JP6729040B2 - 通信システム、ノード装置、およびプログラム - Google Patents
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Description
(A:第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による通信システム1の構成例を示す図である。通信システム1は、工場やプラントなどの産業施設内に敷設され、その産業施設における操業を制御する制御システムである。図1に示すように通信システム1は、ノード装置10A、10B、10C、10Dおよび10Eを含んでいる。ノード装置10A、10B、10C、10Dおよび10Eの各々は、図1に示すようにネットワーク接続部NW1とNW2の2つのネットワーク接続部を有しており、ネットワーク接続部NW1およびNW2の各々には通信線が接続される。図1に示すように、通信システム1に含まれる5台のノード装置は、リング型の物理トポロジに接続されている。通信システム1では、上記5台のノード装置のうち、ノード装置10Aがマスタとなり、他の4台は当該マスタからの指示に応じた処理を実行するスレーブとなってタイマ同期が行われる。以下では、上記5つのノード装置の各々を区別する必要がない場合には「ノード装置10」と表記する。
ノード装置10は、ネットワーク接続部NW1およびNW2の他に、タイマ32と、ラッチ回路(図2では、「ラッチ」と表記)33および34と、処理部35と、を有する。ネットワーク接続部NW1とネットワーク接続部NW2の各々は入力端子と出力端子を夫々1つずつ有する。図2に示すように、ネットワーク接続部NW1の入力端子NW1−inは、ラッチ回路33および処理部35を介してネットワーク接続部NW2の出力端子NW2−outに接続されている。ネットワーク接続部NW2の入力端子NW2−inは、ラッチ回路34を介してネットワーク接続部NW1の出力端子NW1−outに接続されている。
Integration)として実装される。ラッチ回路33および34は、受信メッセージを監視し、受信メッセージがラッチ指示メッセージであった場合にタイマ値を取得するだけの回路であり、通信メッセージの伝送制御には影響しない。ラッチ回路33および34は、処理部35の動作とは無関係にタイマ値のラッチのみを行うのでノード装置10全体の処理時間に対する影響も小さい。また、上記通信用LSIは、ネットワーク接続部NW1およびNW2の各々についてその接続先との通信の不通が検出された場合に、入力端子と出力端子とを短絡する処理、すなわち、第1のデータ伝送経路D1に第2のデータ伝送経路D2を接続して1つのリング型のデータ伝送経路にする処理も行う。
以上がラッチ指示処理の処理内容である。
図8は、遅延時間計算処理の流れを示すフローチャートである。図8に示すように、遅延時間計算処理では、処理部35は、まず、通信システム1の物理トポロジがリング型であるか否かを判定する(ステップSA1310)。ステップSA1310における判定については、前述したラッチ指示処理SA110における判定結果を記録しておき、その記録内容を利用する態様が考えられる。
DIFFBC = (TB2−TB1)−(TC2−TC1)・・・(1)
DIFFBC = 2×LBC+E・・・(2)
LBC = {(TB2−TB1)−(TC2−TC1)−E}/2 (3)
ノード間遅延計算処理(1)では、処理部35は、上記と同様の演算により、マスタ−ノード装置10B間のノード装置間遅延時間LAB、ノード装置10C−ノード装置10D間のノード装置間遅延時間LCD、ノード装置10D−ノード装置10E間のノード装置間遅延時間LDEを算出する。
ノード間遅延計算処理(2)は、前述した短絡箇所から先に存在するスレーブについてのノード装置間遅延時間を算出する処理であり、本実施形態では、ノード装置10Eとマスタとの間のノード装置間遅延時間LEAは当該ノード間遅延計算処理(2)により算出される。ノード間遅延計算処理(2)とノード間遅延計算処理(1)とを分けたのは、短絡経路101では、処理部35におけるメッセージ処理時間が通常のメッセージ処理時間Eとは異なる可能性があるからである。短絡経路101に関するメッセージ処理時間Fが通常のメッセージ処理時間Eとは異なる場合には、当該通過時間Fを別途計測しておき、式(3)におけるメッセージ処理時間Eに代えて当該メッセージ処理時間Fを用いてノード装置間遅延時間LEAを算出するようにすれば良い。なお、メッセージ処理時間Fがメッセージ処理時間Eと同じである場合には、ノード間遅延計算処理(2)を別途設ける必要はなく、全てのノード装置間遅延時間をノード間遅延計算処理(1)により算出すれば良い。また、メッセージが1周する時間を測定し、この時間から、マスタからノード装置10Eまでの伝送遅延時間(マスタから第1のデータ伝送経路D1に沿ってノード装置Eに至るまでの各ノード装置10間のノード装置間遅延時間の総和)を減算することでマスタ−ノード装置10E間のノード装置間遅延時間LEAを算出しても良い。
以上が遅延時間計算処理SA130の処理内容である。遅延時間計算処理SA130に後続して実行される遅延時間設定処理SA140では、各局遅延計算処理SA1350にてスレーブ毎に計算された伝送遅延時間を各スレーブの遅延として設定する。
以上がノード装置10の構成である。
上記第1実施形態では、タイマ同期処理が周期的に実行された。しかし、このような態様では、タイマの同期タイミングの直後にデータ伝送経路の変化が発生した場合、次の同期タイミングまでの間、ノード装置10A〜10Eのタイマ同期が保証されない、といった問題が生じる。そこで、本実施形態では、論理トポロジ、すなわちデータ伝送経路の変化を検知する検知処理をノード装置10の処理部35に実行させ、マスタとして動作しているノード装置10には、データ伝送経路の変化を上記検知処理により検知したことを契機としてラッチ指示メッセージの送信を行わせる。このような態様によれば、データ伝送経路に変化が発生したことを契機として各スレーブについての伝送遅延時間を再計算し、新たに計算された伝送遅延時間に基づいてタイマ同期を行うことが可能になる。なお、第1実施形態のような周期的なタイマ同期と、データ伝送経路に変化が発生したことの検知を契機とするタイマ同期の両方を組み合わせてマスタに実行させても良い。
上記第2実施形態では、データ伝送経路に変化が発生したことの検知を契機としてタイマ同期のための通信が行われる。このため、上記第2実施形態によれば、データ伝送経路の変化が発生した時点から、新たに計算された伝送遅延時間に基づくタイマ同期が完了するまでの遅延を第1実施形態よりも小さくすることができる。しかし、マスタのタイマ値とスレーブのタイマ値との誤差が極めて小さいこと(例えば、マイクロ秒単位であること)を要求されるような状況下では、第2実施形態でも不十分な場合がある。そこで、本実施形態におけるマスタ(ノード装置10A)は、ノード間遅延算出処理(1)および(2)によりノード装置間遅延時間を算出する毎に、図9(A)に示すノード装置間遅延時間管理テーブルに当該算出したノード装置間遅延時間を書き込む。そして、マスタは、データ伝送経路に変化が発生した場合には、各スレーブについての伝送遅延時間をノード装置間遅延時間管理テーブルの格納内容に基づいてスレーブ毎に再計算して各スレーブへ通知する。以降、マスタは、当該通知を行った時点を同期周期の起算点に再設定する。
TAC=LAB+LBC+E×2 (4)
TAA=2×LAA+5×E (5)
TAE=TAA−(LEA+E) (6)
以上本発明の第1、第2および第3実施形態について説明したが、これら実施形態に以下の変形を加えても良い。
(1)上記各実施形態では、制御システムへの本発明の適用例を説明したが、本発明の適用対象は制御システムに限定されるものではなく、事務処理用の通信システムであっても良い。要は、リング型の物理トポロジに接続された複数のノード装置を含み、データフレームが各ノード装置を経由して周回する第1のデータ伝送経路と逆向きに周回する第2のデータ伝送経路とを形成する場合と、第1のデータ伝送経路に第2のデータ伝送経路を接続して1つのデータ伝送経路を形成する場合とが動的に切り換わる通信システムであって、複数のノード装置のうちの1つがマスタとなる一方、他のノード装置はマスタからの指示に応じた処理を実行するスレーブとなって各ノード装置が有するタイマを同期させる通信システムであれば、本発明を適用可能である。具体的には、通信システムにおけるデータ伝送経路の変化に応じてタイマ同期のための通信制御をマスタに切り換えさせれば良い。また、上記実施形態では、通信システムに5台のノード装置が含まれる場合について説明したが、通信システムに含まれるノード装置の数は2〜4であっても良く、また、6以上であっても良い。
Claims (8)
- リング型の物理トポロジに接続された複数のノード装置を経由してデータフレームが周回する第1のデータ伝送経路と逆向きに周回する第2のデータ伝送経路とを形成する場合と、前記第1のデータ伝送経路に前記第2のデータ伝送経路を接続して1つのデータ伝送経路を形成する場合とを動的に切り換え、
前記複数のノード装置のうちの1つがマスタとなる一方、他のノード装置は前記マスタからの指示に応じた処理を実行するスレーブとなって各ノード装置が有するタイマを同期させる際に、前記マスタはデータ伝送経路の変化に応じてタイマ同期のための通信制御を切り換え、
前記マスタは、
タイマ値のラッチを各ノード装置に指示するラッチ指示メッセージを前記第1のデータ伝送経路に沿って送信し、当該ラッチ指示メッセージが前記第1のデータ伝送経路のみを経由して戻ってきた場合には当該ラッチ指示メッセージを前記第2のデータ伝送経路へ転送するラッチ指示手段と、
前記ラッチ指示メッセージを受信する毎にスレーブにおいてラッチされたタイマ値を各スレーブから収集する収集手段と、
前記各スレーブについて、自装置との間の伝送遅延時間を前記収集手段により当該スレーブから収集されたタイマ値から算出する算出手段と、
前記各スレーブに対して、マスタにおける現在のタイマ値と前記算出手段により算出された当該スレーブについての伝送遅延時間とを通知してタイマ値の補正を指示する同期制御手段と、
を有し、
前記ラッチ指示メッセージは、タイマ値のラッチが行われたか否かを示すタイマ値有効フラグをノード装置毎およびデータ伝送経路毎に有し、
前記ラッチ指示手段は、前記第1のデータ伝送経路から戻ってきたラッチ指示メッセージにおいて、当該第1のデータ伝送経路に対応するタイマ値有効フラグのみがセットされていた場合に、当該ラッチ指示メッセージは前記第1のデータ伝送経路のみを経由したと判定する
ことを特徴とする通信システム。 - 前記マスタは、
データ伝送経路の変化を検知する検知手段を備え、
データ伝送経路の変化を前記検知手段により検知したことを契機として前記ラッチ指示手段によるラッチ指示メッセージの送信を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 前記収集手段により収集されたタイマ値または当該タイマ値より算出されるノード装置間遅延時間を記憶する記憶手段を備え、
前記算出手段は、
前記各スレーブについての自装置との間の伝送遅延時間を、前記記憶手段の記憶内容を用いて算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 前記マスタは、
データ伝送経路の変化を検知する検知手段を備え、
データ伝送経路の変化を前記検知手段により検知した場合には、変化後のデータ伝送経路における各スレーブについての自装置との間の伝送遅延時間を、前記記憶手段の記憶内容を用いて前記算出手段により算出し、前記同期制御手段により通知する
ことを特徴とする請求項3に記載の通信システム。 - 前記検知手段は前記物理トポロジの切断を検知する手段であり、
前記物理トポロジに切断が発生していない場合には前記第1および前記第2のデータ伝送経路が形成され、前記物理トポロジに切断が発生した場合にはその切断箇所を挟む各ノード装置において前記第1のデータ伝送経路に前記第2のデータ伝送経路が接続される
ことを特徴とする請求項2または請求項4に記載の通信システム。 - 前記検知手段は前記物理トポロジの回復を検知し、
前記同期制御手段は、前記検知手段により前記物理トポロジの回復が検知された場合には、前記マスタにおける現在のタイマ値のみを前記各スレーブへ通知してタイマ値の補正を指示し、
前記各スレーブは、
前記物理トポロジに切断が発生していない状況下で前記マスタから通知された伝送遅延時間を保持する保持手段を備え、前記マスタにおける現在のタイマ値のみを通知された場合には前記保持手段に保持されている伝送遅延時間と当該タイマ値とを用いて自装置のタイマのタイマ値を補正する
ことを特徴とする請求項5に記載の通信システム。 - データフレームが各ノード装置を経由して周回する第1のデータ伝送経路と逆向きに周回する第2のデータ伝送経路とを形成する場合と、前記第1のデータ伝送経路に前記第2のデータ伝送経路を接続して1つのデータ伝送経路を形成する場合と、を動的に切り換える通信システムを1または複数の他のノード装置とともに構成するノード装置であって、
タイマ値のラッチを前記1または複数の他のノード装置の各々に指示するラッチ指示メッセージを前記第1のデータ伝送経路に沿って送信し、当該ラッチ指示メッセージが前記第1のデータ伝送経路のみを経由して戻ってきた場合には当該ラッチ指示メッセージを前記第2のデータ伝送経路へ転送するラッチ指示手段と、
前記1または複数の他のノード装置の各々において前記ラッチ指示メッセージを受信する毎にラッチされたタイマ値を収集する収集手段と、
前記1または複数の他のノード装置の各々について、自装置との間の伝送遅延時間を前記収集手段により当該他のノード装置から収集されたタイマ値から算出する算出手段と、
前記1または複数の他のノード装置の各々について、自装置における現在のタイマ値と前記算出手段により算出された当該他のノード装置についての伝送遅延時間とを通知してタイマ値の補正を指示する同期制御手段と、
を有し、
前記ラッチ指示メッセージは、タイマ値のラッチが行われたか否かを示すタイマ値有効フラグをノード装置毎およびデータ伝送経路毎に有し、
前記ラッチ指示手段は、前記第1のデータ伝送経路から戻ってきたラッチ指示メッセージにおいて、当該第1のデータ伝送経路に対応するタイマ値有効フラグのみがセットされていた場合に、当該ラッチ指示メッセージは前記第1のデータ伝送経路のみを経由したと判定する
を有することを特徴とするノード装置。 - コンピュータを、
データフレームが各ノード装置を経由して周回する第1のデータ伝送経路と逆向きに周回する第2のデータ伝送経路とを形成する場合と、前記第1のデータ伝送経路に前記第2のデータ伝送経路を接続して1つのデータ伝送経路を形成する場合と、を動的に切り換える通信システムを1または複数の他のノード装置とともに構成するノード装置として機能させるプログラムであって、
前記コンピュータを、
タイマ値のラッチを前記1または複数の他のノード装置の各々に指示するラッチ指示メッセージを前記第1のデータ伝送経路に沿って送信し、当該ラッチ指示メッセージが前記第1のデータ伝送経路のみを経由して戻ってきた場合には当該ラッチ指示メッセージを前記第2のデータ伝送経路へ転送するラッチ指示手段と、
前記1または複数の他のノード装置の各々において前記ラッチ指示メッセージを受信する毎にラッチされたタイマ値を収集する収集手段と、
前記1または複数の他のノード装置の各々について、自装置との間の伝送遅延時間を前記収集手段により当該他のノード装置から収集されたタイマ値から算出する算出手段と、
前記1または複数の他のノード装置の各々について、自装置における現在のタイマ値と前記算出手段により算出された当該他のノード装置についての伝送遅延時間とを通知してタイマ値の補正を指示する同期制御手段と、して機能させ、
前記ラッチ指示メッセージは、タイマ値のラッチが行われたか否かを示すタイマ値有効フラグをノード装置毎およびデータ伝送経路毎に有し、
前記ラッチ指示手段は、前記第1のデータ伝送経路から戻ってきたラッチ指示メッセージにおいて、当該第1のデータ伝送経路に対応するタイマ値有効フラグのみがセットされていた場合に、当該ラッチ指示メッセージは前記第1のデータ伝送経路のみを経由したと判定する
ことを特徴とするプログラム。
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