JP2013198037A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワーク内の伝送帯域を有効に確保しつつ、通信ノードの新設や除去を容易に行うことができる通信システムを提供する。
【解決手段】通信ノードは、ネットワーク外の通信に用いる外部ポートＵと、ネットワーク内の通信に用いる複数の内部ポートＸ〜Ｚと、外部又は内部ポートＵ，Ｘ〜Ｚで受信した通信フレームに対して次の第１及び第２の転送処理を行うフレーム処理部３３と、を有する。第１の転送処理：外部フレームにフレーム方向ごとに異なる値で子局を識別可能に定義された識別情報と、転送ごとに異なる値に置換されるシーケンス情報とを付加し、当該外部フレームをすべての内部ポートＸ〜Ｚからブロードキャストする。第２の転送処理：内部フレームを、その内部フレームに含まれるシーケンス情報の値に基づいて、受信ポート以外の他のすべての内部ポートＸ〜Ｚからブロードキャストするか、廃棄するかを決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、親局と子局との間の通信経路に冗長性を有するネットワークよりなる通信システムに関する。

冗長な通信経路（「冗長パス」或いは「プロテクションパス」ともいう。）を含む通信ネットワークとして、例えばメッシュネットワークがある。
このメッシュネットワークは、各々の通信ノードが隣接する複数の通信ノードと接続されることで、全体が網目状に構成された接続形態のネットワークである。この場合、メッシュネットワーク内の通信信号は、隣接する通信ノードへの転送を繰り返して伝送されるので、いずれかのノードがインターネット等の外部ネットワークと接続されていれば、メッシュネットワーク内のすべての通信ノードが外部ネットワークと通信可能となる。

かかるメッシュネットワークでは、あるノードが破損したり離脱したりしても、代替経路を確保し易いので、基地局が不通になるとネットワーク全体が停止するスター型ネットワークに比べて、障害に強いという利点がある。
もっとも、通信経路の探索や無限ループを防止する伝送制御を適切に行うために、高度なルーティング技術が必要であり、また、ユーザ認証などで通信ノードを限定しないと、第三者がメッシュに参加し易く情報漏洩のリスクが高いという欠点もある。

上記メッシュネットワークを用いた通信システムとして、メッシュネットワークをリングネットワークの複合体として定義し、リングネットワークのループ経路ごとに、そのリングネットワークのトポロジに対応したプロトコル（具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１７として標準化されたＲＰＲ（Resilient Packet Ring ））を採用することにより、障害発生時における復旧を短時間で行えるようにした通信システムが、既に提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−２１２７４１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の従来の通信システムでは、宛先の通信ノードに至るまでのリングをリングＩＤテーブルに基づいて決定するので、リングＩＤテーブルに、各通信ノードに対応するリング経路を予め設計して設定しておく必要がある。
このため、従来のメッシュネットワークよりなる通信システムでは、リングＩＤテーブルを各通信ノードに設定する作業が非常に煩雑であり、通信ノードの新設や除去を容易に行えないという欠点がある。

一方、各々の通信ノードが受信した通信フレームを隣接する他の通信ノードにブロードキャストすることにすれば、冗長パスを人為的に定めて通信ノードに設定しなくても、ネットワーク内のすべての通信ノードに通信フレームを行き渡らせることができる。
しかし、各々の通信ノードが受信フレームを単純にブロードキャストするだけでは、同じ通信フレームの数がネットワーク内で無制限に増加し、ネットワーク内の伝送帯域が無駄に消費されるおそれがある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、ネットワーク内の伝送帯域を有効に確保しつつ、通信ノードの新設や除去を容易に行うことができる通信システムを提供することを目的とする。

（１） 本発明の通信システムは、親局と複数の子局とを備え、前記親局と前記子局との間の通信経路に冗長性を有するネットワークよりなる通信システムであって、前記ネットワーク外の通信に用いる外部ポートと、前記ネットワーク内の通信に用いる複数の内部ポートと、前記外部又は内部ポートで受信した通信フレームに対して次の第１及び第２の転送処理を行うフレーム処理部と、を有する前記親局と前記子局が通信ノードとして含まれることを特徴とする。

第１の転送処理：外部ポートで受信した又は自局で生成した通信フレーム（以下、本明細書において「外部フレーム」ともいう。）に、フレーム方向ごとに異なる値で前記子局を識別可能に定義された識別情報と、転送ごとに異なる値に置換されるシーケンス情報とを付加し、当該外部フレームをすべての内部ポートからブロードキャストする処理
第２の転送処理：内部ポートで受信した通信フレーム（以下、本明細書において「内部フレーム」ともいう。）を、その内部フレームに含まれるシーケンス情報の値に基づいて、受信ポート以外の他のすべての内部ポートからブロードキャストするか、廃棄するかを決定する処理

本発明の通信システムによれば、ネットワークに新たに導入する外部フレームについては、識別情報とシーケンス情報が付加され、すべての内部ポートからブロードキャストされる（第１の転送処理）。
また、ネットワークに流通する内部フレームについては、シーケンス情報の値が所定条件を満たす場合に、受信ポート以外のすべての内部ポートからブロードキャストされる（第２の転送処理）。

従って、親局から任意の子局に至るまでの下り経路や、任意の子局から親局に至るまでの上り経路を各子局に予め設定しなくても、ネットワーク内の任意の子局宛の下りフレームを当該子局に伝送できるとともに、ネットワーク内の任意の子局が送信した上りフレームを親局に伝送することができる。
このため、既存の子局の設定を変更せずに、運用中のネットワークに子局を新設したり除去したりしても、上り及び下りフレームを適切に伝送でき、運用中のネットワークに対する通信ノードの新設や除去を容易に行うことができる。

また、本発明の通信システムによれば、内部フレームを無条件にブロードキャストするのではなく、内部フレームに含まれるシーケンス情報の値に基づいて、ブロードキャストするか廃棄するかを決定するので（第２の転送処理）、ネットワーク内で流通させる同じ通信フレームの数を制限することができる。
従って、同じ通信フレームがネットワーク内で無制限に増加することがなく、ネットワーク内の伝送帯域を有効に確保することができる。

（２） 本発明の通信システムにおいて、前記フレーム処理部は、今回受信した前記内部フレームに含まれるシーケンス情報の値が、過去に受信した前記識別情報の値が同じ前記内部フレームについて既に付与した過去値と異なることを条件として、今回受信した前記内部フレームを廃棄することにすればよい。

すなわち、フレーム処理部は、例えば、転送ごとにシーケンス情報の値を所定値だけ増加させる場合は、今回受信した内部フレームのシーケンス情報の値が過去値以下であることを条件としてその内部フレームを廃棄し、転送ごとにシーケンス情報の値を所定値だけ減少させる場合は、今回受信した内部フレームのシーケンス情報の値が過去値以上であることを条件としてその内部フレームを廃棄すればよい。
このようにすれば、ブロードキャストすべき内部フレームを単純なロジックで正確に絞ることができる。

（３） 本発明の通信システムにおいて、前記識別情報は、更にフレーム種別ごとに異なる値で前記子局を識別可能に定義されていることが好ましい。
その理由は、フレーム方向だけでなく、フレーム種別ごとに異なる値で子局を識別可能となるように識別情報の値を定義しておけば、例えば、後述の管理装置が冗長パスを制限する制御を行う場合に、データフレームに絞って当該制限を実行することができ、ネットワークの管理を柔軟に行えるようになるからである。

（４） 本発明の通信システムは、前記識別情報の値ごとに転送規則を決定し、決定した前記転送規則を含む管理フレームを前記親局にブロードキャストさせる管理装置を、更に備えていることが好ましい。
この場合、管理装置が識別情報の値ごとに決定した転送規則を含む管理フレームを親局がブロードキャストするので、子局の転送規則を容易に変更できるようになる。なお、管理装置は、上位網経由で親局と通信する通信装置であってもよいし、親局に直接接続された通信装置であってもよいし、親局そのものであってもよい。

（５） ところで、ネットワークの冗長パス（冗長な通信経路）の数と、ネットワーク内の無駄な伝送帯域や消費電力とは正の相関関係がある。従って、本発明を採用したネットワークを運用する上で、後者の伝送帯域の確保や省電力を重視する場合は、冗長パスの数をできるだけ減らすことが好ましい。
そこで、前記管理装置は、冗長な前記通信経路の数が削減されるように、冗長な当該通信経路に含まれる前記子局の転送規則を決定可能であることが好ましい。

（６） また、前記管理装置は、前記フレーム種別がデータ用である前記識別情報の値について、冗長な前記通信経路の数を削減する前記転送規則の決定を行い、前記フレーム種別が管理用である前記識別情報の値については、冗長な前記通信経路の数を削減する前記転送規則の決定を行わないことが好ましい。
このようにすれば、子局の管理に悪影響を及ぼすことなく、無駄な冗長パスを削減することができる。

（７） 本発明の通信システムにおいて、前記識別情報の値には、隣接する前記子局間の通信用として定義された専用値が含まれていることが好ましい。
かかる専用値を識別情報に定義しておけば、この専用値を用いた隣接する子局間での通信が可能となる。従って、親局と子局との間の通信を基本とする通信システムでありながら、周辺の子局の生存性確認などの制御通信を、子局が自律的に行うことができる。

（８） 本発明の通信システムにおいて、通信の安全性を強化するため、親局を１つだけでなく複数設けることにしてもよい。
例えば、前記ネットワーク内のすべての前記子局と通信可能な複数の前記親局を備える場合には、前記子局は、自局がブロードキャストした登録要求に対する登録応答を先に返信してきた前記親局を、自局の前記親局として登録すればよい。このようにすれば、複数の親局のうちのいずれか１つに各子局を適切にリンクさせることができる。

（９） また、本発明の通信システムにおいて、前記ネットワークを分割したエリアに含まれる前記子局とそれぞれ通信する複数の前記親局を備える場合には、前記子局は、自エリアの前記親局との通信が途絶えた場合に、他エリアの前記親局に登録要求を送信し、これに対応する登録応答を受信した場合に、他エリアの前記親局を自局の前記親局として登録すればよい。このようにすれば、自エリアの親局がダウンした場合でも、他エリアの親局を通じて上位網と通信可能となり、通信の安全性を確保することができる。

以上の通り、本発明によれば、ネットワーク内の伝送帯域を有効に確保しつつ、通信ノードの新設や除去を容易に行うことができる通信システムが得られる。

本発明の実施形態に係る通信システムの接続形態を示す図である。 通信ノードの構成を示すブロック図である。 ネットワーク内で用いる通信フレームのフォーマットを示す図である。 転送規則テーブルの一例を示す図である。 上りのデータフレームの伝送経路の一例を示す説明図である。 冗長パスの管理方法の一例を示す説明図である。 親局が２つある場合の通信システムの接続形態の一例を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
〔通信システムの接続形態〕
図１は、本発明の実施形態に係る通信システムの接続形態を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の通信システムは、複数の通信ノード（ノードエンド）ＮＥ１〜ＮＥ１２を有するネットワークＮＷと、このネットワークＮＷの親局１と上位網３を介して通信する管理装置４とを備えている。

ネットワークＮＷは、１つの親局１と、複数の子局２と、これらのすべてを１又は複数の隣接ノードと通信可能に接続する複数の通信回線５とからなる。図１の例では、通信ノードＮＥ１が「親局１」であり、通信ノードＮＥ２〜ＮＥ１２が「子局２」である。
また、ネットワークＮＷは、親局１を含むリング部分（図１ではＮＥ１→ＮＥ２→ＮＥ５→ＮＥ１０→ＮＥ６→ＮＥ３→ＮＥ１）を有しており、これにより、親局１と任意の子局２の間の通信経路に冗長性を有するネットワークとなっている。

親局１はインターネット等よりなる上位網３に通信可能に接続されており、子局２にはパーソナルコンピュータ等よりなる端末装置６がそれぞれ接続されている。
図１では、図示の簡略化のために、１つの子局２（通信ノードＮＥ２）のみが端末装置６と接続されているが、実際には、すべての子局２が端末装置６と接続可能である。
なお、本実施形態では、ネットワークＮＷ内の通信回線５として、１芯又は２芯の光ファイバを想定している。

管理装置４は、サーバコンピュータ又はパーソナルコンピュータなどのコンピュータ装置よりなり、上位網３と親局１を経由してネットワークＮＷの子局２と通信可能である。
本実施形態の管理装置４は、子局２が保持する転送規則を変更させるための管理フレームや、冗長パスを削減又は復旧させるための管理フレームを生成し、生成した管理フレームを親局１からネットワークＮＷの子局２に配付するなどの、種々の管理制御を実行することができる。

〔通信ノードの構成〕
図２は、通信ノードＮＥ１〜ＮＥ１２の構成を示すブロック図である。
なお、以下の説明において、複数の通信ノードＮＥ１〜ＮＥ１２の共通事項を説明する場合には、通信ノードＮＥ１〜ＮＥ１２の代表符号として「ＮＥ」を用いる。

図２に示すように、通信ノードＮＥは、ネットワークＮＷ内の通信に使用する物理ポートである３つの内部ポートＸ〜Ｚと、ネットワークＮＷ外の通信（下位網又は上位網のいずれでもよい。）に使用する物理ポートである１つの外部ポートＵとを備える。図例では、内部ポートＸ〜Ｚは３つあるが、少なくとも２つあればよい。
通信ノードＮＥは、送受信部２１〜２４、送受信用バッファ２５〜３２、フレーム処理部３３、制御部（ＣＰＵ）３４及び転送規則テーブル３５を備えている。

送受信部２１は、ＵＮＩ（User Network Interface）用の外部ポートＵに対応する送受信部であり、外部ポートＵから入力される受信信号から所定フォーマットの受信フレームを生成し、生成した受信フレームを受信用バッファ２６に入れる。
送受信部２１は、送信用バッファ２５から取り出した送信フレームを下位又は上位の外部ネットワークの規約に従う所定の送信信号に変換し、変換した送信信号を外部ポートＵに出力する。

送受信部２２は、内部ポートＸに対応する送受信部であり、内部ポートＸから入力される光信号を電気信号に変換して所定フォーマットの受信フレームを生成し、生成した受信フレームを受信用バッファ２８に入れる。
送受信部２２は、送信用バッファ２７から取り出した送信フレームを所定波長帯の光信号に変換し、変換した送信信号を内部ポートＸに出力する。

送受信部２３は、内部ポートＹに対応する送受信部であり、内部ポートＹから入力される光信号を電気信号に変換して所定フォーマットの受信フレームを生成し、生成した受信フレームを受信用バッファ３０に入れる。
送受信部２３は、送信用バッファ２９から取り出した送信フレームを所定波長帯の光信号に変換し、変換した送信信号を内部ポートＹに出力する。

送受信部２４は、内部ポートＺに対応する送受信部であり、内部ポートＺから入力される光信号を電気信号に変換して所定フォーマットの受信フレームを生成し、生成した受信フレームを受信用バッファ３２に入れる。
送受信部２４は、送信用バッファ３１から取り出した送信フレームを所定波長帯の光信号に変換し、変換した送信信号を内部ポートＺに出力する。

フレーム処理部３３は、各受信用バッファ２６，２８，３０，３２から受信フレームを取り出し、取り出した受信フレームをどのポートＵ，Ｘ〜Ｚから送出するかを、転送規則テーブル３５（テーブルの詳細内容は図４）に従って決定し、転送先のポートＵ，Ｘ〜Ｚに対応する送信用バッファ２５，２７，２９，３１に、受信フレームと同じデータ内容である送信フレームを入れる。

また、フレーム処理部３３は、受信用バッファ２６，２８，３０，３２から取り出した受信フレームが管理フレームの場合には、その管理フレームを制御部３４に渡す。制御部３４は、管理フレームのデータを読み取り、その内容に従った所定の処理を実行する。
なお、フレーム処理部３３が行う転送処理には、通信フレームに記されたシーケンス情報（図３のＳＩＤ）に基づいて、既に転送した通信フレームと同じ通信フレームを廃棄して重複通過を許さない転送限定処理が含まれるが、その詳細は後述する。

〔通信フレームのフォーマット〕
図３は、ネットワークＮＷ内で用いる通信フレームのフォーマットを示す図である。
図３中のハッチングなしのフィールドは、イーサネットフレーム（「イーサネット」は登録商標である。）のフィールドであり、「ＤＡ」は宛先アドレス、「ＳＡ」は送信元アドレス、「ＥＴ」はイーサタイプ、「ＰＡＹＬＯＡＤ」は実データ部、ＦＣＳはフレームチェックシーケンスを示す。

図３中のハッチングありの２つのフィールドは、ネットワークＮＷ内の通信のために新たに定義されたフィールドである。このうち、「ＬＡＢＥＬ」は、ネットワークＮＷ内での子局２の識別情報（以下、「ラベル情報」ともいう。）であり、「ＳＩＤ」はネットワークＮＷ内での同一の通信フレームの順序を示すシーケンス情報である。
これらのフィールドのカプセル化（ラベル情報とシーケンス情報の付加）は、いずれかの通信ノードＮＥが通信フレームをネットワークＮＷ内に導入する際に行われる。

また、これらのフィールドのデカプセル化（ラベル情報とシーケンス情報の削除）は、いずれかの通信ノードＮＥが通信フレームをネットワークＮＷ外に出す際に行われる。
ラベル情報には、「フレーム方向」、「フレーム種別」及び「ノードＩＤ」が含まれている。フレーム方向のフィールドには１ビットが割り当てられ、フレーム種別のフィールドにも１ビットが割り当てられ、ノードＩＤのフィールドには８ビットが割り当てられている。

「フレーム方向」は、親局１が送信元の「下りフレーム」と子局２が送信元の「上りフレーム」とを識別するフィールドであり、「０」が下りを示し「１」が上りを示す。
従って、親局１は、上位網３から取得した通信フレームをネットワークＮＥに導入する場合、フレーム方向のフィールドに「０」を記し、内部ポートＸ〜Ｚから送出する。また、子局２は、下位網や端末装置６から取得した通信フレームをネットワークＮＥに導入する場合、フレーム方向のフィールドに「１」を記し、内部ポートＸ〜Ｚから送出する。

このため、ネットワークＮＥ内の通信ノードＮＥのフレーム処理部３３は、いずれかの内部ポートＸ〜Ｚで受信した通信フレームのフレーム方向の値が「０」である場合は、受信した通信フレームが、親局１が任意の子局２に宛てて送信した「下りフレーム」であると判定することができ、そのフレーム方向の値が「１」である場合は、受信した通信フレームが、任意の子局２が親局１に宛てて送信した「上りフレーム」であると判定することができる。

「フレーム種別」は、通信フレームの種別を区別するためのフィールドであり、「０」がデータフレームを示し「１」が管理フレームを示す。
従って、通信ノードＮＥ（親局１又は子局２のいずれでもよい。）は、データフレームをネットワークＮＥに導入する場合、フレーム種別のフィールドに「０」を記し、内部ポートＸ〜Ｚから送出する。逆に、通信ノードＮＥ（親局１又は子局２のいずれでもよい。）は、管理フレームをネットワークＮＥに導入する場合、フレーム種別のフィールドに「１」を記し、内部ポートＸ〜Ｚから送出する。

このため、ネットワークＮＥ内の通信ノードＮＥのフレーム処理部３３は、いずれかの内部ポートＸ〜Ｚで受信した通信フレームのフレーム種別の値が「０」である場合は、受信した通信フレームが、「データフレーム」であると判定することができ、そのフレーム種別の値が「１」である場合は、受信した通信フレームが、「管理フレーム」であると判定することができる。

「ノードＩＤ」は、ネットワークＮＷ内の子局２の識別情報である。本実施形態では、フレーム方向ごと及びフレーム種別ごとに異なる値がノードＩＤに定義されている。
従って、１つの子局２についてのノードＩＤの値は、上りのデータフレーム、上りの管理フレーム、下りのデータフレーム及び下りの管理フレームの場合の、合計４つ値が独立して割り当てられる。例えば図４の例では、通信ノードＮＥ２のＩＤ値として、「０ｘ０２」、「０ｘ１２」、「０ｘ２２」及び「０ｘ３２」が割り当てられている。

また、図４の例では、ＩＤ値が「０ｘ０２」の場合が通信ノードＮＥ２への下りのデータフレームであり、ＩＤ値が「０ｘ１２」の場合が通信ノードＮＥ２への下りの管理フレームとなっている。
更に、図４の例では、ＩＤ値が「０ｘ２２」の場合が通信ノードＮＥ２からの上りのデータフレームであり、ＩＤ値が「０ｘ３２」の場合が通信ノードＮＥ２からの上りの管理フレームとなっている。

本実施形態では、ネットワークＮＷを構成するすべての通信ノードＮＥ（親局１及び子局２）が、図４に示す転送規則テーブル３５を保持しており、このテーブル３５に各々の子局２のラベル情報（方向、種別及びノードＩＤ）が定義されている。
また、ネットワークＮＷを構成するすべての通信ノードＮＥ（親局１及び子局２）は、他の通信ノードＮＥのＭＡＣアドレスとラベル情報のノードＩＤとを対応付けた、アドレス対応テーブル（図示せず）を保持している。

従って、親局１は、ネットワークＮＥに下りフレームを導入する場合は、上記アドレス対応テーブルを参照して、宛先ＭＡＣアドレスに対応する２つのノードＩＤの値（図４の例では、０ｘ０２と０ｘ１２）を特定する。
また、親局１は、その下りフレームがデータフレームの場合は、宛先ＭＡＣアドレスから特定した２つのＩＤ値のうち、データ用に割り当てられた値（図４の例では、０ｘ０２）を選択し、その選択した値をノードＩＤのフィールドに記す。

更に、親局１は、その下りフレームが管理フレームの場合は、宛先ＭＡＣアドレスから特定した２つのＩＤ値のうち、管理用に割り当てられた値（図４の例では、０ｘ１２）を選択し、その選択した値をノードＩＤのフィールドに記す。

子局２は、ネットワークＮＥに上りフレームを導入する場合は、上記アドレス対応テーブルを参照して、送信元（自局）ＭＡＣアドレスに対応する２つのノードＩＤの値（図４の例では、０ｘ２２と０ｘ３２）を特定する。
また、子局２は、その上りフレームがデータフレームの場合は、送信元（自局）ＭＡＣアドレスから特定した２つのＩＤ値のうち、データ用に割り当てられた値（図４の例では、０ｘ２２）を選択し、その選択した値をノードＩＤのフィールドに記す。

更に、子局２は、その上りフレームが管理フレームの場合は、送信元（自局）ＭＡＣアドレスから特定した２つのＩＤ値のうち、管理用に割り当てられた値（図４の例では、０ｘ３２）を選択し、その選択した値をノードＩＤのフィールドに記す。

「シーケンス情報」は、ノードＩＤの値が同じ通信フレームの順序を特定するための情報である。本実施形態では、ノードＩＤの値をフレーム方向とフレーム種別ごとに付与しているので、シーケンス情報も、フレーム方向及び種別によって異なるノードＩＤの値ごとに独立して付与される。
通信ノードＮＥは、所定のラベル情報の通信フレームを自局で転送するごとに、その通信フレームのシーケンス情報の値を異なる値に置換する。この置換は、インクリメント又はデクリメントのいずれでもよいが、本実施形態では前者を想定する。

このシーケンス情報は、既に転送済みの通信フレームと同じ通信フレームを廃棄して、重複通過を許さない転送限定処理に使用される。
例えば、通信ノードＮＥ（親局１又は子局２）のフレーム処理部３３は、今回受信した内部フレームに含まれるシーケンス情報の値が、過去に受信したノードＩＤの値が同じ内部フレームについて既に付与した過去値以下である場合は、今回受信した内部フレームを廃棄する。

なお、転送ごとにシーケンス情報をデクリメントする場合は、過去に受信したノードＩＤの値が同じ内部フレームについて既に付与した過去値以上である場合に、今回受信した内部フレームを廃棄することにすればよい。
シーケンス情報は、ＴＴＬ（Time To Live）情報として利用することもできる。すなわち、通信フレームの転送可能回数を予め設定しておき、シーケンス情報の値が所定値に達した通信フレームを廃棄することにしてもよい。このようにすれば、ループフレームの発生を未然に防止することができる。

〔通信ノードの転送処理〕
図４は、転送規則テーブル３５の一例を示す図である。
図４では、図の見やすさを考慮して通信ノードＮＥ２のエントリを記載してあるが、他の子局ＮＥ３〜ＮＥ１２についても同様に定義されている。すなわち、転送規則は自局宛てを除き、各子局ＮＥ２〜ＮＥ１２において一律である。親局１を含む通信ノードＮＥは、起動時のデフォルトデータとして、図４に示す転送規則テーブル３５を保持している。

図４に示すように、転送規則テーブル３５は、ラベル情報のノードＩＤの値ごとのエントリが縦方向に並び、「Ｅｎａｂｌｅ」、「ＣＰＵ」、「ＵＮＩ」、「Ｐｘ」、「Ｐｙ」及び「Ｐｚ」の項目が左から順に配列された構造になっている。
「ＬＡＢＥＬ」は前述のラベル情報のことであり、「フレーム方向」、「フレーム種別」及び「ノードＩＤ」の項目を有する。

「Ｅｎａｂｌｅ」は、その値が「１」の場合に当該エントリで定義された動作を許容することを示し、「０」の場合に動作を禁止することを示す。
従って、管理フレームによる指令に従って制御部３４が所定のノードＩＤの「Ｅｎａｂｌｅ」の値を０に切り替えると、当該ノードＩＤのエントリで定義された転送処理が行われなくなる。

「ＣＰＵ」に丸印がある場合は、当該エントリのＩＤ値の通信フレームが制御部３４宛てであることを示し、「ＵＮＩ」に丸印がある場合は、当該エントリのＩＤ値の通信フレームが外部ポートＵ宛てであることを示す。
また、「Ｐｘ」、「Ｐｙ」及び「Ｐｚ」の丸印は、当該エントリのＩＤ値の通信フレームの転送先が、内部ポートＸ〜Ｚに設定されていることを示している。

このため、通信ノードＮＥ２のフレーム処理部３３は、ノードＩＤが「０ｘ０２」の通信フレーム（自局ＮＥ２宛ての下りのデータフレーム）を受信すると、その受信フレームを外部ポートＵから転送する。
また、通信ノードＮＥ２のフレーム処理部３３は、ノードＩＤが「０ｘ１２」の通信フレーム（自局ＮＥ２宛ての下りの管理フレーム）を受信すると、その受信フレームを自局の制御部３４に取り込む。

更に、通信ノードＮＥ２のフレーム処理部３３は、ノードＩＤが「０ｘ２２」の通信フレーム（上りのデータフレーム）を送信する場合は、その送信フレームをすべての内部ポートＸ〜Ｚからブロードキャストする。
また、通信ノードＮＥ２のフレーム処理部３３は、ノードＩＤが「０ｘ３２」の通信フレーム（上りの管理フレーム）を送信する場合は、その送信フレームをすべての内部ポートＸ〜Ｚからブロードキャストする。

親局１は、それらの上りフレームを受信すると、自局の外部ポートＵから当該上りフレームを送出する。
他の子局２である通信ノードＮＥ３〜ＮＥ１２は、自局のノードＩＤと異なる値の内部フレームを内部ポートＸ〜Ｚで受信すると、その受信ポート以外のすべての内部ポートＸ〜Ｘから、受信した内部フレームをブロードキャストする。なお、本実施形態では、シーケンス情報を用いた転送限定処理が行われるので、受信ポートからも通信フレームをブロードキャストすることにしてもよい。

通信ノードＮＥが行う上記の転送処理の内容を纏めると、次のようになる。
（第１の転送処理）
通信ノードＮＥのフレーム処理部３３は、外部ポートＵで受信した又は自局で生成した外部フレームに、フレーム方向ごと及びフレーム種別ごとに異なる値で子局２を識別可能に定義されたラベル情報と、転送ごとに異なる値に置換されるシーケンス情報とを付加して、当該外部フレームをすべての内部ポートＸ〜Ｚからブロードキャストする。

（第２の転送処理）
通信ノードＮＥのフレーム処理部３３は、内部ポートＵで受信した内部フレームを、その内部フレームに含まれるシーケンス情報の値に基づいて、受信ポート以外の他のすべての内部ポート（或いは、受信ポートを含んでいてもよい。）からブロードキャストするか、廃棄するかを決定する。

なお、通信ノードＮＥ２〜ＮＥ１２の制御部３４は、管理装置４から親局１を経由して受信した管理フレームによる指令に従って、所定のエントリの「Ｅｎａｂｌｅ」を「０」に変更したり、所定のエントリの出力ポートＰｘ〜Ｐｚを一部に削減したりすることができる。
従って、管理装置４は、子局２が保持する転送規則を、ネットワークＮＷの運用中に変更する制御を行うことができる。

〔子局間通信〕
図４において、ノードＩＤの最大値である「０ｘｆｆ」は、隣接する子局２，２間の通信用として定義された専用値である。もっとも、「０ｘｆｆ」は一例であり、その他の値を採用することにしてもよい。
子局２のフレーム処理部３３は、ノードＩＤが「０ｘｆｆ」である通信フレームを受信すると、その通信フレームを自局の制御部３４に取り込む。

かかる専用値をノードＩＤに定義しておけば、専用値を用いた隣接する子局２，２間での通信が可能となり、親局１と子局２との間の通信を基本とする通信システムでありながら、周辺の子局２の生存性確認などの制御通信を、子局２が自律的に行うことができる。
なお、子局２が上記制御通信を所定周期で行い、その結果を親局１に通知することにすれば、ネットワークＮＷに生じた電源ダウンなどの異常発生を、親局１が即座に察知することができる。

〔通信フレームの転送例〕
図５は、上りのデータフレームの伝送経路の一例を示す説明図である。
図５において、ＮＥｉ〜ＮＥｋは、ネットワークＮＷに含まれる任意の通信ノードを示している。

図５に示すように、子局２である通信ノードＮＥ２がデータフレームを受信すると、通信ノードＮＥ２は、そのデータフレームにラベル情報とシーケンス情報を付加した通信フレームを、通信ノードＮＥｉ，ＮＥｊにブロードキャストキャストする。
この場合、上りのデータフレームに対応する通信ノードＮＥ２のノードＩＤの値は「０ｘ０２」であるから（図４参照）、通信フレームのラベル情報には、方向＝０、種別＝０、ノードＩＤ＝０ｘ２２）が記される。

また、通信ノードＮＥ２は、上記通信フレームをブロードキャストする際に、シーケンス情報の値として「１」を記す。
通信ノードＮＥ２からの通信フレーム（ＳＩＤ＝１）を、隣接する通信ノードＮＥｉ，ＮＥｊがそれぞれ受信すると、それらの通信ノードＮＥｉ，ＮＥｊは、シーケンス情報の値をＳＩＤ＝２にインクリメントして、受信ポート以外の内部ポートからブロードキャストキャストする。

この場合、通信ノードＮＥｉ，ＮＥｊは、互いに後から受信し合ったＳＩＤ＝２の通信フレームをそれぞれ廃棄するので、通信ノードＮＥｊが送信したＳＩＤ＝２の通信フレームが、親局１である通信ノードＮＥ１に到達することになる。
その後、親局１である通信ノードＮＥ１は、受信した通信フレームからラベル情報とシーケンス情報を削除し、削除後のデータフレーム（イーサネットフレーム）を自局から上位網３に送信する。

〔通信システムの効果〕
以上の通り、本実施形態の通信システムによれば、通信ノードＮＥのフレーム処理部３３がネットワークＮＥに新たに導入する外部フレームについては、ラベル情報とシーケンス情報を付加して、すべての内部ポートＸ〜Ｚからブロードキャストする。
また、通信ノードＮＥのフレーム処理部３３が、ネットワークＮＥに流通する内部フレームについては、シーケンス情報の値が過去値以下であることを条件として、少なくとも受信ポート以外のすべての内部ポートＸ〜Ｚからブロードキャストする。

従って、親局１から任意の子局２に至るまでの下り経路や、任意の子局２から親局１に至るまでの上り経路を各子局２に予め設定しなくても、ネットワークＮＷ内の任意の子局２宛の下りフレームを当該子局２に伝送でき、ネットワークＮＷ内の任意の子局２が送信した上りフレームを親局１に伝送することができる。
このため、既存の子局２の設定を変更せずに、運用中のネットワークＮＷに子局２を新設したり除去したりしても、通信フレームを適切に伝送でき、運用中のネットワークＮＷに対する通信ノードＮＥの新設や除去を容易に行うことができる。

また、本実施形態の通信システムによれば、通信ノードＮＥが内部フレームを無条件にブロードキャストするのではなく、内部フレームに含まれるシーケンス情報の値に基づいて、ブロードキャストするか廃棄するかを決定するので（第２の転送処理）、ネットワークＮＷ内で流通させる同じ通信フレームの数を制限することができる。
従って、同じラベル情報の通信フレームがネットワーク内で無制限に増加することがなく、ネットワークＮＷ内の伝送帯域を有効に確保することができる。

〔第１の変形例〕
図６は、冗長パスの管理方法の一例を示す説明図である。
図６に示すように、本実施形態の通信システムでは、親局１である通信ノードＮＥ１が、管理装置４が送信した管理フレームの一種である「ルートリクエスト」を任意の子局２（図例では通信ノードＮＥ９）宛てに送信し、これを受信した子局２が「ルートアック」を親局１に返すようになっている。

また、ネットワークＮＷ内の各子局２は、ルートアックを転送する際に、自局の識別情報（図４のノードＩＤでもよいしＭＡＣアドレスでもよい。）をルートアックの実データ部に記す。
従って、例えば図６に示すように、通信ノードＮＥ９にルートリクエストを送信した結果、３つの冗長パス１〜３が検出されたとすると、ルートアックの実データ部に記されたアドレスの履歴を解析することにより、冗長パス１〜３の経路を特定することができる。

図６の例では、冗長パス３の通信経路が最も長いので、伝送帯域の確保や省電力を重視して、冗長パスの数をできるだけ減らす運用を行う場合には、冗長パス３を閉鎖し冗長パス１，２を残すことが好ましい。
そこで、管理装置４は、冗長パス３を不通にする転送規則を決定し、決定した転送規則を冗長パス３に含まれる子局２（例えば、通信ノードＮＥ７，ＮＥ１１）宛てに送信し、その子局２に転送規則を変更させる。

具体的には、冗長パス１，２に影響を与えずに冗長パス３を不通にするには、ＮＥ３→ＮＥ７→ＮＥ１１の経路を分断すればよい。
そこで、管理装置４は、ノードＩＤの値がＮＥ９に対応する通信フレームについては、転送を禁止するように通信ノードＮＥ７，ＮＥ１１の転送規則を変更し、その変更内容を記した管理フレームを親局１にブロードキャストさせることにより、変更内容を通信ノードＮＥ７，ＮＥ１１に通知する。

このように、管理装置４が、ラベル情報のノードＩＤの値ごとに決定した転送規則を含む管理フレームを親局１にブロードキャストさせるようにすれば、子局２の転送規則を容易に変更することができる。
また、管理装置４が、冗長パス１〜３が削減されるように子局２の転送規則を決定し、決定した転送規則を管理フレームにて子局２に通知するので、ネットワークＮＷの運用中において伝送帯域を有効に確保できるという効果もある。

もっとも、冗長パス１〜３の数を削減する転送規則に変更する場合には、フレーム種別がデータ用であるノードＩＤの値についてのみ、冗長パス１〜３の数を削減する転送規則の決定を行い、フレーム種別が管理用であるノードＩＤの値については、そのままにしておくことが好ましい。
その理由は、管理フレームについては冗長パス１〜３を維持することにすれば、子局２の管理に影響を及ぼすことなく、データフレームについてのみ無駄な冗長パス１〜３を削減できるからである。

〔第２の変形例〕
図７は、親局１が２つある場合の通信システムの接続形態の一例を示す図である。
図７において、通信ノードＮＥ１と通信ノードＮＥｎが親局１である。これらの親局１は、いずれも上位網３を介して管理装置４と通信可能である。このように、管理装置４との通信の安全性を強化するため、親局を複数設けることにしてもよい。

もっとも、１つのネットワークＮＷに親局１が複数ある場合には、子局２をいずれかの親局１とリンクさせる必要がある。
そこで、例えば、複数の親局１（通信ノードＮＥ１，ＮＥｎ）が、いずれもネットワークＮＷ内のすべての子局２と通信可能である場合は、子局２は、自局がブロードキャストした登録要求に対する登録応答を先に返信してきた親局１を、自局の親局１として登録することにすればよい。

このようにすれば、通信ノードＮＥ１，ＮＥｎのいずれか１つを、各子局２が適切に自局の親局１としてリンクさせることができる。
一方、ネットワークＮＷが２つのエリアＡ，Ｂに分割され、各親局１がエリアＡ，Ｂに含まれる子局２とだけ通信する場合もある。すなわち、例えば、図７に仮想線で示すように、ネットワークＮＷのエリアＡ，Ｂが運用当初に分割され、通信ノードＮＥ１と通信ノードＮＥｎが管轄するエリアＡ，Ｂが予め定められている場合である。

この場合には、例えば子局ＮＥ１０は、自エリアＡの親局ＮＥ１との通信が途絶えた場合に、他エリアＢの親局ＮＥｎに登録要求を送信し、これに対応する登録応答を受信した場合に、他エリアＢの親局ＮＥｎを自局の親局として登録すればよい。
このようにすれば、自エリアＡの親局ＮＥ１が何らかの原因で急にダウンしたような場合でも、他エリアＢの親局ＮＥｎを通じて上位網３と通信可能となり、通信の安全性が確保される。

〔その他の変形例〕
今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、上述の実施形態では、管理装置４が、上位網３経由で親局１と通信する通信装置よりなるが、親局１に直接接続された通信装置であってもよい。また、管理装置４は、親局１そのものであってもよい。

上述の実施形態において、ネットワークＮＷ内で通信ノードＮＥが行う転送処理は、ラベル情報やシーケンス情報をカプセル化したフィールド部分のみを読み取り、カットスルー方式で行うことが好ましい。この場合、遅延時間を短縮できる利点がある。
上述の実施形態において、通信フレームのフォーマット中のラベル情報とシーケンス情報のフィールドを区別しているが、１つのラベルフィールドに纏めることにしてもよい。

上述の実施形態では、親局１又は子局２よりなるすべての通信ノードＮＥが、第１及び第２の転送処理を行うネットワークＮＷよりなる通信システムを例示したが、そのネットワークＮＷを構成する一部の通信ノードに、第１及び第２の転送処理を実行しない或いは実行できないものが含まれていてもよい。

１ 親局（通信ノードＮＥ１，ＮＥｎ）
２ 子局（通信ノードＮＥ２〜ＮＥ１２）
３ 上位網
４ 管理装置
５ 通信回線
６ 端末装置
２１〜２４ 送受信部
２５，２７，２９，３１ 送信用バッファ
２６，２８，３０，３２ 受信用バッファ
３３ フレーム処理部
３４ 制御部
３５ 転送規則テーブル
Ｕ 外部ポート
Ｘ 内部ポート
Ｙ 内部ポート
Ｚ 内部ポート
ＮＷ ネットワーク

Claims (9)

1. 親局と複数の子局とを備え、前記親局と前記子局との間の通信経路に冗長性を有するネットワークよりなる通信システムであって、
   前記ネットワーク外の通信に用いる外部ポートと、前記ネットワーク内の通信に用いる複数の内部ポートと、前記外部又は内部ポートで受信した通信フレームに対して次の第１及び第２の転送処理を行うフレーム処理部と、を有する前記親局と前記子局が通信ノードとして含まれることを特徴とする通信システム。
   第１の転送処理：外部ポートで受信した又は自局で生成した通信フレーム（以下、「外部フレーム」という。）に、フレーム方向ごとに異なる値で前記子局を識別可能に定義された識別情報と、転送ごとに異なる値に置換されるシーケンス情報とを付加し、当該外部フレームをすべての内部ポートからブロードキャストする処理
   第２の転送処理：内部ポートで受信した通信フレーム（以下、「内部フレーム」という。）を、その内部フレームに含まれるシーケンス情報の値に基づいて、受信ポート以外の他のすべての内部ポートからブロードキャストするか、廃棄するかを決定する処理
2. 前記フレーム処理部は、今回受信した前記内部フレームに含まれるシーケンス情報の値が、過去に受信した前記識別情報の値が同じ前記内部フレームについて既に付与した過去値と異なることを条件として、今回受信した前記内部フレームを廃棄する請求項１に記載の通信システム。
3. 前記識別情報は、更にフレーム種別ごとに異なる値で前記子局を識別可能に定義されている請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記識別情報の値ごとに転送規則を決定し、決定した前記転送規則を含む管理フレームを前記親局にブロードキャストさせる管理装置を、更に備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記管理装置は、冗長な前記通信経路の数が削減されるように、冗長な当該通信経路に含まれる前記子局の転送規則を決定可能である請求項４に記載の通信システム。
6. 前記管理装置は、前記フレーム種別がデータ用である前記識別情報の値について、冗長な前記通信経路の数を削減する前記転送規則の決定を行い、前記フレーム種別が管理用である前記識別情報の値については、冗長な前記通信経路の数を削減する前記転送規則の決定を行わない請求項５に記載の通信システム。
7. 前記識別情報の値には、隣接する前記子局間の通信用として定義された専用値が含まれている請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 前記ネットワーク内のすべての前記子局と通信可能な複数の前記親局を備えており、
   前記子局は、自局がブロードキャストした登録要求に対する登録応答を先に返信してきた前記親局を、自局の前記親局として登録する請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信システム。
9. 前記ネットワークを分割したエリアに含まれる前記子局とそれぞれ通信する複数の前記親局を備えており、
   前記子局は、自エリアの前記親局との通信が途絶えた場合に、他エリアの前記親局に登録要求を送信し、これに対応する登録応答を受信した場合に、他エリアの前記親局を自局の前記親局として登録する請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信システム。

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