 장비, 유지보수 단말, IoT 기기 중 적어도 하나이거나 이들의 조합을 네트워크 부하로 구비할 수 있다.

도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 네트워크 장치(200)를 이용하여 장애에 대응하는 과정을 설명하기 위한 개념도로서, 도 7은 앞서 간략히 도시한 도 5의 구성을 좀 더 상세히 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 마스터 노드에 해당하는 와이파이 억세스 포인트 제어기(100)는 네트워크 장치들(200a~200d)과 링 네트워크로 연결되며, 와이파이 억세스 포인트 제어기(100)에 구성된 PSE(110, 120)는 연결된 네트워크 장치들(200a 내지 200d)에 전원을 공급한다. 여기서, PSE 끼리 연결되는 네트워크 장치들(200b, 200c) 중 일측 네트워크 장치(200b)의 PSE는 비활성화 상태가 되어 전원 충돌을 방지하도록 초기 설정된다.

이 상태의 각 네트워크 장치(200a~200d), 즉 슬레이브 노드들의 전원 상태는 와이파이 억세스 포인트 제어기(100), 즉 마스터 노드가 초기 설정 정보를 기반으로 파악하고 있을 수 있으며 이후 변경될 경우 변경된 전원 상태 구성도 파악할 수 있다.

이러한 네트워크 장치(200a~200d)를 이용하여 최소한의 선로 배선을 통한 링 네트워크 구축이 가능하게 된다.

이러한 환경에서 일부 선로에 장애가 발생하면, 이러한 장애에 대응하기 위해 통신 신호는 우회 경로로 전달되며, PoE를 이용한 전원 전달 방향은 네트워크 장치들의 전원 상태 변경을 통해 적절히 변경됨으로써 장애가 발생하더라도 네트워크 장치들에 대한 전원 공급이 유지되게 된다.

도 8에 도시된 예시와 같이 노드 C에 해당하는 네트워크 장치(200c)와 노드 D에 해당하는 네트워크 장치(200d) 사이의 선로에 장애가 발생할 경우 노드 C에 해당하는 네트워크 장치(200c)나 노드 D에 해당하는 네트워크 장치(200d)가 이러한 장애 발생 정보를 마스터 노드에 해당하는 와이파이 억세스 포인트 제어기(100)에 리포팅하며, 이러한 장애 발생 정보를 수신한 와이파이 억세스 포인트 제어기(100)는 장애 발생에 대응되어 전원 상태가 변경되어야 하는 슬레이브 노드들(노드 B, C, D)에 대응하는 네트워크 장치들(200b, 200c, 200d)에 대해 PD와 PSE 전환이나 PSE 전원의 활성또는 비활성 상태를 설정하는 전원 상태 변경 정보를 전송한다.

도시된 예시에서 노드 C에 해당하는 네트워크 장치(200c)의 전원 공급 방향을 변경하기 위해 경로 PD와 PSE를 전환하고, 비활성화 되었던 노드 B에 해당하는 네트워크 장치(200d)의 PSE를 활성화 상태로 전환하여 노드 C에 해당하는 네트워크 장치(200c)가 전원을 공급받을 수 있도록 전원 상태를 변경한다. 또한, 장애 선로가 복구되거나 가변적 상황에 의해 불규칙하게 연결될 수 있기 때문에 노드 D에 해당하는 네트워크 장치(200d)의 PSE를 비활성화 상태로 전환한다.

이러한 전원 상태 변경은 전기적 위험이 낮아질 수 있도록 순차적으로 전환(노드 D의 PSE 비활성화, 노드 C의 PD/PSE 전환, 노드 B의 PSE 활성화 순)될 수 있고, 한 번에 전환될 수도 있다.

한편, 노드 C의 경우 선로 장애에 의해 전원 공급이 차단되므로 이러한 장애 복구를 위한 장애 정보 전송이나 전원 상태 변경을 위한 전원이 필요할 수 있다. 따라서, 네트워트 장치는 내부적으로 이러한 장애 복구를 위한 수초 이내의 짧은 시간 동안 임시적으로 전원을 유지할 수 있는 임시 전원부(커패시터, 배터리, 축전지 등)를 포함할 수 있다.

만일, 장애 선로가 보수되어 복원이 필요한 경우는 전원 충격을 방지하기 위하여 노드 B의 PSE 비활성화, 노드 C의 PD/PSE 전환, 노드 D의 PSE 활성화 순으로 전원 상태를 변경함으로써 복원을 진행할 수 있다. 물론, 복원 되지 않더라도 네트워크 운영에는 지장이 없기 때문에 복원이 필수적이지는 않다.

이러한 PoE를 이용한 링 네트워크 시스템의 네트워크 장애 복구 과정에서, 마스터 노드와 슬레이브 노드 간 장애 정보, 전원 상태 구성 정보, 전원 상태 변경 정보를 주고 받기 위해서 새로운 프레임 포맷을 정의할 경우 호환성이 낮아지므로, 본 발명의 실시예에서는 표준 이더넷 프레임을 그대로 활용하되, 가상 랜 지원을 위해 부가되는 헤더 정보를 활용하도록 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 정보 전송 프레임 구성을 설명하기 위한 예시도로서, 이더넷 네트워크에서 가상 랜(VLAN)을 지원하는 IEEE 802.1Q 이더넷 프레임 구조를 보인 것이다.

도시된 바와 같이 기본 이더넷 프레임의 소스 MAC 주소와 이더 타입(길이) 필드 사이에 32비트의 802.1Q 헤더 필드(310)를 추가한 이더넷 프레임을 사용한다.

802.1Q 헤더 필드는 16비트 길이의 TPID(Tag Protocol IDentifier)와 16비트 길이의 TCI(Tag Control Information) 필드로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서는 처음 2개 옥텟 길이(16비트)로 설정되는 TPID로 정의되는 다양한 이더 타입값들 중 미 지정된 타입을 지정하여 본 발명의 실시예를 위한 PoE를 이용한 링 네트워크 장애 복구를 위해 활용할 수 있다. 예를 들어, 0x8768을 본 발명을 위한 정보 교환 타입으로 정의하여 사용할 수 있다.

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 와이파이 억세스 포인트 제어기 200a~200d: 네트워크 장치
210: PD 215: 매칭부
220: PSE 225: 매칭부
230: 경로 스위치부 240: 이더넷 스위치부
250: 제어부 260: 와이파이 억세스 포인트

Claims

PoE(Power over Ethernet)를 이용한 링 네트워크 장치로서,
전원과 데이터를 수신하거나 전달하기 위한 한 쌍의 매칭부와;
상기 매칭부 중 하나를 통해 수신되는 전원을 장치 전원으로 이용하는 PD(Powered Device)와;
상기 매칭부 중 하나를 통해 후속 링 네트워크 장치에 전원을 전달하는 PSE(Power Source Equipment)와;
상기 한 쌍의 매칭부와 PD 및 PSE를 선택적으로 연결하는 경로 스위치부와;
상기 한 쌍의 매칭부와 연결되어 데이터를 송수신하는 이더넷 스위치부와;
상기 이더넷 스위치부와 연결되는 네트워크 부하와;
상기 이더넷 스위치부와 경로 스위치부 및 네트워크 부하와 연결되어 네트워크 장애나 전원 상태 구성에 대한 정보를 마스터 노드에 리포팅하고 장애 대응이나 복원을 위해 상기 경로 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
장애 정보, 전원 상태 구성 정보 및 전원 상태 변경 정보를 이더넷 프레임의 가상 랜 지원을 위한 추가 헤더를 통해 상기 마스터 노드와 주고 받으며, 상기 가상 랜 지원을 위한 추가 헤더로 802.1Q 헤더의 16비트 TPID(Tag Protocol Identifier) 미지정 타입을 이용하는 것을 특징으로 하는 PoE를 이용한 링 네트워크 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 링 네트워크에 구성되는 마스터 노드에 네트워크 장애나 전원 상태 구성에 대한 정보를 리포팅하고, 전원 상태 변경 정보를 마스터 노드로부터 수신하여 경로 스위치부를 제어하는 것으로 장애 대응이나 복원을 수행하는 것을 특징으로 하는 PoE를 이용한 링 네트워크 장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 네트워크 부하는 표준 억세스 포인트, 와이파이 억세스 포인트, 와이맥스 억세스 포인트, 블루투스 억세스 포인트, IP 카메라, IP 보안 장비, 유지보수 단말, IoT 기기 중 적어도 하나이거나 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 PoE를 이용한 링 네트워크 장치.
각 슬레이브 노드의 네트워크 부하와 통신을 수행하고 연결 슬레이브 노드들에 PoE 방식으로 전원을 공급하며, 장애 발생 정보와 슬레이브 노드의 전원 상태 구성 정보를 수신하여 장애 슬레이브 노드와 인접 슬레이브 노드에 대한 전원 상태 변경 정보를 제공하는 마스터 노드와;
상기 마스터 노드와 통신을 수행하는 네트워크 부하와, 선로를 통해 전원을 수신하는 PD와 선로를 통해 전원을 공급하는 PSE 및 PD와 PSE를 선택적으로 전환하거나 PSE의 전원을 차단하는 경로 스위치부를 구비하며, 네트워크 장애나 전원 상태 구성에 대한 정보를 상기 마스터 노드에 리포팅하고 장애 대응이나 복원을 위해 상기 경로 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 슬레이브 노드를 포함하며,
상기 마스터 노드와 슬레이브 노드는,
이더넷 프레임에 삽입되는 802.1Q 헤더의 16비트 TPID 미지정 타입을 이용하여 장애 상태 정보, 전원 상태 구성 정보 및 전원 상태 변경 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 PoE를 이용한 링 네트워크 시스템.
청구항 6에 있어서, 상기 슬레이브 노드는 장애 상태에 따라 자동으로 경로 스위치부를 제어하거나 상기 마스터 노드로부터 전원 상태 변경 정보를 수신하여 경로 스위치부를 제어하는 것을 특징으로 하는 PoE를 이용한 링 네트워크 시스템.
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신호와 전원을 동시에 공급하는 마스터 노드와, 상기 마스터 노드에 선로로 연결되는 복수의 슬레이브 노드로 이루어진 PoE를 이용한 링 네트워크 시스템의 네트워크 장애 복구 방법으로서,
전원과 데이터를 수신하거나 전달하는 한 쌍의 매칭부와 수신 전원을 장치 전원으로 이용하는 PD(Powered Device) 및 후속 슬레이브 노드에 전원을 전달하는 PSE(Power Source Equipment)를 선택적으로 연결하는 경로 스위치부를 포함하는 슬레이브 노드를 마스터 노드에 링 네트워크 방식으로 구성하되, 상기 마스터 노드는 연결되는 양방향 슬레이브 노드들에 전원을 공급하고, 연결되는 슬레이브 노드들 중 PSE 끼리 연결되는 경우 일측 PSE의 전원을 비활성화하도록 구성하는 단계와;
장애 발생 시 상기 슬레이브 노드가 장애 발생과 전원 상태 구성 정보를 상기 마스터 노드에 리포팅하는 단계와;
상기 마스터 노드가 장애 발생에 대응되는 슬레이브 노드들에 대해 PD와 PSE 전환이나 PSE 전원의 활성또는 비활성 상태를 설정하는 전원 상태 변경 정보를 상기 슬레이브 노드에 전송하는 단계와;
상기 슬레이브 노드가 상기 마스터 노드로부터 전원 상태 변경 정보를 수신하여 상기 경로 스위치부를 제어하는 것으로 PD와 PSE를 전환하거나 PSE의 상태를 활성화 또는 비활성화 하는 단계를 포함하며,
상기 마스터 노드와 슬레이브 노드는,
이더넷 프레임에 삽입되는 802.1Q 헤더의 16비트 TPID 미지정 타입을 이용하여 장애 상태 정보, 상기 전원 상태 구성 정보 및 상기 전원 상태 변경 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 PoE를 이용한 링 네트워크 시스템의 네트워크 장애 복구 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 마스터 노드가 장애 복구 정보를 관리자나 슬레이브 노드로부터 수신하는 단계와;
장애 복구를 위해 슬레이브 노드에 전원 상태 변경 정보를 순차적으로 전달하여 전원 충돌 없이 초기 설정 상태로 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PoE를 이용한 링 네트워크 시스템의 네트워크 장애 복구 방법.