JP4816664B2

JP4816664B2 - 中継装置

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Publication number: JP4816664B2
Application number: JP2008070031A
Authority: JP
Inventors: 正松本; 誠西川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: JP2009225328A

Description

本発明は、複数のプロトコルを用いて通信を行う通信システムに用いられる中継装置に関するものである。

従来から、伝送路に対して親機および複数台の通信端末（子機）が接続され、各通信端末と親機との間で通信を行う通信システムが知られている。この種の通信システムの一例として、親機が定期的に通信端末の状態を監視し、通信端末の状態に変化（たとえば通信端末に付設されたスイッチのオンオフ）があった場合、その状態変化に対応する処理（たとえば他の通信端末に接続された照明、空調設備等のオンオフ）を行うように親機から他の通信端末に信号を送るものがある（たとえば特許文献１〜３参照）。この通信システムでは、図１１に示すように通信端末Ｙ同士は直接通信を行うことはなく、常に親機Ｘを介して通信を行うことになる。

ただし、上述したような構成では、通信端末Ｙ同士は常に親機Ｘを介して通信を行うものであって、親機Ｘが通信端末Ｙに対してポーリングを行うため通信速度が遅く、たとえばアナログ量（電力量の計量値等）のように比較的データ量の多い情報の伝送には不向きである。また、親機Ｘの故障時などにシステム全体が停止してしまうため、通信システムとしての信頼性が低いという問題もある。

これに対して、伝送路Ｗに接続された通信端末同士がピア・ツー・ピア（以下、Ｐ２Ｐという）で直接通信を行うように構成され、通信速度を向上させることで比較的データ量の多い情報も伝送可能とした通信システムが提案されている。

ここにおいて、通信速度や信頼性の観点からは後者のように通信端末同士が直接通信を行う通信システムが望ましいが、一般的には前者のように親機Ｘを介して通信端末Ｙ同士が通信を行う通信システムが広く普及しているので、既設の通信システムを有効に利用するために、図１２に示すように前者の通信システムと高速通信が可能な後者の通信システムとを混在させた通信システムが考えられる。

図１２の通信システムにおいて、親機Ｘを介して通信する第１通信端末Ｙは第１プロトコルの信号を用いて通信を行うのに対し、互いに直接通信する第２通信端末Ｚは第１プロトコルの信号に同期する形で第１プロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号を用いて通信を行う。ここで、第１プロトコルの信号と第２プロトコルの信号との間には周波数や信号レベル等に差異があるため、第１通信端末Ｙと第２通信端末Ｚとは同一の伝送路に接続されているものの互いに通信を行うことはできない。

ところで、一般的な通信システムにおいては、伝送路長を延長する場合や伝送路に接続される端末の台数が増加する場合に、複数に分割された伝送路間に介在する形で設けられることにより信号の中継を行う中継器が用いられることがある。すなわち、第１および第２の伝送路が中継器を介して接続されている場合、たとえば第１の伝送路から中継器に入力された信号に減衰あるいは反射による波形の歪みが生じていても、この信号を中継器に設けられているアンプやフィルタに通すことにより、前記信号を整形して第２の伝送路に中継することが可能である。
特許第１１８０６９０号公報特許第１１９５３６２号公報特許第１１４４４７７号公報

しかし、図１２の例のように第１プロトコルおよび第２プロトコルを用いて通信が行われる通信システムでは、第１プロトコルに対応した第１プロトコル中継器を設けることで第１プロトコルの信号を中継することはできるものの、第２プロトコルの信号は第１プロトコル中継器のフィルタでカットされ中継器を通過することができない。

また、第１プロトコルおよび第２プロトコルの両方の信号を通過させるように中継器を設計することも考えられるが、この場合、第１プロトコルの信号と第２プロトコルの信号との間には、たとえば周波数の差に起因して中継器を通過する際の遅延時間にずれが生じ、中継後において第２プロトコルの信号が第１プロトコルの信号に同期せず通信エラーとなるおそれがある。

結果的に、第１および第２の伝送路に跨る形で第１プロトコルを用いた通信と第２プロトコルを用いた通信との両方を行うことはできないという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであって、第１プロトコルと第２プロトコルとの両方を用いながらも第１および第２の伝送路に跨る形で通信を行うことが可能となる中継装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、第１プロトコルの信号を通過させる第１プロトコル中継器を介して第１および第２の伝送路が接続されており、各伝送路を伝送される第１プロトコルの信号と第１プロトコルの信号に同期する形で第１プロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われる通信システムに用いられる中継装置であって、第１の伝送路と第２の伝送路との間において第１プロトコル中継器と並列に接続され、一方の伝送路を伝送される信号から第２プロトコルの信号を抽出する抽出手段と、抽出手段で抽出された第２プロトコルの信号の波形を整形する整形手段と、整形手段で整形された第２プロトコルの信号を他方の伝送路を伝送される第１プロトコルの信号に同期させて前記他方の伝送路に送出する重畳手段とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１プロトコル中継器で中継することができない第２プロトコルの信号に関しては、第１プロトコルと並列に接続される中継装置によって第１の伝送路と第２の伝送路との間を中継することができる。しかも、中継装置には、整形手段で整形された第２プロトコルの信号を中継先となる伝送路を伝送される第１プロトコルの信号に同期させて前記中継先の伝送路に送出する重畳手段が備わっているので、中継後において第２プロトコルの信号は第１プロトコルの信号に同期することとなる。したがって、本発明の中継装置を通信システムに用いることで、第１プロトコルと第２プロトコルとの両方を用いながらも、第１および第２の伝送路に跨る形で通信を行うことが可能になるという利点がある。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記抽出手段が、前記第１の伝送路を伝送される信号から前記第２プロトコルの信号を抽出する第１抽出部と、前記第２の伝送路を伝送される信号から第２プロトコルの信号を抽出する第２抽出部とを有し、前記整形手段が、第１抽出部で抽出された第２プロトコルの信号の波形を整形する第１整形部と、第２抽出部で抽出された第２プロトコルの信号の波形を整形する第２整形部とを有し、前記重畳手段が、第１整形部で整形された第２プロトコルの信号を第２の伝送路を伝送される前記第１プロトコルの信号に同期させて第２の伝送路に送出する第１重畳部と、第２整形部で整形された第２プロトコルの信号を第１の伝送路を伝送される第１プロトコルの信号に同期させて第１の伝送路に送出する第１重畳部とを有することを特徴とする。

この構成によれば、第２プロトコルの信号に関して、第１の伝送路から第２の伝送路への中継と、第２の伝送路から第１の伝送路への中継との双方向の中継が可能になる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記第１プロトコルの信号が、周期的に繰り返されるものであって、１周期ごとに前記第２プロトコルのパケットを重畳するのに適した通信適合期間が複数回ずつ設定されており、前記重畳手段が、第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号の通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする。

この構成によれば、第１プロトコルの信号がサイクリックに送信され、且つ第１プロトコルの信号の通信適合期間に第２プロトコルのパケットが重畳される方式を採用した一般的な通信システムに対して、本発明の中継装置を適用することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記重畳手段が、前記第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号のうち、前記抽出手段が第２プロトコルのパケットを抽出した前記通信適合期間と同一のタイミングとなる通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする。

この構成によれば、中継先の第１プロトコルの信号のうち中継元と同一のタイミングとなる通信適合期間に第２プロトコルのパケットが重畳されるので、中継の前後において第１プロトコルの信号に対する第２プロトコルの重畳形態を変える必要がなく、信号変化のトレースや処理が容易になる。

請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記重畳手段が、前記第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号のうち、第２プロトコルのパケットを重畳可能な最先の通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする。

この構成によれば、第１プロトコル中継器での中継時に第１プロトコルの信号に生じる遅延時間と、中継装置での中継時に第２プロトコルのパケットに生じる遅延時間との間にずれがある場合でも、中継先の第１プロトコルの信号のうち最先の通信適合期間に第２プロトコルのパケットが重畳されるので、第２プロトコルのパケットの遅延時間を短く抑えることができる。

請求項６の発明は、請求項３の発明において、前記重畳手段が、前記第２プロトコルのパケットを時間軸方向に細分化し、第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号のうち、細分化後のパケットを重畳可能な最先の通信適合期間から順次細分化後のパケットを送出することを特徴とする。

この構成によれば、第１プロトコル中継器での中継時に第１プロトコルの信号に生じる遅延時間と、中継装置での中継時に第２プロトコルのパケットに生じる遅延時間との間にずれがある場合でも、重畳手段が第２プロトコルのパケットを時間軸方向に細分化してから中継先に送出するので、細分化前のパケットであれば重畳できない程度に短い通信適合期間でも細分化後のパケットを順次送出することができ、結果的に、パケットを細分化しないで中継する場合に比べてパケットの遅延時間を短く抑えることができる。

請求項７の発明は、請求項３ないし請求項６のいずれかの発明において、前記重畳手段が、前記第１および第２のいずれか一方の伝送路を伝送される前記第１プロトコルの信号のタイミングに基づいて、前記第２プロトコルのパケットを送出するタイミングを決定することを特徴とする。

この構成によれば、いずれか一方の伝送路を伝送される第１プロトコルの信号のみを監視することで、第２プロトコルのパケットを送出するタイミングを決定することができるので、第１の伝送路と第２の伝送路との両方を伝送される第１プロトコルの信号をそれぞれ監視する構成に比べて、構成の簡略化を図ることができる。

請求項８の発明は、請求項３ないし請求項７のいずれかの発明において、前記第１プロトコルの信号の１周期ごとに複数回ずつ設定された前記通信適合期間が、中継通信用と非中継通信用とに分類されており、前記重畳手段が、前記第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号における中継通信用の通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする。

この構成によれば、同一の伝送路に接続され第２プロトコルのパケットを用いて通信する複数台の端末は、中継装置が第２プロトコルのパケットを中継している間でも、非中継通信用の通信適合期間を用いることにより互いに通信することができる。

本発明は、第１プロトコルと第２プロトコルとの両方を用いながらも第１および第２の伝送路に跨る形で通信を行うことが可能になるという利点がある。

以下の各実施形態で説明する本発明の中継装置は、図２に示すように伝送路Ｗに接続される親機Ｘと、伝送路Ｗに接続され親機Ｘと通信する複数台（図示例では２台）の第１通信端末Ｙ１，Ｔ２と、伝送路Ｗに接続され互いに直接通信する複数台（図示例では２台）の第２通信端末Ｚ１，Ｚ２とを備えたＮＭＡＳＴ（登録商標）のような通信システムに用いられるものである。以下では、各第１通信端末Ｙ１，Ｙ２を区別しないときにはこれらをまとめて第２通信端末Ｙと呼び、各第２通信端末Ｚ１，Ｚ２を区別しないときには第２通信端末Ｚと呼ぶ。

以下、この通信システムの構成について説明する。

複数台の第１通信端末Ｙは、親機Ｘに対して２線式の伝送路Ｗによって並列接続されており、親機Ｘおよび第１通信端末Ｙは、親機Ｘから第１通信端末Ｙへのデータ伝送と第１通信端末Ｙから親機Ｘへのデータ伝送とが時分割で行われる時分割多重伝送システム（以下、基本システムという）を構築する。

基本システムにおいて、第１通信端末Ｙは、スイッチやセンサ等（図示せず）を付設した監視端末器と、負荷（図示せず）を付設した制御端末器との２種類に分類される。これにより、監視端末器に付設したスイッチやセンサ等からの第１監視情報に応じて、制御端末器に付設した負荷を制御することが可能となる。ここで、第１通信端末Ｙにはそれぞれアドレス（識別子）が設定されており、監視端末器は第１監視情報を受けると親機Ｘに対して第１監視情報に対応した制御情報を伝送し、親機Ｘは制御情報を受け取るとアドレスによって前記監視端末器と対応付けられている制御端末器に対して制御情報を伝送し、制御端末器は制御情報を受け取ると当該制御情報に従って負荷を制御する。負荷を制御するための制御情報は第１監視情報を反映しているから、監視端末器と制御端末器との間に親機Ｘが介在しているものの、制御情報が伝送路を通して伝送されることにより第１監視情報が負荷の制御に反映されることになる。

次に、基本システムの動作について説明する。

親機Ｘは、伝送路Ｗに対して図３に示すような形式の電圧波形からなる伝送信号を送出する。すなわち、伝送信号は、後述の割込信号を検出するための割込パルス期間Ａと、後述の割込パルス期間Ｅおよび短絡検出期間Ｆに合わせて設定された予備期間Ｂと、第１通信端末Ｙにデータを伝送するための信号送信期間Ｃと、第１通信端末Ｙからの返送信号を受信するタイムスロットである信号返送期間Ｄと、割込信号を検出するための割込パルス期間Ｅと、短絡を検出するための短絡検出期間Ｆと、処理が間に合わないときの予備領域期間Ｇとからなる複極（±２４Ｖ）の時分割多重信号であり、パルス列からなるキャリアをパルス幅変調することによってデータを伝送するものである。

各第１通信端末Ｙでは、伝送路Ｗを介して受信した伝送信号の信号送信期間Ｃに含まれるアドレスデータがそれぞれに設定されているアドレスに一致すると、伝送信号から負荷を制御するための制御情報を取り込むとともに、伝送信号の信号返送期間Ｄに同期して制御情報を電流モードの信号（伝送路Ｗを適当な低インピーダンスを介して短絡することにより送出される信号）として返送する。また、第１通信端末Ｙの内部回路の電源は、伝送路Ｗを介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される。

親機Ｘは、常時は伝送信号に含まれるアドレスデータをサイクリックに変化させて第１通信端末Ｙに順次アクセスする常時ポーリングを行う。常時ポーリングの際には、伝送信号に含まれるアドレスデータが自己のアドレスに一致した第１通信端末Ｙは、伝送信号に制御情報が含まれていれば制御情報を取り込んで動作し、自己の動作状態を伝送ユニットに返送する。

一方、親機Ｘは、いずれかの監視端末器（第１通信端末Ｙ）において第１監視情報に対応して発生する割込信号を受信したときに、当該割込信号を発生した第１通信端末Ｙを検索した後、その第１通信端末Ｙにアクセスして第１監視情報に呼応した制御情報を返送させる割込ポーリングも行う。

すなわち、親機Ｘにおいては、常時はアドレスデータをサイクリックに変化させた伝送信号を伝送路Ｗに送出する常時ポーリングを行い、監視端末器（第１通信端末Ｙ）で発生した割込信号を伝送信号の割込パルス期間Ａあるいは割込パルス期間Ｅに同期して検出すると、モードデータを割込ポーリングモードとした伝送信号を送出する。割込信号を発生した第１通信端末Ｙは、割込ポーリングモードの伝送信号のアドレスデータの上位ビットが自己のアドレスの上位ビットに一致していれば、その伝送信号の信号返送期間Ｄに同期して自己のアドレスの下位ビットを返送データとして返送する。これにより親機Ｘでは割込信号を発生した第１通信端末Ｙのアドレスを取得できる。

割込信号を発生した第１通信端末Ｙのアドレスが親機Ｘで取得されると、親機Ｘは当該第１通信端末Ｙに対して制御情報の返送を要求する伝送信号を送出し、第１通信端末Ｙは第１監視情報に対応した制御情報を親機Ｘに返送する。親機Ｘは制御情報を受け取ると、該当する第１通信端末Ｙの第１監視情報をクリアするように指示を与え、当該第１通信端末Ｙでは第１監視情報のクリアを返送する。

制御情報を受け取った親機Ｘは、当該制御情報の発信元の第１通信端末（監視端末器）Ｙとアドレスの対応関係によって対応付けられている第１通信端末（制御端末器）Ｙへ送信する制御情報を生成し、この制御情報を含む伝送信号を伝送路Ｗに送出して前記第１通信端末（制御端末器）Ｙに付設した負荷を制御する。

上述した基本システムでは、ポーリング・セレクティング方式のプロトコル（以下、第１プロトコルという）に従い、親機Ｘを介して第１通信端末（監視端末器、制御端末器）Ｙ同士が通信を行うこととなる。

ところで、図２に示す通信システムでは、複数台の第２通信端末Ｚが、上記基本システムと伝送路Ｗを共用するように前記伝送路Ｗを介して互いに並列接続されている。一方の第２通信端末Ｚ１には、第２通信端末Ｚ間で伝送される第２監視情報を出力する被監視機器１１が接続され、他方の第２通信端末Ｚ２には、前記第２監視情報を第２通信端末Ｚから取得する監視装置１２が接続されている。

すなわち、伝送路Ｗを介した通信（データ伝送）を行うのは第２通信端末Ｚであるが、伝送するデータ（第２監視情報）を生成するのは被監視機器１１であって、受信したデータを処理するのは監視装置１２である。ここに、第２通信端末Ｚは各々に接続された被監視機器１１あるいは監視装置１２からのデータを変換し伝送路Ｗ上に送出することで通信を行うアダプタとして機能する。被監視機器１１や監視装置１２は、定期的に通信を行うことによって第２通信端末Ｚとデータの授受を行う。なお、被監視機器１１の一例としては基本システムで制御される照明器具の消費電力を計量する電力計測器が考えられ、監視装置１２の一例としては電力計測器で計量された消費電力を表示する検針装置がある。

ここで、第２通信端末Ｚは、上述した第１プロトコルとは異なるプロトコル（以下、第２プロトコルという）に従って、親機Ｘを介することなくデータ（第２監視情報）を他の第２通信端末Ｚに伝送する機能を有している。第１プロトコルの信号と第２プロトコルの信号との間には周波数や信号レベル等に差異があるため、第１通信端末Ｙと第２通信端末Ｚとは同一の伝送路Ｗに接続されているものの、互いに通信を行うことはできない。

具体的には、第２通信端末Ｚは、他の第２通信端末Ｚに伝送すべきデータを含んだパケットを第２プロトコルに従って伝送信号に重畳させて伝送路Ｗに送出し、且つ他の第２通信端末Ｚが送信した第２プロトコルのパケットを受信する。つまり、第１プロトコルによる第１通信端末Ｙ同士の通信は上述したように親機Ｘを介して行われるのに対し、第２プロトコルによる第２通信端末Ｚ同士の通信は第２通信端末Ｚ間で直接行われるものであって親機Ｘには依存しない。そのため、第２プロトコルによる通信は、第１プロトコルによる通信に比べて通信速度を高速化できるものであって、たとえばアナログ量（電力量の計量値等）のように比較的データ量の多い情報の伝送に用いられる。

また、第２通信端末Ｚは、基本システムの親機Ｘと第１通信端末Ｙとの間で伝送される第１プロトコルの伝送信号を監視し、この伝送信号から第１プロトコルのデータ伝送状況（以下、ステートという）を解析するとともに、ステートが第２プロトコルのパケットの伝送に適した状況にあるか否かを判定し、伝送に適していると判断したタイミングでパケットを送信する機能を具備している。

すなわち、基本システムで使用する第１プロトコルにおいては、パルス列からなるキャリアをパルス幅変調した伝送信号を伝送しており、この伝送信号に第２プロトコルのパケットを重畳するに当たっては、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している期間に重畳することが望ましい。しかしながら、伝送信号は図３に示すような信号フォーマットを採用しており、予備期間Ｂや短絡検出期間Ｆや予備領域期間Ｇは、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している時間が相対的に長いからパケットを伝送するのに適した期間（以下、通信適合期間という）と考えられるものの、その他の期間は、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している時間が相対的に短いことや、第１プロトコルによる親機Ｘと第１通信端末Ｙとの間の信号（割込信号や返送データ）の伝送の影響を受けやすいことなどからパケットを伝送するのに適さない期間（以下、通信不適合期間という）と考えられる。また、伝送信号の立ち上がりおよび立ち下がりの期間も、高調波ノイズの影響や信号の電圧反転に伴う過渡応答の影響などにより通信不適合期間とみなすことができる。

そこで、第２通信端末Ｚは伝送信号のステートを解析し、その解析結果（伝送信号のステート）に基づいて通信適合期間か通信不適合期間かの判定を行い、通信適合期間と判断したときに限って第２プロトコルのパケットを送出するように構成されている。このように第１プロトコルの伝送信号に同期させる形で伝送信号に第２プロトコルのパケットを重畳させることにより、共通の伝送路Ｗを使用する第１プロトコルの通信と第２プロトコルの通信との干渉を避けることができる。ここで、第２通信端末Ｚは、送信データのデータ量が多く一度の通信適合期間内で送信しきれなかった場合には、当該通信適合期間の終了に合わせて通信を中断し、次回の通信適合期間に残りのデータを送信する。

なお、第２通信端末Ｚの各部への電源供給は、基本システムの第１通信端末Ｙと同様に親機Ｘから伝送路Ｗを介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される方式（集中給電方式）によって為される構成とするが、商用電源を整流し安定化することによって供給される方式（ローカル給電方式）で為されるようにしてもよい。

（実施形態１）
本実施形態の中継装置１は、図４に示すように、上述した構成の通信システムにおいて親機Ｘが接続された第１の伝送路Ｗ１に対して第２の伝送路Ｗ２を付加する場合に、第１の伝送路Ｗ１と第２の伝送路Ｗ２との間に挿入されるものである。以下では、各伝送路Ｗ１，Ｗ２を区別しないときにはこれらをまとめて伝送路Ｗと呼ぶ。

図４の例では、監視装置１２を接続した第２通信端末Ｚ１と被監視機器１１を接続した第２通信端末Ｚ２とが第１の伝送路Ｗ１に接続され、被監視機器１１を接続した第２通信端末Ｚ３が第２の伝送路Ｗ２に接続されている。監視装置１２は、第２通信端末Ｚに接続されることで第２通信端末Ｚと通信するとともに、第１の伝送路Ｗ１に接続されることで第１プロトコルの通信も可能になるものとする。ここに、監視装置１２と親機Ｘとはそれぞれ第２プロトコルの信号に対して高インピーダンスとなる高入力インピーダンスモジュール２を介して第１の伝送路Ｗ１に接続されている。なお、図４では第１通信端末Ｙの図示を省略している。

ここで、第１の伝送路Ｗ１と第２の伝送路Ｗ２との間には、第１プロトコルの伝送信号を中継するための第１プロトコル中継器３が挿入されており、中継装置１は第１プロトコル中継器３と並列に接続される。第１プロトコル中継器３は、伝送信号を増幅するアンプ（図示せず）および伝送信号を抽出するフィルタ（図示せず）を具備し、第１の伝送路Ｗ１側から入力される伝送信号に減衰あるいは反射による波形の歪みが生じていても、前記伝送信号を整形して第２の伝送路Ｗ２に中継できるものであって、伝送路長を延長する場合や伝送路に接続される端末の台数が増加して親機Ｘの給電応力が不足した場合などに用いられる。

ただし、第１プロトコル中継器３は第１プロトコルの伝送信号のみを通過させるものであって、第２プロトコルのパケット（信号）は第１プロトコル中継器３を通過することはない。そこで、第１の伝送路Ｗ１と第２の伝送路Ｗ２との間で第２プロトコルのパケットを中継するためには、本実施形態の中継装置１が必要となる。

中継装置１は、図１に示すように、一方の伝送路Ｗを伝送される信号（第２プロトコルの信号が重畳された伝送信号）から第２プロトコルの信号を抽出する抽出手段４と、抽出された第２プロトコルの信号の波形を整形する整形手段５と、波形整形後の第２プロトコルの信号を他方の伝送路Ｗに送出する重畳手段６とを備えている。さらに、中継装置１には、第２プロトコルのパケットの送出先（以下、中継先という）となる伝送路Ｗを伝送される第１プロトコルの伝送信号を監視する監視部７が設けられている。

ここで、整形手段５は、信号を増幅するアンプ（図示せず）や所定周波数の信号を通過させるフィルタ（図示せず）を具備し、伝送路長が長くなることで信号が減衰した場合や、反射によって信号の波形が歪んだ場合などに、前記信号をアンプやフィルタに通すことで信号波形の整形を行うものである。なお、実際には整形手段５にシュミット回路を設け、シュミット回路によりさらに波形整形を行うことが望ましい。

また、重畳手段６は、監視部７によって監視される伝送信号を用いて中継先の伝送路Ｗにおける第１プロトコルの伝送状況（ステート）を解析するとともに、このステートが第２プロトコルのパケットの伝送に適した状況にあるか否かを判定し、伝送に適していると判断したタイミングでパケットを送信する機能を有する。重畳手段６から中継先の伝送路Ｗにパケットを送出するタイミングは、伝送信号のうち所定の通信適合期間内にパケットが重畳されるように決定されるものとするが、これに限らず、たとえば伝送信号の所定のタイミングでパケットの送出を開始させることも考えられる。

上記構成によれば、中継装置１はたとえば図５に示すフローチャートに従って動作する。すなわち、通信システムが起動すると（Ｓ１）、監視部７で第１プロトコルの伝送信号を受信し（Ｓ２）、その後、抽出手段４にて伝送路Ｗから第２プロトコルのパケットを受信するまで待機する（Ｓ３）。抽出手段４がパケットを受信すると、重畳手段６は、監視部７によって監視される伝送信号に基づいて前記パケットを中継先の伝送路Ｗに送出するタイミングを決定し、このタイミングまで待機する（Ｓ４，Ｓ５）。前記パケットの送出タイミングになると重畳手段６がパケットを中継先の伝送路Ｗに送出し（Ｓ６）、パケットの送出が完了すれば（Ｓ７）第２プロトコルの受信待ちの処理（Ｓ３）に戻る。

ここにおいて、本実施形態では第１および第２のいずれの伝送路Ｗを第２プロトコルのパケットの抽出元（以下、中継元という）とする場合でも、抽出したパケットを他方の伝送路Ｗに中継することができるように、以下の構成を採用している。

要するに、抽出手段４には、第１の伝送路Ｗ１側からパケットを抽出する第１抽出部４ａと、第２の伝送路Ｗ２側からパケットを抽出する第２抽出部４ｂとが設けられ、整形手段５には、第１抽出部４ａで抽出されたパケットの波形整形を行う第１整形部５ａと、第２抽出部４ｂで抽出されたパケットの波形整形を行う第２整形部５ｂとが設けられ、また、重畳手段６には、第１整形部５ａの出力パケットを第２の伝送路Ｗ２に送出する第１重畳部６ａと、第２整形部５ｂの出力パケットを第１の伝送路Ｗ１に送出する第２重畳部６ｂとが設けられている。

さらに、監視部７に関しても、第１重畳部６ａにおいて中継先である第２の伝送路Ｗ２にパケットを送出するタイミングを決定するために用いられる伝送信号（つまり、第２の伝送路Ｗ２を伝送される伝送信号）を監視する第１監視部７ａと、第２重畳部６ｂにおいて中継先である第１の伝送路Ｗ１にパケットを送出するタイミングを決定するために用いられる伝送信号（つまり、第１の伝送路Ｗ１を伝送される伝送信号）を監視する第２監視部７ｂとに分割されている。これにより、図１においてパケットの流れを一点鎖線で示すように第１の伝送路Ｗ１から第２の伝送路Ｗ２への中継と、図１においてパケットの流れを二点鎖線で示すように第２の伝送路Ｗ２から第１の伝送路Ｗ１への中継との双方向の中継が可能となる。ただし、以下では第１の伝送路Ｗ１から第２の伝送路Ｗ２にパケットを中継する場合を例として説明する。

ところで、第１プロトコルの伝送信号には第１プロトコル中継器３を通過する際に遅延時間が発生し、第２プロトコルのパケットには中継装置１を通過する際に遅延時間が発生するが、第１プロトコルの伝送信号と第２プロトコルのパケットとの間では、たとえば周波数の差に起因して遅延時間にずれが生じることがある。そのため、仮に重畳手段６が第２プロトコルのパケットを整形手段５から受け取ってすぐに中継先の伝送路Ｗに送出してしまうと、図６に示すように、中継先の信号においては第１プロトコルの伝送信号と第２プロトコルのパケットＰとの間で時間軸方向にずれが生じ、同期がとれずに通信エラーを生じる可能性がある。図６の例では、第１プロトコルの伝送信号の遅延時間に比べて第２プロトコルのパケットＰの遅延時間が長いため、中継先である第２の伝送路Ｗ２において第１プロトコルの伝送信号の変化点（通信不適合期間）に第２プロトコルのパケットＰが重なり、第２プロトコルを用いた通信が不成立となる。

そこで、本実施形態では、第１プロトコルの伝送信号が上述したように周期的に繰り返されるものであって、且つ１周期ごとに第２プロトコルのパケットＰを重畳するのに適した通信適合期間（予備期間Ｂや短絡検出期間Ｆや予備領域期間Ｇ）が複数回ずつ設定されている点に着眼し、重畳手段６が中継先の伝送路Ｗに対して第２プロトコルのパケットＰを送出するタイミングを以下のように決定している。

すなわち、重畳手段６は、中継元の伝送信号のうち抽出手段４が第２プロトコルのパケットＰを抽出した通信適合期間と同一のタイミングになる通信適合期間を、監視部７にて監視されている中継先の伝送信号の中から選択し、選択された通信適合期間内に前記パケットＰを送出するようにパケットＰの送出タイミングを決定している。

たとえば図７に示すように、中継元である第１の伝送路Ｗ１において伝送信号の予備期間Ｂと短絡検出期間Ｆと予備領域期間Ｇとのそれぞれに分かれてパケットＰが重畳されている場合、重畳手段６は、このパケットＰが中継先である第２の伝送路Ｗ２においても伝送信号の予備期間Ｂと短絡検出期間Ｆと予備領域期間Ｇとのそれぞれに重畳されるようにパケットＰの送出タイミングを決定する。ここでは、図６で示したように第１プロトコルの伝送信号の遅延時間よりも第２プロトコルのパケットＰの遅延時間が長いため、抽出手段４にてパケットＰを受信した時点から伝送信号の１周期分待機後にパケットＰを送出することで、中継元の伝送信号の通信適合期間と同一タイミングの通信適合期間にパケットＰを送出することを可能としている。

このように、中継先の伝送信号のうち、中継元の伝送信号においてパケットＰが抽出された通信適合期間と同一タイミングとなる通信適合期間にパケットＰを重畳させることは、信号変化のトレースや中継処理が容易になる点で有利である。なお、中継元の伝送信号のうち抽出手段４が第２プロトコルのパケットＰを抽出した通信適合期間は、たとえば、中継元の伝送信号を監視している監視部７において検出することができる。

以上説明した構成によれば、本実施形態の中継装置１にて中継される第２プロトコルのパケットＰは、中継先の伝送路Ｗにおいて第１プロトコルの伝送信号に同期する形で当該伝送信号に重畳されることとなるので、中継元および中継先の両伝送路Ｗに跨って第１プロトコルを用いた通信と第２プロトコルを用いた通信との両方が可能になる。

（実施形態２）
本実施形態の中継装置１は、重畳手段６が中継先の伝送路Ｗに対して第２プロトコルのパケットＰを送出するタイミングが実施形態１の中継装置１と相違するものである。

すなわち、本実施形態では、重畳手段６は整形後のパケットＰを送出可能な最先の通信適合期間を中継先の伝送信号の中から選択し、選択された通信適合期間内に前記パケットＰを送出するようにパケットＰの送出タイミングを決定する。

たとえば図８に示すように、中継元である第１の伝送路Ｗ１において伝送信号の予備期間Ｂと短絡検出期間Ｆと予備領域期間Ｇとのそれぞれに分かれてパケットＰが重畳されている場合、重畳手段６は、このパケットＰが中継先である第２の伝送路Ｗ２においては伝送信号のうち予備期間Ｂの次の通信適合期間である短絡検出期間Ｆと、短絡検出期間Ｆの次の通信適合期間である予備領域期間Ｇと、予備領域期間Ｇの次の通信適合期間である予備期間Ｂとのそれぞれに重畳されるようにパケットＰの送出タイミングを決定する。

このように、中継先の伝送信号のうち、整形後のパケットＰを送出可能な最先の通信適合期間にパケットＰを重畳させることで、実施形態１の構成に比べて中継装置１を通過する際のパケットＰの遅延時間を短く抑えることが可能である。具体的には、実施形態１で示した図７の例では中継装置１を通過する際のパケットＰの遅延時間が伝送信号の１周期以上であるのに対し、図８の例では中継装置１を通過する際のパケットＰの遅延時間は伝送信号の１周期より短く抑えられる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の中継装置１は、重畳手段６が整形後のパケットＰを時間軸方向に細分化し、細分化後のパケットＰを重畳可能な最先の通信適合期間から順次、細分化後のパケットＰを送出する点が実施形態２の中継装置１と相違する。

すなわち、たとえば図９に示すように、中継元である第１の伝送路Ｗ１において伝送信号の予備期間Ｂと短絡検出期間Ｆと予備領域期間Ｇとのそれぞれに分かれてパケットＰが重畳されている場合、重畳手段６は、中継先である第２の伝送路Ｗ２において第１プロトコルの伝送信号のうち予備期間Ｂから順次パケットＰが重畳されるようにパケットＰの送出タイミングを決定する。このとき、第１プロトコルの伝送信号の遅延時間よりも第２プロトコルのパケットＰの遅延時間が長ければ、図示例のように予備期間Ｂの途中からパケットＰの送出が開始することとなるので、重畳手段６は、細分化されたパケットＰを前記予備期間Ｂの残りの期間内で重畳可能な分だけ重畳させ、以降の通信適合期間（短絡検出期間Ｆ、予備領域期間Ｇ、予備期間Ｂ）でも同様に細分化されたパケットＰを順次重畳させる。

このように、中継先の伝送信号のうち、細分化後のパケットＰを送出可能な通信適合期間に細分化後のパケットＰを順次割り振ることにより、実施形態２の構成に比べて中継装置１を通過する際のパケットＰの遅延時間を一層短く抑えることが可能である。具体的には、実施形態２で示した図８の例に比べると、図９の例では中継装置１を通過する際のパケットＰの遅延時間は予備期間Ｂの半分程度短縮される。

その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

（実施形態４）
本実施形態の中継装置１は、重畳手段６が第１および第２のいずれか一方の伝送路Ｗを伝送される伝送信号の伝送状況（ステート）に基づいて、第２プロトコルのパケットＰの送出タイミングを決定する点が実施形態１の中継装置１と相違する。

すなわち、第１の伝送路Ｗ１を伝送される伝送信号と第２の伝送路Ｗ２を伝送される伝送信号との間には、伝送信号が第１プロトコル中継器３で中継される際に発生する遅延時間の分だけ時間差が生じることになるものの、前記遅延時間が通信適合期間に比べて十分に短い場合には、一方の伝送路Ｗ上の伝送信号から他方の伝送路Ｗ上の伝送信号のステートを推測することができる。したがって、第２の伝送路Ｗ２を伝送される伝送信号を監視する第１監視部７ａと、第１の伝送路Ｗ１を伝送される伝送信号を監視する第２監視部７ｂとのいずれか一方を省略することが可能となる。

たとえば第１監視部７ａが省略されている場合において、第１の伝送路Ｗ１から第２の伝送路Ｗ２へパケットＰを中継するに当たっては、重畳手段６は、第２監視部７ｂにより監視される第１の伝送路Ｗ１上の伝送信号に基づいて、中継先である第２の伝送路Ｗ２上の伝送信号のステートを推測し、パケットＰを送出するタイミングを決定する。

本実施形態の構成によれば、第１監視部７ａと第２監視部７ｂとの一方を省略することができるから、第１監視部７ａと第２監視部７ｂとの両方を具備する場合に比べて構成を簡略化することができ、処理も簡単になるという利点がある。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態５）
本実施形態の中継装置１は、伝送信号の１周期ごとに複数回ずつ設定された通信適合期間を中継通信用と非中継通信用とに分類し、重畳手段６が中継通信用の通信適合期間内にのみパケットＰの重畳を行うものとした点が実施形態１の中継装置１と相違する。

すなわち、たとえば図１０に示すように第１の伝送路Ｗ１に３台の第２通信端末Ｚ１〜Ｚ３が接続され且つ第２の伝送路Ｗ２に１台の第２通信端末Ｚ４が接続されている場合においては、第１の伝送路Ｗ１側の２台の第２通信端末Ｚ１，Ｚ２が中継装置１を介すことなく互いに通信するとともに、第１の伝送路Ｗ１側の残りの第２通信端末Ｚ３と第２の伝送路Ｗ２側の第２通信端末Ｚ４とが互いに中継装置１を介して通信することがある。このとき、仮に、中継装置１が第１プロトコルの伝送信号の１周期ごとに複数回ずつ設定された通信適合期間の全てを使用してパケットＰの中継を行うと、中継装置１を介さずに第２プロトコルで通信する第２通信端末Ｚ１，Ｚ２は、中継装置１でパケットＰが中継されている間には通信を行うことができず、第２通信端末Ｚ３，Ｚ４間の通信が終了するまで待機しなければならなくなる。

そこで、本実施形態では図１０に示すように、伝送信号の通信適合期間を中継通信用と非中継通信用とに分類し、重畳手段６は中継通信用の通信適合期間内にのみパケットＰの重畳を行うものとする。図１０の例では、上述したように通信適合期間となる予備期間Ｂと短絡検出期間Ｆと予備領域期間Ｇとに加え、信号返送期間Ｄを通信適合期間としており、これら通信適合期間のうち、予備期間Ｂと短絡検出期間Ｆと予備領域期間Ｇとを非中継通信用に分類し、残りの信号返送期間Ｄを中継通信用に分類してある。なお、ここでは、第１通信端末Ｙからの返送信号を受信するタイムスロットである信号返送期間Ｄを通信適合期間として利用するために、信号返送期間Ｄ手前の割込パルス期間Ｅに擬似的な第１プロトコルの割込信号を発生して、親機Ｘからの伝送信号を割込ポーリングモードとすることにより信号返送期間Ｄにおいて第１プロトコルの通信が行われることがないようにし、第２プロトコルの通信用の帯域を確保する。

上記構成により、中継装置１を介さずに行われる第２通信端末Ｚ１，Ｚ２間の通信と、中継装置１を介して行われる第２通信端末Ｚ３，Ｚ４間の通信との両方を伝送信号の１周期の間に実行することができる。したがって、中継装置１を介さずに第２プロトコルで通信する第２通信端末Ｚ１，Ｚ２に関しては、第２通信端末Ｚ３，Ｚ４間の通信が終了するまで待つ必要がなく、結果的に通信速度が向上するという利点がある。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

なお、上記各実施形態で説明した中継装置１の各部への電源供給は、第２通信端末Ｚと同様に親機Ｘから伝送路Ｗを介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される方式（集中給電方式）によって為される構成とするが、商用電源を整流し安定化することによって供給される方式（ローカル給電方式）で為されるようにしてもよい。

本発明の実施形態１の中継装置の構成を示す概略ブロック図である。同上の中継装置が用いられる通信システムの概略システム構成図である。同上で用いる伝送信号の形式の説明図である。同上の中継装置を用いた通信システムの概略システム構成図である。同上の中継装置の動作を示すフローチャートである。同上の中継元の信号と中継先の信号との関係を示す説明図である。同上の中継元の信号と中継先の信号との関係を示す説明図である。本発明の実施形態２における中継元の信号と中継先の信号との関係を示す説明図である。本発明の実施形態３における中継元の信号と中継先の信号との関係を示す説明図である。本発明の実施形態５の中継装置を用いた通信システムの概略システム構成図および伝送信号の説明図である。従来例を示す概略システム構成図である。他の従来例を示す概略システム構成図である。

符号の説明

１中継装置
３第１プロトコル中継器
４抽出手段
４ａ第１抽出部
４ｂ第２抽出部
５整形手段
５ａ第１整形部
５ｂ第２整形部
６重畳手段
６ａ第１重畳部
６ｂ第２重畳部
Ｐパケット
Ｗ１第１の伝送路
Ｗ２第２の伝送路

Claims

第１プロトコルの信号を通過させる第１プロトコル中継器を介して第１および第２の伝送路が接続されており、各伝送路を伝送される第１プロトコルの信号と第１プロトコルの信号に同期する形で第１プロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われる通信システムに用いられる中継装置であって、第１の伝送路と第２の伝送路との間において第１プロトコル中継器と並列に接続され、一方の伝送路を伝送される信号から第２プロトコルの信号を抽出する抽出手段と、抽出手段で抽出された第２プロトコルの信号の波形を整形する整形手段と、整形手段で整形された第２プロトコルの信号を他方の伝送路を伝送される第１プロトコルの信号に同期させて前記他方の伝送路に送出する重畳手段とを備えることを特徴とする中継装置。
前記抽出手段は、前記第１の伝送路を伝送される信号から前記第２プロトコルの信号を抽出する第１抽出部と、前記第２の伝送路を伝送される信号から第２プロトコルの信号を抽出する第２抽出部とを有し、前記整形手段は、第１抽出部で抽出された第２プロトコルの信号の波形を整形する第１整形部と、第２抽出部で抽出された第２プロトコルの信号の波形を整形する第２整形部とを有し、前記重畳手段は、第１整形部で整形された第２プロトコルの信号を第２の伝送路を伝送される前記第１プロトコルの信号に同期させて第２の伝送路に送出する第１重畳部と、第２整形部で整形された第２プロトコルの信号を第１の伝送路を伝送される第１プロトコルの信号に同期させて第１の伝送路に送出する第１重畳部とを有することを特徴とする請求項１記載の中継装置。
前記第１プロトコルの信号は、周期的に繰り返されるものであって、１周期ごとに前記第２プロトコルのパケットを重畳するのに適した通信適合期間が複数回ずつ設定されており、前記重畳手段は、第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号の通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の中継装置。
前記重畳手段は、前記第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号のうち、前記抽出手段が第２プロトコルのパケットを抽出した前記通信適合期間と同一のタイミングとなる通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする請求項３記載の中継装置。
前記重畳手段は、前記第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号のうち、第２プロトコルのパケットを重畳可能な最先の通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする請求項３記載の中継装置。
前記重畳手段は、前記第２プロトコルのパケットを時間軸方向に細分化し、第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号のうち、細分化後のパケットを重畳可能な最先の通信適合期間から順次細分化後のパケットを送出することを特徴とする請求項３記載の中継装置。
前記重畳手段は、前記第１および第２のいずれか一方の伝送路を伝送される前記第１プロトコルの信号のタイミングに基づいて、前記第２プロトコルのパケットを送出するタイミングを決定することを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の中継装置。
前記第１プロトコルの信号の１周期ごとに複数回ずつ設定された前記通信適合期間は、中継通信用と非中継通信用とに分類されており、前記重畳手段は、前記第２プロトコルのパケットの送出先となる前記伝送路を伝送される第１プロトコルの信号における中継通信用の通信適合期間内に第２プロトコルのパケットを送出することを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の中継装置。