JP2005250519A

JP2005250519A - ２重化システム

Info

Publication number: JP2005250519A
Application number: JP2004055662A
Authority: JP
Inventors: Akiomi Kadota; 章臣門田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】制御側の制御部がＩ／Ｏ装置への出力処理を完了するまで待機側制御部は待っていなければならず、システムの効率的な運用が出来なかったという課題を解決する。
【解決手段】制御側の制御部と待機側の制御部を入出力処理のタイミングで同期化し、かつ制御装置とＩ／Ｏ装置間の経路を動的に切り換えることによって、制御側制御部と待機側制御部でＩ／Ｏ装置への出力処理を分担させるようにした。制御側制御部が出力処理を行っている間余剰資源となっていた待機側制御部に書き込み処理を行わせることにより、システムのパフォーマンスを向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２重化されたシステムにおいて、待機側の装置を用いることによりＩ／Ｏ装置へのデータ書き込みを高速化することができる２重化システムに関するものである。

図４に２重化された制御システムの構成を示す。図４において、制御側ＦＣＳ(Field Control Station)７１と待機側ＦＣＳ７２とで２重化システムが構成されている。これら制御側ＦＣＳ７１内の記憶装置７１１と待機側ＦＣＳ７２内の記憶装置７２１は、ＦＣＳ間インターフェイス７３によって相互に参照および設定が出来るようにされている。ＦＣＳは制御部である。

制御側ＦＣＳ７１には２つのＩ／Ｏバスインターフェイス７１２および７１３が内蔵されている。Ｉ／Ｏバスインターフェイス７１２は通信バス８１を介してノードマスター８２、８４に、Ｉ／Ｏバスインターフェイス７１３は通信バス８１を介してノードマスター８３、８５に接続されている。

待機側ＦＣＳ７２にも２つのＩ／Ｏバスインターフェイス７２２および７２３が内蔵されている。Ｉ／Ｏバスインターフェイス７２２は通信バス８１を介してノードマスター８２、８４に、Ｉ／Ｏバスインターフェイス７２３は通信バス８１を介してノードマスター８３、８５に接続されている。

ノードマスター８２は通信バス９１を介してＩ／Ｏ装置９２〜９５に接続されている。同様に、ノードマスター８３も通信バス９１を介してＩ／Ｏ装置９２〜９５に接続されている。また、ノードマスター８４，８５は、通信バス９１を介してＩ／Ｏ装置９６〜９９に接続されている。

このような構成において、制御側ＦＣＳ７１がＩ／Ｏ装置９８に、待機側ＦＣＳ７２がＩ／Ｏ装置９９に同時にアクセスしようとすると、ノードマスター８５でアクセスフレームの衝突が発生し、どちらのＦＣＳも共にＩ／Ｏ装置９８，９９に書き込みを行うことができない。

そのため、制御側ＦＣＳ７１のみ制御アプリケーションの演算結果をＩ／Ｏ装置９２〜９９に出力して、アクセスフレームの衝突を避けるようにしている。制御側ＦＣＳ７１は制御権を保持しているという。待機側ＦＣＳ７２は制御側ＦＣＳ７１と同じ動作を行っており、制御側ＦＣＳ７１に異常が発生したときに制御権を獲得して制御側ＦＣＳとして動作する。

待機側ＦＣＳ７２もＩ／Ｏ装置への書き込みを行うことができる２重化システムも存在する。この場合、制御側ＦＣＳ７１はノードマスター８４を用いてＩ／Ｏ装置９８にアクセスし、待機側ＦＣＳ７２はノードマスター８５を用いてＩ／Ｏ装置９９にアクセスする。すなわち、Ｉ／Ｏ装置への書き込み時に衝突しないような経路を選択してＩ／Ｏ装置に書き込みを行うようにする。

特開２００３−１８６６９２号公報

しかし、このような２重化システムには、次のような課題があった。制御側ＦＣＳ７１にのみＩ／Ｏ装置９２〜９９への書き込みを許可する構成の２重化システムでは、制御側ＦＣＳ７１が書き込み処理を完了するまで、待機側ＦＣＳ７２は制御アプリケーション内の出力処理を開始したコンテキストで待機していなければならない。そのため、待機側ＦＣＳ７２の資源が余剰になって、全体のパフォーマンスが低下してしまうという課題があった。

また、アクセスフレームが衝突しないような経路を選択することにより、待機側ＦＣＳ７２がＩ／Ｏ装置への書き込みを許可する構成の２重化システムでは、Ｉ／Ｏ装置への出力処理を行う度に、制御側ＦＣＳ７１と待機側ＦＣＳ７２との間でどの経路を使用するかを通知して相互排他となる経路を選択しなければならず、制御が複雑になるという課題があった。

既存の同期通信の仕組みを利用することによって、この複雑さはある程度回避することはできる。しかし、制御側ＦＣＳ７１のみが全てのＩ／Ｏ装置への書き込み処理を行う場合に比べてそれほど効率の改善を行うことが出来ないという課題もあった。

従って本発明が解決しようとする課題は、待機側制御部の余剰資源を有効に活用することによって、システム全体のパフォーマンスを改善することができる２重化システムを提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数のＩ／Ｏ装置と、
入出力処理のタイミングで同期して動作する複数の制御部で２重化され、前記複数のＩ／Ｏ装置への書き込みを前記複数の制御部で分担して処理する制御装置と、
前記制御装置および前記複数のＩ／Ｏ装置を接続し、多重化された通信路と、
を具備するようにしたものである。出力処理を効率化できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記通信路は、全経路の交差ポイントにおいて、データ交換の度に経路を動的に切り換えるように構成され、経路上での出力処理を並列的に行えるようにしたものである。出力処理を効率化できる。

請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記制御部はフィールドコントロールステーションであることを特徴としたものである。プロセス制御装置に適用できる。

請求項４記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記制御装置はフォールトトレラントサーバであることを特徴としたものである。無停止システムに適用できる。

請求項５記載の発明は、請求項１若しくは請求項４いずれかに記載の発明において、
前記Ｉ／Ｏ装置はフィールド機器であることを特徴としたものである。プロセス制御装置に適用できる。

請求項６記載の発明は、請求項１若しくは請求項５いずれかに記載の発明において、
前記Ｉ／Ｏ装置はサーバであることを特徴としたものである。ネットワークシステムに適用できる。

請求項７記載の発明は、請求項１若しくは請求項６いずれかに記載の発明のおいて、
前記複数の制御部に前記Ｉ／Ｏ装置のいずれの書き込み処理を分担させるかは、前記Ｉ／Ｏ装置の物理的な配置に従って決定するようにしたものである。効率的な分担ができる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
２重化システムにおいて、待機側の制御部を含む複数の制御部にＩ／Ｏ装置への書き込み処理を分担させるようにした。

これまで余剰資源となっていた待機側の制御部に出力処理を行わせることにより制御側制御部と待機側制御部で並行処理が可能になる。そのため、主力処理に要する時間が短縮され、システム全体のパフォーマンスを向上させることができるという効果がある。

また、通信路中の交差ポイントで動的な経路選択を行うことにより、異なるポイント間のデータ交換であれば重畳して出力処理を行うことが出来るという効果もある。さらに、同期ポイントにおける出力処理に要する時間を短縮することができるので、結果としてシステム全体のパフォーマンスを向上させることができるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る２重化システムの一実施例を示す構成図である。図１において、１１は制御側ＦＣＳ(Field Control Station)であり、記憶装置１１１およびネットワークインターフェイス１１２，１１３を内蔵している。１２は待機側ＦＣＳであり、記憶装置１２１およびネットワークインターフェイス１２２、１２３を内蔵している。１３はＦＣＳ間インターフェイスである。記憶装置１１１と１２１は、このＦＣＳ間インターフェイス１３を介して相互にデータの参照および設定ができる。

２３〜２６はスイッチングハブに相当するノードマスターである。これらノードマスター２３〜２６内にはそれぞれスイッチ２３１，２４１，２５１、２６１が内蔵され、内部の経路を切り換えることが出来るようになっている。

制御側ＦＣＳ１１内のネットワークインターフェイス１１２は、通信バス１４を介してノードマスター２３および２５に接続されている。同様に、ネットワークインターフェイス１１３は通信バス１４を介してノードマスター２４と２６に接続されている。

待機側ＦＣＳ１２内のネットワークインターフェイス１２２は、通信バス１４を介してノードマスター２３および２５に接続されている。同様に、ネットワークインターフェイス１２３は通信バス１４を介してノードマスター２４と２６に接続されている。

３１〜３８はＩ／Ｏ装置である。Ｉ／Ｏ装置３１〜３４は通信バス２７を介してノードマスター２３と２４に接続されている。また、Ｉ／Ｏ装置３５〜３８は通信バス２７を介してノードマスター２５と２６に接続されている。

この２重化システムでは、通信バス１４と２７をはじめ、全ての経路は２重化されている。また、経路が交差する部位では、入出力処理に伴うデータ交換が同一経路上に発生しないように、動的に切り換えることができるようになっている。スイッチ２３１，２４１，２５１、２６１はこの切り換えに用いられる。すなわち、制御側ＦＣＳ１１と待機側ＦＣＳ１２がそれぞれ異なるＩ／Ｏ装置をアクセスしている限りは、同時にアクセスしても経路が異なるためにデータの衝突が発生することはない。

また、制御側ＦＣＳ１１と待機側ＦＣＳ１２との間で、制御アプリケーションの実行がＩ／Ｏ装置への入出力処理のタイミングで同期化されているものとする。このタイミングを同期ポイントと呼ぶ。

この同期ポイントでは、制御側ＦＣＳ１１と待機側ＦＣＳ１２で実行される制御アプリケーションへの入出力データおよび制御演算結果がメモリ上で等価になっている。これを可能にするために、ＦＣＳ間インターフェイス１３を用いて記憶装置１１１と１２１の間で相互にデータの参照、設定が出来るようにされている。

図１に示した構成の２重化システムでは、制御側ＦＣＳ１１、待機側ＦＣＳ１２およびＩ／Ｏ装置３１〜３８は固有の独立したノードとして認識される。すなわち、このシステム上の全ての入出力処理はポイントツーポイント(point to point)プロトコルに従い、Ｉ／Ｏ装置３１〜３８と制御側ＦＣＳ１１，待機側ＦＣＳ１２間の入出力処理は全て固有のイベントとして扱われる。

例えば、制御側ＦＣＳ１１からＩ／Ｏ装置３６内のメモリへの書き込み処理と、待機側ＦＣＳ１２から同じＩ／Ｏ装置３６内のメモリへの書き込み処理はそれぞれ個別に処理される。そのため、制御側ＦＣＳ１１と待機側ＦＣＳ１２のいずれも、このメモリ書き込み処理に対する正しい結果を受け取ることができる。

このように構成された２重化システムでは、制御側ＦＣＳ１１を用いてＩ／Ｏ装置３１〜３８に書き込みを行っても、待機側ＦＣＳ１２を用いてＩ／Ｏ装置３１〜３８に書き込みを行っても同じ結果が得られる。従って、Ｉ／Ｏ装置３１〜３８への書き込みを、制御側ＦＣＳ１１と待機側ＦＣＳ１２とで分担して行うことにより、効率を改善することができる。

制御側、待機側のどちらのＦＣＳで書き込みを行うかは、予め決められたスケジュールに従って決定する。図２に出力先の割付の一例を示す。図２において、○印は書き込むことを表し、−印は書き込まないことを表す。すなわち、Ｉ／Ｏ装置３１，３３，３５，３７は制御側ＦＣＳ１１で書き込み、Ｉ／Ｏ装置３２，３４，３６，３８は待機側ＦＣＳ１２で書き込むようにする。この割付表を記憶装置１１１，１２１に格納し、各ＦＣＳはこの割付表を参照して出力するかどうかを決定する。

なお、制御側ＦＣＳにトラブルが発生すると待機側ＦＣＳと役割を交換するが、そのときに図２の割付も変えてもよいし、変えなくてもよい。

また、割付は図２の例に限られることはない。システムに接続されたＩ／Ｏ装置の物理的な配置に従い、隣接するＩ／Ｏ装置を一定範囲毎にまとめ、それらを各々のＦＣＳ担当分として登録する方法などが考えられる。さらに、動的に割付を変更するようにしてもよい。

図３に、本発明の他の実施例を示す。この実施例はフォールトトレラントサーバシステムに適用した例を示す。図３において、４はフォールトトレラントサーバであり、制御側ＣＰＵ４１と待機側ＣＰＵ４３、およびこれらのＣＰＵを接続するＦＤＤＩリング４２で構成されている。

５２〜５５はスイッチであり、それぞれ通信バス５１によって制御側ＣＰＵ４１と待機側ＣＰＵ４３に接続されている。６２〜６５はＩ／Ｏ装置としてのサーバである。スイッチ５２と５３は通信バス６１によってサーバ６２と６３に接続されている。また、スイッチ５４と５５は通信バス６１によってサーバ６４と６５に接続されている。なお、通信バス５１、６１は多重化構成され、各経路が交差する点では、入出力処理に伴うデータ交換が同一経路で発生しないように、動的に切り換える機能を有している。

フォールトトレラントサーバ４は制御側ＣＰＵ４１と待機側ＣＰＵ４３で２重化システムが構成されている。また、バックボーンバスＦＤＤＩリング４２を用いて、サーバ６２〜６５に書き込むＩ／Ｏ処理のタイミングで制御側ＣＰＵ４１と待機側ＣＰＵ４３が同期化できるものとする。

このような構成では、図１実施例で説明したように、サーバ６２〜６５への書き込みを、制御側ＣＰＵ４１と待機側ＣＰＵ４３で分担して行うようにすることができる。フォールトトレランスサーバ４がサーバ６２〜６５から読み込みを行うときは何らかの工夫が必要であるが、サーバ６２〜６５への書き込み処理ではパフォーマンスの向上が期待できる。
なお、Ｉ／Ｏ装置はフィールド機器であってもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。出力先割付表を例を示す図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。従来の２重化システムの構成図である。

符号の説明

１１制御側ＦＣＳ
１１１、１２１記憶装置
１１２、１１３，１２２、１２３ネットワークインターフェイス
１４，２７通信バス
２３〜２６ノードマスター
２３１、２４１，２５１、２６１スイッチ
３１〜３８Ｉ／Ｏ装置
４フォールトトレラントサーバ
４１制御側ＣＰＵ
４２ＦＤＤＩリング
４３待機側ＣＰＵ
５２〜５５スイッチ
６２〜６５サーバ

Claims

複数のＩ／Ｏ装置と、
入出力処理のタイミングで同期して動作する複数の制御部で２重化され、前記複数のＩ／Ｏ装置への書き込みを前記複数の制御部で分担して処理する制御装置と、
前記制御装置および前記複数のＩ／Ｏ装置を接続し、多重化された通信路と、
を有することを特徴とする２重化システム。
前記通信路は、全経路の交差ポイントにおいて、データ交換の度に経路を動的に切り換えるように構成され、経路上での出力処理を並列的に行えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の２重化システム。
前記制御部はフィールドコントロールステーションであることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の２重化システム。
前記制御装置はフォールトトレラントサーバであることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の２重化システム。
前記Ｉ／Ｏ装置はフィールド機器であることを特徴とする請求項１若しくは請求項４いずれかに記載の２重化システム。
前記Ｉ／Ｏ装置はサーバであることを特徴とする請求項１若しくは請求項５いずれかに記載の２重化システム。
前記複数の制御部に前記Ｉ／Ｏ装置のいずれの書き込み処理を分担させるかは、前記Ｉ／Ｏ装置の物理的な配置に従って決定するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項６いずれかに記載の２重化システム。