WO2014129232A1 - 管理装置、管理方法、及び無線通信システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a management apparatus and management method for managing a wireless network, and a wireless communication system including the apparatus.
- This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2013-033683 for which it applied to Japan on February 22, 2013, and uses the content here.
- field devices measuring instruments, operating devices
- control devices for controlling these devices
- DCS distributed control system
- Most of the communication systems that form the basis of such a distributed control system perform communication by wire, but in recent years, wireless communication that conforms to industrial wireless communication standards such as ISA100.11a and WirelessHART (registered trademark). Something that communicates has also been realized.
- a wireless communication system compliant with these wireless communication standards is provided with a management device called a system manager (or network manager), and communication resources (channels and time slots) required for wireless communication via a wireless network. Etc.). Specifically, the management device creates a communication schedule in which different timeslots and channels are assigned to each wireless communication performed via the wireless network, and manages the communication resources so that assignment is not duplicated. ing.
- the measurement result of the field device is periodically collected, and the operation of periodically controlling (operating) the field device based on the collected measurement result is repeatedly performed.
- the management device of the wireless communication system described above uses a communication template called a superframe (Superframe), and communication links between wireless devices in the superframe (hatched in FIG. 14).
- a periodic communication schedule is created by setting (part).
- FIG. 14 is a diagram for explaining a superframe.
- the communication link includes the following information (1) to (4).
- Information specifying a time slot for transmitting / receiving a radio signal (2) Information specifying a channel used for transmitting / receiving a radio signal (3) Information specifying whether to transmit / receive (4) Superframe to which a communication link belongs
- Information shown in (1) above indicates information indicating the amount of deviation from the first time slot of the superframe (offset) and the time slot interval in periodic communication within the superframe. It is information consisting of information (Interval).
- Patent Documents 1 to 3 disclose examples of the above-described conventional wireless communication system.
- Non-Patent Document 1 below discloses a communication resource management method in ISA100.11a.
- the management apparatus dynamically sets the communication link.
- the management apparatus dynamically sets the communication link.
- it is necessary to avoid duplication with the communication link that has already been set.
- a new communication link is used despite the presence of many empty slots. In some cases, communication resources are not being used effectively.
- FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a communication link set in the superframe.
- the following four communication links “A” to “D” are set.
- the time slots to which the letters “A” to “D” are attached indicate the time slots to which the following communication links “A” to “D” are respectively set, and the letters “A” to “D”.
- a time slot without “D” indicates an empty slot. To simplify the description, only one channel can be assigned in FIG.
- fragmentation refers to a situation where a communication link cannot be set even though there is an empty slot.
- the management device of the wireless communication system frequently performs an operation (re-setting of a communication link) to delete a communication link that has already been set and set a new communication link due to a route change or a band change. If such reconfiguration of the communication link is frequently performed, fragmentation of the communication link progresses, and there is a possibility that a new communication link cannot be set up, and the utilization efficiency of valuable communication resources may be further reduced. There is.
- An embodiment of the present invention provides a management device, a management method, and a wireless communication system that can prevent a reduction in communication resource utilization efficiency due to communication link fragmentation.
- a management apparatus for managing a wireless network includes an unconfigured communication link other than a communication link that is already set for wireless communication via the wireless network, among communication links prepared in advance. And a management unit that divides and sets the communication link stored in the storage unit into a plurality of communication links in response to a communication link setting request.
- the communication link is assigned a priority according to a predetermined rule, and the management unit stores a plurality of communication links suitable for the communication link setting request in the storage unit. If the communication link is assigned, a communication link assigned with a high priority may be set with priority.
- the management unit when generating a plurality of communication links having the same interval, assigns a higher priority to a communication link generated by dividing a communication link to which a higher priority is assigned. When a plurality of communication links are generated by repeating the division of one communication link, a higher priority may be assigned to a communication link with a larger interval.
- the management unit when a communication link for which the setting is canceled occurs, allocates the communication link for which the setting is canceled and the communication link stored in the storage unit. Depending on the priorities set, the communication link for which the setting has been canceled and the communication link stored in the storage unit may be combined and stored in the storage unit.
- the management unit is a communication link created by dividing from the same communication link as the communication link for which the setting is canceled, and is the same as the communication link for which the setting is canceled You may synthesize
- the management unit includes a first communication link that can be combined with the communication link that is already set, and a second communication link that can be exchanged with the communication link that is already set. Is set in place of the already set communication link, the second communication link is set, and the already set communication link and the first communication link are combined. You may store in the said storage part.
- the management unit stores in the storage unit a second communication link that can be exchanged with the communication link that has already been set and has a higher priority than the communication link that has already been set. In such a case, the second communication link may be set instead of the already set communication link.
- the management unit may divide the communication link stored in the storage unit into a plurality of communication links having wider intervals and different offsets. In the management device, when the communication link whose interval is X1 and offset is Y1 is divided into N, the management unit has an interval X2 and an offset Y2 expressed by the following equation (1). Communication links may be generated.
- the management unit determines whether a communication link having an interval equal to the interval requested in the setting request is stored in the storage unit, and is equal to the interval requested in the setting request. When a communication link having an interval is stored in the storage unit, the communication link stored in the storage unit is set, and the communication link having an interval equal to the interval requested in the setting request is If not stored in the storage unit, the communication link stored in the storage unit is divided into communication links having an interval smaller than the interval requested in the setting request.
- a wireless communication system in which wireless communication is performed via a wireless network, and wireless communication between the wireless device that performs wireless communication via the wireless network and the wireless device that is connected via the wireless network.
- a management device that divides and sets the communication link stored in the storage unit into a plurality of communication links in response to a communication link setting request.
- the communication link is assigned a priority according to a predetermined rule
- the management unit has the communication link suitable for the communication link setting request in the storage unit.
- the communication link to which a high priority is assigned may be set with priority.
- the management unit when a communication link in which the setting is canceled is generated, the management unit includes the communication link in which the setting is canceled and the communication link stored in the storage unit. Depending on the priority assigned to the communication link, the communication link whose setting has been canceled and the communication link stored in the storage unit may be combined and stored in the storage unit.
- the management unit stores a first communication link that can be combined with the communication link that is already set, and a second communication link that can be exchanged with the communication link that is already set. And the second communication link is set instead of the already set communication link, and the already set communication link and the first communication link are combined. May be stored in the storage unit.
- the management unit stores in the storage unit a second communication link that can be exchanged with the communication link that has already been set and has a higher priority than the communication link that has already been set. If the second communication link is set, the second communication link may be set instead of the already set communication link.
- the management unit may divide the communication link stored in the storage unit into a plurality of communication links having a wider interval and different offsets.
- a management method for managing a wireless network which is already used for wireless communication via the wireless network among communication links prepared in advance when a communication link setting request is input. There may be a step of dividing and setting an unset communication link other than the set communication link into a plurality of communication links.
- the communication link is assigned a priority according to a predetermined rule, and the step of dividing and setting the unset communication link into a plurality of communication links includes the communication link.
- the communication link to which a high priority is assigned may be set with priority.
- the management method when the communication link for which the setting is canceled occurs, according to the priority assigned to the communication link for which the setting is canceled and the unset communication link, You may have the step which synthesize
- a first communication link that can be combined with the communication link that has already been set, and a second communication link that can be exchanged with the communication link that has already been set are in the communication link that has not been set.
- the first communication link does not exist in the unconfigured communication link, and the second communication link having a higher priority than the already established communication link exists in the unconfigured communication link May include the step of setting the second communication link instead of the communication link that has already been set.
- an unset communication link other than a communication link already set for wireless communication via a wireless network is stored in the storage unit, and communication is performed.
- the communication link stored in the storage unit is divided into a plurality of communication links and set. It is possible to prevent a reduction in communication resource utilization efficiency due to fragmentation of communication links.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the principal part structure of the system manager as a management apparatus by one Embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the hopping pattern stored in the system manager which has not set the communication link. It is a figure for demonstrating an example of the division
- FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
- the wireless communication system 1 of this embodiment includes a wireless device 11, a wireless router 12, backbone routers 13 a and 13 b, a system manager 14 (management device), a gateway 15, a monitoring control device 16, and a terminal device 17.
- TDMA Time Division Multiple Access
- the wireless communication system 1 is constructed in, for example, a plant, a factory, or the like (hereinafter simply referred to as “plant” when collectively referred to).
- the plant in which the wireless communication system 1 is constructed is provided with a wireless network N1, a backbone network N2, and a control network N3.
- the wireless network N1 is a network that is implemented by equipment (wireless device 11, wireless router 12, and backbone routers 13a and 13b) installed on the plant site and managed by the system manager 14.
- the number of wireless devices, wireless routers, and backbone routers that form the wireless network N1 is arbitrary.
- the backbone network N2 is a wired network serving as the backbone of the wireless communication system 1, and the backbone routers 13a and 13b, the system manager 14, and the gateway 15 are connected to the backbone network N2.
- the control network N3 is a wired network positioned above the backbone network N2, and is connected to the gateway 15, the monitoring control device 16, and the terminal device 17.
- the wireless device 11 is, for example, a sensor device such as a flow meter or a temperature sensor, a valve device such as a flow control valve or an on-off valve, an actuator device such as a fan or a motor, or other field device installed in a plant. It operates under 16 controls.
- the wireless device 11 performs a power saving operation (for example, an intermittent operation) using a battery as a power source, and can perform wireless communication by a TDMA method in conformity with ISA100.11a.
- the wireless router 12 performs wireless communication based on ISA100.11a between the wireless device 11 and the backbone routers 13a and 13b, and relays data transmitted and received between the wireless device 11 and the backbone routers 13a and 13b.
- the wireless router 12 performs a power saving operation such as an intermittent operation using a battery as a power source.
- the backbone routers 13a and 13b connect the wireless network N1 and the backbone network N2, and relay data transmitted and received between the wireless network N1 and the backbone network N2.
- the backbone routers 13a and 13b operate continuously with, for example, DC power supplied from the backbone network N2 or DC power supplied via a path different from the backbone network N2, and the wireless communication standards ISA100. Wireless communication conforming to 11a is performed.
- the system manager 14 operates continuously with power supplied from a commercial power source, for example, and controls wireless communication performed via the wireless network N1. Specifically, communication resources (time slots and channels) are assigned to the wireless device 11, the wireless router 12, the backbone routers 13a and 13b, and the gateway 15 to perform wireless communication using TDMA via the wireless network N1. To do.
- the system manager 14 performs processing for causing the wireless device 11 or the like to enter the wireless network N1. Details of the system manager 14 will be described later.
- the gateway 15 connects the backbone network N2 and the control network N3, and relays various data transmitted and received between the wireless device 11, the system manager 14, and the like, and the monitoring control device 16 and the terminal device 17.
- the backbone network N2 and the control network N3 can be connected to each other while maintaining security.
- the monitoring control device 16 monitors and manages the wireless device 11 and the like. Specifically, the monitoring control device 16 monitors the wireless device 11 and the like by collecting measurement data (for example, a flow rate value) from the wireless device 11 via the gateway 15. The monitoring control device 16 obtains a control amount (for example, the valve opening degree of the valve device) of the wireless device 11 based on the collected measurement data, and sets the wireless device 11 via the gateway 15 to thereby set the wireless device 11. Control.
- measurement data for example, a flow rate value
- the monitoring control device 16 obtains a control amount (for example, the valve opening degree of the valve device) of the wireless device 11 based on the collected measurement data, and sets the wireless device 11 via the gateway 15 to thereby set the wireless device 11. Control.
- the terminal device 17 is operated by a plant operator, for example, and is used for monitoring and controlling the wireless device 11.
- the terminal device 17 includes an input device such as a keyboard and a pointing device, and a display device such as a liquid crystal display device, and displays the monitoring result of the wireless device 11 obtained by the monitoring control device 16 on the display device.
- the instruction input by the operator by operating the input device is output to the monitoring control device 16, and the monitoring control device 16 performs control based on the instruction.
- FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a system manager as a management apparatus according to an embodiment of the present invention.
- the system manager 14 includes a communication unit 21, a storage unit 22, and a control unit 23.
- the communication unit 21 is connected to the backbone network N2, and performs communication via the backbone network N2 under the control of the control unit 23.
- the storage unit 22 is realized by, for example, an internal storage device such as a semiconductor memory or an external storage device such as a hard disk, and stores communication resources such as a communication link necessary for performing wireless communication via the wireless network N1. Specifically, the storage unit 22 stores an unset communication link other than the communication link already set for wireless communication via the wireless network N1 among the communication links prepared in advance as the hopping pattern HP. .
- the above hopping pattern HP defines a channel transition rule when performing wireless communication via the wireless network N1, and is the most basic communication link used in the wireless communication system 1.
- This hopping pattern HP is created, for example, by a designer of the wireless communication system 1 and stored in the storage unit 22 before the system manager 14 is shipped. Although details will be described later, all communication links that can be set in the wireless communication system 1 are created from the hopping pattern HP. When communication links are not set (when the number of set communication links is zero), the hopping pattern HP is stored in the storage unit 22.
- FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hopping pattern stored in a system manager that has not set a communication link.
- the hopping pattern HP shown in FIG. 3 is for the case where the number of channels used in the wireless communication system 1 is “16”.
- One square in the figure represents one time slot (for example, 10 [ms]), and the numerical values “11” to “26” described in each square are the 16 channels (11 ch) used in each time slot. ⁇ 26ch).
- the hopping pattern HP shown in FIG. 3 includes 16 hopping patterns P1 to P16.
- hopping patterns P1 to P16 define channel transition rules for each time slot. For example, in the hopping pattern P1, the channel used in the first time slot is “26ch”, the channels used in the subsequent 16 time slots are “11ch” to “26ch”, and thereafter every 16 time slots. Indicates that channels “11ch” to “26ch” are used. Therefore, the hopping patterns P1 to P16 can be said to be 16 types of communication links having an offset of “0” and an interval of “1”.
- the control unit 23 controls the overall operation of the system manager 14. For example, in order to realize wireless communication by TDMA via the wireless network N1, communication to wireless devices (wireless device 11, wireless router 12, backbone routers 13a and 13b) and gateway 15 that perform wireless communication via the wireless network N1. Set the link. When there is a join request to the wireless network N1, the control unit 23 performs processing for causing the wireless device that has made the join request to enter the wireless network N1.
- the control unit 23 includes a resource management unit 23a (management unit) configured to set the communication link.
- the resource management unit 23a reads out and sets a communication link suitable for the communication link setting request from the control unit 23 from the storage unit 22.
- the resource management unit 23a is a communication link suitable for a communication link setting request from the control unit 23 (specifically, a communication link having an interval equal to the requested interval or an interval close to the requested interval). Is not stored in the storage unit 22, the communication link stored in the storage unit 22 is divided into a plurality of communication links (a plurality of communication links suitable for communication link setting requests from the control unit 23). Set.
- FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams for explaining an example of a communication resource division process performed by the resource manager of the system manager. 4A and 4B, the case where the hopping pattern P3 shown in FIG. 3 is divided will be described as an example.
- the hopping patterns P1 to P16 can be said to be communication links having an offset of “0” and an interval of “1”. Therefore, in FIG. 4A, the hopping pattern P3 is represented as a communication link having an interval of “1” and an offset of “0”.
- the resource management unit 23a divides the hopping pattern P3 into 25 (when the interval is widened), the interval is “25” and the offsets are different from each other (the offsets are “0” to “24”).
- the communication link A1 transits to the channel “24ch” of the first time slot (0th time slot) of the hopping pattern P3 shown in FIG. 3, the channel “17ch” of the 25th time slot, and so on.
- the communication link A2 transits to the channel “25ch” of the first time slot, the channel “18ch” of the 26th time slot of the hopping pattern P3 shown in FIG.
- the communication link A3 transits to the channel “26ch” of the second time slot, the channel “19ch” of the 27th time slot of the hopping pattern P3 shown in FIG.
- the other communication links A4 to A25 also perform the same rule transition.
- the resource management unit 23a can divide not only the hopping patterns P1 to P16 but also the communication links obtained by dividing the hopping patterns P1 to P16. For example, as shown in FIG. 4B, when the resource management unit 23a divides the communication link A1 into two, the interval is “50” and the offsets are different from each other (the offsets are “0” and “25”). Communication links B1 and B2 are obtained. That is, by performing the above division, two types of communication links B1 and B2 having a cycle of 500 [ms] are obtained.
- N is an integer of 2 or more
- the following equation (1) is used. N communication links with the indicated interval “X2” and offset “Y2” are obtained.
- the variable i used in the following equation (1) is an integer satisfying 0 ⁇ i ⁇ N.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of communication resources obtained by the division process performed by the resource manager of the system manager.
- the communication resource shown in FIG. 5 can be obtained by dividing the hopping pattern P3 into 25 and then sequentially dividing it into two. By dividing in this way, communication links A1 to A25 having a cycle of 250 [ms] (interval “25”), communication links B1 to B6 having a cycle of 500 [ms] (interval “50”), Communication links C1 to C6 having a cycle of 1 [s] (interval “100”), communication links D1 and D2 having a cycle of 2 [s] (interval “200”), and a cycle of 4 [s] (interval) Communication links E1 and E2 are created.
- the division number of the hopping pattern is preset in the control unit 23. It is also possible to set the number of divisions other than the number of divisions in the above example (the number of divisions is “25” and “2”) in the control unit 23.
- divided communication links (communication links A1, A13, A25, B2, B4, B6, C3, D1 shown by broken lines) are also illustrated. There is no communication link. Therefore, among the communication links shown in FIG. 5, the communication links stored in the storage unit 22 are communication links A2, A3, B1, B3, B5, C1, C2, C4 to C6, D2, E1 indicated by solid lines. , E2.
- the divided hopping pattern P3 is also not stored in the storage unit 22.
- Priority is assigned in advance to the hopping patterns P1 to P16 described above. Specifically, priorities that increase in the order of the hopping patterns P1 to P16 are assigned in advance to the hopping patterns P1 to P16.
- the resource management unit 23a assigns priorities according to rules defined in advance when the communication links are generated by dividing the hopping patterns P1 to P16. Specifically, the resource management unit 23a assigns a higher priority to a communication link created by dividing a hopping pattern to which a higher priority is assigned, and assigns a higher priority to a communication link having a larger interval.
- the resource management unit 23a assigns a higher priority to a communication link generated by dividing a communication link to which a higher priority is assigned.
- a higher priority is assigned to a communication link having a larger interval.
- the resource management unit 23a divides the communication link to which the priority “Z1” is assigned into N
- the priority obtained using the following equation (2) for each of the divided communication links: Assign “Z2”.
- the variable n used in the following equation (2) is a bit number equal to or larger than the minimum bit number necessary to express the division number (N) in binary
- the variable j is a divided communication link. Is an integer (an integer satisfying 0 ⁇ j ⁇ N).
- the operator “ ⁇ ” used in the following equation (2) is a shift operator.
- Z2 (Z1 ⁇ n) + j (2)
- FIG. 6 is a diagram for explaining the priority assigned to the communication link by the resource manager of the system manager.
- the priority assigned when the communication links E1 and E2 are created by dividing the communication link D1 shown in FIG. 5 will be described as an example.
- the resource management unit 23a assigns a priority of a value “1736” to the communication link E1, and assigns a priority of a value “1737” to the communication link E2.
- the resource management unit 23 a When there is a communication link setting request from the control unit 23, the resource management unit 23 a has a plurality of communication links (communication links having an interval equal to the requested interval) suitable for the setting request in the storage unit 22. If stored, the communication link to which a high priority is assigned is set with priority (in the example of FIG. 6, the communication link E2 is set). This is to prevent communication link fragmentation.
- the resource management unit 23a when a communication link for which the setting has been canceled occurs, the priority assigned to the communication link for which the setting has been canceled and the communication link stored in the storage unit 22. Accordingly, the communication link whose setting has been canceled and the communication link stored in the storage unit 22 are combined and stored in the storage unit.
- a communication link is divided from one communication link and can synthesize ones with the same interval, but has a property that it cannot synthesize ones divided from different communication links or ones with different intervals.
- the communication link C1 can be combined with only the communication link C2, and cannot be combined with the communication link C5 or the communication link D2.
- priority is assigned to a resource that is divided from one communication link and has the same interval. Therefore, the resource management unit 23a determines the priority assigned to the communication link.
- the above synthesis is performed with reference to the above.
- the resource management unit 23 a performs defragmentation of the communication link under the control of the control unit 23.
- Communication link defragmentation is a process of avoiding fragmentation of communication links by combining as many as possible compositing communication links. This defragmentation of communication links avoids fragmentation by exchanging already established communication links to avoid fragmentation, and only exchanging already established communication links. It is roughly divided into processing.
- the resource management unit 23a firstly sets communication links that can be combined with communication links that have already been set (communication links that have already been set). 1 communication link) and a communication link (second communication link) that can be exchanged with the set communication link is stored in the storage unit 22. If it is determined that both the first communication link and the second communication link are stored in the storage unit 22, the second communication link is set instead of the set communication link, The data is combined with one communication link and stored in the storage unit 22.
- the resource management unit 23a first has a communication link (first communication link) that can be combined with the already set communication link (set communication link). Whether a communication link (second communication link) that is not stored in the storage unit 22 and can be exchanged with a set communication link and has a higher priority than the set communication link is stored in the storage unit 22 Judge whether or not. When it is determined that the first communication link is not stored in the storage unit 22 and the second communication link is stored in the storage unit 22, the second communication link is set instead of the set communication link. To do.
- the operation of the system manager 14 includes an operation of newly setting a communication link (communication link setting operation), an operation of releasing a communication link that has already been set (communication link releasing operation), and an operation of performing defragmentation (defragmentation operation) ). Below, these operation
- FIG. 7 is a flowchart showing the communication link setting operation performed by the system manager
- FIGS. 8A to 8D are diagrams for explaining the communication link setting operation performed by the system manager.
- the flowchart shown in FIG. 7 is started each time the control unit 23 of the system manager 14 makes a communication link setting request to the resource management unit 23a.
- the resource management unit 23a determines whether or not a communication link suitable for the setting request made by the control unit 23 is stored in the storage unit 22 (step S11). Specifically, it is determined whether or not a communication link having an interval equal to the interval indicated by the setting request made by the control unit 23 is stored in the storage unit 22. When it is determined that the communication link suitable for the setting request is stored in the storage unit 22 (when the determination result of step S11 is “YES”), the priority is the highest among the communication links suitable for the setting request.
- the resource management unit 23a performs processing for reading out and setting a higher one from the storage unit 22 (step S13).
- step S11 when it is determined that the communication link suitable for the setting request is not stored in the storage unit 22 (when the determination result of step S11 is “NO”), the communication link stored in the storage unit 22 Is divided into communication links suitable for the setting request, and the process of storing the divided communication links in the storage unit 22 is performed by the resource management unit 23a (step S12).
- the resource management unit 23a performs processing for reading out and setting the communication link having the highest priority from among the communication links (communication links suitable for setting requests) stored in the storage unit 22 (step S1). S13).
- the control unit 23 of the system manager 14 sets the communication link whose interval is “400” with respect to the resource management unit 23 a (the cycle is 4 [ Consider a case in which the request for setting the communication link (s]] is made three times in succession.
- the communication link D2 whose interval is “200” and the communication links E1 and E2 whose interval is “400” are stored in the storage unit 22, as shown in FIG. 8A. .
- step S11 in FIG. 7 the determination result of step S11 in FIG. 7 is “YES”, and the resource management unit 23a performs the process of reading and setting the highest priority from the storage unit 22 (the process of step S13). . Since the communication link E2 is assigned a higher priority than the communication link E1, the communication resource E2 is read from the storage unit 22 and set as shown in FIG. 8B.
- step S11 in FIG. 7 becomes “YES” again, and the processing in step S13 is performed by the resource management unit 23a.
- the communication link E1 is read from the storage unit 22. Is set.
- step S12 the communication link stored in the storage unit 22 is divided into communication links suitable for the setting request (communication links having an interval of “400”).
- the process (process of step S12) to perform is performed by the resource management part 23a. Specifically, a process of dividing the communication link D2 whose interval is “200” into two communication links E3 and E4 whose interval is “400” is performed (see FIG. 8D). When there are a plurality of communication links whose interval to be divided is “200”, processing for dividing the communication link to which the highest priority is assigned is performed.
- the process of reading out and setting the highest priority of the two communication links (communication links E3 and E4) having an interval of “400” from the storage unit 22 (the process of step S13) ) Is performed by the resource management unit 23a. Since the communication link E4 has a higher priority than the communication link E3, the communication resource E4 is read from the storage unit 22 and set as shown in FIG. 8D.
- the communication link setting using the hopping pattern P3 progresses and the communication link suitable for the setting request cannot be generated by the process of dividing the hopping pattern P3, the hopping pattern among the hopping patterns P1 to P16 A communication link is set using a hopping pattern P2 having the next highest priority after P3.
- FIG. 9 is a flowchart showing the communication link releasing operation performed by the system manager
- FIGS. 10A to 10D are diagrams for explaining the communication link releasing operation performed by the system manager.
- the flowchart shown in FIG. 9 is started each time a communication link release notification (a notification indicating that a set communication link has been released) is sent from the control unit 23 of the system manager 14 to the resource management unit 23a. .
- the resource management unit 23a When the process is started, first, the resource management unit 23a performs a process of storing the communication link for which the cancellation notification has been performed in the storage unit 22 (step S21). Next, the resource management unit 23a determines whether or not the communication link stored in the storage unit 22 in step S21 can be combined (step S22). Specifically, it is determined in step S21 whether or not combining is possible with reference to the priority assigned to the communication link stored in the storage unit 22.
- Step S23 When it is determined that the communication resources can be combined (when the determination result in step S22 is “YES”), the processing of combining the communication links and storing them in the storage unit 22 is performed by the resource management unit 23a. (Step S23). When the synthesis process is finished, a series of processes shown in FIG. 9 is finished. On the other hand, when it is determined that communication resources cannot be combined (when the determination result of step S22 is “NO”), the combination processing by the resource management unit 23a is not performed and the series illustrated in FIG. This process ends.
- the control unit 23 of the system manager 14 sequentially notifies the resource management unit 23a of the release of the set communication links E1, E2, and E4. think about.
- the communication link E3 whose interval is “400” is stored in the storage unit 22, and the communication links D1 and D2 and the communication link E4 are stored in the storage unit. 22 is not stored.
- the resource management unit 23a performs processing for storing the communication link E1 for which the cancellation notification has been made in the storage unit 22 (processing in step S21). Done.
- the determination result in step S22 in FIG. 9 is “NO”, and a series of the series shown in FIG. The process ends.
- step S21 the process of storing the communication link E2 for which the cancellation notification has been made in the storage unit 22. Is done by.
- the determination result in step S22 in FIG. 9 is “YES”, and the process in step S23 is performed by the resource management unit. 23a.
- the communication links E1 and E2 are combined with the communication link D1, and the combined communication link D1 is stored in the storage unit 22 (see FIG. 10C).
- step S21 the process of storing the communication link E4 for which the cancellation notification has been made in the storage unit 22. Is done by.
- the determination result in step S22 in FIG. 9 is “YES”, and the process in step S23 is performed by the resource management unit. 23a.
- the communication links E3 and E4 are combined with the communication link D2, and the combined communication link D2 is stored in the storage unit 22 as shown in FIG. 10D.
- FIG. 11 is a flowchart showing the defragmentation operation performed by the system manager.
- 12A and 12B and FIG. 13 are diagrams for explaining the defragmentation operation performed by the system manager. Defragmentation is sequentially performed while changing the target wireless device. Since the flowchart shown in FIG. 11 shows processing performed for one wireless device, the processing shown in the flowchart of FIG. 11 is repeatedly performed while actually changing the target wireless device. The flowchart shown in FIG. 11 is periodically performed independently of the above-described communication link setting operation and communication link releasing operation.
- the process of the flowchart shown in FIG. 11 is started.
- the control unit 23 first performs a process of identifying one communication link already set in the target wireless device and notifying the resource management unit 23a (step S31).
- the resource management unit 23a determines whether or not the communication link that can be combined with the communication link specified in step S31 is stored in the storage unit 22 (step S32). Specifically, it is determined whether or not the communication link generated simultaneously with the communication link specified in step S31 is stored in the storage unit 22 with reference to the priority assigned to the communication link. .
- step S32 When it is determined that the communicable communication link is stored in the storage unit 22 (when the determination result of step S32 is “YES”), the communication link that can be exchanged with the communication link specified in step S31 Is stored in the storage unit 22 by the resource management unit 23a (step S33). Specifically, it is determined whether or not a communication link having an interval equal to the communication link specified in step S31 (excluding the communication link that is the basis of the determination in step S32) is stored in the storage unit 22. .
- step S34 determines whether there is a remaining communication link already set in the target wireless device.
- step S35 determines whether there is a remaining communication link already set in the target wireless device.
- the control unit 23 performs the process of step S31, and when it is determined that there is no remaining communication link (the determination result is “NO”). In the case of "", the series of processing shown in FIG. 11 is terminated.
- step S32 when it is determined in step S32 that a communicable communication link is not stored in the storage unit 22 (when the determination result is “NO”), the communication link specified in step S31 can be exchanged.
- the resource management unit 23a determines whether or not a communication link with a high priority is stored in the storage unit 22 (step S36). Specifically, a communication link having an interval equal to the communication link specified in step S31 and assigned a higher priority than the communication link specified in step S31 is stored in the storage unit 22. It is determined whether or not.
- step S36 When it is determined that a communication link that can be exchanged and has a high priority is stored in the storage unit 22 (when the determination result in step S36 is “YES”), the communication link specified in step S31 is selected. The replacement process is performed in the resource management unit 23a (step S37). When this process ends, in step S35, the control unit 23 determines whether there is a remaining communication link already set in the target wireless device.
- step S35 is performed without performing the process of step S34. Is called. If it is determined in step S36 that a communication link that is replaceable and has a high priority is not stored in the storage unit 22 (when the determination result is “NO”), the process of step S37 is not performed. The process of step S35 is performed.
- step S31 Assume that the communication link specified in step S31 is the communication link C6 shown in FIG. 12A, and when the processing in step S31 is performed, as shown in FIG. 12A, three communication links C2 having an interval equal to the communication link C6. , C4 and C5 are stored in the storage unit 22. Since the communication link C5 shown in FIG. 12A can be combined with the communication link C6 specified in step S31, the determination result in step S32 is “YES”. Since the communication link having the same interval as the communication link C6 specified in step S31 and the communication links C2 and C4 other than the communication link C5 are stored in the storage unit 22, the determination result in step S33 is also “YES”. become.
- step S31 is performed by the resource management unit 23a. Specifically, first, as shown in FIG. 12A, the communication resource C6 specified in step S31 is stored in the storage unit 22, and at the same time, the communication link C4 having a higher priority than the communication link C2 is read from the storage unit 22 and set. As a result, processing for exchanging communication links is performed. Next, as shown in FIG. 12B, since the communication link C6 that can be combined with the communication link C5 is stored in the storage unit 22, processing for combining the communication links C5 and C6 is performed.
- step S31 the communication link specified in step S31 is the communication link C2 shown in FIG. 13 and the communication link C4 is stored in the storage unit 22 when the processing in step S31 is performed. Since the communication link C4 shown in FIG. 13 cannot be combined with the communication link C2 specified in step S31, the determination result in step S32 is “NO”. Since the communication link C4 having the same interval as the communication link C2 identified in step S31 and having a high exchangeable priority is stored in the storage unit 22, the determination result in step S36 is “YES”. become.
- step S37 is performed by the resource management unit 23a.
- the communication resource C2 specified in step S31 is stored in the storage unit 22, and at the same time, the process of exchanging communication links by reading and setting the communication link C4 from the storage unit 22 is performed. Done.
- communication links that have already been set are exchanged with communication links with higher priority, so that communication links with lower priority can be collected in the storage unit 22.
- a communication link with a low priority becomes easy to synthesize
- step S32 when there is a communicable communication link and there is no exchangeable communication link (when the determination result of step S32 is “YES” and the determination result of step S33 is “NO”).
- communication link exchange processing may be performed. Specifically, the priorities of the communication link specified in step S31 and the communication link determined to be compositable in step S32 are compared, and the priority of the communication link specified in step S31 can be combined in step S32. When the priority of the communication link determined to be lower than that of the communication link, the exchange process between them may be performed.
- an unset communication link other than a communication link already set for wireless communication via the wireless network N1 is stored in the storage unit 22, and in response to a communication link setting request.
- the communication link stored in the storage unit 22 is divided into a plurality of communication links and set.
- the communication link is stored in the storage unit 22 and then combined if possible.
- fragmentation of the communication link is prevented by performing defragmentation of the communication link. For this reason, it is possible to prevent a decrease in communication resource utilization efficiency due to fragmentation of communication links.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. is there.
- the wireless communication system that performs wireless communication in conformity with ISA100.11a has been described as an example. can do.
- the system manager 14 may be duplicated for the active system and the standby system.
- a storage unit 22 may be provided in each of the duplicated system managers 14 to keep the contents of the storage unit 22 identical. From both of the duplicated system managers 14 One storage unit 22 (for example, a file server) that can be referred to may be provided.
- Wireless communication system 11 Wireless device 12 Wireless router 13a, 13b Backbone router 14 System manager 22 Storage unit 23a Resource management unit N1 Wireless network
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Abstract
無線ネットワークの管理を行う管理装置は、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納する格納部と、通信リンクの設定要求に応じて、前記格納部に格納された前記通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する管理部とを備える。
Description
本発明は、無線ネットワークの管理を行う管理装置及び管理方法、並びに当該装置を備える無線通信システムに関する。
本願は、2013年2月22日に日本に出願された特願2013-033683に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2013年2月22日に日本に出願された特願2013-033683に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来から、プラントや工場等においては、高度な自動操業を実現すべく、フィールド機器と呼ばれる現場機器(測定器、操作器)と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続された分散制御システム(DCS:Distributed Control System)が構築されている。このような分散制御システムの基礎をなす通信システムは、有線によって通信を行うものが殆どであったが、近年においてはISA100.11aやWirelessHART(登録商標)等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行うものも実現されている。
これらの無線通信規格に準拠した無線通信システムは、システムマネージャ(或いは、ネットワークマネージャ)と呼ばれる管理装置を設けて、無線ネットワークを介した無線通信を行うために必要となる通信リソース(チャネルやタイムスロット等)の管理を行っている。具体的に、管理装置は、無線ネットワークを介して行われる無線通信の各々に対して互いに異なるタイムスロット及びチャネルの割り当てを行った通信スケジュールを作成し、通信リソースの割り当てが重複しないように管理している。
上述した分散制御システムでは、フィールド機器の測定結果を定期的に収集し、収集した測定結果に基づいてフィールド機器を定期的に制御(操作)する動作が繰り返し行われる。このため、上述した無線通信システムの管理装置は、図14に示す通り、スーパーフレーム(Superframe)と呼ばれる通信テンプレートを用い、スーパーフレーム内で無線機器間の通信リンク(図14中の斜線を付した部分)を設定することによって周期的な通信スケジュールを作成している。図14は、スーパーフレームを説明するための図である。
上記の通信リンクは、以下の(1)~(4)に示す情報からなる。
(1)無線信号の送受信を行うタイムスロットを指定する情報
(2)無線信号の送受信に用いるチャネルを指定する情報
(3)送信・受信の別を指定する情報
(4)通信リンクが属するスーパーフレームを指定する情報
上記(1)に示す情報は、スーパーフレームの先頭のタイムスロットからのずれ量を示す情報(オフセット(Offset))と、スーパーフレーム内の周期的な通信におけるタイムスロットの間隔を示す情報(インターバル(Interval))とからなる情報である。
(1)無線信号の送受信を行うタイムスロットを指定する情報
(2)無線信号の送受信に用いるチャネルを指定する情報
(3)送信・受信の別を指定する情報
(4)通信リンクが属するスーパーフレームを指定する情報
上記(1)に示す情報は、スーパーフレームの先頭のタイムスロットからのずれ量を示す情報(オフセット(Offset))と、スーパーフレーム内の周期的な通信におけるタイムスロットの間隔を示す情報(インターバル(Interval))とからなる情報である。
以下の特許文献1~3には、上述した従来の無線通信システムの一例が開示されている。以下の非特許文献1には、上記のISA100.11aにおける通信リソースの管理方法が開示されている。
上述した無線通信システムでは、例えば無線ネットワークに対して新たな無線機器が参入してきた場合に、管理装置によって通信リンクの設定が動的に行われる。このような新たな通信リンクの設定を行うときには、既に設定してある通信リンクと重複が生じないようにする必要があるが、従来は、空きスロットが多数存在するにも拘わらず新たな通信リンクを設定することができないことがあり、通信リソースが有効利用されていない場合があった。
図15は、スーパーフレーム内に設定される通信リンクの一例を示す図である。図15に示す例では、以下に示す4つの通信リンク「A」~「D」が設定されている。図15において、文字「A」~「D」が付されたタイムスロットは、以下に示す通信リンク「A」~「D」がそれぞれ設定されたタイムスロットを示しており、文字「A」~「D」が付されていないタイムスロットは、空きスロットを示している。説明を簡単にするために、図15では割り当て可能なチャネルが1つのみである。
通信リンク「A」:オフセット=0,インターバル=8
通信リンク「B」:オフセット=1,インターバル=4
通信リンク「C」:オフセット=3,インターバル=16
通信リンク「D」:オフセット=6,インターバル=12
通信リンク「B」:オフセット=1,インターバル=4
通信リンク「C」:オフセット=3,インターバル=16
通信リンク「D」:オフセット=6,インターバル=12
以上の通信リンク「A」~「D」が設定されている状況下において、インターバル「4」の通信リンクを新たに設定しようとすると、図15に示す通り、空きスロットが存在するにも拘わらず、新たな通信リンクの設定をすることができないことが分かる。このように、空きスロットが存在するにも拘わらず、通信リンクを設定することができない状況になることを本明細書等では「断片化」という。
無線通信システムの管理装置は、経路変更や帯域変更等によって、既に設定してある通信リンクを削除して新たな通信リンクを設定する動作(通信リンクの再設定)を頻繁に行う。このような通信リンクの再設定が頻繁に行われると、通信リンクの断片化が進行し、新たな通信リンクの設定ができなくなる可能性が高まり、貴重な通信リソースの利用効率が更に低下する虞がある。
本発明の一態様は、通信リンクの断片化による通信リソースの利用効率の低下を防止することが可能な管理装置、管理方法、及び無線通信システムを提供する。
本発明の一態様の無線ネットワークの管理を行う管理装置は、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納する格納部と、通信リンクの設定要求に応じて、前記格納部に格納された前記通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する管理部とを備えてよい。
上記管理装置において、前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、前記管理部は、前記通信リンクの設定要求に適した通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている通信リンクを優先して設定してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、同一のインターバルを有する複数の通信リンクを生成する場合、高い優先度が割り当てられた通信リンクを分割することにより生成した通信リンクほど高い優先度を割り当て、一つの通信リンクの分割を繰り返すことにより複数の通信リンクを生成する場合、インターバルの大きな通信リンクほど高い優先度を割り当ててよい。
上記管理装置において、前記管理部は、設定の解除が行われた通信リンクが生じた場合には、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記管理装置において、前記管理部は、設定の解除が行われた前記通信リンクと同一の通信リンクから分割して作成された通信リンクであって、設定の解除が行われた前記通信リンクと同じインターバルを有する通信リンクと、設定の解除が行われた前記通信リンクと、を合成してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記管理装置において、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと交換が可能であって既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、前記格納部に格納された前記通信リンクを、インターバルがより広くオフセットが互いに異なる複数の前記通信リンクに分割してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、インターバルがX1であって、オフセットがY1である通信リンクをN分割した場合には、以下の(1)式で示されるインターバルX2とオフセットY2とを有するN個の通信リンクを生成してよい。
X2=X1・N
Y2=Y1+(i・X1) …(1)
上記(1)式において、Nは2以上の整数であり、変数iは0≦i<Nを満たす整数である。
上記管理装置において、前記管理部は、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されているかを判断し、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、前記格納部に格納されている通信リンクを設定し、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されていない場合には、前記格納部に格納されている通信リンクの中で、前記設定要求において要求されているインターバルよりも小さなインターバルを有する通信リンクを分割して前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクを生成して設定してよい。
本発明の他の態様の無線ネットワークを介した無線通信が行われる無線通信システムは、前記無線ネットワークを介して無線通信を行う無線機器と、前記無線ネットワークを介した前記無線機器間の無線通信を行うための通信リンクを設定する管理装置であって、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納する格納部と、通信リンクの設定要求に応じて、前記格納部に格納された前記通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する管理部と、を備える管理装置とを備えてよい。
上記無線通信システムにおいて、前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、前記管理部は、前記通信リンクの設定要求に適した前記通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている前記通信リンクを優先して設定してよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、設定の解除が行われた通信リンクが生じた場合には、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている前記通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと交換が可能であって既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定してよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、前記格納部に格納された前記通信リンクを、インターバルがより広くオフセットが互いに異なる複数の前記通信リンクに分割してよい。
本発明の他の態様の無線ネットワークの管理を行う管理方法は、通信リンクの設定要求が入力されたときに、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定するステップを有してよい。
上記管理方法において、前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、前記未設定の通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定するステップは、前記通信リンクの設定要求に適した通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている通信リンクを優先して設定してよい。
上記管理方法において、設定の解除が行われた前記通信リンクが生じたときに、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記未設定の通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記未設定の通信リンクとの合成を行うステップを有してよい。
上記管理方法において、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在する場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行うステップと、前記第1通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在せず、及び既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い前記第2通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在する場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するステップとを含んでよい。
上記管理装置において、前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、前記管理部は、前記通信リンクの設定要求に適した通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている通信リンクを優先して設定してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、同一のインターバルを有する複数の通信リンクを生成する場合、高い優先度が割り当てられた通信リンクを分割することにより生成した通信リンクほど高い優先度を割り当て、一つの通信リンクの分割を繰り返すことにより複数の通信リンクを生成する場合、インターバルの大きな通信リンクほど高い優先度を割り当ててよい。
上記管理装置において、前記管理部は、設定の解除が行われた通信リンクが生じた場合には、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記管理装置において、前記管理部は、設定の解除が行われた前記通信リンクと同一の通信リンクから分割して作成された通信リンクであって、設定の解除が行われた前記通信リンクと同じインターバルを有する通信リンクと、設定の解除が行われた前記通信リンクと、を合成してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記管理装置において、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと交換が可能であって既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、前記格納部に格納された前記通信リンクを、インターバルがより広くオフセットが互いに異なる複数の前記通信リンクに分割してよい。
上記管理装置において、前記管理部は、インターバルがX1であって、オフセットがY1である通信リンクをN分割した場合には、以下の(1)式で示されるインターバルX2とオフセットY2とを有するN個の通信リンクを生成してよい。
X2=X1・N
Y2=Y1+(i・X1) …(1)
上記(1)式において、Nは2以上の整数であり、変数iは0≦i<Nを満たす整数である。
上記管理装置において、前記管理部は、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されているかを判断し、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、前記格納部に格納されている通信リンクを設定し、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されていない場合には、前記格納部に格納されている通信リンクの中で、前記設定要求において要求されているインターバルよりも小さなインターバルを有する通信リンクを分割して前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクを生成して設定してよい。
本発明の他の態様の無線ネットワークを介した無線通信が行われる無線通信システムは、前記無線ネットワークを介して無線通信を行う無線機器と、前記無線ネットワークを介した前記無線機器間の無線通信を行うための通信リンクを設定する管理装置であって、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納する格納部と、通信リンクの設定要求に応じて、前記格納部に格納された前記通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する管理部と、を備える管理装置とを備えてよい。
上記無線通信システムにおいて、前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、前記管理部は、前記通信リンクの設定要求に適した前記通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている前記通信リンクを優先して設定してよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、設定の解除が行われた通信リンクが生じた場合には、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている前記通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させてよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと交換が可能であって既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定してよい。
上記無線通信システムにおいて、前記管理部は、前記格納部に格納された前記通信リンクを、インターバルがより広くオフセットが互いに異なる複数の前記通信リンクに分割してよい。
本発明の他の態様の無線ネットワークの管理を行う管理方法は、通信リンクの設定要求が入力されたときに、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定するステップを有してよい。
上記管理方法において、前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、前記未設定の通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定するステップは、前記通信リンクの設定要求に適した通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている通信リンクを優先して設定してよい。
上記管理方法において、設定の解除が行われた前記通信リンクが生じたときに、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記未設定の通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記未設定の通信リンクとの合成を行うステップを有してよい。
上記管理方法において、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在する場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行うステップと、前記第1通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在せず、及び既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い前記第2通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在する場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するステップとを含んでよい。
本発明の一態様によれば、予め用意された通信リンクのうち、無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納部に格納し、通信リンクの設定要求に応じて、格納部に格納された通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する。通信リンクの断片化による通信リソースの利用効率の低下を防止することが可能である。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による管理装置、管理方法、及び無線通信システムについて詳細に説明する。
〈無線通信システムの全体構成〉
図1は、本発明の一実施形態による無線通信システムの全体構成を示す図である。図1に示す通り、本実施形態の無線通信システム1は、無線デバイス11、無線ルータ12、バックボーンルータ13a,13b、システムマネージャ14(管理装置)、ゲートウェイ15、監視制御装置16、及び端末装置17を備えており、無線ネットワークN1を介したTDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続)方式による無線通信が可能である。この無線通信システム1は、例えばプラントや工場等(以下、これらを総称する場合には、単に「プラント」という)に構築される。
図1は、本発明の一実施形態による無線通信システムの全体構成を示す図である。図1に示す通り、本実施形態の無線通信システム1は、無線デバイス11、無線ルータ12、バックボーンルータ13a,13b、システムマネージャ14(管理装置)、ゲートウェイ15、監視制御装置16、及び端末装置17を備えており、無線ネットワークN1を介したTDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続)方式による無線通信が可能である。この無線通信システム1は、例えばプラントや工場等(以下、これらを総称する場合には、単に「プラント」という)に構築される。
無線通信システム1が構築されるプラントには、無線ネットワークN1、バックボーンネットワークN2、及び制御ネットワークN3が設けられている。無線ネットワークN1は、プラントの現場に設置された機器(無線デバイス11、無線ルータ12、及びバックボーンルータ13a,13b)によって実現されて、システムマネージャ14によって管理されるネットワークである。無線ネットワークN1を形成する無線デバイス、無線ルータ、及びバックボーンルータの数は任意である。
バックボーンネットワークN2は、無線通信システム1の基幹となる有線ネットワークであり、バックボーンルータ13a,13b、システムマネージャ14、及びゲートウェイ15が接続される。制御ネットワークN3は、バックボーンネットワークN2の上位に位置づけられる有線ネットワークであり、ゲートウェイ15、監視制御装置16、及び端末装置17が接続される。
無線デバイス11は、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、その他のプラントに設置されるフィールド機器であり、監視制御装置16の制御の下で動作する。この無線デバイス11は、電池を電源として省電力動作(例えば、間欠動作)を行い、ISA100.11aに準拠したTDMA方式による無線通信が可能である。無線ルータ12は、無線デバイス11及びバックボーンルータ13a,13bとの間でISA100.11aに準拠した無線通信を行い、無線デバイス11及びバックボーンルータ13a,13bとの間で送受信されるデータを中継する。この無線ルータ12も、無線デバイス11と同様に、電池を電源として間欠動作等の省電力動作を行う。
バックボーンルータ13a,13bは、無線ネットワークN1とバックボーンネットワークN2とを接続し、無線ネットワークN1とバックボーンネットワークN2との間で送受信されるデータの中継を行う。このバックボーンルータ13a,13bは、例えばバックボーンネットワークN2から供給される直流電力、或いはバックボーンネットワークN2とは別の経路を介して供給される直流電力により連続して動作し、上記の無線通信規格ISA100.11aに準拠した無線通信を行う。
システムマネージャ14は、例えば商用電源から供給される電力により連続して動作し、無線ネットワークN1を介して行われる無線通信の制御を行う。具体的には、無線デバイス11、無線ルータ12、バックボーンルータ13a,13b、及びゲートウェイ15に対する通信リソース(タイムスロット及びチャネル)の割り当て制御を行って、無線ネットワークN1を介したTDMAによる無線通信を実現する。システムマネージャ14は、無線ネットワークN1に対して無線デバイス11等を参入させる処理を行う。システムマネージャ14の詳細については後述する。
ゲートウェイ15は、バックボーンネットワークN2と制御ネットワークN3とを接続し、無線デバイス11及びシステムマネージャ14等と、監視制御装置16及び端末装置17との間で送受信される各種データの中継を行う。このゲートウェイ15を設けることで、セキュリティを維持しつつ、バックボーンネットワークN2と制御ネットワークN3とを相互に接続することができる。
監視制御装置16は、無線デバイス11等の監視及び管理を行う。具体的に、監視制御装置16は、ゲートウェイ15を介して無線デバイス11から測定データ(例えば、流量値)を収集することによって無線デバイス11等の監視を行う。監視制御装置16は、収集した測定データに基づいて無線デバイス11の制御量(例えば、バルブ機器の弁開度)を求め、ゲートウェイ15を介して無線デバイス11に設定することによって、無線デバイス11を制御する。
端末装置17は、例えばプラントの運転員によって操作され、無線デバイス11の監視及び制御等を行うために用いられる。具体的に、端末装置17は、キーボードやポインティングデバイス等の入力装置、液晶表示装置等の表示装置を備えており、監視制御装置16で得られた無線デバイス11の監視結果を表示装置に表示して運転員に提供するとともに、運転員が入力装置を操作して入力した指示を監視制御装置16に出力して、その指示に基づいた制御を監視制御装置16に行わせる。
〈システムマネージャ14の構成〉
図2は、本発明の一実施形態による管理装置としてのシステムマネージャの要部構成を示すブロック図である。図2に示す通り、システムマネージャ14は、通信部21、格納部22、及び制御部23を備える。通信部21は、バックボーンネットワークN2に接続されており、制御部23の制御の下で、バックボーンネットワークN2を介した通信を行う。
図2は、本発明の一実施形態による管理装置としてのシステムマネージャの要部構成を示すブロック図である。図2に示す通り、システムマネージャ14は、通信部21、格納部22、及び制御部23を備える。通信部21は、バックボーンネットワークN2に接続されており、制御部23の制御の下で、バックボーンネットワークN2を介した通信を行う。
格納部22は、例えば半導体メモリ等の内部記憶装置或いはハードディスク等の外部記憶装置で実現され、無線ネットワークN1を介して無線通信を行うために必要となる通信リンク等の通信リソースを格納する。具体的に、格納部22は、ホッピングパターンHPとして予め用意された通信リンクのうち、無線ネットワークN1を介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納する。
上記のホッピングパターンHPは、無線ネットワークN1を介した無線通信を行う際のチャネルの遷移規則を規定するものであって、無線通信システム1で用いられる最も基本的な通信リンクである。このホッピングパターンHPは、例えば無線通信システム1の設計者によって作成されて、システムマネージャ14が出荷される前に格納部22に格納される。詳細は後述するが、このホッピングパターンHPから、無線通信システム1で設定し得る全ての通信リンクが作成される。通信リンクの設定が行われていない場合(設定された通信リンクの数が零である場合)には、格納部22にホッピングパターンHPが格納されている。
図3は、通信リンクの設定を行っていないシステムマネージャに格納されるホッピングパターンの一例を示す図である。図3に示すホッピングパターンHPは、無線通信システム1で用いられるチャネルの数が「16」である場合のものである。図中の1マスは1つのタイムスロット(例えば、10[ms])を表しており、各マスに記載された数値「11」~「26」は各タイムスロットで用いられる16個のチャネル(11ch~26ch)を表している。
図3に示すホッピングパターンHPは、16個のホッピングパターンP1~P16からなる。図3に示す通り、ホッピングパターンP1~P16は、チャネルの遷移規則をタイムスロット毎に規定している。例えば、ホッピングパターンP1は、最初のタイムスロットで用いられるチャネルが「26ch」であり、続く16個のタイムスロットで用いられるチャネルが「11ch」~「26ch」であり、以降16個のタイムスロット毎にチャネル「11ch」~「26ch」が用いられることを示す。このため、ホッピングパターンP1~P16は、オフセットが「0」であって、インターバルが「1」である16種類の通信リンクということもできる。
制御部23は、システムマネージャ14の動作を統括して制御する。例えば、無線ネットワークN1を介したTDMAによる無線通信を実現するために、無線ネットワークN1を介して無線通信を行う無線機器(無線デバイス11、無線ルータ12、バックボーンルータ13a,13b)及びゲートウェイ15に対する通信リンクの設定を行う。制御部23は、無線ネットワークN1へのジョイン要求があった場合には、そのジョイン要求を行った無線デバイスを無線ネットワークN1に参入させる処理を行う。
制御部23は、上記の通信リンクの設定を行うリソース管理部23a(管理部)を備える。このリソース管理部23aは、制御部23からの通信リンクの設定要求に適した通信リンクを格納部22から読み出して設定する。リソース管理部23aは、制御部23からの通信リンクの設定要求に適した通信リンク(具体的には、要求されているインターバルと等しいインターバル、或いは要求されているインターバルに近いインターバルを有する通信リンク)が格納部22に格納されていない場合には、格納部22に格納された通信リンクを複数の通信リンク(制御部23からの通信リンクの設定要求に適した複数の通信リンク)に分割して設定する。
図4Aおよび図4Bは、システムマネージャのリソース管理部で行われる通信リソースの分割処理の一例を説明するための図である。図4Aおよび図4Bでは、図3に示すホッピングパターンP3を分割する場合を例に挙げて説明する。前述の通り、ホッピングパターンP1~P16は、オフセットが「0」であって、インターバルが「1」である通信リンクということができる。このため、図4Aにおいては、ホッピングパターンP3を、インターバルが「1」であり、オフセットが「0」である通信リンクとして表記している。
図4Aに示す通り、リソース管理部23aが、ホッピングパターンP3を25分割すると(インターバルを広くすると)、インターバルが「25」であって、オフセットが互いに異なる(オフセットが「0」~「24」である)25個の通信リンクA1~A25が得られる。つまり、タイムスロットが10[ms]であるとすると、以上の分割を行うことによって、周期が250[ms]の25種類の通信リンクA1~A25が得られる。
通信リンクA1は、図3に示すホッピングパターンP3の最初のタイムスロット(第0番目のタイムスロット)のチャネル「24ch」、第25番目のタイムスロットのチャネル「17ch」、…と遷移する。通信リンクA2は、図3に示すホッピングパターンP3の第1番目のタイムスロットのチャネル「25ch」、第26番目のタイムスロットのチャネル「18ch」、…と遷移する。同様に、通信リンクA3は、図3に示すホッピングパターンP3の第2番目のタイムスロットのチャネル「26ch」、第27番目のタイムスロットのチャネル「19ch」、…と遷移する。他の通信リンクA4~A25も、同様の規則の遷移をする。
リソース管理部23aは、ホッピングパターンP1~16のみならず、ホッピングパターンP1~16を分割して得られた通信リンクも分割することが可能である。例えば、図4Bに示す通り、リソース管理部23aが、通信リンクA1を2分割すると、インターバルが「50」であって、オフセットが互いに異なる(オフセットが「0」,「25」である)2個の通信リンクB1,B2が得られる。つまり、以上の分割を行うことによって、周期が500[ms]の2種類の通信リンクB1,B2が得られる。
リソース管理部23aが、インターバルが「X1」であって、オフセットが「Y1」であるホッピングパターンや通信リンクをN分割(Nは2以上の整数)した場合には、以下の(1)式で示されるインターバル「X2」とオフセット「Y2」とを有するN個の通信リンクが得られる。但し、以下の(1)式で用いられている変数iは0≦i<Nを満たす整数である。
X2=X1・N
Y2=Y1+(i・X1) …(1)
X2=X1・N
Y2=Y1+(i・X1) …(1)
図5は、システムマネージャのリソース管理部で行われる分割処理により得られる通信リソースの一例を示す図である。図5に示す通信リソースは、ホッピングパターンP3を25分割した後で順次2分割することにより得られる。このように分割することにより、周期が250[ms](インターバルが「25」)である通信リンクA1~A25、周期が500[ms](インターバルが「50」)である通信リンクB1~B6、周期が1[s](インターバルが「100」)である通信リンクC1~C6、周期が2[s](インターバルが「200」)である通信リンクD1,D2、周期が4[s](インターバルが「400」)である通信リンクE1,E2が作成される。更なる分割を行うことで、より長い周期を有する通信リンクを作成することが可能である。ホッピングパターンの分割数は制御部23に予め設定されるものである。上記例における分割数(分割数が「25」及び「2」)以外の分割数を制御部23に設定することも可能である。
図5においては、理解を容易にするために、分割された通信リンク(破線で示した通信リンクA1,A13,A25,B2,B4,B6,C3,D1)も図示しているが、分割された通信リンクは存在しない。このため、図5に示す通信リンクのうち、格納部22に格納される通信リンクは、実線で示した通信リンクA2,A3,B1,B3,B5,C1,C2,C4~C6,D2,E1,E2である点に注意されたい。分割されたホッピングパターンP3も格納部22に格納されてはいない。
上述したホッピングパターンP1~P16には、予め優先度が割り当てられている。具体的に、ホッピングパターンP1~P16には、ホッピングパターンP1~P16の順で高くなる優先度が予め割り当てられている。リソース管理部23aは、ホッピングパターンP1~P16を分割して通信リンクを生成する場合に、予め規定された規則に応じた優先度を割り当てる。具体的に、リソース管理部23aは、高い優先度が割り当てられたホッピングパターンを分割して作成した通信リンクほど高い優先度を割り当て、インターバルの大きな通信リンクほど高い優先度を割り当てる。換言すると、リソース管理部23aは、同一のインターバルを有する複数の通信リンクを生成する場合、高い優先度が割り当てられた通信リンクを分割することにより生成した通信リンクほど高い優先度を割り当て、一つの通信リンクの分割を繰り返すことにより複数の通信リンクを生成する場合、インターバルの大きな通信リンクほど高い優先度を割り当てる。
例えば、リソース管理部23aは、優先度「Z1」が割り当てられている通信リンクをN分割する場合には、分割した通信リンクの各々に対して以下の(2)式を用いて求められる優先度「Z2」を割り当てる。但し、以下の(2)式で用いられている変数nは、分割数(N)を2進数で表現するのに必要な最小のビット数以上のビット数であり、変数jは分割した通信リンクを特定するための整数(0≦j<Nを満たす整数)である。以下の(2)式で用いられている演算子「≪」は、シフト演算子である。
Z2=(Z1≪n)+j …(2)
Z2=(Z1≪n)+j …(2)
図6は、システムマネージャのリソース管理部で通信リンクに割り当てられる優先度を説明するための図である。図6では、図5に示す通信リンクD1を分割して通信リンクE1,E2を作成する際に割り当てられる優先度を例に挙げて説明する。図6に示す通り、通信リンクD1に割り当てられている優先度は「868」であるから、Z1=868である。この通信リンクD1を2つの通信リンクE1,E2に分割することから、N=2である。図6に示す通り、分割される通信リンクE1,E2は、変数jの値を「0」,「1」にすれば特定されるため、n=1である。リソース管理部23aは、上記(2)式を用いて、通信リンクE1には「1736」である値の優先度を割り当て、通信リンクE2には「1737」である値の優先度を割り当てる。
リソース管理部23aは、制御部23からの通信リンクの設定要求があった場合に、その設定要求に適した通信リンク(要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンク)が格納部22に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている通信リンクを優先して設定する(図6の例では、通信リンクE2を設定する)。これは、通信リンクの断片化を未然に防ぐためである。
リソース管理部23aは、設定の解除が行われた通信リンクが生じた場合には、設定の解除が行われた通信リンクと格納部22に格納されている通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた通信リンクと格納部22に格納されている通信リンクとを合成して格納部に格納させる。通信リンクは、1つの通信リンクから分割されてインターバルが同じものを合成することはできるが、異なる通信リンクから分割されたもの、或いはインターバルが異なるものを合成することはできないという性質がある。例えば、図5に示す例において、通信リンクC1は、通信リンクC2のみと合成することができ、通信リンクC5や通信リンクD2と合成することはできない。図6を用いて説明した通り、1つの通信リンクから分割されてインターバルが同じものは、値が近い優先度が割り当てられるため、リソース管理部23aは、通信リンクに割り当てられている優先度等を参照して上述の合成を行う。
リソース管理部23aは、制御部23の制御の下で、通信リンクのデフラグメンテーションを行う。通信リンクのデフラグメンテーションとは、合成可能な通信リンクをできる限り合成することによって、通信リンクの断片化を回避する処理である。この通信リンクのデフラグメンテーションは、既に設定されている通信リンクの交換・合成を行うことにより断片化を回避する処理と、既に設定されている通信リンクの交換のみを行うことにより断片化を回避する処理とに大別される。
具体的に、リソース管理部23aは、既に設定されている通信リンクの交換・合成を行う処理においては、まず既に設定されている通信リンク(設定済み通信リンク)と合成が可能な通信リンク(第1通信リンク)、及び設定済み通信リンクと交換が可能な通信リンク(第2通信リンク)が格納部22に格納されているか否かを判断する。そして、第1通信リンク及び第2通信リンクが共に格納部22に格納されていると判断した場合には、設定済み通信リンクに代えて第2通信リンクを設定するとともに、設定済み通信リンクと第1通信リンクとの合成を行って格納部22に格納させる。
リソース管理部23aは、既に設定されている通信リンクの交換のみを行う処理においては、まず既に設定されている通信リンク(設定済み通信リンク)と合成が可能な通信リンク(第1通信リンク)が格納部22に格納されておらず、且つ、設定済み通信リンクと交換が可能であって設定済み通信リンクよりも優先度が高い通信リンク(第2通信リンク)が格納部22に格納されているか否かを判断する。第1通信リンクが格納部22に格納されておらず、且つ、第2通信リンクが格納部22に格納されていると判断した場合には、設定済み通信リンクに代えて第2通信リンクを設定する。
〈無線通信システムの動作〉
次に、上記構成における無線通信システム1の動作について説明する。以下では、システムマネージャ14のリソース管理部23aが、無線ネットワークN1を介して通信を行う無線機器(無線デバイス11、無線ルータ12、バックボーンルータ13a,13b)に対して通信リンクを設定する動作を中心に説明する。システムマネージャ14の動作は、新たに通信リンクを設定する動作(通信リンク設定動作)、既に設定されている通信リンクを解除する動作(通信リンク解除動作)、及びデフラグメンテーションを行う動作(デフラグメンテーション動作)に大別される。以下では、これらの動作を順に説明する。
次に、上記構成における無線通信システム1の動作について説明する。以下では、システムマネージャ14のリソース管理部23aが、無線ネットワークN1を介して通信を行う無線機器(無線デバイス11、無線ルータ12、バックボーンルータ13a,13b)に対して通信リンクを設定する動作を中心に説明する。システムマネージャ14の動作は、新たに通信リンクを設定する動作(通信リンク設定動作)、既に設定されている通信リンクを解除する動作(通信リンク解除動作)、及びデフラグメンテーションを行う動作(デフラグメンテーション動作)に大別される。以下では、これらの動作を順に説明する。
《通信リンク設定動作》
図7は、システムマネージャで行われる通信リンク設定動作を示すフローチャートであり、図8A~Dは、システムマネージャで行われる通信リンク設定動作を説明するための図である。図7に示すフローチャートは、システムマネージャ14の制御部23がリソース管理部23aに対して通信リンクの設定要求を行う度に開始される。
図7は、システムマネージャで行われる通信リンク設定動作を示すフローチャートであり、図8A~Dは、システムマネージャで行われる通信リンク設定動作を説明するための図である。図7に示すフローチャートは、システムマネージャ14の制御部23がリソース管理部23aに対して通信リンクの設定要求を行う度に開始される。
処理が開始されると、まず、制御部23が行った設定要求に適した通信リンクが格納部22に格納されているか否かがリソース管理部23aで判断される(ステップS11)。具体的には、制御部23が行った設定要求で示されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが格納部22に格納されているか否かが判断される。設定要求に適した通信リンクが格納部22に格納されていると判断された場合(ステップS11の判断結果が「YES」の場合)には、設定要求に適した通信リンクのうち優先度が最も高いものを格納部22から読み出して設定する処理がリソース管理部23aによって行われる(ステップS13)。
これに対し、設定要求に適した通信リンクが格納部22に格納されていないと判断された場合(ステップS11の判断結果が「NO」の場合)には、格納部22に格納された通信リンクを設定要求に適した通信リンクに分割し、分割した通信リンクを格納部22に格納する処理がリソース管理部23aによって行われる(ステップS12)。次に、格納部22に格納されている通信リンク(設定要求に適した通信リンク)のうち優先度が最も高いものを格納部22から読み出して設定する処理がリソース管理部23aによって行われる(ステップS13)。
図5に示す通信リンクが格納部22に格納されている状態のときに、システムマネージャ14の制御部23が、リソース管理部23aに対してインターバルが「400」である通信リンク(周期が4[s]である通信リンク)の設定要求を3回連続して行う場合について考える。制御部23が設定要求を行う前は、図8Aに示す通り、インターバルが「200」である通信リンクD2、及びインターバルが「400」である通信リンクE1,E2が格納部22に格納されている。
まず、制御部23が最初の設定要求を行った時点では、インターバルが「400」である2つの通信リンク(通信リンクE1,E2)が格納部22に格納されている。このため、図7中のステップS11の判断結果が「YES」になって、優先度が最も高いものを格納部22から読み出して設定する処理(ステップS13の処理)がリソース管理部23aによって行われる。通信リンクE2は通信リンクE1よりも高い優先度が割り当てられているため、図8Bに示す通り、通信リソースE2が格納部22から読み出されて設定される。
次に、制御部23が2番目の設定要求を行うと、インターバルが「400」である通信リンク(通信リンクE1)が格納部22に格納されている。このため、再び図7中のステップS11の判断結果が「YES」になってステップS13の処理がリソース管理部23aによって行われ、図8Cに示す通り、通信リンクE1が格納部22から読み出されて設定される。
続いて、制御部23が3番目の設定要求を行うと、インターバルが「400」である通信リンクは格納部22に格納されていない。このため、図7中のステップS11の判断結果が「NO」になって、格納部22に格納された通信リンクを設定要求に適した通信リンク(インターバルが「400」である通信リンク)に分割する処理(ステップS12の処理)がリソース管理部23aによって行われる。具体的には、インターバルが「200」である通信リンクD2をインターバルが「400」である2つの通信リンクE3,E4に分割する処理が行われる(図8D参照)。尚、分割対象となるインターバルが「200」である通信リンクが複数存在する場合には、最も高い優先度が割り当てられている通信リンクを分割する処理が行われる。
以上の分割処理が終了すると、インターバルが「400」である2つの通信リンク(通信リンクE3,E4)のうち、優先度が最も高いものを格納部22から読み出して設定する処理(ステップS13の処理)がリソース管理部23aによって行われる。通信リンクE4は通信リンクE3よりも高い優先度が割り当てられているため、図8Dに示す通り、通信リソースE4が格納部22から読み出されて設定される。ホッピングパターンP3を利用した通信リンクの設定が進み、ホッピングパターンP3を分割する処理によって設定要求に適した通信リンクを生成することが出来なくなった場合には、ホッピングパターンP1~16の中でホッピングパターンP3の次に優先度が高いホッピングパターンP2を利用した通信リンクの設定が行われる。
《通信リンク解除動作》
図9は、システムマネージャで行われる通信リンク解除動作を示すフローチャートであり、図10A~Dは、システムマネージャで行われる通信リンク解除動作を説明するための図である。図9に示すフローチャートは、システムマネージャ14の制御部23からリソース管理部23aに対して通信リンクの解除通知(設定されていた通信リンクを解除した旨を示す通知)が行われる度に開始される。
図9は、システムマネージャで行われる通信リンク解除動作を示すフローチャートであり、図10A~Dは、システムマネージャで行われる通信リンク解除動作を説明するための図である。図9に示すフローチャートは、システムマネージャ14の制御部23からリソース管理部23aに対して通信リンクの解除通知(設定されていた通信リンクを解除した旨を示す通知)が行われる度に開始される。
処理が開始されると、まず、解除通知が行われた通信リンクを格納部22に格納する処理がリソース管理部23aによって行われる(ステップS21)。次に、ステップS21で格納部22に格納された通信リンクの合成が可能であるか否かがリソース管理部23aで判断される(ステップS22)。具体的には、ステップS21で格納部22に格納された通信リンクに割り当てられている優先度等を参照して合成が可能であるか否かの判断がなされる。
通信リソースの合成が可能であると判断された場合(ステップS22の判断結果が「YES」の場合)には、通信リンクを合成して格納部22に格納する処理がリソース管理部23aで行われる(ステップS23)。かかる合成処理が終了すると、図9に示す一連の処理が終了する。これに対し、通信リソースの合成が不可能であると判断された場合(ステップS22の判断結果が「NO」の場合)には、リソース管理部23aによる合成処理が行われずに図9に示す一連の処理が終了する。
図8Dを用いて説明した通信リンクE4の設定が完了した後に、システムマネージャ14の制御部23がリソース管理部23aに対し、設定を行った通信リンクE1、E2,E4の解除通知を順に行う場合について考える。制御部23による解除通知が行われる前は、図8Dに示す通り、インターバルが「400」である通信リンクE3が格納部22に格納されており、通信リンクD1,D2及び通信リンクE4は格納部22に格納されていない。
まず、制御部23が通信リンクE1の解除通知を行うと、図10Aに示す通り、解除通知がなされた通信リンクE1を格納部22に格納する処理(ステップS21の処理)がリソース管理部23aによって行われる。図10Aに示す通り、格納部22には通信リンクE1と合成可能な通信リンクE2が格納されていないため、図9中のステップS22の判断結果が「NO」になり、図9に示す一連の処理が終了する。
次に、制御部23が通信リンクE2の解除通知を行うと、図10Bに示す通り、解除通知がなされた通信リンクE2を格納部22に格納する処理(ステップS21の処理)がリソース管理部23aによって行われる。図10Bに示す通り、格納部22には通信リンクE1と合成可能な通信リンクE2が格納されたため、図9中のステップS22の判断結果が「YES」になってステップS23の処理がリソース管理部23aによって行われる。これにより、通信リンクE1,E2が通信リンクD1に合成され、合成された通信リンクD1が格納部22に格納される(図10C参照)。
続いて、制御部23が通信リンクE4の解除通知を行うと、図10Cに示す通り、解除通知がなされた通信リンクE4を格納部22に格納する処理(ステップS21の処理)がリソース管理部23aによって行われる。図10Cに示す通り、格納部22には通信リンクE3と合成可能な通信リンクE4が格納されたため、図9中のステップS22の判断結果が「YES」になってステップS23の処理がリソース管理部23aによって行われる。これにより、通信リンクE3,E4が通信リンクD2に合成され、図10Dに示す通り、合成された通信リンクD2が格納部22に格納される。
《デフラグメンテーション動作》
図11は、システムマネージャで行われるデフラグメンテーション動作を示すフローチャートである。図12AおよびB,図13は、システムマネージャで行われるデフラグメンテーション動作を説明するための図である。デフラグメンテーションは、対象とする無線機器を変えながら順次行われる。図11に示すフローチャートは、1つの無線機器について行われる処理を示したものであるため、実際には対象とする無線機器を変えながら図11のフローチャートに示す処理が繰り返し行われる。図11に示すフローチャートは、上述した通信リンク設定動作及び通信リンク解除動作とは独立して定期的に行われる。
図11は、システムマネージャで行われるデフラグメンテーション動作を示すフローチャートである。図12AおよびB,図13は、システムマネージャで行われるデフラグメンテーション動作を説明するための図である。デフラグメンテーションは、対象とする無線機器を変えながら順次行われる。図11に示すフローチャートは、1つの無線機器について行われる処理を示したものであるため、実際には対象とする無線機器を変えながら図11のフローチャートに示す処理が繰り返し行われる。図11に示すフローチャートは、上述した通信リンク設定動作及び通信リンク解除動作とは独立して定期的に行われる。
デフラグメンテーションの対象とする無線機器が制御部23によって特定されると、図11に示すフローチャートの処理が開始される。処理が開始されると、まず対象とする無線機器に既に設定されている通信リンクを1つ特定してリソース管理部23aに通知する処理が制御部23によって行われる(ステップS31)。次に、ステップS31で特定された通信リンクと合成が可能な通信リンクが格納部22に格納されているか否かがリソース管理部23aによって判断される(ステップS32)。具体的には、通信リンクに割り当てられている優先度等を参照して、ステップS31で特定された通信リンクと同時に生成された通信リンクが格納部22に格納されているか否かが判断される。
合成可能な通信リンクが格納部22に格納されていると判断された場合(ステップS32の判断結果が「YES」の場合)には、ステップS31で特定された通信リンクと交換が可能な通信リンクが格納部22に格納されているか否かがリソース管理部23aによって判断される(ステップS33)。具体的には、ステップS31で特定された通信リンクと等しいインターバルを有する通信リンク(ステップS32の判断の基礎となった通信リンクを除く)が格納部22に格納されているか否かが判断される。
交換可能な通信リンクが格納部22に格納されていると判断された場合(ステップS33の判断結果が「YES」の場合)には、ステップS31で特定された通信リンクを交換して合成する処理がリソース管理部23aで行われる(ステップS34)。この処理が終了すると、対象とする無線機器に既に設定されている残りの通信リンクの有無が制御部23で判断される(ステップS35)。制御部23は、残りの通信リンクがあると判断した場合(判断結果が「YES」の場合)にはステップS31の処理を行い、残りの通信リンクが無いと判断した場合(判断結果が「NO」の場合)には図11に示す一連の処理を終了させる。
他方、ステップS32において、合成可能な通信リンクが格納部22に格納されていないと判断された場合(判断結果が「NO」の場合)には、ステップS31で特定された通信リンクと交換が可能な優先度の高い通信リンクが格納部22に格納されているか否かがリソース管理部23aによって判断される(ステップS36)。具体的には、ステップS31で特定された通信リンクと等しいインターバルを有しており、且つステップS31で特定された通信リンクよりも高い優先度が割り当てられている通信リンクが格納部22に格納されているか否かが判断される。
交換可能であって優先度の高い通信リンクが格納部22に格納されていると判断された場合(ステップS36の判断結果が「YES」の場合)には、ステップS31で特定された通信リンクを交換する処理がリソース管理部23aで行われる(ステップS37)。この処理が終了すると、ステップS35において、対象とする無線機器に既に設定されている残りの通信リンクの有無が制御部23で判断される。
ステップS33において、交換可能な通信リンクが格納部22に格納されていないと判断された場合(判断結果が「NO」の場合)には、ステップS34の処理は行われずにステップS35の処理が行われる。ステップS36において、交換可能であって優先度の高い通信リンクが格納部22に格納されていないと判断された場合(判断結果が「NO」の場合)には、ステップS37の処理は行われずにステップS35の処理が行われる。
ステップS31で特定された通信リンクが図12Aに示す通信リンクC6であるとし、ステップS31の処理が行われた時点では、図12Aに示す通り、通信リンクC6と等しいインターバルを有する3つの通信リンクC2,C4,C5が格納部22に格納されている場合について考える。図12Aに示す通信リンクC5は、ステップS31で特定された通信リンクC6と合成可能であるため、ステップS32の判断結果は「YES」になる。ステップS31で特定された通信リンクC6と等しいインターバルを有する通信リンクであって、通信リンクC5以外の通信リンクC2,C4が格納部22に格納されているため、ステップS33の判断結果も「YES」になる。
リソース管理部23aによってステップS31の処理が行われる。具体的には、まず、図12Aに示す通り、ステップS31で特定された通信リソースC6を格納部22に格納すると同時に、格納部22から通信リンクC2より優先度の高い通信リンクC4を読み出して設定することによって通信リンクを交換する処理が行われる。次に、図12Bに示す通り、通信リンクC5と合成可能な通信リンクC6が格納部22に格納されたため、これら通信リンクC5,C6を合成する処理が行われる。
図12Bに示す例では、通信リンクC5,C6を合成することによって、通信リンクB5と合成可能な通信リンクB6が生成されるため、通信リンクB5,B6を合成する処理も行われる。これにより、図12Bに示す例では、符号Qが付された破線の矩形領域に含まれる複数の通信リンクが合成されて通信リンクA25が生成される。このように、図12AおよびBに示す例では、既に設定されている通信リンクが交換された上で格納部22に格納されている通信リンクと合成されるため、通信リンクの断片化を防止することができる。
次に、ステップS31で特定された通信リンクが図13に示す通信リンクC2であるとし、ステップS31の処理が行われた時点では、通信リンクC4が格納部22に格納されている場合について考える。図13に示す通信リンクC4は、ステップS31で特定された通信リンクC2と合成可能ではないため、ステップS32の判断結果は「NO」になる。ステップS31で特定された通信リンクC2と等しいインターバルを有する通信リンクであって、交換可能な優先度の高い通信リンクC4が格納部22に格納されているため、ステップS36の判断結果は「YES」になる。
リソース管理部23aによってステップS37の処理が行われる。具体的には、図13に示す通り、ステップS31で特定された通信リソースC2を格納部22に格納すると同時に、格納部22から通信リンクC4を読み出して設定することによって通信リンクを交換する処理が行われる。このように、図13に示す例では、既に設定されている通信リンクが優先の高い通信リンクと交換されるため、いわば優先度の低い通信リンクを格納部22に集めることができる。これにより、優先度の低い通信リンクが合成されやすくなるため、通信リンクの断片化を防止することができる。
図11に示すフローチャートにおいて、合成可能な通信リンクがあって交換可能な通信リンクが無い場合(ステップS32の判断結果が「YES」であって、ステップS33の判断結果が「NO」である場合)にも通信リンクの交換処理を行って良い。具体的には、ステップS31で特定された通信リンクとステップS32で合成可能と判断された通信リンクとの優先度を比較し、ステップS31で特定された通信リンクの優先度がステップS32で合成可能と判断された通信リンクの優先度よりも低い場合に、両者の交換処理を行うようにしても良い。
以上の通り、本実施形態では、無線ネットワークN1を介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納部22に格納し、通信リンクの設定要求に応じて格納部22に格納された通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する。本実施形態では、設定が解除された通信リンクが生じた場合には、その通信リンクを格納部22に格納した上で、合成が可能であれば合成する。更に、本実施形態では、通信リンクのデフラグメンテーションを行うことによって、通信リンクの断片化を防止している。このため、通信リンクの断片化による通信リソースの利用効率の低下を防止することが可能である。
以上、本発明の一実施形態による管理装置、管理方法、及び無線通信システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ISA100.11aに準拠した無線通信を行う無線通信システムを例に挙げて説明したが、本発明はWirelessHART(登録商標)に準拠した無線通信を行う無線通信システムにも適用することができる。
上記実施形態では、バックボーンルータ13a,13b、システムマネージャ14、及びゲートウェイ15がそれぞれ別々の装置として実現されている例について説明した。しかしながら、これらのうちの任意の2つ以上の装置を1つの装置として実現することも可能である。信頼性を高めるために、システムマネージャ14は、現用系のものと待機系のものとに二重化されていても良い。システムマネージャ14を二重化する場合には、二重化されたシステムマネージャ14の各々に格納部22を設けて格納部22の内容の同一性を保つようにしても良く、二重化されたシステムマネージャ14の双方から参照可能な1つの格納部22(例えば、ファイルサーバ)を設けても良い。
1 無線通信システム 11 無線デバイス 12 無線ルータ 13a,13bバックボーンルータ 14 システムマネージャ 22 格納部 23a リソース管理部 N1 無線ネットワーク
Claims (20)
- 無線ネットワークの管理を行う管理装置において、
予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納する格納部と、
通信リンクの設定要求に応じて、前記格納部に格納された前記通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する管理部と
を備える、管理装置。 - 前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、
前記管理部は、前記通信リンクの設定要求に適した通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている通信リンクを優先して設定する、請求項1記載の管理装置。 - 前記管理部は、同一のインターバルを有する複数の通信リンクを生成する場合、高い優先度が割り当てられた通信リンクを分割することにより生成した通信リンクほど高い優先度を割り当て、一つの通信リンクの分割を繰り返すことにより複数の通信リンクを生成する場合、インターバルの大きな通信リンクほど高い優先度を割り当てる、請求項1記載の管理装置。
- 前記管理部は、設定の解除が行われた通信リンクが生じた場合には、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させる、請求項1記載の管理装置。
- 前記管理部は、設定の解除が行われた前記通信リンクと同一の通信リンクから分割して作成された通信リンクであって、設定の解除が行われた前記通信リンクと同じインターバルを有する通信リンクと、設定の解除が行われた前記通信リンクと、を合成する、請求項1記載の管理装置。
- 前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させる、請求項1記載の管理装置。
- 前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと交換が可能であって既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定する、請求項1記載の管理装置。
- 前記管理部は、前記格納部に格納された前記通信リンクを、インターバルがより広くオフセットが互いに異なる複数の前記通信リンクに分割する、請求項1記載の管理装置。
- 前記管理部は、インターバルがX1であって、オフセットがY1である通信リンクをN分割した場合には、以下の(1)式で示されるインターバルX2とオフセットY2とを有するN個の通信リンクを生成する、請求項1記載の管理装置。
X2=X1・N
Y2=Y1+(i・X1) …(1)
上記(1)式において、Nは2以上の整数であり、変数iは0≦i<Nを満たす整数である。 - 前記管理部は、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されているかを判断し、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、前記格納部に格納されている通信リンクを設定し、前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクが前記格納部に格納されていない場合には、前記格納部に格納されている通信リンクの中で、前記設定要求において要求されているインターバルよりも小さなインターバルを有する通信リンクを分割して前記設定要求において要求されているインターバルと等しいインターバルを有する通信リンクを生成して設定する、請求項1記載の管理装置。
- 無線ネットワークを介した無線通信が行われる無線通信システムにおいて、
前記無線ネットワークを介して無線通信を行う無線機器と、
前記無線ネットワークを介した前記無線機器間の無線通信を行うための通信リンクを設定する管理装置であって、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを格納する格納部と、通信リンクの設定要求に応じて、前記格納部に格納された前記通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定する管理部と、を備える管理装置と
を備える、無線通信システム。 - 前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、
前記管理部は、前記通信リンクの設定要求に適した前記通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている前記通信リンクを優先して設定する、請求項11記載の無線通信システム。 - 前記管理部は、設定の解除が行われた通信リンクが生じた場合には、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている前記通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記格納部に格納されている通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させる、請求項11記載の無線通信システム。
- 前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行って前記格納部に格納させる、請求項11記載の無線通信システム。
- 前記管理部は、既に設定されている前記通信リンクと交換が可能であって既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い第2通信リンクが前記格納部に格納されている場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定する、請求項11記載の無線通信システム。
- 前記管理部は、前記格納部に格納された前記通信リンクを、インターバルがより広くオフセットが互いに異なる複数の前記通信リンクに分割する、請求項11記載の無線通信システム。
- 無線ネットワークの管理を行う管理方法であって、
通信リンクの設定要求が入力されたときに、予め用意された通信リンクのうち、前記無線ネットワークを介した無線通信のために既に設定されている通信リンク以外の未設定の通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定するステップを有する、管理方法。 - 前記通信リンクは、予め規定された規則に応じた優先度が割り当てられるものであり、
前記未設定の通信リンクを複数の通信リンクに分割して設定するステップは、前記通信リンクの設定要求に適した通信リンクが前記格納部に複数格納されている場合には、高い優先度が割り当てられている通信リンクを優先して設定する、請求項17記載の管理方法。 - 設定の解除が行われた前記通信リンクが生じたときに、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記未設定の通信リンクとに割り当てられている優先度に応じて、設定の解除が行われた前記通信リンクと前記未設定の通信リンクとの合成を行うステップを有する、請求項17記載の管理方法。
- 既に設定されている前記通信リンクと合成が可能な第1通信リンク、及び既に設定されている前記通信リンクと交換が可能な第2通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在する場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するとともに、既に設定されている前記通信リンクと前記第1通信リンクとの合成を行うステップと、
前記第1通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在せず、及び既に設定されている前記通信リンクよりも優先度が高い前記第2通信リンクが未設定の前記通信リンク内に存在する場合には、既に設定されている前記通信リンクに代えて前記第2通信リンクを設定するステップと
を含む、請求項17記載の管理方法。
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