JP2002342264A - 多層データ収集・転送制御システム - Google Patents

多層データ収集・転送制御システム

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JP2002342264A
JP2002342264A JP2001148268A JP2001148268A JP2002342264A JP 2002342264 A JP2002342264 A JP 2002342264A JP 2001148268 A JP2001148268 A JP 2001148268A JP 2001148268 A JP2001148268 A JP 2001148268A JP 2002342264 A JP2002342264 A JP 2002342264A
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Eiichi Muraki
栄一 村木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分散システムの装置間で短時間にデータの収
集・転送を行う。 【解決手段】 多層階層の通信路を形成してデータの中
継を行うシステムにおいて、一定周期Sの交信タイミン
グTを設けて、中継装置102となる中間階層の通信装
置は、中継データ記憶用メモリを備え、上位のマスタ1
01となる集中制御装置とは順次割当てられた交信タイ
ミング毎に交信を行なって中継データ記憶用メモリにデ
ータを記憶し、次の一定周期では、メモリに記憶したデ
ータを下位のスレーブとなる他の通信装置と複数の交信
タイミングに分けて交信して転送するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、制御システムに
おける同期データ処理系に関し、特にマスタとスレーブ
による多層システムを構成する監視制御装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】第1の従来例として、Bluetooth SI
G,Inc. BLUETOOTH SPECIFICATION Version 1.1があ
る。このBluetooth規格では、図12(A)に示すよう
に1台のマスタ1101と最大7台のスレーブにより1
111,1112,1113によりネットワーク(ピコ
ネット)を構成する。マスタから各スレーブへのポーリ
ングにより通信を行う。しかし、あるマスタ1101が
7台以上のスレーブと通信しようとした場合、そのうち
の1台であるスレーブ1111を中継ノードとしてビコ
ネットを階層化して図12(B)の形態をとる。はじめ
に通信リンクを確立した中継ノード(個の場合マスタと
なった無線装置1111)のマスタとボトムのスレーブ
1121,1122,1123ははデータ転送を行う。
その後、マスタは各スレーブとネゴシエーションして各
スレーブをホールドモードにする。スレーブはホールド
モードで通信リンクを一定期間中断する中継装置はトッ
プのマスタとの通信リンクにおいて、以前にセットされ
たホールドモードから目覚めデータ通信を行う。通信終
了後、トップのマスタは中継ノードの各スレーブとネゴ
シエーションし各スレーブ(中継装置)をホールドモー
ドにする。これを繰り返し実行することで、階層化され
たネットワークをも地位データの送信を行う。この場
合、上下階層のネットワークは同時に活性化できないの
で片方を一時的にホールドモードにする通信リンク制御
処理を行うため、データ転送速度が低下する。
【0003】第2の従来例として、図13は例えば、特
開平6−282502号公報に示された通信システムを
示す図である。
【0004】次に動作について説明する。送信側本体1
201からの送信データを中継装置1202の通信モジ
ュール部1203にて受信する。データはI/O部12
04を通り、CPU部1205に出力する。CPU部1
205は再びI/O部1204、通信モジュール部12
07を介して受信側本体1208にデータを送信する。
受信側本体1208からの応答状態を基にCPU部12
05は受信側本体1208が受信可能か否かを判断す
る。受信可能でない場合、CPU部1205はデータを
RAM部1206に格納し、受信側本体1208が受信
可能となった後に再び送信する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の多層通信システ
ムにおいて、マスタとスレーブを多層に構成して中継
し、データ収集/転送制御するシステムでは、中継/転
送の構成とタイミング割付に工夫がなく、通信を終える
までに多大の時間がかかるという課題があった。また第
2の従来例は、送信側本体と受信側本体は1対1接続を
前提としており、多数の装置との情報収集/制御には適
用が困難であり、通用したとしても中継装置は、送信側
本体から受信側本体へデータ転送を不定期に延期するも
のであり、短時間にデータ収集/転送制御するには適し
ていない。
【0006】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、分散する多数の装置間で短時間に
データ入出力を行うシステムを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る多層デー
タ収集・転送制御システムは、多層階層の通信路を形成
してデータの中継を行うシステムにおいて、一定周期の
交信タイミングを設けて、中継装置となる中間階層の通
信装置は、中継データ記憶用メモリを備え、上位のマス
タとなる集中制御装置とは順次割当てられた交信タイミ
ング毎に交信を行なって中継データ記憶用メモリにデー
タを記憶し、次の一定周期では、メモリに記憶したデー
タを下位のスレーブとなる他の通信装置と複数の交信タ
イミングに分けて交信して転送するようにした。
【0008】また更に、中継装置は、複数の下位の通信
装置から所定の交信タイミング毎に分けてデータを受信
してメモリに記憶し、次の一定周期では、メモリに記憶
した下位通信装置からのデータをまとめてマスタへ割当
てられた交信タイミングで転送するようにした。
【0009】また更に、一定周期には同報タイミングを
設けて、中継装置は、この同報タイミングではマスタか
ら同報受信し、次の一定周期では、複数の下位の通信装
置に対して受信した同報を同報送信するようにした。
【0010】また更に、同期タイミング情報を設けて、
中継装置は、この同期タイミング情報を受信すると、次
の一定周期において同期タイミング情報に指定された交
信タイミングでデータを転送するようにした。
【0011】また更に、中継装置は、全中継データの受
信が一定周期内で自身の交信タイミング前であれば、全
中継データを同一の一定周期の交信タイミング行うよう
にしたした。
【0012】また更に、一定周期における交信タイミン
グの数を、マスタに対する中継装置数以下、または中継
装置に対する下位の通信装置数以下とした。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
システム構成を示すものである。集中制御装置101、
中継装置102、入出力装置103間を通信路で接続し
た階層構造をなす。図2は集中制御装置/中継装置/入
出力装置の3つの装置のH/W構成図である。図からも
判るように、各装置は、通信部分を除き同じ構成をとな
っている。図2において、201は通信制御の演算を行
うCPU部、202はこのCPU部のプログラムを格納
するROM部、203は通信データを一時保存するため
のRAM部、204はCPU部が通信部分にアクセスす
るためのI/O部である。通信モジュール部は無線を用
いて他の装置と通信する手段を備え、マスタ機能を持つ
もの205とスレーブ機能を持つもの206がある。2
07はセンサ入力や接点制御出力のための入出力インタ
フェース機能を持つ外部I/Oインタフェース部であ
る。
【0014】上位階層の装置はマスタ機能を持つ通信モ
ジュール部(以降、マスタと呼ぶ)により下位階層の装
置のスレーブ機能を持つ通信モジュール部(以降、スレ
ーブと呼ぶ)と通信する。システム内のどのマスタ・ス
レーブの関係において、マスタは同一数のスレーブと接
続する。この同一数を接続スレーブ数と呼ぶ。一方スレ
ーブは1つのマスタとしか接続しない。通常、接続スレ
ーブ数の最大値は制限される。図3はマスタが3つのス
レーブと接続した形態を示す。
【0015】図4にマスタとスレーブの通信を示す。図
でSが一定周期の期間である。通信は同報を除きポーリ
ング方式で行う。即ち初めにマスタからスレーブにデー
タを転送し、次にスレーブからマスタにデータを転送す
る。同報の場合、マスタは接続した全スレーブに接続ス
レーブ数を転送する。スレーブからのデータ転送はな
い。ポーリング及び同報通信は一定期間内に行われる。
これを通信期間Tと呼ぶ。また、マスタが全てのスレー
ブとデータ転送する期間をデータ通信フェーズ、全ての
スレーブに対し同報する期間を同報通信フェーズと呼
ぶ。
【0016】次に、マスタ/スレーブの番号として図3
中の番号を使用して、動作について説明する。同期通信
フェーズでは、図5に基づく以下の動作を行う。集中制
御装置のマスタは、接続する中継装置の全スレーブに対
し、(接続スレーブ数+1)×(通信期間)の周期で接
続スレーブ数を同報する。各中継装置は受信した接続ス
レーブ数から前記周期を計算し、同報を受信した丁度1
周期S後に接続する入出力装置の全スレーブに対し接続
スレーブ数を同報する。入出力装置は同様に周期を計算
し、同報を受信した丁度1周期後を外部入出力の同期タ
イミングとする。このように集中制御装置からの周期的
な同報と中継装置を介した同報の伝播により、全ての入
出力装置間で同期タイミングが図られる。
【0017】データ通信フェーズでは、以下の動作を行
う。図6による制御出力データの場合、集中制御装置
は、各中継装置のスレーブに向け各中継装置下に接続さ
れた入出力装置に対するデータをまとめて送信する。こ
の集中制御装置からの送信は、各中継装置に割り当てた
通信期間内で行われる。中継装置は受信したデータをR
AM内に保存する。次の周期で中継装置は保存したデー
タを分離し、各入出力装置のスレーブに向け送信する。
各入出力装置は受信したデータをその周期の同期タイミ
ングで出力インタフェースより出力する。
【0018】図7によるセンサ情報入力データの場合、
同期タイミングで入力インタフェースより入力する。次
の周期で各中継装置のマスタは入出力装置のスレーブか
ら各入出力装置に割り当てられた通信期間内にデータを
受信しそれぞれRAMに保存する。次の周期で集中制御
装置は、中継装置に保存されたデータをまとめて各中継
装置に割り当てられた通信期間内に受信する。この周期
の最後の同期タイミングで、集中制御装置は全ての入出
力装置から同期タイミングで入力したデータを受信完了
する。以上のような伝送制御することにより、システム
の全ての入出力装置で同期入出力を行うことができる。
【0019】この多層通信システムは、図5、図6から
明らかなように、下層のスレーブへの転送が周期タイミ
ング内に完了する、つまり転送データ長が短い場合に特
に効果を発揮する。この制約はフィールドシステムにお
いてはオン・オフ制御等の短いデータが多いので十分に
成立する。また、データ長がかなり長い場合であって
も、第1の従来例で述べたホールドモードを用いての切
換ではないので、時間短縮の効果がある。また、前記シ
ステムで中継装置を多段階層することにより、入出力装
置の個数を増やしより多くの入出力点数に対応すること
が可能となる。
【0020】以上の接続構成では、同報フェーズを設け
同期通信を行うようにしたものであるが、次に図8に、
同報フェーズなしに同期する実施形態を示す。即ち、集
中制御装置から中継装置へのデータ通信フェーズにおい
て、各中継装置への送信データ中にそのデータが送られ
る通信期間から数えていくつの通信期間後に同期タイミ
ングが起きるかという情報を埋め込む。例えば集中制御
装置(1−M)から中継装置(1−S1)への送信デー
タ中には「3」を埋め込む。中継装置は受信したデータ
から「3」を取り出し、「3」通信時間後、すなわち次
周期の最初の通信期間が同期タイミングであることを知
る。集中制御装置は通信期間が経過する毎に同期タイミ
ングから1を減算する。よって中継装置(1−S2)に
は「2」、中継装置(1−S3)には「1」の同期タイ
ミングを用いる。よって全ての中継装置は次周期の最初
の通信期間が同期タイミングであることを知る。制御出
力データは集中制御装置から各中継装置のスレーブにま
とめて送信され、各中継装置はそれをRAMに保存す
る。
【0021】同期タイミングを知った各中継装置のマス
タは、図8の2−M1ないし2−M3に示すように、次
の周期から同様にして同期タイミングを示す情報を埋め
込んだデータを入出力装置に送る。全ての入出力装置
は、続く周期の最初の通信期間が同期タイミングである
ことを知る。制御出力データは、各中継装置がRAMに
保存したデータを2−Sn1ないし2−Sn3で各入出
力装置向けに分離し送信する。入出力装置は、次の同期
タイミングで受信したデータを外部インタフェースに出
力する。
【0022】スレーブからマスタへの上りのデータ収集
について説明する。図9に示すように、センサ情報入力
データは、各入出力装置において同期タイミングで採取
し、1周期時間内に各入出力装置から中継装置のマスタ
にデータを送信する。中継装置は受信したデータをRA
Mに保存し、まとめて次の1周期時間内に集中制御装置
のマスタに送信する。
【0023】これらの接続構成においては、外部インタ
フェースでの入力と出力の同期タイミングが同じである
ことを前提とした。各入出力装置は同期タイミングを記
憶しているので、容易に入力のタイミングを1通信期間
前とすることができる。すると、図8と図9に示された
通信路における制御出力データとセンサ情報入力の周期
の区切りが一致する。各装置内で転送制御が容易とな
り、ROM内に格納するプログラムが単純化される。ま
た、階層毎のずれをなくしたので、同一プログラムで容
易に中継装置を多階層化することが出来る。
【0024】図8に示す接続構成では、制御出力データ
及び同期タイミングの伝送において階層間の遅延は1周
期とした。図11に示すシステムにおいては、受信に続
く通信期間から転送を開始する。集中制御装置が添付す
る同期タイミングは、図8のそれと同じである。中継装
置は受信した同期タイミングから1を減算したものを最
初の同期タイミングとし、通信期間が経過する毎に1減
算し、制御出力データに添付して入出力装置に送信す
る。減算した結果が0の場合は接続スレーブ数に戻す。
中継装置は制御出力データ及び同期タイミングを早期に
転送することによりRAMに保存するデータを減らすこ
とができる。
【0025】以上説明した接続構成では、装置間の伝送
路に無線を使用したが、もちろん有線を用いてもよい。
【0026】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、一定周
期の交信タイミングを設けて、中継装置は、マスタ及び
スレーブとは順次割当てられた交信タイミング毎に交信
を行なってデータを転送するようにしたので、中継によ
る伝送遅れが少なくなるという効果がある。
【0027】また更に、一定周期には同報タイミングを
設けたので、下位の通信装置への転送が一層短縮される
効果がある。
【0028】また更に、中継装置は、全中継データを同
一の一定周期の交信タイミング行うようにしたので、更
に更新時間を短縮できる効果がある。
【0029】また更に、一定周期における交信タイミン
グの数を、マスタに対する中継装置数以下、または中継
装置に対する下位の通信装置数以下としたので、中継交
信の時間を効率化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における多層データ
収集・転送制御システムの構成図である。
【図2】 実施の形態1における集中制御装置、中継装
置、入出力装置の内部構成を示す図である。
【図3】 実施の形態1におけるマスタと3台の中継装
置と9台の入出力装置の接続関係を示す図である。
【図4】 実施の形態1におけるマスタとスレーブ間の
交信タイミングを説明する図である。
【図5】 実施の形態1におけるマスタと中継装置間の
交信タイミングを説明する図である。
【図6】 実施の形態1におけるマスタと中継装置間の
交信タイミングを説明する図である。
【図7】 実施の形態1におけるマスタと中継装置間の
交信タイミングを説明する図である。
【図8】 実施の形態1におけるマスタと中継装置間の
交信タイミングを説明する図である。
【図9】 実施の形態1におけるマスタと中継装置間の
交信タイミングを説明する図である。
【図10】 実施の形態1におけるマスタと中継装置間
の交信タイミングを説明する図である。
【図11】 実施の形態1におけるマスタと中継装置間
の交信タイミングを説明する図である。
【図12】 第1の従来例のシステム構成を示す図であ
る。
【図13】 第2の従来例の構成を示す図である。
【符号の説明】
101 集中制御装置、102,102a,102b,
102c 中継装置、103 入出力装置、201 C
PU部、202 ROM部、203 RAM部、204
I/O部、205 通信モジュール部(マスタ)、2
06 通信モジュール部(スレーブ)、207 外部I
/Oインタフェース部、S 一定周期、T 交信タイミ
ング(通信期間)。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層階層の通信路を形成してデータの中
    継を行うシステムにおいて、 一定周期の交信タイミングを設けて、中継装置となる中
    間階層の通信装置は、中継データ記憶用メモリを備え、
    上位のマスタとなる集中制御装置とは順次割当てられた
    該交信タイミング毎に交信を行なって上記中継データ記
    憶用メモリにデータを記憶し、 次の上記一定周期では、上記メモリに記憶したデータを
    下位のスレーブとなる他の通信装置と複数の上記交信タ
    イミングに分けて交信して転送することを特徴とする多
    層データ収集・転送制御システム。
  2. 【請求項2】 中継装置は、複数の下位の通信装置から
    所定の交信タイミング毎に分けてデータを受信してメモ
    リに記憶し、 次の一定周期では、上記メモリに記憶した下位通信装置
    からのデータをまとめてマスタへ割当てられた交信タイ
    ミングで転送するようにしたことを特徴とする請求項1
    記載の多層データ収集・転送制御システム。
  3. 【請求項3】 一定周期には同報タイミングを設けて、
    中継装置は、該同報タイミングではマスタから同報受信
    し、 次の一定周期では、複数の下位の通信装置に対して上記
    受信した同報を同報送信するようにしたことを特徴とす
    る請求項1記載の多層データ収集・転送制御システム。
  4. 【請求項4】 同期タイミング情報を設けて、中継装置
    は、該同期タイミング情報を受信すると、次の一定周期
    において上記同期タイミング情報に指定された交信タイ
    ミングでデータを転送するようにしたことを特徴とする
    請求項1記載の多層データ収集・転送制御システム。
  5. 【請求項5】 中継装置は、全中継データの受信が一定
    周期内で自身の交信タイミング前であれば、上記全中継
    データを同一上記一定周期の交信タイミング行うように
    したしたことを特徴とする請求項1または請求項2記載
    の多層データ収集・転送制御システム。
  6. 【請求項6】 一定周期における交信タイミングの数
    を、マスタに対する中継装置数以下、または中継装置に
    対する下位の通信装置数以下としたことを特徴とする請
    求項1または請求項2記載の多層データ収集・転送制御
    システム。
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