JP2022032955A - プランニングノード - Google Patents

Abstract

【課題】制御システムの分散機能の要件と、制御システムを構成するネットワーク情報とに基づいて、分散機能及びネットワークリソースのアロケーションを含む機能を配置するためのプランを生成する。【解決手段】プランニングの動作手順は、分散制御システムを構成する分散機能の要件と、ネットワークの情報と、複数の通信デバイスの情報とを収集することと、収集した要件とネットワークの情報とに基づいて、分散機能を複数の通信デバイスのうち対応するものに配置し、ネットワークリソースを複数の通信デバイスのうち対応するものにアロケーションするためのプランを生成することを含む。【選択図】図８

Description

本発明は、プランニングノードに関する。

制御システムにおいて、制御コンピュータは、ネットワークを介して１つ以上の制御対象を制御する。このような制御システムでは、用途及び／又は要件に応じて、適切な制御ネットワークが選択され適用される。これらの制御システムの高度な要求が、技術的観点から、制御ネットワークの技術的な進歩をもたらした。このような制御ネットワークに対する要求は、通信遅延、コスト削減、接続数、時刻同期精度、接続距離、通信媒体及び通信データモデルの共通化、冗長通信など、様々な理由で多様化している。

タイム・センシティブ・ネットワーク（ＴＳＮ）と呼ばれる一連のＩＥＥＥ規格を含む通信方式は、タイムスロット通信に基づいている。これは、通信デバイス間の通信遅延の時間的確定性を向上させたネットワークであり、ＩＥＥＥ８０２．３規格を制御システムに適用することができる制御ネットワークである。

タイムスロット通信を使用することにより、リアルタイム性（例えば、通信遅延の確定性）などの制御システムのための制御通信における要件を満たしつつ、情報通信技術（ＩＣＴ）などの情報通信を混在させることが可能になる。情報技術（ＩＴ）と運用・制御技術（ＯＴ）と、を組み合わせた産業用モノのインターネット（ＩｏＴ）システムの構築が期待されている。

例えば、特許文献１には、複数のネットワークノードのうちの１つの変更された送信要件の検出に応答して、通信スケジュールを自動的に更新する集中型ネットワークマネージャが、新しいスーパーフレームを、複数の連続してスケジュールされた通信タイムスロットの繰り返しサイクルとして定義することが記載されています。

また、特許文献２には、デバイスが、ネットワーク内のノードを、関連するネットワークの深さの順にチャネルホッピング通信スケジュールのタイムスロットに割り当てることが記載されています。

米国特許第８３２５６２７号明細書 米国特許出願公開第２０１９／０３３５４７９号明細書

ところで、制御ネットワークを利用した分散制御システムは、大規模で複雑であったり、又は、冗長性（通信経路及び機能）による高い信頼性を実現するためのものであったりする場合がある。この場合、分散制御システムを構成する分散機能を配置したり、制御ネットワークを構成するネットワークスイッチや端末通信デバイスのタイムスロットなどのネットワークリソースを適切に構成したりすることは困難となる。特許文献１及び２のいずれにも、分散制御システムにおける機能及びネットワークリソースを適切にアロケーションできるようにすることについては記載されていない。

本発明は、上記の状況を考慮してなされたものであり、本発明は、分散制御システムにおける機能及びネットワークリソースを適切にアロケーションできるようにすることを目的とする。

本発明の一態様は、サーバ及びエッジコンピュータを含むモノのインターネット（ＩｏＴ）システムを促進するネットワーク並びに複数の通信デバイスを含む分散制御システムに分散機能を配置するように構成されたプランニングノードを含むことができ、分散機能が、１つ以上の人工知能（ＡＩ）機能、又は、ＩｏＴシステムを促進する制御機能を含む。プランニングノードは、分散制御システムを構成する分散機能の要件と、ネットワークの情報と、複数の通信デバイスの情報と、を収集し、収集された要件及びネットワークの情報に基づいて、分散機能を複数の通信デバイスのうち対応するものに配置し、ネットワークリソースを複数の通信デバイスのうち対応するものにアロケーションするためのプランを生成するプロセッサ部を備える。

本発明の少なくとも一態様によれば、分散制御システムにおける機能及びネットワークリソースを適切にアロケーションできるようになる。

本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御デバイス及びネットワークプランニング装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＩ／Ｏ制御デバイスのハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るネットワーク中継デバイスのハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るネットワークプランニング装置の機能構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御デバイス及びＩ／Ｏ制御デバイスの機能構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るネットワーク中継デバイスの機能構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るネットワークプランニング装置における、リソースアロケーションのプランニングの動作手順を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御デバイス、ネットワーク中継デバイス、及びＩ／Ｏ制御デバイスなどの通信デバイスへ、プラン手順を適用する一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御デバイスにおける制御処理の動作手順を示す図である。 本発明の一実施形態に係るネットワーク中継デバイスにおける転送処理の動作手順を示す図である。

本発明の一実施形態に係るＩ／Ｏ制御デバイスにおける制御処理の動作手順の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＩ／Ｏ制御デバイスにおける制御処理の動作手順の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る分散機能例のプランニング方法の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラン例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラン例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラン例を示す図である。

以下の詳細な説明は、本出願の図面及び実施例の詳細を提供する。図面の冗長な要素の参照番号及び説明は、明確化のために省略される。本明細書全体にわたって使用される用語は、例として提供されており、限定することを意図するものではない。例えば、用語「自動」の使用は、本出願の実施形態を実施する当業者の所望の実施形態に応じて、実施形態の特定の態様に対するユーザ又は管理者の制御を含む完全自動又は半自動の実施形態を含み得る。選択は、ユーザインタフェース又は他の入力手段を介してユーザが行うことができる。若しくは、所望のアルゴリズムを介して実現され得る。本明細書に記載される実施例は、単体で又は組み合わせて利用することができ、実施例の機能は、所望の実施形態に応じて任意の手段で実現され得る。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示す。制御デバイス１２０ａ～１２０ｄは、ネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆ、及び、制御ネットワーク１２２を介して、入出力（Ｉ／Ｏ）制御デバイス１２３ａ～１２３ｃに接続及び通信する。

制御デバイス１２０ａ～１２０ｄは、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃ及び通信パケットを送受信することにより、被制御デバイス１２４ａ～１２４ｃを制御するための制御コマンド値の送信、センサやアクチュエータなどの被制御デバイス１２４ａ～１２４ｃの測定値又はセンサ情報の取得、並びに、各種設定を行う。

分散制御システム（ＤＣＳ）の中央制御ユニット及び電力システムの保護リレーなどの制御デバイス１２０ａ～１２０ｄは、制御システム内のサンプリングデータ、制御コマンド、及び、状態信号を交換することができる。同一の制御システム内のデータはパケットで統合することができる。

制御デバイス１２０ａ～１２０ｄの例として、専用制御装置、産業用パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、制御コンピュータ、ＤＣＳ制御装置、ＳＣＡＤＡ（Supervisory Control and Data Acquisition）サーバ、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）、ＩＥＤ（intelligent electronic device）、保護リレー、クラウド、サーバが挙げられる。

ネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆは、制御ネットワーク１２２における中継デバイスである。制御デバイス１２０ａ～１２０ｄ、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃ及びネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆの間で通信されるパケットは、ルーティングされて伝送される。

ネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆとしては、ＴＳＮ対応スイッチ、Ｌ２スイッチ、Ｌ３スイッチを含むネットワークスイッチ、ブリッジ、ルータ、ＩＥＥＥ１５８８ＴＣ（Transparent Clock）、ＢＣ（Boundary Clock）、ＯｐｅｎＦｌｏｗスイッチ、ＩＥＣ６２４３９－３により規定されたＲｅｄＢｏｘ、ＱｕａｄＢｏｘ、光スイッチ、光発振器、光デバイスなどの各種ネットワーク中継装置が例示される。

制御ネットワーク１２２は、制御デバイス１２０ａ～１２０ｄ、ネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆ、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃを接続するためのネットワークである。制御ネットワーク１２２の例として、ＩＥＥＥ８０２．３（Ethernet）、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）（IEC61784、IEC61784-2 Communication Profile Family12）、ＩＥＣ６１１５８で定義された制御ネットワーク、ＴＳＮに関連するＩＥＥＥ通信規格、ＤＮＰ（Distributed Network Protocol）３、ＩＥＣ６１９７０、ＩＥＣ６２４３９－３のＨＳＲ（High availability Seamless Redundancy）及びＰＲＰ（Parallel Redundancy Protocol）を含む各種産業用ネットワーク、リングネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１７ＲＰＲ、ＣＡＮ（Controller Area Network（登録商標））、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４８５、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１５、ＩＥＥＥ８０２．１、移動体通信、ＯｐｅｎＡＤＲ、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ（登録商標）、ＯＰＥＮＡＤＲ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ及び５Ｇなどの各種無線通信が挙げられる。

さらに、上層プロトコルとしては、ＩＥＣ６１８５０、ＯＰＣ ＵＡ（Unified Architecture）、ＤＤＳ（Data Distribution Service）、ＩＥＣ６１８５０－７－４２０、ＩＥＣ６０８７０－５－１０４などが例示される。あるいは、上述のプロトコルが階層化されてよい。例えば、データの内容がＴＳＮであるとき、パケットはＯＰＣ ＵＡ規格を適用することが例示される。

Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃは、センサ及びアクチュエータなどの被制御デバイス１２４ａ～１２４ｃに接続され、制御ネットワーク１２２を介して、制御デバイス１２０ａ～１２０ｄから受信した制御コマンドに従って、被制御デバイスを制御及び構成する。さらに、被制御デバイス１２４ａ～１２４ｃの状態及び情報を得て、制御ネットワーク１２２を介して制御デバイス１２０ａ～１２０ｄに送信する。

Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃの例として、専用制御装置、産業用ＰＣ、制御用コンピュータ、ＤＣＳ制御装置、ＳＣＡＤＡデバイス、ＰＬＣ、ＩＥＤ、ＭＵ（Merging Unit）、保護リレーが挙げられる。

被制御デバイス１２４ａ～１２４ｃは、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃによって制御されるデバイスである。被制御デバイス１２４ａ～１２４ｃとしては、移動ロボットやロボットアームなどの産業用ロボット、チップマウンタ、工作機械テーブル、加工設備、工作機械、半導体製造設備、又は製造装置のモータ、インバータやサーキットブレーカ、遮断器などの電力機器、各種センサ（エンコーダ、温度センサ、圧力センサなど）が例示される。

ネットワークプランニング装置１２５（プランニングノードの一例）は、制御デバイス１２０ａ～１２０ｄ、ネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆ、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃのネットワークリソースを制御する。このようなネットワークリソースは、通信帯域幅、時分割多重アクセス法におけるタイムスロット幅、優先度などの仮想ネットワーク（ＶＬＡＮ）に関連するパラメータ、通信タイプ（識別子など）、通信経路を冗長する設定などを含み得るが、これらに限定されない。

ネットワークプランニング装置１２５は、制御デバイス１２０ａ～１２０ｄ、ネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆ、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃと通信することによって、それらデバイスの状態を得ることができる。

ネットワークプランニング装置１２５の例としては、ＳＤＮのＯｐｅｎＦｌｏｗ制御装置などの通信制御デバイスや、専用通信デバイスが挙げられる。

なお、図１のネットワーク中継デバイス１２１ａ～１２１ｆの数は、所望の実施形態に従って任意の数とすることができ、また、制御デバイス１２０ａ～１２０ｄとＩ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃとの通信経路の数は異なってよい。

さらに、制御デバイス１２０ａ～１２０ｄ及びＩ／Ｏ制御デバイス１２３ａ～１２３ｃは区別されるが、通信デバイスは、所望の実施形態に応じて１つのデバイスに両方の役割を含み得る。

制御システムには、１つ以上の制御デバイス１２０ａ～１２０ｄが存在し得る。

図１に示す制御システムとしては、ＦＡ（Factory Automation）やＰＡ（Process Automation）のＤＣＳなどの制御システム、電力システムにおける監視保護制御システム、産業設備、半導体製造設備、車載システム、建設機械や鉄道車両の制御システム、鉄道地上信号システム、航空機の制御システムなどを適用できる。あるいは、制御ネットワーク１２２を介して収集した情報に、制御デバイス１２０ａ～１２０ｄやクラウド又はコンピュータで人工知能を使用することにより、制御システムの性能を向上させるＩｏＴシステムも適用可能である。

図２は、本発明の一実施形態に係る制御デバイス１２０及びネットワークプランニング装置１２５のハードウェア構成を示す図である。中央処理装置（ＣＰＵ）１０１は、不揮発性記憶媒体１０５からメモリ１０４にプログラムを転送し実行する。実行プログラムとしては、オペレーティングシステム（以下、ＯＳ）、及び、ＯＳ上で動作するアプリケーションプログラムが例示される。ＣＰＵ１０１で動作するプログラムは、通信制御集積回路（ＩＣ）１０２の設定を操作し、状態情報を得る。

通信制御ＩＣ１０２は、ＣＰＵ１０１で動作するソフトウェアから送信要求の送信データを受信し、物理層（ＰＨＹ）１０３を用いて制御ネットワーク１２２に送信する。また、通信制御ＩＣ１０２は、制御ネットワーク１２２から受信したデータを、バス１０６を介して、ＣＰＵ１０１、メモリ１０４、及び、不揮発性記憶媒体１０５に転送する。

また、通信制御ＩＣ１０２は、ネットワークを使用した時刻同期プロトコルを実行するための機能を提供する。つまり、通信制御ＩＣ１０２は、時刻同期パケットの送受信時のタイムスタンプ、同期パケットへの補正値の設定、及び、補正値への残留時間の付加を制御する。

このような時刻同期プロトコルは、所望の実施形態に従って、ＩＥＥＥ１５８８、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ、ＮＴＰ、ＳＮＴＰなどを含む。補正値としては、ＩＥＥＥ１５８８のＣＦ（Correction Field）を適用可能である。さらに、別の例では、同期された時刻に基づいた時刻管理機能のサポートを含み得る。このような時刻管理機能は、指定された時刻での割込み、アラーム信号の生成、所定の周期での割込み、他の機能ユニット及びデバイスへの同期時刻の提供などを含む。

通信制御ＩＣ１０２の実施形態は、所望の実施形態に従って、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ゲートアレイなどのＩＣなどである。あるいは、ＣＰＵ１０１と一体化して構成され得る。通信制御ＩＣ１０２は、ＭＡＣ層及び／又はＰＨＹ層を含むＩＥＥＥ８０２．３通信デバイスであり得る。この場合、通信制御ＩＣ１０２の実施例としては、ＩＥＥＥ８０２．３のＭＡＣ（Media Access Control）チップ、ＰＨＹ（物理層）チップ、ＭＡＣ／ＰＨＹ複合チップが挙げられる。なお、通信制御ＩＣ１０２は、ＣＰＵ１０１、又はコンピュータ内部の情報経路を制御するチップセットに含まれ得る。さらに、図２の構造では、単一の通信制御ＩＣ１０２のみを示しているが、通信制御ＩＣ１０２の数は複数であり得る。

ＰＨＹ１０３は、制御ネットワーク１２２との通信機能を実現するトランシーバＩＣである。ＰＨＹ１０３によって提供される通信規格としてのＩＥＥＥ８０２．３が、通信機能の一例である。図２の構造では、ＰＨＹ１０３と通信制御ＩＣ１０２とは接続されているので、ＩＥＥＥ８０２．３のメディアアクセス制御（ＭＡＣ）処理は、通信制御ＩＣ１０２に含まれる。しかしながら、通信制御ＩＣ１０２とＰＨＹ１０３との間にＭＡＣ機能ＩＣを配置する構造や、ＭＡＣ機能ＩＣとＰＨＹ１０３とを組み合わせた通信ＩＣと通信制御ＩＣ１０２とを接続する構造には、本実施例の効果が残っている。なお、ＰＨＹ１０３は、通信制御ＩＣ１０２に含まれ得る。さらに、図２の構造では、ＰＨＹ１０３は１つしか示されていないが、ＰＨＹ１０３の数は、所望の実施形態に応じて複数であり得る。

メモリ１０４は、ＣＰＵ１０１が動作するための一時記憶領域であり、不揮発性記憶媒体１０５から転送されたＯＳやアプリケーションプログラムを記憶する。

不揮発性記憶媒体１０５は、情報記憶装置であり、ＯＳアプリケーションやデバイスドライバなどのＣＰＵ１０１を動作させるためのプログラム、及び、プログラムの実行結果を記憶するコンピュータ読取可能な非一過性の記憶媒体の一例として用いられる。不揮発性記憶媒体１０５としては、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、フラッシュメモリなどが使用可能な例として挙げられる。さらに、外部取り外し可能記憶媒体の例として、フロッピーディスク（ＦＤ）、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（商標）、ＵＳＢメモリ、コンパクトフラッシュ（商標）などが考えられる。

バス１０６は、ＣＰＵ１０１、通信制御ＩＣ１０２、メモリ１０４、不揮発性記憶媒体１０５を接続する。バス１０６の例としては、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス、ＩＳＡ（Industry Standard Architecture）バス、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓバス、システムバス、メモリバスなどが挙げられる。

図３は、一実施形態に係るＩ／Ｏ制御デバイス１２３のハードウェア構成を示す図である。Ｉ／Ｏユニット１０７は、被制御デバイス１２４を制御したり、被制御デバイス１２４の情報を取得したりするための入出力インタフェースである。Ｉ／Ｏユニット１０７として使用できる例としては、各種デジタル入出力インタフェース及びアナログＩ／Ｏ ＩＣである。Ｉ／Ｏユニット１０７からの信号線は１本で示されているが、被制御デバイス１２４に応じて複数であり得る。

図４は、一実施形態に係るネットワーク中継デバイス１２１のハードウェア構成を示す図である。通信ルーティング制御ＩＣ１０８は、バス１０６と１つ以上のＰＨＹ１０３とを接続し、受信したパケットのルーティング制御を実行する。通信ルーティング制御ＩＣ１０８は、バス１０６に接続し、バス１０６を介して、通信制御ＩＣ１０２と通信することができる。

通信ルーティング制御ＩＣ１０８の例としては、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ゲートアレイなどのＩＣなどである。なお、通信ルーティング制御ＩＣ１０８は、所望の実施形態に応じて、ＣＰＵ１０１又はコンピュータ内部の情報経路を制御するチップセットに含まれ得る。さらに、任意の数のＰＨＹ１０３を使用して、所望の実施形態を促進することができる。

図５は、本発明の一実施形態に係るネットワークプランニング装置１２５の機能構成を示す図である。分散機能要件記憶部１３０は、図１に示した制御システムを構成する機能の要件を記憶する。このような要件は、機能間の通信遅延や通信サイクル、制御周期、通信スループット、通信経路の冗長性又は機能自体の冗長性、通信帯域幅、使用する特定のセンサやアクチュエータ、機能間の通信の位相（タイミング）差を含む。通信遅延とは、パケットが送信側（送信元機能）から受信側（送信先機能）に届くまでにかかる時間を意味する。

通信サイクルとは、制御ループにおいて一連の通信が行われる期間を意味する。制御周期とは、センサの読み取り、コマンドの計算、アクチュエータへの出力などの一連の制御動作が行われる期間を意味する。通信スループットとは、通信チャンネルを介したメッセージの配信の成功率を意味する。通信経路の冗長性とは、機能間の通信の冗長性の程度を意味する。換言すれば、通信経路の冗長性とは、機能間で利用可能な通信経路の数を意味する。機能の冗長性とは、機能の冗長又は重複する機能を含む機能の数を意味する。通信帯域幅とは、所与の経路におけるデータ転送の最大レートである。機能間の通信位相差（タイミング）とは、機能の通信処理（例えば、パケットの送受信）の時間差を意味する。この要件の一例としては、通信サイクルにおける、ある機能の送信タイミングと別の機能の送信タイミングとの差の３００μｓである。

分散機能要件記憶部１３０は、所望の実施形態に応じて、不揮発性記憶媒体１０５、ＣＰＵ１０１、ＣＰＵ１０１で動作するアプリケーション等によって実現される。

分散機能要件記憶部１３０への要件の設定は、オペレータがオンラインで明示的に（例えば、ユーザインタフェースを介して）入力することができる。もしくは、各通信デバイスが要件を保持し、通信デバイスが制御ネットワーク１２２に接続されたとき、要件が各通信デバイスから収集され、それらを分散機能要件記憶部１３０に通知することができる。要件を保持する対象は、通信デバイスに限らず、所望の実施形態に応じて、アプリケーションプログラム、仮想マシン、コンテナソフトウェア等であり得る。

リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１（プロセッサ部の一例）は、分散機能要件記憶部１３０に記憶されている機能の要件、ネットワーク情報記憶ユニット１３３に記憶されているネットワーク情報、ネットワーク状態収集ユニット１３４が収集したネットワークの状態に基づいて、制御システムを構成する制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３のリソースアロケーションをプランする。

プランされた結果は、プラン配信ユニット１３２により、制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３の１つ以上に配信される。リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１は、所望の実施形態に応じて、ＣＰＵ１０１又はＣＰＵ１０１で動作するアプリケーションで実現される。プラン配信ユニット１３２は、リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１が計画したリソースアロケーションの結果を、制御ネットワーク１２２を介して、制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、又は、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３の１つ以上に配信する。

配信プロトコルの例は、ＯｐｅｎＦｌｏｗ及びＴＳＮに関連するＩＥＥＥ規格（ＩＥＥＥ８０２．１Ｑａｔ、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｃｃ、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｃａなど）並びに独自プロトコルである。独自プロトコルには、少なくとも制御されるネットワークリソースのタイプ及びそれらを制御する手段を定義する情報が含まれる。また、所望の実施形態に応じて、ネットワークリソースの制御を変更する時刻、絶対時刻又は相対時刻での継続時間等を含めることが可能である。絶対時刻は、制御システムで統一された時刻であり得る。

プラン配信ユニット１３２は、通信制御ＩＣ１０２及び／又はＰＨＹ１０３を用いて実現される。

ネットワーク情報記憶ユニット１３３は、制御システムを構成する制御ネットワーク１２２の情報を記憶する。記憶される情報は、制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１及びＩ／Ｏ制御デバイス１２３によって促進されるネットワークトポロジ、通信デバイス間の通信遅延及び通信媒体、通信スループット、使用する通信プロトコル、ネットワーク中継デバイス１２１におけるタイムスロットの設定に関連するパラメータ（例えば，タイムスロットの設定における通信キューの時間分解能の数など）、ＶＬＡＮの設定に関連するパラメータ（例えば、優先順位の数及び優先順位のタイプなど）、制御デバイス１２０の動作性能（ＣＰＵの周波数及びメモリ又は記憶装置の容量など）、制御デバイス１２０によってサポートされる仮想化技術及びコンテナ技術（例えば、ハードウェアサポートの存在）である。

ネットワーク情報記憶ユニット１３３は、制御ネットワーク１２２及びネットワーク中継デバイス１２１の性能及びトポロジの状態を収集する。オペレータは、制御システムの起動時に、これらの情報を入力してもよく、又は、動的に収集されてもよい。本実施形態では、オペレータは、ユーザインタフェースを介して、又は、所望の実施形態に従った他の方法により、要件の入力を提供することができる。

情報収集は、ｐｉｎｇ（ＩＣＭＰ）、ＩＥＥＥ１５８８の遅延要求応答メカニズム、ＴＳＮのＩＥＥＥ通信規格、ＳＴＰ（Spanning Tree Protocol）又はＲＳＴＰ（Rapid Spanning Tree Protocol）で定義されたツリートポロジを構築するためのパスコスト、及びＲＩＰ（Routing Information Protocol）などのルーティングプロトコルを使用することができる。

あるいは、独自のプロトコルが情報収集のために使用され得る。独自プロトコルは、ネットワーク中継デバイス１２１によって管理可能なネットワークリソースのタイプ、設定可能な値の範囲、パラメータセット、収集される情報の現在の設定状況などを含み得る。

ネットワーク情報記憶ユニット１３３は、ＣＰＵ１０１、ＣＰＵ１０１で動作するアプリケーション、不揮発性記憶媒体１０５等によって実現される。

ネットワーク状態収集ユニット１３４は、制御ネットワーク１２２を介して制御システムの状態情報を収集する。収集する情報としては、制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３の障害情報（例えば、システムダウンタイムなど）、並びに、制御ネットワーク１２２の障害情報（経路異常など）などが挙げられる。また、ネットワークの状態を観測するために、一例として、定期的に通信する通信デバイス間のハートビート情報（生存監視）が挙げられる。ネットワーク状態収集ユニット１３４は、ＣＰＵ１０１、ＣＰＵ１０１で動作するアプリケーション、通信制御ＩＣ１０２、及び／又は、ＰＨＹ１０３の１つ以上によって促進することができる。

図６は、本発明の一実施形態に係る制御デバイス１２０及びＩ／Ｏ制御デバイス１２３の機能構成を示す図である。処理ユニット１４０は、制御動作及び情報処理動作の処理又は計算を実行する。制御動作の例としては、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３による被制御デバイス１２４の制御に必要なコマンド値の計算が挙げられる。被制御デバイス１２４を直接制御するためのコマンド値を計算すること、又は、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３が被制御デバイス１２４を制御するための目標値を計算することが可能である。これらのコマンド値の計算には、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３から受信した情報が使用され得る。受信情報は、被制御デバイス１２４の状態信号を含む。

Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３は、Ｉ／Ｏユニット１０７を介して被制御デバイス１２４を制御する。又は、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３は、Ｉ／Ｏユニット１０７を介して被制御デバイス１２４の状態情報及びセンサ情報を取得する。

情報処理の例としては、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３を介して得られた被制御デバイス１２４の状態信号を、Ｗｅｂサーバなどを用いて外部に提示すること、被制御デバイス１２４の状態管理、複数のＩ／Ｏ制御デバイス１２３及び被制御デバイス１２４のアセット管理（ソフトウェアのバージョン制御やアップデートなど）、人工知能（ＡＩ）及び機械学習処理、予防保全や状態監視保全（ＣＢＭ）などの保全機能、残余寿命予測等が挙げられる。

処理ユニット１４０の処理は、時刻同期ユニット１４３によって同期された時刻に基づいて行われ得る。処理ユニット１４０は、ＣＰＵ１０１又はＣＰＵ１０１で動作するアプリケーションによって促進される。通信ユニット１４１は、制御ネットワーク１２２の通信プロトコルに従って通信する制御ネットワーク１２２に接続する。通信ユニット１４１は、ＰＨＹ１０３に接続され、送信時にバス１０６から通知されたデータ又はパケットを処理する。処理としては、データからのフレーム生成、データ又はパケットの複製、所定のタグの付加、周期冗長検査コード（ＣＲＣ）などの異常診断データの計算及び付加が挙げられる。送信用付加タグの例としては、所望の実施形態に従って、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑで定義されたＶＬＡＮタグ、ＩＥＣ６２４３９－３で定義されたＨＳＲタグ及びＰＲＰタグなどを含み得る。ＶＬＡＮタグの設定は、ＰＣＰ（Priority Code Point）、ＶＩＤ（VLAN Identifier）の設定を含む。

通信ユニット１４１は、パケットを受信すると、受信したパケットを、処理ユニット１４０又は時刻同期ユニット１４３に転送する。通信ユニット１４１が、受信したパケットを処理してもよい。プロセッシング処理としては、パケットに付加されたタグの削除及びデータの抽出が例示される。さらに、通信ユニット１４１は、ソースアドレスやタグなどの処理したパケットの情報を一定時間保持するための情報記憶手段を有し得る。通信ユニット１４１は、ＣＰＵ１０１、通信制御ＩＣ１０２、ＰＨＹ１０３で動作する１つ以上のアプリケーションによって構成され得る。

通信スケジュールユニット１４２は、通信ユニット１４１がパケットを送信するための通信スケジュールを管理する。これは、時刻同期ユニット１４３によって同期された時刻に基づいて実行することができる。例えば、通信ユニット１４１の通信処理は、通信デバイスによって提供されるハードウェアタイマ又はソフトウェアタイマからの割込みによって駆動される。

通信スケジュールユニット１４２は、ＣＰＵ１０１、ＣＰＵ１０１で動作するアプリケーション、通信制御ＩＣ１０２、及び／又は、ＰＨＹ１０３のうち１つ以上によって促進され得る。

時刻同期ユニット１４３は、時刻同期プロトコルを実行し、制御デバイス１２０の時刻を基準時刻に同期させる。実行される時刻同期プロトコルは、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ、ＩＥＥＥ１５８８、ＮＴＰ、ＳＮＴＰなどであり得る。

時刻同期ユニット１４３は、ＣＰＵ１０１、ＣＰＵ１０１で動作するアプリケーション、通信制御ＩＣ１０２、及び／又はＰＨＹ１０３のうち１つ以上によって促進され得る。

図７は、本発明の一実施形態に係るネットワーク中継デバイス１２１の機能構成を示す図である。通信ルーティング制御ユニット１５０は、複数の通信ユニット１４１に接続され、通信ユニット１４１によって送信されたパケットを受信し、受信したパケットの情報と通信ルーティング制御ユニット１５０に設定された情報とに基づいて、受信したパケットの転送先（つまり、対応する通信ユニット１４１）へのルートを制御する。

なお、転送先である通信ユニット１４１へのパケットの送信タイミングは、転送先決定直後であっても、転送待ちのパケット間での優先度に基づいて制御されてもよく、時分割通信方法で所定のタイムスロット毎に転送されてよい。タイムスロット通信の一例は、ＩＥＥＥ８０１．１Ｑｂｖである。

通信ルーティング制御ユニット１５０は、ＣＰＵ１０１、ＣＰＵ１０１で動作するアプリケーション、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ゲートアレイ、通信ルーティング制御ＩＣ１０８のうちの１つ以上によって構成され得る。なお、通信ルーティング制御ユニット１５０は、ＣＰＵ１０１やコンピュータ内部の情報経路を制御するチップセットに含まれ得る。さらに、通信ユニット１４１の構成に応じて、通信に必要な機能を組み込むことも可能である。例えば、通信ユニット１４１がＰＨＹ機能に相当する場合、通信ルーティング制御ユニット１５０は、所望の実施形態に応じて、ＭＡＣ層に相当する機能を含むことができる。

ネットワークリソース管理ユニット１５１は、通信ルーティング制御ユニット１５０、１つ以上の通信ユニット１４１のネットワークリソース制御の利用及びアロケーションを管理する。また、ネットワークリソース管理ユニット１５１は、ネットワークプランニング装置１２５のリソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１及びプラン配信ユニット１３２から通知された内容、又は、所定のルールに基づいて、ネットワーク中継デバイス１２１のネットワークリソースを制御する。

このようなネットワークリソースとしては、時分割通信方法における通信帯域幅の時間幅、通信タイプの優先度／通信タイミングなどのパラメータ、所定のパケット、及び使用する通信経路数などであり得る。

ＣＰＵ１０１、ＣＰＵ１０１で動作するアプリケーション、ＬＳＩなどの通信ルーティング制御ＩＣ１０８を、ネットワークリソース管理ユニット１５１として、ネットワーク中継デバイス１２１のネットワーク処理のために使用できる。

図８は、本発明の一実施形態に係るネットワークプランニング装置１２５におけるリソースアロケーションのプランニング動作手順を示す図である。

最初に、ネットワークプランニング装置１２５は、リソースアロケーションのプランニングのための情報を収集する（Ｓ００１）。これは、分散機能要件記憶部１３０からの要件の抽出、ネットワーク情報記憶ユニット１３３からのネットワーク情報の抽出、及び／又は、ネットワーク状態収集ユニット１３４からのネットワーク状態の抽出のうちの１つ以上を示す。ネットワークプランニング装置１２５は、リソースの割り当てをプランするために必要な情報を収集後、リソースアロケーションをプランする（Ｓ００２）。プランニング方法の詳細については後述する。リソースアロケーションのプランニングが完了すると、プラン配信ユニット１３２は、プラン内容を制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３に配信する（Ｓ００３）。

なお、図８に示す手順を実行するタイミングは、制御システムの動作前でもよく、制御システムの動作開始後に定期的に実行されてもよい。あるいは、制御システムのオペレータからの命令によって明示的に実行されてよく、手順は制御システムの構成変更時に、動的に実行されてもよい。このような変更は、制御ネットワーク１２２若しくは通信デバイスの異常、又は通信デバイスの追加又は取り外しを含む。ネットワーク状態収集ユニット１３４は、制御システムの構成変更を検出できるので、生存監視の目的のために通信デバイス間の周期的なハートビート通信を行い、結果をネットワーク状態収集ユニット１３４に通知することが例示される。

また、図８に示す手順を実行するタイミングは、通信デバイスからリソースアロケーションの結果を受信するタイミングであってもよい。これは、ターゲットの通信デバイスがプランを受け入れることができない場合を含む。

図９は、本発明の一実施形態に係る制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３などの通信デバイスへ、プラン手順を適用する一例を示す図である。

最初に、通信デバイスは、プランの配信を待つ（Ｓ０１０）。通信デバイスは、プランを受信すると、自デバイスのリソースにプランニング内容を割り当てることができるか否かを判断する（Ｓ０１１）。

通信デバイスは、工程Ｓ０１１でアロケーション可能である場合、適切なコンピュータリソース、ネットワークリソースを割り当てる（Ｓ０１２）。これは、例えば、通信における送信タイムスロットである。ステップＳ０１２の後、又は、ステップＳ０１１でアロケーションできない場合、通信デバイスは、アロケーション結果をネットワークプランニング装置１２５に返信する（Ｓ０１３）。なお、Ｓ０１３は、所望の実施形態に応じて、省略可能である。

図１０は、本発明の一実施形態に係る制御デバイス１２０における制御処理の動作手順を示す図である。最初に、処理ユニット１４０は、制御コマンドの計算開始を待つ（Ｓ０２０）。この処理は、所望の実施形態に応じて、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３から被制御デバイス１２４の状態情報やセンサデータを受信したとき、又は、別の制御デバイス１２０から開始要求があったとき等に、所定の周期で開始することができる。

次に処理ユニット１４０は、制御コマンド値を計算する（Ｓ０２１）。これは、所定の制御方法に従う。制御コマンド値の動作は、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３から受信したデータを使用することができる。次に、処理ユニット１４０は、制御コマンド値を送信するタイミングを待つ（Ｓ０２２）。このタイミングは、通信スケジュールユニット１４２によって制御される。次いで、処理ユニット１４０は、１つ以上のＩ／Ｏ制御デバイス１２３について計算された制御コマンド値を、通信ユニット１４１を介して送信する（Ｓ０２３）。

図１１は、本発明の一実施形態に係るネットワーク中継デバイス１２１における転送処理の動作手順を示す図である。図１０のステップＳ０２３で送信された制御コマンド値は、図１１に示す手順に基づいて、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３及び他の制御デバイス１２０に転送される。

最初に、ネットワーク中継デバイス１２１の通信ユニット１４１は、パケットの受信を待つ（Ｓ０３０）。通信ルーティング制御ユニット１５０は、パケットを受信した通信ユニット１４１が受信したパケットの内容と、ネットワークリソース管理ユニット１５１によって通信ルーティング制御ユニット１５０に設定されたルート制御のルールと、に基づいて、パケット受信後に、パケットの転送タイミング、転送先となる通信ユニット１４１、及び通信ユニット１４１での送信タイミングを決定する。（Ｓ０３１）。

この場合、転送先の通信ユニット１４１は複数であってよく、通信ルーティング制御ユニット１５０は、転送時に受信又は転送した通信ユニット１４１に基づいて、パケットに情報を付加することができる。パケットを転送された通信ユニット１４１は、通信ルーティング制御ユニット１５０によって制御されたタイミング、又は、通信ルーティング制御ユニット１５０から送信されたタイミングでパケットを送信する（Ｓ０３２）。

Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３における制御処理の動作手順を、図１２及び図１３に示す。図１２は、主にアクチュエータとしての動作を示す図であり、図１３、はセンサとしての動作を示す図である。

図１２では、最初に、処理ユニット１４０は、処理の開始を待つ（Ｓ０４０）。この処理は、所定の周期、又は被制御デバイス１２４の状態変化によって開始され得る。

次に、処理ユニット１４０は、制御デバイス１２０から受信した制御コマンド値に基づいて、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３の制御コマンド値を計算する（Ｓ０４１）。次いで、処理ユニット１４０は、ステップＳ０４１で計算した制御コマンド値に基づいて、被制御デバイス１２４を制御する（Ｓ０４２）。

図１３では、最初に、処理ユニット１４０は、状態情報（被制御デバイス１２４のセンサデータ）の取得タイミングを待つ（Ｓ０５０）。次いで、処理ユニット１４０は、状態情報（被制御デバイス１２４のセンサデータ）を取得する（Ｓ０５１）。次に処理ユニット１４０は、取得した状態情報（被制御デバイス１２４のセンサデータ）を、制御デバイス１２０に送信するか否かを判断する（Ｓ０５２）。処理ユニット１４０は、送信すると判断した場合、データを送信する（Ｓ０５３）。これは、データを取得する毎に送信してもよいし、所定の回数取得する毎に送信してもよい。

なお、取得された値は、データ値に対する閾値比較などの所定の条件を満たしたときに送信されてよい。もしくは、データは、状態情報（センサデータ）を取得した時刻が所定の条件に一致したときに送信されてよい。したがって、例えば、日中に得た状態情報（センサデータ）のみを送信することが可能である。Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３又は被制御デバイス１２４が複数のセンサを備える実施形態においては、所定の条件を満たしたときに、１つ以上のセンサデータを送信することができる。もしくは、処理ユニット１４０の状態が所定の条件を満たすときにデータを送信することができる。これには、例えば、処理ユニット１４０の処理負荷が小さいときが含まれる。

送信するデータにおいても、取得したデータをそのまま送信してもよいし、複数回取得した値について統計処理を適用したデータを送信してもよい。又は、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３又は被制御デバイス１２４によって提供される他のセンサのセンサデータと組み合わせた結果が送信されてよい。

なお、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３のうちの１つでは、所望の実施形態に応じて、図１２の制御処理及び図１３の取得処理が並行に実行され得る。

次に、リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１によるリソースアロケーションのプランニング方法について説明する。

図１に示した制御システムでは、以下のような分散機能を構成する場合を一例とする。
・分散機能１：センサ、制御装置、及びアクチュエータから成る制御機能を構成する。
・被制御デバイス１２４ａはセンサに設定され、被制御デバイス１２４ｃはアクチュエータに設定される。
・制御機能としての制御装置の冗長性は、「３」とされる。
・制御機能と被制御デバイス１２４ａとの間、及び、制御機能と被制御デバイス１２４ｃとの間の通信経路の冗長性は、「２」とされる。
・センサからアクチュエータへの処理は、１ｍｓ周期で行われる。
・コマンドタイミングを、３つの制御機能からアクチュエータにシフトすると、アクチュエータは１ｍｓ周期で３回の周期で制御される。したがって、アクチュエータによる１ｍｓ周期内での制御コマンドの受信時間は、それぞれ「４００μｓ」、「７００μｓ」、「１０００μｓ」である。
・制御機能の計算時間は「２００μｓ」である。
・分散機能２：制御装置及びアクチュエータから成る制御機能を構成する。
・被制御デバイス１２４ｂは、アクチュエータに設定される。
・制御装置からアクチュエータへの処理は、１ｍｓ周期で行わる。
・分散機能３：センサ情報に統計処理を適用する情報処理機能を構成する。
・機能は、被制御デバイス１２４ａのセンサ情報を使用する。
・センサから情報処理機能までの通信スループットは「８Ｍｂｐｓ」で行われる。

分散機能は、分散機能１、分散機能２、分散機能３の順に優先される。

図１４は、分散機能１のプランニング方法の一例を示す図である。

最初に、制御機能を構成する機能を配置する（Ｓ０６０）。図１に示した制御システムでは、制御デバイス１２０及びＩ／Ｏ制御デバイス１２３が候補である。この場合、様々な制約条件が考えられる。例えば、物理的デバイスを有する被制御デバイス１２４を使用するためには、センサ機能又はアクチュエータ機能が必要であるため、センサ機能はＩ／Ｏ制御デバイス１２３ａに配置し、アクチュエータ機能はＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｃに配置すると決定する。制御機能は３つの冗長性を有するので、異なる制御デバイス１２０、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３がターゲット候補となる。

通信デバイスを選択するために、機能を目的関数として配置した通信デバイスのコンピュータ性能の合計値に対して、値を最大にする組合せ最適化問題として選択を解くことが示されている。例としては、選択された通信デバイスのＣＰＵ周波数の合計値を最大化する、又は、選択された通信デバイスのメモリの通信スループットを最大化することが挙げられる。

機能の配置を、ステップＳ０６０で決定後、通信する機能間の通信経路を決定する（Ｓ０６１）。被制御デバイス１２４ａと制御機能との間、及び、制御機能と被制御デバイス１２４ｃとの間の通信経路の冗長性は「２」である。したがって、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａと制御機能とを接続する通信経路の選択肢から、２つの経路が選択される。また、制御機能とＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｃとからの選択も同様である。この場合の高い信頼性のための制約条件の例としては、問題をグラフ理論で経路検索問題として扱うとき、選択した２つの通信経路上で同一のネットワーク中継デバイス１２１が選択されないようにすること、通信ホップを最小にすること、通信スループットの平均値若しくは最大値を目的関数として最大にすることである。

通信経路を選択するときは、その通信経路となるように、関連するパラメータを設定することが例示される。例としては、ＶＬＡＮ識別子の決定、ルート制御の設定、ＶＬＡＮの構成、及び、ネットワーク中継デバイス１２１のＰＲＰとＨＳＲとのタグ構成等が挙げられる。

ステップＳ０６１で通信経路が決定された後、制御デバイス１２０又は機能を配置されたＩ／Ｏ制御デバイス１２３の送信タイミング、及び、ネットワーク中継デバイス１２１のタイムスロットアロケーションが決定される（Ｓ０６２）。この場合、タイムスロット幅、送信タイミング、及びタイムスロットアロケーションを組合せ最適化問題として解くことができる。

ステップＳ０６２の後、決定された構成が制御システムの要件を満たすことができるか否かが判定される（Ｓ０６３）。満たされている場合（ステップＳ０６３がＹＥＳ）、処理は終了する。一方、満たされていない場合（ステップＳ０６３がＮＯ）、プランニングを継続可能か否かが判断される（Ｓ０６４）。一例として、継続可能な条件は、プランニングの試行回数が所定値未満であり、かつ、プランニングに要した処理時間が所定値未満であることである。あるいは、システムオペレータがプランニングの継続を判断してもよい。これは、図１４の機能を、ＧＵＩ（Graphical User Interface）などのソフトウェアとして構成することが示されている。

ステップＳ０６４において、継続可能であると判断された場合（ステップＳ０６４がＹＥＳ）、プランニングはＳ０６０から再実行される。継続可能であると判断されない場合（ステップＳ０６４がＮＯ）、プランニングは終了される。

なお、ステップＳ０６４で継続可能と判断されたとき、ステップＳ０６１から再開してもよいし、ステップＳ０６０から再実行せずにステップＳ０６２のみを再実行してもよい。

Ｓ０６０、Ｓ０６１、及びＳ０６２の各ステップを最適化問題として考え、様々な解を適用することが例示される。また、解は、ヒューリスティック法も含む。もしくは、全検索を行うことも可能である。

また、Ｓ０６０とＳ０６１とを同時に実行することも可能である。例えば、ステップＳ０６０の機能配置の決定において、通信経路を目的関数として決定し、中継するネットワーク中継デバイス１２１の数を評価した後に、機能を配置する通信デバイスを決定することができる。

さらに、被制御デバイス１２４に接続されたＩ／Ｏ制御デバイス１２３は、センサ機能やアクチュエータ機能が配置された実現可能な通信デバイスに設定されているが、それらの機能は、被制御デバイス１２４を制御するための最小構成としてＩ／Ｏ制御デバイス１２３に備えられたソフトウェアによって、制御デバイス１２０などの別の通信デバイスに配置されてもよい。

このようなセンサ機能及びアクチュエータ機能は、センサ値のフィルタ処理又はアクチュエータの出力タイミングの制御であり得る。

さらに、ステップＳ０６３、ステップＳＳ０６４では、プランニング終了毎に終了を判断するのではなく、所定の時間又は所定の試行回数の後に最適なプランが選択され得る。

図１４に示す手順は、分散機能「２」及び「３」のプランにも適用される。分散機能「２」では、機能及び通信経路の冗長性はそれぞれ１である。分散機能「３」では、制約条件は、遅延又は周期ではなく通信スループットである。

図１５～図１７は、上記分散機能１、２、３の各プラン例を示す図である。図１５は、機能及び通信経路の配置を示す図であり、図１６は、通信デバイスでの通信タイミングを示す図であり、図１７は、ネットワーク中継デバイス１２１でのタイムスロットのアロケーションを示す図である。

分散機能１の例に関しては、以下のようにプランされる。制御機能１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｄは、それぞれ制御デバイス１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｄに配置される。センサ機能１６１ａはＩ／Ｏ制御デバイス１２３ａに配置され、アクチュエータ機能１６２ｂはＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｃに配置される。

制御機能１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｄのそれぞれからＩ／Ｏ制御デバイス１２３ａ、１２３ｃへの２つの通信経路がそれぞれ選択される。機能の同じ組み合わせにおいて２つの通信経路が重ならないように選択される。決定された通信経路は以下の通りである。

Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ（センサ機能１６１ａ）から、制御デバイス１２０ａ（制御機能１６０ａ）へ。ルート１：ネットワーク中継デバイス１２１ｄ（１ホップ）、ルート２：ネットワーク中継デバイス１２１ｅ、１２１ａ（２ホップ）。

Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ（センサ機能１６１ａ）から、制御デバイス１２０ｂ（制御機能１６０ｂ）へ。ルート１：ネットワーク中継デバイス１２１ｄ、１２１ａ（２ホップ）、ルート２：ネットワーク中継デバイス１２１ｅ、１２１ｂ（２ホップ）。

Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａ（センサ機能１６１ａ）から、制御デバイス１２０ｄ（制御機能１６１ｄ）へ。ルート１：ネットワーク中継デバイス１２１ｄ、１２１ｂ、１２１ｃ（３ホップ）、ルート２：ネットワーク中継デバイス１２１ｅ、１２１ｆ（２ホップ）。

制御デバイス１２０ａ（制御機能１６０ａ）から、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ｃ（アクチュエータ機能１６２ｂ）へ。ルート１：ネットワーク中継デバイス１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ（３ホップ）、ルート２：ネットワーク中継デバイス１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆ（３ホップ）。

制御デバイス１２０ｂ（制御機能１６０ｂ）から、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ｃ（アクチュエータ機能１６２ｂ）へ。ルート１：ネットワーク中継デバイス１２１ｂ、１２１ｃ（２ホップ）、ルート２：ネットワーク中継デバイス１２１ａ、１２１ｅ、１２１ｆ。

制御デバイス１２０ｄ（制御機能１６０ｄ）から、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ｃ（アクチュエータ機能１６２ｂ）へ。ルート１：ネットワーク中継デバイス１２１ｃ、ルート２：ネットワーク中継デバイス１２１ｆ。

送信タイミング及びタイムスロットの設定は、図１６及び図１７に示す通りである。ネットワーク中継デバイス１２１のタイムスロットは、５０μｓに設定されている。タイムスロット数として、２つのルートのホップ数の最大値が割り当てられる。Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａは、最初に、センサ値を制御デバイス１２０ｄに送信する（オフセット０μｓ～１５０μｓ）。ルート１の通信経路は３ホップ（１５０μｓ）なので、３つのタイムスロットが割り当てられる。制御デバイス１２０ｄの制御機能１６０ｄは、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａからセンサ情報を受信し、次いで、制御機能１６０ｄは、２００μｓで制御計算処理後、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ｃにコマンド値を送信する。制御デバイス１２０ｄとＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｃとの間のホップ数は１なので、１スロットのタイムスロットが割り当てられる。

タイムスロットの時間幅は一様である必要はなく、所望の実施形態に応じて、各タイムスロットに任意の時間幅が設定され得る。一方、時間幅を一様にすることで、最適解の検索が容易になり得る。

なお、制御機能１６０などの制御機能を、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ｂなどのＩ／Ｏ制御デバイスに配置することも可能である。この場合、中継するネットワーク中継デバイスの数（ホップ数）を評価指標に設定した場合、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａからＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｂまでは、３ホップ（ルート１はネットワーク中継デバイス１２１ｅ、ルート２はネットワーク中継デバイス１２１ｄ、１２１ｂ及び１２１ｆ）かかる。かつ、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ｂからＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｃまでも、３ホップ（ルート１はネットワーク中継デバイス１２１ｆ、ルート２はネットワーク中継デバイス１２１ｅ、１２１ｂ、及び１２１ｃ）かかる。さらに、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ｂからＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｃまでは合計で６ホップかかる。これは、制御デバイス１２０ａ、１２０ｂ、及び１２０ｄを選択した場合よりも大きい。これが、本実施例でＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｂを選択しない理由である。

なお、制御デバイス１２０ｃの場合は、合計で５ホップかかるため、制御機能１６０ｃなどの制御機能が制御デバイス１２０ｃに配置されるような配置であり得る。この場合、ホップ数以外の要素（例えば、制御デバイス１２０ｃのコンピュータ性能）を比較してよい。

さらに、アクチュエータ機能１６２ｂのタイミングは、１ｍｓ周期において、４００μｓ、７００μｓ、１０００μｓでコマンド値を受信し、これは制約条件を満たす。４００μｓで第１のコマンド値を受信するために、センサ機能１６１ａからセンサ情報を受信した第１の制御機能は、制御機能１６０ｄである必要がある。

図１４のステップＳ０６２の終了後、ステップＳ０６３で、アクチュエータ機能１６２ｂのコマンド値の受信タイミングが、１ｍｓ周期において４００μｓ、７００μｓ、１０００μｓであるか否かを判断する。

図１５に示す例では、各制御デバイス１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｄのコマンド値処理サイクル性能が最短の１ｍｓ周期であっても、アクチュエータ機能１６２ｂの制御を約３００μｓで実行することが可能で、約３倍の性能向上を実現することができる。これは、このような送信タイミングの調整による制御性能の向上を目的とした、実施例のリソースアロケーションのプランニング効果によるものである。

同様に、分散機能２の例に関しては、アクチュエータ機能１６２ａはＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｂに配置され、制御機能１６０ｃは制御デバイス１２０ｃに配置され、これらの間の通信経路はネットワーク中継デバイス１２１ｃと、１２１ｆとを介している。ネットワーク中継デバイスにおける機能の配置とタイムスロットのアロケーションとを図１５及び図１７に示す。なお、送信タイミングは示されていない。

同様に、分散機能３の例に関しては、センサ機能１６１ａはＩ／Ｏ制御デバイス１２３ａに配置され、情報処理機能１６３は制御デバイス１２０ｂに配置され、通信経路はネットワーク中継デバイス１２１ａと、１２１ｄとを介している。ネットワーク中継デバイスにおける機能の配置とタイムスロットのアロケーションとを図１５及び図１７に示す。なお、送信タイミングは示されていない。

ネットワーク中継デバイス１２１ａ及び１２１ｄには、空きタイムスロットを有効に利用するために、３つの連続したタイムスロットがアロケーションされる。

３つのタイムスロットで１ｋバイトを１サイクルで送信することにより、次の式で８Ｍｂｐｓの帯域幅を実現することができる。
１ｋバイト×（１ｓ／１ｍｓ）×（８ビット／バイト）＝８Ｍｂｐｓ

なお、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３ａは、制御デバイス１２０ｂ以外の通信デバイスと同じタイミングで通信するが、これは、このようなマルチキャスト又はＶＬＡＮの設定によって促進される。

ただし、制御機能、センサ機能、及びアクチュエータ機能は、マルチコアＣＰＵの各コアにアロケーションされたアプリケーションプログラム、仮想マシン、コンテナソフトウェア、アプリケーションとして形成され得る。

さらに、ステップＳ０６４において、継続条件を満たすことができないと判断されたときには、所望の実施形態に従って、所定の提示手段（Ｗｅｂサーバ、ＧＵＩソフトウェア、電子メールなど）を使用することによりシステムオペレータに通知する。これにより、システムオペレータは、プラン完了に向けて制約条件を緩和するなどの対策をセットアップすることができる。例えば、このような対策としては、冗長性の低減や通信サイクルの延長、通信デバイス、通信経路、及びネットワーク中継デバイス１２１の追加、通信デバイスの性能向上などであり得る。

なお、これらの制約条件の緩和は、ネットワークプランニング装置１２５のリソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１がプランニング処理を実行するときに、まとめて提示され得る。この場合、リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１は、緩和策を検索する。図１５の例では、そのような対策は、タイムスロットの単位幅を一様には変更せず、通信経路を増やしたり（例えば、ネットワーク中継デバイス１２１ｄと１２１ｃとの間を直接接続）、制御機能１６０ｃをＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｃ自体に配置したりすることなどを含み、緩和プランの自由度を促進することができる。

これらの緩和は、追加ユニット及び追加コストが少ない順に提示され得る。例えば、タイムスロットの変更は、設備の追加を必要としないため、通信経路の追加と比較して優先して提示される。

一方、ステップＳ０６４で継続可能と判断されたとき、余剰と考えられる制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及び／又は、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３がある場合、そのような余剰デバイスを提示することができる。オペレータはそれらを制御システムから取り除き、制御システムのコストを削減することができる。

あるいは、リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１は、制約条件を満たすだけでなく、プランにおける限界性能を提示するように例示される。例えば、図１５～図１７の通信サイクル１ｍｓを満たすことが制約条件であったが、実現可能な最短の通信周期を提示するように例示される。同様に、機能及び通信経路の最大の冗長性も示すことができる。したがって、オペレータは、提示された最大性能を設定することによって、制御システムの制御性能を向上させることができる。

リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１のリソースアロケーションのプランニングにおける制約条件は、所望の実施形態に応じて、通信遅延、通信スループット及び機能間の通信サイクル、センサ、制御装置及びアクチュエータ間の制御周期、通信デバイス又は機能の冗長性、機能又は通信デバイスの並行実行の程度、冗長機能間の通信タイミングの時間差、センサやアクチュエータなどの物理的デバイスの位置などであり得る。本実施形態では、分散機能の要件は、分散機能が他の分散機能に制御コマンドを送信する構成において、制御コマンドの他の分散機能との送信タイミングの時間差を含み得る。

機能が冗長であるとき、これは、同じ通信デバイスでの冗長性が可能か否かを含む。すなわち、信頼性を重視するために同一通信デバイスでの冗長化はすべきではないが、単純に性能を向上させるためには同一通信デバイスでの冗長化も可能である。

通信経路及び／又は機能の冗長性の程度は二重冗長に限らず、所望の実施形態に応じて三重以上であり得る。

なお、本実施形態では、分散機能間の通信経路の冗長性、複数の冗長パケットを受信したときの通信経路又は冗長機能の１つ以上に基づいて、パケットを選択するプロトコルを含み得る。通信経路や機能が冗長であるとき、制御コマンドやセンサ情報などを表すパケットは、受信側での選択は先入れ先出し方式、後入れ先出し方式のいずれかであり得る。あるいは、コンピュータ性能又は通信性能などに基づいて、送信側又は通信経路などに優先度を設定し、優先度に基づいて消費パケットを選択してよい（例えば、高い優先度を選択する）。

受信パケットの選択方法は、分散機能要件記憶部１３０に保持される要件であり得る。

なお、通信経路や機能の冗長性は、常時有効化されてもよく、障害後に冗長化システムが有効化されてよい。冗長システムが障害後に有効化されるように構成される場合、ホットスタンバイ（冗長システムに電源が供給され、その状態がメインシステムと同期される）、ウォームスタンバイ（冗長システムに電源が供給されている）、コールドスタンバイ（冗長システムに電源が供給されていない）のいずれかの場合であり得る。

制約条件は、詳細な要件でなく、通信プロトコルやアプリケーションのタイプから判断することもできる。例えば、制御通信用の通信プロトコルの場合、通信遅延や通信サイクルの値が予め関連付けられる。その要件に応じてパラメータを設定することが可能である。例えば、ＩＥＣ６１７８４では、リアルタイムイーサネット規格の性能値をパラメータインデックスとして定義しており、パラメータインデックスの最小値又は最大値を制約条件として用い得ることが例示されている。他の例では、ＩＥＣ６２４３９－３で定義されたＨＳＲ又はＰＲＰを使用する場合、通信経路の冗長性としての制約条件は２である。

なお、制御システムの制約条件や要件を入力情報として使用することにより、それらを満たす制御システムの構成及び／又は構造を提示することができる。制御システムの構成及び／又は構造として提示する情報としては、制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及びＩ／Ｏ制御デバイス１２３の数、通信デバイスを接続するための制御ネットワーク１２２のトポロジと構成、制御デバイス１２０、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３の送信タイミング、ネットワーク中継デバイス１２１のタイムスロットなどのネットワークリソースのアロケーションなどが挙げられる。

さらに、制約条件が機能の冗長性を含む場合、リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１は、機能のインスタンスを保持し、リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１は、必要に応じてインスタンスを複製することができる。もしくは、分散機能の冗長機能を、複数の通信デバイスの１つ以上（「対応するもの」の一例）に配置できるように、複製されたインスタンスをターゲット通信デバイスに配置してもよい。

さらに、制御デバイス１２０、ネットワーク中継デバイス１２１、及び、Ｉ／Ｏ制御デバイス１２３は、外部デバイス（例えば、ネットワークプランニング装置１２５）に送信タイミングやタイムスロット、機能の配置を設定するための設定手段を有することができる。

リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１におけるターゲット・ネットワーク・リソースに対する所望の実施形態に応じて、通信帯域幅、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑでの優先度のアロケーション、チャンネル、無線周波数帯域の使用チャンネル数等を利用することも可能である。

なお、複数のルートを使用するパケットのルート制御における使用ルート数は、１つの通信経路を使用する場合でも、複製されたパケットの数とすることができる。

あるいは、ネットワークリソースとして、１つ以上のデータグラム毎のデータサイズ、ＩＥＥＥ８０２．３フレームを構成するデータグラムの数等が挙げられる。図１５～図１７のネットワーク中継デバイス１２１では、リソースとしてタイムスロットのアロケーションがプランされていたが、制御ネットワーク１２２の一部としてＥｔｈｅｒＣＡＴを使用する場合、複数の通信デバイスから受信したデータ内容（つまり、ＥｔｈｅｒＣＡＴデータグラム）は、単一のＩＥＥＥ８０２．３フレームにマージすることができる。

所望の実施形態に応じて、ネットワークリソースのアロケーションが必ずしも連続的であるとは限らない。例えば、時分割通信でタイムスロット数を変更するとき、追加するタイムスロットが連続していない可能性がある。

さらに、ネットワークリソースのプランを保守する期間は、所定の期間のみ、又は、所定の時刻まで有効にされてよい。所定の期間は、変更命令からの期間を設定してもよいし、所定の時間帯（例えば、１日の中の１８：００～２４：００など）を指定してもよい。

例えば、工場の生産システム、ＦＡ（Factory Automation）システム、ＰＡ（Process Automation）システムにおいて、夜間の生産量が少ない場合には、夜間にプランが変更されてもよい。このような場合、リソースアロケーション・プランニング・ユニット１３１は、ＳＣＡＤＡ、ＤＣＳ、又はＭＥＳ（Manufacturing Execution System）と連携し、一実施形態では、連携したシステムからターゲット制御システムの情報を取得することを含み得る。

通信デバイス及び通信経路の異常を検出するために、ハートビート（生存監視）情報を使用する場合、プランニングのための一実施形態は、ハートビートのためのリソースアロケーションを含み得る。

さらに、通信デバイス及び通信経路に異常が発生した実施例では、バックアップのためにリソースアロケーションをプランし、所望の実施形態に応じて、障害又は異常時の分散機能の冗長機能を配置できる。例えば、図１５では、制御機能の障害に備えて、制御機能１６０ｅをＩ／Ｏ制御デバイス１２３ｂに配置し、障害検出時に有効にすることを含み得る。

ネットワーク中継デバイス１２１のタイムスロットアロケーションにおいて、例えば、本実施形態では、図１７の空きタイムスロットを事前に予約しておくことを含み得る。この場合、事前設定により、制約条件の一部（例えば、通信経路及び通信サイクルの冗長性）が満たされていなくてもプランすることが可能となる。さらに、所望の実施形態に応じて、緩和されたプランは、制約条件が完全に満たされない場合でも、緩和されたプランを利用できるように、要件にいくらかの自由度を含むプランに基づいて生成され得る。要件の自由度は、所望の実施形態に従って設定され得る。

また、通信デバイス又は通信経路の障害時だけでなく、通信デバイスの新たな変更又は追加など、所望の実施形態に従って通信デバイスの状態が変化した場合にバックアッププランを行うことができる。

あるいは、機能配置及びリソースアロケーション後、残ったリソース及び通信デバイスを、通信デバイスの状態が変化したときに配置されるバックアッププランの形で、バックアップ用に割り当てることができる。もしくは、所望の実施形態に応じて、最も優先度の低い機能、リソース（例えば、情報処理機能）をバックアップ用に割り当てることができる。

なお、制御システムには、装置の冗長性を促進することができるように、複数のネットワークプランニング装置１２５を配置できる。冗長なネットワークプランニング装置１２５は、通常は待機に設定されており、メインのネットワークプランニング装置１２５が異常になったときに有効化され得る。もしくは、所望の実施形態に応じて、両方のネットワークプランニング装置１２５が常時有効化されてよい。両方のネットワークプランニング装置１２５を有効化する場合、プランを受信する通信デバイスは、メインのネットワークプランニング装置１２５からのプラン、又は、最後に受信したプランを優先することができる。

ネットワークプランニング装置１２５は、リソースアロケーションをプランニングするだけでなく、出力されたプランを実行するためのシミュレーションモデルを生成又は実行するように構成されてもよい。所与のネットワークシミュレータのモデルを生成することにより、オペレータは、シミュレーションモデルを実行することで、実際のシステム運用前にプランを検査することができる。これにより、制御システムの構成の事前検証やエンジニアリング及び性能向上の検査が可能となる。さらに、シミュレーションとの比較によって、実際の動作時の誤った設定を特定することができる。したがって、制御システムの信頼性の向上、システム準備期間の短縮、及びシステム構築コストの削減が可能になる。

シミュレーションモデルの生成では、通信経路又は通信デバイスの障害をシミュレートする１つ以上のシナリオを生成できる。さらに、動作中に制御システムの障害が発生したとき、動作時と障害をシミュレートしたシミュレーションシナリオとの間で各種指標を比較することにより、障害の原因と位置を推定し、オペレータに提示することができる。このような障害分析を促進にするために、実施例は、動作中の制御システムとシミュレーションシナリオとで各種指標を測定するように構成され得る。このような指標としては、所望の実施形態に応じて、通信遅延、通信デバイス間の同期精度、パケット通信に使用する通信経路、冗長通信に使用するルート、冗長として構成される機能におけるパケットを送信する機能、機能間の通信スループットなどである。

あるいは、複数のネットワークプランニング装置１２５を配置するときに、各ネットワークプランニング装置１２５がプランニングを担当する制御システムの領域を決定し、ネットワークプランニング装置１２５は、その領域内でリソースアロケーションをプランすることができる。この場合、ネットワークプランニング装置１２５に階層関係を定義することができ、階層的にリソースアロケーションをプランすることができる。

上述した実施形態では、制御システムを構成する分散機能の要件と制約条件とに応じて、機能及びネットワークリソースのアロケーションを容易にプランし、制御システムを有効化できる。制約条件に機能及び通信経路の冗長性を含めることによって、制御システムの信頼性を高めることができる。通信デバイス及び通信経路の異常を想定したバックアッププランを作成することによって、より高い信頼性を促進できる。

また、制御機能の制御コマンドの送信タイミングを調整することによって、単一の制御機能で実現可能な性能を超える、高性能を実現することができ、制御システムの性能を向上させることが可能になる。また、通信デバイスの追加、削除、及び変更時、リソースアロケーションをプランニングすることによって、制御システムの保守性を向上させることが可能になる。さらに、リソースアロケーションができないときには、制約条件の緩和策及びシミュレーション支援を提示することによって、制御システムの実現可能性を高めることができる。同様に、不要な通信デバイス及びリソースを提示することによって、オペレータは、それらの通信デバイス及びリソースを削除して低コストで制御システムを構築することができる。さらに、本発明によって提示される最大の性能を設定することによって、制御システムの制御性能を向上させることができる。

詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータ内の動作アルゴリズム及び記号表現で提示されている。これらのアルゴリズムの説明や記号表現は、データ処理技術の当業者が、その革新の本質を他の当業者に伝えるために使用する手段である。アルゴリズムは、所望の最終状態や結果に至る一連の定義された工程（ステップ）である。実施例で実行される工程は、具体的な結果を達成するために具体的な量の物理的操作を必要とする。

特に別段の記載がない限り、議論から明らかなように、本明細書全体にわたって、用語「処理」、「演算」、「計算」、「決定」、「表示」などを利用した議論は、コンピュータシステムのレジスタやメモリ内の物理的（電子的）量として表されるデータを、コンピュータシステムのメモリやレジスタ、又は他の情報記憶装置、送信デバイス又は表示デバイス内の物理的量として同様に表される他のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は他の情報処理デバイスの動作や処理を含み得ることが理解されよう。

また、実施例は、本明細書の操作を行うための装置に関係し得る。この装置は、必要な目的のため特別に構築されてもよく、又は１つ以上のコンピュータプログラムによって選択的に、有効化又は再構成される１つ以上の汎用コンピュータを含み得る。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体又はコンピュータ可読信号媒体などのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。コンピュータ可読記憶媒体は、光ディスク、磁気ディスク、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、ソリッドステートデバイスやドライブ、又は電子情報を記憶するのに適した任意の他のタイプの有形又は非一時的媒体などの有形媒体を含み得るが、これに限定されるものではない。コンピュータ可読信号媒体としては、搬送波などの媒体が挙げられる。本明細書に提示されたアルゴリズム及び表示は、任意の特定のコンピュータ又は他の装置に本質的に関連しない。コンピュータプログラムは、所望の実施形態の動作を行う命令を含む、純粋なソフトウェアの実装を含むことができる。

様々な汎用システムが、本明細書の実施例に従ったプログラム及びモジュールと共に使用されてよく、又は、所望の方法の工程を行うために、より特化した装置を構築することが便利であることを証明することができる。さらに、本実施例は、特定のプログラミング言語に言及して説明されていない。様々なプログラミング言語が、本明細書に記載された実施例の教示を実現するために使用され得ることが理解されよう。プログラミング言語の命令は、１つ以上の処理デバイス、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、プロセッサ、又は制御装置によって実行され得る。

従来技術で公知なように、上記の動作は、ハードウェア、ソフトウェア、又はソフトウェアとハードウェアの何らかの組み合わせによって実施可能である。実施例の様々な態様は、回路及び論理デバイス（ハードウェア）を使用して実現することができ、他の態様は、機械可読媒体に記憶された命令（ソフトウェア）を使用して実現することができ、この命令は、プロセッサによって実行された場合、プロセッサに、本出願の実施形態を実行する方法を実行させる。さらに、本出願のいくつかの実施例は、ハードウェアのみで実施することができ、他の実施例は、ソフトウェアのみで実行することができる。さらに、記載された様々な機能は、単一のユニットで実行することができ、又は任意の数の方式で、いくつかの構成要素に分散することができる。ソフトウェアによって実行される場合、本方法は、コンピュータ可読媒体に記憶された命令に基づいて、汎用コンピュータなどのプロセッサによって実行できる。所望に応じて、命令は圧縮及び／又は暗号化された形式で媒体に記憶され得る。

さらに、本出願の発明の他の実施形態は、本明細書を考慮し本出願の教示を実施することにより、当業者には明白になるであろう。記載された実施例の様々な態様及び／又は構成要素は、単独で又は任意の組み合わせで使用できる。本明細書及び実施例は、以下の特許請求の範囲によって示される本出願の真の範囲及び精神と共に、例としてのみ考慮されることが意図される。

１０１…ＣＰＵ、１０２…通信制御集積回路、１０４…メモリ、１０５…不揮発性記憶媒体、１０６…バス、１０７…Ｉ／Ｏユニット、１２０、１２０ａ～１２０ｄ…制御デバイス、１２１、１２１ａ～１２１ｆ…ネットワーク中継デバイス、１２２…制御ネットワーク、１２３、１２３ａ～１２３ｃ…Ｉ／Ｏ制御デバイス、１２４、１２４ａ～１２４ｃ…被制御デバイス、１２５…ネットワークプランニング装置、１３０…分散機能要件記憶部、１３１…リソースアロケーション・プランニング・ユニット、１３２…プラン配信ユニット、１３３…ネットワーク情報記憶ユニット、１３４…ネットワーク状態収集ユニット、１４０…処理ユニット、１４１…通信ユニット、１４２…通信スケジュールユニット、１４３…時刻同期ユニット、１５０…通信ルーティング制御ユニット、１５１…ネットワークリソース管理ユニット、１６０…制御機能、１６０ａ～１６０ｅ…制御機能、１６１ａ…センサ機能、１６１ｄ…制御機能、１６２ａ～１６２ｂ…アクチュエータ機能、１６３…情報処理機能

Claims (16)

1. サーバ及びエッジコンピュータを含むモノのインターネット（ＩｏＴ）システムを促進するネットワーク及び複数の通信デバイスを備える分散制御システムに、分散機能を配置するように構成されたプランニングノードであって、前記分散機能が、１つ以上の人工知能（ＡＩ）機能、又は、前記ＩｏＴシステムを促進する制御機能を含むプランニングノードにおいて、
   前記分散制御システムを構成する前記分散機能の要件と、前記ネットワークの情報と、前記複数の通信デバイスの情報と、を収集し、収集された前記要件及び前記ネットワークの情報に基づいて、前記複数の通信デバイスのうち対応するものへの前記分散機能の配置、及び、前記複数の通信デバイスのうち対応するものへのネットワークリソースのアロケーションのプランを生成するプロセッサ部を備える、
   プランニングノード。
2. 前記プロセッサ部は、送信のための通信経路、送信タイミング、及び、タイムスロットを決定する組合せ最適化処理を用いて、収集した前記要件と前記ネットワークの前記情報とに基づいて、前記複数の通信デバイスのうち対応するものへの前記分散機能の配置、及び、複数の前記通信デバイスのうち対応するものへのネットワークリソースの前記アロケーションのプランを生成する
   請求項１に記載のプランニングノード。
3. 前記分散機能の前記要件は、通信遅延と、通信サイクルと、制御周期と、通信スループットと、前記分散機能の通信経路の冗長性と、前記機能の冗長性と、のうちの１つ以上を含む、
   請求項１に記載のプランニングノード。
4. 前記分散機能が、前記分散機能の他のものに制御コマンドを送信する構成において、前記分散機能の前記要件は、前記分散機能の他のものとの制御コマンドの送信タイミングの時間差である、
   請求項１に記載のプランニングノード。
5. 前記分散機能の要件は、前記分散機能間の通信経路の冗長性、並びに、複数の冗長パケットを受信したときの通信経路又は冗長機能の１つ以上に基づいて前記パケットを選択するプロトコルを含む、
   請求項１に記載のプランニングノード。
6. 前記プロセッサ部は、前記要件の入力を受信する、
   請求項１に記載のプランニングノード。
7. 前記プロセッサ部は、前記要件を前記複数の通信デバイスから収集することによって、前記要件の入力を受信する、
   請求項６に記載のプランニングノード。
8. 前記ネットワークの情報は、前記ネットワークの通信トポロジを含み、
   前記複数の通信デバイスの情報は、前記複数の通信デバイスの計算性能を含む、
   請求項７に記載のプランニングノード。
9. 前記ネットワークリソースは、前記通信デバイスの通信タイミングと、所定のパケットのみの通信を可能とするタイムスロットと、通信経路とのうちの１つ以上を含む、
   請求項１に記載のプランニングノード。
10. 前記プロセッサ部は、前記分散機能の冗長機能を、前記複数の通信デバイスのうち前記対応するものに配置する、
    請求項１に記載のプランニングノード。
11. 前記プロセッサ部は、前記ネットワーク又は通信デバイスで障害が発生したとき、バックアッププランとして設定された前記分散機能の前記冗長機能を、前記通信デバイスに配置する、
    請求項１０に記載のプランニングノード。
12. 前記プロセッサ部は、前記通信デバイスの状態が変化したときに配置されるバックアッププランとして、前記収集した要件と前記ネットワークの前記情報とに基づいて、前記複数の通信デバイスのうち対応するものへの前記分散機能の配置、及び、前記複数の通信デバイスのうち対応するものへのネットワークリソースの前記アロケーションのプランを生成する、
    請求項１に記載のプランニングノード。
13. 前記プロセッサ部は、前記生成されたプランの前記要件の自由度を含む、生成された前記プランの緩和プランを出力する、
    請求項１に記載のプランニングノード。
14. 前記プロセッサ部は、前記プラン及び性能指標をシミュレートするシミュレーションモデルを出力する、
    請求項１に記載のプランニングノード。
15. 前記プロセッサ部は、前記ネットワーク又は前記複数の通信デバイスのうち対応するものの障害をシミュレートする前記シミュレーションモデルを出力する、
    請求項１４に記載のプランニングノード。
16. 前記プロセッサ部は、前記シミュレーションモデルの前記性能指標と、前記分散制御システムとを比較することによって、位置の候補又は障害の原因を提示する、
    請求項１５に記載のプランニングノード。

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