• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제9권3호
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• pp.33-40
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• 2014

Ethernet 기반 차량 네트워크 구성 시 신뢰성은 요구조건 중 하나이다. 이를 위해 차량 네트워크 구조에 High-availability Seamless Redundancy (HSR) protocol (IEC 62439-3 clause 5)를 사용할 수 있다. HSR 프로토콜은 프레임을 전송할 때 서로 다른 경로에 각각의 복제된 프레임들을 제공한다. 이는 전송 오류로 인해 하나의 경로에서 프레임을 전송받지 못하더라도 목적지 노드는 다른 경로를 통해 적어도 하나의 프레임을 받을 수 있어 네트워크의 고장 발생 시에도 네트워크의 중단이 없음을 의미한다. 고장 발생 시에도 목적지 노드는 Zero-recovery time으로 하나의 프레임을 받을 수 있기 때문에 표준 Ethernet 과는 달리 보낸 프레임의 손실시 네트워크를 재구성하는 시간이 필요 없다. 하지만 HSR 프로토콜은 복제 전송하는 프레임으로 인해 불필요한 트래픽을 발생시키는 단점이 있다. 이에 HSR 프로토콜의 성능을 향상시키기 위해 QR, VRing, RURT, DVP와 같은 방법들이 이미 제안되었다. 본 논문에서는 차량 네트워크에 HSR 프로토콜을 적용한 3가지 구조를 제안하였고 여기에 트래픽 향상을 위해 QR, VRing을 적용하였으며 이 구조들의 트래픽 성능을 측정 및 비교하였다. QR과 VRing을 적용할 때 표준 HSR 프로토콜에 비해 48-75%의 트래픽 감소를 보여주었다. 이는 차량에서 신뢰성 향상을 위해 HSR 프로토콜은 Ethernet을 대신하여 사용할 수 있음을 의미한다.

• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.29-35
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• 2016

High-availability seamless redundancy (HSR) 은 두 개의 복제된 프레임을 각각의 경로로 전송하여 거의'0'시간에 고장을 복구하는 실시간 고장 허용 프로토콜이다. 그러므로 HSR은 스마트 그리드 통신과 같은 첨단 실시간 네트워크에 사용이 가능하다. 그러나 HSR 프로토콜은 고장 복구를 위해 생성되는 불필요한 트래픽이 목적지 노드가 포함되지 않은 하부 네트워크에도 지속적으로 순환하는 주요 단점이 있으며, 이는 네트워크의 트래픽 성능을 저하시키고, 네트워크의 활용 자원을 감소시키는 원인이 된다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 효율적인 두 가지 알고리즘, Quick Removing (QR) 과 Port Locking (PL) 이 발표된 바 있다. 본 논문은 QR과 PL을 결합한 새로운 알고리즘, QRPL의 구현 가능성 및 그 성능을 수학적으로 해석 제시하고 시뮬레이션으로 확인하였다. 그 결과 다수의 하위 ring이 연결된 HSR 네트워크에서 유니캐스트 트래픽을 적용시, 표준 HSR, QR, 또는 PL 알고리즘을 개별로 사용하는 것보다, QRPL 알고리즘을 사용하는 경우 성능이 크게 향상됨을 확인하였다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제18권1호
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• pp.123-131
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• 2016

The high-availability seamless redundancy (HSR) protocol is one of the most important redundancy IEC standards that has garnered a great deal of attention because it offers a redundancy with zero recovery time, which is a feature that is required by most of the modern substation, smart grid, and industrial field applications. However, the HSR protocol consumes a lot of network bandwidth compared to the Ethernet standard. This is due to the duplication process for every sent frame in the HSR networks. In this paper, a novel algorithm known as the reducing multicast traffic (RMT) is presented to reduce the unnecessary redundant multicast traffic in HSR networks by limiting the spreading of the multicast traffic to only the rings that have members associated with that traffic instead of spreading the traffic into all the network parts, as occurs in the standard HSR protocol. The mathematical and the simulation analyses show that the RMT algorithm offers a traffic reduction percentage with a range of about 60-87% compared to the standard HSR protocol. Consequently, the RMT algorithm will increase the network performance by freeing more bandwidth so as to reduce HSR network congestion and also to minimize any intervention from the network administrator that would be required when using traditional traffic filtering techniques.

• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.51-56
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• 2014

HSR(High-availability seamless redundancy)은 이더넷 네트워크의 고장 극복을 목적으로 표준 제정된 프로토콜로서, 하나의 전송 프레임을 복제하여 두 개의 물리적인 포트로 각각의 프레임을 전송하여 고장 극복 시간을 "0"이 되도록 한다. 따라서 HSR은 실시간 고장 극복이 필요한 이더넷 어플리케이션에 사용할 수 있다. 그러나 HSR은 각 노드마다 프레임을 복제하므로 불필요한 프레임이 다수 생성되어 네트워크에 전달되어 네트워크 전송용량을 상당량 점유하는 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 표준 HSR의 이러한 단점을 보완하기 위해 보편적으로 사용되는 여러 개의 ring이 연결된 복합 링 네트워크에 적합한 MAC (media access control) 주소에 기반을 둔 Port Locking (PL) 이라는 새로운 방식을 제안한다. 제안 방식은 네트워크 제어 프레임과는 별도로 Source 및 Destination 노드의 위치를 점차적으로 학습하며, 학습에 따라 Destination 노드가 없는 소규모 ring 네트워크의 입구 포트를 차단함으로써 해당 ring의 프레임 순환을 방지하도록 한다. 이와 같이 PL 알고리즘은 대형 링 네트워크 구조의 트래픽을 현저히 감소시키며, 이에 따라 네트워크의 성능은 크게 향상된다. 이에 대한 이론적 분석 결과는 제안된 PL 방식의 유효성을 입증한다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제20권6호
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• pp.678-685
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• 2016

The standard high-availability seamless redundancy (HSR) protocol utilizes duplicated frame copies of each sent frame for zero fail over time. This means that even in cases of a node or link failure, the destination node will receive at least one copy of the sent frame, resulting in no network downtime. However, the standard HSR is mostly based on the electrical signal connection inside the node, which leads to the production of considerable latency at each node due to frame processing. Therefore, in a large scale HSR ring network, the accumulated latencies become significant and can often restrict the mission-critical real-time application of HSR. In this paper, we present a novel design for optical HSR (OHSR) that uses beam splitting/combining techniques. The proposed OHSR passes the frames directly to adjacent nodes without frame processing at each node, thereby theoretically generating no latency in any node. Various simulations for network samples, made to validate the OHSR design and its performance, show that the OHSR outperforms the standard HSR.

• Journal of Communications and Networks
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• 제14권6호
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• pp.653-661
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• 2012

High-availability seamless redundancy (HSR) is a redundancy protocol for Ethernet networks that provides two frame copies for each frame sent. Each copy will pass through separate physical paths, pursuing zero fault recovery time. This means that even in the case of a node or a link failure, there is no stoppage of network operations whatsoever. HSR is a potential candidate for the communications of a smart grid, but its main drawback is the unnecessary traffic created due to the duplicated copies of each sent frame, which are generated and circulated inside the network. This downside will degrade network performance and might cause network congestion or even stoppage. In this paper, we present two approaches to solve the above-mentioned problem. The first approach is called quick removing (QR), and is suited to ring or connected ring topologies. The idea is to remove the duplicated frame copies from the network when all the nodes have received one copy of the sent frame and begin to receive the second copy. Therefore, the forwarding of those frame copies until they reach the source node, as occurs in standard HSR, is not needed in QR. Our example shows a traffic reduction of 37.5%compared to the standard HSR protocol. The second approach is called the virtual ring (VRing), which divides any closed-loop HSR network into several VRings. Each VRing will circulate the traffic of a corresponding group of nodes within it. Therefore, the traffic in that group will not affect any of the other network links or nodes, which results in an enhancement of traffic performance. For our sample network, the VRing approach shows a network traffic reduction in the range of 67.7 to 48.4%in a healthy network case and 89.7 to 44.8%in a faulty network case, compared to standard HSR.

• 정보와 통신
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• 제32권10호
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• pp.31-40
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• 2015

This paper investigates several existing techniques to reduce high-availability seamless redundancy (HSR) traffic. HSR is a redundancy protocol for Ethernet networks that provides duplicated frames for separate physical paths with zero recovery time. This feature makes it very useful for real-time and mission-critical applications, such as military applications and substation automation systems. However, the major drawback of HSR is that it generates too much unnecessary redundant traffic in HSR networks. This drawback degrades network performance and may cause congestion and delay. Several HSR traffic reduction techniques have been proposed to reduce the redundant traffic in HSR networks, resulting in the improvement of network performance. In this paper, we provide an overview of these HSR traffic reduction techniques in the literature. The operational principles, advantages, and disadvantages of these techniques are investigated and summarized. We also provide a traffic performance comparison of these HSR traffic reduction techniques.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회
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• pp.284-285
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• 2011

변전소의 디지털화를 통한 변전소 자동화 시스템(SAS) 구축이 전 세계적 이슈이다. 변전소 디지털화는 기존의 변전소 기능에 정보 통신 기술을 적용시켜 변전소 운영을 효과적으로 수행할 수 있게 돕기 위해서이다. 디지털 변전소가 정상적으로 운영되기 위해 요구하는 높은 수준의 가용성과 전송능력 만족하기 위해 IEC TC 57 WG10은 IEC SC65 WG15의 IEC 62439 고 가용성 자동화 네트워크(Highly Available Automation Networks)를 디지털 변전소 네트워크로 차용하기로 결정했다. 그중 가용성과 신뢰성, 전송능력, 경제성을 이유로 IEC 62439의 중복 네트워크 프로토콜 중 HSR(High-availability Seamless Redundancy)을 디지털 변전소를 위한 네트워크 프로토콜로 이용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 디지털 변전소 내부에서도 가장 높은 수준의 가용성과 네트워크 성능을 요구하는 프로세스 버스용 네트워크 구성 프로토콜로 적합하다. 본 논문은 실제 154Kv급 변전소 프로세스 버스에 HSR을 적용하였을 때 성능을 분석하였다.