JP4296967B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の通信装置を接続した耐ノイズ性に優れ産業用途に適した通信システムに関する。

従来、産業分野ではモータ駆動等で発生するノイズが大きいため、機器間の通信において、このノイズが原因で伝送されたパケットデータに誤りが発生することが多く、誤りが発生した場合送信元である通信装置から正常なパケットデータの再送処理を行うことが一般的であった(例えば、特許文献１参照。)。
特開平１０−２７６１９８号公報

解決しようとする問題点は、パケットデータ伝送時に発生したデータ誤りを修復するために行われる再送処理がパケットデータの伝送遅れを引き起こすことである。つまり、再送処理は少なくとも１通信周期分の伝送遅れが発生するため、リアルタイム性を必要とされる産業用途では致命的な問題となる。特に、リング接続の通信においては、通信周回経路長に比例してパケットデータの誤り発生率が増加する。

本発明は上記の課題を解決するものであり、劣悪な環境下でも使用可能な耐ノイズ性とリアルタイム性に優れた通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、マスター装置と複数台のスレーブ装置をリング接続して順次伝送する通信システムにおいて、送信元であるマスター装置は、送信バッファ内のコマンドデータからスレーブ装置ごとに分割されたデータブロックＡ１群を抽出し、その全てのデータブロックＡ１群に対して全く同一のデータブロックＢ１群を規定数分複製し、これらを規定の順序に配置したパケットデータＰ１を生成するパケットデータ生成部と、前記パケットデータＰ１を入力し、誤り検出用の符号を付加した符号付パケットデータを生成する符号付加部を備え、前記符号付パケットデータを送信部からスレーブ装置の受信部に送信し、前記スレーブ装置は、前記受信部で受信した符号付パケットデータをデータブロックごとに付加された誤り検出符号よりデータ誤りを検出する誤り検出部と、データ誤りのない有効なデータブロックＣ群を受信バッファへと転送する受信データ抽出部と、前記受信データ抽出部から転送された有効なデータブロックＣ群をデータブロックＡ２群とし、データブロックＡ２群に対して全く同一のデータブロックＢ２群を規定数分複製し、これらのデータブロックを規定の順序に配置したパケットデータＰ２を生成し、さらに自身の送信バッファ内からのレスポンスデータとその複製データを付加するパケットデータ生成部と、前記パケットデータ生成部から出力されたデータブロックごとに誤り検出符号を付加する符号付加部を備え、前記パケットデータ生成部は、さらにパケットデータＰ２およびレスポンスデータとその複製データの全てのデータブロックを規定の順序に再配置したパケットデータＰ３を生成する機能を備え、前記符号付加部でパケットデータＰ３内の全てのデータブロックごとに誤り検出符号を付加した符号付パケットデータＰ４を生成し、送信部から相手先の受信部に伝送することで、データブロックごとの誤り検出が可能となり、仮にあるデータブロックがノイズの影響を受けデータ誤りが発生した場合においても、複製されたデータブロックから有効なデータを抽出し、再生することが可能となる。

本発明の通信システムによれば、リング接続されたスレーブ装置ごとにパケットデータの誤り検出と再生を行うことが可能となるため、各通信装置の接続単位において、オリジナルのデータブロックと複製された全てのデータブロックに誤りが発生しない限り、正常なパケットデータの再送を不要にできる。このため、通信周回経路単位でのパケットデータの伝送における誤り発生率が大幅に低下し、再送処理を必要とする不具合の発生率を大幅に低減でき、リアルタイム性を確保することができる。

マスター装置と複数台のスレーブ装置をリング接続して順次伝送する通信システムにおいて、送信元であるマスター装置は、送信バッファ内のコマンドデータからスレーブ装置ごとに分割されたデータブロックＡ１群を抽出し、その全てのデータブロックＡ１群に対して全く同一のデータブロックＢ１群を規定数分複製し、これらを規定の順序に配置したパケットデータＰ１を生成するパケットデータ生成部と、前記パケットデータＰ１を入力し、誤り検出用の符号を付加した符号付パケットデータを生成する符号付加部を備え、前記符号付パケットデータを送信部からスレーブ装置の受信部に送信し、前記スレーブ装置は、前記受信部で受信した符号付パケットデータをデータブロックごとに付加された誤り検出符号よりデータ誤りを検出する誤り検出部と、データ誤りのない有効なデータブロックＣ群を受信バッファへと転送する受信データ抽出部と、前記受信データ抽出部から転送された有効なデータブロックＣ群をデータブロックＡ２群とし、データブロックＡ２群に対して全く同一のデータブロックＢ２群を規定数分複製し、これらのデータブロックを規定の順序に配置したパケットデータＰ２を生成し、さらに自身の送信バッファ内からのレスポンスデータとその複製データを付加するパケットデータ生成部と、前記パケットデータ生成部から出力されたデータブロックごとに誤り検出符号を付加する符号付加部を備え、前記パケットデータ生成部は、さらにパケットデータＰ２およびレスポンスデータとその複製データの全てのデータブロックを規定の順序に再配置したパケットデータＰ３を生成する機能を備え、前記符号付加部でパケットデータＰ３内の全てのデータブロックごとに誤り検出符号を付加した符号付パケットデータＰ４を生成し、送信部から相手先の受信部に伝送することで、データブロックごとの誤り検出が可能となり、仮にあるデータブロックがノイズの影響を受けデータ誤りが発生した場合においても、複製されたデータブロックから有効なデータを抽出し、再生することが可能となる。

図１はリング接続された通信システムのブロック図を示すものであり、通信装置０１０の送信部０３０と通信装置０１１の受信部０４１を通信ケーブル０５０で接続し、通信装置０１０から送信されるパケットデータを通信装置０１１で受信する。そして順次、通信装置０１１の送信部０３１と通信装置０１２の受信部０４２を通信ケーブル０５１で接続、同様に通信装置０１２と送信部０３２と通信装置０１３の受信部０４３を通信ケーブル０５２で接続、通信装置０１３の送信部０３３と通信装置０１０の受信部０４０を通信ケーブル０５３で接続し、通信装置０１３から送信されるパケットデータを通信装置０１０が受信する。

なお、ｎ＋１台の通信装置をリング接続する場合、最終的にｎ番目に接続された通信装置０１ｎの送信部０３ｎと通信装置０１０の受信部０４０を通信ケーブル０５ｎで接続し、通信装置０１ｎから送信されるパケットデータを通信装置０１０が受信することになる。

次に、通信装置０１０をマスター、通信装置０１１、０１２、０１３をスレーブとし、リング接続されたマスター・スレーブ方式の通信システムを例にとって説明する。この通
信システムがノイズの影響を受け、途中でデータ誤りが発生した場合の処理例を図１から図５を併用して順次説明する。

まず、マスターである通信装置０１０の送信バッファ０６０内のデータをパケットデータ生成部０８０は３個のデータブロックＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３に分割する。例えばＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３はそれぞれの通信装置０１１、０１２、０１３に対応したマスターからスレーブへのコマンドデータであるとする。

パケットデータ生成部０８０は、これらの全てのデータブロックに対してそれぞれ１つずつ複製したデータブロックを生成し、これらのデータブロックを規定の順序に配置したものを符号付加部０９０に入力し、誤り検出用の符号を付加したデータブロックＭＤＡ１、ＭＤＢ１、ＭＤＡ２、ＭＤＢ２、ＭＤＡ３、ＭＤＢ３が規定の順序で配置された符号付パケットデータ１２０を生成する。ここではデータブロックＭＤＡ１、ＭＤＢ１、ＭＤＡ２、ＭＤＢ２、ＭＤＡ３、ＭＤＢ３の順に配置することにする。また、データブロックＭＤＡ１とＭＤＢ１、ＭＤＡ２とＭＤＢ２、およびＭＤＡ３とＭＤＢ３はそれぞれ全く同一のデータブロックであることを補足する（図２上）。

次に、符号付パケットデータ１２０を通信装置０１０の送信部０３０から通信装置０１１の受信部０１１に送信する。通信ケーブル０５０にノイズが印加され、送信した符号付パケットデータ１２０にデータ誤りが発生して、これが符号付パケットデータ１２１に変化したと仮定し、この符号付パケットデータ１２１を通信装置０１１の受信部０４１で受信する。

受信部０４１から誤り検出部１０１にパケットデータ１２１を転送し、データブロックごとに誤りがあるかどうかを検査する。ここではデータブロックＭＤＢ１とＭＤＡ２にのみ誤りが発生したとする（図２下）。

まず、データブロックＭＤＡ１に誤りがないためＭＤＡ１を有効とする。次に、データブロックＭＤＡ２には誤りがあったため、その複製であるＭＤＢ２のデータを有効とする。最後にＭＤＡ３には誤りがなかったため、このＭＤＡ３を有効とし、これらの有効と判定したデータブロックからＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３を受信データ抽出部１１１により抽出し受信バッファ０７１に転送するとともに、パケットデータ生成部０８１に転送する。

通信装置０１１のパケットデータ生成部０８１にて、受信データ抽出部１１１から転送された全てのデータブロックに対してそれぞれ１つずつ複製したデータブロックを生成し、これらのデータブロックを規定の順序に配置する。

さらに、送信バッファ０６１内のデータブロックＳＤ１をパケットデータ生成部０８１へ転送する。例えば、ＳＤ１は通信装置０１１から通信装置０１０へのレスポンスデータであるとする。

次に、パケットデータ生成部０８１はデータブロックＳＤ１を複製し、既に受信データ抽出部１１１より転送済みのデータブロックを含めたこれら全てのデータブロックを規定の順序に配置したものを符号付加部０９１に入力し、誤り検出用の符号を付加したデータブロックＭＤＡ１、ＭＤＢ１、ＭＤＡ２、ＭＤＢ２、ＭＤＡ３、ＭＤＢ３、ＳＤＡ１、ＳＤＢ１が規定の順序で配置された符号付パケットデータ１２２を生成する。ここではデータブロックＭＤＡ１、ＭＤＢ１、ＭＤＡ２、ＭＤＢ２、ＭＤＡ３、ＭＤＢ３、ＳＤＡ１、ＳＤＢ１の順に配置することにする。また、データブロックＳＤＡ１とＳＤＢ１は全く同一のデータブロックであることを補足する（図３）。

次に、符号付パケットデータ１２２を通信装置０１１の送信部０３１から送信する。通信ケーブル０５１にノイズが印加されて、送信した符号付パケットデータ１２２にデータ誤りが発生し符号付パケットデータ１２３に変化したと仮定し、この符号付パケットデータ１２３を通信装置０１２の受信部０４２で受信する。さらに誤り検出部１０２にパケットデータ１２３を転送し、データブロックごとに誤りがあるかどうかを検査する。ここではデータブロックＭＤＢ２とＳＤＡ１にのみ誤りが発生したとする。

通信装置０１２内処理も通信装置０１１と同様に行う。この処理について図４を中心に説明する。この場合、ＭＤＡ１、ＭＤＡ２、ＭＤＡ３が有効となり、これらの有効と判定したデータブロックからＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３を受信データ抽出部１１２により抽出し受信バッファ０７２とパケットデータ生成部０８２へ転送する。また、ＳＤＡ１には誤りがあるため、ＳＤＢ１を有効にし、ＳＤ１を抽出し、パケットデータ生成部０８２へ転送する。

さらに、送信バッファ０６２内のデータブロックＳＤ２をパケットデータ生成部０８２へ転送する。例えば、ＳＤ２は通信装置０１２から通信装置０１０へのレスポンスデータであるとする。

次に、パケットデータ生成部０８２はデータブロックＳＤ２を複製し、既に受信データ抽出部１１２より転送済みのデータブロックを含めたこれら全てのデータブロックを規定の順序に配置したものを符号付加部０９２に入力し、誤り検出用の符号を付加したデータブロックＭＤＡ１、ＭＤＢ１、ＭＤＡ２、ＭＤＢ２、ＭＤＡ３、ＭＤＢ３、ＳＤＡ１、ＳＤＢ１、ＳＤＡ２およびＳＤＢ２が規定の順序で配置された符号付パケットデータ１２４を生成する。このパケットデータ１２４を送信部０３２から通信装置０１３の受信部０４３へ送信する。

通信装置０１３内処理も通信装置０１１、０１２と同様に行うことで、最終的に通信装置０１０は図５に示す符号付パケットデータ１２７を受信し、誤り検出部１００と受信データ抽出部１１０によりスレーブである通信装置０１１、０１２、０１３からの有効なレスポンスデータＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を受信バッファに抽出することができる。

すなわち、通信装置装置間の各伝送経路でノイズの影響を受け、データ誤りが発生した場合においても、受信した通信装置ごとに、データブロックの再生が可能となり、オリジナルのデータブロックと複製されたデータブロックで同時に誤りが発生しない限り、正常なパケットデータの再送を不要とする。

これにより、通信周回経路長に比例してパケットデータの誤り発生率が増加する課題があったリング接続の通信においても、通信周回経路単位でのパケットデータの伝送における誤り発生率が大幅に低下し、再送処理を必要とする不具合の発生率を大幅に低減でき、リアルタイム性を確保できる。

実施例２では、実施例１において通信装置０１２で受信した符号付パケットデータ１２３が図６のように、ＭＤＡ２とＭＤＢ２がともに有効でなかった場合、つまり、オリジナルのデータブロックと複製されたデータブロックで同時に誤りが発生した場合の処理の一例を示す。

ＭＤＡ２とＭＤＢ２はマスターである通信装置０１０からスレーブである通信装置０１２へのコマンドデータであったが、通信装置０１２はこれを正常に受信できなかったため、送信バッファ０６２から作成したブロックデータＳＤＡ２とＳＤＢ２ではなく、エラー
が発生したことを示すデータブロックＥＲＡ２とＥＲＢ２をパケットデータ１２４に配置する。

そして、最終的に通信装置０１０で受信した符号付パケットデータ１２７が図７に示すような値となった場合、エラーが発生したことを示すデータブロックＥＲ２が受信バッファ０７０に抽出される。このデータブロックＥＲ２より通信装置０１０は、通信装置０１２が正常にブロックデータＭＤ２を受信できなかったことを認識することが可能となる。この場合の通信装置０１０の処理例として、通信装置０１２のデータブロックのみに対して、再度同様のコマンドデータを送信する、もしくは通信処理自体を停止するなどがある。

また、データブロックの分割単位を通信装置単位としたことで、正常に受信できなかったのは通信装置０１２のみとなり、通信装置０１１および０１３は正常に通信装置０１０からのコマンドを受信し、また、レスポンスを正常に返信することができる。故に通信装置０１０はパケットデータ全体を再送することを不要とし、リアルタイム性を高めることが可能となる。

なお、特にノイズ環境が劣悪な場合には、図８のようにデータブロックを複製する数量を２個またはそれ以上に増やすことで、パケットデータの誤り発生率を高めることができる。例えばデータブロックＭＤＡ２とＭＤＢ２がともに誤りが発生しても、それらのもうひとつの複製であるデータブロックＭＤＣ２に誤りがなければ、ブロックデータＭＤ２を再生することが可能となり、リアルタイム性を高めることが可能となる。
（参考実施例）

参考実施例として、複数台の通信装置がバス接続された通信システムについて説明する。図９は通信装置２１０をマスター、通信装置２１１と通信装置２１２をスレーブとしてバス接続されたマスター・スレーブ方式通信システムのブロック図であり、通信装置２１０の送信部２３０からパケットデータが通信ケーブル２５０を介して送信される場合、バス接続された通信装置２１１および通信装置２１２は、送信部２３１および送信部２３２を使用禁止とするとともに、受信部２４１および受信部２４２を有効とし、パケットデータを受信する。

この通信システムがノイズの影響を受け、途中でデータ誤りが発生した場合の処理例を、図９と図１０を併用して説明する。

マスターである通信装置２１０の送信バッファ２６０内のデータをパケットデータ生成部２８０により２個のデータブロックＭＤ１、ＭＤ２に分割する。例えばＭＤ１、ＭＤ２はそれぞれの通信装置２１１、２１２に対応したマスターからスレーブへのコマンドデータであるとする。

パケットデータ生成部２８０によりこれらの全てのデータブロックに対してそれぞれ１つずつ複製したデータブロックを生成し、これらのデータブロックを規定の順序に配置したものを符号付加部２９０に入力し、誤り検出用の符号を付加したデータブロックＭＤＡ１、ＭＤＢ１、ＭＤＡ２、ＭＤＢ２が規定の順序で配置された符号付パケットデータ３２０を生成する。ここではデータブロックＭＤＡ１、ＭＤＢ１、ＭＤＡ２、ＭＤＢ２の順に配置することにする（図１０上）。また、データブロックＭＤＡ１とＭＤＢ１、およびＭＤＡ２とＭＤＢ２はそれぞれ全く同一のデータブロックであることを補足する。

次に、符号付パケットデータ３２０を通信装置２１０の送信部２３０から送信する。通信ケーブル２５０にノイズが印加され、送信した符号付パケットデータ３２０にデータ誤
りが発生し、これが符号付パケットデータ３２１、符号付パケットデータ３２２に変化したとし、この符号付パケットデータ３２１を通信装置２１１の受信部２４１で受信し、また符号付パケットデータ３２２を通信装置２１２の受信部２４２で受信する。

さらに通信装置２１１の誤り検出部３０１にパケットデータ３２１、通信装置２１２の誤り検出部３０２にパケットデータ３２２をそれぞれ転送し、データブロックごとに誤りがあるかどうかを検査する。ここでは誤り検出部３０１、３０２ともにデータブロックＭＤＢ１とＭＤＡ２で誤りを検出したとする。通信装置２１１では、データブロックＭＤＡ１に誤りがないためＭＤＡ１を有効とする。

次に、データブロックＭＤＡ２には誤りがあったため、その複製であるＭＤＢ２のデータを有効とし、これらの有効と判定したデータブロックからデータＭＤ１、ＭＤ２を受信データ抽出部３１１により抽出し受信バッファ２７１に転送する（図１０中）。通信装置２１２でも通信装置２１１と同様にＭＤ１、ＭＤ２を受信バッファ２７２に転送する（図１０下）。

次に、図９と図１１を併用して通信装置２１１が送信可能となる例について説明する。通信装置２１１の送信バッファ２６１内のデータブロックＳＤ１をパケットデータ生成部２８１へ転送する。例えば、ＳＤ１は通信装置２１１から通信装置２１０へのレスポンスデータであるとする。

次に、パケットデータ生成部２８１はデータブロックＳＤ１を複製し、これら全てのデータブロックを規定の順序に配置したものを符号付加部２９１に入力し、誤り検出用の符号を付加したデータブロックＳＤＡ１、ＳＤＢ１が規定の順序で配置された符号付パケットデータ３２３を生成する。ここではデータブロックＳＤＡ１、ＳＤＢ１の順に配置することにする。また、データブロックＳＤＡ１とＳＤＢ１は全く同一のデータブロックであることを補足する（図１１上）。

次に、符号付パケットデータ３２３を通信装置２１１の送信部２３１から送信する。通信ケーブル２５０にノイズが印加されて、送信した符号付パケットデータ３２３にデータ誤りが発生し、これが符号付パケットデータ３２４、符号付パケットデータ３２５に変化したと仮定し、この符号付パケットデータ３２４を通信装置２１０の受信部２４０で受信し、また符号付パケットデータ３２５を通信装置２１２の受信部２４２で受信する。さらに通信装置２１０の誤り検出部３００に符号付パケットデータ３２４、通信装置２１２の誤り検出部３０２にパケットデータ３２５をそれぞれ転送し、データブロックごとに誤りがあるかどうかを検査する。ここでは誤り検出部３００と誤り検出部３０２がともにデータブロックＭＤＢ１とＭＤＡ２で誤りを検出したとする（図１１中、下）。

通信装置２１０では、データブロックＳＤＡ１に誤りがないためＳＤＡ１を有効とし、この有効と判定したデータブロックからデータＳＤ１を受信データ抽出部３１０により抽出し受信バッファ２７０に転送する
このように、通信装置間の各伝送経路でノイズの影響を受けてデータ誤りが発生した場合においても、オリジナルのデータブロックと複製されたデータブロックで同時に誤りが発生しない限り、正常なパケットデータの再送を不要にできる。したがって、パケットデータの伝送における誤り発生率が大幅に低下し、再送処理を必要とする不具合の発生率を大幅に低減でき、リアルタイム性を確保できる。

本発明の通信装置は、ある１つの経路でデータに誤りが発生しても次の経路には修復されたデータが伝送され、マスター装置からの再送を不要とするため、ノイズが多発する劣
悪な環境にもかかわらずリアルタイム性を必要とする産業用途、その中でも特にリング接続で多くのスレーブ装置を接続している場合に有用である。

本発明の実施例１および実施例２における通信システムのブロック図 本発明の実施例１におけるパケットデータ再生例１の説明図 本発明の実施例１におけるパケットデータ再生例２の説明図 本発明の実施例１におけるパケットデータ再生例３の説明図 本発明の実施例１におけるパケットデータ再生例４の説明図 本発明の実施例２におけるパケットデータ再生例１の説明図 本発明の実施例２におけるパケットデータ再生例２の説明図 本発明の実施例２におけるパケットデータ再生例３の説明図 本発明の参考実施例における通信システムのブロック図 本発明の参考実施例におけるパケットデータ再生例１の説明図 本発明の参考実施例におけるパケットデータ再生例２の説明図

符号の説明

０１０〜０１３ 通信装置
０３０〜０３３ 送信部
０４０〜０４３ 受信部
０５０〜０５３ 通信ケーブル
０６０〜０６３ 送信バッファ
０７０〜０７３ 受信バッファ
０８０〜０８３ パケットデータ生成部
０９０〜０９３ 符号付加部
１００〜１０３ 誤り検出部
１１０〜１１３ 受信データ抽出部
１２０〜１２７ 符号付パケットデータ
２１０〜２１２ 通信装置
２３０〜２３２ 送信部
２４０〜２４２ 受信部
２５０ 通信ケーブル
２６０〜２６３ 送信バッファ
２７０〜２７３ 受信バッファ
２８０〜２８３ パケットデータ生成部
２９０〜２９３ 符号付加部
３００〜３０３ 誤り検出部
３１０〜３１３ 受信データ抽出部
３２０〜３２５ 符号付パケットデータ

Claims (2)

1. マスター装置と複数台のスレーブ装置をリング接続して順次伝送する通信システムにおいて、送信元であるマスター装置は、送信バッファ内のコマンドデータからスレーブ装置ごとに分割されたデータブロックＡ１群を抽出し、その全てのデータブロックＡ１群に対して全く同一のデータブロックＢ１群を規定数分複製し、これらを規定の順序に配置したパケットデータＰ１を生成するパケットデータ生成部と、前記パケットデータＰ１を入力し、誤り検出用の符号を付加した符号付パケットデータを生成する符号付加部を備え、前記符号付パケットデータを送信部からスレーブ装置の受信部に送信し、前記スレーブ装置は、前記受信部で受信した符号付パケットデータをデータブロックごとに付加された誤り検出符号よりデータ誤りを検出する誤り検出部と、データ誤りのない有効なデータブロックＣ群を受信バッファへと転送する受信データ抽出部と、前記受信データ抽出部から転送された有効なデータブロックＣ群をデータブロックＡ２群とし、データブロックＡ２群に対して全く同一のデータブロックＢ２群を規定数分複製し、これらのデータブロックを規定の順序に配置したパケットデータＰ２を生成し、さらに自身の送信バッファ内からのレスポンスデータとその複製データを付加するパケットデータ生成部と、前記パケットデータ生成部から出力されたデータブロックごとに誤り検出符号を付加する符号付加部を備え、前記パケットデータ生成部は、さらにパケットデータＰ２およびレスポンスデータとその複製データの全てのデータブロックを規定の順序に再配置したパケットデータＰ３を生成する機能を備え、前記符号付加部でパケットデータＰ３内の全てのデータブロックごとに誤り検出符号を付加した符号付パケットデータＰ４を生成し、送信部から相手先の受信部に伝送する通信システム。
2. パケットデータＰ２のオリジナルデータと複製データがともに有効でなかったスレーブ装置のパケットデータ生成部は、レスポンスデータに変えてエラーの発生を示すエラーデータを付加し、マスター装置は、前記エラーデータによりそのスレーブ装置が正常に受信できなかったことを認識する請求項１記載の通信システム。

Images