JP2011151530A - 通信システムの同期方法、通信システム、マスタ局 - Google Patents

通信システムの同期方法、通信システム、マスタ局 Download PDF

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Abstract

【課題】
伝送障害により伝送経路が変更された場合に、マスタ局および複数のスレーブ局からなる通信システムが同期する同期方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
それぞれn(n≧2)個のスレーブ局がシリーズに接続される第1および第2の通信回線と、第1および第2の通信回線のn個のスレーブ局をそれぞれ対応付けて接続するn個の中継装置と、第1および第2の通信回線と接続されるマスタ局と、からなる通信システムにおいて、第1の通信回線に伝送障害が発生した場合、伝送障害の発生箇所の前後にある中継装置をオンにし、これらの中継装置と第2の通信回線を経由して第1の通信回線へ通信を迂回する経路を構成し、第1の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信し、第1の通信回線に接続されるスレーブ局が伝送遅延時間を算出し、この伝送遅延時間に基づきマスタ局と同期する。
【選択図】 図5

Description

本発明は、マスタ局と複数のスレーブ局とから構成される通信システムにおいて、複数のスレーブ局をマスタ局と時間的に同期させるための同期方法、通信システム、マスタ局に関する。
サーボ機器やインバータ機器などのスレーブ局を有する制御システムでは、各スレーブ局をマスタ局の時刻に合わせて、時間的に同期して動作させることがある。各スレーブ局がマスタ局と同期するには、マスタ局からの距離や動作環境がそれぞれ異なることに起因する伝送遅延を考慮する必要がある。このような伝送遅延を考慮する先行技術として、特許文献1・2が提案されている。
特許第4097891号公報 特許第2752883号公報
しかしながら、特許文献1・2の先行技術では、たとえば主系と従系からなる通信システムにおいて、伝送障害により伝送経路が変更された場合、伝送遅延を補償できず、よってマスタ局と複数のスレーブ局からなる通信システムを同期できなかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、伝送障害により伝送経路が変更された場合に、通信システムが同期することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の通信システムの同期方法によれば、n(n≧2)個のスレーブ局がシリーズに接続される第1の通信回線と、n個のスレーブ局がシリーズに接続される第2の通信回線と、前記第1の通信回線のn個のスレーブ局と前記第2の通信回線のn個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するn個の中継装置と、前記第1および第2の通信回線と接続されるマスタ局と、からなる通信システムの同期方法において、平常時は、前記マスタ局は前記第1の通信回線を使って予め同期している前記第1の通信回線に接続されるn個のスレーブ局と通信し、前記第1の通信回線に伝送障害が発生した場合、前記マスタ局が、前記伝送障害の発生箇所の前後にある前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する前記中継装置を中継可能な状態にし、当該中継装置および前記第2の通信回線を経由して前記第1の通信回線へ通信を迂回する経路を構成するステップと、前記マスタ局が、前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信するステップと、前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局が、前記再同期要求情報を受信すると、前記マスタ局との通信で生じる伝送遅延時間を算出し、この伝送遅延時間に基づき前記マスタ局と同期するステップと、からなることを特徴とする。
本発明によれば、伝送障害により伝送経路が変更された場合に、マスタ局と複数のスレーブ局からなる通信システムが同期することができる。
本発明の通信システムにおけるシステム構成図である。 マスタ局Mの機能ブロック図である。 通信回線に伝送障害が起こったことを示す図である。 スレーブ局Sの機能ブロック図である。 マスタ局Mの動作を示すフローチャートである。
添付図面を適宜参照しながら、本発明にかかる通信システムの同期方法の好適な実施の形態について説明する。
図1は、本発明の通信システムにおけるシステム構成図である。
図1において、Mはマスタ局、S1〜S4およびS1’〜S4’はスレーブ局、D1〜D4は中継装置として機能するデバイスを示している。スレーブ局S1〜S4はシリーズに接続されており、主系として第1の通信回線を構成している。スレーブ局S1’〜S4’はシリーズに接続されており、従系として第2の通信回線を構成している。すなわち、第1および第2の通信回線からなる冗長な並列型のネットワークトポロジーとして構成することで、伝送障害に対する信頼性を向上している。デバイスD1〜D4は、スレーブ局S1〜S4のそれぞれとスレーブ局S1’〜S4’のそれぞれとを、1対1に対応付ける形で接続している。
マスタ局Mは、第1の通信回線の端部(始点)に位置するスレーブ局S1、および第2の通信回線の端部(始点)に位置するスレーブ局S1’と接続する。デバイスD1〜D4は、通常は中継機能をオフにしており、マスタ局Mからの指令により中継機能が中継可能な状態にオンされる、たとえばスイッチとして構成することができる。
図2は、マスタ局Mの機能ブロックを示す図である。
マスタ局Mは、スレーブ局SおよびデバイスDとで通信を行う通信部1、マスタ局Mの動作を制御する制御部2、第1および第2の通信回線のどこで障害が発生したかを特定する障害箇所特定部3を有する。障害箇所特定部3は、たとえば、スレーブ局S2と通信が可能で、かつ、スレーブ局S3と通信が不能の場合、スレーブ局S2とスレーブ局S3との間の通信回線に伝送障害(経路障害)が発生したと判断する。
マスタ局Mは、迂回経路構成部4、同期要求部5、伝送遅延時間テーブル6、伝送遅延時間更新部7を有する。
迂回経路構成部4は、たとえば第1の通信回線に伝送障害が発生した場合、伝送障害の発生箇所の前後にある第1の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する2つのデバイスをオンにし、オンにしたデバイスおよび第2の通信回線を経由して第1の通信回線へ通信を迂回する経路を構成する。具体的には、図3に示すように、スレーブ局S2とスレーブ局S3との間の通信回線に伝送障害が発生した場合、発生箇所の前後に位置するスレーブ局S2とスレーブ局S3に対応するデバイスD2・D3をオンにする。したがって、マスタ局Mからスレーブ局S3へ向けた通信は、「デバイスD2−スレーブ局S2’−スレーブ局S3’−デバイスD3」を経由して到着する。
マスタ局Mは、平常時は第1の通信回線を使って、予め同期が確立されている第1の通信回線に接続されるスレーブ局S1〜S4と通信する。マスタ局Mは、第1の通信回線に伝送障害が発生した場合、迂回経路構成部4で構成した経路を使って、スレーブ局S1〜S4と通信する。
同期要求部5は、各スレーブ局Sへ同期を要求するための機能である。各スレーブ局Sの同期を確立するタイミングは、たとえばシステムを立ち上げた時に行う。同期要求部5から同期の要求を受けたスレーブ局Sは、マスタ局Mおよび他のスレーブ局Sと同期をとるために算出した伝送遅延時間、すなわち自スレーブ局Sの基準クロックとマスタ局Mの基準クロックとのずれ、をマスタ局Mへ送信する。マスタ局Mは、スレーブ局の局番号S1〜S4・S1’〜S4’と伝送遅延時間とを対応付けて、伝送遅延時間テーブル6に記憶する。同期要求部5は、迂回経路構成部4が通信経路を再構成した場合、スレーブ局Sへ再同期要求情報を送信する。スレーブ局Sから再同期要求に対して算出した伝送遅延時間を受信したら、伝送遅延時間更新部7が伝送遅延時間テーブル6を更新する。なお、マスタ局Mの計時部10の基準クロックとスレーブ局Sの計時部14の基準クロックとの個体差により、時刻の同期にずれが発生するため、同期合わせは定期的に行う。
マスタ局Mは、配置順序記憶部8、同期完了判断部9、計時部10を有する。配置順序記憶部8は、各スレーブ局Sとマスタ局Mとの距離に基づき決まる順序を記憶している。
同期完了判断部9は、各スレーブ局の同期が完了したことを判断する。同期完了判断部9は、伝送遅延時間テーブル6が保有する各スレーブ局Sの伝送遅延時間の大きさに関する順序と、配置順序記憶部8の順序とを比較し、各スレーブ局の同期が完了したかどうかを判断する。たとえば、第1の通信回線で考えた場合、マスタ局Mと距離が最も近いスレーブ局S1の伝送遅延時間が最も小さく、マスタ局Mと距離が最も遠いスレーブ局S4の伝送遅延時間が最も大きくなる。よって、各スレーブ局Sの配置順序にしたがい各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさが並べば、スレーブ局の同期が完了したと判断できる。
図4は、スレーブ局Sの機能ブロックを示す図である。
スレーブ局Sは、マスタ局Mや他のスレーブ局SやデバイスDと通信を行う通信部11、スレーブ局Sの動作を制御する制御部12、マスタ局Mとの通信で生じる伝送遅延時間を算出する伝送遅延時間算出部13、計時部14を有する。
伝送遅延時間算出部13は、マスタ局Mおよび他のスレーブ局Sと同期して動作するために、マスタ局Mとの通信で生じる伝送遅延時間を算出する演算部である。スレーブ局Sは、迂回経路構成部4が通信経路を再構成したことに伴いマスタ局Mから再同期要求情報を受信すると、伝送遅延時間算出部13が、まず、伝送遅延測定用のフレームをマスタ局Mへ送信しマスタ局Mから応答信号を受信するまでの時間を計測する。マスタ局Mが生成する応答信号には、スレーブ局Sから伝送遅延測定用のフレームを受信し、マスタ局Mがスレーブ局へ応答送信する処理に要した処理時間情報を含んでいる。よって、スレーブ局Sの伝送遅延時間算出部13は、伝送遅延測定用のフレームをマスタ局Mへ送信してから応答信号を受信するまでを計測した時間と、応答信号に含まれているマスタ局Mで要した処理時間情報との差をとり、この差の1/2を伝送遅延時間として算出する。ここで、伝送速度は、上り/下りで対称と仮定している。
ここで、マスタ局Mが、スレーブ局Sから伝送遅延測定用のフレームを受信し、マスタ局Mがスレーブ局へ応答送信する際の、特許文献1・2などによりすでに公知となっている処理を簡単に説明する。マスタ局Mの計時部10は、制御部2の指示により、マスタ局Mがスレーブ局Sから伝送遅延測定用のフレームを受信し、マスタ局Mからスレーブ局Sへ応答信号を送信するために要した処理時間を計測する。そして、マスタ局Mは、この処理時間に関する情報を含んだ応答信号を、スレーブ局Sへ送信する。厳密には、マスタ局Mの計時部10が計測できる処理時間は、マスタ局Mがスレーブ局Sへ応答信号を送信する少し前までに関する時間である。つまり、応答信号に書き込まれる処理時間には、マスタ局Mが処理時間を含んだ応答信号を生成してからスレーブ局Sへ送信するまでの時間が含まれていない。このことを考慮して、応答信号に書き込まれる処理時間には、予めマスタ局Mが処理時間を含んだ応答信号を生成してからスレーブ局Sへ送信するまでに要する時間を求めておき、計時部10の計測値にこの時間を補正値として加えた時間を、応答信号に書き込む処理時間としてもよい。
スレーブ局Sは、上述のようにして算出した伝送遅延時間を、マスタ局Mの時刻情報に加えることで、自スレーブ局Sの時刻を求める。他のスレーブ局Sも、同様に伝送遅延時間を算出し自スレーブ局Sの時刻を求めて動作するので、システム全体がマスタ局Mの時刻に同期する。
図5は、マスタ局Mの動作を示したフローチャートである。
マスタ局Mの同期要求部5は、システム立ち上げ時などに、各スレーブ局Sへ初回の同期動作を要求し、各スレーブ局Sの時刻を同期させる(ステップS1)。マスタ局Mは経路障害(伝送障害)を監視しており、経路障害が起きた場合は、マスタ局Mの障害箇所特定部3が障害箇所を特定する。ここで、図3のように、第1の通信回線に接続されるスレーブ局S2とスレーブ局S3との間で経路障害が起こると(ステップS2,Yes)、マスタ局Mの迂回経路構成部4が迂回経路を構成する(ステップS3)。
迂回経路構成部4は、伝送障害の発生箇所の前後にある第1の通信回線に接続されるスレーブ局S2とスレーブ局S3に対応する2つのデバイスD2・D3をオンにして伝送データの中継を行う状態にさせ、第2の通信回線を経由して第1の通信回線へ通信を迂回する経路を構成する。すなわち、迂回経路構成部4は、マスタ局Mからスレーブ局S3への通信が、「デバイスD2−スレーブ局S2’−スレーブ局S3’−デバイスD3」を経由して行うように通信経路を構成する。
マスタ局Mの同期要求部5は、迂回経路構成部4が通信経路を再構成したことに伴い同期をとり直すために、第1の通信回線に接続されるスレーブ局Sへ再同期要求情報を送信し、スレーブ局Sへ伝送遅延時間の算出を指示する(ステップS4)。
同期要求部5が再同期要求情報を送信するスレーブ局Sの相手は、第1の通信回線に接続されるすべてのスレーブ局S1〜S4でもよい。もしくは、同期要求部5が再同期要求情報を送信するスレーブ局Sの相手は、マスタ局Mからみて通信障害が発生した箇所以降にある第1の通信回線に接続されるスレーブ局S3・S4のみとしてもよい。すなわち、すでに同期がとれているスレーブ局S1・S2を同期対象から除いてもよい。同期をとる対象を少なくした場合、システム全体の同期を確立する時間を短くできる効果がある。
マスタ局Mの同期完了判断部9は、各スレーブ局の同期が完了したかどうかを判断する(ステップS5)。
マスタ局Mは、スレーブ局の番号S1〜S4・S1’〜S4’と伝送遅延時間とを対応付けて、伝送遅延時間テーブル6に記憶する。マスタ局Mは、マスタ局が送信した再同期要求情報に応答するスレーブ局Sから伝送遅延時間を収集し、伝送遅延時間更新部7が伝送遅延時間テーブル6を更新する。そして、同期完了判断部9は、伝送遅延時間テーブル6が保有する各スレーブ局Sの伝送遅延時間の大きさに関する順序と、配置順序記憶部8に記憶している順序とを比較し、各スレーブ局の同期が完了したかどうかを判断する。
同期完了判断部9は、同期が完了していないと判断すれば(ステップS5,No)、再び伝送遅延時間の算出を指示する(ステップS4)。同期完了判断部9は、各スレーブ局の同期が完了したと判断すれば(ステップS5,Yes)、同期動作の終了を指示する(ステップS6)。そして、スレーブ局S1〜S4は、それぞれが算出した伝送遅延時間をマスタ局Mから受信する時刻に加えて動作することで、マスタ局Mおよびスレーブ局S1〜S4からなる通信システムが同期して動作する。
なお、本発明の実施例においては、同期完了判断部9が各スレーブ局の同期が完了したと判断してから同期動作の終了を指示したが、同期完了判断部9の判断を待たずに同期動作を終了することもできる。すなわち、各スレーブ局Sは伝送遅延時間を算出すると、同期完了判断部9の判断を待たずに、この求めた伝送遅延時間を自スレーブ局の時刻に加えて動作させることもできる。しかしながら、本発明のような同期完了判断部9を備えると、スレーブ局Sが正常に同期していることを判別できるので、同期をはずれた状態における不安定な動作を防止できる効果がある。
M マスタ局
S スレーブ局
1 通信部
2 制御部
3 障害箇所特定部
4 迂回経路構成部
5 同期要求部
6 伝送遅延時間テーブル
7 伝送遅延時間更新部
8 配置順序記憶部
9 同期完了判断部
10 計時部
11 通信部
12 制御部
13 伝送遅延時間算出部
14 計時部

Claims (7)

  1. n(n≧2)個のスレーブ局がシリーズに接続される第1の通信回線と、n個のスレーブ局がシリーズに接続される第2の通信回線と、前記第1の通信回線のn個のスレーブ局と前記第2の通信回線のn個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するn個の中継装置と、前記第1および第2の通信回線と接続されるマスタ局と、からなる通信システムの同期方法において、
    平常時は、前記マスタ局は前記第1の通信回線を使って予め同期している前記第1の通信回線に接続されるn個のスレーブ局と通信し、
    前記第1の通信回線に伝送障害が発生した場合、
    前記マスタ局が、前記伝送障害の発生箇所の前後にある前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する前記中継装置を中継可能な状態にし、当該中継装置および前記第2の通信回線を経由して前記第1の通信回線へ通信を迂回する経路を構成するステップと、
    前記マスタ局が、前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信するステップと、
    前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局が、前記再同期要求情報を受信すると、前記マスタ局との通信で生じる伝送遅延時間を算出し、この伝送遅延時間に基づき前記マスタ局と同期するステップと、
    からなることを特徴とする通信システムの同期方法。
  2. 前記マスタ局が、前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信するステップにおいて、
    前記マスタ局は、このマスタ局からみて前記発生箇所以降にある前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信する
    ことを特徴とする請求項1に記載の通信システムの同期方法。
  3. 前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局が、前記マスタ局と同期するステップにおいて、
    前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局は、前記再同期要求情報を受信して算出した前記伝送遅延時間を前記マスタ局へ送信し、
    前記マスタ局は、予め保有している前記第1の通信回線に接続される各スレーブ局の伝送遅延時間を、前記スレーブ局から受信した伝送遅延時間を使って更新し、各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさが予め設定されたスレーブ局の配置順序にしたがう場合に、すべてのスレーブ局の同期が完了したと判断する
    ことを特徴とする請求項1に記載の通信システムの同期方法。
  4. 前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局が、前記マスタ局と同期するステップにおいて、
    前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局は、前記再同期要求情報を受信すると、伝送遅延測定用のフレームを前記マスタ局へ送信し、
    前記フレームを受信した前記マスタ局は、前記スレーブ局へ応答送信するのに要した処理時間情報を含めた応答信号を前記スレーブ局へ送信し、
    前記スレーブ局は、前記伝送遅延測定用のフレームを送信してから前記応答信号を受信するまでの時間と前記応答信号に含まれる前記マスタ局で要した処理時間情報との差をとり、この差の1/2を前記伝送遅延時間とする
    ことを特徴とする請求項1に記載の通信システムの同期方法。
  5. n(n≧2)個のスレーブ局がシリーズに接続される第1の通信回線と、n個のスレーブ局がシリーズに接続される第2の通信回線と、前記第1の通信回線のn個のスレーブ局と前記第2の通信回線のn個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するn個の中継装置と、前記第1および第2の通信回線と接続されるマスタ局と、からなる通信システムにおいて、
    前記マスタ局は、通信部と、前記第1の通信回線における障害箇所を特定する障害箇所特定部と、前記障害箇所を迂回するように経路を構成する迂回経路構成部と、前記スレーブ局へ同期を要求する同期要求部と、を備え、
    前記スレーブ局は、通信部と、前記マスタ局との通信で生じる伝送遅延時間を算出する伝送遅延時間算出部と、を備え、
    前記マスタ局の迂回経路構成部は、前記障害箇所特定部が特定した障害箇所の前後にある前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する前記中継装置を中継可能な状態にし、当該中継装置および前記第2の通信回線を経由して前記第1の通信回線へ通信を迂回する経路を構成し、
    前記マスタ局の同期要求部は、前記迂回経路構成部が迂回経路を構成したことを受けて、前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信し、
    前記再同期要求情報を受信したスレーブ局は、前記伝送遅延時間算出部が前記マスタ局との通信で生じる伝送遅延時間を算出し、この伝送遅延時間に基づき前記マスタ局と同期する
    ことを特徴とする通信システム。
  6. 前記マスタ局は、前記スレーブ局の局番号と伝送遅延時間とを対応付けて記憶する伝送遅延時間テーブルと、前記伝送遅延時間テーブルを更新する伝送遅延時間更新部と、前記各スレーブ局と前記マスタ局との距離に基づき決まる順序を記憶している配置順序記憶部と、前記各スレーブ局の同期が完了したことを判断する同期完了判断部と、を備え、
    前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局は、前記再同期要求情報を受信して算出した前記伝送遅延時間を前記マスタ局へ送信し、
    前記マスタ局の前記伝送遅延時間更新部は、スレーブ局から受信した前記伝送遅延時間に基づき前記伝送遅延時間テーブルを更新し、
    前記マスタ局の前記同期完了判断部は、前記更新した伝送遅延時間テーブルに記憶した前記各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさの順序が、前記配置順序記憶部が記憶しているスレーブ局の配置順序にしたがう場合に、すべてのスレーブ局の同期が完了したと判断する
    ことを特徴とする請求項5に記載の通信システム。
  7. n(n≧2)個のスレーブ局がシリーズに接続される第1の通信回線と、n個のスレーブ局がシリーズに接続される第2の通信回線と、前記第1の通信回線のn個のスレーブ局と前記第2の通信回線のn個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するn個の中継装置と、からなる通信システムにおいて、前記第1および第2の通信回線と接続されるマスタ局であって、
    通信部と、前記第1の通信回線における障害箇所を特定する障害箇所特定部と、前記障害箇所を迂回するように経路を構成する迂回経路構成部と、前記スレーブ局へ同期を要求する同期要求部と、前記スレーブ局の局番号と伝送遅延時間とを対応付けて記憶する伝送遅延時間テーブルと、前記伝送遅延時間テーブルを更新する伝送遅延時間更新部と、前記各スレーブ局と前記マスタ局との距離に基づき決まる順序を記憶している配置順序記憶部と、前記各スレーブ局の同期が完了したことを判断する同期完了判断部と、を備え、
    前記迂回経路構成部は、前記障害箇所特定部が特定した障害箇所の前後にある前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する前記中継装置を中継可能な状態にし、当該中継装置および前記第2の通信回線を経由して前記第1の通信回線へ通信を迂回する経路を構成し、
    前記同期要求部は、前記迂回経路構成部が迂回経路を構成したことを受けて、前記第1の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信し、
    前記伝送遅延時間更新部は、前記送信した再同期要求情報に応答してスレーブ局から受信した前記伝送遅延時間に基づき前記伝送遅延時間テーブルを更新し、
    前記同期完了判断部は、前記更新した伝送遅延時間テーブルに記憶した前記各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさの順序が、前記配置順序記憶部が記憶しているスレーブ局の配置順序にしたがう場合に、すべてのスレーブ局の同期が完了したと判断する
    ことを特徴とするマスタ局。
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