JP5906420B2 - 通信システムおよび伝送ユニット - Google Patents

Description

本発明は、伝送信号を用いて通信する通信端末と、伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する重畳端末とが同一の通信線に接続された通信システムおよび伝送ユニットに関する。

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、そもそも照明器具等のオンオフ制御などに使用されるシステムであって通信速度が遅く、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。

そこで、伝送ユニットから送出される伝送信号を用いて通信を行う通信端末と、伝送信号に重畳される重畳信号を用いてより高速に通信を行う重畳端末とを備え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）。特許文献４に記載のシステムは、通信端末（第１通信端末）と重畳端末（第２通信端末）とが通信線（伝送路）を共用するので、既設の通信システムに重畳端末を増設することで容易に実現できる。

ここで、伝送信号（第１プロトコルの信号）は、１フレームごとに時間軸方向において複数の領域（期間）に分割され、一部の領域が重畳信号（第２プロトコルの信号）を重畳可能な重畳可能帯（通信適合期間）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、重畳端末は、伝送信号の一部に割り当てられた重畳可能帯に、伝送信号と共通の通信線を伝送される重畳信号を用いて通信する。

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

ところで、特許文献４記載の通信システムにおいては、重畳端末の台数が増えた場合に各重畳端末が自由に通信を行うと、複数台の重畳端末間で重畳信号の送信タイミングが重複し、通信線上で重畳信号同士の干渉が生じることがある。また、この通信システムは、重畳端末の台数が増えた場合に各重畳端末が自由に通信を行うと、通信線上の通信トラフィックが増大するという問題もある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、重畳信号同士の干渉を回避し、且つ通信トラフィックの増大を抑制できる通信システムおよび伝送ユニットを提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、通信線に伝送信号を繰り返し送信する伝送ユニットと、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する複数台の重畳端末とが前記通信線に接続された通信システムであって、前記伝送ユニットと前記複数台の前記重畳端末とのうちの１台は、前記重畳信号を用いて前記重畳端末と直接通信するマスタノードとして機能するためのマスタ権を有しており、前記伝送ユニットが前記マスタノードとして機能する場合、前記複数台の前記重畳端末同士は前記伝送ユニットを介して通信を行い、前記複数台の前記重畳端末のうちの１台の重畳端末が前記マスタノードとして機能する場合、当該重畳端末と他の重畳端末とは直接通信を行い、前記伝送ユニットは、前記複数台の前記重畳端末のうちの１台の重畳端末からのマスタ要求への応答として当該重畳端末へ前記マスタ権を一時的に移譲するように構成されていることを特徴とする。

この通信システムにおいて、前記伝送ユニットは、前記マスタ権が前記重畳端末に移譲されてから所定の返還時間以内に返還されなければ、前記返還時間が経過した時点で前記マスタ権を強制的に復帰させるように構成されていることが望ましい。

この通信システムにおいて、前記重畳端末は、前記マスタ権を取得すると、応答信号を前記重畳信号により前記伝送ユニットに送信するように構成されていることがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記重畳端末は、前記マスタノードとして実行すべきタスクが完了するまでに掛かる時間長さを表す時間情報を、前記応答信号に含めて送信するように構成されていることがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記伝送ユニットは、前記マスタ権を取得した前記重畳端末の前記重畳信号による通信状況を監視し、当該通信状況から当該重畳端末での前記マスタノードとして実行すべきタスクの完了を検出すると前記マスタ権を強制的に復帰させるように構成されていることがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記重畳端末は、前記マスタ権を取得した後、前記マスタノードとして実行すべきタスクが完了すると、前記マスタ権を前記伝送ユニットに返還するように構成されていることがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記伝送信号は、割込帯と返信帯とを含む複数の領域に分割された時分割方式の信号であって、前記伝送ユニットは、前記割込帯で割込信号を受けると、当該割込信号を発生した前記重畳端末から前記返信帯でデータを受信し、前記重畳端末は、前記伝送ユニットからの定期的なポーリングと、前記割込信号とを選択的に用いて前記マスタ要求を出すように構成されていることがより望ましい。

本発明の伝送ユニットは、上記いずれかの通信システムに用いられることを特徴とする。

本発明は、伝送ユニットが、複数台の重畳端末のうちの１台の重畳端末からのマスタ要求への応答として当該重畳端末へマスタ権を一時的に移譲するので、重畳信号同士の干渉を回避し、且つ通信トラフィックの増大を抑制できるという利点がある。

実施形態１に係る通信システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態１に係る通信システムを用いた照明システムの構成図である。 実施形態１に係る通信システムの基本システムの動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムの基本システムの動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムにおけるマスタ権の移譲動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムにおけるマスタ権の移譲動作の説明図である。 実施形態２に係る通信システムにおけるマスタ権の移譲動作の説明図である。

（実施形態１）
本実施形態の通信システムは、たとえば図２に示すように、２線式の通信線１０に接続される伝送ユニット１と、重畳端末２および通信端末３とを備えている。この通信システムでは、基本的に、通信端末３は通信線１０を伝送される伝送信号（第１プロトコルの信号）を用いて通信を行い、重畳端末２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。

図２は、通信システムがオフィスビル等において照明器具４を制御するための照明システムに適用された例を示している。図２の例では、伝送ユニット１は各エリア（たとえばフロア）に１台ずつ設けられ、各伝送ユニット１に接続された通信線１０に通信端末３および重畳端末２が複数台ずつ接続されている。

また、伝送ユニット１は、その上位装置となる省エネコントローラ５に接続されている。省エネコントローラ５は、エリア（たとえばフロア）ごとに設けられており、上記通信システムを適用した照明システムの他、空調装置（図示せず）についても統括的に監視制御を行う。複数のエリアの省エネコントローラ５は、ブラウザ機能を有したパーソナルコンピュータ（図示せず）にインターネットあるいはＬＡＮなどのネットワークを介して接続され、パーソナルコンピュータから監視可能に構成されている。

複数台の通信端末３は、伝送ユニット１に対して通信線１０を介して並列接続されている。伝送ユニット１および通信端末３は、伝送ユニット１から通信端末３へのデータ伝送と通信端末３から伝送ユニット１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。以下ではまず、基本システムの概略構成について説明する。

基本システムにおいて、通信端末３は、壁スイッチ等のスイッチ（図示せず）の監視入力を監視する監視用の端末と、リレー（図示せず）を有し負荷（ここでは照明器具４）のオンオフ制御等を行う制御用の端末との２種類に分類される。本実施形態では、同一の通信線１０に対し監視用の通信端末３と制御用の通信端末３とが複数台ずつ接続されている場合を例に説明する。ここで、通信端末３は予め個別に割り当てられた自身のアドレスを、各々のメモリ（図示せず）に記憶している。なお、監視用の通信端末３は、スイッチに限らず、人感センサや明るさセンサ等のセンサで自動的に発生する監視入力を監視する構成であってもよい。

伝送ユニット１は、図１に示すように、伝送信号を通信線１０に送出する伝送通信部１１と、通信端末３へデータを送信する送信部１２と、通信端末３からデータを受信する受信部１３と、記憶部１４と、制御部１５とを備えている。また、本実施形態では、伝送ユニット１は、重畳信号を用いて通信を行う重畳通信部１６をさらに備えており、通信端末３とだけでなく重畳端末２との間でも通信可能に構成されている。制御部１５は、伝送通信部１１、送信部１２、受信部１３、重畳通信部１６の動作を制御する。本実施形態では、伝送ユニット１は、マイコン（マイクロコンピュータ）を主構成とし、記憶部１４に記憶されたプログラムを実行することにより、各部の機能を実現する。なお、図１では通信端末３の図示を省略している。

伝送ユニット１は、監視用の通信端末３と制御用の通信端末３とをアドレスによって対応付けた制御テーブルを記憶部１４に記憶している。ただし、たとえば監視用の通信端末３が複数回路のスイッチを有する場合、通信端末３に固有の端末アドレスだけでは、この通信端末３のスイッチが全て該当することになり、実際に操作された唯一のスイッチを特定することはできない。

そこで、監視用の通信端末３においては、実際に操作された唯一のスイッチを特定できるように、スイッチごとに負荷番号が割り振られ、通信端末３の端末アドレスの後に負荷番号が付加されたアドレスをスイッチ固有のアドレス（識別子）として用いる。同様に、制御用の通信端末３においてはリレーごとに負荷番号が割り振られ、通信端末３の端末アドレスの後に負荷番号が付加されたアドレスをリレー固有のアドレス（識別子）とする。制御テーブルでは、スイッチ固有のアドレスとリレー固有のアドレスとが一対一あるいは一対多に対応付けられる。

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１は、図３に示すように時間軸方向において複数の領域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、通信線１０に対して繰り返し送信する。すなわち、伝送信号は、予備割込帯１０１と、予備帯１０２と、送信帯１０３と、返信帯１０４と、割込帯１０５と、短絡検出帯１０６と、休止帯１０７との７つの領域からなる複極（±２４Ｖ）の時分割多重信号である。なお、図示例では伝送信号における割込帯１０５から始まって返信帯１０４で終わる各区間を１フレーム（Ｆ１，Ｆ２，・・・）としている。

予備割込帯１０１は２次割込の有無を検出するための期間、予備帯１０２は割込帯１０５および短絡検出帯１０６に合わせて設定された期間であり、送信帯１０３は通信端末３にデータを伝送するための期間である。返信帯１０４は通信端末３からの返送データを受信するタイムスロットであり、割込帯１０５は後述の割込信号の有無を検出するための期間であり、短絡検出帯１０６は短絡を検出するための期間である。休止帯１０７は処理が間に合わないときのための期間である。

伝送ユニット１は、常時は、モードデータが通常モードである伝送信号を送信し、この伝送信号の送信帯１０３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通信端末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、送信帯１０３に含まれるアドレスデータが自身のアドレスに一致した通信端末３は、この送信帯１０３に含まれるデータを受信し、次の（同一フレームの）返信帯１０４にて返送データを伝送ユニット１に送信する。ここで、通信端末３は、伝送信号の返信帯１０４に同期した電流モードの信号（適当な低インピーダンスを介して通信線１０を短絡することにより送出される信号）により返送データを送信する。なお、通信端末３の内部回路の電源は、通信線１０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。

一方、監視用の通信端末３は、監視入力を検出すると、伝送信号の割込帯１０５に同期して割込信号を発生する。以下、図２の通信システムにおいて、監視用の通信端末３で割込信号が発生した場合の基本システムの動作について、図３および図４を参照して説明する。

伝送ユニット１は、伝送信号の第１フレームＦ１の割込帯１０５にて監視用の通信端末３で発生した割込信号を検出すると（図３および図４のＳ１１）、伝送信号の送信帯１０３に含まれるモードデータを通常モードから割込ポーリングモードに切り替える。割込ポーリングモードにおいては、伝送ユニット１は、送信部１２にて、アドレスの上位ビットからなる返送要求データを伝送信号の送信帯１０３で送信し（Ｓ１２）、アドレス（上位ビット）をサイクリックに変化させながらアドレスサーチを行う。割込信号を発生した通信端末３は、返送要求データ中のアドレス（上位ビット）が自身のアドレスの上位ビットに一致していれば、第１フレームＦ１の返信帯１０４にて自身のアドレスの下位ビットを返送データとして伝送ユニット１に送信する（Ｓ１３）。これにより伝送ユニット１は、第１フレームＦ１において割込信号を発生した通信端末３のアドレスを、返送データとして受信部１３にて受信することになる。

伝送ユニット１は、割込信号を発生した通信端末３のアドレスを取得すると、次の第２フレームＦ２の送信帯１０３にて、そのアドレスを指定して通信端末３に対して送信部１２から返送要求データを送信する（Ｓ１４）。通信端末３は、自身のアドレスを含む返送要求データを受信すると、これに応答して、第２フレームＦ２の返信帯１０４にて監視入力に対応したスイッチの負荷番号およびオンオフの別を含む監視データを返送データとして伝送ユニット１に送信する（Ｓ１５）。

伝送ユニット１は、受信部１３にて監視データからなる返送データを受信すると、この監視データに制御テーブル上で対応する制御用の通信端末３に対して、次の第３フレームＦ３の送信帯１０３にて制御データを送信する（Ｓ１６）。これにより、制御データを受信した通信端末３は、制御データに従って照明器具４をオンオフ制御する。

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（第１プロトコル）に従い、伝送ユニット１を介して通信端末３同士（監視用の端末と制御用の端末）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、重畳端末２は、上記基本システムと通信線１０を共用しつつ、伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信を行う。

重畳端末２は、図１に示すように、メモリ２１と、重畳信号を用いた通信を行う（端末側）重畳通信部２２と、少なくとも伝送信号を受信可能な（端末側）伝送通信部２３と、インタフェース部２４と、（端末側）制御部２５とを備えている。インタフェース部２４には、後述する計測ユニット６等が接続される。制御部２５は、重畳通信部２２、伝送通信部２３、インタフェース部２４の動作を制御する。本実施形態では、重畳端末２は、マイコン（マイクロコンピュータ）を主構成とし、メモリ２１に記憶されたプログラムを実行することにより、各部の機能を実現する。

ここにおいて、重畳信号は、伝送信号に比べて、周波数が十分に高い信号であって（伝送信号の）１フレーム当たりに伝送可能なデータ量が十分に多い。そのため、重畳信号による通信は、伝送信号による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。そこで、本実施形態では、重畳端末２は、電圧、電流、電力等を計測する計測ユニット（多回路エネルギーモニタ）６の計測結果の伝送を行う。

具体的には、複数台の重畳端末２は、計測ユニット６に接続された監視用の端末と、計測ユニット６の計測結果を表示する表示パネル（フロア統合パネル）７に接続された表示用の端末とに分類されている。表示パネル７は、計測ユニット６の計測結果をたとえば表やグラフなどの種々の形式で表示する。本実施形態では、同一の通信線１０に対し監視用の重畳端末２と表示用の重畳端末２とが複数台ずつ接続されている場合を例に説明する。なお、ここでは表示用の重畳端末２は、表示パネル７と共通の筐体に収納されることで表示パネル７と一体化されているが、この構成に限らず、表示パネル７とは別の筐体に収納されインタフェース部２４に表示パネル７が接続される構成であってもよい。

上記構成によれば、監視用の重畳端末２は、重畳信号を用いて計測ユニット６の計測結果をたとえば定期的に表示パネル７に伝送し、表示パネル７に計測ユニット６の計測結果を表示させることができる。また、表示パネル７は、タッチパネルディスプレイ（図示せず）を有しており、ユーザからの操作入力を受け付けることで、ユーザの所望する情報を表示するように構成されている。そのため、表示用の重畳端末２は、表示パネル７に対するユーザの操作入力に応じて送信要求を出し、この送信要求の応答として重畳信号を用いて取得した計測ユニット６の計測結果を、表示パネル７に表示させることもできる。

重畳端末２は、予め個別に割り当てられた自身のアドレスを、各々のメモリ２１に記憶している。ただし、通信端末３と重畳端末２とでは設定可能なアドレス領域が区別されている。以下では、通信システム全体として「１」〜「１２８」のアドレスが使用可能であって、そのうち「１」〜「６４」までが通信端末３のアドレス領域、「６５」〜「１２８」が重畳端末２のアドレス領域として割り当てられている場合を想定して説明する。

なお、重畳端末２に関しては、１台の重畳端末２に複数台のセンサや負荷が接続されている場合、重畳端末２に固有のアドレスが割り当てられるのではなく、センサあるいは負荷ごとに固有のアドレスが割り当てられている。つまり、たとえば４台のセンサ（計測ユニット６等）が接続された重畳端末２には、「６５」、「６６」、「６７」、「６８」というように合計４つのアドレスが割り当てられることになる。

また、本実施形態の重畳端末２は、伝送通信部２３により、通信端末３と同様に伝送ユニット１との間で伝送信号を用いて双方向に通信可能に構成されている。つまり、重畳端末２は、重畳信号を用いた通信だけでなく、伝送信号による伝送ユニット１との通信も可能である。

また、重畳端末２は、基本システムで用いられる伝送信号を監視し、伝送信号のデータ伝送状況（以下、「ステート」という）を解析する機能を有している。ここでは、重畳端末２は伝送通信部２３にて伝送信号を監視する。重畳端末２は、ステートの解析結果から重畳信号の重畳に適した重畳可能帯にあるか否かを判断し、重畳可能帯と判断されたタイミングで、重畳通信部２２にて伝送信号に重畳信号を重畳する。

本実施形態においては、重畳端末２は、原則、伝送信号のうち予備割込帯１０１と予備帯１０２と休止帯１０７とを重畳可能帯として重畳信号の重畳に用いる。つまり、予備割込帯１０１と予備帯１０２と休止帯１０７とは、重畳信号が重畳されても第１プロトコルの通信に影響がなく、重畳信号も伝送信号の影響を受けにくい。

さらに、重畳端末２は、通信端末３と同様に伝送信号の割込帯１０５に同期して割込信号を発生可能に構成されており、割込信号により確保された返信帯１０４についても重畳可能帯として重畳信号の重畳に用いることができる。すなわち、重畳端末２は、伝送通信部２３にて伝送信号を用いた通信も可能であるから、割込帯１０５に同期して割込信号を発生することによって、次の（同一フレームの）返信帯１０４を自身と伝送ユニット１との通信用に確保できる。重畳端末２は、このようにして確保した返信帯１０４を重畳可能帯として用いることにより、返信帯１０４にて通信端末３から伝送ユニット１に送信される返送データと重畳信号との干渉を回避できる。

返信帯１０４は、他の重畳可能帯と同様、重畳信号が重畳されても第１プロトコルの通信に影響がなく、重畳信号も伝送信号の影響を受けにくい。しかも、返信帯１０４は、予備割込帯１０１や予備帯１０２や休止帯１０７に比べて、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長く、伝送信号の１フレームに占める割合が大きいので、重畳信号の重畳に適している。なお、具体的な数値を例示すると、返信帯１０４の時間幅は約６．５ｍｓであり、重畳端末２は、重畳信号により７００μｓに５バイトのデータを重畳できるとすれば、１回の返信帯１０４中に４６バイトのデータを送信できることになる。この場合、伝送信号のフレーム周期を約１５ｍｓとすれば、伝送速度は約２４ｋｂｐｓとなる。

その他の領域（送信帯１０３と割込帯１０５と短絡検出帯１０６）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第１プロトコルの通信に影響を与えやすい。また上記他の領域に重畳信号が重畳されると、重畳信号も伝送ユニット１と通信端末３との間で授受される信号（割込信号や送信データ）の影響を受けやすい。そのため、本実施形態では、予備割込帯１０１、予備帯１０２、休止帯１０７並びに返信帯１０４以外の領域は、重畳信号の重畳には使用されない領域（以下、「重畳不可帯」という）とする。

重畳通信部２２は、重畳信号によりデータを送信するデータ送信部、および重畳信号により送信されたデータを受信するデータ受信部として機能する。重畳通信部２２は、ステートの解析結果から重畳可能帯と判断されたときに限って重畳信号を送信するように構成されている。重畳端末２は、このように伝送信号に同期して重畳可能帯にのみ重畳信号を重畳させることにより、共通の通信線１０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回避する。

なお、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、重畳端末２は、予備割込帯１０１、予備帯１０２、休止帯１０７並びに返信帯１０４の中でも、領域の切り替わり（立ち上がり）後の所定の回避時間（たとえば３００μｓ）については、重畳不可帯と判断する。

重畳端末２への電源供給は、通信端末３と同様に伝送ユニット１から通信線１０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、重畳端末２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では、伝送ユニット１と複数台の重畳端末２とのうちの１台は、重畳信号を用いて重畳端末２と直接通信するマスタノードとして機能するための権限であるマスタ権を有している。

通常時においては、マスタ権は伝送ユニット１に与えられており、伝送ユニット１がマスタノードとして機能する。そのため、通常時において複数台の重畳端末２間でデータを伝送する場合、伝送ユニット１は、重畳通信部１６により複数台の重畳端末２のうちの一の重畳端末２から重畳信号を用いてデータを取得し、このデータを他の重畳端末２に重畳信号を用いて送信する。言い換えれば、伝送ユニット１がマスタノードとして機能する通常時においては、複数台の重畳端末２同士は互いに直接通信するのではなく、伝送ユニット１を介して通信を行う。

ただし、マスタ権は伝送ユニット１に固定的に与えられているのではなく、伝送ユニット１は、複数台の重畳端末２のうちの１台の重畳端末２からのマスタ要求への応答として、この重畳端末２へマスタ権を一時的に移譲するように構成されている。つまり、マスタ権は、伝送ユニット１から複数台の重畳端末２のうちいずれかの重畳端末２に一時的に移譲可能である。伝送ユニット１からマスタ権が移譲された重畳端末２は、マスタノードとして機能し、重畳信号を用いて他の重畳端末２との間で直接通信を行う。

本実施形態の通信システムは、マスタ権が伝送ユニット１に与えられ伝送ユニット１がマスタノードとして機能する状態（以下、「第１動作モード」という）では、重畳端末２同士がマスタノードたる伝送ユニット１を介して互いに通信する。一方、マスタ権が重畳端末２に与えられ重畳端末２がマスタノードとして機能する状態（以下、「第２動作モード」という）では、本実施形態の通信システムは、マスタノードたる重畳端末２と他の重畳端末２とが伝送ユニット１を介さず直接通信する。

以下に、第１動作モードと第２動作モードとのそれぞれにおける通信システムの動作について、図１を参照して説明する。ここでは、表示用の重畳端末２０１が、表示パネル７に対するユーザからの操作入力を受けて、監視用の重畳端末２０２から計測ユニット６の計測結果（たとえば消費電力の瞬時値）を取得する際の動作を例に説明する。

第１動作モードにおいては、重畳端末２０１は、表示パネル７に対するユーザからの操作入力を受けて、伝送信号の割込帯１０５に同期して割込信号を発生する。割込信号を検出した伝送ユニット１は、次の送信帯１０３で伝送信号により返送要求データを送信する。割込信号を発生した重畳端末２０１は、次の返信帯１０４で重畳信号を用いて伝送ユニット１に送信要求を出す（図１のＳ２１）。ここで、送信要求は、送信を要求するデータの種類、たとえばいずれの計測ユニット６の計測結果を要求するかを表している。

送信要求を受けた伝送ユニット１は、次の休止帯１０７と予備割込帯１０１と予備帯１０２とに同期して、送信要求に従って計測ユニット６の計測結果を重畳信号により監視用の重畳端末２０２に要求する（Ｓ２２）。伝送ユニット１からの要求を受けた重畳端末２０２は、次の休止帯１０７と予備割込帯１０１と予備帯１０２とに同期して、計測ユニット６の計測結果を重畳信号により伝送ユニット１に送信する（Ｓ２３）。伝送ユニット１は、計測ユニット６の計測結果を受信すると、次の休止帯１０７と予備割込帯１０１と予備帯１０２とに同期して、計測結果を重畳信号により重畳端末２０１に送信（転送）する（Ｓ２４）。

このように、第１動作モードにおいては、表示用の重畳端末２０１は、監視用の重畳端末２０２から、計測ユニット６の計測結果をマスタノードとしての伝送ユニット１経由で取得することができる。その際、マスタノードたる伝送ユニット１と、重畳端末２０１，２０２との間では、上述したようなＳ２１〜Ｓ２４の４ステップの通信が行われることになる。

一方、第２動作モードにおいては、表示用の重畳端末２０１がマスタ権を有し、マスタノードとして機能する。この重畳端末２０１は、表示パネル７に対するユーザからの操作入力を受けて、監視用の重畳端末２０２に対し、計測ユニット６の計測結果を要求する送信要求を重畳信号により直接送信する（図１のＳ３１）。重畳端末２０１からの送信要求を受けた重畳端末２０２は、計測ユニット６の計測結果を重畳信号により重畳端末２０１に直接送信する（Ｓ３２）。ここで、両重畳端末２０１，２０２は、重畳信号を用いた通信を、伝送信号の返信帯１０４もしくは休止帯１０７と予備割込帯１０１と予備帯１０２とに同期して行う。

このように、第２動作モードにおいては、表示用の重畳端末２０１は、マスタノードとして機能し、監視用の重畳端末２０２から、伝送ユニット１を通さずに計測ユニット６の計測結果を直接取得することができる。その際、マスタノードたる重畳端末２０１と重畳端末２０２との間では、上述したようなＳ３１〜Ｓ３２の２ステップの通信が行われることになる。

次に、本実施形態の通信システムのマスタ権の移譲に関する構成および機能の詳細について説明する。

伝送ユニット１は、マスタ権を有している間、つまりマスタノードとして機能する間のみ、記憶部１４内のマスタフラグをオンする。重畳端末２は、マスタ権を有している間、つまりマスタノードとして機能する間のみ、メモリ２１内のマスタフラグをオンする。言い換えれば、伝送ユニット１および重畳端末２は、自身のマスタフラグがオンの期間のみ、マスタノードとして機能する。

ここで、基本的な構成として、伝送ユニット１は、マスタ権を重畳端末２に移譲することでマスタノードでなくなり、その後、マスタ権を移譲した重畳端末２からマスタ権が返還されると再びマスタノードに移行するように構成されている。つまり、伝送ユニット１は、マスタ権を有している間はマスタノードとして機能し、マスタ権を重畳端末２に移譲している間はマスタノードとしての機能を喪失する。

また、重畳端末２は、基本的には、マスタ権を取得した後、マスタノードに移行し、マスタノードとして実行すべきタスクが完了すると、マスタ権を伝送ユニット１に返還するように構成されている。つまり、重畳端末２は、マスタ権を有している間はマスタノードとして機能し、マスタノードとして実行すべきタスクが完了したことをもって、マスタ権を元の伝送ユニット１に返還してマスタノードとしての機能を喪失する。

具体的に説明すると、図５に示すように伝送ユニット１は、複数台の重畳端末２のうちのいずれか１台の重畳端末２からマスタ要求を受けると（図５のＳ４１）、この重畳端末２へマスタ要求への応答としてマスタ権を移譲する（Ｓ４２）。このとき、伝送ユニット１は、自身のマスタフラグをオフにし、マスタ権の移譲通知をマスタ要求の送信元の重畳端末２に送信することにより、自身のマスタ権を重畳端末２に移譲する。

重畳端末２は、伝送ユニット１からマスタ権を取得すると、つまり移譲通知を受信すると、マスタノードに移行するための移行処理を行い（Ｓ４３）、自身のマスタフラグをオンにする。重畳端末２は、移行処理が完了すれば、マスタ権を取得したことを通知するための応答信号を伝送ユニット１に送信する（Ｓ４４）。重畳端末２は重畳信号により応答信号を送信する。マスタノードに移行した重畳端末２は、他の重畳端末２との間で直接通信を行うことで、他の重畳端末２からのデータの取得などの所望のタスク（処理）を実行する（Ｓ４５）。

マスタノードに移行した重畳端末２は、マスタノードとして実行すべきタスクが完了すると、マスタ権を伝送ユニットに返還（移譲）する（Ｓ４６）。このとき、マスタノードとしての重畳端末２は、自身のマスタフラグをオフにし、マスタ権の返還通知を伝送ユニット１に送信することにより、自身のマスタ権を伝送ユニット１に返還（移譲）する。伝送ユニット１は、重畳端末２からマスタ権を取得すると、つまり返還通知を受信すると、マスタノードに移行するための移行処理を行い（Ｓ４７）、自身のマスタフラグをオンにする。

このように、通信システムにおいては、１つのマスタ権が伝送ユニット１−重畳端末２間で双方向に移譲されることにより、伝送ユニット１および複数台の重畳端末２のうちマスタ権を有する１台のみがマスタノードとして機能する。言い換えれば、マスタ権は、同一の通信線１０に接続された１台の伝送ユニット１および複数台の重畳端末２のうちのいずれか１台にのみ与えられ、これら伝送ユニット１および複数台の重畳端末２のうちの２台以上に同時に与えられることはない。

ここにおいて、重畳端末２は、伝送ユニット１からの定期的なポーリングと、割込信号とを選択的に用いてマスタ要求を出すように構成されている。つまり、重畳端末２は、伝送ユニット１からの定期的なポーリングへの応答としてマスタ要求を送信してもよいし、伝送信号の割込帯１０５に同期して割込信号を発生し、次の返信帯１０４で伝送ユニット１にマスタ要求を出してもよい。

ポーリングを用いる場合、重畳端末２は、伝送信号の送信帯１０３に含まれるアドレスデータが自身のアドレスに一致すると、次の返信帯１０４あるいは予備割込帯１０１、予備帯１０２、休止帯１０７の重畳可能帯に、マスタ要求を伝送ユニット１に送信する。この場合、重畳端末２は、予備割込帯１０１と予備帯１０２と休止帯１０７とからなる重畳可能帯においては重畳信号を用いてマスタ要求を送信し、返信帯１０４においては重畳信号あるいは伝送信号を用いてマスタ要求を送信する。

一方、割込信号を用いる場合、重畳端末２は、伝送信号の割込帯１０５に同期して割込信号を発生する。割込信号を検出した伝送ユニット１は、次の送信帯１０３で伝送信号により返送要求データを送信する。割込信号を発生した重畳端末２は、次の返信帯１０４で重畳信号を用いて伝送ユニット１にマスタ要求を送信する。

したがって、重畳端末２は、定常時にはマスタ要求の送信にポーリングを用いることにより、通信端末３と伝送ユニット１との通信に影響を与えることなくマスタ要求を伝送ユニット１に送信することができる。また、重畳端末２は、マスタ要求の送信に割込信号を用いることにより、重畳端末２が新規に追加された場合やマスタ権を早期に確保する必要がある場合にも対応できる。

さらに本実施形態では、伝送ユニット１は、マスタ権が重畳端末２に移譲されてから所定の返還時間以内に返還されなければ、返還時間が経過した時点でマスタ権を強制的に復帰させるように構成されている。具体的には、伝送ユニット１は、図６に示すように、マスタ権が重畳端末２に移譲されたことをトリガにして返還時間の計時（Ｓ４８）を開始する。それから、伝送ユニット１は、重畳端末２からマスタ権が返還されるか否か、つまり返還通知の有無を監視し、返還時間が経過するまでの間にマスタ権が返還される（返還通知を受信する）と、マスタノードに移行する（図５参照）。一方、マスタ権が返還されることなく（返還通知を受信することなく）返還時間が経過すると、伝送ユニット１は、図６に示すようにマスタ権が返還されなくても（返還通知を受信しなくても）、マスタ権を自ら強制的に復帰させてマスタノードに移行する（Ｓ４７）。

なお、伝送ユニット１は、マスタ権が重畳端末２に移譲されたことをトリガにして返還時間の計時を開始すればよく、たとえば移譲通知を重畳端末２に送信した時点、あるいは応答信号を重畳端末２から受信した時点で返還時間の計時を開始する。

また、重畳端末２は、マスタ権を取得したときに伝送ユニット１に送信する応答信号に、マスタノードとして実行すべきタスクが完了するまでに掛かる時間長さを表す時間情報を含めるように構成されている。つまり、重畳端末２は、マスタ権の移譲通知を受信したときに、マスタ権の移譲元（移譲通知の送信元）である伝送ユニット１に対し重畳信号を用いて応答信号を送信するので、この応答信号に時間情報を含めて送信する。

これにより、伝送ユニット１は、時間情報を含む応答信号を受信することになり、重畳端末２がマスタノードとして実行すべきタスクの完了までに掛かる時間長さ、言い換えれば重畳端末２にマスタ権が占有される時間長さ（占有時間）を知ることができる。そのため、伝送ユニット１は、重畳端末２でのマスタ権の占有時間に基づいてたとえば返還時間の長さを設定できる。つまり、伝送ユニット１は、たとえば重畳端末２でのマスタ権の占有時間に一定時間αを加えて返還時間に設定することにより、マスタ権の移譲後、占有時間を経過し、さらに一定時間αが経過してもマスタ権が返還されない場合、マスタ権を強制的に復帰させる。

以上説明した本実施形態の通信システムによれば、接続された伝送ユニット１および複数台の重畳端末２のうちマスタ権を有する１台のみがマスタノードとして機能し、マスタ権は伝送ユニット１と重畳端末２との間で双方向に移譲可能である。

そのため、この通信システムは、複数台の重畳端末２が一斉に通信を行うことにより重畳信号同士が干渉することを回避できる。すなわち、本実施形態の構成によれば、マスタ権を有さない重畳端末２は、重畳信号を用いて自由に通信できるのではなく、通信システム内で唯一のマスタノード（マスタ権を有する伝送ユニット１または重畳端末２）との間でのみ直接通信可能となる。言い換えれば、マスタ権を有する伝送ユニット１または重畳端末２が、通信システム内での重畳信号を用いた通信を統制するので、マスタ権を有さない重畳端末２が重畳信号を用いた通信を勝手に行うことはない。したがって、本実施形態の通信システムは、同一の重畳可能帯に複数台の重畳端末２が一斉にデータ送信を行うことによる重畳信号同士の干渉（コリジョン）の発生を回避できる。

また、重畳端末２にマスタ権が与えられた状態（第２動作モード）では、重畳端末２同士は伝送ユニット１を介さずに直接通信でき、通信線１０上の通信トラフィックの増大を抑制できる。つまり通信トラフィックが低減されるため、通信システムは、第２動作モードでは重畳端末２間の通信速度を高速化できる。

一方で、伝送ユニット１にマスタ権が与えられた状態（第１動作モード）では、重畳端末２同士は伝送ユニット１を介して通信することになる。そのため、伝送ユニット１は、１台の重畳端末２から取得したデータを、記憶部１４に蓄積し、複数台の重畳端末２に対して転送することが可能である。したがって、伝送ユニット１は、たとえば監視用の重畳端末２から取得したデータを複数台の表示用の重畳端末２間で共有させる際、表示用の重畳端末２がそれぞれ監視用の重畳端末２と通信する場合に比べて、通信トラフィックを低減できる。つまり、一対多の重畳端末２間でのデータの授受を行うような場合には、通信システムは、伝送ユニット１をマスタノードとして機能させることで、通信トラフィックを低減でき通信速度の高速化を図ることができる。

要するに、本実施形態の通信システムによれば、重畳信号同士の干渉を回避し、且つ通信トラフィックの増大を抑制できるという利点がある。

また、伝送ユニット１は、マスタ権が重畳端末２に移譲されてから所定の返還時間以内に返還されなければ、返還時間が経過した時点でマスタ権を強制的に復帰させるので、マスタ権を与えられた重畳端末２の故障等に対応できる。つまり、重畳端末２の故障等によりマスタ権が伝送ユニット１に正常に返還されない場合でも、伝送ユニット１は、マスタ権を移譲後、返還時間が経過すれば自動的にマスタノードに移行するので、通信システム上にマスタノードが存在しない事態を回避できる。

ただし、重畳端末２は、基本的には、マスタ権を取得後マスタノードとして実行すべきタスクが完了すると、マスタ権を伝送ユニット１に返還する。したがって、重畳端末２は、マスタノードとして実行すべきタスクに掛かる時間がマスタ権の占有時間が返還時間よりも短い場合、返還時間が経過する前にマスタ権を返還することになり、マスタ権を早期に伝送ユニット１へと返還できる。

また、重畳端末２は、伝送ユニット１からマスタ権を取得すると、応答信号を重畳信号により伝送ユニット１に送信するので、比較的多くの情報を応答信号に含めて送信することができる。すなわち、重畳信号は伝送信号に比べて、周波数が十分に高い信号であって（伝送信号の）１フレーム当たりに伝送可能なデータ量が十分に多いため、重畳端末２は、重畳信号を用いることで応答信号に多くの情報を含めて伝送ユニット１に送信できる。

しかも、重畳端末２は、マスタノードとして実行すべきタスクが完了するまでに掛かる時間長さを表す時間情報を、応答信号に含めて送信するので、マスタ権の占有時間を伝送ユニット１に事前に知らせることができる。そのため、伝送ユニット１は、重畳端末２でのマスタ権の占有時間に基づいてたとえば返還時間の長さを設定できる。

（実施形態２）
本実施形態の通信システムは、伝送ユニット１が、マスタ権を取得した重畳端末２の重畳信号による通信状況を監視するように構成されている点で、実施形態１の通信システムと相違する。以下、実施形態１と同様の構成については共通の符号を付して適宜説明を省略する。

すなわち、伝送ユニット１は、第２動作モードにおいて、伝送信号に重畳されている重畳信号を重畳通信部１６で受信することにより、マスタノードとしての重畳端末２が他の重畳端末２との間で重畳信号により通信している通信内容を取得（傍受）する。

本実施形態ではさらに、伝送ユニット１は、監視対象である重畳端末２の通信状況から、この重畳端末２でのマスタノードとして実行すべきタスクの完了を検出すると、マスタ権を強制的に復帰させるように構成されている。

具体的には、重畳端末２は、図７に示すようにマスタ権を取得後（図７のＳ４２，Ｓ４３）、伝送ユニット１に送信する応答信号に、マスタノードとして実行すべきタスクの内容を示すタスク情報を含めて送信する（Ｓ４４）。伝送ユニット１は、受信した応答信号のタスク情報にて重畳端末２がマスタノードとして実行すべきタスク処理を理解し、そのタスクの完了を重畳端末２の通信状況から検出することにより、マスタノードとして実行すべきタスクの完了を検出する。伝送ユニット１は、マスタ権の移譲後、重畳端末２がマスタノードとして実行すべきタスクの完了を検出すると（Ｓ４９）、重畳端末２からマスタ権が返還されなくても（返還通知を受信しなくても）、マスタ権を自ら強制的に復帰させてマスタノードに移行する（Ｓ４７）。

以上説明した本実施形態の通信システムによれば、伝送ユニット１は、重畳端末２でのマスタノードとして実行すべきタスクが完了すれば、直ちにマスタ権を復帰させてマスタノードに移行できる。要するに、伝送ユニット１は、重畳端末２からマスタ権が返還されるのを待つことなく、早期にマスタノードに復帰できるという利点がある。また、本実施形態では、マスタ権を取得した重畳端末２は、マスタノードとして実行すべきタスクの完了後にマスタ権を伝送ユニット１に返還する機能（図５のＳ４６参照）が省略されていてもよい。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

１ 伝送ユニット
２，２０１，２０２ 重畳端末
３ 通信端末
１０ 通信線
１０４ 返信帯
１０５ 割込帯

Claims (8)

1. 通信線に伝送信号を繰り返し送信する伝送ユニットと、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する複数台の重畳端末とが前記通信線に接続された通信システムであって、
   前記伝送ユニットと前記複数台の前記重畳端末とのうちの１台は、前記重畳信号を用いて前記重畳端末と直接通信するマスタノードとして機能するためのマスタ権を有しており、
   前記伝送ユニットが前記マスタノードとして機能する場合、前記複数台の前記重畳端末同士は前記伝送ユニットを介して通信を行い、
   前記複数台の前記重畳端末のうちの１台の重畳端末が前記マスタノードとして機能する場合、当該重畳端末と他の重畳端末とは直接通信を行い、
   前記伝送ユニットは、前記複数台の前記重畳端末のうちの１台の重畳端末からのマスタ要求への応答として当該重畳端末へ前記マスタ権を一時的に移譲するように構成されている
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記伝送ユニットは、前記マスタ権が前記重畳端末に移譲されてから所定の返還時間以内に返還されなければ、前記返還時間が経過した時点で前記マスタ権を強制的に復帰させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記重畳端末は、前記マスタ権を取得すると、応答信号を前記重畳信号により前記伝送ユニットに送信するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記重畳端末は、前記マスタノードとして実行すべきタスクが完了するまでに掛かる時間長さを表す時間情報を、前記応答信号に含めて送信するように構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記伝送ユニットは、前記マスタ権を取得した前記重畳端末の前記重畳信号による通信状況を監視し、当該通信状況から当該重畳端末での前記マスタノードとして実行すべきタスクの完了を検出すると前記マスタ権を強制的に復帰させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 前記重畳端末は、前記マスタ権を取得した後、前記マスタノードとして実行すべきタスクが完了すると、前記マスタ権を前記伝送ユニットに返還するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信システム。
7. 前記伝送信号は、割込帯と返信帯とを含む複数の領域に分割された時分割方式の信号であって、
   前記伝送ユニットは、前記割込帯で割込信号を受けると、当該割込信号を発生した前記重畳端末から前記返信帯でデータを受信し、
   前記重畳端末は、前記伝送ユニットからの定期的なポーリングと、前記割込信号とを選択的に用いて前記マスタ要求を出すように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信システムに用いられることを特徴とする伝送ユニット。

Images