JP2006174422A - 通信装置および障害通知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信ネットワーク全体のコストアップを抑制しつつ、イーサネットを用いてリング配線方式を構築できるようにする。
【解決手段】ＳＴＰ機能を有するスイッチ部１０を、既存の情報収集機能や制御機能を有する機能処理部２０と同一半導体チップ１００上に形成して機能処理部２０と接続し、ＳＴＰに基づき、フィールドバス５を介して機能処理部２０と他の装置との間のデータ通信を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信装置に関し、特にイーサネット（Ethernet：登録商標）を介して他の通信装置と接続される通信装置に関する。

ビル設備やプラント設備を監視制御する監視制御システムでは、情報収集機能や制御機能などの各種機能を有する機器を通信装置として通信ネットワークを介して接続し、これら通信装置からの情報に基づき中央監視装置で個々の設備を監視制御するものとなっている。このような監視制御システムでは、通信ネットワークとしてイーサネットが用いられている。

イーサネットでは、複数の通信装置を接続する際、ハブやスイッチに各通信装置をそれぞれ接続するスター配線方式が基本である。このようなスター配線方式は、比較的規模の小さいオフィス環境には適合するものの、ビル設備やプラント設備などの大規模な設備には必ずしも適合しない。その理由としては、スター配線方式では、ハブやスイッチと各通信装置とをそれぞれ個別の配線を介して接続する必要があり、これに伴って配線が複雑化し、配線工事やメンテナンスの作業負担が増大するからである。

従来、このようなイーサネットにおいて、各通信装置をリング配線方式で接続するイーサネットスイッチが提案されている（例えば、非特許文献１など参照）。
このイーサネットスイッチは、通信経路の冗長化を実現するＳＴＰ(スパニング・ツリー・プロトコル：Spanning Tree Protocol)機能を用いて、渡り配線を介してリング型に複数の通信装置を接続する中継装置である。これらイーサネットスイッチをリング配線方式で接続し、それぞれのイーサネットスイッチに通信装置を接続することにより、スター配線方式を採用することなく複数の通信装置をイーサネットで接続することができる。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
http://japan.moxa.com、2003、Moxa Technologies

しかしながら、このような従来技術では、通信装置ごとにイーサネットスイッチを設ける必要があり、通信ネットワーク全体の大幅なコストアップの要因となるという問題点があった。また、コストダウンのため機能を削減した場合、障害発生およびその障害場所の特定を正確に行うことができないという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、通信ネットワーク全体のコストアップを抑制しつつ、イーサネットを用いてリング配線方式を構築できる通信装置および障害通知方法を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる通信装置は、他の装置と各種データをやり取りすることにより所定の機能を実現する機能処理部を有し、イーサネット準拠のフィールドバスを用いて他の装置とリング配線方式で接続される通信装置であって、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、フィールドバスを介した機能処理部と他の装置との間のデータ通信を制御するスイッチ部と、機能処理部およびスイッチ部を構成する信号処理回路が集積回路として形成された半導体チップとを備えている。

この際、スイッチ部の具体例として、それぞれに接続されたフィールドバスの端点を物理レイヤで終端制御する２つの通信ポートと、通信ポートごとに設けられ当該通信ポートを介して他の装置からのフレームを受信する２つの受信処理部と、通信ポートごとに設けられ当該受信処理部で受信したフレームを一時的に格納する２つのキューバッファと、通信ポートごとに設けられ他方のキューバッファに格納されているフレームを当該通信ポートを介して他の装置へ送信する送信処理部と、キューバッファに格納されている当該装置宛てのフレームを機能処理部へ出力するとともに、機能処理部から受け取った他の装置宛てのフレームをキューバッファに格納する通信制御部とを備えてもよい。

また、スイッチ部に、フィールドバスを介して当該通信装置に隣接されている２つの隣接装置との間で定期的にやり取りされる物理レイヤ上のリンク信号をそれぞれ監視するリンク信号監視手段を設け、機能処理部に、リンク信号監視手段により一方の隣接装置側からのリンク信号の異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いてスイッチ部から任意のメールサーバへ障害検出通知メールを送信するメール送信手段を設けてもよい。

あるいは、スイッチ部に、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき各通信装置を制御するスイッチ装置からフィールドバス上を巡回するよう定期的に送信されるデータリンクレイヤ上のチェックメッセージを監視するチェックメッセージ監視手段を設け、機能処理部に、チェックメッセージ監視手段により一方の隣接装置側からのチェックメッセージの異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いてスイッチ部から任意のメールサーバへ障害検出通知メールを送信するメール送信手段を設けてもよい。

また、本発明にかかる障害通知方法は、イーサネット準拠のフィールドバスを用いて他の装置とリング配線方式で接続される通信装置で用いられる障害通知方法であって、半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなるスイッチ部により、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、フィールドバスを介した機能処理部と他の装置との間のデータ通信を制御するスイッチステップと、半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなる機能処理部により、スイッチ部を介して他の装置と各種データをやり取りすることにより所定の機能を実現する機能処理ステップとを備え、スイッチステップに、フィールドバスを介して当該通信装置に隣接されている２つの隣接装置との間で定期的にやり取りされる物理レイヤ上のリンク信号をそれぞれ監視するリンク信号監視ステップを設け、機能処理ステップに、リンク信号監視ステップにより一方の隣接装置側からのリンク信号の異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いてスイッチ部から任意のメールサーバへ障害検出通知メールを送信するメール送信ステップを設けてもよい。

また、本発明にかかる他の障害通知方法は、イーサネット準拠のフィールドバスを用いて他の装置とリング配線方式で接続される通信装置で用いられる障害通知方法であって、半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなるスイッチ部により、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、フィールドバスを介した機能処理部と他の装置との間のデータ通信を制御するスイッチステップと、半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなる機能処理部により、スイッチ部を介して他の装置と各種データをやり取りすることにより所定の機能を実現する機能処理ステップとを備え、スイッチステップに、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき各通信装置を制御するスイッチ装置からフィールドバス上を巡回するよう定期的に送信されるデータリンクレイヤ上のチェックメッセージを監視するチェックメッセージ監視ステップを設け、機能処理ステップに、チェックメッセージ監視ステップにより一方の隣接装置側からのチェックメッセージの異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いてスイッチ部から任意のメールサーバへ障害検出通知メールを送信するメール送信ステップを設けてもよい。

本発明によれば、ＳＴＰ機能を有するスイッチ部と既存の情報収集機能や制御機能などの各種機能を実現する機能処理部とが同一半導体チップ上に形成されているため、通信装置ごとにＳＴＰスイッチを外付けする場合と比較して、装置構成やコネクタなどの部材コスト、さらには製造コストが不要となる。
したがって、ビル設備やプラント設備を監視制御する規模の大きい監視制御システムであっても、通信ネットワーク全体のコストアップを抑制しつつ、イーサネットを用いてリング配線方式を構築できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置が適用される監視制御システムの構成を示すブロック図である。
監視制御システムは、情報収集機能や制御機能などの各種機能を有する通信装置１と通信ネットワークを介して接続し、これら通信装置１からの情報に基づき中央監視装置４で個々の設備を監視制御するシステムである。

この監視制御システムは、通信装置１、ＳＴＰスイッチ２、コントローラ３、および中央監視装置４から構成されている。
各通信装置１は、それぞれＳＴＰ機能を有するスイッチ部を備え、このスイッチ部を介してフィールドバス５にリング配線方式で接続されている。フィールドバス５は、イーサネット規格に準拠したリング型の通信回線であり、ＳＴＰ機能を有するＳＴＰスイッチ２に接続されている。
ＳＴＰスイッチ２は、１つ以上のフィールドバス５を終端制御する機能と、通信回線６を介してコントローラ３と接続する機能と、フィールドバス５に接続された各通信装置１とコントローラ３との間でデータを中継転送する機能とを有している。

コントローラ３は、上位ネットワーク７を介して中央監視装置４と接続する機能と、通信回線６を介して１つ以上のＳＴＰスイッチ２と接続する機能と、ＳＴＰスイッチ２を介して任意の通信装置１とデータ通信を行うことにより、通信装置１で収集された各種情報を取得して中央監視装置４へ通知する機能と、中央監視装置４からの指示、あるいは予め設定された制御プログラムに基づいて、ＳＴＰスイッチ２を介して任意の通信装置１とデータ通信を行うことにより、当該通信装置１の動作を制御する機能とを有している。

本実施の形態では、各通信装置１のスイッチ部の信号処理回路を、情報収集機能や制御機能などの各種機能を構成する機能処理部の信号処理回路とともに、同一半導体チップ上に形成し、このスイッチ部を介してフィールドバス５へリング配線方式で接続するようにしたものである。

［通信装置］
次に、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置のスイッチ部の構成を示すブロック図である。

通信装置１は、主な回路構成として、スイッチ部１０と機能処理部２０と有しており、これら信号処理回路は、集積回路としてＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)などの同一半導体チップ１００上に形成されている。ＦＰＧＡとは、ハードウェアを設計データによって、動的に（使用時に）作り変えることができるゲートアレイである。小さなロジック・モジュールを組み合わせて設計できるため、自由度が高く、ゲートの使用効率が高いという長所がある。

機能処理部２０は、ＣＰＵや専用の演算処理回路などからなり、他の装置と各種データをやり取りすることにより、情報収集機能や制御機能などの各種機能を実現する。
スイッチ部１０は、機能処理部と接続するとともに、フィールドバス５を介して他の装置と接続し、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、フィールドバス５を介した機能処理部２０と他の装置との間のデータ通信を制御するＳＴＰ機能を有し、フィールドバス５にリング配線方式で接続されている。ＳＴＰは、イーサネットなどのネットワーク上でループを防止しながら、パスの冗長性を実現するレイヤ２リンク管理プロトコルであり、IEEE802.1d に準拠したブリッジおよびスイッチ上で動作する。

このスイッチ部１０には、リング配線方式を実現するフィールドバス５に接続するため２つの通信系統Ａ，Ｂが設けられている。このうち、一方の通信系統Ａは、通信ポートＡ（１１Ａ）、受信処理部Ａ（１２Ａ）、キューバッファＡ（１３Ａ）、および送信処理部Ａ（１４Ａ）から構成され、他方の通信系統Ｂは、通信ポートＢ（１１Ｂ）、受信処理部Ｂ（１２Ｂ）、キューバッファＢ（１３Ｂ）、および送信処理部Ｂ（１４Ｂ）から構成されている。また、スイッチ部１０には、これら通信系統Ａ，Ｂを一括制御する通信制御部１５が設けられている。

通信ポートＡ，Ｂは、それぞれに接続されたフィールドバス５の端点を物理レイヤで終端制御する機能を有している。
受信処理部Ａ，Ｂは、通信ポートＡ，Ｂごとに設けられ、従来の通信装置が持つ物理レイヤインターフェースと同様の、メディアに依存しないＭＩＩ（Media Independent Interface）インターフェースで接続した通信ポートＡ，Ｂからデータを受信する機能と、その受信データについてプリアンブル廃棄、ＣＲＣチェック、宛先ＭＡＣアドレス確認などの受信処理を行う機能とを有している。

キューバッファＡ，Ｂは、通信ポートＡ，Ｂごとに設けられ、受信処理部Ａ，Ｂで受信処理されたフレームや通信制御部１５から出力されたフレームを一時的に格納するバッファである。
送信処理部Ａ，Ｂは、通信ポートＡ，Ｂごとに設けられ、対向する通信系統のキューバッファＢ，Ａから順次フレームを読み出す機能と、読み出したフレームを送信フレームとしてＭＩＩインターフェースでＩＰ接続した通信ポートＡ，Ｂへ出力する機能と、その際、当該送信フレームについてＣＳＭＡ／ＣＤ、プリアンブル再生、フロー制御などの送信処理を行う機能とを有している。

通信制御部１５は、ＳＴＰに基づいて、自ノードフレーム送受信、ＭＡＣアドレス・テーブル管理、障害処理などの通信制御を行う回路部であり、具体的には、ＭＩＩインターフェースを介して接続した機能処理部２０とフレームをやり取りする機能と、キューバッファＡ，Ｂに格納されている当該装置宛てのフレームを機能処理部２０へ出力するとともに、機能処理部２０から受け取った他の装置宛てのフレームをキューバッファＡ，Ｂに格納する機能と、必要に応じて中央監視装置４に電子メールを送信する要求を割込信号線１６を介して機能処理部２０へ通知する機能とを有している。

［通信装置の動作］
次に、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置の動作について詳細に説明する。
このスイッチ部１０には、監視制御システム上、あるいはフィールドバス５上で固有のアドレスが割り当てられており、上記のような２系統の構成により、ストア＆フォワード方式、半二重／全二重自動認識などによりレイヤ２スイッチを構成する。また、ＳＴＰ(スパニング・ツリー・プロトコル：Spanning Tree Protocol)の通信機能を用いて冗長化を実現する。

スイッチ部１０の通信制御部１５は、通信ポートＡ，Ｂを介して受信されキューバッファＡ，Ｂに格納されているフレームのＭＡＣアドレスをチェックしており、自ノードＭＡＣアドレスを宛先アドレスに持つフレームをキューバッファＡ，Ｂから取得して機能処理部２０へ出力する。自ノードＭＡＣアドレスを宛先アドレスに持たないフレームについては、キューバッファＡ，Ｂから読み出し、送信処理部Ｂ，Ａから他方の通信ポートを介してフィールドバス５へ転送する。

また、通信制御部１５は、機能処理部２０から送信フレームを受け取ってキューバッファＡ，Ｂへ格納することにより、フィールドバス５へ送信する。
また、通信制御部１５は、障害処理により他の通信装置との間で回線チェックを行い、障害が発生していないか常時チェックしている。

このように、本実施の形態によれば、ＳＴＰ機能を有するスイッチ部１０を、既存の情報収集機能や制御機能を有する機能処理部２０と同一半導体チップ１００上に形成して機能処理部２０と接続するようにしたので、通信装置ごとにＳＴＰスイッチを外付けする場合と比較して、装置構成やコネクタなどの部材コスト、さらには製造コストが不要となる。
したがって、ビル設備やプラント設備を監視制御する規模の大きい監視制御システムであっても、通信ネットワーク全体のコストアップを抑制しつつ、イーサネットを用いて冗長性を持つリング配線方式を構築できる。

また、機能処理部２０については、既存の通信装置が有する従来の物理レイヤインターフェースと同様のＭＩＩインターフェースでスイッチ部１０と接続するようにしたので、機能処理部２０側についてこれまでのソフトウェアを利用でき、ソフトウェア改造に要するコストアップを抑制できる。

［第２の実施の形態］
次に、図１および図２を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる通信装置について説明する。なお、本発明の第２の実施の形態にかかる通信装置の構成については、前述した第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
ＳＴＰプロトコルでは、フィールドバス５で接続される各通信装置のうちのいずれかがルート（ＲＯＯＴ）となって、プロトコルを制御するものと規定されている。この際、各通信装置のうち、それぞれの通信装置に設定されているプロトコル優先順位（プライオリティ）が最も高い装置がルートとなる。また、後からフィールドバス５接続された通信装置のプロトコル優先順位がそれまでのルートより高い場合、ルートの変更処理が発生し、データ通信が一時中断する。

本実施の形態では、通常、市販されているＳＴＰスイッチ２のプロトコル優先順位は、中レベルに設定されていることに着目し、スイッチ部１０の通信制御部１５に設定するプロトコル優先順位を最低レベルに設定するようにしたので、通信装置１が後からフィールドバス５に接続された場合でも、例えば通信装置１で電源オン／オフが行われた場合でも、リング配線方式で接続される各通信装置間で、ルート決定のためのプロトコル優先順位に変更が生じず、不用なルート変更処理の発生を回避でき、これに起因するデータ通信の中断を抑止できる。

なお、図１では、ＳＴＰスイッチ２で複数のリング配線方式を構築する場合について説明したが、各ＳＴＰスイッチ２で１つのリング配線方式のみを構築してもよい。また、図３に示すように、コントローラ３に通信装置１と同様のスイッチ部を設けて、リング配線方式を構築し、さらには上位ネットワークを構築するようにしてもよい。
また、図３に示すように、フィールドバス５で接続される各通信装置のうちの１つとして、複数のリング配線方式を構築できるＳＴＰスイッチ２を用いることにより、複数のリング配線方式を多段接続するようにしてもよく、ビル設備やプラント設備を監視制御する大規模な監視制御システムであっても、各通信装置を効率よく接続することができる。

［第３の実施の形態］
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置について説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置が適用される監視制御システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、前述した第１の実施の形態にかかる通信装置および監視制御システムにおいて、各通信装置１をリング配線方式で接続するフィールドバス５の異常を各通信装置１で検出し、その障害位置を通知する場合について説明する。

第１の実施の形態の監視制御システム（図１参照）と比較して、本実施の形態にかかる各通信装置１（１Ａ〜１Ｎ）には、隣接する通信装置１やＳＴＰスイッチ２との間を結ぶフィールドバス５のリンク５Ａ〜５Ｎ，５０，５１での障害や、各通信装置１での障害を検出する機能を有している。

また、図４に示すように、本実施の形態第１の実施の形態の監視制御システム（図１参照）と比較して、本実施の形態にかかる監視制御システムにはメールサーバ８が新たに設けられており、スイッチ７Ａを介して上位ネットワーク７に接続されている。メールサーバ８は、各種電子メールを送受信する一般的なメールサーバからなり、通信装置１で検出された通信障害を示す障害検出通知メールを、通信装置１からＳＴＰスイッチ２、通信回線６、コントローラ３、上位ネットワーク７、およびスイッチ７Ａを介して受信し、中央監視装置４からのアクセスに応じて障害検出通知メールの内容を中央監視装置４へ通知する。

［通信装置］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置について詳細に説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のスイッチ部の構成を示すブロック図である。図６は、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置の通信制御部と機能処理部の詳細構成を示すブロック図である。

前述した第１の実施の形態にかかる通信装置と比較して、本実施の形態にかかる通信装置１（１Ａ〜１Ｎ）には、フィールドバス５を介したデータ通信に対する障害を検出するための機能手段が設けられている。
図６に示すように、スイッチ部１０の通信制御部１５には、ＳＴＰ制御手段１５Ａ、リンク信号制御手段１５Ｂ、リンク信号監視手段１５Ｃ、チェックメッセージ検出手段１５Ｄ、およびチェックメッセージ監視手段１５Ｅが設けられている。また、機能処理部２０には、メール送信手段２２が設けられている。

ＳＴＰ制御手段１５Ａは、キューバッファＡ，Ｂと各種データをやり取りする機能と、データバス１８を介して機能処理部２０と各種データをやり取りする機能と、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、フィールドバス５を介した機能処理部２０と他の装置との間のデータ通信を制御する機能を有している。

リンク信号制御手段１５Ｂは、通信ポートＡを介して隣接通信装置との間でリンク信号Ａ（１７Ａ）をやり取りする機能と、通信ポートＢを介して隣接通信装置との間でリンク信号Ｂ（１７Ｂ）をやり取りする機能とを有している。リンク信号(Link Signaling)Ａ，Ｂは、例えばイーサネットでデータ通信を行う際に用いる物理レイヤ上のフレームの隙間などのタイミングに、隣接する通信装置間で周期的にやり取りされる。

リンク信号監視手段１５Ｃは、リンク信号制御手段１５Ｂで受信された隣接通信装置からのリンク信号Ａ，Ｂの周期や内容に基づきその正常性を監視する機能と、リンク信号Ａ，Ｂの異常に応じて隣接通信装置とのデータ通信について障害を検出した場合は、その障害を検出したリンクを割込信号１６Ａにより機能処理部２０のメール送信手段２２へ通知する機能とを有している。

チェックメッセージ検出手段１５Ｄは、通信ポートＡおよび受信処理部Ａを介してキューバッファＡに格納された、ＳＴＰスイッチ２からのチェックメッセージや、通信ポートＢおよび受信処理部Ｂを介してキューバッファＢに格納された、ＳＴＰスイッチ２からのチェックメッセージを検出する機能を有している。チェックメッセージは、ＳＴＰスイッチ２からフィールドバス５上の各通信装置１を巡回するよう定期的に送信されるデータリンクレイヤ上のメッセージである。

チェックメッセージ監視手段１５Ｅは、チェックメッセージ検出手段１５Ｄで検出されたチェックメッセージの周期や内容に基づきその正常性を監視する機能と、チェックメッセージの異常に応じて隣接通信装置とのデータ通信について障害を検出した場合は、その障害を検出したリンクを割込信号１６Ｂにより機能処理部２０のメール送信手段２２へ通知する機能とを有している。

メール送信手段２２は、データバス１８および内部バス２１を介して通信制御部１５のＳＴＰ制御手段１５Ａと各種データをやり取りする機能と、リンク信号監視手段１５Ｃからの割込信号１６Ａやチェックメッセージ監視手段１５Ｅからの割込信号１６Ｂに応じて、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含むメールサーバ８宛の障害検出通知メールを生成する機能と、割込信号１６Ａ，１６Ｂで通知された障害発生リンクとは反対側のリンク、すなわち障害が検出されていない隣接装置側のフィールドバス５を用いた障害検出通知メールの送信をＳＴＰ制御手段１５Ａへ指示する機能とを有している。

ＳＴＰスイッチ２は、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づきフィールドバス５を介して各通信装置１とデータ通信を行うとともに、これら通信装置１を制御するため、通信装置１と同様のＳＴＰ制御手段１５Ａ、リンク信号制御手段１５Ｂ、リンク信号監視手段１５Ｃ、チェックメッセージ検出手段１５Ｄ、チェックメッセージ監視手段１５Ｅに加えて、チェックメッセージを周期的に送信するチェックメッセージ送信手段を備えている。

［第３の実施の形態の動作］
次に、図７および図８を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のリンク信号監視動作について説明する。図７は、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のリンク信号監視処理を示すフローチャートである。図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のリンク信号監視動作を示すシーケンス図である。

通信装置１は、通信制御部１５および機能処理部２０により、図７のリンク信号監視処理を行っている。
まず、通信制御部１５は、リンク信号制御手段１５Ｂにより、常時、隣接通信装置１との間でリンク信号Ａ，Ｂを相互にやり取りし、リンク信号監視手段１５Ｃにより、隣接通信装置１からのリンク信号Ａ，Ｂについて検出周期や内容に基づき正常性をチェックする（ステップ１００）。ここで、リンク信号Ａ，Ｂに異常がなかった場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）、ステップ１００へ戻る。

一方、例えばリンク断線により所定周期でリンク信号Ａ，Ｂのいずれかが検出されず、リンク信号Ａ，Ｂのいずれかに異常が認められた場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）、リンク信号監視手段１５Ｃは、その障害を検出したリンクを割込信号１６Ａによりメール送信手段２２へ通知する。
メール送信手段２２は、リンク信号監視手段１５Ｃからの割込信号１６Ａに基づき障害発生を確認し、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含むメールサーバ８宛の障害検出通知メールを生成する（ステップ１０２）。そして、割込信号１６Ａで通知された障害発生リンクとは反対側のリンク、すなわち障害が検出されていない隣接装置側のフィールドバス５を用いて障害検出通知メールをメールサーバ８へ送信し（ステップ１０３）、ステップ１００へ戻る。

したがって、図８に示すように、リンク５Ａを介して通信装置１Ａ，１Ｂ間でリンク信号が相互にやり取りされている際に（ステップ１１０）、リンク５Ａが断線した場合、通信装置１Ａ，１Ｂは、それぞれのリンク信号監視手段１５Ｃにより、リンク信号の異常を検出し（ステップ１１１，１１２）、それぞれ障害検出通知メールを生成してメールサーバ８へ送信する（ステップ１１３，１１４）。
これら障害検出通知メールには、例えばＩＰアドレスなど、それぞれの通信装置１Ａ，１Ｂの固有のネットワークアドレスが含まれている。したがって、中央監視装置４でメールサーバ８に格納されている障害検出通知メールを参照して、メール送信元の通信装置のネットワークアドレスを確認することにより、障害発生箇所を特定できる。

このように、本実施の形態は、スイッチ部１０に、フィールドバス５を介して当該通信装置１に隣接されている２つの隣接装置との間で定期的にやり取りされる物理レイヤ上のリンク信号をそれぞれ監視するリンク信号監視手段１５Ｃを設け、機能処理部２０のメール送信手段２２で、リンク信号監視手段１５Ｃにより一方の隣接装置側からのリンク信号の異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバス５を用いてスイッチ部１０からメールサーバ８へ障害検出通知メールを送信するようにしたので、これら障害検出通知メールのネットワークアドレスを確認することにより、障害発生箇所を特定できる。

したがって、ＳＴＰ機能を有するスイッチ部１０を、既存の情報収集機能や制御機能を有する機能処理部２０と同一半導体チップ１００上に形成して機能処理部２０と接続するようにした場合でも、各通信装置をリング接続方式で接続するフィールドバス５の各リンクや各通信装置での障害発生を容易に検出できるとともに、その障害発生場所を容易に特定できる。

なお、通信装置１のリンク信号監視手段１５Ｃにおいて、リンク信号の異常を検出した場合、その障害発生リンクを介して対向する隣接通信装置１に対してリンク信号制御手段１５Ｂから、例えばリンク信号の送信停止などの方法を用いてリンク信号異常を通知するようにしてもよい。これにより、対向する隣接通信装置１で、このリンク信号異常が検出されて、障害検出通知メールがメールサーバ８へ送信されるため、リンクの上りあるいは下りのいずれか一方に障害が発生した場合でも、そのリンクに接続された両通信装置１から障害検出通知メールを送信でき、障害発生箇所を特定できる。

次に、図９，図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のチェックメッセージ監視動作について説明する。図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のチェックメッセージ監視処理を示すフローチャートである。図１０は、本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のチェックメッセージ監視動作を示すシーケンス図である。

通信装置１は、通信制御部１５および機能処理部２０により、図１０のチェックメッセージ監視処理を行っている。
まず、通信制御部１５は、起動時、チェックメッセージ検出手段１５Ｄにより、ＳＴＰ制御手段１５ＡでＳＴＰスイッチ２からの最初のチェックメッセージが受信されたか検出し（ステップ１３０）、最初のチェックメッセージが受信された場合は（ステップ１３１：ＹＥＳ）、チェックメッセージ監視手段１５Ｅにより、次のチェックメッセージを受信するのに十分な期間の受信タイマーを起動する（ステップ１３２）。

なお、チェックメッセージは、通信ポートＡを介して受信処理部Ａで受信され、キューバッファＡに格納される。この後、キューバッファＡに格納されているチェックメッセージは、送信処理部Ｂにより読み出されて通信ポートＢから後続の通信装置１へ転送される。
一方、キューバッファＡに格納されているチェックメッセージは、通信制御部１５のＳＴＰ制御手段１５Ａにより読み出されて受信され、これがチェックメッセージ検出手段１５Ｄにより検出される。

ステップ１３２の後、チェックメッセージ監視手段１５Ｅは、ＳＴＰ制御手段１５ＡでＳＴＰスイッチ２からの最初のチェックメッセージが受信されたか検出し（ステップ１３３）、チェックメッセージが受信されていない場合は（ステップ１３４：ＮＯ）、受信タイマーがタイムアウトしたか判断し（ステップ１３５）、タイムアウトしていない場合は（ステップ１３３）へ戻る。
ここで、受信タイマーがタイムアウトする前に次のチェックメッセージを受信した場合（ステップ１３４：ＹＥＳ）、ＳＴＰスイッチ２から当該通信装置１までの区間の各装置およびリンクが正常であると判断できることから、受信タイマーを停止した後（ステップ１３６）、再び受信タイマーを起動して（ステップ１３７）、ステップ１３３へ戻る。

一方、次のチェックメッセージを受信する前に受信タイマーがタイムアウトした場合（ステップ１３５：ＹＥＳ）、ＳＴＰスイッチ２から当該通信装置１までの区間の各装置およびリンクで障害が発生していると判断できることから、チェックメッセージ監視手段１５Ｅは、その障害を検出したリンクを割込信号１６Ｂによりメール送信手段２２へ通知する。

メール送信手段２２は、チェックメッセージ監視手段１５Ｅからの割込信号１６Ｂに基づき障害発生を確認し、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含むメールサーバ８宛の障害検出通知メールを生成する（ステップ１３８）。そして、割込信号１６Ｂで通知された障害発生リンクとは反対側のリンク、すなわち障害が検出されていない隣接装置側のフィールドバス５を用いて障害検出通知メールをメールサーバ８へ送信し（ステップ１３９）、ステップ１３０へ戻る。

したがって、図１０に示すように、ＳＴＰスイッチ２から送信されたチェックメッセージ６０は、フィールドバス５の各リンクおよび通信装置１を介して順に転送され、いずれかの通信装置１に設定されているブロッキングポート(Blocking Port)まで到達して破棄される。

また、各通信装置１は、チェックメッセージ６０の受信検出に応じてそれぞれ受信タイマーを起動し、次のチェックメッセージの受信を監視する。例えば、通信装置１Ａで時刻Ｔ１Ａにチェックメッセージ６０が受信検出された場合、その時刻Ｔ１Ａに受信タイマーＴＭ１Ａを起動する。また、通信装置１Ｂ，１Ｃ…でも同様にして、チェックメッセージ６０が受信検出された時刻Ｔ１Ｂ，Ｔ１Ｃ…に受信タイマーＴＭ１Ｂ，ＴＭ１Ｃ…をそれぞれ起動する。

時刻Ｔ１から所定時間経過後の時刻Ｔ２に、ＳＴＰスイッチ２は、同様のチェックメッセージ６１を送信する。
ここで、通信装置１Ａ，１Ｂ間のリンク５Ａが切断された場合、チェックメッセージ６１は通信装置１Ａまで正常に到達するため、通信装置１Ａでは受信タイマーＴＭ１Ａがタイムアウトする前の時刻Ｔ２Ａに次のチェックメッセージ６１が正常に受信検出され、再び受信タイマーＴＭ１Ａが起動される。

一方、通信装置１Ｂは、チェックメッセージ６１が受信検出される前の時刻Ｔ２Ｂに受信タイマーＴＭ１Ｂがタイムアウトするため、障害検出通知メール７０がメールサーバ８へ送信される。以降、通信装置１Ｃ…からも同様にして障害検出通知メール７０がメールサーバ８へ送信される。
これら障害検出通知メールには、例えばＩＰアドレスなど、それぞれの通信装置１に固有のネットワークアドレスが含まれている。したがって、中央監視装置４でメールサーバ８に格納されている障害検出通知メールを参照して、メール送信元の通信装置のネットワークアドレスを確認し、チェックメッセージの転送順序のうち各障害検出通知メールを送信した最も上流側の通信装置の直前で障害が発生したことがわかる。

このように、本実施の形態は、スイッチ部１０に、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき各通信装置１を制御するＳＴＰスイッチ（スイッチ装置）２からフィールドバス５上を巡回するよう定期的に送信されるデータリンクレイヤ上のチェックメッセージを監視するチェックメッセージ監視手段１５Ｅを設け、機能処理部２０のメール送信手段２２で、チェックメッセージ監視手段１５Ｅにより一方の隣接装置側からのチェックメッセージの異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いてスイッチ部１０からメールサーバ８へ障害検出通知メールを送信するようにしたので、これら障害検出通知メールのネットワークアドレスを確認することにより、障害発生箇所を特定できる。

したがって、ＳＴＰ機能を有するスイッチ部１０を、既存の情報収集機能や制御機能を有する機能処理部２０と同一半導体チップ１００上に形成して機能処理部２０と接続するようにした場合でも、各通信装置をリング接続方式で接続するフィールドバス５の各リンクや各通信装置での障害発生を容易に検出できるとともに、その障害発生場所を容易に特定できる。また、一般的な電子メールプロトコルを利用して障害を通知するようにしたので、ＳＴＰなどの既存の通信管理プロトコルを改変・拡張することなく、障害検出機能を実現でき、既存のシステムにも容易かつ安価に導入できる。

従来より、ＳＴＰ(スパニング・ツリー・プロトコル：Spanning Tree Protocol)機能を有するイーサネットスイッチを用いて、渡り配線により各通信装置をリング配線方式で接続して、ネットワークを冗長化する場合、通信正常時には、任意のイーサネットスイッチの一方の通信ポートをブロッキングポート(Blocking Port)とすることにより、無限ループを防止し、いずれかのリンクや通信装置で障害が発生した場合、ＳＴＰによりブロッキングポートを解除して、障害箇所とブロッキングポートとの間の区間について通信を維持するという対応方法がとられる。

この方法によれば、障害箇所が１カ所の場合には対応できるものの、次に異なる位置で障害が発生した場合には２つの障害箇所の間の区間については通信を維持できなくなり、最初の障害が修復されるまで、ネットワーク全体の稼働性（アベイラビリティ）が低下する。このため、障害発生を直ちに検出して迅速に修復することが、ネットワーク全体の稼働性（アベイラビリティ）を高く維持するために必要となる。
本実施の形態によれば、障害発生に応じて直ちに障害検出通知メールが通信装置からメールサーバへ送信されるとともに、その障害検出通知メールに含まれるネットワークアドレスに基づき障害箇所を特定することができるため、ネットワーク全体の稼働性（アベイラビリティ）を高く維持することができる。

なお、図１０では、ＳＴＰスイッチ２から送信されるチェックメッセージの転送順序のうち、最も上流側の通信装置１からの障害検出メールに基づき障害箇所を判断しているが、障害検出通知メールで障害検出時刻を通知することにより、最初に障害が検出された通信装置を特定してもよい。
また、図１０では、ＳＴＰスイッチ２から通信装置１Ａ側へ巡回するようチェックメッセージを送信した場合について説明したが、ブロッキングポートが設けられている位置によっては逆方向にチェックメッセージを送信してもよい。また、両方向で並行してチェックメッセージを送信するようにしてもよく、より正確に障害位置を特定できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置が適用される監視制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置のスイッチ部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置が適用される監視制御システムの他の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置が適用される監視制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のスイッチ部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置の通信制御部と機能処理部の詳細構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のリンク信号監視処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のリンク信号監視動作を示すシーケンス図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のチェックメッセージ監視処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態にかかる通信装置のチェックメッセージ監視動作を示すシーケンス図である。

符号の説明

１…通信装置、２…ＳＴＰスイッチ、３…コントローラ、４…中央監視装置、５…フィールドバス、６…通信回線、７…上位ネットワーク、７Ａ…スイッチ、１０…スイッチ部、１１Ａ…通信ポートＡ、１１Ｂ…通信ポートＢ、１２Ａ…受信処理部Ａ、１２Ｂ…受信処理部Ｂ、１３Ａ…キューバッファＡ、１３Ｂ…キューバッファＢ、１４Ａ…送信処理部Ａ、１４Ｂ…送信処理部Ｂ、１５…通信制御部、１５Ａ…ＳＴＰ制御手段、１５Ｂ…リンク信号制御手段、１５Ｃ…リンク信号監視手段、１５Ｄ…チェックメッセージ検出手段、１５Ｅ…チェックメッセージ監視手段、１６…割込信号線、１６Ａ，１６Ｂ…割込信号、１７Ａ…リンク信号Ａ、１７Ｂ…リンク信号Ｂ、１８…データバス、２０…機能処理部、２１…内部バス、２２…メール送信手段。

Claims (6)

1. イーサネット準拠のフィールドバスを用いて他の装置とリング配線方式で接続される通信装置であって、
   スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、前記フィールドバスを介した前記機能処理部と他の装置との間のデータ通信を制御するスイッチ部と、
   前記スイッチ部を介して他の装置と各種データをやり取りすることにより所定の機能を実現する機能処理部と、
   前記機能処理部およびスイッチ部を構成する信号処理回路が集積回路として形成された半導体チップと
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置において、
   前記スイッチ部は、それぞれに接続された前記フィールドバスの端点を物理レイヤで終端制御する２つの通信ポートと、前記通信ポートごとに設けられ当該通信ポートを介して他の装置からのフレームを受信する２つの受信処理部と、前記通信ポートごとに設けられ当該受信処理部で受信したフレームを一時的に格納する２つのキューバッファと、前記通信ポートごとに設けられ他方のキューバッファに格納されているフレームを当該通信ポートを介して他の装置へ送信する送信処理部と、前記キューバッファに格納されている当該装置宛てのフレームを前記機能処理部へ出力するとともに、前記機能処理部から受け取った他の装置宛てのフレームを前記キューバッファに格納する通信制御部とを備えることを特徴とする通信装置。
3. 請求項１に記載の通信装置において、
   前記スイッチ部は、前記フィールドバスを介して当該通信装置に隣接されている２つの隣接装置との間で定期的にやり取りされる物理レイヤ上のリンク信号をそれぞれ監視するリンク信号監視手段を有し、
   前記機能処理部は、前記リンク信号監視手段により一方の隣接装置側からのリンク信号の異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、前記障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いて前記スイッチ部から任意のメールサーバへ前記障害検出通知メールを送信するメール送信手段を有する
   ことを特徴とする通信装置。
4. 請求項１に記載の通信装置において、
   前記スイッチ部は、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき前記各通信装置を制御するスイッチ装置から前記フィールドバス上を巡回するよう定期的に送信されるデータリンクレイヤ上のチェックメッセージを監視するチェックメッセージ監視手段を有し、
   前記機能処理部は、前記チェックメッセージ監視手段により一方の隣接装置側からのチェックメッセージの異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、前記障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いて前記スイッチ部から任意のメールサーバへ前記障害検出通知メールを送信するメール送信手段を有する
   ことを特徴とする通信装置。
5. イーサネット準拠のフィールドバスを用いて他の装置とリング配線方式で接続される通信装置で用いられる障害通知方法であって、
   半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなるスイッチ部により、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、前記フィールドバスを介した前記機能処理部と他の装置との間のデータ通信を制御するスイッチステップと、
   前記半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなる機能処理部により、前記スイッチ部を介して他の装置と各種データをやり取りすることにより所定の機能を実現する機能処理ステップと
   を備え、
   前記スイッチステップは、前記フィールドバスを介して当該通信装置に隣接されている２つの隣接装置との間で定期的にやり取りされる物理レイヤ上のリンク信号をそれぞれ監視するリンク信号監視ステップを有し、
   前記機能処理ステップは、前記リンク信号監視ステップにより一方の隣接装置側からのリンク信号の異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、前記障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いて前記スイッチ部から任意のメールサーバへ前記障害検出通知メールを送信するメール送信ステップを有する
   ことを特徴とする障害通知方法。
6. イーサネット準拠のフィールドバスを用いて他の装置とリング配線方式で接続される通信装置で用いられる障害通知方法であって、
   半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなるスイッチ部により、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき、前記フィールドバスを介した前記機能処理部と他の装置との間のデータ通信を制御するスイッチステップと、
   前記半導体チップに集積回路として形成された信号処理回路からなる機能処理部により、前記スイッチ部を介して他の装置と各種データをやり取りすることにより所定の機能を実現する機能処理ステップと
   を備え、
   前記スイッチステップは、スパニング・ツリー・プロトコル（ＳＴＰ）に基づき前記各通信装置を制御するスイッチ装置から前記フィールドバス上を巡回するよう定期的に送信されるデータリンクレイヤ上のチェックメッセージを監視するチェックメッセージ監視ステップを有し、
   前記機能処理ステップは、前記チェックメッセージ監視ステップにより一方の隣接装置側からのチェックメッセージの異常に応じて障害が検出された場合、当該通信装置に固有のネットワークアドレスを含む障害検出通知メールを生成し、前記障害が検出されていない他方の隣接装置側のフィールドバスを用いて前記スイッチ部から任意のメールサーバへ前記障害検出通知メールを送信するメール送信ステップを有する
   ことを特徴とする障害通知方法。

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