JP4220430B2

JP4220430B2 - 二重化ネットワーク制御システム

Info

Publication number: JP4220430B2
Application number: JP2004126487A
Authority: JP
Inventors: 利彦清水
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: JP2005311749A

Description

本発明は、例えば、機器の制御を行う制御装置間、あるいは制御装置とこの制御装置の監視を行う監視装置との間を二重の通信ネットワークで接続し、各装置間で送受通信制御を行う二重化ネットワーク制御システムに関するもので、特に、通信負担を二重化した通信ネットワークに振り分ける技術に関するものである。

二重化したネットワーク接続装置を正常化稼動時は負荷分散して性能向上に利用し、障害時にはホスト計算機のソフトウェアの介入なしに可用性を維持するネットワーク接続装置が、例えば、特許文献１に紹介されている。
同装置には、セレクタが設けられ、このセレクタが送信データを送出するネットワーク接続装置を選択する。ネットワーク接続装置状態管理装置内に作成されたネットワーク接続装置状態管理テーブルの情報を用いて、ネットワーク接続装置状態フィールドが「正常」であるものから選択し、「故障」あるいは「不在」であるものは使用しない。セレクタが使用を試みるネットワーク接続装置が「正常」であっても，受信処理中であったり，別の送信処理中である場合はそのネットワーク接続装置を直ちに使用することはできない。

次に、正常なネットワーク接続装置から使用可能なものを選択する方法について以下に説明する。どのネットワーク接続装置から使用を試みるかを決めるために、セレクタは選択制御インタフェースを介してネットワーク接続装置負荷指標フィールドを参照し、その値の小さいものから順に使用を試みるものとする。但し、その値が等しい時はあらかじめ決めておいた順序に従って使用を試みるものとする。
このように構成することにより、受信処理で負荷の高くなっているネットワーク接続装置には送信処理をやらせないようになり、負荷の分散を図ることができる。

ネットワーク接続装置負荷指標フィールドには、各ネットワーク接続装置の負荷状態を表すデータが格納されている。ここでは負荷状態表示方法の一例として負荷状態を０，１，２，３の４段階に分けて表示している。数字は大きいほど負荷が高いものとし、例えば、過去１秒間のネットワーク接続装置のビジー率が０〜１５％ならば０、１５〜３０％ならば１、３０〜５０％ならば２、５０〜１００％ならば３をそれぞれ負荷指標として与えるものとする。

特開２０００−２４４５２６号公報（図１、２、ページ４）

従来の二重化したネットワーク接続装置は以上のように構成されているので、使用するネットワークを振り分ける動作が複雑で、確実な分散処理ができなかった。即ち、いずれかのネットワークを選択するかを判断する際に、ネットワーク接続状態フィールドおよびネットワーク接続装置負荷指標フィールドを参照する必要があった。また、複数のネットワーク接続装置が同一のネットワークスイッチに接続されており、受信時にはネットワークスイッチが同時に複数のネットワーク接続装置にデータを送るため、その時はデータ送信ができなくなっていた。また、あるネットワーク接続装置のネットワーク接続装置負荷指標フィールドが高負荷状態を示した場合、同一ネットワークに接続されている、他のネットワーク接続装置のネットワーク接続装置負荷指標フィールドも高負荷状態を示すことになり、結局ネットワーク負荷が分散されないなどの問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、データを送信するネットワークを選択する際に複数の情報を参照する必要がなく、送信・受信の競合を少なくするとともに、ネットワークの使用効率を高めることができる二重化ネットワーク制御システムを得ることを目的とする。

第１の発明に係る二重化ネットワーク制御システムは、装置間に接続された第１の通信ネットワークと第２の通信ネットワークとを使用して送受通信制御を行う二重化ネットワーク制御システムであって、送信時、通信ネットワークのいずれを使用するかを選択する通信ネットワーク選択手段、および通信ネットワーク選択手段の選択出力に基づき使用する通信ネットワークを切り替える通信ネットワーク切替手段を備える。そして、この通信ネットワーク選択手段は、送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値との比較結果に基づき通信ネットワークのいずれかを選択するものであって、
更に、上記通信ネットワーク選択手段は、上記送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値とを比較し、前者が後者より大きいときは上記第１の通信ネットワークを選択しそうでないときは上記第２の通信ネットワークを選択する選択信号を出力するアドレス比較器、および上記アドレス比較器からの選択信号を一旦保持し送信要求信号の入力タイミングで上記一旦保持した選択信号を出力する選択信号保持部を備えたものである。

第２の発明に係る二重化ネットワーク制御システムは、装置間に接続された第１の通信ネットワークと第２の通信ネットワークとを使用して送受通信制御を行う二重化ネットワーク制御システムであって、送信時、通信ネットワークのいずれを使用するかを選択する通信ネットワーク選択手段、および通信ネットワーク選択手段の選択出力に基づき使用する通信ネットワークを切り替える通信ネットワーク切替手段を備える。そして、この通信ネットワーク選択手段は、送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値との比較結果に基づき通信ネットワークのいずれかを選択するものであって、
更に、上記通信ネットワーク選択手段は、上記送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値とを比較し、前者が後者より大きいときは上記第１の通信ネットワークを選択しそうでないときは上記第２の通信ネットワークを選択する選択信号を出力するアドレス比較器、上記選択信号を一旦保持し送信要求信号の入力タイミングで上記一旦保持した選択信号を出力する選択信号保持部、送信回数をカウントし所定の単位時間ごとにカウント値をリセットする送信回数カウンタ、および上記送信回数カウンタの出力が所定の規定値未満のときは上記アドレス比較器からの選択信号を上記選択信号保持部に入力し、上記送信回数カウンタの出力が上記所定の規定値以上となったときは前回送信時上記選択信号保持部から出力された選択信号を反転した信号を上記選択信号保持部に入力する選択信号切替手段を備えたものである。

以上のように、第１の発明では、その通信ネットワーク選択手段が、上記送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値とを比較し、前者が後者より大きいときは上記第１の通信ネットワークを選択しそうでないときは上記第２の通信ネットワークを選択する選択信号を出力するアドレス比較器、および上記アドレス比較器からの選択信号を一旦保持し送信要求信号の入力タイミングで上記一旦保持した選択信号を出力する選択信号保持部を備えたので、複雑な情報の参照を必要とすることなく、２つの通信ネットワークへの振り分けが簡便円滑になされ、ネットワークの使用効率が向上する。

また、第２の発明では、その通信ネットワーク選択手段が、上記送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値とを比較し、前者が後者より大きいときは上記第１の通信ネットワークを選択しそうでないときは上記第２の通信ネットワークを選択する選択信号を出力するアドレス比較器、上記選択信号を一旦保持し送信要求信号の入力タイミングで上記一旦保持した選択信号を出力する選択信号保持部、送信回数をカウントし所定の単位時間ごとにカウント値をリセットする送信回数カウンタ、および上記送信回数カウンタの出力が所定の規定値未満のときは上記アドレス比較器からの選択信号を上記選択信号保持部に入力し、上記送信回数カウンタの出力が上記所定の規定値以上となったときは前回送信時上記選択信号保持部から出力された選択信号を反転した信号を上記選択信号保持部に入力する選択信号切替手段を備えたので、送信回数カウンタの出力が所定の規定値以上となった以降は２つの通信ネットワークを交互に使用する選択結果となり、種々の通信負荷状況下においても、より均等化した通信ネットワークの振り分け制御が実現する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における二重化ネットワーク制御システムを示す回路構成図で、図示しない、機器の制御を行う制御装置の監視を行う監視制御装置１の内部構成を示している。そして、この制御装置とは、通信ネットワーク２ａ、２ｂとで接続され、即ち、二重化ネットワークで構成され送受通信の制御は行われる。
図１において、監視制御装置１内には、中央処理装置１０、ネットワーク接続装置１１、ネットワーク接続装置１１の中央処理装置インタフェース装置１２、中央処理装置１０と中央処理装置インタフェース装置１２とを結ぶ内部バス１８を備えている。また、通信ネットワーク２ａ、２ｂごとに、それぞれ送受信制御部１３ａ、１３ｂ、送信インタフェース装置１６ａ、１６ｂおよび受信インタフェース装置１７ａ、１７ｂを備えている。更に、通信ネットワーク選択手段としての送信選択信号制御部１４、セレクタ１５が設けられている。
また、中央処理装置インタフェース装置１２からセレクタ１５に送出される送信信号１９、中央処理装置インタフェース装置１２から送信選択信号制御部１４に送出される送信選択信号制御信号群２０、送信選択信号制御部１４から出力される送信選択信号２１、セレクタ１５からそらぞれ送信インタフェース装置１６ａ、１６ｂに送出される送信信号２２ａ、２２ｂ、受信インタフェース装置１７ａ、１７ｂから中央処理装置インタフェース装置１２に送出される受信信号２３ａ、２３ｂが示されている。

次に、動作について説明する。監視制御装置１は、通信ネットワーク２ａまたは２ｂを経由して他機器との間でデータの送受信を行う。通信ネットワーク２ａ、２ｂは二重化されており、データの送受信の際にはいずれか一方を使用する。他機器へ送信されるデータは、中央処理装置１０から内部バス１８を経由してネットワーク接続装置１１内の中央処理装置インタフェース装置１２へ送られる。
中央処理装置１０から中央処理装置インタフェース装置１２にはデータだけでなく、通信ネットワーク２ａ、２ｂを使用してデータを送信するための送信元アドレスや送信先アドレスも送られる。データ、送信元アドレス、送信先アドレスは中央処理装置インタフェース装置１２内に保存され、中央処理装置１０からの送信起動（送信要求信号）によりデータ送信を開始する。
送信データは送信選択信号制御部１４によりいずれか一方の送信インタフェース装置１６ａ、１６ｂが選択され、通信ネットワーク２ａ、２ｂのいずれか一方に送信される。

送信元アドレス、送信先アドレスは、××：××：××：××：××：××のフォーマット（××は任意の１６進数）で表されるネットワークアドレスであり、全てのネットワークにおいて唯一の値を持つ。通信ネットワーク２ａ、２ｂでデータを送信する際には、自装置のネットワークアドレスである送信元アドレスと送信先装置のネットワークアドレスである送信先アドレスとがデータに付加されている。
通信ネットワーク２ａ，２ｂに送信されたデータは、送信先アドレスとネットワークアドレスとが一致した装置だけに受信される。本発明の二重化ネットワーク制御システムの場合、２つの通信ネットワーク２ａ，２ｂに接続する構成としているため、送受信制御部１３ａ，１３ｂ毎にネットワークアドレスを持つことができる構成であるが、上位のソフトウェアから通信ネットワーク２ａ，２ｂが２つあることを意識させないために、同一のネットワークアドレスを設定することとする。この場合、２つの送受信制御部１３ａ，１３ｂのネットワークアドレスは同一であるが、通信ネットワーク２ａ，２ｂがネットワーク上で交わることがない構成とすれば不都合は生じない。

次に、送信選択信号制御部１４の動作を図２に基づいて説明する。図２において、アドレス比較器１００は、２つの入力Ａ（送信元アドレス１０２）とＢ（送信先アドレス１０３）の大小を比較し、比較結果のアドレス比較結果信号１０５を出力する。Ａ＞Ｂの場合は１を、そうでない場合に０を出力する。
選択信号保持部１０１は、アドレス比較器１００からのアドレス比較結果信号１０５を一旦保持し、送信要求信号１０４の立ち上がりタイミングで、保持しているアドレス比較結果信号１０５の値を送信選択信号２１として出力する。
送信要求信号１０４は、中央処理装置１０からの送信起動により０から１になり、送信完了で１から０となる。
なお、送信元アドレス１０２、送信先アドレス１０３、送信要求信号１０４は、図１に示す送信選択信号制御信号群２０に含まれるものである。

図１に戻り、セレクタ１５では、送信選択信号制御部１４からの送信選択信号２１により、中央処理装置インタフェース装置１２から入力された送信信号１９の出力先として、送信インタフェース装置１６ａ、１６ｂのいずれかを選択し、送信信号２２ａまたは２２ｂとして送出する。
送信元アドレス値＞送信先アドレス値（Ａ＞Ｂ）の場合、送信選択信号２１が１となり、送信インタフェース装置１６ａへの送信信号２２ａを選択し、送信元アドレス値≦送信先アドレス値（Ａ≦Ｂ）の場合、送信インタフェース装置１６ｂへの送信信号２２ｂを選択する。
ある２つの装置間でデータを送受信する場合、送信時と受信時とでは送信選択信号２１がそれぞれの装置において反対の値を示すため、それぞれ別の通信ネツトワーク２ａ、２ｂを使用してデータ送信を行うことになる。従って、送受信が適当な間隔で繰り返される通常の通信系においては、２つの通信ネットワーク２ａ、２ｂへの振り分けが無理なく自然に円滑になされるわけである。

以上のように、この実施の形態１では、送信元アドレス値と送信先アドレス値との大小比較に基づき使用する通信ネットワークを選択するようにしたので、複雑な情報の参照を必要とすることなく、２つの通信ネットワークへの振り分けが簡便円滑になされ、ネットワークの使用効率が向上する。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における二重化ネットワーク制御システムの要部を示す回路構成図である。この実施の形態２は、先の実施の形態１で説明した論理で通信ネットワークの選択を行うが、所定の単位時間内で、送信回数が所定の規定値以上となったときは、それまでの選択論理を変更することで、通信負荷状況に柔軟に対処できるようにしたものである。以下、図３につき、図２から追加した部分を中心に説明する。

送信回数計測カウンタ１１１は、入力した送信要求信号１０４の０から１への立ち上がりでカウントアップして送信回数カウント値１１４を出力する。そして、このカウント値１１４は、入力した計測周期信号１１３によって所定の単位時間ごとにリセットされる。計測周期信号１１３は、中央処理装置インタフェース装置１２にあらかじめ設定されている計測周期時間毎に０から１に変化する。タイムアウト値比較器１１０は、中央処理装置インタフェース装置１２にあらかじめ設定されている、所定の規定値であるタイムアウト値１１２（Ａ）と送信回数カウント値１１４（Ｂ）とを比較した結果をタイムアウト値比較結果信号１１６として出力する。Ａ＞Ｂの場合に１を、そうでない場合０を出力する。

選択出力反転回路１１８は、いわゆる排他的論理和回路（ＥＸ−ＯＲ回路）で構成されており、アドレス比較器１００からのアドレス比較結果信号１１５とタイムアウト値比較器１１０からのタイムアウト値比較結果信号１１６とを入力し送信選択指示信号１１７を選択信号保持部１０１に送出する。
タイムアウト値比較結果信号１１６が０の場合、即ち、送信回数カウント値１１４が規定値（タイムアウト値１１２）以上でない場合は、アドレス比較器１００の出力であるアドレス比較結果信号１１５が送信選択指示信号１１７となる。タイムアウト値比較結果信号１１６が１の場合、即ち、送信回数カウント値１１４がタイムアウト値１１２以上となった場合は、アドレス比較器１００の出力であるアドレス比較結果信号１１５を反転した値が送信選択指示信号１１７となり、それまでの選択結果と異なり、アドレス比較器１００での論理を反転した選択を行うようにできる。

例えば、装置１から装置２への送信が一方通行的に繰り返されるような状況が生じた場合、実施の形態１のアドレス比較器１００による選択論理では、通信ネットワーク２ａの選択が続くことになる。ところが、このような場合、実施の形態２では、送信回数が規定値以上になると、それまでの選択論理が反転されるので、以降は通信ネットワーク２ｂが使用されることになり、各通信ネットワーク２ａ、２ｂの負荷の偏りが緩和される。

また、送信回数カウント値１１４がタイムアウト値１１２以上となってアドレス比較器１００の選択論理を反転した送信選択信号２１が出力された後、計測周期信号１１３が１に立ち上がり送信回数計測カウンタ１１１がリセットされ送信回数カウント値１１４がタイムアウト値１１２未満となると、選択出力反転回路１１８は再びアドレス比較器１００からのアドレス比較結果信号１１５をそのまま出力し、当初の選択論理に基づく送信選択信号２１が出力され元の選択動作に復帰する。

以上のように、この実施の形態２では、単位時間内で送信回数が規定値以上となった場合、アドレス比較器による選択結果を反転した送信選択信号を出力するようにしたので、種々の通信負荷状況下においても、より均等化した通信ネットワークの振り分け制御が実現する。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３における二重化ネットワーク制御システムの要部を示す回路構成図である。送信回数が規定値以上となった場合、先の実施の形態２では、それまでのアドレス比較器１００による選択論理を反転するようにしたが、この実施の形態３では、それと異なり、２つの通信ネットワーク２ａ、２ｂを交互に使用することになる送信選択信号を出力するようにしたものである。
選択信号切替回路１１９は、２個の反転回路と、２個のＡＮＤ回路と、１個のＯＲ回路とから構成されている。そして、タイムアウト値比較結果信号１１６が０の場合、即ち、送信回数カウント値１１４がタイムアウト値１１２以上でない場合は、選択信号切替回路１１９は、アドレス比較器１００の出力であるアドレス比較結果信号１１５そのままを送信選択指示信号１１７として出力する。タイムアウト値比較結果信号１１６が１の場合、即ち、送信回数カウント値１１４がタイムアウト値１１２以上となった場合は、選択信号保持部１０１から出力される送信選択信号２１を反転した信号が選択信号切替回路１１９から送信選択指示信号１１７として出力されて選択信号保持部１０１に入力され、それまでの選択結果と異なり、使用する通信ネットワーク２ａ、２ｂを交互に選択するようになる。

例えば、送受操作の動作状況によっては、アドレス比較器１００による選択論理では一方の通信ネットワークに使用負荷が偏る場合が考えられる。しかし、このような場合、実施の形態３では、送信回数が規定値以上になると、２つの通信ネットワークを交互に使用する動作となるので、各通信ネットワークの負荷の偏りが緩和される。

また、送信回数カウント値１１４がタイムアウト値１１２以上となって通信ネットワークを交互に選択する送信選択信号２１が出力された後、計測周期信号１１３が１に立ち上がり送信回数計測カウンタ１１１がリセットされ送信回数カウント値１１４がタイムアウト値１１２未満となると、選択信号切替回路１１９は再びアドレス比較器１００からのアドレス比較結果信号１１５をそのまま出力し、当初の選択論理に基づく送信選択信号２１が出力され元の選択動作に復帰する。

実施の形態４．
構成は簡単であるので図示は省略するが、先の実施の形態３で送信回数が規定値以上となったときに選択信号切替回路１１９で行われる、２つの通信ネットワーク２ａ、２ｂを交互に選択する方式を、送信回数にかかわらず常に採用するようにしてもよい。この場合は、極めて簡便な回路構成で、通信ネットワークの割り振り制御が可能となる。

なお、先の実施の形態１においては、選択論理として、アドレス比較器１００により送信元アドレス値と送信先アドレス値との大小を直接比較する方式を採用したが、例えば、両アドレス値の差を演算し、この差が所定の設定値より大か小かで選択結果を出力する方式も、広く両アドレス値の比較結果に基づく選択方式として実施の形態１と同様の効果を奏するものである。

本願発明は以上で説明したように、
送信回数をカウントし所定の単位時間ごとにカウント値をリセットする送信回数カウンタ１１１、および送信回数カウンタ１１１の出力が所定の規定値以上となったとき通信ネットワーク選択手段の選択出力を反転する選択出力反転手段１１８を備えたので、種々の通信負荷状況下においても、より均等化した通信ネットワークの振り分け制御が実現する。

また、送信回数カウンタ１１１の出力が所定の規定値以上となった後再び所定の規定値未満となったときアドレス比較器１００からの選択信号を選択信号保持部１０１に入力するようにしたので、元のアドレス比較器１００による選択論理の動作に確実に復帰する。

上記各実施の形態例は、機器の制御を行う制御装置の監視を行う監視制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は、２つの通信ネットワークで接続される種々の装置間で通信を行う二重化ネットワーク制御システムに広く適用でき同等の効果を奏するものである。

この発明の実施の形態１における二重化ネットワーク制御システムを示す回路構成図である。この発明の実施の形態１における二重化ネットワーク制御システムの要部を示す回路構成図である。この発明の実施の形態２における二重化ネットワーク制御システムの要部を示す回路構成図である。この発明の実施の形態３における二重化ネットワーク制御システムの要部を示す回路構成図である。

符号の説明

１監視制御装置、２ａ，２ｂ通信ネットワーク、１４送信選択信号制御部、
１５セレクタ、２１送信選択信号、１００アドレス比較器、
１０１選択信号保持部、１０２送信元アドレス、１０３送信先アドレス、
１０４送信要求信号、１０５アドレス比較結果信号、
１１０タイムアウト値比較器、１１１送信回数計測カウンタ、
１１２タイムアウト値、１１３計測周期信号、１１４送信回数カウント値、
１１５アドレス比較結果信号、１１６タイムアウト値比較結果信号、
１１７送信選択指示信号、１１８選択出力反転回路、１１９選択信号切替回路。

Claims

装置間に接続された第１の通信ネットワークと第２の通信ネットワークとを使用して送受通信制御を行う二重化ネットワーク制御システムであって、
送信時上記通信ネットワークのいずれを使用するかを選択する通信ネットワーク選択手段、および上記通信ネットワーク選択手段の選択出力に基づき使用する通信ネットワークを切り替える通信ネットワーク切替手段を備え、
上記通信ネットワーク選択手段は、送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値との比較結果に基づき上記通信ネットワークのいずれかを選択するものであって、
上記通信ネットワーク選択手段は、上記送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値とを比較し、前者が後者より大きいときは上記第１の通信ネットワークを選択しそうでないときは上記第２の通信ネットワークを選択する選択信号を出力するアドレス比較器、および上記アドレス比較器からの選択信号を一旦保持し送信要求信号の入力タイミングで上記一旦保持した選択信号を出力する選択信号保持部を備えたことを特徴とする二重化ネットワーク制御システム。
送信回数をカウントし所定の単位時間ごとにカウント値をリセットする送信回数カウンタ、および上記送信回数カウンタの出力が所定の規定値以上となったとき上記通信ネットワーク選択手段の選択出力を反転する選択出力反転手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の二重化ネットワーク制御システム。
装置間に接続された第１の通信ネットワークと第２の通信ネットワークとを使用して送受通信制御を行う二重化ネットワーク制御システムであって、
送信時上記通信ネットワークのいずれを使用するかを選択する通信ネットワーク選択手段、および上記通信ネットワーク選択手段の選択出力に基づき使用する通信ネットワークを切り替える通信ネットワーク切替手段を備え、
上記通信ネットワーク選択手段は、送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値との比較結果に基づき上記通信ネットワークのいずれかを選択するものであって、
上記通信ネットワーク選択手段は、上記送信元ネットワークアドレス値と送信先ネットワークアドレス値とを比較し、前者が後者より大きいときは上記第１の通信ネットワークを選択しそうでないときは上記第２の通信ネットワークを選択する選択信号を出力するアドレス比較器、上記選択信号を一旦保持し送信要求信号の入力タイミングで上記一旦保持した選択信号を出力する選択信号保持部、送信回数をカウントし所定の単位時間ごとにカウント値をリセットする送信回数カウンタ、および上記送信回数カウンタの出力が所定の規定値未満のときは上記アドレス比較器からの選択信号を上記選択信号保持部に入力し、上記送信回数カウンタの出力が上記所定の規定値以上となったときは前回送信時上記選択信号保持部から出力された選択信号を反転した信号を上記選択信号保持部に入力する選択信号切替手段を備えたことを特徴とする二重化ネットワーク制御システム。
上記送信回数カウンタの出力が上記所定の規定値以上となった後再び上記所定の規定値未満となったとき上記アドレス比較器からの選択信号を上記選択信号保持部に入力するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の二重化ネットワーク制御システム。