JP5544002B2 - 通信システムおよび重畳通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、伝送ユニットから伝送路に繰り返し送出される伝送信号を用いて通信する端末装置と、伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する重畳通信端末とが伝送路に接続されて構成される通信システムおよび重畳通信端末に関する。

従来から、伝送路に対して伝送ユニット（親機）および複数台の端末装置（子機）が接続され、各端末装置と伝送ユニットとの間で通信を行う通信システムが広く普及している。この種の通信システムの一例として、伝送ユニットが定期的に端末装置の状態を監視し、端末装置の状態に変化があった場合、その状態変化に対応する処理を行うように伝送ユニットから他の端末装置に信号を送るシステムがある（たとえば特許文献１〜３参照）。

ただし、上記構成の通信システムは、端末装置同士が常に伝送ユニットを経由して通信を行い、伝送ユニットが端末装置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。さらに、上記通信システムは、伝送ユニットの故障時などにシステム全体が停止してしまうため、システムとしての信頼性が低いという問題もある。

そこで、伝送ユニットを介して端末装置同士が通信を行う既設の通信システムと、通信端末同士がピア・ツー・ピア（Ｐ２Ｐ）で直接通信を行う通信システムとを混在させた通信システムが提案されている（たとえば特許文献４参照）。この通信システムにおいては、伝送ユニット（親機）を介して通信する端末装置と、互いに直接通信する重畳通信端末とが伝送路を共用するので、既設の通信システムに重畳通信端末を容易に増設することができる。端末装置は伝送ユニットから伝送路に繰り返し送出される伝送信号（第１プロトコルの信号）を用いて通信を行い、重畳通信端末は伝送信号に重畳される重畳信号（第２プロトコルの信号）を用いて通信を行う。

ここで、伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において複数の期間に分割され、一部の期間が重畳信号を重畳可能な重畳可能期間として割り当てられる時分割方式の信号である。すなわち、重畳通信端末（通信装置）は、伝送信号のステートを解析し、伝送信号の一部に割り当てられた重畳可能期間（通信適合期間）に、伝送信号と共通の伝送路（信号線）を伝送される重畳信号（パケット）を用いて通信する（たとえば特許文献５参照）。特許文献５においては、伝送信号は、端末装置からの返送信号を受信するタイムスロットである（信号）返送期間を含んでおり、この返送期間が重畳可能期間として重畳信号を用いた通信に用いられる。

この構成においては、重畳通信端末は、伝送データのデータ量が多く１回の重畳可能期間内で送信しきれない場合には、伝送データを複数のデータに分割して重畳可能期間ごとに順次送信する。つまり、伝送データが複数の重畳可能期間に跨って伝送されることになるため、重畳通信端末は、伝送データのデータ量が多くなれば伝送信号の１フレームでは伝送データを伝送することができず、複数フレームの伝送信号に亘って伝送データを伝送することもある。

特許第１１８０６９０号公報 特許第１１９５３６２号公報 特許第１１４４４７７号公報 特開２００９−２２５３２８号公報 国際公開第２００８／１１７７２２号

ところで、上記構成の通信システムにおいては、重畳通信端末間の通信が伝送信号の重畳可能期間である返送期間に行われると、この返送期間に端末装置が送信した返送信号と重畳信号とで干渉を生じることがある。つまり、返送期間は伝送ユニットが端末装置からの返送信号を受信するためのタイムスロットであるから、この返送期間に重畳信号が重畳されると、伝送信号による通信と重畳信号による通信との干渉を生じる可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、伝送信号による通信と重畳信号による通信との干渉が生じにくい通信システムおよび重畳通信端末を提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、伝送路に伝送信号を繰り返し送出する伝送ユニットと、前記伝送信号を用いて通信する端末装置と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する重畳通信端末とが前記伝送路に接続された通信システムであって、前記伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において複数の期間に分割され、前記端末装置にデータを伝送するための送信期間と、前記端末装置からの返送信号を受信するタイムスロットである返送期間と、前記端末装置で発生する割込信号を検出するための割込期間と、短絡を検出するための短絡検出期間と、他の期間とを含む時分割方式の信号であり、前記重畳通信端末は、前記伝送信号のうち前記送信期間と前記返送期間と前記割込期間と前記短絡検出期間とを除く期間であって前記重畳信号を重畳可能な重畳可能期間に前記重畳信号を重畳させることを特徴とする。

この通信システムにおいて、前記重畳通信端末は、前記伝送信号のうち前記送信期間と前記返送期間と前記割込期間と前記短絡検出期間とを除く期間から、期間の切り替わり後の所定時間を除いた期間を前記重畳可能期間とすることが望ましい。

本発明の重畳通信端末は、伝送路に伝送信号を繰り返し送出する伝送ユニットと、前記伝送信号を用いて通信する端末装置と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する重畳通信端末とが前記伝送路に接続された通信システムに用いられ、前記伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において複数の期間に分割され、前記端末装置にデータを伝送するための送信期間と、前記端末装置からの返送信号を受信するタイムスロットである返送期間と、前記端末装置で発生する割込信号を検出するための割込期間と、短絡を検出するための短絡検出期間と、他の期間とを含む時分割方式の信号であり、前記伝送信号のうち前記送信期間と前記返送期間と前記割込期間と前記短絡検出期間とを除く期間であって前記重畳信号を重畳可能な重畳可能期間に前記重畳信号を重畳させることを特徴とする。

本発明は、各重畳通信端末が、伝送信号のうち送信期間と返送期間と割込期間と短絡検出期間とを除く期間であって重畳信号を重畳可能な重畳可能期間に重畳信号を重畳させるので、伝送信号による通信と重畳信号による通信との干渉が生じにくいという利点がある。

実施形態１の構成を示し、（ａ）は通信システムの概略システム構成図、（ｂ）は重畳通信端末の概略ブロック図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の他の動作を示すタイムチャートである。 実施形態２の動作を示すタイムチャートである。 同上の他の動作を示すタイムチャートである。 実施形態３の動作を示すタイムチャートである。 同上の他の動作を示すタイムチャートである。 同上のさらに他の動作を示すタイムチャートである。

（実施形態１）
本実施形態の通信システムは、図１（ａ）に示すように、２線式の伝送路２に接続される伝送ユニット４を備えた通信システムである。

この通信システムは、伝送路２に接続され伝送ユニット４と通信する複数台の端末装置３０１，３０２と、伝送路２に接続され互いに直接通信する複数台の重畳通信端末１０１，１０２，１１１，１１２とを備えている。この通信システムでは、伝送路２を伝送される伝送信号と、伝送信号に重畳される重畳信号とを用いて通信が行われる。重畳信号は、伝送信号より周波数が高い信号である。

以下では、各端末装置３０１，３０２を区別しないときにはこれらをまとめて端末装置３と呼び、各重畳通信端末１０１，１０２，１１１，１１２を区別しないときにはこれらをまとめて重畳通信端末１と呼ぶ。図１（ａ）の例では伝送路２には端末装置３が２台、重畳通信端末１が４台接続されているが、端末装置３は３台以上、重畳通信端末１は５台以上接続されていてもよい。

なお、伝送ユニット４と伝送路２との間には、重畳信号に対して高インピーダンスとなるインピーダンス整合モジュール５がそれぞれ挿入されている。インピーダンス整合モジュール５は、端末装置３の各々と伝送路２との間にも設けられていてもよい。

複数台の端末装置３は、伝送ユニット４に対して伝送路２を介して並列接続されている。伝送ユニット４および端末装置３は、伝送ユニット４から端末装置３へのデータ伝送と端末装置３から伝送ユニット４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、端末装置３は、スイッチやセンサなど（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などからの監視入力に応じて、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、端末装置３は予め割り当てられた自己のアドレスをそれぞれ記憶部（図示せず）に記憶している。

監視端末器は、監視入力を受けると伝送ユニット４に対して監視入力に対応した制御情報を伝送する。伝送ユニット４は、制御情報を受け取るとアドレスによって上記監視端末器と対応付けられている制御端末器に向けて制御情報を伝送する。制御端末器は、制御情報を受け取ると上記制御情報に従って負荷を制御する。制御情報はスイッチ等の監視入力を反映しているから、結局、スイッチ等の監視入力が負荷の制御に反映されることになる。

続いて、基本システムの動作について説明する。

伝送ユニット４は、伝送路２に対して図２に示すように時間軸方向において複数の期間に分割された形式の電圧波形からなる時分割方式の伝送信号を送信する。すなわち、伝送信号は、予備割込期間３１と、予備期間３２と、送信期間３３と、返送期間３４と、割込期間３５と、短絡検出期間３６と、休止期間３７とからなる複極（±２４Ｖ）の時分割多重信号である。予備割込期間３１は２次割込を検出するための期間、予備期間３２は割込期間３５および短絡検出期間３６に合わせて設定された期間であり、送信期間３３は端末装置３にデータを伝送するための期間である。返送期間３４は端末装置３からの返送信号を受信するタイムスロットであり、割込期間３５は後述の割込信号を検出するための期間であり、短絡検出期間３６は短絡を検出するための期間である。休止期間３７は処理が間に合わないときのための期間である。伝送信号は、パルス列からなるキャリアを変調することによってデータを伝送する信号である。

伝送ユニット１は、伝送路２に対して図２のような信号波形の伝送信号を繰り返し送出しており、この伝送信号が１フレームごとに時間軸方向において上述した複数の期間３１〜３７に分割されている。これらの期間３１〜３７は機能的に分割されているだけで実際には連続した期間である。ここでいう１フレームは、伝送信号の繰り返しの１周期に相当し、本実施形態では、伝送信号の割込期間３５から返送期間３４までを１フレームとする（図３参照）。

各端末装置３では、伝送路２を介して受信した伝送信号の送信期間３３に含まれるアドレスデータが各々の記憶部（図示せず）に記憶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。さらに、端末装置３は、伝送信号の返送期間３４に同期して制御情報を電流モードの信号（適当な低インピーダンスを介して伝送路２を短絡することにより送出される信号）として返送する。なお、端末装置３の内部回路の電源は、伝送路２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。

伝送ユニット４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端末装置３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端末装置３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４に返送する。

また、伝送ユニット４は、いずれかの監視端末器（端末装置３）においてスイッチ等の監視入力に対応して発生する割込信号を受信すると、割込信号を発生した端末装置３を検索し、その端末装置３にアクセスして割込ポーリングも行う。

すなわち、伝送ユニット４は、常時はモードデータを通常モードとした伝送信号を送出し、監視端末器（端末装置３）で発生した割込信号を伝送信号の割込期間３５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端末装置３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、その伝送信号の返送期間３４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。これにより伝送ユニット４では割込信号を発生した端末装置３のアドレスを取得できる。

割込信号を発生した端末装置３のアドレスが伝送ユニット４で取得されると、伝送ユニット４は当該端末装置３に対して制御情報の返送を要求する伝送信号を送出し、端末装置３はスイッチ等の監視入力に対応した制御情報を伝送ユニット４に返送する。伝送ユニット４は制御情報を受け取ると、該当する端末装置３の監視入力をクリアするように指示を与え、当該端末装置３では監視入力のクリアを返送する。

制御情報を受け取った伝送ユニット４は、当該制御情報の発信元の端末装置（監視端末器）３とアドレスの対応関係によって対応付けられている端末装置（制御端末器）３へ送信する制御情報を生成する。伝送ユニット４は、この制御情報を含む伝送信号を伝送路２に送出して、端末装置（制御端末器）３に付設した負荷を制御する。

上述したように、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に従い、伝送ユニット４を介して端末装置（監視端末器、制御端末器）３同士が通信を行うこととなる。

ところで、本実施形態に係る通信システムでは、複数台の重畳通信端末１が、上記基本システムと伝送路２を共用しつつ、伝送信号に重畳される重畳信号を用いて互いに通信を行う。

本実施形態においては、伝送路２に接続された複数台の重畳通信端末１０１，１０２，１１１，１１２のうち、重畳通信端末１０１，１１１がマスタとして機能し、残りの重畳通信端末１０２，１１２がスレーブとして機能する。マスタとしての重畳通信端末１０１とスレーブとしての重畳通信端末１０２とは組を成し、第１のプロトコルに従って重畳信号により互いに通信する。一方、マスタとしての重畳通信端末１１１とスレーブとしての重畳通信端末１１２とは組を成し、第１のプロトコルとは別の第２のプロトコルに従って重畳信号により互いに通信する。

マスタとしての各重畳通信端末１０１，１１１は、各々と組を成すスレーブとしての重畳通信端末１０２，１１２に対して重畳信号を送信してポーリングを行い、このポーリングに対する応答として重畳通信端末１０２，１１２からそれぞれデータを取得する。なお、マスタとしての重畳通信端末１０１，１１１の各々と組を成すスレーブとしての重畳通信端末は複数台ずつ設けられていてもよい。この場合、各重畳通信端末１０１，１１１は、各々と組を成すスレーブとしての重畳通信端末に対して順次ポーリングを行う。

ここで、マスタとしての重畳通信端末１０１，１１１には監視装置６がそれぞれ接続され、スレーブとしての重畳通信端末１０２，１１２には被監視機器７がそれぞれ接続されている。被監視機器７は、重畳通信端末１間で伝送される監視情報を重畳通信端末１０２，１１２に出力し、監視装置６は、上記監視情報を重畳通信端末１０１，１１１から取得する。被監視機器７や監視装置６は、定期的に通信を行うことによって重畳通信端末１とデータの授受を行う。

すなわち、伝送路２を介した通信（データ伝送）を行うのは重畳通信端末１であるが、伝送するデータ（監視情報）を生成するのは被監視機器７であって、受信したデータを処理するのは監視装置６である。ここに、重畳通信端末１は、各々に接続された被監視機器７あるいは監視装置６からのデータを変換し伝送路２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。なお、被監視機器７が出力する監視情報には、たとえば電気機器の消費電力や、温度・湿度などの情報がある。ここでは、重畳通信端末１０２に接続された被監視機器７は消費電力を計測し、重畳通信端末１１２に接続された被監視機器７は温度・湿度を計測して、各々の計測結果を監視情報として重畳通信端末１経由で監視装置６に出力する。

重畳通信端末１は、図１（ｂ）に示すように、伝送路２に接続される重畳送出部１１および重畳受信部１２と、重畳送出部１１および重畳受信部１２に接続された処理部１３と、処理部１３に接続されたインタフェース部１４とを備えている。重畳送出部１１は重畳信号の送出を行い、重畳受信部１２は重畳信号の受信を行う。インタフェース部１４は、監視装置６あるいは被監視機器７に接続される。

スレーブとしての重畳通信端末１０２，１１２においては、処理部１３はインタフェース部１４を介して被監視機器７から監視情報を取得し、この監視情報を重畳信号により重畳送出部１１から伝送路２に送出する。マスタとしての重畳通信端末１０１，１１１においては、処理部１３は重畳受信部１２が受信した重畳信号から監視情報を取得し、この監視情報を監視装置６へインタフェース部１４を介して出力する。

具体的には、重畳通信端末１は、他の重畳通信端末１に伝送すべきデータを含んだパケットを伝送路２に送出し、且つ他の重畳通信端末１が送信したパケットを受信する。重畳通信端末１間で送受信されるパケットは、伝送ユニット４から送出されている伝送信号に重畳される。要するに、端末装置３同士の通信は伝送ユニット４を経由して行われるのに対し、重畳通信端末１同士の通信は伝送ユニット４を経由せず重畳通信端末１間で直接行われる。そのため、重畳通信端末１同士の通信は、端末装置３同士の通信に比べて通信速度を高速化でき、たとえばアナログ量（消費電力等）のように比較的データ量の多い情報の伝送に適している。

また、重畳通信端末１は、基本システムの伝送ユニット４と端末装置３との間で伝送される伝送信号を監視する信号監視部１５（図１（ｂ）参照）を備え、信号監視部１５では伝送信号からデータ伝送状況（以下、「ステート」という）を解析する。重畳送出部１１は、信号監視部１５で解析されたステートが重畳信号の重畳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重畳信号を送信する機能を具備している。

ここで、伝送信号は図２に示すような信号フォーマットを採用している。予備割込期間３１や予備期間３２や休止期間３７は、重畳信号が重畳されても伝送信号による通信に影響がなく、重畳信号も伝送信号の影響を受けにくいので、重畳信号を重畳可能な期間（以下、「重畳可能期間」という）となる。

その他の期間（送信期間３３と返送期間３４と割込期間３５と短絡検出期間３６）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く、重畳信号が重畳されると伝送信号による通信に影響を与えやすい。また上記他の期間に重畳信号が重畳されると、重畳信号も伝送ユニット４と端末装置３との間で授受される信号（割込信号や返送データ）の影響を受けやすい。そのため、上記他の期間は、重畳信号の重畳には使用されない期間（以下、「重畳不可期間」という）となる。

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、重畳信号を重畳するのに適していない。したがって、伝送信号は、予備割込期間３１と予備期間３２と休止期間３７の中でも、期間の切り替わり（立ち上がりまたは立ち下がり）後の所定時間（たとえば３００μｓ）については、重畳不可期間となる。

そこで、重畳送出部１１は、伝送信号のステートの解析結果に基づいて重畳可能期間か重畳不可期間かの判定を行い、重畳可能期間と判定したときに限って重畳信号を送出するように構成されている。重畳通信端末１は、このように伝送信号に同期させて伝送信号の重畳可能期間にのみ重畳信号を重畳させることにより、共通の伝送路２を使用する伝送信号による通信と重畳信号による通信との干渉を回避する。

ここで、重畳通信端末１は、送信データのデータ量が多く一度の重畳可能期間内で送信しきれなかった場合には、当該重畳可能期間の終了に合わせて通信を中断し、次回の重畳可能期間に残りのデータを送信する。

なお、重畳通信端末１の各部への電源供給は、基本システムの端末装置３と同様に伝送ユニット４から伝送路２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。ただし、この構成に限らず、重畳通信端末１の各部への電源供給は、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）で為されてもよい。

ところで、本実施形態の通信システムにおいては、マスタとしての重畳通信端末１０１，１１１が複数台存在している。そのため、マスタとしての各重畳通信端末１０１，１１１はそれぞれ固有のプロトコルを採用した重畳信号により、各々と組を成すスレーブとしての重畳通信端末１０２，１１２と通信を行うことになる。重畳信号の送出および受信に用いられる各組の重畳通信端末１に固有のプロトコルは、各重畳通信端末１の記憶部１６（図１（ｂ）参照）に予め記憶されている。

ただし、プロトコルの異なる複数組の重畳通信端末１がそれぞれ独立して通信を行っていると、プロトコルの異なる重畳信号同士で使用する重畳可能期間が重複した場合に、重畳信号同士のコリジョンが発生して通信エラーとなる可能性がある。

そこで、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、記憶部１６に記憶されているプロトコルの重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択する期間選択部１７を、各重畳通信端末１がそれぞれ備えている。期間選択部１７は、プロトコルの異なる重畳信号同士で使用する重畳可能期間が重複しないように、各々に固有のプロトコルの重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択する。

ここで、重畳送出部１１は、信号監視部１５で監視されている伝送信号のうち期間選択部１７で選択された重畳可能期間に重畳されるように、記憶部１６に記憶されているプロトコルの重畳信号を伝送路２に送出する。要するに、期間選択部１７は、記憶部１６に記憶されているプロトコルの重畳信号の重畳を、いずれの重畳可能期間に行うのかを決定している。

以下、期間選択部１７による重畳可能期間の選択方法についてより詳しく説明する。

本実施形態では、伝送信号は１フレーム内に重畳可能期間となる期間が複数（予備割込期間３１と予備期間３２と休止期間３７）含まれている。そのため、期間選択部１７は、図２に示すように伝送信号の１フレーム内の各期間を単位にして、重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択する。図２の例では、第１のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１０１，１０２は、期間選択部１７により伝送信号の休止期間３７を重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間として選択している。一方、第２のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１１１，１１２は、期間選択部１７により伝送信号の予備割込期間３１と予備期間３２とを重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間として選択している。

つまり、図２の例では、重畳通信端末１０１，１０２の重畳送出部１１および重畳受信部１２は、伝送信号の休止期間３７に第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１を重畳させることにより通信を行う。一方、重畳通信端末１１１，１１２の重畳送出部１１および重畳受信部１２は、伝送信号の予備割込期間３１と予備期間３２とに第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２を重畳させることにより通信を行う。言い換えれば、図２に示すように伝送信号の予備割込期間３１と予備期間３２とは第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２に割り当てられ、休止期間３７は第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１に割り当てられることになる。

ここで、重畳通信端末１には、ユーザの操作入力を受け付ける操作部としてのディップスイッチ（図示せず）が設けられており、期間選択部１７は、操作部への操作入力（ディップスイッチの接点出力）に従って重畳期間の重畳に使用される重畳可能期間を選択する。そのため、いずれの重畳可能期間をいずれのプロトコルの重畳信号に割り当てるかについては、ユーザが操作部を操作することにより任意に指定することができる。ただし、プロトコルの異なる重畳信号同士で使用する重畳可能期間が重複しないように、ユーザは、プロトコルごとに異なる重畳可能期間を割り当てる必要がある。

具体的には、重畳通信端末１には、予備割込期間３１と予備期間３２と休止期間３７との各期間に対応するディップスイッチが設けられ、期間選択部１７は、オン状態にあるディップスイッチに対応する期間を重畳信号の重畳に使用される重畳可能期間とする。たとえば、記憶部１６に第１のプロトコルが記憶されている重畳通信端末１０１，１０２において、休止期間３７に対応するディップスイッチがオン状態にあれば、休止期間３７は第１のプロトコルの重畳信号に割り当てられる。

以上説明した構成の通信システムによれば、各重畳通信端末１が、各々に固有のプロトコルの重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択する期間選択部１７をそれぞれ備えているので、重畳信号同士で使用する重畳可能期間が重複することを回避できる。すなわち、複数組の重畳通信端末１がそれぞれ固有のプロトコルを採用した重畳信号を用いて通信しながらも、各組の重畳通信端末１がそれぞれの期間選択部１７で選択した重畳可能期間に重畳信号の通信を行うことにより、重畳信号同士のコリジョンを回避できる。したがって、上記通信システムでは、複数組の重畳通信端末１がそれぞれ固有のプロトコルを採用した重畳信号を用いて通信する場合でも、通信エラーが生じにくいという利点がある。

しかも、期間選択部１７は、伝送信号の１フレーム内の各期間を単位にして重畳可能期間を選択するので、複数のプロトコルの重畳信号による通信が比較的短いスパンで可能になる。さらに、期間選択部１７は、操作部への操作入力に従って重畳可能期間を選択するので、比較的簡単な構成で、重畳期間の重畳に使用される重畳可能期間を異なるプロトコルの重畳信号に割り当てることが可能になる。

また、期間選択部１７は、図３に示すように、伝送信号の１フレームを単位にして、重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択する構成であってもよい。ここでは、伝送信号は割込期間３５から返送期間３４までを１フレームとする。図３の例では、第１のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１０１，１０２は、期間選択部１７により第１、第３、第５、第７フレームＦ１，Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７の重畳可能期間を、重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間として選択している。一方、第２のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１１１，１１２は、期間選択部１７により第２、第４、第６フレームＦ２，Ｆ４，Ｆ６の重畳可能期間を、重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間として選択している。

つまり、図３の例では、重畳通信端末１０１，１０２の重畳送出部１１および重畳受信部１２は、伝送信号の第１、第３、第５、第７フレームＦ１，Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７の重畳可能期間に第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１を重畳させることにより通信を行う。一方、重畳通信端末１１１，１１２の重畳送出部１１および重畳受信部１２は、伝送信号の第２、第４、第６フレームＦ２，Ｆ４，Ｆ６の重畳可能期間に第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２を重畳させることにより通信を行う。言い換えれば、図３に示すように伝送信号は重畳可能期間（休止期間３７、予備割込期間３１、予備期間３２）が１フレームごとに第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１と第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２とに交互に割り当てられることになる。

このように期間選択部１７が伝送信号の１フレームを単位にして重畳可能期間を選択すると、各プロトコルの重畳信号による通信に当てられる時間が比較的長くなる。したがって、重畳通信端末１は、伝送するデータ量が多く１回の重畳可能期間に送信しきれない場合などに、通信に要する時間を短くすることができる。

（実施形態２）
本実施形態の通信システムは、期間選択部１７による重畳可能期間の選択方法が実施形態１の通信システムとは相違する。

すなわち、実施形態１では期間選択部１７はユーザによる操作部への操作入力に従って重畳可能期間を選択していたのに対し、本実施形態では期間選択部１７は重畳通信端末１間の通信にて交換される通信情報に基づいて自動的に重畳可能期間を選択する。ここでいう通信情報は、各組の重畳通信端末１に固有のプロトコルに従った通信に関する情報であり、たとえば重畳通信端末１間で授受されるデータ量や、通信の頻度などがある。

本実施形態における期間選択部１７は、伝送信号の重畳可能期間に他の組の重畳通信端末１と共通のプロコトル（以下、「共通プロトコル」という）の重畳信号を用いて、他の組の重畳通信端末１の期間選択部１７と通信により通信情報の交換を行う。つまり、重畳通信端末１の記憶部１６には、各組の重畳通信端末１に固有のプロトコルの他、共通プロトコルが記憶されており、重畳送出部１１および重畳受信部１２は共通プロトコルによる重畳信号の送出、受信が可能である。

期間選択部１７は、通信システムの起動後に伝送ユニット４から送信される伝送信号の最初の１フレームの重畳可能期間に、他の組の重畳通信端末１と共通プロトコルの重畳信号を用いた通信を行い、たとえば図４に示すように重畳可能期間を選択する。図４の例では、伝送信号の最初の１フレームの予備割込期間３１に、第１のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１０１，１０２から、共通プロトコルの重畳信号を用いて通信情報Ｓ１が送出されている。また、伝送信号の最初の１フレームの予備期間３２には、第２のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１１１，１１２から、共通プロトコルの重畳信号を用いて通信情報Ｓ２が送出されている。

図４の例においては、期間選択部１７は、各組の重畳通信端末１がそれぞれに固有のプロコトルの重畳信号を用いて授受するデータ量に基づいて、重畳可能期間を選択している。つまり、期間選択部１７は、各組の重畳通信端末１がそれぞれに固有のプロコトルの重畳信号を用いて授受するデータ量からなる通信情報を、共通プロトコルの重畳信号を用いてやり取りし、データ量の相対的な関係に応じて重畳可能期間を選択する。具体的には、期間選択部１７は、重畳通信端末１０１，１０２間で授受されるデータ量と、重畳通信端末１１１，１１２間で授受されるデータ量とを比較し、その比較結果に応じて重畳可能期間を選択する。

図４では、重畳通信端末１０１，１０２間で第１のプロトコルの重畳信号を用いて授受されるデータ量が、重畳通信端末１１１，１１２間で第２のプロトコルの重畳信号を用いて授受されるデータ量よりも少ない場合を例に示す。図４の例では、データ量が多い第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２には予備割込期間３１と予備期間３２とが割り当てられ、データ量が少ない第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１には休止期間３７のみが割り当てられている。

要するに、期間選択部１７は、授受するデータ量が多い方のプロトコルの重畳信号に、相対的に長い重畳可能期間が優先して割り当てられるように、重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択する。これにより、重畳通信端末１は、各々の授受するデータ量に適した長さの重畳可能期間に重畳信号による通信が可能となり、通信システム全体としてスムーズなデータ伝送が可能となる。

また、他の例として、期間選択部１７は、各組の重畳通信端末１がそれぞれに固有のプロコトルの重畳信号を用いて通信を行う頻度に基づいて、重畳可能期間を選択する構成であってもよい。つまり、期間選択部１７は、各組の重畳通信端末１がそれぞれに固有のプロコトルの重畳信号を用いて通信する頻度からなる通信情報を、共通プロトコルの重畳信号を用いてやり取りし、通信頻度の相対的な関係に応じて重畳可能期間を選択する。具体的には、期間選択部１７は、重畳通信端末１０１，１０２間で通信が行われる頻度と、重畳通信端末１１１，１１２間で通信が行われる頻度とを比較し、その比較結果に応じて重畳可能期間を選択する。

図５では、重畳通信端末１０１，１０２間における第１のプロトコルの重畳信号を用いた通信は１分間隔で行われ、重畳通信端末１１１，１１２間における第２のプロトコルの重畳信号を用いた通信は１時間間隔で行われる場合を例に示す。図５の例では、伝送信号の最初の第１フレームＦ１の予備割込期間３１に、第１のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１０１，１０２から、共通プロトコルの重畳信号を用いて通信情報Ｓ１が送出されている。また、伝送信号の第１フレームＦ１の予備期間３２には、第２のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１１１，１１２から、共通プロトコルの重畳信号を用いて通信情報Ｓ２が送出されている。

図５の例では、通常時には通信頻度が高い第１のプロトコルＰ１の重畳信号に重畳可能期間が割り当てられ、第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２にはある時間帯（ここでは第４フレームＦ４）にのみ重畳可能期間が割り当てられている。

要するに、期間選択部１７は、通信頻度が高い方のプロトコルの重畳信号に、重畳可能期間が優先して割り当てられるように、重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択する。これにより、重畳通信端末１は、各々の通信頻度に適したタイミングの重畳可能期間に重畳信号による通信が可能となり、通信システム全体としてスムーズなデータ伝送が可能となる。

以上説明した本実施形態の構成によれば、期間選択部１７は、重畳信号の重畳に使用される重畳可能期間を、重畳通信端末１間の通信にて交換される通信情報に基づいて自動的に選択するので、ユーザが重畳可能期間を割り当てる手間が省けるという利点がある。また、プロトコルの異なる重畳信号同士で使用する重畳可能期間が重複することを確実に回避できるという利点もある。

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３）
本実施形態の通信システムは、期間選択部１７による重畳可能期間の選択方法が実施形態１の通信システムとは相違する。

すなわち、本実施形態では期間選択部１７は重畳通信端末１間の通信にて使用要求を行い、この使用要求が他の組の重畳通信端末１の期間選択部１７に認められれば使用要求どおりに重畳可能期間を選択する。ここでいう使用要求は、以降の１以上の重畳可能期間を記憶部１６に記憶されている各々に固有のプロトコルの重畳信号の重畳に使用することを要求するコマンドである。

本実施形態における期間選択部１７は、伝送信号の重畳可能期間に他の組の重畳通信端末１と共通のプロコトル（以下、「共通プロトコル」という）の重畳信号を用いて、他の組の重畳通信端末１の期間選択部１７と通信することにより使用要求を行う。つまり、重畳通信端末１の記憶部１６には、各組の重畳通信端末１に固有のプロトコルの他、共通プロトコルが記憶されており、重畳送出部１１および重畳受信部１２は共通プロトコルによる重畳信号の送出、受信が可能である。

図６の例では、伝送信号の最初の第１フレームＦ１の予備割込期間３１に、第１のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１０１から、共通プロトコルの重畳信号により使用要求Ｒ１が出されている。この使用要求Ｒ１では、重畳通信端末１０１の期間選択部１７は、次フレーム（第２フレームＦ２）と次々フレーム（第３フレームＦ３）との２フレーム内の重畳可能期間を、第１のプロトコルの重畳信号の重畳に使用することを要求している。この使用要求Ｒ１が他の組の重畳通信端末１１１，１１２の期間選択部１７に認容されることにより、重畳通信端末１０１，１０２は、図６の第２、第３フレームＦ２，Ｆ３の重畳可能期間を専有し、第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１の重畳に使用することができる。

図６の第４フレームＦ４の予備割込期間３１には、第２のプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う重畳通信端末１１１から、共通プロトコルの重畳信号により使用要求Ｒ２が出されている。この使用要求Ｒ２では、重畳通信端末１１１の期間選択部１７は、次フレーム（第５フレームＦ５）内の重畳可能期間を、第２のプロトコルの重畳信号の重畳に使用することを要求している。この使用要求Ｒ２が他の組の重畳通信端末１０１，１０２の期間選択部１７に認容されることにより、重畳通信端末１１１，１１２は、図６の第５フレームＦ５の重畳可能期間を専有し、第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２の重畳に使用することができる。

要するに、重畳通信端末１は、各々に固有のプロトコルの重畳信号を用いて通信する必要が生じた場合、その都度、事前に使用要求を出して必要な重畳可能期間を確保し、確保した重畳可能期間に重畳信号による通信を行うことになる。そのため、いずれのプロトコルの重畳信号にいずれの重畳可能期間が割り当てられるかは、固定的に決められるのではなく、通信システムの稼働中に随時変化する。これにより、重畳通信端末１は、各々の授受するデータ量や通信頻度等に適した重畳可能期間に重畳信号による通信が可能となり、通信システム全体としてスムーズなデータ伝送が可能となる。

ところで、本実施形態の通信システムにおいては、期間選択部１７が行った使用要求が認められるか否かは、以下のような判断基準に従って決められている。

基本的には、期間選択部１７が使用要求にて要求した重畳可能期間が、異なるプロトコルの重畳信号に割り当てられることなく空いていれば、この使用要求が他の組の重畳通信端末１の期間選択部１７に認容されたことになる。つまり、使用要求にて要求した重畳可能期間が、既に異なるプロトコルの重畳信号に割り当てられている場合には、この使用要求は否認（却下）されることになる。

ただし、互いに異なるプロトコルに従って重畳信号の送受信を行う複数台の重畳通信端末１で、略同時に重畳信号を用いて通信する必要が生じた場合、伝送信号の同一フレームに複数台の重畳通信端末１から複数の使用要求が行われることがある。この場合、使用要求同士のコリジョンが生じないように、本実施形態では、使用要求を行うことができる重畳可能期間が、伝送信号の１フレーム内の各期間を単位にして重畳通信端末１ごとに割り当てられている。ここで、伝送信号の同一フレームに複数の使用要求が行われると、期間選択部１７は、先に行われた使用要求から順に優先して認めるように判断基準が定められている。

図７は、伝送信号の同一フレームに複数の使用要求が行われた例として、伝送信号の第１フレームＦ１に重畳通信端末１０１からの使用要求Ｒ１と、重畳通信端末１１１からの使用要求Ｒ２とが行われた場合を示している。使用要求Ｒ１では、重畳通信端末１０１の期間選択部１７は、次フレーム（第２フレームＦ２）内の重畳可能期間を、第１のプロトコルの重畳信号の重畳に使用することを要求している。使用要求Ｒ２では、重畳通信端末１１１の期間選択部１７は、次フレーム（第２フレームＦ２）内の重畳可能期間を、第２のプロトコルの重畳信号の重畳に使用することを要求している。

ここで、図７では、第１フレームＦ１の予備割込期間３１に重畳通信端末１０１から使用要求Ｒ１があり、その後の予備期間３２に重畳通信端末１１１から使用要求Ｒ２があるので、先に行われた重畳通信端末１０１からの使用要求Ｒ１が優先して認容される。一方、重畳通信端末１１１からの使用要求Ｒ２は認容されず、却下される。その結果、重畳通信端末１０１，１０２は、図７の第２フレームＦ２の重畳可能期間を専有し、第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１の重畳に使用することができる。

また、図７の第３フレームＦ３においては、予備期間３２に重畳通信端末１１１から使用要求Ｒ２があるだけで、重畳通信端末１０１からの使用要求はないので、重畳通信端末１１１からの使用要求Ｒ２が認容される。このときの使用要求Ｒ２では、重畳通信端末１１１の期間選択部１７は、次フレーム（第４フレームＦ４）と次々フレーム（第５フレームＦ５）との２フレーム内の重畳可能期間を、第２のプロトコルの重畳信号の重畳に使用することを要求している。したがって、重畳通信端末１１１，１１２は、図７の第４、第５フレームＦ４，Ｆ５の重畳可能期間を専有し、第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２の重畳に使用することができる。

ただし、図７の例では、伝送信号の同一フレームに重畳通信端末１０１からの使用要求Ｒ１と重畳通信端末１１１からの使用要求Ｒ２とがあった場合、常に重畳通信端末１０１からの使用要求Ｒ１が優先して認容され、他の使用要求Ｒ２は却下される。そのため、重畳通信端末１０１の期間選択部１７が使用要求Ｒ１を出し続けていると、長時間に亘って重畳通信端末１１１は第２のプロトコルの重畳信号を用いた通信を行うことができない。

そこで、本実施形態では、既定回数（たとえば２回）連続して伝送信号の同一フレームに複数の期間選択部１７が使用要求を行った場合、これら複数の期間選択部１７の間で使用要求を行うことができる重畳可能期間の割り当てが入れ替わる構成を採用する。

たとえば図８に示すように第１、第３フレームＦ１，Ｆ３で２回続けて、同一フレームに重畳通信端末１０１からの使用要求Ｒ１と重畳通信端末１１１からの使用要求Ｒ２とがあった場合、使用要求Ｒ１と使用要求Ｒ２とで割り当てられる重畳可能期間が入れ替わる。つまり、第１、第３フレームＦ１，Ｆ３においては、予備割込期間３１に重畳通信端末１０１から使用要求Ｒ１があり、その後の予備期間３２に重畳通信端末１１１から使用要求Ｒ２があるので、重畳通信端末１０１からの使用要求Ｒ１が優先して認容される。一方、重畳可能期間の割り当てが入れ替わった第５フレームＦ５では、予備割込期間３１に重
畳通信端末１１１から使用要求Ｒ２があり、その後の予備期間３２に重畳通信端末１０１から使用要求Ｒ１があるので、使用要求Ｒ２が優先して認容される。

上記構成によれば、使用要求を出す機会が各組の重畳通信端末１に略平等に与えられることになり、長時間に亘っていずれかの重畳通信端末１が固有のプロトコルの重畳信号を用いた通信を行えないという事態を回避することができる。

また、長時間に亘っていずれかの重畳通信端末１が固有のプロトコルの重畳信号を用いた通信を行えないという事態を回避するための他の構成として、以下のような構成も考えられる。

すなわち、伝送信号の同一フレームに複数の期間選択部１７が使用要求を行った場合、後から使用要求を行った期間選択部１７は、使用要求が認容された重畳通信端末１からの重畳信号による通信終了直後の重畳可能期間に、優先的に使用要求を行う構成とする。図７の場合を例にすると、第１フレームＦ１においては重畳通信端末１０１からの使用要求Ｒ１と重畳通信端末１１１からの使用要求Ｒ２があるため、使用要求Ｒ１が優先して認容され、使用要求Ｒ２は却下される。そのため、重畳通信端末１０１，１０２は、第２フレームＦ２の重畳可能期間を専有し、第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１にて通信を行う。

この際、使用要求Ｒ２が却下された重畳通信端末１１１は、重畳通信端末１０１，１０２による第１のプロトコルの重畳信号Ｐ１を用いた通信が終了した直後の第３フレームＦ３において、使用要求Ｒ２を重畳通信端末１０１より優先して行うことができる。つまり、第３フレームＦ３には、重畳通信端末１０１からの使用要求は禁止されるため、予備期間３２に出された重畳通信端末１１１からの使用要求Ｒ２は、優先的に認容されることになる。そのため、重畳通信端末１１１，１１２は、図７の第４、第５フレームＦ４，Ｆ５の重畳可能期間を専有し、第２のプロトコルの重畳信号Ｐ２の重畳に使用することができる。

さらに他の例として、使用要求には優先度が付加され、期間選択部１７は、伝送信号の同一フレームに複数の使用要求が行われると、付加された優先度が高い使用要求から順に優先して認容するように判断基準が定められていてもよい。たとえば、重畳通信端末１０１からの使用要求に、重畳通信端末１１１からの使用要求よりも高い優先度が付加されていた場合、伝送信号の同一フレームに両重畳通信端末１から使用要求があると、常に重畳通信端末１０１からの使用要求が優先して認容される。

つまり、伝送信号の同一フレームに重畳通信端末１１１、重畳通信端末１０１の順に使用要求があっても、使用要求が行われた順番に関係なく、重畳通信端末１０１からの使用要求が優先して認容されることになる。この構成は、固有のプロトコルの重畳信号を用いた通信を、いずれかの重畳通信端末１に優先的に行わせるような場合に有用である。

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、上記各実施形態では、第１のプロトコルと第２のプロコトルとの２種類のプロトコルの重畳信号が混在した通信システムを例示したが、この例に限らず、３種類以上のプロトコルの重畳信号が混在していてもよい。３種類以上のプロトコルの重畳信号が混在する場合でも、期間選択部１７が各プロトコルの重畳信号の重畳に使用する重畳可能期間を選択することにより、通信エラーの発生を低減することができる。

１，１０１，１０２，１１１，１１２ 重畳通信端末
２ 伝送路
３０１，３０２ 端末装置
４ 伝送ユニット
１１ 重畳送出部
１５ 信号監視部
１６ 記憶部
１７ 期間選択部
３３ 送信期間
３４ 返送期間
３５ 割込期間
３６ 短絡検出期間

Claims (3)

1. 伝送路に伝送信号を繰り返し送出する伝送ユニットと、前記伝送信号を用いて通信する端末装置と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する重畳通信端末とが前記伝送路に接続された通信システムであって、
   前記伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において複数の期間に分割され、前記端末装置にデータを伝送するための送信期間と、前記端末装置からの返送信号を受信するタイムスロットである返送期間と、前記端末装置で発生する割込信号を検出するための割込期間と、短絡を検出するための短絡検出期間と、他の期間とを含む時分割方式の信号であり、
   前記重畳通信端末は、前記伝送信号のうち前記送信期間と前記返送期間と前記割込期間と前記短絡検出期間とを除く期間であって前記重畳信号を重畳可能な重畳可能期間に前記重畳信号を重畳させることを特徴とする通信システム。
2. 前記重畳通信端末は、前記伝送信号のうち前記送信期間と前記返送期間と前記割込期間と前記短絡検出期間とを除く期間から、期間の切り替わり後の所定時間を除いた期間を前記重畳可能期間とすることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 伝送路に伝送信号を繰り返し送出する伝送ユニットと、前記伝送信号を用いて通信する端末装置と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する重畳通信端末とが前記伝送路に接続された通信システムに用いられ、
   前記伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において複数の期間に分割され、前記端末装置にデータを伝送するための送信期間と、前記端末装置からの返送信号を受信するタイムスロットである返送期間と、前記端末装置で発生する割込信号を検出するための割込期間と、短絡を検出するための短絡検出期間と、他の期間とを含む時分割方式の信号であり、
   前記伝送信号のうち前記送信期間と前記返送期間と前記割込期間と前記短絡検出期間とを除く期間であって前記重畳信号を重畳可能な重畳可能期間に前記重畳信号を重畳させることを特徴とする重畳通信端末。

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