KR20210047748A - Industiral communication system in 5g network - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 5G 기반의 산업용 통신 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a 5G-based industrial communication technology.
5G 서비스 시장은 현재는 초고속 이동 통신(enhanced Mobile-Broadband, eMBB) 서비스 중심의 초기 시장이나, 추후 5G망이 진화되고 상용화 되면서 다양한 5G 서비스 제공에 대한 기대가 존재할 것으로 예상된다. 대표적으로 초고신뢰 저지연 통신(Ultra-Reliable and Low Latency Communications, URLLC)과 초연결(massive Machine-Type Communications, mMTC)이라는 특성과 함께 잠재적으로 산업용 통신에서의 5G가 고려된다.The 5G service market is currently an early market centering on enhanced mobile-broadband (eMBB) services, but as 5G networks evolve and become commercialized in the future, expectations for providing various 5G services are expected to exist. Typically, 5G in industrial communication is considered, with the characteristics of ultra-reliable and low latency communications (URLLC) and massive machine-type communications (mMTC).
한편 스마트 공장은 4차 산업혁명의 핵심으로서, 제조 환경의 유연성, 확장성, 자원 효율성, 비용 효율성, 작업자 지원 및 안정성, 생산 제품 및 물류, 유통의 품질 등을 혁신적으로 향상시키는 데에 목적을 둔다.Meanwhile, as the core of the 4th industrial revolution, the smart factory aims to innovatively improve the flexibility, scalability, resource efficiency, cost efficiency, worker support and stability, production products and logistics, and quality of distribution as the core of the 4th industrial revolution. .
스마트 공장은 5G의 여러 응용 분야들 중에서 가장 시장이 넓은 분야이나 제품 단종 및 데이터 과금 등의 문제로 이동 통신의 적용에 보수적인 입장을 취하는바, 여전히 많은 공장에서 시리얼 통신을 사용 중이다. 따라서 기존 유선 및 근거리 무선 네트워크 기반의 생산 체계에서의 탈피하여, 5G 통신이 제공하는 고성능, 고품질 무선 네트워크 기반의 체계로 전환이 필요하다. Smart factories take a conservative position in the application of mobile communication due to problems such as product discontinuation and data billing, although the market is the widest among the various application fields of 5G, and many factories are still using serial communication. Therefore, it is necessary to move away from the production system based on the existing wired and short-range wireless networks and switch to a system based on a high-performance, high-quality wireless network provided by 5G communication.
한편 공장 내/외부의 다양한 사물 및 서비스와 연결되면서 다양한 도메인 솔루션 및 기업 간 네트워킹과 통합을 위한 상호 호환성 기술을 필요로 하기 때문에, 스마트 공장에서 사용되는 다양한 제조 장치 및 통신 방식을 고려하여 5G 망을 도입해야 할 필요가 있다.Meanwhile, as it is connected with various objects and services inside/outside the factory, it requires a variety of domain solutions and interoperability technologies for networking and integration between companies.Therefore, a 5G network is established in consideration of various manufacturing devices and communication methods used in smart factories. It needs to be introduced.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존의 산업용 통신 시스템에 5G 망을 도입하는 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a system for introducing a 5G network into an existing industrial communication system.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 통신 프로토콜을 갖는 산업용 통신 시스템에 적용 가능한 컨버터를 제공하는 것이다.In addition, the problem to be solved by the present invention is to provide a converter applicable to an industrial communication system having various communication protocols.
한 실시예에 따른 시간 민감형 네트워킹(Time-Sensitive Networking, TSN) 인터페이스를 사용하는 산업 현장과 5G 망을 연결하는 컨버터로서, 산업 장비, 상기 산업 장비의 제어 장치 또는 상기 5G 망의 임의의 노드 중 어느 하나로부터 수신한 데이터의 포맷 유형을 판단하고, 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 상기 수신한 데이터의 포맷을 변환하는 포맷 변환 장치, 그리고 상기 임의의 노드와 상기 송신 대상 노드의 시간을 동기화하는 시간 동기 장치를 포함하고, 상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스는 상기 TSN 인터페이스 또는 5G 인터페이스 중 하나이다.A converter that connects an industrial site using a time-sensitive networking (TSN) interface and a 5G network according to an embodiment, among industrial equipment, a control device of the industrial equipment, or an arbitrary node of the 5G network. A format conversion device that determines the format type of data received from any one and converts the format of the received data according to the communication interface of the transmission target node, and time to synchronize the time between the random node and the transmission target node And a synchronization device, and the communication interface of the transmission target node is either the TSN interface or the 5G interface.
상기 시간 동기 장치는, 상기 TSN 인터페이스의 그랜드 마스터 시계 또는 상기 5G 망의 그랜드 마스터 시계와 직접 연결되거나 또는 간접 연결될 수 있다.The time synchronization device may be directly connected or indirectly connected to the grand master clock of the TSN interface or the grand master clock of the 5G network.
상기 컨버터는, 상기 TSN 인터페이스에 할당된 전용 주파수 또는 임의의 공용 주파수와 상기 5G 망의 주파수를 정합하는 주파수 변환 장치를 더 포함할 수 있다.The converter may further include a frequency conversion device for matching a dedicated frequency allocated to the TSN interface or an arbitrary common frequency with a frequency of the 5G network.
한 실시예에 따른 고유 이더넷 인터페이스를 사용하는 산업 현장과 5G 망을 연결하는 컨버터로서, 산업 장비, 상기 산업 장비의 제어 장치 또는 상기 5G 망의 임의의 노드 중 어느 하나로부터 수신한 데이터의 포맷 유형을 판단하고, 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 상기 수신한 데이터의 포맷을 변환하는 포맷 변환 장치, 그리고 상기 임의의 노드와 상기 송신 대상 노드의 시간을 동기화하는 시간 동기 장치를 포함하고, 상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스는 상기 고유 이더넷 인터페이스 또는 5G 인터페이스 중 하나이다.As a converter for connecting a 5G network with an industrial site using a unique Ethernet interface according to an embodiment, the format type of data received from any one of the industrial equipment, the control device of the industrial equipment, or any node of the 5G network A format conversion device for determining and converting the format of the received data according to a communication interface of a transmission target node, and a time synchronization device for synchronizing a time between the arbitrary node and the transmission target node, the transmission target node The communication interface of is either the native Ethernet interface or the 5G interface.
상기 컨버터는, 상기 산업 장비 또는 상기 제어 장치와 물리적으로 연결되는 프로피넷 네트워크 카드, 상기 5G 망의 임의의 노드와 무선 또는 유선으로 연결되는 5G 네트워크 카드, 상기 수신한 데이터의 오류를 검출하고, 상기 검출된 오류를 수정하는 데이터 링크 계층, 상기 수신한 데이터의 프레임을 상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 가공하는 통합 계층, 그리고 상기 수신한 데이터를 바탕으로 상기 고유 이더넷 인터페이스와 상기 5G 망의 스케줄링을 담당하는 제어 계층을 포함할 수 있다.The converter detects an error in the received data, a Profinet network card physically connected to the industrial equipment or the control device, a 5G network card connected wirelessly or wiredly to an arbitrary node of the 5G network, and the A data link layer that corrects the detected error, an integration layer that processes the frame of the received data according to the communication interface of the transmission target node, and scheduling of the unique Ethernet interface and the 5G network based on the received data. It may include a responsible control layer.
한 실시예에 따른 필드버스를 사용하는 산업 현장과 5G 망을 연결하는 컨버터로서, 산업 장비, 상기 산업 장비의 제어 장치 또는 상기 5G 망의 임의의 노드 중 어느 하나로부터 수신한 데이터의 포맷 유형을 판단하고, 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 상기 수신한 데이터의 포맷을 변환하는 포맷 변환 장치, 그리고 상기 임의의 노드와 상기 송신 대상 노드의 시간을 동기화하는 시간 동기 장치를 포함하고, 상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스는 상기 필드버스 또는 5G 인터페이스 중 하나이다. As a converter that connects a 5G network with an industrial site using a fieldbus according to an embodiment, it determines the format type of data received from any one of the industrial equipment, the control device of the industrial equipment, or any node of the 5G network. And a format conversion device for converting the format of the received data according to a communication interface of a transmission target node, and a time synchronization device for synchronizing a time between the arbitrary node and the transmission target node, and The communication interface is one of the fieldbus or 5G interfaces.
상기 컨버터는, 상기 산업 현장 및 상기 5G 망을 구성하는 노드들에 대응되는 논리 주소와 상기 노드들의 실제 물리 주소를 매칭한 브리지 테이블을 생성하여 관리하고, 상기 수신한 데이터에 포함된 상기 송신 대상 노드의 논리 주소를 상기 브리지 테이블에 따라 물리 주소로 변환할 수 있다. The converter generates and manages a bridge table in which logical addresses corresponding to nodes constituting the industrial site and the 5G network and actual physical addresses of the nodes are matched, and the transmission target node included in the received data The logical address of can be converted into a physical address according to the bridge table.
상기 시간 동기 장치는, 상기 송신 대상 노드에 주기적으로 임의의 메시지를 전송할 수 있다. The time synchronization device may periodically transmit an arbitrary message to the transmission target node.
본 발명에 따르면 현재 사용되는 산업용 장비들뿐만 아니라 추후 표준이 적용된 산업용 장치들에 대해서도 빠르게 산업용 신규 서비스를 지원할 수 있다.According to the present invention, it is possible to rapidly support a new industrial service not only for industrial equipment currently used but also for industrial equipment to which a standard is applied later.
또한, 5G망이 도입된 스마트 공장에 현존하는 다양한 프로토콜의 서비스를 수용할 수 있는지 사전 검증함으로써, 스마트 공장과 관련된 5G 표준화 활동에 기여할 수 있다.In addition, it is possible to contribute to 5G standardization activities related to smart factories by verifying in advance whether the smart factory where the 5G network is introduced can accommodate the services of various protocols that exist.
도 1은 기존의 산업용 통신 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 산업용 통신 시스템의 구성도이다.
도 3은 한 실시예에 따른 TSN 네트워크 방식의 산업용 통신 시스템의 통신 인터페이스를 나타낸 구성도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 산업용 통신 시스템의 시간 동기화 방법을 나타낸 설명도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 컨버터와 그 주변을 나타낸 구성도이다.
도 6은 한 실시예에 따른 컨버터의 계층을 나타낸 블록도이다.
도 7은 필드버스 네트워크에서 사용되는 데이터 구조의 예시도이다.
도 8은 한 실시예에 따른 컨버터의 동작 방법의 흐름도이다.
도 9는 한 실시예에 따른 산업 장비의 블록도이다.1 is an exemplary view showing an existing industrial communication system.
2 is a block diagram of an industrial communication system according to an embodiment.
3 is a block diagram showing a communication interface of an industrial communication system of a TSN network type according to an embodiment.
4 is an explanatory diagram illustrating a time synchronization method of an industrial communication system according to an embodiment.
5 is a block diagram showing a converter and its surroundings according to an embodiment.
6 is a block diagram showing a hierarchy of a converter according to an embodiment.
7 is an exemplary diagram of a data structure used in a fieldbus network.
8 is a flowchart of a method of operating a converter according to an embodiment.
9 is a block diagram of industrial equipment according to an embodiment.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 단말(Terminal)은 사용자 기기로서, 디바이스(Device), UE(User Equipment), ME(Mobile Equipment), MS(Mobile Station), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등의 용어로 언급될 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다. In the present specification, a terminal is a user device, and a device, a user equipment (UE), a mobile equipment (ME), a mobile station (MS), a mobile terminal (MT), a subscriber station, SS), a portable subscriber station (PSS), a user equipment (UE), an access terminal (AT), etc., and may be referred to as a mobile terminal, a subscriber station, a mobile subscriber station, It may include all or part of functions such as user equipment.
본 명세서의 단말은 게이트웨이(gateway), 기지국(base station, BS), 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB, eNodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS, 5G NB(gNB) 등과 같은 네트워크 장치에 접속하여 원격의 서버에 연결될 수 있다.The terminal of the present specification is a gateway (gateway), a base station (BS), an access point (AP), a radio access station (Radio Access Station, RAS), a node B (Node B), an advanced node B (evolved NodeB, eNodeB), a base transceiver station (BTS), a mobile multihop relay (MMR)-BS, a 5G NB (gNB), and the like, and can be connected to a remote server.
본 명세서에서, 기지국은 3GPP에서 제정한 5세대 이동 통신 NR(New Radio) 기지국을 의미하며, 5G 무선 접속망 NG-RAN(Next Generation-Radio Access Network)은 다수의 gNodeB들로 연결 구성되며, 기존의 eNodeB도 포함될 수 있다. In this specification, a base station refers to a 5G mobile communication NR (New Radio) base station established by 3GPP, and a 5G radio access network NG-RAN (Next Generation-Radio Access Network) is configured to be connected to a plurality of gNodeBs. eNodeB may also be included.
본 발명의 실시예들은 FS_NextGen(Study on Architecture for Next Generation System)과 같은 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 5세대(5G) 시스템과 관련된 표준 문서에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다. Embodiments of the present invention may be supported by standard documents related to a 3rd Generation Partnership Project (3GPP) 5th Generation (5G) system such as a Study on Architecture for Next Generation System (FS_NextGen). That is, among the embodiments of the present invention, steps or parts not described to clearly reveal the technical idea of the present invention may be supported by the above document. In addition, all terms disclosed in this document can be described by the standard document.
한편, 5G 통신이 스마트 공장에 적용되는 구체적 용례들은 다음과 같다. On the other hand, specific use cases where 5G communication is applied to smart factories are as follows.
5G 네트워크를 통해 컨트롤러가 하나 또는 다수 액추에이터들을 제어하고 액추에어터의 결과를 보고 받아 다음 동작을 지시할 수 있다. Through the 5G network, the controller can control one or more actuators, report the results of the actuators, and direct the next action.
다른 용례로서, 대규모 생산 설비의 내부 제어 또는 다수의 개별 설비들이 하나의 공정을 분담하여 처리하는 경우, 5G 네트워크를 통해 여러 PLC(Programmable Logic Controller) 및 컨트롤러 간에 통신을 수행하고, 동기화된 컨트롤러 간 실시간으로 데이터를 전달하여 연속된 작업을 분할하여 수행할 수 있다. As another example, when internal control of a large-scale production facility or a number of individual facilities share a single process, communication is performed between multiple PLCs (Programmable Logic Controller) and controllers through a 5G network, and in real time between synchronized controllers. By passing the data through, it is possible to divide and perform continuous tasks.
다른 용례로서, 공장 내에서, 중간 또는 최종 생산 제품의 이송 등을 위해 5G 네트워크를 이용한 생산 로봇의 컨트롤, 움직임 제어를 수행할 수 있다.As another use case, it is possible to perform control and motion control of a production robot using a 5G network for transport of intermediate or final products within a factory.
다른 용례로서, 제조 공정의 상태 감시 목적으로, 5G 네트워크에 연결된 다수의 센서를 통해 제조 환경, 공정 상태, 원료 등의 재고 현황 데이터를 수집하여 공장을 모니터링할 수 있다. As another use case, for the purpose of monitoring the status of the manufacturing process, the factory can be monitored by collecting inventory status data such as manufacturing environment, process status, and raw materials through multiple sensors connected to the 5G network.
또한, 제조 공장 내에 설치된 다양한 센서, 장치, 로봇, 단말 등의 데이터 전달 및 공유를 위해 5G 네트워크가 사용될 수 있다. In addition, a 5G network may be used for data transmission and sharing of various sensors, devices, robots, terminals, etc. installed in a manufacturing plant.
이하에서 5G 통신을 스마트 공장에 적용하기 위한 산업용 통신 시스템(1000)에 대해서 설명한다.Hereinafter, an
도 1은 기존의 산업용 통신 시스템을 나타낸 예시도이다. 1 is an exemplary view showing an existing industrial communication system.
도 1을 참고하면, 공장에 설치된 산업 장비(100)와, 공장 내 제어 장치(200)는 다양한 산업용 통신 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
산업용 통신망의 종류는 다양하지만, 본 명세서는 대표적으로 산업용 이더넷의 확장된 버전인 시간 민감형 네트워킹, 산업용 장비 제조업체가 주도하고 있는 산업용 이더넷 프로토콜인 프로피넷(Profinet), 필드 레벨의 기기들을 제어하는 산업용 네트워크 시스템인 필드버스(Fieldbus)의 3가지 경우에 대해서 설명한다. Although there are various types of industrial communication networks, this specification describes time-sensitive networking, which is an extended version of industrial Ethernet, Profinet, an industrial Ethernet protocol led by industrial equipment manufacturers, and industrial devices that control field-level devices. Three cases of the network system Fieldbus will be described.
시간 민감형 네트워킹(Time-Sensitive Networking, 이하 'TSN'이라 호칭함)이란, IEEE에서 정의한 이더넷 표준의 확장된 기능으로, 자동차, 산업용, 고성능 오디오와 같은 실시간 통신을 필요로 하는 산업 분야에서 사용된다.Time-Sensitive Networking (hereinafter referred to as'TSN') is an extended function of the Ethernet standard defined by IEEE, and is used in industries that require real-time communication such as automobiles, industrial, and high-performance audio. .
프로피넷은 이더넷 표준을 사용하는 산업용 통신 프로토콜로서, 처리 자동화, 공장 자동화와 모션 제어를 위한 산업용 표준이다. NRT(비실시간), RT(실시간) 및 IRT(등시 실시간) 등급으로 구분된다. Profinet is an industrial communication protocol that uses the Ethernet standard, and is an industrial standard for processing automation, factory automation and motion control. It is divided into NRT (non-real time), RT (real time) and IRT (isochronous real time) grades.
필드버스는 공장 내에서, 계측/제어 기기의 실시간 분산 제어를 위해 사용되는 산업용 컴퓨터 네트워크 프로토콜 집합을 통칭하는 용어이다.Fieldbus is a collective term for a set of industrial computer network protocols used for real-time distributed control of measurement/control devices within a factory.
기존 산업 현장은 TSN, 프로피넷, 필드버스 등의 통신 방식이 혼재되어 사용되며, 따라서 본 발명은 위의 방식들에 모두 적용 가능하며 5G 네트워크를 구축할 수 있는 산업용 통신 시스템(1000)을 제안한다. In the existing industrial sites, communication methods such as TSN, Profinet, and fieldbus are mixed and used, so the present invention is applicable to all of the above methods and proposes an
한편, 본 발명이 제안하는 기존 산업용 통신 시스템에 컨버터(300)를 이용하여 5G 망을 도입하는 기술은, 기술 검증(Proof Of Concept, PoC)을 통해 추후 관련 표준에 스마트 공장과 관련된 사설망(Non Public Network, NPN) 규격으로 반영될 수 있다.On the other hand, the technology for introducing a 5G network using the
도 2는 한 실시예에 따른 산업용 통신 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of an industrial communication system according to an embodiment.
도 2를 참고하면, 산업용 통신 시스템(1000)은 산업 장비(100), 제어 장치(200), 컨버터(300), 단말(410), 기지국(420) 그리고 5G 코어망(430)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the
산업 장비(100)는 산업 현장에 설치된 액추에이터, 컨트롤러 등의 생산 설비 또는 각종 센서를 의미한다. The
제어 장치(200)는 산업 현장의 산업 장비(100)들을 원격으로 제어하거나, 센서를 통해 산업 현장에 설치된 시설물들의 가동 상태를 감지하는 중앙 장치를 의미한다. The
컨버터(300)는 본 발명에서 기존의 산업용 통신 시스템을 사용하던 장비들을 5G 망(400)에 접속할 수 있도록 변환하는 장치로서, 본 명세서에서 설명하는 동작의 주체가 된다. The
컨버터(300)는 5G 망(400)에 접속함으로써 기존 산업용 네트워크에 무선 구간을 생성할 수 있다. 또한 구체적 용례에 따라 요구되는 통신에 사용되는 데이터 포맷을 자동으로 감지하여 요구되는 포맷에 맞도록 변환할 수 있다. The
컨버터(300)는 산업 장비(100), 제어 장치(200)와 5G 망(400)을 연결할 때, 지연 또는 지터 발생을 최소화 하기 위해 시간 동기화 기능을 갖는다. 또한, 전용 주파수 할당이 예상되는 산업용 통신을 5G 망(400)과 정합하기 위한 주파수 변환 기능을 갖는다. 각 통신 방식에 따라 달라지는 컨버터(300)의 구조 및 역할에 대해서는 도 5 내지 도 7을 통해 자세히 설명한다.The
한편 도 2에서 본 발명이 제안하는 산업용 통신 시스템(1000)은 2개의 컨버터(300)를 포함하고 있다. 하나는 산업 현장에 있는 산업 장비들(100)과 연결되고, 나머지 하나는 공장 내 관제센터에 있는 제어 장치(200)와 연결된다. 그러나 산업 현장과 관제센터가 물리적으로 가까운 거리에 있거나, 동일한 위치에 있는 경우 하나의 컨버터(300)만을 포함할 수 있음은 당연하다.Meanwhile, the
5G 망(400)이 대체하려는 기존의 산업용 통신 시스템의 종류에 따라 컨버터(300)의 물리적 구조가 달라짐은 물론, 컨버터(300)와 산업 장비(100) 간의 통신, 컨버터(300)와 제어 장치(200) 간의 통신 방식도 달라지게 된다. 이하 도 3을 통해 각 통신 시스템에 따른 통신 인터페이스에 대해 살펴본다. 한편 컨버터의 물리적 구조는 도 6을 통해 자세히 설명한다.The physical structure of the
단말(410)은 산업 현장에 있는 컨버터(300)와 연결되어, 산업 장비(100)의 데이터를 수신하여 기지국(420)으로 전송하거나, 기지국(420)으로부터 무선으로 수신한 제어 장치(200)의 데이터 또는 제어 신호 등을 컨버터(300)를 통해 산업 장비(100)로 전송할 수 있다. The terminal 410 is connected to the
기지국(420)은 단말(410)과 무선 통신하고, 5G 코어망(430)과 연결되어 산업 현장의 데이터와 관제센터의 데이터를 전송한다. 구체적으로 본 명세서에서 기지국(420)은 5G NR 기지국을 의미하고, 무선 프로토콜을 통해 사용자 평면 및 제어 평면 데이터를 단말(410)과 주고받고, NG 인터페이스를 통해 5G 코어망(430)과 연결된다. The
5G 코어망(430)은 기지국(420)과 NG 인터페이스를 통해 연결되며, 공장 내 관제센터에 있는 컨버터(300)와 연결된다. The
도 3은 한 실시예에 따른 TSN 네트워크 방식의 산업용 통신 시스템의 통신 인터페이스를 나타낸 구성도이다.3 is a block diagram showing a communication interface of an industrial communication system using a TSN network according to an embodiment.
도 3을 참고하면, 5G 망(400) 내의 개체들의 통신 인터페이스는 IP 프레임을 실을 수 있는 GPRS 터널링 프로토콜(GTP) 등의 일반적인 IP 기반의 인터페이스이다. 이에 대해서는 이미 관련 표준 문서 등을 통해 알려진 기술에 해당하므로 설명을 생략하고, 컨버터(300)와 산업 현장 그리고 컨버터(300)와 관제센터의 통신 인터페이스를 위주로 설명한다.Referring to FIG. 3, a communication interface of entities in a
산업 현장 쪽을 먼저 살펴보면, 산업 장비(100)와 연결된 컨버터(300)는 기존의 산업용 통신 시스템에서 사용된 인터페이스를 통해 통신할 수 있다. 예를 들어 이더넷, 프로피넷과 같은 기존의 산업용 이더넷을 Ethernet over 5G로 수용할 수 있다. Looking at the industrial site first, the
컨버터(300)와 단말(410)은 신규 인터페이스인 N60 인터페이스로 통신하여, 산업 장비(100)로부터 데이터를 수신하거나, 제어 장치(200)의 제어 신호 등을 산업 장비(100)로 전송할 수 있다. 한편, N60 인터페이스는 하나의 예시일 뿐, 단말의 종류에 따라 통신 인터페이스는 달라질 수 있으며 예를 들어 이더넷의 수용도 가능하다. The
관제센터 쪽을 살펴보면, 제어 평면의 컨버터(300)는 제어(Signaling) 신호를 변환하여 전달하는 역할을 한다. 또한, 서비스 품질(Quality Of Service, QoS)과 관련된 내용을 수용할 수 있으며, 예를 들어 TSN 네트워크를 위해 동작하는 Guaranteed Bit Rate(GBR), Delay Critical GBR, 5G QoS Identifier(5QI), Allocation and Retention Priority(ARP) 등의 파라미터들을 포함할 수 있다. Looking at the control center side, the
사용자 평면의 컨버터(300)는 데이터 정보를 변환하여 전송하는 역할을 한다. The
한편, 도 3에 도시한 바와 같이 제어 평면의 컨버터(300)와 사용자 평면의 컨버터(300)의 역할이 구분되어 동작할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자 평면의 컨버터(300) 하나만으로도 동작 가능할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 3, the roles of the
제어 장치(200)와 연결되는 제어 평면의 컨버터(300) 및 사용자 평면의 컨버터(300) 역시 기존의 산업용 통신 네트워크를 그대로 이용할 수 있다. 즉 TSN 프로토콜에 따른 제어 장치(200)의 데이터 포맷을 수신할 수 있다. The
도 4는 한 실시예에 따른 산업용 통신 시스템의 시간 동기화 방법을 나타낸 설명도이다. 4 is an explanatory diagram illustrating a time synchronization method of an industrial communication system according to an embodiment.
도 4를 참고하면, 이더넷 네트워크 디바이스 간에 동기화를 정의한 프로토콜인 IEEE 1588 Precision Time Protocol(PTP)이 사용될 수 있다. IEEE 1588에서 그랜드 마스터 시계란, 네트워크 상에 있는 장치들 중 시간 동기화에 기준이 되는 최상위 시계를 의미한다. 또한 마스터 상태의 포트에서 제공되는 시간은 다른 포트들의 기준이 되고, 슬레이브 상태의 포트에서 제공되는 시간은 마스터 포트의 상태에 동기화된다.Referring to FIG. 4, IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP), which is a protocol defining synchronization between Ethernet network devices, may be used. In IEEE 1588, the grand master clock refers to the highest clock used as a reference for time synchronization among devices on the network. In addition, the time provided from the port in the master state becomes the standard of other ports, and the time provided from the port in the slave state is synchronized with the state of the master port.
구체적으로 TSN 네트워크의 경우, 5G 망(400) 내에 단말(410)을 제외한 개체들, 즉 기지국(420)과 5G 코어망(430)은 TSN 그랜드 마스터 시계(500)와 직접 연결 또는 간접 연결되어 시간 동기화 된다. Specifically, in the case of the TSN network, entities other than the terminal 410 in the
직접 연결되는 경우는 5G 그랜드 마스터 시계(440) 또는 TSN 그랜드 마스터 시계(500)가 단말(410)을 포함한 각 개체들의 시간 정보를 동기화하여, 지연 시간을 낮추고 지터(Jitter)를 줄일 수 있다.In the case of direct connection, the 5G
간접 연결되는 경우는 Time aware relay(600)를 이용하는 것으로, TSN 네트워크 상의 개체들은 5G 그랜드 마스터 시계(440) 또는 TSN 그랜드 마스터 시계(500)와 간접 연결되어 시간 동기화될 수 있다. 기지국(420)과 5G 코어망(430)이 TSN 그랜드 마스터 시계(500)와 연결되는 방식은 예를 들어 설명한 것일 뿐 어느 하나에 제한되지 않는다. In the case of indirect connection, a time
한편, 단말(410)과 기지국(420) 사이 무선 구간의 시간 동기화는 단말이 초기 접속할 때, 물리 계층의 심볼 레벨 이하의 프레임 구조를 이용하여 동기화될 수 있다. Meanwhile, time synchronization of a radio section between the terminal 410 and the
필드버스의 경우, 시간 동기화 및 스케줄링은 주기적으로 특정 목적지에 메시지를 전송하거나, 우선순위를 조정하는 토큰 패싱(Token Passing) 방식으로 메시지를 전송하여 이루어질 수 있다.In the case of the fieldbus, time synchronization and scheduling may be performed by periodically transmitting a message to a specific destination or by transmitting a message in a token passing method that adjusts the priority.
이하에서는 컨버터(300)의 구조 및 역할에 대해 설명한다.Hereinafter, the structure and role of the
도 5는 한 실시예에 따른 컨버터와 그 주변을 나타낸 구성도이다.5 is a block diagram showing a converter and its surroundings according to an embodiment.
도 5를 참고하면, 컨버터(300)는 서로 다른 네트워크 간 데이터 전달을 위해 프로토콜을 변환하는 역할을 하며, 포맷 변환 장치(370), 시간 동기 장치(380), 주파수 변환 장치(390)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the
컨버터(300)는 산업 장비(100)로부터 수집된 데이터, 예를 들어 액추에이터의 결과, 공장에 설치된 제조 환경의 센싱 데이터 등을 수집하여 관제센터의 제어 장치(200)에 전달하거나, 제어 장치(200)로부터 액추에이터의 제어 신호, 공장 내 로봇의 움직임 제어 신호 등을 수신하여 산업 장비(100)에 전달할 수 있다. The
포맷 변환 장치(370)는 수집된 데이터의 포맷을 자동으로 감지하고, 전송할 데이터의 통신 방식에 맞도록 변환한다. 이더넷을 이용한 데이터 전달 방법과 프로토콜의 변환 과정에 대해서는 도 6을 통해 자세히 설명한다. The
시간 동기 장치(380)는 산업 장비(100) 또는 제어 장치(200)와 연결되는 5G 망(400) 사이에서 데이터가 교환될 때, 데이터를 수신하는 각 개체들의 시간을 동기화 하여 지연 시간을 낮추고, 지터를 최소화할 수 있다. 한 예로서, 도 4를 통해 설명한 바와 같이, IEEE 1588 프로토콜로 동기화 될 수 있다. When data is exchanged between the
주파수 변환 장치(390)는 전용 주파수를 할당받아 사용하는 산업용 통신의 경우, 산업용 통신망의 전용 주파수와 5G 망(400)에서 사용되는 주파수를 정합한다. 예를 들어 단말과 컨버터(300)가 무선 통신으로 연결되는 경우, 사용되는 통신망의 전용 주파수 또는 Wi-Fi를 사용하는 경우 Wi-Fi의 공용 주파수로 정합될 수 있다.The
한편, 단말과 컨버터(300)가 통합되는 경우 주파수 변환 장치(390)는 컨버터(300)의 구성에서 생략될 수 있다.Meanwhile, when the terminal and the
도 6은 한 실시예에 따른 컨버터의 계층을 나타낸 블록도이고, 도 7은 필드버스 네트워크에서 사용되는 데이터 구조의 예시도이다.6 is a block diagram showing a hierarchy of a converter according to an embodiment, and FIG. 7 is an exemplary diagram of a data structure used in a fieldbus network.
도 6을 참고하면, 컨버터(300)는 네트워크 카드(310, 320), 데이터 링크 계층(330, 340), 통합 계층(350) 그리고 제어 계층(360)을 포함한다. 이하에서는, 5G 망(400)과 스마트 공장 내부에서 사용되는 서로 다른 통신 방식을 연결하기 위한 3가지 종류의 컨버터(300a, 300b, 300c)의 계층 구조에 대해 살펴본다. Referring to FIG. 6, the
도 6의 (a)는 산업용 이더넷의 확장 버전인 TSN 네트워크를 사용하는 공장에서, 5G 망(400)을 도입하기 위해 사용되는 컨버터(300a)의 구조를 나타낸 것이다.6A shows the structure of a
TSN 네트워크 카드(310a)는 TSN 네트워크를 사용하는 산업 장비(100) 또는 제어 장치(200)와 물리적으로 연결되고, 5G 네트워크 카드(320)는 단말(410) 또는 5G 코어망(430)과 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다. TSN 네트워크 카드(310a)와 5G 네트워크 카드(320)가 연결됨에 따라 컨버터(300a)라는 하드웨어를 통해 데이터가 실질적으로 교환될 수 있다.The
한편 네트워크 카드(310, 320)는 이더넷 카드 또는 네트워크 어댑터라고 호칭될 수 있고, 5G 네트워크 카드(320)는 표준화가 진행되면서 3GPP가 5G LAN을 지원하는 경우 5G LAN 네트워크 카드로 대체될 수 있다.Meanwhile, the
TSN 데이터 링크 계층(330a)과 5G 데이터 링크 계층(340)은 물리적 전송 매체인 컨버터(300a)에 의해 직접 연결된 산업 장비(100)와 단말(410), 또는 제어 장치(200)와 5G 코어망(430) 사이의 전송 오류를 검출하여 수정하고, 송신 측과 수신 측의 속도 차를 보상한다. 이는 Open System Interconnection (OSI) 7 계층 모델의 오류 제어(Error Control)과 흐름 제어(Flow Control) 기능으로 이미 알려진 것으로서 자세한 설명은 생략한다. The TSN
한편 5G 데이터 링크 계층(340)은 표준화가 진행되면서 3GPP가 5G LAN을 지원하는 경우 5G LAN 데이터 링크 계층으로 대체될 수 있다.Meanwhile, as standardization proceeds, the 5G
통합 계층(350)은 수신한 데이터의 프레임을 분할하거나 재조립하는 역할을 한다. 예를 들어 이더넷 프레임 또는 프로피넷 프레임 등을 분할, 재조립 할 수 있다. The
제어 계층(360)은 동적인 메시지를 관리한다. 컨버터(300a)와 연결된 산업 장비(100) 등의 노드로부터 받은 메시지가 추가 또는 변경된 경우 제어 계층(360)은 기존의 TSN 네트워크 방식과 5G 망(400) 간의 스케줄링을 담당한다. 이때, 노드란 산업 장비(100) 또는 산업 장비(100)의 제어 장치(200)를 의미할 수 있다.The
또한 제어 계층(360)은 데이터를 송신하는 목적지의 논리 주소를 컨버터(300a)의 주소로 매핑하고, 브리지 테이블을 구성하고 관리한다. 논리 주소 및 브리지 테이블에 관련하여 도 6의 (c)를 통해 자세히 설명한다. In addition, the
한편, 제어 계층(360)은 전달되는 데이터의 특성에 따라 실시간 전송이 요구되는 경우, 이더넷에서 실시간 전송을 보장하기 위한 스케줄링을 담당할 수 있다. 스케줄링을 통해 동종 또는 이기종의 원격 네트워크로 데이터를 실시간으로 전달할 수 있고, 또한 원격 제어 및 모니터링이 가능하다.Meanwhile, when real-time transmission is required according to the characteristics of transmitted data, the
도 6의 (b)는 프로피넷 방식으로 통신하는 공장에 특화된 컨버터(300b)의 구조를 나타낸 것이다.6(b) shows the structure of a
프로피넷 네트워크 카드(310b)는 프로피넷 통신 방식을 사용하는 산업 장비(100) 또는 제어 장치(200)와 물리적으로 연결되고, 5G 네트워크 카드(320)는 단말(410) 또는 5G 코어망(430)과 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다.The
프로피넷 데이터 링크 계층(330b)과 5G 데이터 링크 계층(340)은 물리적으로 연결된 호스트 사이의 데이터를 전송한다. The PROFINET
이하 통합 계층(350)과 제어 계층(360)의 역할은 도 6의 (a)에서 설명한 TSN 네트워크의 컨버터(300)와 동일하므로 설명을 생략한다.Hereinafter, since the roles of the
도 6의 (c)는 필드버스 프로토콜로 통신하는 공장에서 사용되어 5G 망(400)과 연결하는 컨버터(300c)의 구조를 나타낸 것이다. 이하, 구체적인 예로서 필드버스 계열에서 CAN 또는 Profibus 인터페이스와 이더넷 간의 변환 과정에 대해 설명한다.6(c) shows the structure of a
필드버스 네트워크 카드(310c)와 5G 네트워크 카드(320)는 다른 통신 방식의 컨버터(300a, 300b)와 마찬가지로, 각 네트워크의 노드들과 직접적으로 연결될 수 있다.The
필드버스에서 각 노드는 논리 주소와 물리 주소를 갖는다. 논리 주소란 컨버터(300c)와 이더넷으로 연결된 전체 네트워크에서 각 노드가 갖는 유일한 주소를 의미하고, 물리 주소는 기존의 필드버스 프로토콜의 주소, 즉 이더넷 주소를 의미한다. In the fieldbus, each node has a logical address and a physical address. The logical address refers to a unique address of each node in the entire network connected to the
CAN 인터페이스를 사용하는 경우, 전송되는 CAN 프레임은 노드의 주소를 포함하고 있지 않으므로, 각 노드에 메시지 ID에 대응하는 논리 주소를 지정할 수 있다. When using the CAN interface, the transmitted CAN frame does not contain the address of the node, so a logical address corresponding to the message ID can be assigned to each node.
필드버스 데이터 링크 계층(330c)과 5G 데이터 링크 계층(340)은 도 6의 (a)에서 설명한 것처럼, 오류 제어와 흐름 제어 기능을 한다.The fieldbus
필드버스를 사용하는 경우도 다른 통신 방식에 적용되는 컨버터(300a, 300b)와 마찬가지로, 통합 계층(350)은 수신한 데이터의 프레임을 분할하거나 재조립하는 역할을 한다. In the case of using a fieldbus, like the
한편 필드버스 네트워크에서 사용되는 일반적인 데이터 포맷은 도 7의 (a)의 프레임 구조를 갖는다. 필드버스의 계열의 대표적인 데이터 포맷으로서, CAN 데이터 프레임의 구조는 도 7의 (b)와 같고, Profibus의 데이터 프레임 구조는 도 7의 (c)와 같다. Meanwhile, a general data format used in a fieldbus network has the frame structure of FIG. 7A. As a representative data format of the fieldbus series, the structure of the CAN data frame is shown in Fig. 7(b), and the structure of the Profibus data frame is shown in Fig. 7(c).
필드버스의 통합 계층(350)은, 노드의 논리 주소를 유지하는 역할을 한다. 또한, 새로운 제어 응용이 시작될 때 해당 응용에서 요구하는 메시지 요구사항을 컨버터(300c)에 전달하는 역할을 한다. 그리고 새로운 메시지가 추가, 삭제되었을 때 또는 메시지의 요구사항이 변경되었을 때 이를 컨버터(300)에 알려주는 역할을 한다. 그리고 제어 응용프로그램이 통합 환경에서 데이터를 송수신할 수 있게 하는 API를 제공한다.The
제어 계층(360)은 노드로부터 전달받은 메시지의 추가, 변경, 삭제 정보를 바탕으로 필드버스와 이더넷 상의 스케줄링을 담당한다. 또한 목적지 노드의 논리 주소를 해당 컨버터(300c)의 물리 주소로 매핑하고, 브리지 테이블을 구성하고 관리한다.The
한편, 필드버스에서 각 노드는 전송할 데이터가 생성되면 해당 노드의 논리 주소를 송신 주소로 하고 목적지 노드의 논리 주소를 수신 주소로 하는 통합 계층 프레임을 구성한다. 각 노드의 논리 주소를 파악하기 위해, 표 1의 주소 변환 테이블이 사용될 수 있다.On the other hand, in the fieldbus, when data to be transmitted is generated, each node configures an integrated layer frame in which the logical address of the corresponding node is used as the source address and the logical address of the destination node is the destination address. To determine the logical address of each node, the address translation table of Table 1 may be used.
이후 송신 노드는 필드버스 프레임의 데이터 필드에 메시지를 넣어 전송한다. 컨버터(300c)는 이를 수신하고, 수신한 이더넷 프레임을 다른 컨버터(300c)로 전달하기 위해, 목적지 노드의 필드버스 프레임에 맞게 변환한다. 이 때 표 2의 논리 주소와 물리 주소의 매핑 테이블이 사용될 수 있다. 한편, 표 2를 브리지 테이블이라고 호칭할 수 있다.Thereafter, the sending node sends a message by putting a message in the data field of the fieldbus frame. The
도 8은 한 실시예에 따른 컨버터의 동작 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of a method of operating a converter according to an embodiment.
도 8을 참고하면, 출발지 노드인 산업 장비(100)의 통신 방식이 CAN이고 목적지 노드인 제어 장치(200)의 통신 방식이 Profibus이고, 산업 장비(100)가 제어 장치(200)에게 메시지를 전송하는 상황을 가정한다. Referring to FIG. 8, the communication method of the
출발지 노드인 산업 장비(100)가 컨버터(300)로 데이터 전송을 요청한다(S101). 구체적으로, 출발지 노드의 응용이 데이터 전달을 요청하면, 노드의 통합 계층은 프레임을 구성하여 데이터 링크 계층으로 전달하고, 데이터 링크 계층은 필드버스 프레임을 생성하여 출발지 노드 쪽 컨버터(300)로 전송한다. The
출발지 노드 쪽 컨버터(300)는 자신의 브리지 테이블을 검색하여 목적지 노드 쪽 컨버터(300)의 물리 주소를 찾아 이더넷 프레임으로 변환한다(S102). The source
출발지 노드 쪽 컨버터(300)는 목적지 노드인 제어 장치(200)의 물리 주소를 파악하고, 전송할 데이터가 있다는 것을 폴링(Polling) 메시지를 통해 5G 망(400)의 이더넷 마스터에게 알린다(S103).The source node-
이때 이더넷 마스터는 도 8에 도시한 바와 같이 스케줄링을 위한 5G 망(400) 내의 Application Function(AF)에 존재할 수 있으며, 다른 예로서 목적지 노드 쪽 컨버터(300)들 중 어느 하나가 이더넷 마스터의 역할을 담당할 수 있다. 이때 이더넷 마스터의 역할을 하는 컨버터는 컨버터의 동작을 수행하면서 동시에 전체적인 스케줄링을 담당할 수 있다. At this time, the Ethernet master may exist in the Application Function (AF) in the
이더넷 마스터는 수신한 폴링 메시지를 바탕으로 스케줄링을 하고 스케줄링 결과로 트리거 메시지(Trigger Message)를 구성(S104)하여 전체 네트워크로 브로드 캐스팅한다(S105). The Ethernet master performs scheduling based on the received polling message, configures a trigger message as a result of the scheduling (S104), and broadcasts it to the entire network (S105).
출발지 노드 쪽 컨버터(300)는 자신이 스케줄링 된 시점을 트리거 메시지를 통해 알 수 있고, 이 시점에 목적지 노드 쪽 컨버터(300)에 데이터를 전송한다(S106). The source node-
데이터를 수신한 목적지 노드 쪽 컨버터(300)는, 자신이 가지고 있는 주소 변환 테이블을 검색하여, 해당 데이터를 수신할 목적지 노드인 제어 장치(200)의 주소를 찾고 Profibus 프레임으로 변환(S107)하여 Profibus 네트워크에 전송한다 (S108).The
한편 컨버터(300)가 다양한 통신 프로토콜을 변환하는 구체적인 방법은 산업 현장의 구체적인 용례들이 요구하는 지연 시간, 신뢰도 등에 따라 달라질 수 있고, 또한, 산업 장비(100)의 제조사의 요구 사항에 따라서도 달라질 수 있다. On the other hand, the specific method for converting various communication protocols by the
도 9는 한 실시예에 따른 산업 장비의 블록도이다.9 is a block diagram of industrial equipment according to an embodiment.
도 9를 참고하면, 산업용 통신 시스템(1000)을 구성하는 산업 장비(100)들 또는 산업 장비(100)를 제어하는 제어 장치(200)는 도 6의 컨버터(300)와 마찬가지로 네트워크 카드(110), 데이터 링크 계층(120) 그리고 통합 계층(130)을 포함하며, 컨버터(300)의 제어 계층(360)과 달리 응용 계층(140)을 포함한다. 산업 장비(100) 또는 산업 장비(100)의 제어 장치(200)를 노드라고 호칭할 수 있다.Referring to FIG. 9, the
노드의 네트워크 카드(110)와 데이터 링크 계층(120)의 역할은 도 6의 컨버터(300)의 역할과 동일하므로 설명을 생략한다.Since the roles of the
노드의 통합 계층(130)은 각 장치의 논리 주소를 유지하는 계층이다. 그리고 새로운 제어 응용 프로그램이 시작될 때 해당 응용 프로그램에서 요구하는 메시지 요구사항을 컨버터(300)에 전송한다. 또한 새로운 메시지가 추가되거나 삭제되었을 때, 메시지의 요구사항이 변경되었을 때 이를 컨버터(300)에 전송한다. 그리고 제어 응용 프로그램이 통합 환경에서 데이터를 송수신 할 수 있게 하는 API를 제공한다.The
노드의 응용 계층(140)은 원격 변수 입출력, 프로그램 및 데이터 파일 전송, 프로그램 원격 관리 그리고 각종 사건 처리 등 공정 제어와 공장 자동화 환경에서 요구되는 각종 응용 서비스를 제공한다.The
본 발명에서 제안하는 산업용 통신 시스템(1000)을 통해 스마트 공장을 5G 통신으로 수용 가능한지 검증하고, 이후 각 분야별 구체적인 사례들도 개별적으로 검증할 수 있다. Through the
예를 들어 지연 시간의 경우 상태 모니터링, 프로세스 자동화를 위해 100ms 이하의 지연 시간을 목표로 하는 비실시간 응용(Non Real Time, NRT), 공장 자동화를 위해 10ms 이하의 지연 시간을 목표로 하는 실시간 응용(Real Time, RT), 모션 제어 등을 위해 1ms 이하의 지연 시간을 목표로 하는 동시 응용(Isochronous Real Time) 등이 있다.For example, in the case of delay time, condition monitoring, non-real-time applications targeting a delay time of 100 ms or less for process automation (Non Real Time, NRT), real-time applications targeting a delay time of 10 ms or less for factory automation ( Real Time, RT), and Isochronous Real Time targeting a delay time of less than 1ms for motion control, etc.
또한, 우선 순위를 두어 관제/영상 데이터 등 IP 통신에 적합한 사례들을 우선 검증하고, 비실시간 성격의 설비 상태 모니터링, 비상 제어, 클라우드 머신 비전(Machine Vision), 로봇 협업 등 IP 적용이 용이한 신규 장비 등에 대해 검증하여 유용한 서비스를 제공할 수 있다.In addition, new equipment that allows easy IP application such as non-real-time facility status monitoring, emergency control, cloud machine vision, robot collaboration, etc., by prioritizing and verifying cases suitable for IP communication such as control/video data. It can provide useful services by verifying, etc.
본 발명에 따르면 현재 사용되는 산업용 장비들뿐만 아니라 추후 표준이 적용된 산업용 장치들에 대해서도 빠르게 산업용 신규 서비스를 지원할 수 있다.According to the present invention, it is possible to rapidly support a new industrial service not only for industrial equipment currently used but also for industrial equipment to which a standard is applied later.
또한, 5G 망이 도입된 스마트 공장에 현존하는 다양한 프로토콜의 서비스를 수용할 수 있는지 사전 검증함으로써, 스마트 공장과 관련된 5G 표준화 활동에 기여할 수 있다.In addition, it is possible to contribute to 5G standardization activities related to smart factories by verifying in advance whether the smart factory where the 5G network is introduced can accommodate the services of various protocols that exist.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (8)
산업 장비, 상기 산업 장비의 제어 장치 또는 상기 5G 망의 임의의 노드 중 어느 하나로부터 수신한 데이터의 포맷 유형을 판단하고, 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 상기 수신한 데이터의 포맷을 변환하는 포맷 변환 장치, 그리고
상기 임의의 노드와 상기 송신 대상 노드의 시간을 동기화하는 시간 동기 장치를 포함하고,
상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스는 상기 TSN 인터페이스 또는 5G 인터페이스 중 하나인, 컨버터.As a converter that connects 5G networks with industrial sites using a time-sensitive networking (TSN) interface,
Format conversion for determining the format type of data received from any one of the industrial equipment, the control device of the industrial equipment, or any node of the 5G network, and converting the format of the received data according to the communication interface of the transmission target node Device, and
A time synchronization device for synchronizing time between the arbitrary node and the transmission target node,
The communication interface of the transmission target node is one of the TSN interface or the 5G interface.
상기 시간 동기 장치는,
상기 TSN 인터페이스의 그랜드 마스터 시계 또는 상기 5G 망의 그랜드 마스터 시계와 직접 연결되거나 또는 간접 연결되는, 컨버터.In claim 1,
The time synchronization device,
A converter that is directly connected or indirectly connected to the grand master clock of the TSN interface or the grand master clock of the 5G network.
상기 컨버터는,
상기 TSN 인터페이스에 할당된 전용 주파수 또는 임의의 공용 주파수와 상기 5G 망의 주파수를 정합하는 주파수 변환 장치를 더 포함하는, 컨버터.In claim 1,
The converter,
The converter further comprising a frequency conversion device for matching the frequency of the 5G network with a dedicated frequency or any common frequency allocated to the TSN interface.
산업 장비, 상기 산업 장비의 제어 장치 또는 상기 5G 망의 임의의 노드 중 어느 하나로부터 수신한 데이터의 포맷 유형을 판단하고, 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 상기 수신한 데이터의 포맷을 변환하는 포맷 변환 장치, 그리고
상기 임의의 노드와 상기 송신 대상 노드의 시간을 동기화하는 시간 동기 장치를 포함하고,
상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스는 상기 고유 이더넷 인터페이스 또는 5G 인터페이스 중 하나인, 컨버터.As a converter that connects 5G networks with industrial sites using a unique Ethernet interface,
Format conversion for determining the format type of data received from any one of the industrial equipment, the control device of the industrial equipment, or any node of the 5G network, and converting the format of the received data according to the communication interface of the transmission target node Device, and
A time synchronization device for synchronizing time between the arbitrary node and the transmission target node,
The communication interface of the transmission target node is one of the unique Ethernet interface or 5G interface, the converter.
상기 컨버터는,
상기 산업 장비 또는 상기 제어 장치와 물리적으로 연결되는 프로피넷 네트워크 카드,
상기 5G 망의 임의의 노드와 무선 또는 유선으로 연결되는 5G 네트워크 카드,
상기 수신한 데이터의 오류를 검출하고, 상기 검출된 오류를 수정하는 데이터 링크 계층,
상기 수신한 데이터의 프레임을 상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 가공하는 통합 계층, 그리고
상기 수신한 데이터를 바탕으로 상기 고유 이더넷 인터페이스와 상기 5G 망의 스케줄링을 담당하는 제어 계층을 포함하는, 컨버터.In claim 4,
The converter,
Profinet network card physically connected to the industrial equipment or the control device,
5G network card connected wirelessly or wired to any node of the 5G network,
A data link layer that detects an error in the received data and corrects the detected error,
An integration layer that processes the frame of the received data according to the communication interface of the transmission target node, and
And a control layer responsible for scheduling the unique Ethernet interface and the 5G network based on the received data.
산업 장비, 상기 산업 장비의 제어 장치 또는 상기 5G 망의 임의의 노드 중 어느 하나로부터 수신한 데이터의 포맷 유형을 판단하고, 송신 대상 노드의 통신 인터페이스에 따라 상기 수신한 데이터의 포맷을 변환하는 포맷 변환 장치, 그리고
상기 임의의 노드와 상기 송신 대상 노드의 시간을 동기화하는 시간 동기 장치를 포함하고,
상기 송신 대상 노드의 통신 인터페이스는 상기 필드버스 또는 5G 인터페이스 중 하나인, 컨버터.As a converter that connects 5G networks with industrial sites using fieldbuses,
Format conversion for determining the format type of data received from any one of the industrial equipment, the control device of the industrial equipment, or any node of the 5G network, and converting the format of the received data according to the communication interface of the transmission target node Device, and
A time synchronization device for synchronizing time between the arbitrary node and the transmission target node,
The communication interface of the transmission target node is one of the fieldbus or 5G interface, the converter.
상기 컨버터는,
상기 산업 현장 및 상기 5G 망을 구성하는 노드들에 대응되는 논리 주소와 상기 노드들의 실제 물리 주소를 매칭한 브리지 테이블을 생성하여 관리하고,
상기 수신한 데이터에 포함된 상기 송신 대상 노드의 논리 주소를 상기 브리지 테이블에 따라 물리 주소로 변환하는, 컨버터.In paragraph 6,
The converter,
Create and manage a bridge table that matches logical addresses corresponding to nodes constituting the industrial site and the 5G network with actual physical addresses of the nodes,
A converter for converting a logical address of the transmission target node included in the received data into a physical address according to the bridge table.
상기 시간 동기 장치는,
상기 송신 대상 노드에 주기적으로 임의의 메시지를 전송하는, 컨버터.In paragraph 6,
The time synchronization device,
A converter that periodically transmits a random message to the transmission target node.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190131703A KR20210047748A (en) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | Industiral communication system in 5g network |
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KR (1) | KR20210047748A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114095314A (en) * | 2021-11-25 | 2022-02-25 | 成都中科微信息技术研究院有限公司 | Industrial Internet gateway based on 5G/TSN technology |
CN115051887A (en) * | 2022-06-06 | 2022-09-13 | 国汽智控(北京)科技有限公司 | Data conversion method, interface conversion device and vehicle |
KR20230020210A (en) | 2021-08-03 | 2023-02-10 | 중앙대학교 산학협력단 | Time control scheduling method and system for supporting non-isochronous emergency traffic in time-sensitive networks |
-
2019
- 2019-10-22 KR KR1020190131703A patent/KR20210047748A/en unknown
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