JP5795667B2 - ネットワークトラフィック制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークトラフィック制御装置に関し、より詳しくは、ネットワークのデータ伝送遅延を防止するネットワークトラフィック制御装置に関する。

コントローラエリアネットワーク（Control Area Network：ＣＡＮ）は、医療装備、航空電子工学、事務自動化設備、消費者製品並びに他の多くの製品およびアプリケーションだけでなく、自動車および産業用制御アプリケーションに広く使用される産業標準（industry standard）である２線式（two wire）シリアル通信サービスである。ＣＡＮ制御器は、マイクロコントローラとインタフェースするように構成された独立型装置であって、マイクロコントローラチップの内部に統合された回路またはマイクロコントローラチップに挿入されたモジュールとして現在使用可能である。

１９８６年以来、ＣＡＮユーザ（ソフトウェアプログラマ）は、ＣＡＮの物理レイヤおよびＣＡＮフレームフォーマットを利用しながら、そしてＣＡＮ仕様を支持しながら、ＣＡＮの機能を拡張する多数の高級ＣＡＬ（ＣＡＮアプリケーションレイヤ）を開発してきた。ＣＡＮオープン（CANopen）は、このようなＣＡＬのうちの一つであり、ＣＡＮネットワークを支援するプロトコールとして多様な産業現場で、プログラマブルロジックコントローラ（programmable logic controller：ＰＬＣ）装備のネットワーク管理およびモニタリングにも使用されている。ＣＡＮオープンネットワークの使用が普及するにつれ、ＣＡＮオープンネットワークのデータ伝送遅延を防止する必要性が台頭している。

本発明は、ＣＡＮオープンネットワークの伝送能力に応じてデータ伝送量を調節するネットワークトラフィック制御装置を提供する。

本発明の実施例によるネットワークトラフィック制御装置は、ＣＡＮオープンネットワークのトラフィックを制御する装置において、データ確認サービスフレームを生成するデータオブジェクトサービス提供モジュールと、データ伝送サービスフレームを生成するメッセージサービス提供モジュールと、データオブジェクトサービス提供モジュールで生成されたデータ確認サービスフレームの生成周期を調節するフレーム遅延モジュールと、メッセージサービス提供モジュールで生成されたデータ伝送サービスフレームのデータ伝送量と基準データ伝送量とを比較し、この比較結果に応じてデータ確認サービスフレームの生成周期を決定した後、決定されたデータ確認サービスフレームの生成周期に応じてフレーム遅延モジュールの動作を制御するトラフィック分析モジュールと、トラフィック分析モジュールから伝送されたサービスフレームをＣＡＮオープンネットワークに伝送する伝送キューと、を有する。

本発明の実施例によると、ＣＡＮオープンネットワークを構成するマスタ装置は、ユーザ入力によるデータ伝送スケジュールとＣＡＮオープンネットワークの伝送能力とを比較してデータ伝送量を調節する。

本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークの構成図である。 本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークが有するマスタ装置の構成図である。 本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークが有するマスタ装置の動作を説明する図である。 本発明の他の実施例によるＣＡＮオープンネットワークが有するマスタ装置の構成図である。 本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークのトラフィック制御方法を説明するフローチャートである。 本発明の一実施例による伝送フレーム数の算出方法を説明するフローチャートである。

以下の内容は、単に本発明の原理を例示する。よって、当業者は、たとえ本明細書に明確に説明されているか図示されていなくても、本発明の原理を具現し本発明の概念と範囲に含まれる多様な装置を実現することができる。また、本明細書に列挙された全ての条件付用語および実施例は、原則的に本発明の概念を理解させる目的にのみ明白に意図され、このように特別に列挙された実施例および状態に制限されないと理解されるべきである。

また、本発明の原理、観点および実施例のみならず特定の実施例を列挙する全ての詳細な説明は、このような事項の構造的および機能的均等物を含むように意図されると理解されるべきである。また、このような均等物は、現在公知の均等物のみならず将来開発される均等物、即ち、構造とは関係なく同じ機能を行うように発明される全ての素子を含むと理解されるべきである。

よって、例えば、本明細書のブロック図は、本発明の原理を具体化する例示的な回路の概念的な観点を示すものとして理解されるべきである。これと類似して、全てのフローチャート、状態変移図、擬似コードなどは、コンピュータで判読可能な媒体において実質的に示され、コンピュータまたはプロセッサが明白に示されているか否かに関係なく、コンピュータまたはプロセッサによって行われる多様なプロセスを示すものとして理解されるべきである。

プロセッサまたはこれに類似した概念として表示された機能ブロックを有する図面に示された多様な素子の機能は、専用のハードウェアだけでなく適切なソフトウェアに関してソフトウェアを実行する能力を有するハードウェアの使用によって提供される。プロセッサによって提供される際、上記機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサまたは複数の個別的プロセッサによって提供され、これらのうち一部は共有される。

また、プロセッサ、制御またはこれと類似した概念で提示される用語の明確な使用は、ソフトウェアを実行する能力を有するハードウェアを排他的に引用して解析されてはならず、制限なくデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ソフトウェアを記憶する読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および非揮発性メモリを暗示的に含むものとして理解されるべきである。周知慣用の他のハードウェアが含まれてもよい。

本明細書の特許請求の範囲において、その詳細な説明に記載された機能を行う手段として表現された構成要素は、例えば、上記機能を行う回路素子の組み合わせまたはファームウェア／マイクロコードなどを含む全ての形式のソフトウェアを含む機能を行う全ての方法を含むものとして意図されており、上記機能を行うように上記ソフトウェアを実行する適切な回路と結合される。このような特許請求の範囲によって定義される本発明は、多様に列挙された手段によって提供される機能が結合されて請求項が要求する方式と結合されるため、上記機能を提供するいかなる手段も本明細書から把握されるものと均等なものとして理解されるべきである。

上述した目的、特徴または長所は、添付した図面に関する以下の詳細な説明を介してより明確になるはずであり、これによって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が、本発明の技術的思想を容易に実施することができるはずである。また、本発明を説明するに当たって、本発明と関連する公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明確にする恐れがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

以下、添付した図面を参照して、本発明による好ましい一実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークの構成図である。

図１を参照すると、ＣＡＮオープンネットワーク１０は、１つのマスタ装置２０と、複数のスレーブ装置３１、３３、３５、…、３７と、を有する。ＣＡＮオープンネットワーク１０は、最大１２６個のスレーブ装置３１、３３、３５、…、３７を有する。

この際、データ通信は、ＣＡＮオープンネットワーク１０を構成するマスタ装置２０と、複数のスレーブ装置３１、３３、３５、…、３７のうち少なくとも一つと、の間でのみ行われる。

図２は、本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークが有するマスタ装置の構成図である。

図２を参照すると、マスタ装置２０は、伝送キュー（Trasmit Queue）２９を介してＣＡＮオープンネットワーク１０にデータを伝送する。

マスタ装置２０は、ネットワークマネジメント（Network Management：ＮＭＴ）サービス、サービスデータオブジェクト（Service Data Object：ＳＤＯ）サービス、メッセージ（Message）サービスなどを提供する。即ち、マスタ装置２０は、マネジメントサービス提供モジュール２３、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２５、メッセージサービス提供モジュール２７を介してＣＡＮオープンネットワークの設定およびデータ伝送スケジュールを管理する。

マネジメントサービス提供モジュール２３は、ＣＡＮオープンネットワークを構成する少なくとも一つのモジュールの状態を管理する。

サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２５は、任意のデータを修正または確認する。また、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２５は、修正または確認されたデータを利用して、少なくとも一つのデータ値を修正するか否かを確認し、ＣＡＮオープンネットワーク通信の設定値を修正するか否かを確認するが、これに限ることはない。

メッセージサービス提供モジュール２７は、周期的にデータを伝送するか（Time-Driven）特定イベントが発生するとデータを伝送するが（Event-Driven）、これらに限ることはない。

伝送キュー２９は、マネジメントサービス提供モジュール２３、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２５、メッセージサービス提供モジュール２７のそれぞれから伝送されたそれぞれのサービスを行うフレームを記憶し、記憶されたフレームをＣＡＮオープンネットワーク１０に順次伝送する。この際、マネジメントサービス提供モジュール２３、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２５、メッセージサービス提供モジュール２７のそれぞれは、該当サービスの規格に合うフレームを生成する。結果的に、マスタ装置２０は、該当サービスのそれぞれに合うフレームを伝送キュー２９を介してＣＡＮオープンネットワーク１０に伝達する。

図３は、本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークが有するマスタ装置の動作を説明する図である。

図３を参照すると、マスタ装置２０は、ＰＣ４０に設置されたコンフィギュレーションツール（Configuration Tool）４１を利用して、オートスキャン（Auto Scan）、リアルタイムデータモニタリングなどを行う。

マスタ装置２０は、コンフィギュレーションツール４１が提供するオートスキャン機能を介して、ＣＡＮオープンネットワーク１０に接続された複数のスレーブ装置３１、３３、３５、…、３７のそれぞれの情報を確認する。この際、マスタ装置２０は、上述したサービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２５を介して、ＰＣ４０に設置されたコンフィギュレーションツール４１を利用する。即ち、マスタ装置２０は、コンフィギュレーションツール４１を利用して、ＣＡＮオープンネットワークの構成またはデータ伝送スケジュールを設定およびダウンロードする。

このような方法で、マスタ装置２０は、ＣＡＮオープンネットワーク１０を管理し、データ伝送スケジュールをスレーブ装置３１、３３、３５、…、３７に伝達する。但し、ＣＡＮオープンネットワーク１０は、１０ｋｂｐｓ乃至１Ｍｂｐｓの通信速度を支援し、表１のように通信速度が低く設定されるほどＣＡＮオープンネットワーク１０で収容可能なフレームの個数が少なくなるため、コンフィギュレーションツール４１が支援するオートスキャン、リアルタイムデータモニタリング機能だけでなくデータ伝送機能まで正常に行うことができない場合が発生する可能性がある。表１は、通信速度によるデータの伝送可能距離および１秒当たりの最大伝送バイト数を示す。

表１を参照すると、ＣＡＮオープンネットワーク１０は、設定された通信速度に応じてデータの伝送可能距離または１秒当たりの伝送バイト数（即ち、伝送量）を制限する。

この際、マスタ装置２０は、ユーザ入力によるネットワーク設定またはデータ伝送スケジュールがＣＡＮオープンネットワークの伝送能力を超えるか否かに関してリアルタイムに確認する必要がある。マスタ装置２０がユーザ入力によるネットワーク設定またはデータ伝送スケジュールがＣＡＮオープンネットワークの収容可能なデータ伝送量を超えるか否かをリアルタイムで確認することができなければ、一部のデータが伝送されなくなりシステムが正常に動作することができない場合が発生する可能性がある。

また、マスタ装置２０が、コンフィギュレーションツール４１で追加して支援するオートスキャンまたはデータリアルタイムモニタリングを実行すると、伝送キュー２９を介して短い時間の間に多くのサービスデータオブジェクトフレームをＣＡＮオープンネットワーク１０に伝達するため他のサービスを行うことを遅延し、キュー容量のオーバーフロー（Queue Overflow）によって他のサービスフレームを損失する恐れがある。

以下、図４乃至図６を参照して、本発明の他の実施例によるＣＡＮオープンネットワークのマスタ装置およびその動作方法について説明する。本発明の他の実施例によると、ＣＡＮオープンネットワークは、ユーザ入力によって設定された伝送スケジュールを収容可能であるか否かが分かり、コンフィギュレーションツールで支援するオートスキャン、データリアルタイムモニタリングなどの機能を行うトラフィックによって他のサービスを行うことを遅延するか伝送キューの容量を超えないためデータの損失を防止することができる。

図４は、本発明の他の実施例によるＣＡＮオープンネットワークが有するマスタ装置の構成図である。

図４を参照すると、本発明の実施例によるＣＡＮオープンネットワーク１００のマスタ装置２００は、マネジメントサービス提供モジュール２１１、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２１３、メッセージサービス提供モジュール２１５、フレーム遅延モジュール（SDO Frame Delay Module）２３０、トラフィック分析モジュール（Traffic Analysis Module）２５０、伝送キュー２７０を有するが、これらに限ることはない。

マスタ装置２００は、マネジメントサービス提供モジュール２１１、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２１３、メッセージサービス提供モジュール２１５のそれぞれを介して生成されたそれぞれのサービスフレームをトラフィック分析モジュール２５０に伝送する。

フレーム遅延モジュール２３０は、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２１３で生成されるサービスデータオブジェクトサービスフレームに遅延時間を追加する。この際、フレーム遅延モジュール２３０は、トラフィック分析モジュール２５０の分析結果に応じて、サービスデータオブジェクトサービスフレームに追加する遅延時間の値を決定する。トラフィック分析モジュール２５０の分析結果は、例えば、ＣＡＮオープンネットワーク１００で収容可能なフレームの伝送量であってもよいが、これに限ることはない。フレーム遅延モジュール２３０がサービスデータオブジェクトサービスフレームに遅延時間を追加することで、ＣＡＮオープンネットワーク１００の伝送能力を超えるフレームの生成を防止することができる。

トラフィック分析モジュール２５０は、マネジメントサービスフレーム、サービスデータオブジェクトサービスフレーム、メッセージサービスフレームがそれぞれＣＡＮオープンネットワーク１００の伝送能力を超えるか否かを検査する。以下、図５を参照して、トラフィック分析モジュール２５０の動作を説明する。図５では、トラフィック分析モジュール２５０がメッセージフレームの個数または長さを算出してＣＡＮオープンネットワーク１００の伝送能力と比較する方法について図示するが、これに限ることはない。

図５は、本発明の一実施例によるＣＡＮオープンネットワークのトラフィック制御方法を説明するフローチャートである。

図５を参照すると、トラフィック分析モジュール２５０は、メッセージサービス提供モジュール２１５で生成されたメッセージサービスフレームの個数を算出する（Ｓ１０１）。メッセージサービスフレームの個数は、数式１によって算出される。

ｎ：ユーザ入力によって設定されたプロセスデータオブジェクトサービスフレームの個数、
ａ^th：ａ番目のプロセスデータオブジェクトサービスフレーム
伝送タイプが０、２５４、２５５である場合のＰＤＯ伝送周期＝Ｉｎｈｉｂｉｔ Ｔｉｍｅ（禁止時間）（ｓｅｃ）、
伝送タイプが１乃至２４０である場合のＰＤＯ伝送周期＝伝送タイプ＊Ｓｙｎｃ周期（ｓｅｃ）
ｍ：エラー制御（Error Control）が設定されたスレーブ装置のノード数
ｂ^th：ｂ番目のスレーブ装置のノード

以下、図６を参照して、本発明の一実施例によるメッセージサービスフレームの個数の算出方法について説明する。

図６は、本発明の一実施例による伝送フレーム数の算出方法を説明するフローチャートである。

図６を参照すると、トラフィック分析モジュール２５０は、プロセスデータオブジェクト（Process Data Object：ＰＤＯ）サービスフレームの１秒当たりのフレーム数を決定する（Ｓ３０１）。

マスタ装置２００は、プロセスデータオブジェクトサービスを行ってデータを伝送する。この際、プロセスデータオブジェクトサービスフレームの１秒当たりのフレーム数は、ユーザ入力によって設定されたプロセスデータオブジェクトサービスフレームの個数（ｎ）とプロセスデータオブジェクトサービスフレームの伝送周期（ＰＤＯ伝送周期）とによって決定される。

次に、トラフィック分析モジュール２５０は、同期（Ｓｙｎｃ）フレームの１秒当たりのフレーム数を決定する（Ｓ３０３）。

マスタ装置２００は、マスタ装置およびスレーブ装置の時間同期を合わせるために同期サービスを利用し、同期サービスは、同じ時間間隔でデータを伝送するために使用される。同期フレームの１秒当たりのフレーム数は、ユーザ入力によって設定されたＳｙｎｃ周期に応じて決定される。

次に、トラフィック分析モジュール２５０は、エラー制御（Error Control）フレームの１秒当たりのフレーム数を決定する（Ｓ３０５）。

マスタ装置２００は、スレーブ装置の状態を感知するためにエラー制御サービスを使用し、エラー制御フレームの１秒当たりのフレーム数は、ユーザ入力によって設定された周期に応じて決定される。

次に、トラフィック分析モジュール２５０は、先に決定されたプロセスデータオブジェクトサービスフレームの１秒当たりのフレーム数、同期フレームの１秒当たりのフレーム数およびエラー制御フレームの１秒当たりのフレーム数のそれぞれを足してメッセージサービス提供モジュールで生成されたフレームの個数を算出する（Ｓ３０７）。メッセージサービス提供モジュールで生成されたフレームの個数は、上記数式１によって算出され、数式１を構成する複数の項目のそれぞれは、プロセスデータオブジェクトサービスフレームの１秒当たりのフレーム数、同期フレームの１秒当たりのフレーム数およびエラー制御フレームの１秒当たりのフレーム数を意味する。

更に図５を参照すると、トラフィック分析モジュール２５０は、上記算出されたデータ量と基準データ量とを比較する（Ｓ１０３）。上記算出されたデータ量は、メッセージサービスフレームを意味する。基準データ量は、予め設定されたＣＡＮオープンネットワーク１００の通信速度で収容可能なデータ量、即ち、ＣＡＮオープンネットワーク１００が伝送可能なデータ量を意味する。

次に、トラフィック分析モジュール２５０は、上記判断された比較結果を利用して、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２１３のフレーム生成周期を決定する（Ｓ１０５）。

例えば、上記算出されたデータ量が基準データ量を超える場合、トラフィック分析モジュール２５０は、サービスデータオブジェクトサービスフレームに遅延時間を追加する。一方、上記算出されたデータ量が基準データ量より小さい場合、トラフィック分析モジュール２５０は、ＣＡＮオープンネットワーク１００が追加して伝送可能なデータ量を算出して、サービスデータオブジェクトサービスフレームの生成周期を短縮してもよい。

次に、トラフィック分析モジュール２５０は、決定されたフレーム生成周期に関する情報をフレーム遅延モジュール２３０に伝送することで、サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール２１３のフレーム生成周期を制御する（Ｓ１０７）。フレーム遅延モジュール２３０は、トラフィック分析モジュール２５０の制御に応じて、コンフィギュレーションツール４１で支援するオートスキャン、リアルタイムデータモニタリング機能を行うサービスデータオブジェクトサービスフレームの生成周期を調節する。

次に、トラフィック分析モジュール２５０は、伝送キュー２７０に周期が制御されたフレームなどを伝送する（Ｓ１０９）。マスタ装置２００は、伝送キュー２７０に伝送周期が調節されたフレームを伝送および記憶することで、ＣＡＮオープンネットワーク１００のデータ伝送が遅延される現象を防止する。

１０ ＣＡＮオープンネットワーク
２０ マスタ装置
２３ マネジメントサービス提供モジュール
２５ サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール
２７ メッセージサービス提供モジュール
２９ 伝送キュー
３１〜３７ スレーブ装置
４０ ＰＣ
４１ コンフィギュレーションツール
１００ ＣＡＮオープンネットワーク
２００ マスタ装置
２１１ マネジメントサービス提供モジュール
２１３ サービスデータオブジェクトサービス提供モジュール
２１５ メッセージサービス提供モジュール
２３０ フレーム遅延モジュール
２５０ トラフィック分析モジュール
２７０ 伝送キュー

Claims (8)

1. 第１サービスフレームを生成するデータオブジェクトサービス提供モジュールと、
   第２サービスフレームを生成するメッセージサービス提供モジュールと、
   前記データオブジェクトサービス提供モジュールで生成される前記第１サービスフレームの生成周期を調節するフレーム遅延モジュールと、
   前記メッセージサービス提供モジュールで生成された前記第２サービスフレームのデータ伝送量と基準データ伝送量とを比較し、前記比較結果に応じて前記第１サービスフレームの生成周期を決定し、前記決定された生成周期に応じて前記フレーム遅延モジュールの動作を制御するトラフィック分析モジュールと、
   前記トラフィック分析モジュールから伝送された前記第１サービスフレームまたは第２サービスフレームをＣＡＮオープンネットワークに伝送する伝送キューと、を有し、
   前記フレーム遅延モジュールは、前記第２サービスフレームのデータ伝送量を基準に前記生成周期を決定し、前記データオブジェクトサービス提供モジュールによって前記第１サービスフレームが生成されることを制限する、ネットワークトラフィック制御装置。
2. 前記データオブジェクトサービス提供モジュールは、
   前記ＣＡＮオープンネットワークに接続されたスレーブ装置の情報を確認するオートスキャン機能およびデータリアルタイムモニタリング機能を行う、請求項１に記載のネットワークトラフィック制御装置。
3. 前記基準データ伝送量は、前記ＣＡＮオープンネットワークの予め設定された通信速度で伝送可能なデータ量である、請求項１または請求項２に記載のネットワークトラフィック制御装置。
4. 前記トラフィック分析モジュールは、前記第２サービスフレームのデータ伝送量が前記基準データ伝送量を超える場合、前記第１サービスフレームの生成周期に遅延時間を追加して前記第１サービスフレームの生成周期を決定する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のネットワークトラフィック制御装置。
5. 前記トラフィック分析モジュールは、前記第２サービスフレームの１秒当たりのフレーム数、同期フレームの１秒当たりのフレーム数およびエラー制御フレームの１秒当たりのフレーム数の総計から前記第２サービスフレームのデータ伝送量を算出する、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のネットワークトラフィック制御装置。
6. 前記第２サービスフレームの１秒当たりのフレーム数は、ユーザ入力によって設定された第１サービスフレームの個数および前記第１サービスフレームの伝送周期によって決定される、請求項５に記載のネットワークトラフィック制御装置。
7. 前記同期フレームの１秒当たりのフレーム数は、ユーザ入力によって設定された同期周期に応じて決定され、
   前記同期周期は、前記ＣＡＮオープンネットワークが有するマスタ装置および前記マスタ装置の制御によって通信を行うスレーブ装置の時間同期を合わせる同期サービスを行う際に必要である、請求項５または請求項６に記載のネットワークトラフィック制御装置。
8. 前記エラー制御フレームの１秒当たりのフレーム数は、ユーザ入力によって設定された周期に応じて決定される、請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載のネットワークトラフィック制御装置。

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