JP4896057B2 - 送信タイミング変更型ネットワーク装置及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、ネットワーク装置及びシステムに関するものでる。

現在、リアルタイム通信技術ではＩＥＥＥ１３９４等の通信技術が用いられている。このような通信技術では、リアルタイムデータとベストエフォートデータを混在させたサイクル型転送を行う通信方式（以下、サイクル型転送通信と称す）が用いられている。

上記のような通信方式は、例えば、１サイクルが、図１１に示すように予め決められた周期、例えば１２５μ秒のタイムスロットを有している。この周期のタイムスロットが複数サイクル繰り返される。そして、そのタイムスロット内の一定の時間帯域においてパケットデータ（以後、フレームと称す）がネットワーク装置間において転送される。ここで、タイムスロット前半の区間を予約転送区間、後半の区間を自由転送区間としている。

予約転送区間では、この区間内の一定の時間帯域、例えば図１１中の帯域１から５までをフレーム送信のために予約しておく。そして、予約された帯域１から５は、設定された各装置間でのみ利用される。例えば、図１２に示すような複数のネットワーク装置からなるネットワークにおいて、図１１の帯域１は、装置１１と装置１４間の送信のみ、帯域２は、装置１２と装置１３間の送信のみに利用するため予約される。

そして、帯域１から５のような、予約した一定帯域にリアルタイムデータのフレームＡ１からＡ５を設定することで、一定時間内に一定量のフレーム送信が保証されることになり、ＡＶデータ等のリアルタイムデータが装置間で送信可能となる。

自由転送区間では、ベストエフォートデータの通信に利用される。ここでは、予約によりフレーム送信の時間帯域の確保は行われない。よって、この区間では、特にリアルタイム性を有しないデータの転送が行われる。このため、データ転送を行う時点で、この区間に例えば帯域６のように、空いている帯域があれば、そこにフレームＢ１を配置し、装置間のデータ通信が行われる。

図１１のサイクル型転送の通信方式を実現するネットワーク構成として、様々な形態が考えられる。例えば、図１２のネットワーク装置１１から１４のようにデイジーチェーン接続、ネットワーク装置１１、１２、１３、１５のようにスター接続等で接続される。

ここで各ネットワーク装置は、ブリッジ機能を有しており、ネットワーク装置１２、１３、１５などは、自装置の一方側にあるネットワーク装置からの送信フレームを、他方側にあるネットワーク装置へ転送することができる。これにより、直接接続されていないネットワーク装置間でもブリッジ機能を用いて通信を行うことが可能となる。

ここで、近年、ＬＡＮのネットワーク技術の標準であるＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）に対しても上述したサイクル型転送通信を利用する動きがある。このため、Ｅｔｈｅｒｎｅｔを用いたＬＡＮにおいて、サイクル型転送通信を行うネットワーク通信技術をベースとし、ネットワーク内のデータ通信の高信頼性等を確保する技術が求められている。

上記のようなネットワーク通信の高信頼性等を確保するためには、ネットワーク内の各ネットワーク装置間のクロックの同期を高精度でとる必要がある。ここで、ＩＥＥＥ１５８８で規定されるプロトコルは、通信装置間の正確な時間同期が必要な場合に利用されている。例えば、リアルタイムデータ通信を前提としていない通常のＥｔｈｅｒｎｅｔ接続であっても、マイクロ秒以下の非常に正確な装置間の同期を得ることができる。よって、上述したネットワーク内の通信において、ＩＥＥＥ１５８８で規定されるプロトコルを利用することで、ネットワーク内の各装置間のクロックの同期を高精度でとることが可能となる。

ＩＥＥＥ１５８８に規定された手順に従えば、ネットワーク内の複数の装置に対する基本の同期クロックとなるマスタークロックを生成するマスター装置がネットワーク内に１つ決定される。そして、このマスター装置がネットワーク内の複数の装置に対して、マスタークロックの時間情報を含んだ同期フレームを定期的に送信する。この定期的に届くマスタークロックの時間情報に合わせて、ネットワーク内の複数の装置は自装置のクロックを修正し、ネットワークの装置間の同期をとっている。しかし、このマスター装置の故障等によりマスタークロックが劣化した場合には、ネットワーク内の装置間の同期のずれが大きくなり、装置間のサイクル及び予約フレームの転送タイミングにずれが生じる。このずれのため予約されたフレームの衝突等が生じ、正確なネットワークの運用ができなくなる問題があった。

ここで、特許文献１に、伝送路につながった装置において、装置が有する検出手段により、障害発生時に障害フレームを生成し、伝送路に送信する技術が開示されている。この技術では、伝送路につながった他の装置が、上記障害フレームの制御フィールド、データフィールドの情報により、当該装置に障害が起こったことを認識することが可能となっている。

また、特許文献２に、ノード装置が、受信タイミング回路と、中継シフトレジスタと、バッファレジスタと、送信タイミング回路と、バッファレジスタの内容を順次読み出し伝送路に送出する手段を備え、ノード間での同期をとる技術が開示されている。
特開昭６３−２３８６３２号公報 特開昭６１−２３４４９号公報

しかし、特許文献１の技術では、障害発生情報を伝送路経由で伝達するだけであり、クロック同期を利用したサイクル型転送通信のネットワークを安定して運用するための対策としては不十分である。

また、特許文献２の技術では以下のような問題がある。この技術では、各ノード装置の送信クロックに周波数の差がある場合、周波数差によるフレーム長さの伸縮を吸収している。これは、アイドルフィールドの時間長を変化させて、ビット周期の変化のためのマージンをとることで対応している。ここで、１つのノード装置から、複数のノード装置に送信が行われる通信システムの場合、装置間の同期のずれが大きくなると、送信フレームの衝突が増えることになる。このような通信システムにおいて特許文献２の技術を用いた場合、例えば、同期のずれがアイドルフィールドで吸収できないレベルになると、フレームの衝突の回避が困難になる。

よって、サイクル型転送通信に対して特許文献１又は２を用いた場合、ネットワークを安定して運用できない恐れがある。

本発明にかかるネットワーク装置は、送信データをフレーム単位に分割し、一定の期間毎に複数のフレームを送受信するサイクル型データ転送を行うネットワーク装置であって、他の装置におけるマスタークロックとのずれ情報に基づきネットワークの障害を判定する障害判定部と、前記障害判定部による判定結果に基づき前記フレーム間に設けられるギャップの時間の長さを調節するネットワーク設定変更部とを有する。

本発明にかかるネットワークシステムは、複数のネットワーク装置で構成され、送信データをフレーム単位に分割し、一定の期間毎に複数のフレームをネットワーク装置間で送受信するサイクル型データ転送を行うネットワークシステムであって、前記複数のネットワーク装置のうちの１つはネットワーク装置間の同期をとるためのマスタークロック情報を送信するマスター装置であり、前記マスター装置以外のネットワーク装置は、前記マスタークロック情報に基づいて自装置のクロックのずれを示すエラー信号を送信し、前記マスター装置は、前記マスター装置以外のネットワーク装置からの前記エラー信号に基づき前記フレーム間に設けられるギャップの時間の長さを調節する変更情報の生成と送信を行い、前記複数のネットワーク装置は、前記変更情報に基づいて前記ギャップの設定を行う。

本発明にかかるネットワーク装置は、障害判定部により、マスタークロックの障害が判定されると、送信フレーム間のギャップの時間が調節され、フレームの衝突が回避される。

本発明にかかるネットワーク装置は、サイクル型転送通信のネットワークを安定して運用することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に本実施の形態のネットワーク構成およびネットワーク装置の概要を示す。図１に示すように、ネットワーク１００は、ネットワーク装置１０１から１０６を有する。

ネットワーク装置１０１から１０６は同じ構成であるため、ここではネットワーク装置１０１を例に説明する。ネットワーク装置１０１は、アプリケーション１２１と、通信ロジック１２２と、ポート１２３から１２５を有する。

アプリケーション１２１は、ネットワーク内の他のネットワーク装置で利用するデータの生成や、他のネットワーク装置が生成したデータを利用する。例えば、カメラなどの周辺装置を利用して映像データを作成し、映像データを他のネットワーク装置へ送信したり、他のネットワーク装置から送信された映像データをディスプレイ上に表示するなどのアプリケーションがある。

通信ロジック１２２は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１で規定されるＭＡＣブリッジ（自装置内の複数のポート間のブリッジ通信を実現するためのスイッチ、ルーティングテーブルなどを含む）、スパニングツリーなどのプロトコルで規定される動作や制御を行う回路からなる。また、アプリケーション１２１が生成するデータを所定の長さに区切り、制御情報を付加してフレームにする制御等も行う。

ポート１２３から１２５は、ネットワーク装置間のフレームの送受信を行う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．３で規定されるコネクタやケーブル、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などの送受信プロトコルに準拠したハードウェアなどが利用される。

通信ロジック１２２、アプリケーション１２１がポート１２３から１２５を介して隣接したネットワーク装置と接続されることでネットワーク１００が構成されている。各ネットワーク装置の接続構成は、ネットワーク装置１０１から１０４のようなデイジーチェーン接続でも、ネットワーク装置１０１、１０２、１０３、１０５のようなスター型接続でもかまわない。

各ネットワーク装置は自装置のどのポートが他のネットワーク装置のどのポートに接続されているかの情報を自装置内のルーティングテーブル（図示なし）に保持している。このため、ネットワーク装置１０２や１０３のように複数のポートを使用している場合であっても、その情報を元に適切なネットワーク装置どうしのポート間の通信が行われる。

以上のような構成のネットワーク装置１０１から１０６が、ネットワーク１００において図１１で説明したサイクル型転送通信でフレームの送受信を行っている。

図２は、図１のネットワーク装置１０１から１０６の構成ブロック図を更に詳細に示した図である。ネットワーク装置１０１から１０６は同じ構成のため、ここではネットワーク装置１０１を例に説明する。図２において、図１と同一符号のものは同様の構成であるため説明は省略する。

ポート１２３から１２５の各ポートは、それぞれ受信ポート１３１と、送信ポート１３２とを有する。受信ポート１３１は、他のネットワーク装置からきたフレームを後述するスイッチ１４０へ送る。送信ポート１３２は、スイッチ１４０から送られてきたフレームを他のネットワーク装置へ送信する。

通信ロジック１２２は、スイッチ１４０と、マスタークロック生成部１４１と、サイクルタイマー１４２と、障害判定部１４３と、ネットワーク設定変更部１４５と、ネットワーク設定レジスタ１４４と、送信部１４６と、受信部１４７とを有する。

スイッチ１４０は、自装置内の複数のポート間、例えばポート１２３の受信ポート１３１とポート１２５の送信ポート１３２間のブリッジ通信を行う。また、自装置が受信したフレームを受信部１４７へ送る。また、送信部１４６、障害判定部１４３、ネットワーク設定変更部１４５から送られてきたフレームを指定されたポートの送信ポート１３２へ送る機能を有する。

マスタークロック生成部１４１は、ネットワーク１００内のネットワーク装置間の同期をとるための基準の時間情報であるマスタークロックを含んだフレーム（以後、同期フレームと称す）を生成し、スイッチ１４０へ送る。その同期フレームは、例えば、図１１に示されるタイムスロットの最初の帯域に配置され、ネットワーク１００内の各ネットワーク装置に送信される。以後本明細書において、このマスタークロックを生成するネットワーク装置をマスター装置と称す。このようなマスター装置は、ＩＥＥＥ１５８８に規定される手順に従い、ネットワーク構築時にネットワーク１００内のネットワーク装置から１つが選出される。また、マスター装置は、例えば、２秒毎にマスタークロックをネットワークの他の装置に送信するようなＩＥＥＥ１５８８に規定された動作を行う。マスタークロック生成部１４１は、上述したようなマスター装置のみで動作する。

サイクルタイマー１４２は、自装置の時間情報を測定し、障害判定部１４３にその時間情報を送る。

障害判定部１４３は、同期フレーム内のマスタークロックと、サイクルタイマー１４２から送られてくる自装置の時間情報（以後、単にクロックと称す）とのずれが所定の値を超えているかどうかを判定する。そして、マスタークロックと自装置のクロックとのずれが所定の値を超えている場合、障害情報フレーム（エラー信号）を生成し、スイッチ１４０に送る。その障害判定部１４３にて生成された障害情報フレームは、マスター装置に対して送信される。この障害判定部１４３は、上述したネットワーク１００内のマスター装置でないネットワーク装置において動作する。ただし、マスター装置においても、障害判定部１４３は動作してもかまわない。

ここで、障害情報フレームは、マスター装置にのみに送信されるだけでなく、マスター装置を含めたネットワーク装置全体に対して送信してもよい。また、障害情報フレームには、マスタークロックと自装置のクロックとどの程度ずれが生じているかの情報を付加してもよい。

図３、図４に障害判定部１４３の判定処理の概念図を示す。ここでは、ネットワーク１００内のネットワーク装置１０１がマスター装置である場合を想定している。

図３、図４では、マスター装置であるネットワーク装置１０１が生成するマスタークロックを基準として、ネットワーク装置１０２から１０６が生成するクロックとのずれを示している。例えば、図３において、ネットワーク装置１０２では、自身が生成するクロックがマスタークロックより速く、時間ｔ１の分だけずれが生じている。図中の実線矢印２０１、破線矢印２０２は、ずれの最大値と、そのずれの補正の方向を示している。なお、上述のずれは、ＩＥＥＥ１５８８の規定に従い補正される。

ここで本実施の形態では、障害判定部１４３が、自装置のクロックがマスタークロックからの所定のずれを判定する。例えば、図３に示すように、マスタークロックからのずれが速い場合と遅い場合で時間ｔ２以内のずれをクロックエラー通常補正領域とし、時間ｔ２以上のずれをクロックエラー領域とする。障害判定部１４３は、ずれの大きさがクロックエラー領域に入っていると判定すると障害情報フレームを生成し、マスター装置に送信する。ずれの大きさがクロックエラー通常補正領域内である場合は障害情報フレームを生成しない。

図３においては、全てのネットワーク装置のクロックとマスタークロックとのずれが、クロックエラー通常補正領域内であるため、全てのネットワーク装置は、障害情報フレームを生成しない。

これに対し、図４では、ネットワーク装置１０４において、自装置のクロックとマスタークロックからのずれの大きさがクロックエラー領域に入っている。このため、ネットワーク装置１０４の障害判定部１４３は障害情報フレームを生成し、その障害情報フレームがマスター装置１０１に対して送信される。ネットワーク装置１０２、１０３、１０５、１０６では、図３のときと同様、ずれの大きさがクロックエラー通常補正領域内であるため障害情報フレームを生成しない。

なお、クロックエラー領域を超えるずれ（図中のネットワーク接続エラー領域）は、例えばＩＥＥＥ８０２．１で規定されるスパニングツリー構成のネットワークにおいて、制御フレームが届かなくなるほどのクロックがずれた状態を表す。この場合には、スパニングツリープロトコルの手順に従い、ネットワークの再構築が行われる。

図５に示すフローチャートを用いて、障害判定部１４３の処理フローを示す。障害判定部１４３は、マスター装置からの同期フレームを受信した場合（Ｓ１０１）、同期フレーム内のマスタークロックと自装置のクロックとのずれを測定する（Ｓ１０２）。次に、Ｓ１０２で行った測定結果によりずれの大きさが規定値以上（クロックエラー領域）であるかどうかを判定する（Ｓ１０３）。ずれの大きさが規定値以上である場合（Ｓ１０３Ｙｅｓ）、障害情報フレームを作成し、マスター装置へ送信する（Ｓ１０４）。ずれの大きさが規定値以下である場合（Ｓ１０３Ｎｏ）、再び同期フレームを受信するのを待つ（Ｓ１０５）。

ネットワーク設定変更部１４５は、マスター装置において、障害情報フレームを受信すると、装置間で送受信するフレームの間に付加されるデータが何もない期間（以後、アイドル期間と称す）の長さを調整するようネットワーク設定の変更を行う。このアイドル期間には、インターフレームギャップＩＦＧと、サイクルエンドにおけるサイクルエンドフレームギャップＥが含まれる。

ここで、上記ネットワーク設定の変更について図６、図７を用いて説明する。この説明のため、図６、図７にサイクル型転送通信のＮ番目のサイクルのタイムスロットの概念図を示す。

図６（ａ）に示すＮ番目のサイクルのタイムスロットは、ネットワーク設定の変更前において運用されている。このタイムスロットの周期は、例えば１２５μ秒とする。図６（ａ）の予約転送区間の帯域２０１は同期フレームＳに予約された帯域である。帯域２０２から２０６には装置間の通信のために予約された帯域でありフレームＡ１からＡ５が配置されている。図６（ｂ）は、帯域２０２から２０４の拡大図である。帯域２０２から２０４のフレームＡ１からＡ３の後側領域には、期間Ｔ２の帯域の長さを有するインターフレームギャップＩＦＧ２２２から２２４が配置される。

図６（ａ）の自由転送区間の帯域２０７は、予約されていない帯域であり、フレームＢ１が配置されている。また、自由転送区間の最後の領域に配置される帯域２０８は、期間Ｔ１の帯域の長さを有するサイクルエンドフレームギャップＥであり、サイクル間のフレームを保護するために用いられる。なお、このようなインターフレームギャップは、帯域２０５、２０６、２０７のフレームＡ４、Ａ５、Ｂ１の後側領域にも同様に配置されている。

インターフレームギャップＩＦＧ２２２から２２４およびサイクルエンドフレームギャップＥの帯域はデータが何もない期間であるため、この期間は各ネットワーク装置間において信号が何も流れていない。

ここで上述したように、マスター装置が障害情報フレームを受信すると、ネットワーク設定変更部１４５が、ネットワーク設定の変更のための動作を行う。このネットワーク設定の変更の内容は、各インターフレームギャップとサイクルエンドフレームギャップＥの期間を、それぞれあらかじめ決められた所定の長さに調整することである。ここでは各インターフレームギャップとサイクルエンドフレームギャップＥの期間の長さを拡張するものとする。なお、この変更されたネットワークの設定は、後述する所定の時間後に運用が開始される。

図７（ａ）に示すＮ番目のサイクルのタイムスロットは、ネットワーク設定の変更後において運用されている。図７（ｂ）は、図７（ａ）の帯域２０２から２０４の拡大図である。図７（ｂ）に示すように、図６（ｂ）のインターフレームギャップＩＦＧ２２２から２２４の帯域の長さがＴ２からＴ４に拡張されている。また、図７（ａ）のサイクルエンドフレームギャップＥの期間の長さがＴ１からＴ３に拡張されている。

ここで、図６のネットワークの設定の変更前のネットワークでは、マスタークロックのずれ等のクロック障害が発生すると、ネットワーク装置間のクロックずれも大きくなる。このためネットワーク装置間のフレーム送信時間にもずれが生じ、フレームどうしの衝突が増加する。例えば、図６の帯域２０２のフレームＡ１が送信される期間にフレームＡ２が送信されてしまう等である。

よって、送信フレーム衝突が起きてフレームが破棄されると、アプリケーション１２１で再送処理が発生し、想定された時間までにフレームの送受信が終了しない問題が生じる。特に、リアルタイムデータを含んだフレームが送受信される予約転送区間において、フレームの送受信が終了しない場合、ユーザの利便性に致命的な問題となる。さらに、サイクルエンド付近にフレームの送信がある場合、次サイクルの先頭にある同期フレームＳと当該フレームが衝突し、同期フレームが破損もしくは破棄される可能性もあり、更なる同期のずれが発生する。

しかし、本実施の形態では、図７に示すように、インターフレームギャップＩＦＧやサイクルエンドフレームギャップＥの期間の長さが拡張される。このため、クロック障害によるネットワーク装置間のクロックずれが大きくなり、フレーム送信時間にずれが生じても、この拡張されたインターフレームギャップＩＦＧやサイクルエンドフレームギャップＥの期間の長さ以内のずれならば前述したようなフレームの衝突が起こる問題を回避することができる。

ただし、ネットワークの設定の変更後は、インターフレームギャップの拡張分だけフレーム内に含むことのできるデータ量が減ってしまう。以下に、帯域２０２を例に説明する。ネットワークの設定が変更されると、インターフレームギャップＩＦＧ２２２の拡張分だけ、フレームが占める領域が減少し、図６ではフレームＡ１が送信できたが、設定変更後の帯域２０２では、データ量の少ないフレームＣ１しか送信できない。このため、１サイクルのタイムスロット内で送信可能なフレームの総データ量は減り、伝送効率が落ちる。これは、図７の帯域２０３から２０７のフレームＣ２からＣ５、Ｄ１においても同様である。

しかし、このようにネットワーク通信の伝送効率が落ちるもののフレームの到達時間および到達に関する信頼性は確保できる。特に、予約転送区間で転送されるリアルタイムデータを含んだフレームの送信の信頼性が十分確保できる。このため、予約転送区間内のフレームは、一定時間内に一定量のフレーム送信が保証されることになり、ＡＶデータ等のリアルタイムデータが装置間で送受信可能となる効果が得られる。また、自由転送区間のフレームであっても、同様にフレームの衝突等が回避されるため、フレームの到達時間および到達に関する信頼性を確保できる。

ここで、ネットワーク設定の変更として、インターフレームギャップの帯域の長さを拡張するだけでなく、縮小してもよい。また、インターフレームギャップの帯域を一律に所定の長さに拡張、縮小するだけでなく、各インターフレームギャップにおいて異なるように帯域の長さを調整してもよい。以上、ネットワークの設定の変更の説明である。

次に、ネットワーク設定変更部１４５は、ネットワーク設定の変更情報を含んだ設定変更フレームを生成する。このネットワーク設定の変更情報には、上述したインターフレームギャップの期間の長さ等の変更の情報である。

そして、この設定変更フレームを各ネットワーク装置に対して送信する。ここで、変更される新しいネットワーク設定の変更情報はネットワーク設定レジスタ１４４に格納される。次に、ネットワーク設定の変更開始する時間情報を含んだフレームを生成し、所定の時間後に、各ネットワーク装置に送信する。そして、変更開始時間になったら、ネットワーク設定レジスタ１４４に格納されているネットワーク設定の変更情報によりネットワークの運用を開始する。

また、ネットワーク設定変更部１４５は、マスター装置でない他のネットワーク装置においては、上述したようなマスター装置が送信した設定変更フレームを受信し、ネットワーク設定の変更動作を行う。例えば、設定変更フレームを受信すると、ネットワーク設定レジスタ１４４に設定変更要求があったことを登録し、変更される新しいネットワークの設定情報をネットワーク設定レジスタ１４４に格納する。そして、マスター装置が送信したネットワーク設定の変更開始する時間情報を含んだフレームを受信し、その変更開始時間になったら、ネットワーク設定レジスタ１４４に格納されている、変更される新しいネットワークの設定情報によりネットワークの運用を開始する。

またここで、マスター装置において、ネットワーク設定変更部１４５が障害情報フレームを受信しネットワーク設定の変更を行う場合、そのネットワークの設定の変更をするかどうかの判断を、受信する障害情報フレームの数により判断してもよい。

例えば、図４のようにネットワーク装置１０４に対してのみクロックエラーが生じた場合、このクロックエラーが恒常的ではなく、偶然生じた可能性がある。このように、クロックエラーが偶然に生じた場合、これにより生じる一時的なフレームの衝突だけに対応するため、ネットワークの設定を変更しなければならなくなる。

これに対し、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が受信した障害情報フレームの数をネットワーク内の総ネットワーク装置数の比率により判断することで、ネットワーク設定の過剰反応的な変更を行わなくてすむようになる。つまり、ネットワーク内の総ネットワーク装置数による多数決判断により、例えば１つの障害情報フレームの受信だけでは、マスター装置によるネットワーク設定の変更を行わなくてすむようにしている。

また、マスター装置において、一定期間どのネットワーク装置から障害フレームが送信されたかを記憶しておいてもよい。この場合、特定のネットワーク装置から多数の障害フレームが来る場合は、当該クロックエラーが偶然生じたわけではないと判断し、ネットワークの設定の変更動作を行うようにすることができる。

また例えば、図８に示すように、マスター装置１０１に対して、ネットワーク装置１０２から１０６の全ての装置から障害情報フレームが送信された場合、マスター装置の生成するマスタークロック自体に異常があることが考えられる。このため、一時的なフレームの衝突だけでなく、ネットワーク内のネットワーク装置間において、常に同期がとれなくなっているためフレームの衝突も常に発生することが考えられる。よって、この場合においても、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が受信した障害情報フレームの数により、ネットワーク設定の変更を行うべきかどうかの判断を行えばよい。例えば、ネットワーク装置の総数の５０％の数以上の障害情報フレームを受信した場合、ネットワーク設定の変更動作を行うようにする。なお、上記５０％は一例であり、この数値に限られず、任意の数値としてよい。具体的には図８のように、ネットワーク内の装置の過半数からエラーが送信されれば、マスタークロックに異常があると判断してネットワーク設定の変更を行うようにする。

このように、マスター装置１０１のネットワーク設定変更部１４５が多数決判断により、ネットワーク設定の変更を行うべきかどうかの判断を行うことで無駄な設定の変更が起こらない効率的な、ネットワーク運用を行うことができる。

また更に、障害情報フレームに、マスタークロックと自装置のクロックとどの程度ずれが生じているかの情報を付加してもよい。この場合、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が、その付加された情報にあるずれ時間の長さ分をインターフレームギャップ等の帯域の長さとして設定してもよい。この場合、インターフレームギャップ等の帯域の長さを不要に長くしなくてすむ利点がある。また、ずれ時間が現在ネットワークで運用しているインターフレームギャップより短い場合、インターフレームギャップ等を短くするネットワークの設定の変更を行ってもよい。

ネットワーク設定レジスタ１４４は、マスター装置においては、上述したように、ネットワーク設定変更部１４５から送られるインターフレームギャップの帯域が拡張される等の変更される新しいネットワーク設定の変更情報を格納する。マスター装置でない他のネットワーク装置においては、ネットワーク設定レジスタ１４４は、上述したように、ネットワーク設定変更部１４５において設定変更フレームを受信され設定変更要求があったことの登録と、その設定変更フレーム内の変更される新しいネットワークの設定情報の格納を行う。

送信部１４６は、アプリケーション１２１からデータを受け取り、そのデータに送信先のネットワーク装置のアドレス情報等を付加して送信用のフレームを生成し、スイッチ１４０へ送る。その送信用のフレームは、予約転送区間、または自由転送区間に配置され、指定した送信先のネットワーク装置へ送信される。

受信部１４７は、ネットワークから受信した自装置宛のフレームをスイッチ１４０経由で受け取とり、フレーム内のデータをアプリケーション１２１へ送る。

図９のフローチャートを用いて、マスター装置と他の複数のネットワーク装置間の処理フローを示す。ここで、マスター装置と他の複数のネットワーク装置は、ＩＥＥＥ１５８８等の時間同期プロトコルを利用しているものとする。

まず、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が他のネットワーク装置の障害判定部１４３からの障害情報フレームを受信する（Ｓ２０１）。次に、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が、ネットワーク設定の変更のための動作を行い、その変更される新しいネットワーク設定の変更情報をネットワーク設定レジスタ１４４に登録する（Ｓ２０２）。次に、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が、上記ネットワーク設定の変更情報を含んだ設定変更フレームを生成、各ネットワーク装置に送信し（Ｓ２０３）、所定の時間待機する（Ｓ２０４）。

他の複数のネットワーク装置のネットワーク設定変更部１４５が、前記設定変更フレームを受信し（Ｓ２０８）、その設定変更フレームに含まれるネットワーク設定の変更情報をネットワーク設定レジスタ１４４に登録する（Ｓ２０９）。

上述した所定の時間後、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が他の複数のネットワーク装置へ、ネットワーク設定の変更を開始する時間情報を含んだフレームを生成し、各ネットワーク装置に送信する（Ｓ２０５）。ここで、所定の時間マスター装置が待機しているが、所定の時間とは、他の複数のネットワーク装置が、設定変更フレームを受信し、ネットワーク設定の変更情報をネットワーク設定レジスタ１４４に登録するのに十分な時間である。

次に、他の複数のネットワーク装置のネットワーク設定変更部１４５が、ネットワーク設定の変更を開始する時間情報を含んだフレームを受信する（Ｓ２１０）。そして、その時間情報の時間になった時点に、変更されたネットワークの設定によるネットワークの運用が開始される（Ｓ２１１）。同時に、マスター装置でも、変更されたネットワークの設定において運用が開始される（Ｓ２０６）。ここで、マスター装置と他の複数のネットワーク装置の同時動作は、上述したようにＩＥＥＥ１５８８等の時間同期プロトコルを利用していることにより可能である。

さらに、マスター装置と他の複数のネットワーク装置は、ネットワークの設定が変更され、アイドル区間が変更されるため、自装置のアプリケーション１２１にタイムスロット内の帯域予約の解除を通知し、再度帯域予約を行う（Ｓ２０７、Ｓ２１２）。

また、図１０のフローチャートに示すように、Ｓ２０９の処理後、他の複数のネットワーク装置のネットワーク設定変更部１４５がマスター装置へ、変更確認フレームを送信し（Ｓ２１４）、その変更確認フレームをマスター装置のネットワーク設定変更部１４５が受信することで（Ｓ２１４）、Ｓ２０５の処理を開始してもよい。この場合、他の複数のネットワーク装置が、設定変更フレームを受信し、ネットワーク設定の変更情報をネットワーク設定レジスタ１４４に登録が終了したことが正確にわかるメリットがある。

以上、説明したように、本発明の実施の形態によるネットワーク装置では、マスター装置と他のネットワーク装置間のクロックのずれの判定を行い、他のネットワーク装置は異常があると判断した場合にマスター装置に対して障害情報フレームを送信する。この障害情報フレームにより、マスター装置はインターフレームギャップやサイクルエンドフレームギャップＥの期間を拡張等するネットワークの設定の変更を行う。さらに、このネットワークの設定の変更を他の複数のネットワーク装置も行い、マスター装置と同時に運用を開始する。

これは、ネットワークの安定化を、マスタークロックのクロックレベルでの障害発見処理、タイムスロットの運用時間に関する障害対策処理を連携させて行っている。このことにより、ＩＥＥＥ１５８８のような高精度の同期プロトコルを利用したサイクル型のネットワーク通信において、各装置のクロックに故障や劣化等の異常が発生した場合であっても、サイクル型転送通信において安定したネットワーク運用が可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものでなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能であり、例えば以下に示すようなものがある。

上述した実施例では、マスター装置のネットワーク設定変更部１４５が障害情報フレームを受信し、ネットワーク設定の変更のための動作を行い、その変更される新しいネットワーク設定の変更情報を他のネットワーク装置に送信している。ここで、上記一連の動作をマスター装置ではなく、他のネットワーク装置のうちの一台が行ってもよい。例えば、図４で説明したような、マスタークロックと自装置のクロックとのずれの大きさがクロックエラー領域にあるネットワーク装置１０４のネットワーク設定変更部１４５が行ってもよい。この場合、障害情報フレームの生成と送信の処理が省略できるメリットを有する。但し、この場合は、マスタークロックと自装置のクロックとのずれの大きさがクロックエラー領域にあるネットワーク装置が、複数ある場合も考えられる。このため、前記複数の装置うち、どの装置がネットワーク設定の変更を行い、その変更される新しいネットワーク設定の変更情報を他のネットワーク装置に送信するかの優先度を予め決めておく必要がある。

実施の形態にかかるネットワークの概略図である。 実施の形態にかかるネットワーク装置のブロック図である。 実施の形態にかかるネットワーク装置が行う判定処理の動作を説明する概念図である。 実施の形態にかかるネットワーク装置が行う判定処理の動作を説明する概念図である。 実施の形態にかかるネットワーク装置の処理を示すフローチャートである。 実施の形態にかかるネットワークの設定変更を説明する概念図である。 実施の形態にかかるネットワークの設定変更を説明する概念図である。 実施の形態にかかるネットワーク装置が行う判定処理の動作を説明する概念図で 実施の形態にかかるネットワークの設定変更を説明する概念図である。 実施の形態にかかるネットワークの設定変更を説明する概念図である。 従来のサイクル型ネットワーク通信の１サイクル分のタイムスロットを示す図である。 従来のネットワークの概略図である。

符号の説明

１００ ネットワーク
１０１から１０６ ネットワーク装置
１２１ アプリケーション
１２２ 通信ロジック
１２３、１２４、１２５ ポート
１３１ 受信ポート
１３２ 送信ポート
１４０ スイッチ
１４１ マスタークロック生成部
１４２ サイクルタイマー
１４３ エラー信号生成部
１４４ ネットワーク設定レジスタ
１４５ ネットワーク設定変更部
１４６ 送信部
１４７ 受信部

Claims (9)

1. 送信データをフレーム単位に分割し、一定の期間毎に複数のフレームを送受信するサイクル型データ転送を行うネットワーク装置であって、
   ネットワークにおけるマスタークロックと、自装置のクロックとのずれ情報に基づきネットワークの障害を判定する障害判定部と、
   前記障害判定部による判定結果に基づき前記フレーム間に設けられるギャップの時間の長さを調節するネットワーク設定変更部と、
   を有するネットワーク装置。
2. 前記設定変更部が調節した、前記ギャップの時間の長さについての情報を他のネットワーク装置に送信する請求項１に記載のネットワーク装置。
3. 前記ギャップの時間の長さを拡張することにより調節する請求項１または請求項２に記載のネットワーク装置。
4. 複数のネットワーク装置で構成され、送信データをフレーム単位に分割し、一定の期間毎に複数のフレームをネットワーク装置間で送受信するサイクル型データ転送を行うネットワークシステムであって、
   前記複数のネットワーク装置のうちの１つはネットワーク装置間の同期をとるためのマスタークロック情報を送信するマスター装置であり、
   前記マスター装置以外のネットワーク装置は、前記マスタークロック情報に基づいて自装置のクロックのずれを示すエラー信号を送信し、
   前記マスター装置は、前記マスター装置以外のネットワーク装置からの前記エラー信号に基づき前記フレーム間に設けられるギャップの時間の長さを調節する変更情報の生成と送信を行い、前記複数のネットワーク装置は、前記変更情報に基づいて前記ギャップの設定を行うネットワークシステム。
5. 前記エラー信号は、前記マスタークロック情報に基づき前記自装置のクロックのずれが所定の範囲にあることを示す請求項４に記載のネットワークシステム。
6. 前記マスター装置は、前記マスター装置以外のネットワーク装置からの前記エラー信号の数に基づき前記フレーム間に設けられるギャップの時間の長さを調節する変更情報の生成と送信を行う請求項４または請求項５に記載のネットワークシステム。
7. 前記マスター装置以外のネットワーク装置の数は少なくとも２以上である請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
8. 前記マスター装置が、同期クロックの異常を判定する場合の前記エラー信号数は、前記マスター装置以外のネットワーク装置の総数に対して所定の割合である請求項７に記載のネットワークシステム。
9. 前記変更情報は、変更を開始するための変更時間情報を更に含み、前記複数のネットワーク装置は、前記変更時間になった時点で前記ギャップの設定を行う請求項４に記載のネットワークシステム。

Images