JP2007251576A - Communication switch device - Google Patents

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Seiji Mizutani
征爾 水谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a communication switch device which can use a general industrial network (for example, Ethernet(R), etc.) without the necessity of a special function for each node composing the network, moreover can guarantee a real time property of cyclic information. <P>SOLUTION: The device is provided with a buffer which stores cyclic information received from a high rank port in a circuit-use time zone of the other communication switch device, and I/O data received from low rank ports at any time; and a means which reads out the newest information of the I/O data stored in the buffer in an own circuit-use time zone, and transmits it to the high rank port. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、サイクリックにリアルタイムデータ(I/Oデータ等)を通信するネットワーク(例えば、イーサネット(登録商標)/IPなど)に好適な通信用スイッチ装置(スイッチングハブ)に関する。   The present invention relates to a communication switch device (switching hub) suitable for a network (for example, Ethernet (registered trademark) / IP) that cyclically communicates real-time data (I / O data and the like).

従来より、産業用イーサネット(登録商標)において、サイクリック情報のリアルタイム性を保証するためには、通信用スイッチ装置を用いてQOS制御を行う方法(第1の方法)やイーサネット(登録商標)に対応する機器のそれぞれにおいて、送信タイミングを時間分割することによって輻輳を回避する方法(第2の方法)が採用されている(特許文献1参照)。
特開2001−244987
Conventionally, in industrial Ethernet (registered trademark), in order to guarantee the real-time property of cyclic information, a method of performing QOS control using a communication switch device (first method) or Ethernet (registered trademark) is used. In each of the corresponding devices, a method (second method) for avoiding congestion by time-dividing the transmission timing is adopted (see Patent Document 1).
JP 2001-244987

しかしながら、上述した第1の方法にあっては、通信用スイッチ装置にかかるトラフィックの最悪状態は、すべてのノードが同時に送信動作を行った場合となる。この場合にも、パケットのロスの発生しないことやレイテンシを保証するためには、ノードの送信動作に制限(例えば、送信間隔を10msec間隔にする)を与えるなどして、非常に小さい帯域しか使用しないようにし、かつ、場合によってはノード数を制限する場合もある。この傾向は、マルチキャストを多用する場合に顕著となる。   However, in the first method described above, the worst state of traffic applied to the communication switch device is when all nodes perform transmission operations simultaneously. Also in this case, in order to guarantee no packet loss and latency, only a very small bandwidth is used by limiting the transmission operation of the node (for example, setting the transmission interval to 10 msec). In some cases, the number of nodes may be limited. This tendency becomes remarkable when a lot of multicast is used.

一方、上述の第2の方法にあっては、システム全体で同期している時計を各ノードに持たせねばならないことから、同期機能はハードウェア的に実現せねばならず、しかもかなりの高精度を要求されるのが通例である。そのため、各ノードにそれぞれ特殊な機能を持たせねばならないことから、各ノードのコストアップが招来される。   On the other hand, in the above-mentioned second method, since the clocks synchronized with the entire system must be held at each node, the synchronization function must be realized in hardware, and with a considerably high accuracy. This is usually required. For this reason, each node must have a special function, which increases the cost of each node.

加えて、各ノードは初期設定でバス管理局が定めた時間にのみパケットを送信せねばならず、各ノードに特殊な機能を持たせねばならないことから、この点からもノードのコストアップが招来される。   In addition, each node must transmit a packet only at the time set by the bus management station in the initial setting, and each node must have a special function. This also increases the cost of the node. Is done.

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ネットワークを構成する各ノードには特殊な機能を必要とせずに、一般的な産業用ネットワーク(例えば、イーサネット(登録商標)など)を使用することができ、しかもサイクリック情報のリアルタイム性を保証することが可能な通信用スイッチ装置を提供することにある。   The present invention has been made by paying attention to such conventional problems, and the object of the present invention is that each node constituting the network does not require a special function and is used for general industrial use. It is an object of the present invention to provide a communication switch device that can use a network (for example, Ethernet (registered trademark)) and can guarantee the real-time property of cyclic information.

この発明の他の目的ならびに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。   Other objects and effects of the present invention will be easily understood by those skilled in the art by referring to the following description of the specification.

この発明は、上記の目的を達成するために、次のような構成を採用するものである。すなわち、本発明の通信用スイッチ装置は、他の通信用スイッチ装置に対して接続するための上位ポートと、他の通信用スイッチ装置との間でサイクリックな回線使用時間帯を順次に割り振る手段と、I/Oデータを扱うノードを接続するための下位ポートと、他の通信用スイッチ装置の回線使用時間帯に上位ポートから受信したサイクリック情報及び随時に下位ポートから受信したI/Oデータを蓄えるバッファと、自分の回線使用時間帯にバッファに蓄えたI/Oデータの最新情報を読み出し、上位ポートへ送信する手段とを具備することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration. That is, the communication switch device of the present invention is a means for sequentially allocating a cyclic line use time zone between an upper port for connecting to another communication switch device and another communication switch device. A lower port for connecting a node that handles I / O data, cyclic information received from the upper port during the line usage time of another communication switching device, and I / O data received from the lower port as needed And a means for reading the latest information of the I / O data stored in the buffer during its own line use time period and transmitting it to the upper port.

このような構成によれば、他の通信用スイッチ装置の回線使用時間帯に上位ポートから受信したサイクリック情報及び随時に下位ポートから受信したI/Oデータを蓄えるバッファと、自分の回線使用時間帯にバッファに蓄えたI/Oデータの最新情報を読み出し、上位ポートへ送信する手段を有するものであるから、ネットワークを構成する各ノードには特殊な機能を必要とせずに、一般的な産業用ネットワーク(例えば、イーサネット(登録商標)など)を使用することができ、しかもサイクリック情報のリアルタイム性を保証することが可能となる。   According to such a configuration, the buffer for storing the cyclic information received from the upper port and the I / O data received from the lower port at any time during the line use time of another communication switch device, and the own line use time Since it has a means to read the latest information of I / O data stored in the buffer in the band and send it to the upper port, each node constituting the network does not need a special function, and can be used in general industries. Network (for example, Ethernet (registered trademark)) can be used, and the real-time property of cyclic information can be guaranteed.

好ましい実施の形態においては、回線使用時間帯の開始時刻並びに終了時刻を登録するための開始レジスタ及び終了レジスタをさらに有するものであってもよい。このような構成によれば、適当なサポートツールを接続することで、各ノードの通信予定パケットに合わせて、回線使用時間帯を自在に設定することができる。   In a preferred embodiment, it may further have a start register and an end register for registering the start time and end time of the line use time zone. According to such a configuration, by connecting an appropriate support tool, the line usage time zone can be freely set according to the communication scheduled packet of each node.

好ましいし実施の形態においては、下位ポートに接続されるノードがPLCであってもよい。このような構成によれば、PLCシステムにおけるサイクリック情報のリアルタイム性を保証することができる。   In the preferred embodiment, the node connected to the lower port may be a PLC. According to such a configuration, the real-time property of the cyclic information in the PLC system can be guaranteed.

この発明の通信用スイッチ装置によれば、ネットワークを構成する各ノードには特殊な機能を必要とせずに、一般的な産業用ネットワーク(例えば、イーサネット(登録商標)など)を使用することができ、しかもサイクリック情報のリアルタイム性を保証することができる。   According to the communication switch device of the present invention, each node constituting the network can use a general industrial network (for example, Ethernet (registered trademark)) without requiring a special function. Moreover, the real-time property of the cyclic information can be guaranteed.

以下に、この発明に係る通信用スイッチ装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a communication switch device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明の通信用スイッチ装置が適用されたシステム構成例が図1に示されている。   An example of a system configuration to which the communication switch device of the present invention is applied is shown in FIG.

図示のシステムにおいては、3台の通信用スイッチ装置11,12,13が示されている。これらの通信用スイッチ装置11,12,13は、産業用ネットワーク(例えば、イーサネット(登録商標)/IPなど)を介して接続されている。   In the illustrated system, three communication switch devices 11, 12, and 13 are shown. These communication switch devices 11, 12, and 13 are connected via an industrial network (for example, Ethernet (registered trademark) / IP).

通信用スイッチ装置11,12,13のそれぞれには、この例にあっては、それぞれ最大4個の下位ポートP11,P12,P13,P14と2個の上位ポートP01,P02が設けられている。   In this example, each of the communication switch devices 11, 12, 13 is provided with a maximum of four lower ports P11, P12, P13, P14 and two upper ports P01, P02.

より具体的には、図中左端に位置する通信用スイッチ装置11の場合、下位ポートP11にはノードとしてプログラマブルコントローラ(以下、PLCと言う)111が、下位ポートP12にはノード112が、下位ポートP13にはノード113がそれぞれ接続されている。これらのノード112,113としては、例えばPLC11に接続されるリモートI/Oユニット等を挙げることができる。   More specifically, in the case of the communication switch device 11 located at the left end in the figure, the lower port P11 has a programmable controller (hereinafter referred to as PLC) 111 as a node, the lower port P12 has a node 112, and the lower port. Nodes 113 are connected to P13. Examples of these nodes 112 and 113 include a remote I / O unit connected to the PLC 11.

同様にして、図中真中に位置する通信用スイッチ装置12の場合、下位ポートP11,P12,P13,P14のそれぞれには、ノード121,122,123,124がそれぞれ接続されている。これらのノードとしても、例えばPLC11のリモートI/Oユニット等を挙げることができる。   Similarly, in the case of the communication switch device 12 located in the middle in the figure, nodes 121, 122, 123, and 124 are connected to the lower ports P11, P12, P13, and P14, respectively. As these nodes, for example, a remote I / O unit of the PLC 11 can be cited.

同様にして、右端に位置する通信用スイッチ装置13の場合、下位ポートP11はノード131が、またそれ以外の下位ポートについてもそれぞれノードが接続されている。   Similarly, in the case of the communication switch device 13 positioned at the right end, the lower port P11 is connected to the node 131, and the other lower ports are also connected to the node.

一方、図中左端に位置する通信用スイッチ装置11の上位ポートP01には図中真中に位置する通信用スイッチ装置12の上位ポートP02が接続されている。同様にして、図中真ん中に位置する通信用スイッチ装置12の上位ポートP01には図中右端に位置する通信用スイッチ装置13の上位ポートP02が接続されている。   On the other hand, the upper port P02 of the communication switch device 12 located in the middle of the figure is connected to the upper port P01 of the communication switch device 11 located at the left end in the figure. Similarly, the upper port P02 of the communication switch device 13 located at the right end in the figure is connected to the upper port P01 of the communication switch device 12 located in the middle of the figure.

以上により、このネットワークによれば、1台のPLC111と、複数台のノード112,113,121〜124,131との間をネットワークで結ぶことにより、それらのノード間において、サイクリックなデータのやり取りが可能になされている。   As described above, according to this network, a single PLC 111 and a plurality of nodes 112, 113, 121 to 124, 131 are connected by a network, and cyclic data exchange is performed between these nodes. Has been made possible.

なお、以下の説明では、図中、中央に位置する通信用スイッチ装置12に接続された4台のノード121,122,123,124には、アドレスとして、#a,#b,#c,#dがそれぞれ割り付けられている。また、アドレス#aが割り付けられたノード121は、リアルタイムパケット(優先度#1)とリアルタイムパケット(優先度#2)からなる2種類のリアルタイムパケットを扱うように設定されている。   In the following description, four nodes 121, 122, 123, and 124 connected to the communication switch device 12 located at the center in the figure have addresses #a, #b, #c, and # as addresses. Each d is assigned. The node 121 to which the address #a is assigned is set to handle two types of real-time packets including a real-time packet (priority # 1) and a real-time packet (priority # 2).

同様に、アドレス#bが割り付けられたノード122は、リアルタイムパケット(優先度#1)である1種類のリアルタイムパケットを扱うように設定されている。同様にして、アドレス#cが割り付けられたノード123の場合、リアルタイムパケット(優先度#2)である1種類のリアルタイムパケットを扱うように設定されている。同様にして、アドレス#dが割り付けられたノード124にあっては、リアルタイムパケット(優先度#1)である1種類のリアルタイムパケットを扱うように設定されている。   Similarly, the node 122 to which the address #b is assigned is set to handle one type of real-time packet that is a real-time packet (priority # 1). Similarly, the node 123 to which the address #c is assigned is set to handle one type of real-time packet that is a real-time packet (priority # 2). Similarly, the node 124 to which the address #d is assigned is set to handle one type of real-time packet that is a real-time packet (priority # 1).

通信用スイッチ装置11,12,13の構成図が図2に示されている。同図に示されるように、通信用スイッチ装置11,12,13のそれぞれは同一構成を有するものであって、それぞれリアルタイム保証処理部Aと、時間同期処理部Bと、スイッチロジック部Cと、4個の下位ポートP11〜P14と、2個の上位ポートP01,P02を有している。   A configuration diagram of the communication switch devices 11, 12, and 13 is shown in FIG. As shown in the figure, each of the communication switch devices 11, 12, and 13 has the same configuration, and a real-time guarantee processing unit A, a time synchronization processing unit B, a switch logic unit C, It has four lower ports P11 to P14 and two upper ports P01 and P02.

リアルタイム保証処理部A内には、同図に示されるように、転送パケットの登録テーブルTBLが設けられている。この登録テーブルTBL内には、図2及び図3に示されるように、各下位ポートP01〜P04に接続されたノードアドレスに対応して、#a用バッファ、#b用バッファ、#c用バッファ、#d用バッファがそれぞれ設けられている。   In the real-time guarantee processing unit A, a transfer packet registration table TBL is provided as shown in FIG. In the registration table TBL, as shown in FIGS. 2 and 3, a buffer for #a, a buffer for #b, a buffer for #c corresponding to the node address connected to each of the lower ports P01 to P04. , #D buffers are provided.

転送パケット登録テーブルの説明図が図4に示されている。同図から明らかなように、#a〜#d用バッファのそれぞれには、転送パケットの種別並びにパケットサイズがそれぞれ登録されている。すなわち、先に説明したように、ノードアドレス#aに関しては、パケットサイズ128バイトを有するリアルタイムパケット#1と、パケットサイズ64バイトを有するリアルタイムパケット#2とが登録されている。同様にして、ノードアドレス#bに対しては、64バイトを有するリアルタイムパケット#1が登録されている。同様にして、ノードアドレス#cに関しては、256バイトを有するリアルタイムパケット#2が登録されている。同様にして、ノードアドレス#dに関しては、256バイトを有するリアルタイムパケット#1が登録されている。なお、ここで言うノードアドレスには、MACアドレスやIPアドレスが使用される。   An explanatory diagram of the transfer packet registration table is shown in FIG. As is clear from the figure, the type of transfer packet and the packet size are registered in each of the #a to #d buffers. That is, as described above, for node address #a, real-time packet # 1 having a packet size of 128 bytes and real-time packet # 2 having a packet size of 64 bytes are registered. Similarly, a real-time packet # 1 having 64 bytes is registered for the node address #b. Similarly, for node address #c, real-time packet # 2 having 256 bytes is registered. Similarly, for node address #d, real-time packet # 1 having 256 bytes is registered. Note that a MAC address or an IP address is used as the node address referred to here.

一方、時間同期処理部B内には、同期時間生成部B1と、自スイッチの回線使用許可開始時間レジスタB21と、自スイッチの回線使用許可終了時間レジスタB22と、アイドル開始時間レジスタB23と、アイドル終了時間レジスタB24とが内蔵されている。   On the other hand, in the time synchronization processing unit B, the synchronization time generation unit B1, the own switch line use permission start time register B21, the own switch line use permission end time register B22, the idle start time register B23, An end time register B24 is incorporated.

同期時間生成部B1においては、システムで同期した時間情報を生成する(例えば、IEEE1588などによる時間同期をサポートしている)。なお、時間同期に関わるパケットの転送はアイドル時間に行う。これは、本発明でのスイッチの処理の影響を受けないようにするためである。以下、時間同期に関わるパケットは一般パケットに含めて説明している。   The synchronization time generation unit B1 generates time information synchronized in the system (for example, time synchronization by IEEE 1588 is supported). Note that packet transfer related to time synchronization is performed during idle time. This is for avoiding the influence of the processing of the switch in the present invention. Hereinafter, a packet related to time synchronization is described as being included in a general packet.

すなわち、レジスタB21,B22,B23,B24のそれぞれには、図11〜図13に示されるように、所定のフォーマットをもって、自スイッチの回線使用許可開始時間、自スイッチの回線使用許可終了時間、アイドル開始時間、アイドル終了時間がそれぞれ設定されている。なお、これらの設定例は、時間の最小単位を1μsecと転移した場合、1〜65msecの範囲に各スイッチの回線使用許可時間とアイドル時間を割り付けたものである。そして、時間同期処理部Bにおいては、それらのレジスタB21〜B24の各設定データと、同期時間生成部B1とに基づいて、決められた時間管理を実現するためのタイミング信号を発生するように構成されている。   That is, in each of the registers B21, B22, B23, and B24, as shown in FIGS. 11 to 13, the line use permission start time of the own switch, the line use permission end time of the own switch, Start time and idle end time are set respectively. In these setting examples, when the minimum unit of time is changed to 1 μsec, the line use permission time and the idle time of each switch are assigned to the range of 1 to 65 msec. The time synchronization processing unit B is configured to generate a timing signal for realizing the determined time management based on the setting data of the registers B21 to B24 and the synchronization time generation unit B1. Has been.

図11〜図13に示されるフォーマット例と、それに対応して生成される時間割の例を示す説明図が図14に示されている。同図に示されるように、本発明によれば、図11〜図13に示される各設定データの同期時間の下位16ビットの内容に基づいて、スイッチAの回線使用許可時間→スイッチBの回線使用許可時間→スイッチCの回線使用許可時間→アイドル→スイッチAの回線使用許可時間→スイッチBの回線使用許可時間→スイッチCの回線使用許可時間の通り、各通信用スイッチ装置別に専用の回線使用時間が割り当てられるようになっている。なお、ここでスイッチA,スイッチB,スイッチCとは、図9に示されるように、図中左から並べられた3個の通信用スイッチ装置のことを意味している。   FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of the format shown in FIGS. 11 to 13 and an example of a timetable generated correspondingly. As shown in the figure, according to the present invention, the line usage permission time of the switch A → the line of the switch B based on the contents of the lower 16 bits of the synchronization time of each setting data shown in FIGS. Use permission time → Switch C line use permission time → Idle → Switch A line use permission time → Switch B line use permission time → Switch C line use permission time Time is allocated. Here, as shown in FIG. 9, the switches A, B, and C mean three communication switch devices arranged from the left in the figure.

図2に戻って、スイッチロジック部Cは例えばスイッチLSI等で構成されており、それに接続された4個の下位ポートP11〜P14と2個の上位ポートP01,P02との間における接続を制御するものである。ここで、上位ポートP01,P02は、受信したパケットを、他のポート(上位ポートと下位ポートとの両方)へフォワーディングするポートであり、通常のスイッチ動作も行うものである。これに対して、下位ポートP11〜P14とは、受信したリアルタイムパケットを、ノードアドレスなどごとにバッファリングする機能を有するポートである。ここで、下位ポートで受信したパケットの宛先が下位ポート宛のユニキャストであった場合、上記バッファに格納されずにフォワーディングしてもよい。この場合、マルチキャストであった場合は、サイクリック転送バッファに格納されるものとする。また、上位ポートから下位ポート宛の全てのパケットは、時間帯に拘わらず直ちにフォワーディングする。   Returning to FIG. 2, the switch logic unit C is composed of, for example, a switch LSI, and controls the connection between the four lower ports P11 to P14 and the two upper ports P01 and P02 connected thereto. Is. Here, the upper ports P01 and P02 are ports that forward received packets to other ports (both the upper port and the lower port), and also perform normal switching operations. On the other hand, the lower ports P11 to P14 are ports having a function of buffering received real-time packets for each node address or the like. Here, when the destination of the packet received at the lower port is a unicast addressed to the lower port, the packet may be forwarded without being stored in the buffer. In this case, if it is multicast, it is stored in the cyclic transfer buffer. Also, all packets addressed from the upper port to the lower port are immediately forwarded regardless of the time zone.

また、後に詳述するように、下位ポートP11〜P14のそれぞれで受信したリアルタイムサイクリック転送パケットは、それぞれ対応するバッファ(#a用バッファ〜#d用バッファ)に格納される。なお、#a〜#cに割り当てられたバッファは1つであり、新たに下位ポートからサイクリック転送パケットが到来した場合、そのリアルタイムパケットはバッファ上に上書きされる。   As will be described in detail later, the real-time cyclic transfer packets received by the lower ports P11 to P14 are stored in the corresponding buffers (#a buffer to #d buffer). Note that there is one buffer assigned to #a to #c, and when a cyclic transfer packet newly arrives from a lower port, the real-time packet is overwritten on the buffer.

各スイッチは、上記同期時間に基づいて、図10の表に示されるように、時間領域毎の処理を行う。すなわち、「自スイッチの回線使用許可時間」については、サイクリック転送バッファの内容を全ポートにフォワーディングする。また、下位ポートから受信した一般転送パケットを破棄する。また、他スイッチ(スイッチAやスイッチC)の回線使用許可時間に関しては、下位ポートから受信したサイクリック転送パケットをサイクリック転送バッファに格納(上書き・更新)する。また、下位ポートから受信した一般転送パケットを破棄する。また、アイドル時間に関しては、下位ポートから受信した一般転送パケットをフォワーディングする。ここで言うフォワーディングとは、一般的な通信用スイッチ装置の機能としてのフォワーディングである。また、下位ポートから受信したサイクリック転送パケットをサイクリック転送バッファに格納(上書き・更新)する。   Each switch performs processing for each time domain based on the synchronization time, as shown in the table of FIG. In other words, with respect to “the line usage permission time of the own switch”, the contents of the cyclic transfer buffer are forwarded to all ports. Also, the general transfer packet received from the lower port is discarded. As for the line use permission time of other switches (switch A and switch C), the cyclic transfer packet received from the lower port is stored (overwritten / updated) in the cyclic transfer buffer. Also, the general transfer packet received from the lower port is discarded. As for the idle time, the general transfer packet received from the lower port is forwarded. The term “forwarding” used herein refers to forwarding as a function of a general communication switch device. Further, the cyclic transfer packet received from the lower port is stored (overwritten / updated) in the cyclic transfer buffer.

次に、下位ポートに関する処理を示すフローチャートが図5に示されている。同図において処理が開始されると、パケット受信を待機する状態となる(ステップ501)。この状態において、パケットが受信されると(ステップ501YES)、現在の時間領域はどの領域にあるかの判定が行われる(ステップ502)。   Next, FIG. 5 shows a flowchart showing processing relating to the lower port. When the processing is started in the same figure, it enters a state of waiting for packet reception (step 501). In this state, when a packet is received (YES in step 501), a determination is made as to which region is the current time region (step 502).

このとき、自スイッチの回線使用許可時間であると判定されると、続いてパケットの種別が判定される(ステップ503)。ここでは、リアルタイムパケットと判定される場合と、一般転送パケットと判定される場合とがある。   At this time, if it is determined that it is the line use permission time of the own switch, the packet type is subsequently determined (step 503). Here, there are a case where it is determined as a real-time packet and a case where it is determined as a general transfer packet.

リアルタイムパケットと判定されると、そのパケットはサイクリック転送バッファに格納(上書き・更新)される(ステップ506)。その後、サイクリック転送バッファに格納されたパケットはフォワーディングされる(ステップ507)。これに対して、パケットの種別が一般転送パケットと判定されると、そのパケットは破棄される(ステップ508)。   If it is determined as a real-time packet, the packet is stored (overwritten / updated) in the cyclic transfer buffer (step 506). Thereafter, the packet stored in the cyclic transfer buffer is forwarded (step 507). On the other hand, when the packet type is determined to be a general transfer packet, the packet is discarded (step 508).

現在の時間領域が他スイッチの回線使用許可時間と判定された場合、そのパケットの種別が一般転送パケットであるかリアルタイムパケットであるかの判定が行われる(ステップ504)。ここで、一般転送パケットと判定された場合、そのパケットは破棄されるのに対し、リアルタイムパケットと判定された場合には、サイクリック転送バッファに格納(上書き・更新)される(ステップ509)。   If it is determined that the current time region is the line use permission time of another switch, it is determined whether the type of the packet is a general transfer packet or a real-time packet (step 504). If it is determined that the packet is a general transfer packet, the packet is discarded. On the other hand, if it is determined that the packet is a real-time packet, it is stored (overwritten / updated) in the cyclic transfer buffer (step 509).

現在の時間領域がアイドル時間と判定されると、続いてパケットの種別がリアルタイムパケットであるか一般転送パケットであるかが判定される(ステップ505)。ここでリアルタイムパケットと判定されると、続いてそのパケットはサイクリック転送バッファに格納(上書き・更新)される(ステップ509)。これに対して、一般転送パケットと判定されると、そのパケットはフォワーディング(一般的なスイッチング処理)される。   If it is determined that the current time region is idle time, it is subsequently determined whether the packet type is a real-time packet or a general transfer packet (step 505). If it is determined that the packet is a real-time packet, the packet is then stored (overwritten / updated) in the cyclic transfer buffer (step 509). On the other hand, when it is determined that the packet is a general transfer packet, the packet is forwarded (general switching processing).

以上の処理(ステップ501〜510)が、パケットの受信のたびに繰り返されることにより、あらかじめ割り当てられた各時間帯別にリアルタイム性を保証しつつ、サイクリック情報の送受信が行われる。   The above processing (steps 501 to 510) is repeated each time a packet is received, so that cyclic information is transmitted and received while guaranteeing real-time performance for each time slot assigned in advance.

なお、上位ポートに関する処理については、図6に示されるように、パケットの受信を待機し(ステップ601)、パケットの受信ならば、そのパケットをフォワーディング(一般的なスイッチング処理)する(ステップ602)。すなわち、上位ポートに関する限り、本発明においても、一般的なスイッチング処理が行われる。   As shown in FIG. 6, the processing related to the upper port waits for reception of a packet (step 601). If the packet is received, the packet is forwarded (general switching processing) (step 602). . That is, as far as the upper port is concerned, general switching processing is also performed in the present invention.

下位ポートP11がパケットを受信した場合のパケットの流れを示す説明図が図7に示されている。同図に示されるように、この場合、下位ポートP11に受信されたパケットは、下位ポートP13及び上位ポートP02から送信される。   FIG. 7 shows an explanatory diagram showing the flow of a packet when the lower port P11 receives the packet. As shown in the figure, in this case, the packet received by the lower port P11 is transmitted from the lower port P13 and the upper port P02.

また、上位ポートP02がパケットを受信した場合におけるパケットの流れを示す説明図(その2)が図8に示されている。同図に示されるように、上位ポートP02がパケットを受信した場合、そのパケットは、下位ポートP12及び上位ポートP01から送信される。   FIG. 8 shows an explanatory diagram (part 2) of the packet flow when the host port P02 receives the packet. As shown in the figure, when the upper port P02 receives a packet, the packet is transmitted from the lower port P12 and the upper port P01.

最後に、スケジューリングの実施例を示す説明図が図15に示されている。この例にあっては、3台の通信スイッチ装置SW−1,SW−2,SW−3を介してネットワーク(1588による時間管理下)が構成されている。通信スイッチ装置SW−1には3台のノード(スレーブ)1−A,1−B,1−Cの他に、1台のPLCが接続されている。   Finally, an explanatory diagram showing an example of scheduling is shown in FIG. In this example, a network (under time management by 1588) is configured via three communication switch devices SW-1, SW-2, and SW-3. In addition to the three nodes (slaves) 1-A, 1-B, 1-C, one PLC is connected to the communication switch SW-1.

同様にして、通信スイッチ装置SW−2には、3台のノード(スレーブ)2−A,2−B,2−Cがそれぞれ接続されている。同様に、通信スイッチ装置SW−3には、3台のノード(スレーブ)3−A,3−B,3−Cが接続されている。   Similarly, three nodes (slaves) 2-A, 2-B, and 2-C are connected to the communication switch device SW-2. Similarly, three nodes (slaves) 3-A, 3-B, and 3-C are connected to the communication switch device SW-3.

そして、これらの通信スイッチ装置SW−1〜3のそれぞれは、(SW−1の時間帯)→(SW−2の時間帯)→(SW−3の時間帯)→(アイドル)の順に1通信サイクルを構成するか(1通信サイクルの例−1)、あるいは(SW−1の時間帯)→(アイドル)→(SW−2の時間帯)→(アイドル)→(SW−3の時間帯)→(アイドル)の順に通信サイクルを構成している(1通信サイクルの例−2)。   Each of these communication switch devices SW-1 to SW-1 to 3 communicates in the order of (SW-1 time zone) → (SW-2 time zone) → (SW-3 time zone) → (idle). (1 communication cycle example-1) or (SW-1 time zone)-> (idle)-> (SW-2 time zone)-> (idle)-> (SW-3 time zone) → Communication cycles are configured in the order of (idle) (Example of one communication cycle-2).

そして、同じグループ(同じスイッチ)に接続されたノードの中では、基本的に自由にパケットのやり取りを行うことができる。また、各スイッチを介して外部へ送出されようとするパケットに関しては、一旦各スイッチ内にバッファリングされる。但し、このときバッファリングされるのはサイクリックデータのみとされる。同じ送信元からのサイクリックデータはバッファの内容を上書きされる。さらに、外部からスイッチに入ってくるパケットに関しては、一切バッファリングは行われず、従前のスイッチング方式を利用して、フリーパスとされる。一方、各通信スイッチ装置毎に決められた時間帯が到来すれば、バッファリングされているサイクリックデータは宛先に向けて送信される。   In the nodes connected to the same group (same switch), packets can be basically exchanged freely. Further, a packet to be transmitted to the outside through each switch is once buffered in each switch. However, only cyclic data is buffered at this time. Cyclic data from the same source is overwritten with the buffer contents. Furthermore, no buffering is performed on the packets entering the switch from the outside, and a free path is made using the conventional switching method. On the other hand, when the time zone determined for each communication switch device arrives, the buffered cyclic data is transmitted to the destination.

以上の動作中、各ノード(スレーブ)のそれぞれは、時間管理(1588)もサイクルも意識することはない。そのため、本発明によれば、各ノードに対する時間管理の負担が一切かからず、各ノードが特殊なハードウェアを備えることによりコストアップに繋がることを回避しつつも、サイクリック情報のリアルタイム性を保証することができる。   During the above operation, each node (slave) is not aware of time management (1588) or cycle. Therefore, according to the present invention, there is no burden of time management for each node, and the real-time property of cyclic information is reduced while avoiding the cost increase by providing each node with special hardware. Can be guaranteed.

以上の説明で明らかなように、本発明に係る通信用スイッチ装置によれば、上位ポートから入ってくるパケットに関しては従前の通信用スイッチ装置と同様にしてフリーパスを保証しつつも、外部へ出ていくパケットに関しては、サイクリックデータについてのみバッファリングを行い、しかも各スイッチ毎に割り当てられた時間帯の到来と共に外部へ送出するようにしているため、個々の下位ポートに接続されたノードにおいてシステム同期した時間管理を行う必要がなくなり、それらのノードの低コスト化を達成できる一方、システム全体としてはサイクリック情報のリアルタイム性を保証することができる。そのため、本発明によれば、イーサネット(登録商標)などの産業用ネットワークにおいて、サイクリック情報のリアルタイム性を確実に保証することができる。   As is apparent from the above description, according to the communication switch device according to the present invention, the packet entering from the upper port is assured of a free path in the same manner as the previous communication switch device, but to the outside. For outgoing packets, only cyclic data is buffered and sent to the outside with the arrival of the time zone assigned to each switch, so at the node connected to each lower port It is not necessary to perform time management synchronized with the system, and the cost of those nodes can be reduced. On the other hand, the entire system can guarantee the real-time property of cyclic information. Therefore, according to the present invention, the real-time property of cyclic information can be reliably ensured in an industrial network such as Ethernet (registered trademark).

システム構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a system configuration example. 本発明装置の構成図である。It is a block diagram of this invention apparatus. バッファ構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the buffer structural example. 転送パケット登録テーブルの説明図である。It is explanatory drawing of the transfer packet registration table. 下位ポートに関する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process regarding a low-order port. 上位ポートに関する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process regarding a high-order port. パケットの流れを示す説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) which shows the flow of a packet. パケットの流れを示す説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) which shows the flow of a packet. システム構成の一具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one specific example of a system configuration. スイッチ−Bでの時間領域毎の処理例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process example for every time area | region in switch-B. フォーマット例の説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) of a format example. フォーマット例の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of a format example. フォーマット例の説明図(その3)である。It is explanatory drawing (the 3) of a format example. 設定例に基づく時間割の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the timetable based on the example of a setting. スケジューリングの実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the Example of scheduling.

符号の説明Explanation of symbols

11,12,13 通信用スイッチ装置
111 PLC
112,113 ノード
121,122,123,124 ノード
131 ノード
A リアルタイム保証処理部
B 時間同期処理部
B1 同期時間生成部
B21 自スイッチの回線使用許可開始時間レジスタ
B22 自スイッチの回線使用許可終了時間レジスタ
B23 アイドル開始時間レジスタ
B24 アイドル終了時間レジスタ
C スイッチロジック部
TBL 転送パケット登録テーブル
P01,P02 上位ポート
P11,P12,P13,P14 下位ポート
11, 12, 13 Switch device for communication 111 PLC
112, 113 nodes 121, 122, 123, 124 nodes 131 nodes A real-time guarantee processing unit B time synchronization processing unit B1 synchronization time generation unit B21 own switch line use permission start time register B22 own switch line use permission end time register B23 Idle start time register B24 Idle end time register C Switch logic part TBL Transfer packet registration table P01, P02 Upper port P11, P12, P13, P14 Lower port

Claims (3)

他の通信用スイッチ装置に対して接続するための上位ポートと、
他の通信用スイッチ装置との間でサイクリックな回線使用時間帯を順次に割り振る手段と、
I/Oデータを扱うノードを接続するための下位ポートと、
他の通信用スイッチ装置の回線使用時間帯に上位ポートから受信したサイクリック情報及び随時に下位ポートから受信したI/Oデータを蓄えるバッファと、
自分の回線使用時間帯にバッファに蓄えたI/Oデータの最新情報を読み出し、上位ポートへ送信する手段とを具備することを特徴とする通信用スイッチ装置。
An upper port for connecting to another communication switch device,
Means for sequentially allocating cyclic line usage time with other communication switch devices;
A lower port for connecting a node that handles I / O data; and
A buffer for storing the cyclic information received from the upper port and the I / O data received from the lower port at any time during the line usage time of another communication switch device;
A communication switch device comprising means for reading the latest information of I / O data stored in a buffer during its own line use time period and transmitting the information to an upper port.
回線使用時間帯の開始時刻並びに終了時刻を登録するための開始レジスタ及び終了レジスタをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の通信用レジスタ装置。   2. The communication register device according to claim 1, further comprising a start register and an end register for registering a start time and an end time of the line use time zone. 下位ポートに接続されるノードがPLCであることを特徴とする請求項1に記載の通信用レジスタ装置。   2. The communication register device according to claim 1, wherein the node connected to the lower port is a PLC.
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