데이터 통신 방식 중 하나로, 데이터를 bit 단위로 순차적으로 전송하는 방식으로 긴 거리 데이터 전송에 유리하며 전송 속도가 늦은 대신 신뢰성이 높음
병렬 통신과 대조되는 개념으로, 병렬 통신에서는 여러 개의 데이터 비트를 동시에 전송
물리적 연결
| RS-232C | RS-422 | RS-485 | |
|---|---|---|---|
| 신호 방식 | Single Ended | Differential | Differential |
| Dirver:Receiver | 1:1 | 1:N(32) | N(32):N(32) |
| 통신 방식 | Full Duplex | Full Duplex | Half Duplex |
| 통신 거리 | Max. 15m | Max. 1.2km | Max. 1.2km |
| 통신 속도 | Max. 20Kbps | Max. 10Mbps | Max. 10Mbps |
| 수신 감도 | +/- 3V | +/- 0.2V | +/- 0.2V |
| 신호선 | 3선 (TXD, RXD, GND) | 4선 (TX+, RX+, TX-, RX-) | 2선 TX+/RX+, TX-/RX- |
| 장단점 | Noise 취약 | Noise 강함 | Noise 강함 |
| Cable | Shielded, 3 Line | Shielded, 2 twisted pair cable | Shielded, 1 twisted pair cable |
Single Ended
하나의 신호선과 하나의 공통 그라운드를 사용하는 신호 방식, 신호는 신호선과 그라운드 사이의 전압 차이로 전달
Differential
두 개의 신호선(Data+, Data-) 사이의 전압차를 이용해 신호를 전송, 이런 방식은 노이즈에 강한 특성을 가짐
Noise 제거 방식
- Noise 없는 신호
- 송신
- Data + : +12V
- Data - : -12V
- 수신
- Data + : +12V
- Data - : -12V
- Data : +12V -(-12V) = 24V
- 송신
- Noise 있는 신호
- 송신
- Data + : +12V + N
- Data - : -12V + N
- 수신
- Data + : +12V + N
- Data - : -12V + N
- Data : +12V+N -(-12V+N) = 24V <- 능동적으로 Noise 제거
- 송신
주요 Protocol
UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)
비동기식 통신 방식으로, 데이터 전송 시 별도의 Clock 신호 없이 시작 비트와 정지 비트를 통해 데이터 프레임 구분
MODBUS
마스터-슬레이브 아키텍처를 사용하는 통신 프로토콜로, 산업 자동화 시스템에 자주 사용
SPI(Serial Peripheral Interface)
동기식 통신 프로토콜로, 마스터-슬레이브 아키텍처를 사용, Clock 신호(SCLK)를 통해 데이터 전송을 동기화
I2C(Inter-Integrated Circuit)
동기식 통신 프로토콜로, 두 개의 와이어(SDA, SCL)로 다중 마스터-다중 슬레이브 네트워크를 구성 가능
CAN(Controller Area Network)
차량 및 산업 자동화 시스템에서 많이 사용되며, 여러 마스터와 슬레이가 있는 네트워크에서 충돌을 제어하고 신뢰성 있는 통신을 제공
오류 검출
Parity Bit
데이터 전송 과정에서 발생할 수 있는 단일 비트 오류를 검출하기 위해 데이터 프레임에 추가되는 비트
Parity Bit는 데이터 비트의 수를 체크하여 짝수 또는 홀수 숫자가 되는지 확인하는 역할
종류
- Even Parity Bit : 데이터 비트의 1의 개수를 짝수로 만드는 비트, 더 직관적이고 흔하게 사용
-
예시
- Data Bit : 1101
- 1의 개수 : 3(홀수)
- Parity Bit : 1(추가하면 1의 개수가 짝수)
| Data Bits | Parity Bit | | --------- | ---------- | | 1101 | 1 |
-
- Odd Parity Bit : 데이터 비트의 1의 개수를 홀수로 만드는 비트
-
예시
- Data Bit : 1100
- 1의 개수 : 2(짝수)
- Parity Bit : 1(추가하면 1의 개수가 홀수)
| Data Bits | Parity Bit | | --------- | ---------- | | 1100 | 1 |
-
CRC(Cyclic Redundancy Check)
데이터 통신에서 데이터 오류를 검출하기 위한 더 정교한 방법
다항식 나눗셈을 이용하여 데이터 블록에서 “Checksum”과 같은 값을 생성하고, 이를 데이터의 끝에 추가하여 전송
수신 측에서는 동일한 나눗셈 과정을 수행하여 오류를 검출
동작 방식
- 송신 : 데이터 비트를 다항식으로 간주하여 미리 정의된 생성 다항식과 나눅셈을 수행, 나머지는 CRC CheckSum으로 계산되고 Data의 끝에 추가
a. 예시-
데이터 비트 : 110101
-
생성 다항식 : 101
데이터 비트 반환 : (생성 다항식의 Bit 수 - 1) 개수 만큼 데이터 비트에 0 추가 -
나눗셈 계산(XOR) 후 나머지 계산(CRC)
Data Bit : 110101 Polynomial : 101 (3) New Data Bit : 11010100 (Operation - XOR) 11010100 101 -------- 1110100 101 -------- 100100 101 -------- 1100 101 -------- 110 101 -------- 11 <-나머지(Remainder) - CRC Checksum Data Bit with CRC = 11010111
-
- 수신 : 수신된 데이터에 대해 동일한 다항식 나눗셈을 수행하여 나머지 계산, 나머지가 0이 아닐 경우 데이터 오류로 간주
a. 예시-
수신된 데이터 : 11010111
-
동일한 생성 다항식 : 101
-
나눗셈 계산(XOR) 후 나머지 계산 : 에러 검출 단계
Data wit CRC : 11010111 Polynomial : 101 (Opearation - XOR) 11010111 101 -------- 1110111 101 -------- 100111 101 -------- 1111 101 -------- 101 101 -------- 0 <- 나머지(Remainder), CheckSum is zero therefore no transmission error
-
장점
- 단일 비트 오류 외에도 다중 비트 오류 및 연속적인 비트 오류를 검출 가능
- 통계적으로 강력한 오류 검출 기능 제공
- 네트워크 및 데이터 저장 장치에서 데이터 무결성을 유지하는데 자주 사용
참고 자료
시리얼 통신 - RS422, RS485
CRC(Cyclic Redundancy Check) 간단 소개와 동작 이론
