JP2009089352A - 通信制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式を用いるネットワークでは、通信量がネットワークの最大帯域に近づくとパケットの遅延やロスが発生する確率が高くなり、またデータの衝突が発生すると再送が必要になるので、送信タイミングにジッタが発生するという課題を解決する。
【解決手段】 送信データを一時的に送信キューに保存し、フィルタに設定した検索条件によってパケットを選別して、検索条件に合致したパケットのパケット長からそのパケットがネットワークを占有する時間を計算して、この占有時間が経過すると送信キューに保存していた送信データを送信するようにした。パケットを密に配置することができ、かつデータ衝突が発生しないので、ネットワークの最大帯域近くまで通信量を上げても効率が低下しない。また、ガードバンドを設けることにより、送信開始タイミングのジッタを低減できる。

【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＤ(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)通信方式を用いたネットワークにおいて、特に組み込み機器を用いたネットワークに好適な通信制御装置に関するものである。

図１１にバス型ネットワークの構成を示す。図１１において、１０は伝送路、１１〜１４はこの伝送路１０に接続された端末である。１本の伝送路１０に複数の端末が接続されているので、一度に１台の端末しかデータを送信することができない。端末１１〜１４は伝送路１０に流れている全てのデータを取り込み、自分宛でないデータを破棄する。

このようなバス型ネットワークの通信制御を行う通信方式として、ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式がある。ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式は、データを送信する前に他の端末が伝送路を使っているかどうかをチェックし、使っていなければデータ送信を行う通信方式である。

図１１（Ａ）では端末１１がデータを送信し、端末１２がこのデータを受信している。端末１３、１４は端末１１が送信したデータを受信するが、自分宛でないので受信データを破棄する。また、伝送路１０は端末１１によって占有されているので、端末１３、１４は送信待機中になっている。

図１１（Ｂ）はデータの衝突が発生した場合を表している。端末１１のデータ送信が終了すると、送信待機中であった端末１３、１４は同時に伝送路１０にデータを出力する。このため、データの衝突が発生する。データの衝突が発生すると、端末１３、１４はランダムな時間待機した後、再度データを送信する。

図１２にＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式の動作を表すフローチャートを示す。図１２において、工程（Ｐ１２−１）でデータ送信要求が発生すると、工程（Ｐ１２−２）で、他の端末が伝送路を使用していないかをチェックするためにキャリアセンスを行う。工程（Ｐ１２−３）で伝送路が空であることを確認すると（ＹＥＳ）、工程（Ｐ１２−４）でデータの送信を開始する。伝送路が空でないと（ＮＯ）、工程（Ｐ１２−２）に戻り、再度キャリアセンスを行う。

データ送信中はデータの衝突が発生しないかをチェックする。工程（Ｐ１２−５）でデータの衝突が発生すると（ＹＥＳ）、ランダムな時間待機した後（行程（Ｐ１２−７））、工程（Ｐ１２−２）に戻る。衝突が発生しないと（ＮＯ）、データ送信が成功するので、終了する（工程（Ｐ１２−６））。

２つ以上の端末が同時にデータ送信を開始して衝突が発生しても、これらの端末は異なった時間待機した後データ送信を開始するので、再度衝突が発生する確率は低い。ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式では、１６回続いて衝突が発生すると通信失敗とし、ＯＳ(operating System)に通知する。

図１３に、インターネットプロトコルを用いた端末の構成を示す。図１３において、２０は端末であり、伝送路１０に接続されている。なお、通常伝送路１０には複数の端末が接続されているが、図１３では記載を省略している。

端末２０はデータリンク部２１、ＩＰ部２２、ＴＣＰ部２３、およびアプリケーション２４で構成されている。この端末は、ＯＳＩ(Open Systems lnterconnection)参照モデルを簡略化したインターネットモデルに基づいて構成されている。

データリンク部２１は電気あるいは光信号を送受信する送受信部とこの送受信部をコントロールするコントローラで構成され、インターネットモデルの物理層とデータリンク層に相当する動作を行う。すなわち、ＭＡＣ(Media Access Control)アドレスを用いて送受信相手を認識し、エラー訂正、再送等を行って信頼性の高いデータ伝送を実行する。また、データの衝突を監視し、衝突が発生すると遅延タイマを用いてランダム時間待機した後、再送信する。

２２はＩＰ部であり、インターネットモデルのインターネット層（ＩＰ層）に相当する動作を行う。すなわち、ＩＰ(Internet Protocol)を用い、始点と終点の端末の間でデータの授受を行う。２３はＴＣＰ部であり、インターネットモデルのトランスポート層(ＴＣＰ層)に相当する動作を行うものであり、ＴＣＰ(Transmission Control Protocol)あるいはＵＤＰ(User Datagram Protocol)を用いてデータの送受信を行う。２４はアプリケーションであり、端末の動作を規定する。このアプリケーション２４は、インターネットモデルのアプリケーション層に相当する。

ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式のネットワーク、あるいはプロセス制御システムで用いられるファウンデーション・フィールド・バス（ＦＦ）はバス型ネットワークであり、１本の伝送路に複数の端末が接続される。このバス型ネットワークは、１度に１つの端末しか送信を行うことができない。そのため、通信効率が悪いという欠点がある。

通信効率を改善するために、ネットワークスイッチを用いてスター型ネットワークを構築することがある。この構成を図１４に示す。図１４において、３０〜３５はネットワークスイッチである。ネットワークスイッチ３０〜３５は、入力されたデータを１つあるいは複数の経路に選択して出力することができるスイッチである。ネットワークスイッチ３０〜３５を操作してネットワークの一部を他から隔離することにより、同時に複数の端末が送信できるようにすることができる。

特開平０７−１８２２９３号公報 特開２０００−０３６８２５号公報 特開２００５−１２４２０６号公報

しかしながら、このようなネット一ワークには次のような課題があつた。ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式を用いたバス型ネットワークは一度に送信できる端末は１つに制限され、また各端末は伝送路の空き状況を確認して送信し、かつデータが衝突したときは再送しなければならない。そのため、通信量がネットワークの最大帯域に近づくとパケットの遅延やロスが多くなるので、必要な通信量に対してある程度余裕を加味した帯域を確保しなければならないという課題があつた。

また、他の端末が送信しているときは送信できず、またデータの衝突が発生すると再送を行う。ＴＣＰ／ＩＰではこの遅延時間がランダムに取られるので、ネットワークの状態によっては送信に大きなジッタが発生し、送信タイミングを厳密に管理することができないという課題もあつた。

さらに、組み込み機器が接続されているネットワークでは、組み込み機器は一般に処理能力が小さく、かつ多数の機器がネットワークに接続される。そのため、小さなパケットが大量に送信されるので、通信効率が低下し易いという課題もあった。

ネットワークスイッチを用いたスター型ネットワークでは同時に複数の端末が送信できるという利点はあるが、各端末間の通信量に応じてネットワークを構成しなければならないために、ネットワーク設定の自由度が低下し、かつネットワーク負荷の大きな変動に対応し難いという課題があつた。また、ネットワークスイッチが必要であり、ハードウエア構成が複雑になるという課題もあつた。特に、プロセス制御システムで用いるバスの要件と、民生用途で用いるバスの要件が異なるので、コスト的に不利であるという課題があった。

従って本発明の目的は、ネットワークが有する最大帯域近辺まで効率が低下せず、かつ
システムの規模の影響を受け難い通信制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式を用い、相互にパケットを交換して通信を行う通信制御装置において、
所定の条件が設定され、伝送路に流れるパケットのヘッダ部から前記検索条件に合致したパケットを検出して、そのパケットのパケット長を出力するフィルタと、
前記フィルタが出力したパケット長が入力され、このパケット長および前記伝送路の状態から、そのパケットが前記伝送路を占有する時間を計算して出力するパケット時間計算部と、
前記パケット時間計算部が計算した占有時間に関連する数値がセットされ、前記パケット時間計算部によって起動されると共に、タイムアップすると送信許可を出力するタイマと、
送信データを一時的に保存し、前記送信許可が入力されると、保存していた送信データを出力する送信キューと、
を具備したものである。送信パケットを密に配置することができるので、ネットワークの最大帯域近くまで通信効率が低下しない。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記伝送路を流れる信号に基づいてパケットを検出し、この検出したパケットを前記フィルタに出力する監視用ＩＰ部を具備したものである。フィルタの負荷を低減することができる。

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、
前記通信制御装置は制御周期を有し、この制御周期を、制御周期を有する通信制御装置が送信する周期通信区間と、制御周期を有さない通信装置が送信する非周期通信区間に分割するようにしたものである。制御周期を有さない通信装置と共存できる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、
前記非周期通信区間の後にガードバンドを設け、このガードバンド内で他の機器が送信を開始しないように、このガードバンドの期間中ダミーデータを送信するようにしたものである。周期通信区間にジッタが発生しない。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４いずれかに記載の発明において、
前記通信制御装置は、インターネットモデルの物理層とデータリンク層に相当する動作を行うデータリンク部と、ＩＰ層に相当する動作を行うＩＰ部と、トランスポート層に相当する動作を行うＴＣＰ部とを有し、
前記送信キューは前記ＴＣＰ部の出力を保存し、送信許可が入力されたときに、保存した送信データを前記ＩＰ部に出力するようにしたものである。送信パケットを密に配置できる。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４いずれかに記載の発明において、
前記通信制御装置は、インターネットモデルの物理層とデータリンク層に相当する動作を行うデータリンク部と、ＩＰ層に相当する動作を行うＩＰ部と、トランスポート層に相当する動作を行うＴＣＰ部とを有し、
前記送信キューは前記ＩＰ部の出力を保存し、送信許可が入力されたときに、保存した送信データを前記データリンク部に出力するようにしたものである。送信パケットを密に配置できる。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項４いずれかに記載の発明において、
前記通信制御装置は、インターネットモデルの物理層とデータリンク層に相当する動作を行うデータリンク部と、ＩＰ層に相当する動作を行うＩＰ部と、トランスポート層に相当する動作を行うＴＣＰ部とを有し、
前記送信キューは前記データリンク部の出力を保存し、送信許可が入力されたときに、保存した送信データを前記伝送路に出力するようにしたものである。送信パケットを密に配置できる。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７いずれかに記載の発明において、
前記通信制御装置はトリガパケットを生成するトリガパケット生成部を有し、パケットを受信したときに前記トリガパケットを送信するようにしたものである。パケットを受信しないために送信することができない通信制御装置がなくなる。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、
パケットを受信したときに送信すべきデータがあるときは、前記送信すべきデータを送信し、トリガパケットを送信しないようにしたものである。伝送路に流れるパケットの数を少なくできるので、伝送路の負荷を低減することができる。

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。
請求項１，２、３、４、５、６、７、８および９の発明によれば、送信データを一旦送信キューに保存し、受信したパケットのパケット長からこのパケットが伝送路を占有する時間を計算し、この占有時間に関連する数値をタイマにセットしてこのタイマを起動し、タイムアップすると前記送信キューに送信許可を出力して、保存していた送信データを送信するようにした。

受信したパケットが終了するとすぐに送信することができるので、パケット間の空き時間を最小限にして、パケットを密に配置することができる。そのため、ネットワークの最大帯域近くまで通信効率が低下することがないという効果がある。

このパケットを密に配置する主要な機能を通信制御装置に持たせるようにした。このため、各通信制御装置が自律的に動作して通信タイミングを制御することができ、マスターとなる装置を必要としないという効果もある。このため、小規模なネットワークから大規模なネットワークまで、同一のアーキテクチャで実現することができるという効果もある。また、ＴＣＰ／ＩＰ通信方式の規定を逸脱しないという効果もある。

また、制御周期を周期通信区間と非周期通信区間に分割することにより、制御周期を持たない一般の通信機器とも通信することができ、かつ制御周期を維持することができるという効果もある。また、非周期通信区間と周期通信区間の間にガードバンドを設けることにより、周期通信区間における通信開始タイミングのジッタを少なくすることができる。

また、パケットを受信したときにトリガパケットを送信するようにすることにより、パケットを受信しないためにデータを送信できない通信制御装置が発生することを防止することができる。さらに、送信すべきデータがあるときはトリガパケットを送信しないようにすることによって、伝送路の負荷の増加を防ぐことができる。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る通信制御装置の一実施例を示す構成図である。なお、図１３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１において、４０は通信制諸装置であり、伝送路１０に接続されている。通信制御装置４０は、図１３の端末２０に相当する。なお、通常伝送路１０には複数の通信制御装置が接続されるが、図１では１つのみ記載し、他は記載を省略している。

通信制御装置４０は、データリンク部２１、ＩＰ部２２、ＴＣＰ部２３、アプリケーション２４、監視用ＩＰ部４１、フィルタ４２、パケット時間計算部４３、ワンショットタイマ機能を有するタイマ４４、および送信キュー４５で構成されている。図１３の端末２０と同様に、データリンク部２１、ＩＰ部２２、ＴＣＰ部２３、アプリケーション２４は相互にデータの授受を行い、伝送路１０に接続されている他の通信制御装置等と通信を行う。

データリンク部２１が受信したデータは監視用ＩＰ部４１に入力される。監視用ＩＰ部４１はデータリンク部２１から渡されたデータからパケットを検出し、このパケットのヘッダ部に格納されている送信元、宛先、パケット長を監視して、このパケットをフィルタ４２に出力する。なお、パケットとは送信先等の制御情報を格納したヘッダ部が付加されたデータの小さなまとまりのことを言う。データはパケット単位で送受信される。

フィルタ４２には予め検索条件が設定される。検索条件は、例えば特定の時間に送信されたパケットとされる。フィルタ４２は入力されたパケットのヘッダ部から送信元、宛先等を取り出し、設定された検索条件に合致したパケットのパケット長をパケット時間計算部４３に出力する。

パケット時間計算部４３は入力されたパケット長と伝送路１０の物理的な条件から、そのパケットが伝送路１０を占有する時間を計算する。例えば、伝送路の通信速度をｖ、パケット長をＬとすると、占有時間はＬ／ｖで計算することができる。そして、この占有時間に関連する数値をタイマ４４セットし、このタイマ４４を起動する。タイマにセットする数値はパケットの占有時間そのもの、あるいはこの占有時間からタイマセットまでに要した時間を補正した数値とする。

ＴＣＰ部２３が出力する送信データはすぐには送信されず、一旦送信キュー４５に保存される。タイマ４４がタイムアップする、すなわちタイマ４４内部の時計がセットされた数値に達すると、送信キュー４５に送信許可が出力される。送信キュー４５は、この送信許可が入力されると、保存されていたデータをＩＰ部２２に渡す。ＩＰ部２２はこのデータをデータリンク部２１に渡す。データリンク部２１は渡されたデータを送信する。

次に、図２フローチャートに基づいて通信制御装置４０の動作を更に詳しく説明する。図２において、行程（Ｐ２−１）で監視用ＩＰ部４１は伝送路１０を流れるパケットを検出して、このパケットをフィルタ４２に渡す。工程（Ｐ２−２）で、パケットを渡されたフィルタ４２は、このパケットのヘッダ部から監視対象のパケットであるかどうかを判断する。監視対象のパケットでないと（ＮＯ）、行程（Ｐ２−１）に戻って次のパケットが来るのを待ち、監視対象パケットであると（ＹＥＳ）、行程（Ｐ２−４）に進む（行程（Ｐ２−３））。ヘッダ部はパケットの先頭にあるので、パケットの受信中にこの判断を行うことができる。

監視対象パケットであると、行程（Ｐ２−４）でフィルタ４２はパケット長をパケット時間計算部４３に渡す。パケット時間計算部４３は、渡されたパケット長からこのパケットが伝送路１０を占有する時間を計算し（工程（Ｐ２−５））、この時間に関連する数値をタイマ４４にセットして、このタイマ４４を起動する（行程（Ｐ２−６））。

行程（Ｐ２−７）で、タイマがタイムアップするまで待つ。タイマ４４がタイムアップすると（ＹＥＳ）、行程（Ｐ２−８）で、タイマ４４は送信キュー４５に送信許可を出力する。これによって、送信キュー４５は保存されている送信データをＩＰ部２２に出力し、行程（Ｐ２−１）に戻る（工程（Ｐ２−９））。ＩＰ部２２はデータリンク部２１にこのデータを渡し、データリンク部２１は渡されたデータを送信する。

この実施例では、パケットの受信中にこのパケットが伝送路１０を占有する時間を計算し、この時間が経過すると直ちに送信データを送信するようにした。そのため、データが衝突する可能性が少なくなり、かつ送信待ち時間を最小にすることができる。従って、通信効率が高くなり、かつ伝送路の最大帯域近くまで使用することができる。

伝送路１０に多数の通信制御装置が接続されている場合、それぞれの通信制御装置が重複して送信しないように、予めフィルタ４２の検索条件を設定しておくと、これらの通信制御装置を連携して動作させることができ、送信パケットを隙間なく、かつ重複しないように連続して配置することができる。

図３に送信タイミングの例を示す。図３において、制御周期Ｔｐｒｄは通信制御の制御周期を表している。制御周期とは、たとえばプロセス制御システムで制御を行う周期のことを言う。この制御周期内でプロセス量を読み込み、操作量を演算して出力する操作を繰り返す。制御周期Ｔｐｒｄは周期通信区間Ｔｉｎ１と非周期通信区間Ｔｉｎ２に分割される。制御周期を持つ通信制御装置は周期通信区間Ｔｉｎ１で送信し、制御周期を持たない通信装置は非定期通信区間Ｔｉｎ２で送信する。なお、制御周期を持つ通信装置には、たとえばプロセス制御システムで用いられる通信装置がある。

このように、制御周期を周期通信区間と非周期通信区間に分割することにより、制御周期を有する通信機器と制御周期を有さない通信機器を、同じネットワーク内に共存させることができる。

図１の通信制御装置を用いると、現在受信しているパケットが終了すると、待機時間を設けることなくすぐに送信することができる。従って、周期通信区間Ｔｉｎ１は送信パケットを衝突することなく密に配置することができる。制御周期を有する通信制御装置の通信を周期通信区間Ｔｉｎ１に集中させることにより、効率的な通信を行うことができる。

制御周期を持たない一般の機器との通信は、非周期通信区間Ｔｉｎ２で行う。なお、これらの一般機器はイーサネット（登録商標）に代表されるＣＳＭＡ／ＣＤ方式で通信を行うものとする。

時刻ｔ１で一般の機器が送信要求を行うとする。一般機器はキャリアセンスを行って伝送路１０が空いているかどうかを確認するが、前述したように周期通信区間Ｔｉｎ１は送信パケットが密に配置されるので、割り込むことができない。そのため、実際の送信は非周期通信区間Ｔｉｎ２内の時刻ｔ２に行われる。

制御周期を持つ通信制御装置もＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式で通信を行うので、一般機器の送信が時刻ｔ３から開始され、次の周期通信区間Ｔｉｎ１までに終わらない場合は、割り込むことができない。そのため、次の周期通信区間Ｔｉｎ１は時刻ｔ４から開始される。周期通信区間Ｔｉｎ１の開始タイミングはずれ込むが、一般に制御周期を持つシステムでは、制御周期内における通信タイミングは許容される場合が多いので、実用上支障を来すことはない。

図３のように制御周期Ｔｐｒｄを周期通信区間Ｔｉｎ１と非周期通信区間Ｔｉｎ２に分けると、時刻ｔ４のように周期通信区間Ｔｉｎ１の開始タイミングが制御周期内でふらつくジッタが発生する。多くのシステムではこのジッタは許容されるが、許容されないシステムも存在する。

このようなシステムでは、制御周期Ｔｐｒｄにガードバンドを設け、このガードバンドによって制御周期を持たないシステムの送信が次の周期通信区間Ｔｉｎ１に食い込まないようにする。このような通信方式の例を図４に示す。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図４において、制御周期Ｔｐｒｄは周期通信区間Ｔｉｎ１、非周期通信区間Ｔｉｎ２、およびガードバンドＴｇに分けられる。ガードバンドＴｇの幅は、非周期通信区間Ｔｉｎ２で発生した送信パケットが、次の周期通信区間Ｔｉｎ１に食い込まない値に設定される。これにより、周期通信区間Ｔｉｎ１は常に制御周期Ｔｐｒｄの最初から開始され、ジッタが発生することはない。

なお、ガードバンドＴｇでは必要に応じてダミーのキャリア等のダミーデータを発生させ、他の通信端末が送信を開始できないようにする。また、非周期通信区間Ｔｉｎ２内に送信が終了しないときは、その送信が終了した時点からガードバンドＴｇを発生させる。

図５に、ガードバンドＴｇを生成することができる通信制御装置の構成を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図５において、５０は通信制御装置であり、図１実施例とほぼ同様の構成を有する。５１はガードバンド生成部であり、パケット時間計算部４３の出力が入力され、データリンク部２１を制御する。ガードバンド生成部５１は図４で示したガードバンドＴｇを発生させ、データリンク部２１を制御して、このガードバンドＴｇの期間では、他の一般機器が送信を開始しないように、必要に応じてダミーのキャリア等のダミーデータを発生させる。

図６に、さらに他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図６において、６０は通信制御装置であり、図１の通信制御装置４０とほぼ同じ構成を有しているが、この実施例では、送信キュー４５をＩＰ部２２の下流側（伝送路１０側）に配置している所が異なっている。動作は図１実施例と同じなので、説明を省略する。なお、監視用ＩＰ部４１が省略されているが、フィルタ４２が監視用ＩＰ部４１の動作を兼ねており、実質的な違いはない。

なお、送信キュー４５をデータリンク部２１の下流側、すなわちデータリンク部２１の出力側に配置してもよい。また、図５実施例でも同様に、送信キュー４５をＩＰ部２２の出力側か、データリンク部２１の出力側に配置してもよい。

また、フィルタ４２に設定する検索条件には、任意の条件を設定することができる。通信制御装置４０、５０、６０が、自身宛のパケットだけでなく、他の通信制御装置宛のパケットを見ることができるなら、このパケットの内容を検索条件に設定してもよい。

さらに、これらの実施例では、通信制御装置４０、５０、６０はインターネットモデルに基づいた構成としたが、インターネットモデルに基づかない通信制御装置であってもよい。要は、ＣＳＭＡ／ＣＤ通信方式を用い、相互にパケットを交換して通信を行う通信制御装置であればよい。

このような通信制御装置は、パケットを受信すると送信キュー４５に保存していた送信データを送信するものである。すなわち、データを送信する通信制御装置と、データを受信する通信制御装置はシーケンシャルに、一本の順序関係で繋がっていることを前提としている。

しかし、通信制御装置には複数の入出力経路を有するものがある。このような通信制御装置では、シーケンシャルな入出力関係が実現できず、データを送信することができなくなる場合も考えられる。図７に、このような場合でも確実にデータを送信することができる通信制御装置の構成を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図７において、７０は通信制御装置であり、データリンク部２１、ＩＰ部２２、ＴＣＰ部２３、アプリケーション２４、監視用ＩＰ部４１、フィルタ４２、パケット時間計算部４３、タイマ４４、送信キュー４５、およびトリガパケット生成部７１で構成されている。

タイマ４４の出力はトリガパケット生成部７１に入力され、このトリガパケット生成部７１の出力はＩＰ部２２に入力される。タイマ４４は、パケットを受信すると、トリガパケット生成部７１にトリガパケットの生成を指令する。トリガパケット生成部７１は、タイマ４４からトリガパケット生成の指令が入力されるとトリガパケットを生成し、ＩＰ部２２に出力する。ＩＰ部２２はこのトリガパケットをデータリンク部２１に渡し、データリンク部２１はこのトリガパケットを伝送路１０に送信する。なお、図５、図６実施例にトリガパケット送信部７１を追加することもできる。

次に、図８〜図１０を用いて通信制御装置７０の動作を説明する。なお、データを含むパケットの経路を実線矢印で、トリガパケットの経路を破線矢印で表す。また、通信制御装置８０〜９４はそれぞれ通信制御装置７０と同じ構成を有する通信制御装置であり、ノードを構成している。

図８（Ａ）は２入力１出力の通信制御装置の動作を示す図である。図８（Ａ）において、通信制御装置８０は２入力１出力の通信制御装置であり、通信制御装置８１と８３からパケットＩＮ−１、ＩＮ−２を受信すると、パケットＯＵＴを図示しない通信制御装置に出力する。この場合、通信制御装置８３がどこからもパケットを受信しないと、通信制御装置８０にパケットを送信することができず、通信制御装置８０はパケットＯＵＴを送信することができない。

このようなことを避けるために、通信制御装置８０は通信制御装置８１からパケットＩＮ−１を受信すると、通信制御装置８２にトリガパケットを送信する。通信制御装置８２はトリガパケットを受信すると、このトリガパケットを図示しない通信制御装置に送信する。トリガパケットを送信する通信制御装置は、予め定めておく。トリガパケットは他の通信制御装置に出力タイミングを知らせるパケットであり、データを含まない空パケットである。

このように構成することにより、トリガパケットが順次受け渡され、通信制御装置８３にトリガパケットが入力される。通信制御装置８３は通信制御装置８０にパケットＩＮ−２を送信する。通信制御装置８０は通信制御装置８３からのパケットを受け取ると、パケットＯＵＴを送信する。このようにすることにより、２入力１出力通信制御装置８０が２つのパケットを受信できず、パケットを送信することができなくなることを防止することができる。

図８（Ｂ）は１入力２出力の通信制御装置の動作を示す図である。図８（Ｂ）において、通信制御装置８４は１入力２出力の通信制御装置であり、図示しない通信制御装置からパケットＩＮを受信すると通信制御装置８５にパケットＯＵＴ−１を送信し、再度パケットを受信すると通信制御装置８７にパケットＯＵＴ−２を送信する。この場合も、通信制御装置８４が２つのパケットを受信できず、通信制御装置８７にパケットを送信することができない場合が考えられる。

このため、通信制御装置８４がパケットＩＮを受信すると、通信制御装置８５にパケットを送信する。通信制御装置８５はパケットを受信すると、予め定められたパケットにトリガパケットを送信する。このトリガパケットが受け渡され、最終的に通信制御装置８６は通信制御装置８４にトリガパケットを送信する。通信制御装置８４はこのトリガパケットを受信すると、通信制御装置８７にパケットＯＵＴ−２を送信する。このようにすることにより、１入力２出力通信制御装置８４が２つのパケットを受信できず、パケットを送信することができなくなることを防止することができる。

図９（Ａ）に３入力１出力通信制御装置の動作を示す。図９（Ａ）において、８８は３入力１出力の通信制御装置であり、ＩＮ―３〜ＩＮ―５の３つのパケットを受信すると、１つのパケットＯＵＴ−３を図示しない通信制御装置に送信する。

通信制御装置８８はパケットＩＮ―３を受信すると、トリガパケットＴＲＧ−１を予め定められた通信制御装置（ノード）に送信する。このトリガパケットＴＲＧ−１によって直接、あるいは間接に図示しない通信制御装置が起動され、通信制御装置８８にパケットＩＮ―４を送信する。

通信制御装置８８は、パケットＩＮ―４を受信すると、トリガパケットＴＲＧ−２を送信する。トリガパケットＴＲＧ−１と同様にして、通信制御装置８８はパケットＩＮ―５を受信する。通信制御装置８８は、３つのパケットＩＮ―３〜ＩＮ―５を受信すると、パケットＯＵＴ―２を送信する。なお、４入力以上の通信制御装置でも、同じ手順で送受信する。

図９（Ｂ）に基づいて１入力３出力の通信制御装置の動作を説明する。図８（Ｂ）において、８９は１入力３出力の通信制御装置であり、パケットＩＮ―６を受信すると３つのパケットＯＵＴ−４〜ＯＵＴ−６を送信する。

通信制御装置８９は、パケットＩＮ―６を受信するとパケットＯＵＴ−４を送信する。図示しない通信制御装置がＯＵＴ−４パケットを受信するとトリガパケットを送信し、このトリガパケットがトリガになって、トリガパケットＴＲＧ−３が通信制御装置８９に入力される。通信制御装置８９がこのトリガパケットＴＲＧ−３を受信すると、パケットＯＵＴ−５を出力する。ＯＵＴ−４パケットの場合と同様にして、トリガパケットＴＲＧ−４が通信制御装置８９に入力される。通信制御装置８９はトリガパケットＴＲＧ−４を受信すると、パケットＯＵＴ−６を送信する。このようにして、全てのパケットを送信することができる。なお、１つのパケットを入力すると５出力以上のパケットを送信する場合も、同様の手順で送受信を行えばよい。また、図９の（Ａ）と（Ｂ）を組み合わせることにより、多入力多出力の通信制御装置に適用することもできる。

図１０に複数の通信制御装置が連携してパケットを交換する例を示す。図１０において、通信制御装置９４は通信制御装置９３が送信したパケットＰＴ６を受信すると、パケットＰＴ７を送信するように設定されているとする。

通信制御装置９０は通信制御装置９１にパケットＰＴ１を送信する。通信制御装置９１がこのパケットＰＴ１を受信すると、通信制御装置９２にパケットＰＴ２を送信する。通信制御装置９２は、パケットＰＴ２を受信すると、通信制御装置９４にパケットＰＴ３を送信する。通信制御装置９４は送信するデータを持っていないので、パケットＰＴ３を受信すると通信制御装置９１にトリガパケットＴＲＧ−５を送信する。これにより、通信制御装置９１は通信制御装置９４にパケットＰＴ４を送信する。

通信制御装置９４はやはり送信すべきデータを持っていないので、通信制御装置９０にトリガパケットＴＲＧ−６を送信する。通信制御装置９０はトリガパケットＴＲＧ−６を受信すると、通信制御装置９３にパケットＰＴ５を送信する。通信制御装置９３はこのパケットＰＴ５を受信すると、通信制御装置９４にパケットＰＴ６を送信する。通信制御装置９４は、通信制御装置９３が送信したパケットを受信したので、図示しない通信制御装置にパケットＰＴ７を送信する。

トリガパケットがＴＲＧ−５、ＴＲＧ−６ないと、通信制御装置９１、９０はパケットを受信できないので、パケットＰＴ４、ＰＴ５を送信することができない。通信制御装置９３はパケットＰＴ５を受信しないとパケットＰＴ６を通信制御装置９３に送信できず、従って通信制御装置９４はパケットＰＴ７を送信することができない。この実施例では送信データを持たない通信制御装置がトリガパケットを送信し、その送信先をダイナミックに変えることにより、通信を続行することができる。

なお、通信制御装置がパケットを受信したときに、送信データを持っている場合でも、その送信データを含むパケットとトリガパケットの両方を送信するようにしてもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明の一実施例の動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る通信方式の一実施例を示すタイムチャートである。 本発明に係る通信方式の他の実施例を示すタイムチャートである。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例の動作を説明するための図である。 本発明の他の実施例の動作を説明するための図である。 本発明の他の実施例の動作を説明するための図である。 バス型ネットワークの構成図である。 ＣＳＭＡ／ＣＤ通信の動作を説明するフローチャートである。 従来の通信端末の構成図である。 ネットワークスイッチを用いたネットワークの構成図である。

符号の説明

１０ 伝送路
２１ データリンク部
２２ ＩＰ部
２３ ＴＣＰ部
２４ アプリケーション
４０、５０、６０、７０、８０〜９４ 通信制御装置
４１ 監視用ＩＰ部
４２ フィルタ
４３ パケット時間計算部
４４ タイマ
４５ 送信キュー
５１ ガードバンド生成部
７１ トリガパケット生成部
Ｔｐｒｄ 制御周期
Ｔｉｎ１ 周期通信区間
Ｔｉｎ２ 非周期通信区間
Ｔｇ ガードバンド
ＩＮ、ＩＮ−１〜ＩＮ―６ 入力パケット
ＯＵＴ、ＯＵＴ−１〜ＯＵＴ−６ 出力パケット
ＴＲＧ−１〜ＴＲＧ−４ トリガパケット
ＰＴ１〜ＰＴ７ パケット

Claims (9)

1. ＣＳＭＡ／ＣＤ(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)通信方式を用い、相互にパケットを交換して通信を行う通信制御装置において、
   所定の検索条件が設定され、伝送路に流れるパケットのヘッダ部から前記検索条件に合致したパケットを検出して、そのパケットのパケット長を出力するフィルタと、
   前記フィルタが出力したパケット長が入力され、このパケット長および前記伝送路の状態から、そのパケットが前記伝送路を占有する時間を計算して出力するパケット時間計算部と、
   前記パケット時間計算部が計算した占有時間に関連する数値がセットされ、前記パケット時間計算部によって起動されると共に、タイムアップすると送信許可を出力するタイマと、
   送信データを一時的に保存し、前記送信許可が入力されると、保存していた送信データを出力する送信キューと、
   を具備したことを特徴とする通信制御装置。
2. 前記伝送路を流れる信号に基づいてパケットを検出し、この検出したパケットを前記フィルタに出力する監視用ＩＰ部を具備したことを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
3. 前記通信制御装置は制御周期を有し、この制御周期を、制御周期を有する通信制御装置が送信する周期通信区間と、制御周期を有さない通信装置が送信する非周期通信区間に分割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２記載の通信制御装置。
4. 前記非周期通信区間の後にガードバンドを設け、このガードバンド内で他の機器が送信を開始しないように、このガードバンドの期間中ダミーデータを送信するようにしたことを特徴とする請求項３記載の通信制御装置。
5. 前記通信制御装置は、インターネットモデルの物理層とデータリンク層に相当する動作を行うデータリンク部と、ＩＰ層に相当する動作を行うＩＰ部と、トランスポート層に相当する動作を行うＴＣＰ部とを有し、
   前記送信キューは前記ＴＣＰ部の出力を保存し、送信許可が入力されたときに、保存した送信データを前記ＩＰ部に出力するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の通信制御装置。
6. 前記通信制御装置は、インターネットモデルの物理層とデータリンク層に相当する動作を行うデータリンク部と、ＩＰ層に相当する動作を行うＩＰ部と、トランスポート層に相当する動作を行うＴＣＰ部とを有し、
   前記送信キューは前記ＩＰ部の出力を保存し、送信許可が入力されたときに、保存した送信データを前記データリンク部に出力するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の通信制御装置。
7. 前記通信制御装置は、インターネットモデルの物理層とデータリンク層に相当する動作を行うデータリンク部と、ＩＰ層に相当する動作を行うＩＰ部と、トランスポート層に相当する動作を行うＴＣＰ部とを有し、
   前記送信キューは前記データリンク部の出力を保存し、送信許可が入力されたときに、保存した送信データを前記伝送路に出力するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の通信制御装置。
8. 前記通信制御装置はトリガパケットを生成するトリガパケット生成部を有し、パケットを受信したときに前記トリガパケットを送信するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７いずれかに記載の通信制御装置。
9. パケットを受信したときに送信すべきデータがあるときは、前記送信すべきデータを送信し、トリガパケットを送信しないようにしたことを特徴とする請求項８記載の通信制御装置。

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