JP3761170B2 - ネットワーク接続形態及びデータ送受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のような安全性、信頼性が求められる小規模通信システムにおける、ネットワーク接続形態、データ送受信装置、故障検出方法、及び故障補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、装置（ノード）及び伝送路で構成されるネットワークの接続形態（以下、トポロジーという）には、特定の装置同士を専用線により一対一に接続する専用線型、一本のネットワークに複数の装置が接続されるバス型、特定の装置を中心に配置してそこから複数の装置に対して一対ｎで通信を行うスター型、全ての装置をリング状に配置したリング型、及びそれらを複合したメッシュ型がある。自動車に搭載される装置間の通信システムのような特定少数の装置間のネットワークでは、前記専用線型、スター型、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信やＰＧＭテスタ等に使用されるバス型、及びそれらを組み合わせたトポロジーが用いられてきた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９４５３５号公報（例えば段落［０００２］乃至［０００４］等参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のトポロジーでは、通信障害を検出したときに装置の故障と伝送路の故障とを区別することは難しく、通常の故障対応手順としては、まず、通信障害が発生している装置が特定できれば当該装置との通信を停止し、その後も通信上の不具合があれば通信システム全体の故障として取り扱うことが多い。例えば、通常のリング型トポロジーでは、あるノード間の伝送路が故障した場合、そこで通信が途切れてしまう。特殊な機構によって通信を維持できる場合もあるが、故障箇所である伝送路を特定することは難しい。スター型トポロジー及びバス型トポロジーのような各ノードを独立させたネットワーク構造では、ノード間の伝送路に故障が発生したとき、そのノードを強制的に切り離すことによりシステム全体の通信を保障する。但し、その切り離されたノードが通信システムにとって重要な情報を保持している場合は、システム全体の通信機能の維持に支障を来たす。そこで、安全性、信頼性を向上させるために、前記トポロジーを組み合わせた冗長構成をとることが考えられるが、単に物理的に伝送路を冗長させた場合には、単一部位の故障を検出することが困難になり、潜在故障になってしまう。また、ノードを構成するデータ送受信装置を含めて冗長させた場合には、通信システムが大型化し、ソフトウエア及びハードウエアの開発負荷が大きくなり、コストが上昇するという問題になる。
【０００５】
そこで、本発明は、低コストという条件の下で、ネットワークにおける装置及び伝送路の故障部位を特定し、その故障状態を補償することにより、システム全体の通信機能を維持する手段を提供することを主たる課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明のうち、請求項１に係る発明は、リング型ネットワークに配置された各ノードが所定時間毎にデータを正方向及び逆方向に交互に送信すると共に、これら各ノードが所定時間毎に前記データの受信を確認するデータ通信確認モードを有するリング型ネットワーク接続形態である。この構造によれば、所定時間毎にリング型ネットワークの通信状態を確認することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、リング型ネットワークに配置された各ノードがデータ通信確認モードにおいて受信確認したデータの送信方向及び送信元ノードに基づいて故障部位を特定する故障部位特定モードを有するリング型ネットワーク接続形態である。この構造によれば、リング型ネットワークの故障検出時に故障部位を特定することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、故障部位特定モードにおいて特定した故障部位に隣接するノードがこの故障部位をリング型ネットワークから切り離す故障部位分離モードと故障部位に隣接しないノードが自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にするデータ透過モードとを有するリング型ネットワーク接続形態である。この構造によれば、リング型ネットワークの故障部位を分離し、各ノード間がデータの送受信を行うことができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、正方向に送信されるデータを送受信する正方向データ送受信手段と、逆方向に送信されるデータを送受信する逆方向データ送受信手段と、バッファを活性化又は非活性化するバッファ制御手段とを備え、正方向データ送受信手段及び逆方向データ送受信手段は、それぞれのデータ送受信の方向に係るバッファとして、伝送路からデータを入力する入力バッファと、伝送路にデータを出力する出力バッファと、入力バッファ及び出力バッファの間に位置する１つ以上の中間バッファとを備え、リング型ネットワーク上にデータを送信する場合に、バッファ制御手段を介して、データ送信の方向に係る入力バッファ及び出力バッファを活性化し、データ送信の方向に係る中間バッファ及びデータ送信の逆方向に係る各バッファを非活性化し、リング型ネットワーク上からデータを受信する場合に、バッファ制御手段を介して、データ受信の方向に係る入力バッファ、出力バッファ及び中間バッファを活性化し、データ受信の逆方向に係る各バッファを非活性化するリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、バッファ制御手段によって、データ送受信に際して入力バッファ及び出力バッファを活性化するととともに、データ送信の場合に中間バッファを非活性化し、データ受信の場合に中間バッファを活性化することができる。
請求項５に係る発明は、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、制御装置が、リング型ネットワーク上の隣接する一方のノードとデータを送受信する場合に、バッファ制御手段を介して、ノード側の伝送路からデータを入力する入力バッファ及びノード側の伝送路にデータを出力する出力バッファを活性化し、その他の各バッファを非活性化することを特徴とするリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、バッファ制御手段によって、隣接する一方のノードとのデータ送受信に係る入力バッファ及び出力バッファを活性化し、その他の各バッファを非活性化することができる。
【００１０】
請求項６に係る発明は、バッファ制御手段を使用してリング型ネットワーク上のデータ送信方向を切り替えるデータ送信方向切替手段を備えるリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、前記バッファ制御手段により、データ送信を行う際に、その送信方向を切り替えることができる。
【００１１】
請求項７に係る発明は、バッファ制御手段を使用してリング型ネットワークから特定のノード又は伝送路を切り離す故障部位分離手段を備えるリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、前記バッファ制御手段により、リング型ネットワークから故障部位のノード又は伝送路を切り離すことができる。
【００１２】
請求項８に係る発明は、バッファ制御手段を使用してリング型ネットワーク上の自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にするデータ透過手段を備えるリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、前記バッファ制御手段により、リング型ネットワーク上の自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
≪リング型トポロジーの構造と動作≫
最初に、図４を参照して、本発明の実施形態に係るリング型トポロジーの構造と動作を説明する。図４は、本発明の実施形態に係るリング型トポロジーの構造を示す図である。図４（ａ）〜（ｄ）共に、ノードＡ〜Ｄがあり、隣接するノード間に一本の伝送路が接続されている。伝送路を示す曲線の矢印は、データの送信方向を示している。図４（ａ）及び（ｂ）にリング型トポロジーにおけるデータ通信確認の基本動作（データ通信確認モード）を示す。（ａ）のように、正方向（図４では、時計回りの方向）にデータ転送が行われるとき、ノードＡから出力された通信確認用データ（以下、簡単に「データ」という）は、ノードＢ、Ｃ、及びＤを通ってリングを一周したところで、再びノードＡに戻り、そのデータの転送は終了する。（ｂ）に示すように、逆方向（図４では、反時計回りの方向）にデータが転送されるとき、ノードＡから出力されたデータは、ノードＤ、Ｃ、及びＢを介してリングを一周したところで、再びノードＡに戻り、そのデータの転送は終了する。このように、ノードＡを含めて全ノードが、通信システムの全ノード及び全伝送路が正しく動作していることを確認するために、所定時間毎に正方向及び逆方向に対して交互にデータの送信及びそのデータの受信確認を行う。この所定時間については、各ノードに対してデータ送信時刻とデータ送信方向、データ受信確認時刻とデータ受信方向が予め与えられており、各ノードはその時刻になると当該方向のデータ送信又はデータ受信確認を実施する。なお、送信するデータは、通信確認用データであることを示す情報及び送信元ノードを特定する情報が含まれていれば、どのような形式であってもよい。
【００１９】
ここで、図４（ｃ）のように、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障したとすると、正方向データ転送のとき、ノードＡの送信データは、ノードＢ、Ｃ、及びＤまでは到達するが、再びノードＡに戻ることはない。正方向においては、ノードＢ、Ｃ、及びＤの送信データもノードＡには届かない。一方、逆方向データ転送のとき、ノードＢ、Ｃ、及びＤの送信データは、ノードＡが受信するが、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障しているため、それぞれの送信元ノードには戻って来ない。ノードＡは、正方向データ転送ではノードＤから自ノードを含めて全ノードのデータが来ないこと、及び逆方向データ転送では他ノードのデータは受信できるが、ノードＤに向けて送信した自ノードのデータだけが来ないことから、自ノードとノードＤの間の伝送路が故障したと判断する。これが、ノードＡにおける故障部位特定モードである。同様の手順で、ノードＤも、自ノードとノードＡの間の伝送路の故障を検出できる。このとき、ノードＡ又はノードＤにより、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障したことをユーザに通知するようにしてもよい。
【００２０】
そのとき、ノードＢは、正方向データ転送においてはノードＡのデータは受信できるが、それ以外のノードのデータは受信できないこと、及び逆方向データ転送においてはノードＣ、Ｄのデータは来るが、その他のノードのデータは来ないことから、ノードＡ−Ｄ間の伝送路の故障と判断する。これが、ノードＢにおける故障部位特定モードである。同様に、ノードＣも、ノードＡ−Ｄ間の伝送路の故障を検出できる。この際、ノードＢ又はノードＣにより、ノードＡ−Ｄ間の伝送路の故障をユーザに報告してもよい。
【００２１】
次に、各ノードの故障補償動作について説明する。故障した伝送路に直接接続されているノードＡ及びノードＤは、その伝送路を切り離して、その伝送路とのデータ送受信を一切行わないようにする（故障部位分離モード）。従って、この故障部位分離モードにおいては、データ送受信の方向が一方向のみとなる。故障した伝送路に直接接続されていないノードＢ及びノードＣは、一つの伝送路を分離してもシステム全体の通信機能を維持するには自ノードを双方向のデータ転送を可能にする必要があるため、データ透過モードに切り替わる。このデータ透過モードにおいては、受信したデータを受信した側とは反対側の伝送路に送信すると共に、自ノードからのデータ送信を双方向の伝送路に対して実施する。このようにして、図４（ｄ）に示すように、ノードＡ−Ｄ間の伝送路を切り離した状態であっても、残存の伝送路を用いて各ノード間の通信機能を維持することができる。
【００２２】
図５に故障部位と各ノードが検出可能なデータの送信元ノードの関係を示す。ここで、「ノード間故障」とは、ノード間の伝送路の故障を指す。「ノード故障（１）」とは、当該ノードが自発的なデータの送受信ができない場合をいい、データ透過、すなわち、データがそのノードを通過することは可能な状態をいう。「ノード故障（２）」とは、当該ノードがデータの送受信及びデータ透過共にできないことを示す。また、“−”は当該ノードがどのノードのデータも受信できないことを意味する。これは、当該ノードが実際に受信していない場合、及びノードの故障により「受信した」と認識できない場合の両方を含む。図５の見方の一例として、前記ノードＡ−Ｄ間伝送路の故障の場合を参照してみる。故障部位欄の「ノードＤ−Ａ間故障」の行を右方向に辿ると、「正方向」のノードＡでは何も受信せず、「逆方向」のノードＡではノードＢ、Ｃ、及びＤのデータを受信することが分かる。また、「正方向」のノードＢではノードＡのデータを受け、「逆方向」のノードＢではノードＣとＤのデータを受けることになる。これらの内容は、前記説明内容と合致する。このように、図５によれば、故障部位から各ノードがどのノードのデータを受信するかが分かるが、換言すれば、各ノードが、正方向及び逆方向で受信するデータのノードに基づいて、故障部位を特定することができるわけである。
【００２３】
≪データ送受信装置の構成≫
次に、図１を参照して、本発明の一実施形態であるデータ送受信装置の構成を説明する。リング型ネットワーク上にノードとして配置されるデータ送受信装置３０は、前記リング型ネットワーク上を正方向に送信されるデータを送受信する正方向データ送受信手段１９、逆方向に送信されるデータを送受信する逆方向データ送受信手段２０、データバス１６と１７、入力バッファ３と４、中間バッファ２と５、出力バッファ１と６、制御装置１４に接続されるバッファ制御手段１３、データバス１５、１６、１７、１８とバッファ制御手段１３に接続される制御装置１４、及び伝送路に正方向データ送受信手段１９と逆方向データ送受信手段２０を接続する接続端子１１と１２から構成される。前記正方向データ送受信手段１９は、接続端子１２に接続されて伝送路から受信した信号を復調する受信信号復調手段７、受信信号復調手段７から復調したデータを入力する入力バッファ３、送信信号変調手段８にデータを出力する出力バッファ１、入力バッファ３と出力バッファの間に位置する中間バッファ２、出力バッファ１から入力したデータを変調して伝送路に送信する送信信号変調手段８、入力バッファ３と中間バッファ２を接続するデータバス１６、中間バッファ２と出力バッファ１を接続するデータバス１５等から構成される。同様に、逆方向データ送受信手段２０は、受信信号復調手段９、入力バッファ４、出力バッファ６、中間バッファ５、送信信号変調手段１０、データバス１７と１８等から構成される。なお、リング型ネットワークの物理層の構成は、光通信、電気シングルエンド、デファレンシャルエンドのいずれであってもよい。
【００２４】
ここで、各構成要素１乃至１４の間を接続するバスは、基本的にはデータバスである。例外として制御バスが使われているのが、バッファ制御手段１３と１乃至６の各バッファを結ぶバスである。これらの制御バスは、バッファ制御手段１３からこれらの各バッファを個別に活性化又は非活性化するためのものである。また、各バッファは一方通行の特性を有するので、正方向データ送受信手段１９において、入力バッファ３、中間バッファ２、及び出力バッファ１は、正方向、すなわち、図１に向かって左方向にデータを送受信する。換言すれば、逆方向、つまり、図１に向かって右方向に転送されるデータがこれらの各バッファに入力されても、出力されないことになる。同様に、逆方向データ送受信手段２０では、入力バッファ４、中間バッファ５、及び出力バッファ６は、逆方向にのみデータを流す。言い換えれば、正方向に転送されるデータがこれらの各バッファに一旦受信されても、再送信されることはない。なお、受信信号復調手段７と９及び送信信号変調手段８と１０で使用するデータ信号変復調方式は、どういう方式であっても構わない。以下、データの流れを説明する際には、簡単のため、受信信号復調手段７と９及び送信信号変調手段８と１０の説明は省略する。
【００２５】
≪データ送受信装置の動作≫
前記データ送受信装置の構成に基づいて、前記リング型トポロジーの動作を実現する一実施形態であるデータ送受信装置の動作について説明する。引き続いて、図１を参照する。制御装置１４は、データバス１５、１６、１７、及び１８をあたかもノード間の伝送路のように取り扱い、これらのデータバスに対してＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＴＴＰ（Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等の個別に規定された通信プロトコルに応じたデータ入出力を実施する。データ送受信装置３０の構成においては、接続端子１１、１２以降外部の伝送路の電気的仕様に関わらず、１乃至３の各バッファ間及び４乃至６の各バッファ間は、各ノード間の伝送路全体の電気的遅れを除いては、従来のバス型トポロジー又はリング型トポロジーにおけるターゲットの外部バスと同等に振る舞いをする。
【００２６】
まず、図１により通常のデータ送受信の動作を説明する。正方向にデータを送信しようとする場合、制御装置１４は、バッファ制御手段１３を介して、入力バッファ３及び出力バッファ１を活性化し、その他の４個のバッファを非活性化する。これにより、制御装置１４から出力されたデータは、データバス１５、出力バッファ１、及び接続端子１１を介して他のノードへ送信される。自ノードがデータを送信せず、正方向に流れるデータを受信する際は、入力バッファ３、中間バッファ２、及び出力バッファ１を活性化し、それ以外のバッファを非活性化する。接続端子１２から入力された信号は、入力バッファ３及びデータバス１６を通して制御装置１４及びバッファ制御手段１３に読み込まれる。逆方向にデータを送る場合は、入力バッファ４と出力バッファ６を活性化し、その他のバッファを非活性化する。これによって、制御装置１４からの出力データは、データバス１８、出力バッファ６、及び接続端子１２を通じて他のノードに送信される。逆方向に伝送されるデータを受信する場合は、入力バッファ４、中間バッファ５、及び出力バッファ６を活性化し、その他のバッファを非活性化する。接続端子１１から入力された信号は、入力バッファ４及びデータバス１７を通って制御装置１４及びバッファ制御手段１３に到達する。ここで、自ノードがデータを送信する場合に中間バッファ２又は５を非活性化するのは、送信データの方向と同じ方向に流れるデータを受信しても、その受信データが直接出力バッファに届かないようにして、自ノードのデータ送信を正しく行えるようにするためである。それに対してデータ受信のときに中間バッファ２又は５を活性化するのは、自ノードでデータを受信するだけでなく自ノードより下流のノードにもデータを受信させるために、受信データが自ノードを透過するように施す処置である。
【００２７】
通常のノードの動きとしては、基本的には正方向又は逆方向のデータ受信を待っている状態であり、自ノードがデータを送信する場合に前記のようなバッファ制御を行うことになる。但し、リング型ネットワークのデータ通信確認を実施する際には、全ノードが通信確認用データの送受信を所定時間毎に正方向及び逆方向交互に行う。これがリング型トポロジーの動作における前記データ通信確認モードである。これ以降、図６のデータ送受信装置の動作を示すフローチャートを適宜参照する。なお、その際参照すべきステップを括弧書きにより示す。
【００２８】
各ノードであるデータ送受信装置３０内のバッファ制御手段１３において、前記データ通信確認モード（ステップＳ１０１）で受信したことが確認されたデータの送信方向及び送信元ノードが明らかになる。各ノードのバッファ制御手段１３は、その受信データの送信方向及び送信元ノードの全情報を元に図５の故障部位と各ノードが検出可能なデータの送信元ノードの関係を参照することにより、リング型ネットワーク上の故障の有無を認識し（ステップＳ１０２）、故障が無ければ（ステップＳ１０２のＮｏ）、すなわち、各ノードが正方向及び逆方向共に全ノードのデータを受信したときには通常のデータ送受信の動作に戻る（ステップＳ１０８）。故障があった際には（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、故障部位の特定を行う（ステップＳ１０３）。これがリング型トポロジーの動作における前記故障部位特定モードである。また、この手順がリング型ネットワークの故障検出方法であり、各ノードのバッファ制御手段１２において実行されるプログラムにより制御される。このプログラムはＣＤ−ＲＯＭ等のような記録媒体に記録することができる。なお、この故障部位の情報は次のステップで利用されるわけであるが、何らかの表示手段又は通信手段（図示せず）により、故障部位の情報をユーザに通知するようにしてもよい。
【００２９】
次に、特定された故障部位に対処してリング型ネットワークの通信機能を維持する手順について説明する。図５のノードＤ−Ａ間故障（ステップＳ１０４のＮｏ）、すなわち、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障した場合を考えてみる。ノードＡは故障部位である伝送路に隣接していることから（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、その伝送路をリング型ネットワークから切り離すように動作する（ステップＳ１０６）。具体的には、ノードＡのバッファ制御手段１３は、接続端子１２側の伝送路を分離するために入力バッファ４及び出力バッファ１を活性化し、それ以外のバッファを非活性化する（図２参照）。これにより、ノードＡは接続端子１２からの信号を全く検知しない状態になり、接続端子１１側の伝送路のみを対象にした動作になる。すなわち、データ送信時には制御装置１４からの信号はデータバス１５、出力バッファ１、及び接続端子１１を介して伝送路に出力される。同様に、ノードＤのバッファ制御手段１３は、接続端子１１側の伝送路を分離するために入力バッファ３及び出力バッファ６を活性化し、それ以外のバッファを非活性化する（図３参照）。これによって、ノードＤは接続端子１１からの信号を完全に遮断したことになり、接続端子１２側の伝送路のみを相手にする動作になる。つまり、データ送信時には制御装置１４からの信号はデータバス１８、出力バッファ６、及び接続端子１２を通じて伝送路に出力される。これがリング型トポロジーの動作における前記故障部位分離モードである。一方、ノードＢ及びノードＣは、故障部位に隣接していないことから（ステップＳ１０５のＮｏ）、リング型ネットワークの通信機能を維持するために、自ノードを双方向共にデータ透過可能な状態にする（ステップＳ１０７）。具体的には、ノードＢ及びノードＣのバッファ制御手段１３は、全バッファを活性化する。これによって、接続端子１１及び１２の双方からの信号は、それぞれ受信した側のノードとは反対側のノードに引き渡される。これがリング型トポロジーの動作における前記データ透過モードである。ここで、データ送信を行う場合には、中間バッファ２と５を非活性化する。これは、通常のデータ送信時と同じ理由であり、送信データの方向と同じ方向に流れるデータを受信しても、直接出力バッファに届かないようにして、自ノードのデータ送信を正しく行えるようにするためである。
【００３０】
図５のノードＡ故障（１）が起きた場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）について説明する。この故障は、自発的なデータの送受信はできないが、データがノードＡを通過することは可能な状態である。このときは、リング型ネットワークの通信機能はそのまま維持できるので、故障部位の切り離しやデータ透過等の対応は行わずに通常のデータ送受信の動作に戻る（ステップＳ１０８）。但し、ノードＡの故障状態を、何らかの表示手段又は通信手段（図示せず）によりユーザに通知するようにしてもよい。
【００３１】
図５のノードＡ故障（２）が発生した場合（ステップＳ１０４のＮｏ）を説明する。この故障では、当該ノードがデータの送受信及びデータ透過共にできないことから、故障部位のノードＡに隣接する（ステップＳ１０５のＹｅｓ）ノードＢとノードＤがノードＡ側の伝送路を切り離す動作を行う（故障部位分離モード、ステップＳ１０６）。また、故障部位ノードＣはノードＡに隣接しないので（ステップＳ１０５のＮｏ）、データ透過モードに移行する（ステップＳ１０７）。具体的なバッファ制御手段１３及びその他の動きは、前記ノードＤ−Ａ間故障の説明と同様であるので、ここでは詳細な説明を割愛する。以上の手順がリング型ネットワークの故障補償方法であり、各ノードのバッファ制御手段１２において実行されるプログラムにより制御される。このプログラムはＣＤ−ＲＯＭ等のような記録媒体に記録することができる。
【００３２】
なお、前記本発明の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、リング型ネットワークの通信状態を確認することができるので、所定時間毎にデータ通信確認を行うことにより、リング型ネットワークの通信状態の監視を行うことができる。換言すれば、本発明により、時間トリガー式のネットワーク構造（ＴＴＡ：Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を実現することができる。また、本発明は、一重の伝送路を持つ双方向のリング型ネットワーク接続形態である。従って、既存のリング型トポロジーであるＤｕａｌ Ｒｉｎｇは伝送路が二重であるためコストがかかるのに対して、本発明のリング型トポロジーは伝送路が一本であるのでコストが少なくて済む。
【００３４】
請求項２に係る発明によれば、リング型ネットワークの故障部位を特定することができるので、その故障状態の補償動作につなげることができると共に、故障部位をユーザに通知しその故障部位の修理、交換等を促すことができる。また、本発明における故障検出部位は各ノードである。従って、既存のトポロジーであるスター型トポロジーの場合のハブやバス型トポロジーのときの投票機構等の故障検出を担う特別な装置が不要であり、シンプルなネットワーク構造とすることができる。
【００３５】
請求項３に係る発明によれば、リング型ネットワークの故障部位を分離し、各ノード間がデータの送受信を行うことができるので、リング型ネットワークの故障検出時にシステム全体の通信機能を維持することができる。これは、同じく一重の伝送路を持つ既存のリング型トポロジーであるＳｉｎｇｌｅ Ｒｉｎｇが一方向のデータ送受信を行うため一伝送路の故障がシステム全体の故障に直結するのに比べて、ネットワークの安全性、信頼性の観点から非常に有利である。
【００３６】
請求項４及び請求項５に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段により前記入力バッファ、出力バッファ、及び中間バッファを活性化又は非活性化することができるので、データ送受信装置内のデータの通過経路を制御することができる。
請求項４に係る発明によれば、データ送信の場合に入力バッファ及び出力バッファを活性化し、中間バッファを非活性化するので、送信データの方向と同じ方向に流れるデータを受信しても、その受信データが直接出力バッファに届かないようにして、自ノードのデータ送信を正しく行うことができる。また、データ受信の場合に入力バッファ、出力バッファ及び中間バッファを活性化するので、自ノードでデータを受信するだけでなく自ノードより下流のノードにもデータを受信させることができる。
請求項５に係る発明によれば、隣接する一方のノードとデータを送受信する場合に、一方のノードとのデータ送受信に係る入力バッファ及び出力バッファを活性化し、その他の各バッファを非活性化するので、自ノードは、隣接する他方のノードおよび伝送路からのデータを検知することなく、一方のノードおよび伝送路のみとデータを送受信することができる。
【００３７】
請求項６に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段によりデータ送信を行う際にその送信方向を切り替えることができるので、必要に応じて双方向のデータ送信を行うことができる。例えば、前記データ通信確認モードにおいて、通信確認用データを正方向及び逆方向交互に送信するために使用することができる。
【００３８】
請求項７に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段によりリング型ネットワークから故障部位のノード又は伝送路を切り離すことができるので、その故障部位が存在しない状態としてシステム全体の通信機能を維持することができる。また、各ノードは故障部位を切り離していると認識しているので、システム全体の通信機能を維持したままの状態でその故障部位を実際に取り外して修理や交換等を実施することができる。
【００３９】
請求項８に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段によりリング型ネットワーク上の自ノードを双方向のデータ送受信を可能な状態にすることができるので、受信したデータを受信した側とは反対側の伝送路に送信すると共に自ノードからのデータ送信を双方向に実施することにより、故障検出時に各ノード間のデータ送受信を可能にし、ひいてはシステム全体の通信機能を維持することができる。
【００４４】
以上説明した本発明によれば、低コストの双方向リング型ネットワークにおいて、故障が検出された場合、装置及び伝送路の故障部位を特定し、その故障状態を補償することにより、システム全体の通信機能を維持することができる。これにより、安全性、信頼性の高い小規模ネットワークを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るデータ送受信装置の構造を示す図である。
【図２】 本発明の実施形態に係るデータ送受信装置の構造を示す図である。
【図３】 本発明の実施形態に係るデータ送受信装置の構造を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態に係るリング型トポロジーの構造を示す図である。
【図５】 本発明の実施形態に係る故障部位と各ノードが検出可能なデータの送信元ノードの関係を示す図である。
【図６】 本発明の実施形態に係るデータ通信確認モード以降のデータ送受信装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、６…出力バッファ
２、５…中間バッファ
３、４…入力バッファ
７、９…受信信号復調手段
８、１０…送信信号変調手段
１１、１２…接続端子
１３…バッファ制御手段
１４…制御装置
１５、１６、１７、１８…データバス
１９…正方向データ送受信手段
２０…逆方向データ送受信手段
３０…データ送受信装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のような安全性、信頼性が求められる小規模通信システムにおける、ネットワーク接続形態、データ送受信装置、故障検出方法、及び故障補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、装置（ノード）及び伝送路で構成されるネットワークの接続形態（以下、トポロジーという）には、特定の装置同士を専用線により一対一に接続する専用線型、一本のネットワークに複数の装置が接続されるバス型、特定の装置を中心に配置してそこから複数の装置に対して一対ｎで通信を行うスター型、全ての装置をリング状に配置したリング型、及びそれらを複合したメッシュ型がある。自動車に搭載される装置間の通信システムのような特定少数の装置間のネットワークでは、前記専用線型、スター型、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信やＰＧＭテスタ等に使用されるバス型、及びそれらを組み合わせたトポロジーが用いられてきた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９４５３５号公報（例えば段落［０００２］乃至［０００４］等参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のトポロジーでは、通信障害を検出したときに装置の故障と伝送路の故障とを区別することは難しく、通常の故障対応手順としては、まず、通信障害が発生している装置が特定できれば当該装置との通信を停止し、その後も通信上の不具合があれば通信システム全体の故障として取り扱うことが多い。例えば、通常のリング型トポロジーでは、あるノード間の伝送路が故障した場合、そこで通信が途切れてしまう。特殊な機構によって通信を維持できる場合もあるが、故障箇所である伝送路を特定することは難しい。スター型トポロジー及びバス型トポロジーのような各ノードを独立させたネットワーク構造では、ノード間の伝送路に故障が発生したとき、そのノードを強制的に切り離すことによりシステム全体の通信を保障する。但し、その切り離されたノードが通信システムにとって重要な情報を保持している場合は、システム全体の通信機能の維持に支障を来たす。そこで、安全性、信頼性を向上させるために、前記トポロジーを組み合わせた冗長構成をとることが考えられるが、単に物理的に伝送路を冗長させた場合には、単一部位の故障を検出することが困難になり、潜在故障になってしまう。また、ノードを構成するデータ送受信装置を含めて冗長させた場合には、通信システムが大型化し、ソフトウエア及びハードウエアの開発負荷が大きくなり、コストが上昇するという問題になる。
【０００５】
そこで、本発明は、低コストという条件の下で、ネットワークにおける装置及び伝送路の故障部位を特定し、その故障状態を補償することにより、システム全体の通信機能を維持する手段を提供することを主たる課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明のうち、請求項１に係る発明は、リング型ネットワークに配置された各ノードが所定時間毎にデータを正方向及び逆方向に交互に送信すると共に、これら各ノードが所定時間毎に前記データの受信を確認するデータ通信確認モードを有するリング型ネットワーク接続形態である。この構造によれば、所定時間毎にリング型ネットワークの通信状態を確認することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、リング型ネットワークに配置された各ノードがデータ通信確認モードにおいて受信確認したデータの送信方向及び送信元ノードに基づいて故障部位を特定する故障部位特定モードを有するリング型ネットワーク接続形態である。この構造によれば、リング型ネットワークの故障検出時に故障部位を特定することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、故障部位特定モードにおいて特定した故障部位に隣接するノードがこの故障部位をリング型ネットワークから切り離す故障部位分離モードと故障部位に隣接しないノードが自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にするデータ透過モードとを有するリング型ネットワーク接続形態である。この構造によれば、リング型ネットワークの故障部位を分離し、各ノード間がデータの送受信を行うことができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、正方向に送信されるデータを送受信する正方向データ送受信手段と、逆方向に送信されるデータを送受信する逆方向データ送受信手段と、バッファを活性化又は非活性化するバッファ制御手段とを備え、正方向データ送受信手段及び逆方向データ送受信手段は、それぞれのデータ送受信の方向に係るバッファとして、伝送路からデータを入力する入力バッファと、伝送路にデータを出力する出力バッファと、入力バッファ及び出力バッファの間に位置する１つ以上の中間バッファとを備え、リング型ネットワーク上にデータを送信する場合に、バッファ制御手段を介して、データ送信の方向に係る入力バッファ及び出力バッファを活性化し、データ送信の方向に係る中間バッファ及びデータ送信の逆方向に係る各バッファを非活性化し、リング型ネットワーク上からデータを受信する場合に、バッファ制御手段を介して、データ受信の方向に係る入力バッファ、出力バッファ及び中間バッファを活性化し、データ受信の逆方向に係る各バッファを非活性化するリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、バッファ制御手段によって、データ送受信に際して入力バッファ及び出力バッファを活性化するととともに、データ送信の場合に中間バッファを非活性化し、データ受信の場合に中間バッファを活性化することができる。
請求項５に係る発明は、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、制御装置が、リング型ネットワーク上の隣接する一方のノードとデータを送受信する場合に、バッファ制御手段を介して、ノード側の伝送路からデータを入力する入力バッファ及びノード側の伝送路にデータを出力する出力バッファを活性化し、その他の各バッファを非活性化することを特徴とするリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、バッファ制御手段によって、隣接する一方のノードとのデータ送受信に係る入力バッファ及び出力バッファを活性化し、その他の各バッファを非活性化することができる。
【００１０】
請求項６に係る発明は、バッファ制御手段を使用してリング型ネットワーク上のデータ送信方向を切り替えるデータ送信方向切替手段を備えるリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、前記バッファ制御手段により、データ送信を行う際に、その送信方向を切り替えることができる。
【００１１】
請求項７に係る発明は、バッファ制御手段を使用してリング型ネットワークから特定のノード又は伝送路を切り離す故障部位分離手段を備えるリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、前記バッファ制御手段により、リング型ネットワークから故障部位のノード又は伝送路を切り離すことができる。
【００１２】
請求項８に係る発明は、バッファ制御手段を使用してリング型ネットワーク上の自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にするデータ透過手段を備えるリング型ネットワークのデータ送受信装置である。この構成によれば、前記バッファ制御手段により、リング型ネットワーク上の自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
≪リング型トポロジーの構造と動作≫
最初に、図４を参照して、本発明の実施形態に係るリング型トポロジーの構造と動作を説明する。図４は、本発明の実施形態に係るリング型トポロジーの構造を示す図である。図４（ａ）〜（ｄ）共に、ノードＡ〜Ｄがあり、隣接するノード間に一本の伝送路が接続されている。伝送路を示す曲線の矢印は、データの送信方向を示している。図４（ａ）及び（ｂ）にリング型トポロジーにおけるデータ通信確認の基本動作（データ通信確認モード）を示す。（ａ）のように、正方向（図４では、時計回りの方向）にデータ転送が行われるとき、ノードＡから出力された通信確認用データ（以下、簡単に「データ」という）は、ノードＢ、Ｃ、及びＤを通ってリングを一周したところで、再びノードＡに戻り、そのデータの転送は終了する。（ｂ）に示すように、逆方向（図４では、反時計回りの方向）にデータが転送されるとき、ノードＡから出力されたデータは、ノードＤ、Ｃ、及びＢを介してリングを一周したところで、再びノードＡに戻り、そのデータの転送は終了する。このように、ノードＡを含めて全ノードが、通信システムの全ノード及び全伝送路が正しく動作していることを確認するために、所定時間毎に正方向及び逆方向に対して交互にデータの送信及びそのデータの受信確認を行う。この所定時間については、各ノードに対してデータ送信時刻とデータ送信方向、データ受信確認時刻とデータ受信方向が予め与えられており、各ノードはその時刻になると当該方向のデータ送信又はデータ受信確認を実施する。なお、送信するデータは、通信確認用データであることを示す情報及び送信元ノードを特定する情報が含まれていれば、どのような形式であってもよい。
【００１９】
ここで、図４（ｃ）のように、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障したとすると、正方向データ転送のとき、ノードＡの送信データは、ノードＢ、Ｃ、及びＤまでは到達するが、再びノードＡに戻ることはない。正方向においては、ノードＢ、Ｃ、及びＤの送信データもノードＡには届かない。一方、逆方向データ転送のとき、ノードＢ、Ｃ、及びＤの送信データは、ノードＡが受信するが、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障しているため、それぞれの送信元ノードには戻って来ない。ノードＡは、正方向データ転送ではノードＤから自ノードを含めて全ノードのデータが来ないこと、及び逆方向データ転送では他ノードのデータは受信できるが、ノードＤに向けて送信した自ノードのデータだけが来ないことから、自ノードとノードＤの間の伝送路が故障したと判断する。これが、ノードＡにおける故障部位特定モードである。同様の手順で、ノードＤも、自ノードとノードＡの間の伝送路の故障を検出できる。このとき、ノードＡ又はノードＤにより、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障したことをユーザに通知するようにしてもよい。
【００２０】
そのとき、ノードＢは、正方向データ転送においてはノードＡのデータは受信できるが、それ以外のノードのデータは受信できないこと、及び逆方向データ転送においてはノードＣ、Ｄのデータは来るが、その他のノードのデータは来ないことから、ノードＡ−Ｄ間の伝送路の故障と判断する。これが、ノードＢにおける故障部位特定モードである。同様に、ノードＣも、ノードＡ−Ｄ間の伝送路の故障を検出できる。この際、ノードＢ又はノードＣにより、ノードＡ−Ｄ間の伝送路の故障をユーザに報告してもよい。
【００２１】
次に、各ノードの故障補償動作について説明する。故障した伝送路に直接接続されているノードＡ及びノードＤは、その伝送路を切り離して、その伝送路とのデータ送受信を一切行わないようにする（故障部位分離モード）。従って、この故障部位分離モードにおいては、データ送受信の方向が一方向のみとなる。故障した伝送路に直接接続されていないノードＢ及びノードＣは、一つの伝送路を分離してもシステム全体の通信機能を維持するには自ノードを双方向のデータ転送を可能にする必要があるため、データ透過モードに切り替わる。このデータ透過モードにおいては、受信したデータを受信した側とは反対側の伝送路に送信すると共に、自ノードからのデータ送信を双方向の伝送路に対して実施する。このようにして、図４（ｄ）に示すように、ノードＡ−Ｄ間の伝送路を切り離した状態であっても、残存の伝送路を用いて各ノード間の通信機能を維持することができる。
【００２２】
図５に故障部位と各ノードが検出可能なデータの送信元ノードの関係を示す。ここで、「ノード間故障」とは、ノード間の伝送路の故障を指す。「ノード故障（１）」とは、当該ノードが自発的なデータの送受信ができない場合をいい、データ透過、すなわち、データがそのノードを通過することは可能な状態をいう。「ノード故障（２）」とは、当該ノードがデータの送受信及びデータ透過共にできないことを示す。また、“−”は当該ノードがどのノードのデータも受信できないことを意味する。これは、当該ノードが実際に受信していない場合、及びノードの故障により「受信した」と認識できない場合の両方を含む。図５の見方の一例として、前記ノードＡ−Ｄ間伝送路の故障の場合を参照してみる。故障部位欄の「ノードＤ−Ａ間故障」の行を右方向に辿ると、「正方向」のノードＡでは何も受信せず、「逆方向」のノードＡではノードＢ、Ｃ、及びＤのデータを受信することが分かる。また、「正方向」のノードＢではノードＡのデータを受け、「逆方向」のノードＢではノードＣとＤのデータを受けることになる。これらの内容は、前記説明内容と合致する。このように、図５によれば、故障部位から各ノードがどのノードのデータを受信するかが分かるが、換言すれば、各ノードが、正方向及び逆方向で受信するデータのノードに基づいて、故障部位を特定することができるわけである。
【００２３】
≪データ送受信装置の構成≫
次に、図１を参照して、本発明の一実施形態であるデータ送受信装置の構成を説明する。リング型ネットワーク上にノードとして配置されるデータ送受信装置３０は、前記リング型ネットワーク上を正方向に送信されるデータを送受信する正方向データ送受信手段１９、逆方向に送信されるデータを送受信する逆方向データ送受信手段２０、データバス１６と１７、入力バッファ３と４、中間バッファ２と５、出力バッファ１と６、制御装置１４に接続されるバッファ制御手段１３、データバス１５、１６、１７、１８とバッファ制御手段１３に接続される制御装置１４、及び伝送路に正方向データ送受信手段１９と逆方向データ送受信手段２０を接続する接続端子１１と１２から構成される。前記正方向データ送受信手段１９は、接続端子１２に接続されて伝送路から受信した信号を復調する受信信号復調手段７、受信信号復調手段７から復調したデータを入力する入力バッファ３、送信信号変調手段８にデータを出力する出力バッファ１、入力バッファ３と出力バッファの間に位置する中間バッファ２、出力バッファ１から入力したデータを変調して伝送路に送信する送信信号変調手段８、入力バッファ３と中間バッファ２を接続するデータバス１６、中間バッファ２と出力バッファ１を接続するデータバス１５等から構成される。同様に、逆方向データ送受信手段２０は、受信信号復調手段９、入力バッファ４、出力バッファ６、中間バッファ５、送信信号変調手段１０、データバス１７と１８等から構成される。なお、リング型ネットワークの物理層の構成は、光通信、電気シングルエンド、デファレンシャルエンドのいずれであってもよい。
【００２４】
ここで、各構成要素１乃至１４の間を接続するバスは、基本的にはデータバスである。例外として制御バスが使われているのが、バッファ制御手段１３と１乃至６の各バッファを結ぶバスである。これらの制御バスは、バッファ制御手段１３からこれらの各バッファを個別に活性化又は非活性化するためのものである。また、各バッファは一方通行の特性を有するので、正方向データ送受信手段１９において、入力バッファ３、中間バッファ２、及び出力バッファ１は、正方向、すなわち、図１に向かって左方向にデータを送受信する。換言すれば、逆方向、つまり、図１に向かって右方向に転送されるデータがこれらの各バッファに入力されても、出力されないことになる。同様に、逆方向データ送受信手段２０では、入力バッファ４、中間バッファ５、及び出力バッファ６は、逆方向にのみデータを流す。言い換えれば、正方向に転送されるデータがこれらの各バッファに一旦受信されても、再送信されることはない。なお、受信信号復調手段７と９及び送信信号変調手段８と１０で使用するデータ信号変復調方式は、どういう方式であっても構わない。以下、データの流れを説明する際には、簡単のため、受信信号復調手段７と９及び送信信号変調手段８と１０の説明は省略する。
【００２５】
≪データ送受信装置の動作≫
前記データ送受信装置の構成に基づいて、前記リング型トポロジーの動作を実現する一実施形態であるデータ送受信装置の動作について説明する。引き続いて、図１を参照する。制御装置１４は、データバス１５、１６、１７、及び１８をあたかもノード間の伝送路のように取り扱い、これらのデータバスに対してＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＴＴＰ（Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等の個別に規定された通信プロトコルに応じたデータ入出力を実施する。データ送受信装置３０の構成においては、接続端子１１、１２以降外部の伝送路の電気的仕様に関わらず、１乃至３の各バッファ間及び４乃至６の各バッファ間は、各ノード間の伝送路全体の電気的遅れを除いては、従来のバス型トポロジー又はリング型トポロジーにおけるターゲットの外部バスと同等に振る舞いをする。
【００２６】
まず、図１により通常のデータ送受信の動作を説明する。正方向にデータを送信しようとする場合、制御装置１４は、バッファ制御手段１３を介して、入力バッファ３及び出力バッファ１を活性化し、その他の４個のバッファを非活性化する。これにより、制御装置１４から出力されたデータは、データバス１５、出力バッファ１、及び接続端子１１を介して他のノードへ送信される。自ノードがデータを送信せず、正方向に流れるデータを受信する際は、入力バッファ３、中間バッファ２、及び出力バッファ１を活性化し、それ以外のバッファを非活性化する。接続端子１２から入力された信号は、入力バッファ３及びデータバス１６を通して制御装置１４及びバッファ制御手段１３に読み込まれる。逆方向にデータを送る場合は、入力バッファ４と出力バッファ６を活性化し、その他のバッファを非活性化する。これによって、制御装置１４からの出力データは、データバス１８、出力バッファ６、及び接続端子１２を通じて他のノードに送信される。逆方向に伝送されるデータを受信する場合は、入力バッファ４、中間バッファ５、及び出力バッファ６を活性化し、その他のバッファを非活性化する。接続端子１１から入力された信号は、入力バッファ４及びデータバス１７を通って制御装置１４及びバッファ制御手段１３に到達する。ここで、自ノードがデータを送信する場合に中間バッファ２又は５を非活性化するのは、送信データの方向と同じ方向に流れるデータを受信しても、その受信データが直接出力バッファに届かないようにして、自ノードのデータ送信を正しく行えるようにするためである。それに対してデータ受信のときに中間バッファ２又は５を活性化するのは、自ノードでデータを受信するだけでなく自ノードより下流のノードにもデータを受信させるために、受信データが自ノードを透過するように施す処置である。
【００２７】
通常のノードの動きとしては、基本的には正方向又は逆方向のデータ受信を待っている状態であり、自ノードがデータを送信する場合に前記のようなバッファ制御を行うことになる。但し、リング型ネットワークのデータ通信確認を実施する際には、全ノードが通信確認用データの送受信を所定時間毎に正方向及び逆方向交互に行う。これがリング型トポロジーの動作における前記データ通信確認モードである。これ以降、図６のデータ送受信装置の動作を示すフローチャートを適宜参照する。なお、その際参照すべきステップを括弧書きにより示す。
【００２８】
各ノードであるデータ送受信装置３０内のバッファ制御手段１３において、前記データ通信確認モード（ステップＳ１０１）で受信したことが確認されたデータの送信方向及び送信元ノードが明らかになる。各ノードのバッファ制御手段１３は、その受信データの送信方向及び送信元ノードの全情報を元に図５の故障部位と各ノードが検出可能なデータの送信元ノードの関係を参照することにより、リング型ネットワーク上の故障の有無を認識し（ステップＳ１０２）、故障が無ければ（ステップＳ１０２のＮｏ）、すなわち、各ノードが正方向及び逆方向共に全ノードのデータを受信したときには通常のデータ送受信の動作に戻る（ステップＳ１０８）。故障があった際には（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、故障部位の特定を行う（ステップＳ１０３）。これがリング型トポロジーの動作における前記故障部位特定モードである。また、この手順がリング型ネットワークの故障検出方法であり、各ノードのバッファ制御手段１２において実行されるプログラムにより制御される。このプログラムはＣＤ−ＲＯＭ等のような記録媒体に記録することができる。なお、この故障部位の情報は次のステップで利用されるわけであるが、何らかの表示手段又は通信手段（図示せず）により、故障部位の情報をユーザに通知するようにしてもよい。
【００２９】
次に、特定された故障部位に対処してリング型ネットワークの通信機能を維持する手順について説明する。図５のノードＤ−Ａ間故障（ステップＳ１０４のＮｏ）、すなわち、ノードＡとノードＤの間の伝送路が故障した場合を考えてみる。ノードＡは故障部位である伝送路に隣接していることから（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、その伝送路をリング型ネットワークから切り離すように動作する（ステップＳ１０６）。具体的には、ノードＡのバッファ制御手段１３は、接続端子１２側の伝送路を分離するために入力バッファ４及び出力バッファ１を活性化し、それ以外のバッファを非活性化する（図２参照）。これにより、ノードＡは接続端子１２からの信号を全く検知しない状態になり、接続端子１１側の伝送路のみを対象にした動作になる。すなわち、データ送信時には制御装置１４からの信号はデータバス１５、出力バッファ１、及び接続端子１１を介して伝送路に出力される。同様に、ノードＤのバッファ制御手段１３は、接続端子１１側の伝送路を分離するために入力バッファ３及び出力バッファ６を活性化し、それ以外のバッファを非活性化する（図３参照）。これによって、ノードＤは接続端子１１からの信号を完全に遮断したことになり、接続端子１２側の伝送路のみを相手にする動作になる。つまり、データ送信時には制御装置１４からの信号はデータバス１８、出力バッファ６、及び接続端子１２を通じて伝送路に出力される。これがリング型トポロジーの動作における前記故障部位分離モードである。一方、ノードＢ及びノードＣは、故障部位に隣接していないことから（ステップＳ１０５のＮｏ）、リング型ネットワークの通信機能を維持するために、自ノードを双方向共にデータ透過可能な状態にする（ステップＳ１０７）。具体的には、ノードＢ及びノードＣのバッファ制御手段１３は、全バッファを活性化する。これによって、接続端子１１及び１２の双方からの信号は、それぞれ受信した側のノードとは反対側のノードに引き渡される。これがリング型トポロジーの動作における前記データ透過モードである。ここで、データ送信を行う場合には、中間バッファ２と５を非活性化する。これは、通常のデータ送信時と同じ理由であり、送信データの方向と同じ方向に流れるデータを受信しても、直接出力バッファに届かないようにして、自ノードのデータ送信を正しく行えるようにするためである。
【００３０】
図５のノードＡ故障（１）が起きた場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）について説明する。この故障は、自発的なデータの送受信はできないが、データがノードＡを通過することは可能な状態である。このときは、リング型ネットワークの通信機能はそのまま維持できるので、故障部位の切り離しやデータ透過等の対応は行わずに通常のデータ送受信の動作に戻る（ステップＳ１０８）。但し、ノードＡの故障状態を、何らかの表示手段又は通信手段（図示せず）によりユーザに通知するようにしてもよい。
【００３１】
図５のノードＡ故障（２）が発生した場合（ステップＳ１０４のＮｏ）を説明する。この故障では、当該ノードがデータの送受信及びデータ透過共にできないことから、故障部位のノードＡに隣接する（ステップＳ１０５のＹｅｓ）ノードＢとノードＤがノードＡ側の伝送路を切り離す動作を行う（故障部位分離モード、ステップＳ１０６）。また、故障部位ノードＣはノードＡに隣接しないので（ステップＳ１０５のＮｏ）、データ透過モードに移行する（ステップＳ１０７）。具体的なバッファ制御手段１３及びその他の動きは、前記ノードＤ−Ａ間故障の説明と同様であるので、ここでは詳細な説明を割愛する。以上の手順がリング型ネットワークの故障補償方法であり、各ノードのバッファ制御手段１２において実行されるプログラムにより制御される。このプログラムはＣＤ−ＲＯＭ等のような記録媒体に記録することができる。
【００３２】
なお、前記本発明の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、リング型ネットワークの通信状態を確認することができるので、所定時間毎にデータ通信確認を行うことにより、リング型ネットワークの通信状態の監視を行うことができる。換言すれば、本発明により、時間トリガー式のネットワーク構造（ＴＴＡ：Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を実現することができる。また、本発明は、一重の伝送路を持つ双方向のリング型ネットワーク接続形態である。従って、既存のリング型トポロジーであるＤｕａｌ Ｒｉｎｇは伝送路が二重であるためコストがかかるのに対して、本発明のリング型トポロジーは伝送路が一本であるのでコストが少なくて済む。
【００３４】
請求項２に係る発明によれば、リング型ネットワークの故障部位を特定することができるので、その故障状態の補償動作につなげることができると共に、故障部位をユーザに通知しその故障部位の修理、交換等を促すことができる。また、本発明における故障検出部位は各ノードである。従って、既存のトポロジーであるスター型トポロジーの場合のハブやバス型トポロジーのときの投票機構等の故障検出を担う特別な装置が不要であり、シンプルなネットワーク構造とすることができる。
【００３５】
請求項３に係る発明によれば、リング型ネットワークの故障部位を分離し、各ノード間がデータの送受信を行うことができるので、リング型ネットワークの故障検出時にシステム全体の通信機能を維持することができる。これは、同じく一重の伝送路を持つ既存のリング型トポロジーであるＳｉｎｇｌｅ Ｒｉｎｇが一方向のデータ送受信を行うため一伝送路の故障がシステム全体の故障に直結するのに比べて、ネットワークの安全性、信頼性の観点から非常に有利である。
【００３６】
請求項４及び請求項５に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段により前記入力バッファ、出力バッファ、及び中間バッファを活性化又は非活性化することができるので、データ送受信装置内のデータの通過経路を制御することができる。
請求項４に係る発明によれば、データ送信の場合に入力バッファ及び出力バッファを活性化し、中間バッファを非活性化するので、送信データの方向と同じ方向に流れるデータを受信しても、その受信データが直接出力バッファに届かないようにして、自ノードのデータ送信を正しく行うことができる。また、データ受信の場合に入力バッファ、出力バッファ及び中間バッファを活性化するので、自ノードでデータを受信するだけでなく自ノードより下流のノードにもデータを受信させることができる。
請求項５に係る発明によれば、隣接する一方のノードとデータを送受信する場合に、一方のノードとのデータ送受信に係る入力バッファ及び出力バッファを活性化し、その他の各バッファを非活性化するので、自ノードは、隣接する他方のノードおよび伝送路からのデータを検知することなく、一方のノードおよび伝送路のみとデータを送受信することができる。
【００３７】
請求項６に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段によりデータ送信を行う際にその送信方向を切り替えることができるので、必要に応じて双方向のデータ送信を行うことができる。例えば、前記データ通信確認モードにおいて、通信確認用データを正方向及び逆方向交互に送信するために使用することができる。
【００３８】
請求項７に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段によりリング型ネットワークから故障部位のノード又は伝送路を切り離すことができるので、その故障部位が存在しない状態としてシステム全体の通信機能を維持することができる。また、各ノードは故障部位を切り離していると認識しているので、システム全体の通信機能を維持したままの状態でその故障部位を実際に取り外して修理や交換等を実施することができる。
【００３９】
請求項８に係る発明によれば、リング型ネットワークのデータ送受信装置において、バッファ制御手段によりリング型ネットワーク上の自ノードを双方向のデータ送受信を可能な状態にすることができるので、受信したデータを受信した側とは反対側の伝送路に送信すると共に自ノードからのデータ送信を双方向に実施することにより、故障検出時に各ノード間のデータ送受信を可能にし、ひいてはシステム全体の通信機能を維持することができる。
【００４４】
以上説明した本発明によれば、低コストの双方向リング型ネットワークにおいて、故障が検出された場合、装置及び伝送路の故障部位を特定し、その故障状態を補償することにより、システム全体の通信機能を維持することができる。これにより、安全性、信頼性の高い小規模ネットワークを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るデータ送受信装置の構造を示す図である。
【図２】 本発明の実施形態に係るデータ送受信装置の構造を示す図である。
【図３】 本発明の実施形態に係るデータ送受信装置の構造を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態に係るリング型トポロジーの構造を示す図である。
【図５】 本発明の実施形態に係る故障部位と各ノードが検出可能なデータの送信元ノードの関係を示す図である。
【図６】 本発明の実施形態に係るデータ通信確認モード以降のデータ送受信装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、６…出力バッファ
２、５…中間バッファ
３、４…入力バッファ
７、９…受信信号復調手段
８、１０…送信信号変調手段
１１、１２…接続端子
１３…バッファ制御手段
１４…制御装置
１５、１６、１７、１８…データバス
１９…正方向データ送受信手段
２０…逆方向データ送受信手段
３０…データ送受信装置
Claims (8)
- リング型ネットワーク上に複数のノードを配置し、隣接するノード同士を一重の伝送路で接続し、各ノード間で双方向のデータ送受信を行うリング型ネットワーク接続形態であって、
前記リング型ネットワークに配置された各ノードが所定時間毎にデータを正方向及び逆方向に交互に送信すると共に、これら各ノードが所定時間毎に前記データの受信を確認するデータ通信確認モードを有することを特徴とするリング型ネットワーク接続形態。 - 前記各ノードが、前記データ通信確認モードにおいて受信確認したデータの送信方向及び送信元ノードに基づいて、故障部位を特定する故障部位特定モードを有することを特徴とする請求項１に記載のリング型ネットワーク接続形態。
- 前記リング型ネットワークにおいて故障検出時に通信機能を維持するために、
前記故障部位特定モードにおいて特定した故障部位に隣接するノードが、この故障部位を前記リング型ネットワークから切り離す故障部位分離モードと、
前記故障部位に隣接しないノードが、自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にするデータ透過モードと、
を有することを特徴とする請求項２に記載のリング型ネットワーク接続形態。 - リング型ネットワーク上にノードとして配置されて一重の伝送路に接続されるデータ送受信装置において、
前記リング型ネットワーク上を正方向に送信されるデータを送受信する正方向データ送受信手段と、
前記リング型ネットワーク上を逆方向に送信されるデータを送受信する逆方向データ送受信手段と、
前記伝送路から受信したデータを入力し、後記する入力バッファ、中間バッファ、及び出力バッファを活性化又は非活性化するバッファ制御手段と、
前記データ送受信装置を制御する制御装置と、
前記伝送路に正方向データ送受信手段及び逆方向データ送受信手段を接続する接続端子と、
を備えるとともに、
前記正方向データ送受信手段及び前記逆方向データ送受信手段は、それぞれのデータ送受信の方向に係るバッファとして、
前記伝送路からデータを入力する入力バッファと、
前記伝送路にデータを出力する出力バッファと、
前記入力バッファ及び出力バッファの間に位置する１つ以上の中間バッファと、
を備え、
前記制御装置は、
前記リング型ネットワーク上にデータを送信する場合に、前記バッファ制御手段を介して、データ送信の方向に係る入力バッファ及び出力バッファを活性化し、前記データ送信の方向に係る中間バッファ及び前記データ送信の逆方向に係る各バッファを非活性化し、
前記リング型ネットワーク上からデータを受信する場合に、前記バッファ制御手段を介して、データ受信の方向に係る入力バッファ、出力バッファ及び中間バッファを活性化し、前記データ受信の逆方向に係る各バッファを非活性化する
ことを特徴とするリング型ネットワークのデータ送受信装置。 - 前記制御装置は、
前記リング型ネットワーク上の隣接する一方のノードとデータを送受信する場合に、前記バッファ制御手段を介して、前記ノード側の伝送路からデータを入力する入力バッファ 及び前記ノード側の伝送路にデータを出力する出力バッファを活性化し、その他の各バッファを非活性化する
ことを特徴とする請求項４に記載のリング型ネットワークのデータ送受信装置。 - 前記バッファ制御手段を使用して前記リング型ネットワーク上のデータ送信方向を切り替えるデータ送信方向切替手段を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のリング型ネットワークのデータ送受信装置。
- 前記バッファ制御手段を使用して前記リング型ネットワークから特定のノード又は伝送路を切り離す故障部位分離手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のリング型ネットワークのデータ送受信装置。
- 前記バッファ制御手段を使用して前記リング型ネットワーク上の自ノードを双方向のデータ送受信を常時可能な状態にするデータ透過手段を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のリング型ネットワークのデータ送受信装置。
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