초록 ▼

□ 연구개요
스마트팩토리란 ICT와 제조업의 융합을 통해 공장 안의 모든 산업 기기와 생산과정이 네트워크로 연결된 미래형 공장을 의미한다. 본 연구는 스마트팩토리의 신뢰성 있는 이더넷 네트워크를 구성하기 위한 HSR 기반의 토폴로지를 제안하고, 최적화된 HSR 기반 스위치를 시스템온칩에 설계하는 것을 목표로 한다. 특히, HSR 표준을 준수하면서도 HSR 네트워크의 트래픽을 획기적으로 줄일 수 있는 알고리즘을 연구하고, 하드웨어 리소스의 사용을 최소화하는 HSR 코어 IP를 Xilinx사의 SoC상에 설계하며, 실제 이더넷 스

□ 연구개요
스마트팩토리란 ICT와 제조업의 융합을 통해 공장 안의 모든 산업 기기와 생산과정이 네트워크로 연결된 미래형 공장을 의미한다. 본 연구는 스마트팩토리의 신뢰성 있는 이더넷 네트워크를 구성하기 위한 HSR 기반의 토폴로지를 제안하고, 최적화된 HSR 기반 스위치를 시스템온칩에 설계하는 것을 목표로 한다. 특히, HSR 표준을 준수하면서도 HSR 네트워크의 트래픽을 획기적으로 줄일 수 있는 알고리즘을 연구하고, 하드웨어 리소스의 사용을 최소화하는 HSR 코어 IP를 Xilinx사의 SoC상에 설계하며, 실제 이더넷 스위치를 PCB로 제작함으로써 제안하는 알고리즘의 성능을 검증한다. 본 연구를 통해 HSR 기반의 산업용 이더넷 스위치의 스마트팩토리 적용 방안 및 실제 FPGA 기반의 HSR 스위치 하드웨어 프로토타입을 구현하는 것이 본 연구의 개요이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 본 연구 과제의 제안시 설정하였던 연구 목표를 수행 완료하였으며, 그 연구 결과를 아래와 같이 요약할 수 있다.
- 네트워크 트래픽의 수학적 모델링과, 최적화 기법을 활용하여, DSP와 eRPE 방법을 제안하였으며, DSP의 경우 표준 HSR 프로토콜 대비 80% 이상의 불필요한 트래픽이 감소되는 결과를 얻었고, eRPE를 통해 기존 토폴로지를 개선하였다.
- Xilinx의 시스템온칩 플랫폼을 사용하여, HSR 프로토콜을 준수하는 코어 IP를 설계하고 그 동작을 검증하는데 성공하였다. 동작 검증을 위해 여러 대의 HSR 스위치로 링 네트워크를 구성 후, 한 군데의 커플러 연결을 끊어도 패킷의 손실여부가 발생되지 않음을 확인함으로써 고가용성 기능을 검증할 수 있었다. 특히, cut-through switching 방식을 사용하여 delay를 최소화할 수 있는 하드웨어를 설계하였고, 타사의 HSR 스위치에 탑재된 FPGA보다 리소스가 작은 Xilinx XC7Z020 SoC에 구현 성공하였다.
- IEEE-1588 표준을 준수하며, 100ns 이하의 클럭동기화를 달성하는 데 성공하였다.
- HSR 코어 IP가 구현된 Zynq탑재 Zedboard와 PHY-PCB 스위치 데모 보드를 구현, 연결하여 HSR 스위치 데모보드 구현을 완료하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구개발을 통해 HSR과 PTPv2의 국내 IP를 확보하였으며, 이에 대한 향후 RTL의 라이선스와 기술료를 주장할 수 있는 초석을 마련하였다.
- 본 연구를 통해 개발한 Dual Separate Paths (DSP)알고리즘과 eRPE 이중화 프로토콜을 통해, 표준 HSR 프로토콜 대비 불필요한 트래픽을 현저히 감소할 수 있었으며, 새로운 토폴로지를 제안함으로써, 트래픽 개선 효과가 미미한 유명 타사 제품에 비해 기술 우위를 점할 것으로 기대된다.
- 본 기술을 통하여 개발된 HSR 스위치의 경우, 1차적으로 스마트그리드 시장에 상당한 파급 효과를 가져올 것으로 기대되며, 2차적으로, 극도로 짧은 end-to-end latency를 요구하는 다양한 응용분야 즉, 자동차나, 열차, 함정 등 국방 네트워크에도 성공적으로 적용 가능할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 개발한 산업용 네트워크 장치 산업은 IT 및 반도체 기술이 풍부한 우리나라가 중추적 역할을 수행할 수 있는 주요 분야로써, 기존의 스위치 장비로는 처리할 수 없는 고가용성 네트워크 스위치의 새로운 시장을 창출하고, 이는 고용 창출효과 뿐 아니라, 또한, 국내시장에서 검증된 제품기술력을 바탕으로 수출 증대에도 도움이 될 수 있을 것이라고 판단된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• [1-1] 본 연구 개발의 필요성 ... 3
• [1-2] 본 연구의 최종목표 및 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 13
• 5. 연구성과 ... 14
• 끝페이지 ... 15