JP2007142782A - プロトコル変換装置とこれを用いた二重化データ伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 二重化データ伝送用のゲートウェイにおいて生じる等値化に伴うデータの不連続性や送信順序の乱れを防止する。
【解決手段】 プロトコル変換装置が待機系または稼動系のいずれの状態であるかを記憶する制御系記憶手段１８と、そのプロトコル変換装置が正常状態または異常状態であるかを判断する自己診断手段１５と、正常状態または異常状態に関する信号を他のプロトコル変換装置と送受信するための状態通信手段１６と、状態通信手段１６が受信した前記信号が異常状態を示す異常信号であり、該異常信号を受信したプロトコル変換装置が制御系記憶手段１８の記憶内容に照らして待機系である場合には、該異常信号を受信したプロトコル変換装置に接続されているコントローラに受信したデータを送信するように通信経路を切り換える通信経路切換手段１７とを含んでなるプロトコル変換装置１ａ、１ｂ、およびこれを用いた二重化プロトコル変換システム７を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異なる通信プロトコルをもつネットワーク同士の間に設けられるプロトコル変換装置と、これを用いた二重化データコントロールシステムと二重化データ伝送システムとに関する。

従来より、互いに信号形態が異なる２つのネットワーク間において信頼性の高いデータ伝送を行うために、２つのネットワーク間を接続するゲートウェイを同じ構成の二台のゲートウェイにより二重化構成にすることが知られている。このような二重化構成では、各ゲートウェイの通信状態を常に監視しておく必要がある。例えば、この２つのゲートウェイの一方が、ネットワークに対して経路制御情報を所定の周期でブロードキャストし、他のゲートウェイがそれを受信することを検知することによって、そのゲートウェイが正常に動作していると判断することができる。一方、経路制御情報がブロードキャストされる周期より長い所定の時間を経過しても経路制御情報が他のゲートウェイに届かない場合には、そのゲートウェイがダウンしているものと他のゲートウェイが判断することができる。

しかしながら、障害を検出するためにネットワーク上にブロードキャストされる経路制御情報を長時間にわたって監視し続けることは、時間的な制約という観点から適切ではないことがある。そのような制約を解消するために、例えば、特許文献１には、異なる信号形態をとる２つのネットワーク間に二重化構成としたゲートウェイであって、各ゲートウェイから送られるフレーム情報に基づいて制御系のゲートウェイの障害発生を検知して、待機系のゲートウェイを制御系に切り替える制御権切替手段を含むデータ伝送装置を含むゲートウェイを用いた二重化データ伝送システムが記載されている。

具体的には、特許文献１によれば、はじめは、二重化されている同じ構成の二台のゲートウェイの一方が稼動系（またはアクティブ状態）、他方が待機系（またはバックアップ状態）となるように設定されている。そして、稼動系にあるゲートウェイから一定周期で送られるステータスフレームの内容が異常状態である場合、ゲートウェイアクティブ要求フレームを受信した場合、または、フレーム送出要求手段がステータス要求フレームを送出した後においてもステータスフレームを受信できない場合には、待機系にあるゲートウェイが稼動系へと遷移する。一方、稼動系にあるゲートウェイは、相手方のゲートウェイからゲートウェイバックアップ要求フレームを受信した場合には、待機系の状態に遷移する。

なお、制御システムでのＩＯ伝送のような通信の場合にも同じコントローラを二台設ける二重化システムが採用される。この場合には、データの同一性を保証するために二台のコントローラ間において入出力データの等値化が行われている。図５に、従来のプロトコル変換装置１００ａ、１００ｂと、コントローラ２００ａ、２００ｂとを含む二重化データ伝送システムの構成を示す。この図５では、コントローラ２００ａ、２００ｂがサポートする伝送プロトコルＡと、ネットワーク６がサポートする伝送プロトコルＢとは、互いに通信プロトコルが異なっている。そして、伝送プロトコルＡとＢとの間にプロトコル変換装置１００ａ、１００ｂ（または、リンクデバイス：「ＬＤ」ともいう）が設けられている。このプロトコル変換装置１００ａ、１００ｂは、伝送プロトコルＡの形式でネットワークからデータをそれぞれ受信し、この受信したデータを伝送プロトコルＢの形式へと変換してコントローラ２００ａ、２００ｂにそれぞれ送信している。ここで、コントローラが冗長化されている場合には、上記の処理は、稼動系と待機系との両方のプロトコル変換装置においてそれぞれ行われる。そして、図５のコントローラ間接続ケーブル４を介して、双方のコントローラ２００ａ、２００ｂの受信したデータの等値化処理が行われる。

しかしながら、上記の場合のように両方のプロトコル変換装置１００ａ、１００ｂの動作タイミングにずれが生じた場合には、コントローラ２００ａおよび２００ｂの等値化に伴い問題が発生することがある。具体的には、図６に示すように、コントローラ２００および２００ａの等値化において、例えばプロトコル変換装置１００ａ、１００ｂにおいてプロトコル変換の動作タイミングに誤差が発生した場合には、これに接続されているコントローラ２００ａおよび２００ｂの間でデータの連続性（またはデータの送信順序）が乱れることがある（図６において、データ２の後に旧データであるデータ１がみえてしまう場合が相当する）。この場合には、データの連続性や送信順序に問題が生じることになるので、コントローラにとっては重大な問題である。
このようなコントローラ２００ａおよび２００ｂ間の等値化における問題は、稼動系および待機系の各プロトコル変換装置１００ａおよび１００ｂから、そのプロトコル変換装置に接続されているコントローラ２００ａおよび２００ｂに対してデータが２回送信されることによるものである。
そのため、プロトコル変換装置間でそれぞれの稼動状態を確認することが望ましいが、ここに特許文献１に開示されている考え方を適用すると、コントローラ２００ａ、２００ｂに対する負荷が大きくなりうるという問題がある。
特開平８-１７２４４９号公報

そのため、等値化に伴うデータの連続性や送信順序に問題が生じることのない新しいプロトコル変換装置が要求されている。

本発明は、二重化構造において、コントローラへのデータ送信を複数あるプロトコル変換装置のうちの１つが行うことにより、上記の処理のようなデータの連続性や送信順序の乱れを解消するものである。
具体的には、本発明は、
一方が稼動系となり他方が待機系となる二台のプロトコル変換装置を含む二重化プロトコル変換システムを構成するためのプロトコル変換装置であって、
そのプロトコル変換装置が待機系または稼動系のいずれの状態であるかを記憶する制御系記憶手段と、
そのプロトコル変換装置が正常状態または異常状態であるかを判断する自己診断手段と、
正常状態または異常状態に関する信号を他のプロトコル変換装置と送受信するための状態通信手段と、
該状態通信手段が受信した前記信号が異常状態を示す異常信号であり、該異常信号を受信したプロトコル変換装置が前記制御系記憶手段の記憶内容に照らして待機系である場合には、該異常信号を受信したプロトコル変換装置に接続されているコントローラに対して受信したデータを送信するように通信経路を切り換える通信経路切換手段と
を含んでなるプロトコル変換装置を提供する。

上記のプロトコル変換装置によれば、接続ポートなどの状態通信手段を介して二台のプロトコル変換装置が互いに他の通信状態を認識し、その状態（正常状態または異常状態）に応じて稼動系と待機系とを切り換えることができる。このような通信経路の切り換えによって、正常状態である稼動系となっているプロトコル変換装置からこれに接続されているコントローラにデータを送信し、一方、他方の待機系となっているプロトコル変換装置はコントローラに対してデータを送信しないようにすることができる。そのため、従来技術において問題となったデータの連続性や送信順序の乱れを解消することができる。
また、コントローラよりもネットワークに近い場所に位置しているプロトコル変換装置によって稼動系と待機系との通信経路の切り換えが行われるので、異常状態における通信経路の切り換えをより迅速に行うことができる。

ここで、上記の「異常状態」とは、前記プロトコル変換装置と前記ネットワークとの間の接続、または、前記プロトコル変換装置と前記コントローラとの間の接続に異常があることを含みうる。一方、「正常状態」とは、プロトコル変換装置の下位に位置する伝送路すなわちネットワークに正常に接続したデータを受信できる状態であり、プロトコル変換装置の上位に位置するコントローラとの接続が正常でありデータを送信できる状態を含みうる。

また、上記のプロトコル変換装置は、通信経路の異常について以下の基準により判断することが好ましい。
具体的には、所定の周期を計測するためのタイマをさらに含み、前記自己診断手段は、該タイマにより計測された所定の周期内に前記ネットワークの経路制御情報が前記プロトコル変換装置に到達しない場合、または、所定の周期内に到達した該経路制御情報の内容に異常がある場合には、異常状態であると判断する態様であることが好ましい。さらに、上記のプロトコル変換装置は、所定の周期内に前記経路制御情報が前記プロトコル装置に到達しない場合には、前記経路制御情報を再び送信するように要求する手段をさらに含む態様であることがさらに好ましい。

さらに、本発明は、データの連続性や送信順序の乱れを解消した上記のプロトコル変換装置を用いた二重化プロトコル変換システムも提供する。
具体的には、本発明は、
ネットワークにそれぞれ接続された二台のプロトコル変換装置であって、そのプロトコル変換装置が待機系または稼動系のいずれの状態であるかを記憶する制御系記憶手段と、そのプロトコル変換装置が正常状態または異常状態であるかを判断する自己診断手段と、正常状態または異常状態に関する信号を他のプロトコル変換装置と送受信するための状態通信手段と、該状態通信手段から受信した前記信号が異常状態を示す異常信号であり、該異常信号を受信したプロトコル変換装置が前記制御系記憶手段の記憶内容に照らして待機系である場合には、該異常信号を受信したプロトコル変換装置に接続されているコントローラに前記ネットワークから受信したデータを送信するように通信経路を切り換える通信経路切換手段とを含むものである二台のプロトコル変換装置と、
前記状態通信手段同士を接続しているプロトコル変換装置間リンクケーブルと
を含んでなる二重化プロトコル変換システムを提供する。

加えて、本発明は、データの連続性や送信順序の乱れを解消した上記のプロトコル変換装置を用いた二重化コントロールシステムを提供する。
具体的には、本発明は、
ネットワークと、
該ネットワークに接続された上記のプロトコル変換装置を二台と、
前記二台のプロトコル変換装置間を通信可能につなぐリンクと、
前記二台のプロトコル変換装置の各々に各々接続されている二台のコントローラと
を含み、
前記二台のコントローラがデータの等値化を行うものである、二重化データコントロールシステムを提供する。

また、本発明は、データの連続性や送信順序の乱れを解消した上記の二重化プロトコル変換システムを用いた二重化データ伝送システムを提供する。
具体的には、本発明は、
第１のプロトコルによりデータ伝送を行う第１のネットワークと、
前記第１のプロトコルとは異なる第２のプロトコルでデータ伝送を行う第２のネットワークと、
前記第１のネットワークと前記第２のネットワークとをつなぐ上記の二重化プロトコル変換システムと
を含んでなる二重化データ伝送システムを提供する。

なお、本明細書において「通信プロトコル」とは、例えば、ＩＰ（Internet Protocol）やＲＩＰ（Routing Information Protocol）などを含みうる。さらに、本明細書において「二重化構造」とは、ネットワーク間のゲートウェイの二重化や、制御システムにおける二重化を含み、アクセス方式にトークンパッシング方式を採用し、光ファイバを利用した標準的な超高速通信バスであるＦＤＤＩ（Fiber-Distributed Data Interface）をリング型に構成したものを含みうる。

本発明は、上記の構成を採用することにより、以下の効果の少なくともいずれかが得られる。
（１）ネットワークから受信したデータが、各プロトコル変換装置のうちの１つからコントローラに送信されているので、コントローラ上のデータの連続性が担保される。
（２）コントローラよりもネットワークに近い位置にあるプロトコル変換装置において稼動系と待機系との切り換えを行うため、稼動系と待機系との通信経路の切り換えをより迅速に行うことができ、切り換えに要する時間を短くすることができる。

図１に、二重化構造を構成するために用いられる本発明にかかるプロトコル変換装置１ａおよび１ｂを示す。このプロトコル変換装置１ａおよび１ｂは、異なる通信プロトコルをもつネットワーク間においてプロトコル変換を行うためのプロトコル変換手段１０と、自己が稼動系もしくは待機系か、または自己が正常状態もしくは異常状態かを示す情報を含むステータス情報を送受信するステータス情報通信手段１１と、自己の動作が正常状態であるかの診断をする機能をもつ自己診断手段１５と、自己の通信状態が正常状態であるか異常状態であるかを相手方のコントローラに通信するために、相手方のプロトコル変換装置とケーブルを用いて接続できるようにするための接続ポート１６と、接続ポート１６から受信した信号および自己の状態（稼動系または待機系）に応じて通信経路を切り換える通信経路切換手段１７と、自己が稼動系または待機系のいずれの状態であるかを記憶している制御系記憶手段１８とを含んでなる。
なお、プロトコル変換装置１ａおよび１ｂは、ネットワーク５とコントローラ２ａまたは２ｂとにそれぞれ接続するための接続ポートを有するが、図１では記載を省略している。

ここで、自己診断手段１５は、例えば、タイマ（図示せず）により計測された一定の周期で自分宛への診断フレームを送信して、自己の動作が正常状態であるかの診断をする機能をもつ。そして、この診断結果は、ステータス情報通信手段１１から送信されるステータス情報の内容に反映される。

また、通信経路切換手段１７は、接続ポート１６から受信した信号および制御系記憶手段１８に記憶されている自己の状態（稼動系または待機系）に応じて通信経路を切り換える。この通信経路の切換は、以下のように行われる。まず、プロトコル変換装置１ａが稼動系にある場合には、そのプロトコル変換装置１ａに接続されているコントローラ２ａに対してネットワーク５から受信したデータを送信する。一方、プロトコル変換装置１ａが待機系にあるときには、ネットワーク５からプロトコル変換装置１ａが受信したデータはそれに接続されたコントローラ２ａには送信されない。そして、プロトコル変換装置１ａは、自己が待機系であるときに、稼動系である他方のプロトコル変換装置１ｂから接続ポート１６を介して異常信号を受信した場合には、通信経路切換手段１７によりそれに接続されたコントローラ２ａにネットワーク５から受信したデータを送信するように通信経路を切り換える。

つまり、プロトコル変換装置１ａは、下位からの受信データをコントローラに送信する中継機能を実行する稼動系の状態と、下位からの受信データは受信するがコントローラには受信データを送信しない待機系の状態との２つの状態をもつことができる。そして、稼動系と待機系とのプロトコル変換装置１ａおよび１ｂは、プロトコル変換装置間リンクケーブルを介してお互いに自己が正常状態または異常状態であるかを通知し合うことができる。そのため、待機系のプロトコル変換装置１ａまたは１ｂは、このプロトコル変換装置間リンクケーブル３を介して稼動系の状態を把握しているので、稼動系が異常状態になると待機系のプロトコル変換装置が稼動系状態へと遷移し、それに接続されたコントローラ２ａまたは２ｂへのデータ送信を開始することができる。

図２に、本発明による二重化コントローラシステムの概要を示す。この二重化コントローラシステムは、二個のコントローラ２ａ、２ｂと、それぞれのコントローラ２ａ、２ｂに接続されて、ネットワーク５からのあるプロトコルによる信号をコントローラ２ａ、２ｂが使用するプロトコルへと変換するプロトコル変換装置１ａ、１ｂを含むものである。ここで、コントローラ２ａ、２ｂの間では等値化ができるように接続されており、二台のプロトコル変換装置１ａ、１ｂは、リンクケーブル３により直接接続されている。この本発明の特徴であるプロトコル変換装置間の接続により、二台のプロトコル変換装置間で互いの作動状態の健全性に関する情報をやり取りすることができ、一方がデータの受信と送信を行う稼動系になっているとき、他方を待機系としてネットワーク５からのデータ受信は行うが、接続されているコントローラへのデータの供給を止めておくことができる。
ここで、プロトコル変換装置１ａの健全性とは、下位にあるネットワーク伝送路５に正常に接続しデータを受信することができ、上位にあるコントローラ２ａに正常に接続しデータを送信できることを意味する。このようにして、稼動系と待機系になっている二台のプロトコル変換装置１ａ、１ｂの間では、リンクケーブル３を通じて、互いに自身の健全性を通知し合う。待機系になっているプロトコル変換装置は、このリンクケーブル３を介しての接続を通じて獲得する稼動系の状態を常に把握しており、稼動系が異常になったことを検知すると、待機系になっていたプロトコル変換装置は、その時点から稼動系の状態に遷移し、コントローラへのデータ信号の送信を開始する。

次に、図３に、稼動系において異常状態が発生した場合に、プロトコル変換装置間リンクケーブル３を介して待機系を稼動系に切り換える方法を説明する。まず、稼動系と待機系のプロトコル変換装置１ａ、１ｂがネットワーク５からデータを受信する。このときの稼動系のプロトコル変換装置（ここでは１ａ）は、プロトコル変換を受信データに施した後、コントローラ２ａに変換された受信データを送信する。これとほぼ同時に、すなわち上記のデータ受信をトリガーとして、待機系のプロトコル変換装置（ここでは１ｂ）は、稼動系の作動状態をチェックする。これは、接続ポート１６により定周期で受信している稼動系プロトコル変換装置１ａの自己診断手段１５による結果（ステータス情報）によって、あるいは、稼動系プロトコル変換装置１ａから送信されるステータス情報を一定時間内に受信できないことを認識することなどによって行うことができる。もし異常が検知されないのであれば、待機系のプロトコル変換装置１ｂはコントローラ１ｂに受信データを送ることはない。もし異常が検知されれば、その異常を分析して、稼動系のプロトコル変換装置１ａがコントローラ２ａに送るべき変換済みデータを送ることができないのであれば、待機系のプロトコル変換装置１ｂが通信経路切換手段１７の働きにより、待機系が稼動系となって、変換済みのデータをコントローラ２ｂに送る。

データを受信していないときに、稼動系のプロトコル変換装置１ａがその自己診断手段１５によって異常状態にあると診断された場合には、その旨を示す信号が、稼動系のプロトコル変換装置１ａの接続ポート１６を介して待機系のプロトコル変換装置１ｂに送信される。そして、稼動系のプロトコル変換装置１ａは、待機系に移行する。一方、異常状態を示す信号を受けた待機系のプロトコル変換装置１ｂは、それに接続されているコントローラ２ｂにネットワーク５から受信したデータを送信するように、通信経路切換手段により通信経路を切り換え、稼動系となる。
上記の切り換え動作を、従来のコントローラの切り換え動作と比較すると、プロトコル変換装置からコントローラに対して異常信号を送信する時間の分だけ切換に要する時間が短縮されている。この効果は、コントローラ２ａ、２ｂよりも第１ネットワーク５に近い位置に設けられているプロトコル変換装置１ａ、１ｂによって、稼動系と待機系との切換が行われることによるものである。

次に、図４に、本発明の実施に用いられるプロトコル変換装置１ａおよび１ｂを含む二重化したプロトコル変換システム７の構成を示す。このプロトコル変換システム７は、第１ネットワーク５と、第１ネットワーク５に接続されたプロトコル変換装置１ａおよび１ｂと、プロトコル変換装置１ａおよび１ｂの接続ポート１６に接続されているプロトコル変換装置間リンクケーブル３と、第１ネットワーク５とは異なるプロトコルにより通信する第２ネットワーク６とを含んでなる。

なお、本明細書に記載した実施形態は、本発明の単なる例示であり、これに限定されるものではないことに注意されたい。つまり、上記の実施形態に対して、さらなる変更または修正を行うことができる。このような変更または修正された実施形態は、本明細書によって開示される範囲内にすべて包含されるものであり、特許請求の範囲によって保護されるものである。

本発明の実施に用いられるプロトコル変換装置１ａおよび１ｂを示す概略ブロック図である。 本発明の実施に用いられるプロトコル変換装置１ａおよび１ｂを含むプロトコル変換システム７を示す概略ブロック図である。 稼動系において異常状態が発生した場合にプロトコル変換装置間リンクケーブル３を介して待機系を稼動系に切り換える方法を示す概略ブロック図である。 伝送プロトコルの異なる２つのネットワークを結ぶ二重化データ伝送システム（プロトコル変換システム）７を示す概略ブロック図である。 従来のプロトコル変換装置１００ａおよび１００ｂと、コントローラ２００ａおよび２００ｂとを含む二重化データ伝送システムを示す概略ブロック図である。 従来のプロトコル変換装置１００ａおよび１００ｂにそれぞれ接続されたコントローラ２００ａおよび２００ｂの等値化における問題を示す概略図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ プロトコル変換装置
１１ ステータス情報通信手段
１４ フレーム送出要求手段
１５ 自己診断手段
１６ 接続ポート（状態通信手段）
１７ 通信経路切換手段
１８ 制御系記憶手段
２ａ、２ｂ コントローラ
３ プロトコル変換装置間リンクケーブル
４ コントローラ間リンクケーブル
５、６ ネットワーク
７ 二重化データ伝送システム（プロトコル変換システム）

Claims (4)

1. 一方が稼動系となり他方が待機系となる二台のプロトコル変換装置を含む二重化プロトコル変換システムを構成するためのプロトコル変換装置であって、
   そのプロトコル変換装置が待機系または稼動系のいずれの状態であるかを記憶する制御系記憶手段と、
   そのプロトコル変換装置が正常状態または異常状態であるかを判断する自己診断手段と、
   正常状態または異常状態に関する信号を他のプロトコル変換装置と送受信するための状態通信手段と、
   該状態通信手段が受信した前記信号が異常状態を示す異常信号であり、該異常信号を受信したプロトコル変換装置が前記制御系記憶手段の記憶内容に照らして待機系である場合には、該異常信号を受信したプロトコル変換装置に接続されているコントローラに対して受信したデータを送信するように通信経路を切り換える通信経路切換手段と
   を含んでなるプロトコル変換装置。
2. ネットワークにそれぞれ接続された二台のプロトコル変換装置であって、そのプロトコル変換装置が待機系または稼動系のいずれの状態であるかを記憶する制御系記憶手段と、そのプロトコル変換装置が正常状態または異常状態であるかを判断する自己診断手段と、正常状態または異常状態に関する信号を他のプロトコル変換装置と送受信するための状態通信手段と、該状態通信手段から受信した前記信号が異常状態を示す異常信号であり、該異常信号を受信したプロトコル変換装置が前記制御系記憶手段の記憶内容に照らして待機系である場合には、該異常信号を受信したプロトコル変換装置に接続されているコントローラに対して受信したデータを送信するように通信経路を切り換える通信経路切換手段とを含むものである二台のプロトコル変換装置と、
   前記状態通信手段同士を接続しているプロトコル変換装置間リンクケーブルと
   を含んでなる二重化プロトコル変換システム。
3. ネットワークと、
   該ネットワークに接続された請求項１に記載のプロトコル変換装置を二台と、
   前記二台のプロトコル変換装置間を通信可能につなぐリンクと、
   前記二台のプロトコル変換装置の各々に接続されている二台のコントローラと
   を含み、
   前記二台のコントローラがデータの等値化を行うものである、二重化データコントロールシステム。
4. 第１のプロトコルによりデータ伝送を行う第１のネットワークと、
   前記第１のプロトコルとは異なる第２のプロトコルでデータ伝送を行う第２のネットワークと、
   前記第１のネットワークと前記第２のネットワークとをつなぐ請求項２に記載の二重化プロトコル変換システムと
   を含んでなる二重化データ伝送システム。

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