JP5282806B2 - 通信ネットワークシステム - Google Patents
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Description
本発明は、共通の伝送線路に接続されている複数のノードが通信を行う通信ネットワークシステムに関する。
共通の伝送線路上において複数のノードが送信開始権を持つ場合のアービトレーションを行う方式には、CANやI2C(登録商標)などのドミナント/レセッシブ方式や、Ethernet(登録商標)や無線LANなどで採用されているCSMA/CD,CSMA/CA方式などがある。しかしこれらはイベント駆動型の通信方式を前提としているため、各ノードについて最低通信帯域を保証するリアルタイムシステムには適用できない。リアルタイムシステムについては、決定論的な通信を可能とする時分割方式が、FlexRay(登録商標)やTT(Time Triggered)CANなどで採用されている。
また、特許文献1には、ネットワークノード間で同期した時間管理方式であり、通信サイクルの開始毎にマスタ局より送信される時間情報に応じて、各ノードが自身の通信タイミングを調整する構成が開示されている。
従来の時分割方式の問題点としては、以下のようなものがある。第1に、ノード間で同期した時間管理が必要となり、高精度のクロック信号や同期フレームによって同期調整を行うなど、複雑な機構が必要となる。第2に、スタートアップ時に同期調整のための通信処理が発生するので、起動時間が長くなる。第3に、割り当てられた時間に対応するノードが送信を行わなかった場合に、空きスロットの発生を防止できる柔軟な方式を実現するには、やはり複雑な機構が必要となる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡単な構成でマスタ権を付与する調整制御を柔軟に行い得る通信ネットワークシステムを提供することにある。
請求項1記載の通信ネットワークシステムによれば、マスタノードになり得るマスタ候補ノードは、伝送線路のアイドル時間を測定するアイドル時間測定手段を備え、自身が通信を開始するマスタ権を獲得できる伝送線路のアイドル時間幅が、権利獲得アイドル時間幅としてそれぞれ異なる長さで設定されている。そして、前記マスタ候補ノードは、一度マスタ権を獲得してマスタノードになると、当該マスタ権は、伝送線路のアイドル時間が、自身の権利獲得アイドル時間幅を超えるまで保持される。また、複数のノードの1つはルートノードとして設定され、ルートノードは、伝送線路のアイドル時間が各マスタ候補ノードに割り当てられている最長の権利獲得アイドル時間幅を超えると、次の通信サイクルの開始を示すスタートフレームを送信し、各マスタ候補ノードのアイドル時間測定手段は、スタートフレームを受信するとクリアされる。
以下の説明において、マスタ候補ノードについて、権利獲得アイドル時間幅が短い方から第1ノード,第2ノード,…,第nノードと称する。ルートノードがスタートフレームを送信することで通信サイクルが開始されると、先ず、最短の権利獲得アイドル時間幅が割り当てられている第1ノードが最初にマスタ権を獲得して通信を開始する。第1ノードがマスタとなる通信が終了すると、当該通信サイクルでは第1ノードが再びマスタ権を獲得することはない。そして、伝送線路のアイドル時間が第2ノードの権利獲得アイドル時間幅に達すると、次は第2ノードがマスタ権を獲得して通信を開始する。
以降、順次各マスタ候補ノードがマスタ権を獲得して通信を行い、権利獲得アイドル時間幅が最も長い第nノードによる通信が完了すると、その後の伝送線路のアイドル時間は、第nノードに割り当てられた最長の権利獲得アイドル時間幅を超えて継続する。すると、ルートノードは、その状態を検出して次の通信サイクルの開始を示すスタートフレームを送信する。すなわち、各マスタ候補ノードの権利獲得アイドル時間幅がそれぞれ異なることで、1つの通信サイクル内では、コリジョンが発生することなく各マスタ候補ノードが1回マスタとなる権利が確実に保証される。
また、各マスタ候補ノードが1度獲得したマスタ権は、アイドル時間が自身の権利獲得アイドル時間幅を超えない限りは維持されるので、その制限内で柔軟に通信を行うことができる。そして、例えば第xノードがマスタとなる通信の長さにかかわらず、当該通信が終了すれば、アイドル時間が次の権利獲得アイドル時間幅に達した時点で第(x+1)ノードが通信を開始する。したがって、1つの通信サイクル内で各マスタ候補ノードが1回マスタとなる権利を確実に保証しつつ柔軟な形態で通信を行うことができるので、通信効率の向上を図ることが可能となる。加えて、通信ネットワークに接続されるノードの数が増減した場合でも、それに伴うシステム設定の変更を容易に行うことができる。
請求項2記載の通信ネットワークシステムによれば、各マスタノードは、自身が保持しているマスタ権が最長保持時間を超えると、マスタ権開放手段により自身のマスタ権を開放する。すなわち、柔軟な通信形態を可能にするとしても、1つのマスタ候補ノードがマスタとなって伝送線路を専有する時間が不当に長くなることを回避して、その他のマスタ候補ノードが通信を行う機会をより確実に確保できる。
請求項3記載の通信ネットワークシステムによれば、ルートノードは、通信サイクルの継続時間が予め設定した最短時間を超えると共に、伝送線路のアイドル時間が最長の権利獲得アイドル時間幅を超えることを条件にスタートフレームを送信する。すなわち、通信サイクルの最短時間の経過を条件にスタートフレームを送信することで、バスの通信量が少ない場合に、スタートフレームの送信回数;通信サイクルの実行回数を抑制し、不要な電力消費を低減することができる。
請求項4記載の通信ネットワークシステムによれば、ルートノード以外のノードは、ルートノードにより測定される最長の権利獲得アイドル時間よりも長いアイドル時間を測定し、スタートフレームが送信されず、自身が測定する前記アイドル時間を超えると、当初のルートノードに代わってスタートフレームを送信する。すなわち、ルートノードの機能が割り当てられているノードについても故障が発生する可能性がある。そこで、その他ノードの少なくとも1つが、ルートノードがスタートフレームを送信すべき状況で送信を行わなかったことを検出すると、ルートノードの機能を代替して自身がスタートフレームを送信することで、次の通信サイクルを開始させることができる。
請求項5記載の通信ネットワークシステムによれば、ルートノードの機能を代替するノードを予め複数設定しておき、ルートノードにより測定される最長の権利獲得アイドル時間幅よりも長いアイドル時間を、それぞれ異なる長さについて測定することを定めておけば、それら複数のノード間についても、故障が発生した場合に他のノードによって順次機能を代替させることができる。
請求項6記載の通信ネットワークシステムによれば、マスタノードよりデータの送信を要求されたノード(スレーブノード)は、そのマスタノードがマスタ権を維持している間に自身が応答できないと判断すると、受信側が処理しないデータを送信する。これにより、スレーブノードは、マスタノードのマスタ権を維持させながら、要求されたデータを自身が送信するための時間を確保することができる。
請求項7記載の通信ネットワークシステムによれば、マスタノードは、自身がマスタ権を維持している間にデータが送信できないと判断すると、受信側が処理しないデータを送信する。これにより、マスタノードは、自身のマスタ権を維持しながら、データを送信するための時間を確保することができる。
(第1実施例)
以下、第1実施例について図1ないし図5を参照して説明する。図2は、通信ネットワークシステムの構成を概略的に示すものである。伝送線路1(通信バス)には、複数の通信ノード2A,2B,2C,…が接続されている。各通信ノード2は、通信制御部3と、自身がマスタとして機能する場合に使用するマスタインターフェイス(I/F)4と、スレーブとして機能する場合に使用するスレーブインターフェイス5とを備えている。すなわち本実施例では、全ての通信ノード2がマスタ候補ノードとなっている。
以下、第1実施例について図1ないし図5を参照して説明する。図2は、通信ネットワークシステムの構成を概略的に示すものである。伝送線路1(通信バス)には、複数の通信ノード2A,2B,2C,…が接続されている。各通信ノード2は、通信制御部3と、自身がマスタとして機能する場合に使用するマスタインターフェイス(I/F)4と、スレーブとして機能する場合に使用するスレーブインターフェイス5とを備えている。すなわち本実施例では、全ての通信ノード2がマスタ候補ノードとなっている。
通信ノード2がマスタとして機能する場合は、通信制御部3がマスタインターフェイス4を介してデータを符号化等すると、セレクタ6及び送信バッファ7を介して伝送線路1をドライブすることでデータが送信される。一方、通信ノード2がスレーブとして機能する場合は、伝送線路1上に送信されたデータを、受信バッファ8を介して受信すると、セレクタ6を介してスレーブインターフェイス5により復号化等が行われ、受信データが通信制御部3に入力される。
セレクタ6の切り替え制御は、マスタ権制御部9によって行われる。マスタ権制御部9は、受信バッファ8を介して伝送線路1の状態をモニタすることで、自身のノード2がマスタ権を獲得したか否かを判別し、マスタ権を獲得した場合は、スレーブインターフェイス5を介して出力されるデータをセレクタ6より送信バッファ7に出力させる。その他の場合は基本的にスレーブとして機能するため、受信バッファ8を介して受信したデータを、セレクタ6を介してスレーブインターフェイス5に入力させる。また、マスタ権制御部9より出力される各種信号は、通信制御部3に入力される。
図3ないし図5は、マスタ権制御部9の各機能部分を個別に示したもので、図3はマスタ権獲得制御部9Aを示している。アイドル時間アップカウンタ11(以下、単にカウンタ11と称す;アイドル時間測定手段)は、何れかのマスタにより伝送線路1にデータが送信される毎にリセットされるカウンタであり、そのカウント値は、3つのデータ比較器12,13,14に入力されている。これらのデータ比較器12,13,14は、上記カウンタ値を、レジスタ15,16,17に設定されるレジスタ値と比較する。
尚、図中ではクロック信号線の図示を省略している。また、以下では、伝送線路1にデータ等の出力が行われず、通信が実行されていない状態を「アイドル」と称する。したがって、カウンタ11は伝送線路1のアイドル時間の長さを測定するカウンタである。
レジスタ15には、自身の通信ノード2がマスタ権を獲得するための「権利獲得アイドル時間(Bus Master Obtain Time)」が設定され、カウンタ値がレジスタ値を超えるとデータ比較器12がハイアクティブの信号をRSフリップフロップ18のセット端子Sに出力する。レジスタ16には、自身の通信ノード2が一旦獲得したマスタ権を失う時間である「権利喪失時間(Bus Master Loose Time)」が設定され、カウンタ値がレジスタ値を超えるとデータ比較器13がハイアクティブの信号をRSフリップフロップ19のセット端子Sに出力する。
すなわち、各ノード2は、アイドル時間が「権利獲得アイドル時間」を超えた時点から「権利喪失時間」を超えるまでの間の時間幅(権利獲得アイドル時間幅)でマスタ権の取得が可能となっている。そして、「権利獲得アイドル時間」と「権利喪失時間」とは、各ノード2について時間が異なるように設定される。
すなわち、各ノード2は、アイドル時間が「権利獲得アイドル時間」を超えた時点から「権利喪失時間」を超えるまでの間の時間幅(権利獲得アイドル時間幅)でマスタ権の取得が可能となっている。そして、「権利獲得アイドル時間」と「権利喪失時間」とは、各ノード2について時間が異なるように設定される。
レジスタ17には、通信サイクルの終了を示す時間である「通信終了時間(Bus Cycle End Idle Time)」が設定され、カウンタ値がレジスタ値を超えるとデータ比較器14がハイアクティブの「バスサイクル終了検出」を出力する。尚、データ比較器14及びレジスタ17は、ルートノードとしての機能を設定された通信ノード2のみが備えている。そして、「通信終了時間」は、各通信ノード2における「権利獲得アイドル時間」のうち、最長のものよりも長くなる時間に設定されている。
RSフリップフロップ18,19のリセット端子Rには、ルートノードにより伝送線路1上に出力される「サイクルスタート(スタートフレーム)」が与えられている。そして、RSフリップフロップ18,19の出力端子Qは、ANDゲート20の入力端子にそれぞれ接続されている。但し、RSフリップフロップ19の入力端子は負論理である。そして、ANDゲート20からはマスタ権獲得信号(ハイアクティブ)が出力される。マスタ権獲得信号は、通信制御部3や、後述するマスタ権保持時間測定部9Bに入力される。
したがって、RSフリップフロップ18,19は、伝送線路1上にサイクルスタートが出力されるとリセットされ、カウンタ11のカウント値がレジスタ15のレジスタ値;権利獲得アイドル時間幅を超えるとRSフリップフロップ18がセットされ、ANDゲート20がマスタ権獲得信号をアクティブにする。それから、カウンタ11のカウント値がレジスタ16のレジスタ値;権利喪失時間を超えるとRSフリップフロップ19がセットされ、ANDゲート20がマスタ権獲得信号をインアクティブにする。
尚、「サイクルスタート」については、伝送線路1に特定のデータを送信することに変わりないので、「サイクルスタート」が送信された場合もカウンタ11はリセットされる。
尚、「サイクルスタート」については、伝送線路1に特定のデータを送信することに変わりないので、「サイクルスタート」が送信された場合もカウンタ11はリセットされる。
図4は、マスタ権保持時間測定部9B(マスタ権開放手段)の構成を示している。マスタ獲得ダウンカウンタ(Bus Master Period Count)21には、上述したマスタ権獲得信号がアクティブになったタイミングで、レジスタ22に設定されている「マスタ権開放時間(Bus Master Release Time)」に相当するレジスタ値がロードされる。そして、マスタ獲得ダウンカウンタ21は、カウンタ11に供給されるものと共通のクロック信号によりダウンカウント動作を行う。そのカウント値は比較器22に入力され、比較器22は、カウント値がゼロになると「最大通信時間終了」を出力する。当該信号は、通信制御部3に入力される。尚、以降で説明する各カウンタ等についても、共通のクロック信号で動作することを前提とする。
図5は、バスサイクルスタート制御部9Cの構成を示している。但し、バスサイクルスタート制御部9Cは、ルートノードとしての機能を設定された通信ノード2のみが備えている。バスサイクルカウンタ23(通信サイクル時間測定手段)は、自身がサイクルスタートを出力したタイミングでリセットスタートするカウンタであり、そのカウント値は、データ比較器24に入力されている。
データ比較器24は、上記カウンタ値を、レジスタ25に設定されるレジスタ値と比較する。レジスタ25には、「通信バスサイクル時間(Main Bus Cycle(root)」が設定されており、カウンタ値がレジスタ値を超えるとデータ比較器24がハイアクティブの信号をANDゲート26の一方の入力端子に出力する。ANDゲート26の他方の入力端子には、マスタ権獲得制御部9Aより「バスサイクル終了検出」が与えられている。そして、ANDゲート26より「サイクルスタート」が出力される。すなわち、レジスタ25に設定される「通信バスサイクル時間」は、「通信サイクルの最短時間」を規定している。
次に、本実施例の作用について図1を参照して説明する。図1は、各通信ノード2が伝送線路1を介して通信を行う場合の一例を示すタイムチャートである。(1)ルートノードが「サイクルスタート」を出力すると、マスタ権獲得制御部9Aのカウンタ11がリセットスタートする。そして、レジスタ15に設定されている「権利獲得アイドル時間幅」が最少であるもの、例えば通信ノード2A(NodeA)が最初にマスタ権を獲得し、(2)通信を開始する。すると、それに応じてカウンタ11はリセットされる。通信ノード2Aが通信を開始すると、そのマスタ権は、マスタ権保持時間測定部9Bにおいて測定されている「マスタ権開放時間」を超えない範囲で、すなわち「最大通信時間終了」が出力されるまでは維持される。
(3)通信ノード2Aが通信を終了すると、その時点からカウンタ11がアイドル時間を測定する。そして、アイドル時間が「権利喪失時間」を超えると、RSフリップフロップ19がセットされ、通信ノード2Aの「マスタ権獲得」はインアクティブとなり、マスタ権を喪失する。したがって、アイドル時間が「権利喪失時間」を超えるまでは、通信ノード2Aが再度通信を開始することが可能である。
通信ノード2Aがマスタ権を失った後、より長いアイドル時間が測定されると、「権利獲得アイドル時間幅」が通信ノード2Aに次いで長い通信ノード2B(NodeB)が次にマスタ権を獲得し、(4)通信を開始する。(5)通信ノード2Bが通信を終了すると、その時点からカウンタ11がアイドル時間を測定する。以降に他の通信ノード2が通信を開始しなければ測定されるアイドル時間が長くなり、「通信終了時間」を超えるとマスタ権獲得制御部9Aより「バスサイクル終了検出」が出力される。
通信ノード2Aがマスタ権を失った後、より長いアイドル時間が測定されると、「権利獲得アイドル時間幅」が通信ノード2Aに次いで長い通信ノード2B(NodeB)が次にマスタ権を獲得し、(4)通信を開始する。(5)通信ノード2Bが通信を終了すると、その時点からカウンタ11がアイドル時間を測定する。以降に他の通信ノード2が通信を開始しなければ測定されるアイドル時間が長くなり、「通信終了時間」を超えるとマスタ権獲得制御部9Aより「バスサイクル終了検出」が出力される。
ルートノードは、バスサイクルスタート制御部9Cにおいて、バスサイクルカウンタ23により「サイクルスタート」を出力した時点からのバスサイクル時間を測定している。そして、その時間が「通信バスサイクル時間」を超えると共に、上記の「バスサイクル終了検出」が出力されると、バスサイクルスタート制御部9Cは、次の通信サイクルを開始するため「サイクルスタート」を出力する(6)。次の通信サイクルでは、最初のアイドル時間帯に通信ノード2Aが通信を開始しなかったため、(7)通信ノード2Bがマスタ権を獲得して通信を開始している。
また、例えば(2)において通信ノード2Aが継続して通信を行う長さが「マスタ権開放時間」を超えると、マスタ権保持時間測定部9Bより「最大通信時間終了」が出力される。すると、通信制御部3は、実行中の通信(1フレーム分)を完了した時点で通信を終了する。
以上のように本実施例によれば、各通信ノード2は、伝送線路1のアイドル時間を測定するカウンタ11を備え、自身が通信を開始するマスタ権を獲得できる伝送線路1のアイドル時間幅が、権利獲得アイドル時間幅としてそれぞれ異なる長さで設定し、一度マスタ権を獲得してマスタノードになると、当該マスタ権は、伝送線路1のアイドル時間が、自身の権利獲得アイドル時間幅を超えるまで保持する。また、複数の通信ノード2の1つはルートノードとして設定され、ルートノードは、伝送線路1のアイドル時間が各通信ノード2に割り当てられている最長の権利獲得アイドル時間幅を超えると、次の通信サイクルの開始を示す「サイクルスタート」を送信し、各通信ノード2のカウンタ11を「サイクルスタート」の受信によりクリアするようにした。
すなわち、各通信ノード2の権利獲得時間幅がそれぞれ異なることで、1つの通信サイクル内では、コリジョンが発生することなく各通信ノード2が1回マスタとなる権利が確実に保証される。また、各通信ノード2が1度獲得したマスタ権は、アイドル時間が自身の権利獲得アイドル時間幅を超えない限りは維持されるので、その制限内で柔軟に通信を行うことができる。したがって、1つの通信サイクル内で各通信ノード2が1回マスタとなる権利を確実に保証しつつ柔軟な形態で通信を行うことができるので、通信効率の向上を図ることが可能となる。
また、各通信ノード2は、自身が保持しているマスタ権が最長保持時間を超えると、マスタ権保持時間測定部9Bが「最大通信時間終了」を出力することで自身のマスタ権を開放するようにした。すなわち、柔軟な通信形態を可能にするとしても、1つの通信ノード2がマスタとなって伝送線路1を専有する時間が不当に長くなることを回避して、その他の通信ノード2が通信を行う機会をより確実に確保できる。
更に、ルートノードは、通信サイクルの継続時間が予め設定した「通信バスサイクル時間」を超えると共に、アイドル時間が最長の権利獲得アイドル時間幅を超えることを条件に「サイクルスタート」を送信する。すなわち、前回に「サイクルスタート」を送信して新たな通信サイクルが開始されてから僅かな時間しか経過していないにも関わらず、アイドル時間が最長の権利獲得アイドル時間幅を超える状態になった場合は、伝送線路1に接続されている通信ノード2の数が少ないことが想定される。したがって、通信サイクルの最短時間の経過を条件にスタートフレームを送信することで、伝送線路1の通信量が少ない場合に、スタートフレームの送信回数;通信サイクルの実行回数を抑制し、不要な電力消費を低減することができる。加えて、伝送線路1に接続される通信ノード2の数が増減した場合でも、それに伴うシステム設定の変更を容易に行うことができる。
(第2実施例)
図6及び図7は第2実施例であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図7は図3相当図であり、マスタ権制御部31Aの構成を示す。第2実施例のマスタ権制御部31Aは、第1実施例ではルートノードの機能が割り当てられた通信ノード2だけが備えているとしたデータ比較器14及びレジスタ17に相当するデータ比較器32及びレジスタ33(スタートフレーム代替送信手段)を備えている。そして、レジスタ17には、ルートノードの機能を備えている通信ノード2のレジスタ17に設定されている「通信終了時間」よりも長い「サイクルスタート代替送信時間」が設定されている。
図6及び図7は第2実施例であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図7は図3相当図であり、マスタ権制御部31Aの構成を示す。第2実施例のマスタ権制御部31Aは、第1実施例ではルートノードの機能が割り当てられた通信ノード2だけが備えているとしたデータ比較器14及びレジスタ17に相当するデータ比較器32及びレジスタ33(スタートフレーム代替送信手段)を備えている。そして、レジスタ17には、ルートノードの機能を備えている通信ノード2のレジスタ17に設定されている「通信終了時間」よりも長い「サイクルスタート代替送信時間」が設定されている。
次に、第2実施例の作用について図6を参照して説明する。ルートノードが正常に機能していれば、第1実施例で説明したように(6)のタイミングで「サイクルスタート」が送信される。しかし、例えばルートノードに故障が発生し、(6)のタイミングで「サイクルスタート」が送信されない場合は、マスタ権制御部31Aを備えている他の通信ノード2において、カウンタ11の測定時間が「サイクルスタート代替送信時間」を超える。すると(6)’のタイミングで、当該通信ノード2より「サイクルスタート」が送信される。すなわち、前記通信ノード2がルートノードの機能を代替したことになる。
また、マスタ権制御部31Aを備える通信ノード2が複数あっても良く、その場合、それぞれのレジスタ33に設定される「サイクルスタート代替送信時間」をそれぞれ異なる値に(順次長くなるように)設定することで、ルートノードの機能を順次代替させることが可能となる。更に、マスタ権制御部31Aに、ルートノードと同様に、図5に示す構成を備え、通信サイクルの最短時間を経過していることも条件として「サイクルスタート」送信するように構成しても良い。
以上のように第2実施例によれば、当初のルートノード以外の通信ノード2が、ルートノードにより測定される最長の権利獲得アイドル時間よりも長いアイドル時間;「サイクルスタート代替送信時間」を測定するようにし、「サイクルスタート」が送信されず、自身が測定するアイドル時間が「サイクルスタート代替送信時間」を超えると、当初のルートノードに代わって「サイクルスタート」を送信するようにした。したがって、当初のルートノードに故障等が発生した場合でも、その機能を代替して「サイクルスタート」を送信することで、次の通信サイクルを開始させることができる。
また、ルートノードの機能を代替する通信ノード2を予め複数設定しておき、ルートノードにより測定される最長の権利獲得アイドル時間幅よりも長いアイドル時間を、それぞれ異なる長さについて測定するように構成すれば、それら複数の通信ノード2の間において、故障が発生した場合に順次機能を代替させることができる。
また、ルートノードの機能を代替する通信ノード2を予め複数設定しておき、ルートノードにより測定される最長の権利獲得アイドル時間幅よりも長いアイドル時間を、それぞれ異なる長さについて測定するように構成すれば、それら複数の通信ノード2の間において、故障が発生した場合に順次機能を代替させることができる。
(第3実施例)
図8ないし図10は第3実施例である。図8は通信ノード2Aがマスタ権を獲得し、通信ノード2B,2Cをスレーブとして通信を行う場合を示す。また同図中には、カウンタ11により測定されるアイドル時間の変化と、通信ノード2Aの「権利獲得アイドル時間幅(マスタ権獲得窓)」を示している。図9はマスタである通信ノード2A,図10はスレーブである通信ノード2B,2Cの処理内容を示すフローチャートである。なお、これらは、第3実施例の要部に係る部分のみ示している。
図8ないし図10は第3実施例である。図8は通信ノード2Aがマスタ権を獲得し、通信ノード2B,2Cをスレーブとして通信を行う場合を示す。また同図中には、カウンタ11により測定されるアイドル時間の変化と、通信ノード2Aの「権利獲得アイドル時間幅(マスタ権獲得窓)」を示している。図9はマスタである通信ノード2A,図10はスレーブである通信ノード2B,2Cの処理内容を示すフローチャートである。なお、これらは、第3実施例の要部に係る部分のみ示している。
(1)「サイクルスタート」により通信サイクルが開始され、通信ノード2Aがマスタ権を獲得すると、図9において、通信ノード2Aは、「送信データ有り」と判断すると(ステップS1:YES)、伝送線路1にデータを送信する。図8では(2)通信ノード2Bへのリード要求(RD Req)が送信される。そのリード要求を受信した通信ノード2Bは、(3)通信ノード2Aに対してデータを送信する(リード応答;RD Res)。次に、通信ノード2Aは、送信すべきデータはないが(ステップS1:NO)、マスタ権の保持要求はあるとする(ステップS3:YES)。すなわち、あと少し時間が経過した時点で送信すべきデータの用意が完了する状態にある。
この時、通信ノード2Aは、自身がデータの送信を待機している「待ち時間」を測定しており、その「待ち時間」が「許容時間」未満であれば(ステップS4:YES)ステップS1に戻る。ここでの「許容時間」とは、通信ノード2Aが送信を行わずマスタ権を維持可能な時間であり、「権利喪失時間」未満に設定されている。ステップS4において、(待ち時間)≧(許容時間)になると(YES)、通信ノード2Aは、伝送線路1に「NOP(No Operation)コマンド」を送信し、「待ち時間」を測定するカウンタをリセットして(ステップS5)ステップS1に戻る。
ここでの「NOPコマンド」とは、CPUのコマンドの種類として規定されるNOPコマンドと同様のもので、受信側が処理を行うことなく無視されるコマンドである。図8では(4)で通信ノード2AがNOPコマンドを送信しており、その送信によりカウンタ11による測定はリセットされる。これにより、通信ノード2Aはマスタ権の喪失を免れて通信を継続できる。
続いて、通信ノード2Aは、ステップS1で「送信データ有り」となった時点で(5)通信ノード2Cへのリード要求(RD Req)を送信する。図10において、通信ノード2Cは、リード要求を受信した時点で送信データの準備が完了していれば(YES)データを送信する(ステップS12)。ここで、送信データの準備が完了していなければ(NO)、図9に示すステップS4,S5と同様に自身がデータの送信を待機している「待ち時間」を測定し、その「待ち時間」が「許容時間」未満であれば(ステップS13:YES)ステップS11に戻る。ここでの「許容時間」も、ステップS4と同じ趣旨で設定されている。
そして、ステップS13において(待ち時間)≧(許容時間)になると(YES)、通信ノード2Cは、伝送線路1に「NOPコマンド」を送信し、カウンタをリセットして(ステップS14)ステップS11に戻る。図8では(6)で通信ノード2CがNOPコマンドを送信しており、その送信によりカウンタ11による測定はリセットされる。これにより、通信ノード2Aはマスタ権の喪失を免れて通信を継続できる。それから、通信ノード2Cは、ステップS11で送信データの準備が完了した時点で(7)通信ノード2Aに対してデータを送信する(RD Res)。
以上のように第3実施例によれば、マスタノード;通信ノード2Aは、自身がマスタ権を維持している間にデータが送信できないと判断すると、受信側が処理しないデータであるNOPコマンドを送信する。また、通信ノード2Aよりデータの送信を要求されたスレーブノード;通信ノード2Cは、通信ノード2Aがマスタ権を維持している間に自身が応答できないと判断すると、同様にNOPコマンドを送信するようにした。したがって、通信ノード2Aのマスタ権を維持しながら、データを送信するための時間を確保することができる。
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
ルートノードとなる機能を全ての通信ノードに予め備えておき、初期設定時に指定を行うことで何れか1つがルートノードとなるように設定しても良い。
必ずしも、全てのノードがマスタ候補ノードである必要はなく、スレーブとしての機能しかないノードが存在しても良い。
「サイクルスタート」を送信する場合、通信サイクル時間の経過を条件とする部分は必要に応じて設ければ良い。
通信の仕様上、各ノードの通信時間が所定時間内に完了することが確実である場合は、マスタ権開放手段を設ける必要はない。
ルートノードとなる機能を全ての通信ノードに予め備えておき、初期設定時に指定を行うことで何れか1つがルートノードとなるように設定しても良い。
必ずしも、全てのノードがマスタ候補ノードである必要はなく、スレーブとしての機能しかないノードが存在しても良い。
「サイクルスタート」を送信する場合、通信サイクル時間の経過を条件とする部分は必要に応じて設ければ良い。
通信の仕様上、各ノードの通信時間が所定時間内に完了することが確実である場合は、マスタ権開放手段を設ける必要はない。
図面中、1は伝送線路、2は通信ノード、9Bはマスタ権保持時間測定部(マスタ権開放手段)、11はアイドル時間アップカウンタ(アイドル時間測定手段)、23はバスサイクルカウンタ(通信サイクル時間測定手段)を示す。
Claims (7)
- 共通の伝送線路に接続されている複数のノードが通信を行う通信ネットワークシステムにおいて、
前記複数のノードのうち、マスタノードとなり得るマスタ候補ノードは、前記伝送線路のアイドル時間を測定するアイドル時間測定手段を備え、
前記マスタ候補ノードには、自身が通信を開始するマスタ権を獲得できる前記伝送線路のアイドル時間幅が、権利獲得アイドル時間幅としてそれぞれ異なる長さで設定されており、
一度マスタ権を獲得してマスタノードになると、当該マスタ権は、前記伝送線路のアイドル時間が、自身の前記権利獲得アイドル時間幅を超えるまで保持され、
前記複数のノードの1つは、ルートノードとして設定されており、
前記ルートノードは、前記伝送線路のアイドル時間が各マスタ候補ノードに割り当てられている最長の権利獲得アイドル時間幅を超えると、次の通信サイクルの開始を示すスタートフレームを送信し、
各マスタ候補ノードのアイドル時間測定手段は、前記スタートフレームを受信するとクリアされることを特徴とする通信ネットワークシステム。 - 前記マスタノードは、自身が保持しているマスタ権が最長保持時間を超えると、前記マスタ権を開放するマスタ権開放手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の通信ネットワークシステム。
- 前記ルートノードは、前記スタートフレームの送信を起点とする通信サイクルの継続時間を測定する通信サイクル時間測定手段を備え、
前記通信サイクルの継続時間が予め設定した最短時間を超えると共に、前記伝送線路のアイドル時間が前記最長の権利獲得アイドル時間幅を超えることを条件に、前記スタートフレームを送信することを特徴とする請求項1又は2記載の通信ネットワークシステム。 - 前記ルートノード以外のノードは、前記ルートノードにより測定される最長の権利獲得アイドル時間よりも長いアイドル時間を測定し、
前記スタートフレームが送信されず、自身が測定する前記アイドル時間を超えると、前記ルートノードに代わってスタートフレームを送信することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の通信ネットワークシステム。 - 前記ルートノードに代わるノードは複数存在し、前記ルートノードにより測定される最長の権利獲得アイドル時間幅よりも長いアイドル時間を、それぞれ異なる長さについて測定することを特徴とする請求項4記載の通信ネットワークシステム。
- 前記マスタノードよりデータの送信を要求されたノードは、前記マスタノードがマスタ権を維持している間に自身が応答できないと判断すると、受信側が処理しないデータを送信することを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載の通信ネットワークシステム。
- 前記マスタノードは、自身がマスタ権を維持している間にデータが送信できないと判断すると、受信側が処理しないデータを送信することを特徴とする請求項1ないし6の何れかに記載の通信ネットワークシステム。
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