AMR 내비게이션 스포트라이트 - 타이밍 및 시계 동기화

기본 동기화: PPS

장점: 설정이 간단하고시계 드리프트 최소화

단점: PPS를 사용 가능한 시간 형식으로 변환하는 데 추가 노력이 필요함

초당 펄스는 1초 동안 지속되는 전기 신호입니다. INS 디바이스를 포함한 많은 디바이스가 PPS 신호를 출력하며, 디바이스에 따라 피코초 단위까지 매우 정확합니다.

PPS 신호를 센서에 전송하면 센서가 모두 1초의 지속 시간에 대해 동의할 수 있으므로 PPS는 클럭 드리프트를 줄이는 데 유용합니다.

PPS의 단점은 실제로 시간을 측정하는 것이 아니라는 점입니다. PPS 신호는 네트워크에 1초가 경과했음을 알려줄 뿐이며(매우 정확하게), 신호를 수신하는 모든 디바이스는 이를 경과한 총 초 수에 더합니다. 따라서 PPS를 사용하려면 AMR을 초기화할 때 모든 시계가 모두 동일한 시간 측정값을 제공하도록 동기화해야 합니다(GNSS, 인터넷 또는 INS와 같은 장치를 통해 동기화할 수 있음). 그 후에는 PPS가 동기화 상태를 유지합니다.

중간 동기화: NTP

장점: 비교적 간단한 설정, AMR 전반의 시계 동기화 향상

단점: PTP만큼 정확하지 않으며, 네트워크 지연 시간이 고려되지 않습니다.

네트워크 시간 프로토콜은 컴퓨터 네트워크가 시계를 동기화하는 데 사용하는 방법입니다. 현지화 프로세서(예: INS)가 NTP 서버 역할을 할 수 있고 AMR 제어 스택의 프로세서가 NTP 클라이언트 역할을 할 수 있다면 NTP를 통해 동기화할 수 있어야 합니다.

이 동기화 방법은 실제 클럭 데이터를 사용하여 수행되기 때문에 PPS보다 더 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

하지만 NTP는 PTP보다 오래된 기술이기 때문에 정확도가 떨어집니다: NTP는 밀리초 단위로 시간을 알려주는 반면, PTP는 마이크로초 미만의 정밀도를 구현할 수 있습니다. 또한 NTP는 단방향 동기화이므로 네트워크의 클라이언트는 NTP 서버(예: INS)와 동기화되며, 이 서버는 다시 매우 정확한 시간 소스(일반적으로 GNSS 시간)와 동기화됩니다. 이는 PTP와 달리 NTP는 측정에 네트워크 지연 시간을 고려할 수 없으므로 정확도가 떨어집니다.

고급 동기화: PTP/gPTP

장점: 마이크로초 미만의 시간 정밀도, 높은 정확도

단점: 설정이 가장 까다롭고, 하드웨어 요구 사항이 더 엄격한 gPTP

정밀 시간 프로토콜 동기화는 시간 동기화의 표준입니다. 시계를 동기화하는 가장 정확한 방법이며, 타임스탬프를 계산할 때 네트워크 지연 시간을 고려할 수 있습니다. PTP에는 표준 PTP와 일반화된 PTP 또는 gPTP의 두 가지가 있습니다. gPTP는 대규모 네트워크를 더 잘 처리하고 네트워크 문제에 더 탄력적으로 대응할 수 있는 PTP의 확장 버전입니다.

앞서 말했듯이 이러한 정확성의 대가는 설정의 복잡성입니다. PTP를 올바르게 설정하려면 약간의 작업이 필요하며, gPTP를 사용하는 경우 네트워크의 모든 구성 요소가 gPTP를 지원하는지도 확인해야 합니다.

이것이 AMR에서 시간을 동기화하는 옵션입니다. 하지만 지연 시간이 짧은 간단한 네트워크의 경우 시계를 전혀 동기화하지 않는 또 다른 옵션이 있습니다.

도착 시 타임스탬프

장점: 설정이 매우 쉽고, 지연 시간이 짧은 간단한 네트워크에 적합합니다.

단점: 진정한 동기화가 아니며, 네트워크 트래픽과 지연 시간이 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.

위에서 타임스탬프는 타이밍 퍼즐의 또 다른 부분으로, 프로세서가 각 데이터 패킷을 올바른 순서로 처리할 수 있도록 데이터가 수집된 시점을 파악하는 데 타임스탬프가 사용된다고 언급했습니다. 그러나 프로세서가 데이터를 수신할 때 자체 타임스탬프를 적용하도록 지침과 함께 데이터 패킷을 보낼 수 있습니다. 예를 들어 OxTS 시스템에서는 현지화 데이터가 INS에 도착할 때 타임스탬프를 적용하도록 구성할 수 있습니다.

모든 디바이스의 시계를 동기화할 필요가 없으므로 이 방법은 매우 간단하고 빠르게 설정할 수 있습니다. 하지만 시계를 동기화하지 않기 때문에 이 타임스탬프 방법은 네트워크 지연으로 인한 간섭에 취약합니다.

네트워크의 지연 시간을 고려할 수는 있지만 지연 시간이 일정한 경우에만 가능합니다. 네트워크의 트래픽은 AMR이 수행하는 작업에 따라 변동될 가능성이 높으므로 실제로는 지연 시간이 변동되어 성능 문제가 발생할 수 있습니다. 그렇기 때문에 도착 시 타임스탬프는 지연 시간이 최소화되는 단순한 네트워크에서만 실용적입니다. 도착 시 타임스탬핑을 사용 중인데 로봇이 불안정하게 움직인다면 더 나은 시간 동기화 방법이 필요하다는 신호일 수 있습니다.

타이밍을 설정하는 방법 OxTS

모든 INS 장치는 PTP 및 gPTP 동기화를 지원합니다. 대부분의 네트워크에서는 INS의 내부 시계가 대부분의 AMR 애플리케이션에 충분히 정확하고 신호가 잡히는 경우 GNSS를 통해 GPS 시간과 동기화되기 때문에 INS를 그랜드마스터 시계로 사용하는 경우가 많습니다. 그러나 네트워크에 더 정확한 시계가 있는 경우 INS를 PTP 슬레이브로 사용할 수도 있습니다.

INS 장치는 시계를 동기화하는 데 사용할 수 있는 PPS 신호를 방출할 수도 있습니다. INS는 위치 측정을 위해 GNSS 데이터를 사용하기 때문에 네트워크의 모든 시계에 대한 초기 타임스탬프를 제공할 수 있으며, 이는 PPS 동기화에 필수적인 요소입니다. 창고와 같이 GNSS가 지원되지 않는 지역에서 작업하는 경우 INS의 내부 시간을 PPS 동기화에 사용할 수 있으며, 외부로 이동할 때에도 모든 것을 동기화 상태로 유지할 수 있습니다.

OxTS GAD 인터페이스

우리가 하는 일의 진정한 마법은 OxTS GAD 인터페이스에 있습니다. 위에서 언급했듯이 이 인터페이스는 사전 구축된 센서 융합 인터페이스로, 시간 데이터를 포함하여 센서에서 INS로 로컬라이제이션 데이터를 전송하는 방법을 구성할 수 있습니다. GAD SDK를 사용하여 액세스하는 GAD 인터페이스에서는 데이터에 어떤 타임스탬프를 제공할지 설정할 수 있습니다.

네트워크에서 시계를 동기화했다면 GPS 시간, UNIX 또는 TAI 등 네트워크에 적합한 시간으로 타임스탬프를 구성할 수 있습니다.

또한 도착 시 타임스탬프에는 무효(수신 시 INS의 타임스탬프를 데이터에 적용하는 방식)와 지연(수신 시 INS의 타임스탬프와 정의된 지연 시간을 데이터에 적용하는 방식)의 두 가지 방식이 있습니다.

또한 시스템에서 서로 다른 타임스탬프를 동시에 자유롭게 사용할 수 있습니다. 예를 들어 간단한 센서에는 보이드 타임스탬프를 사용하고, 복잡한 센서에는 INS와 동기화하여 GPS 타임스탬프를 사용하도록 할 수 있습니다. GAD 인터페이스의 핵심은 자율 모바일 로봇을 제작할 때 유연성을 제공하는 것입니다.

감사합니다.ime

이 블로그가 AMR의 센서를 동기화하는 방법에 대해 생각해 볼 수 있는 좋은 출발점이 되었기를 바랍니다.

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다음 블로그에서는 로봇과의 인터페이스에 대해 소개할 예정이니 기대해 주세요.