JP6246036B2

JP6246036B2 - 中継装置

Info

Publication number: JP6246036B2
Application number: JP2014055943A
Authority: JP
Inventors: 正孝杖村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: JP2015179925A

Description

本発明は、中継装置に関する。

近年、産業分野においてもイーサネット（登録商標）化が進み、製造現場ではＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、インバータ、センサ等のＦＡ（Factory Automation）機器を結ぶ通信ネットワーク（以下、ＦＡネットワーク）が構築されている。ＦＡネットワークでは、リアルタイム性が要求されるＦＡ機器間をイーサネットで接続し、制御することが一般的である。イーサネットをベースとしたＦＡネットワークには、ＣＣ−ＬｉｎｋＩＥ（登録商標）が挙げられる。

ＣＣ−ＬｉｎｋＩＥでは、制御側の通信装置（以下、マスタ）と制御対象となる通信装置（以下、スレーブ）の間をイーサネットで接続し、マルチキャスト通信を用いたトークンパッシング方式にて通信を行う（例えば、下記特許文献１参照）。モーション系のネットワークでは、マスタとスレーブは同期して動作する。そのため、マスタと各スレーブの伝送路遅延量測定用フレーム（Ｍｅａｓｕｒｅ／ＭｅａｓｕｒｅＡｃｋ）、同期トリガ用フレーム（ＭｙＳｔａｔｕｓ）など同期に使用するフレームは、各スレーブで同期ポイントがずれないよう、中継装置、スレーブにてフレームによる揺らぎを許容せず、受信から送信までの間隔を一定にする必要がある（以降、同期に使用するフレームを固定遅延フレームとする）。

特許第５０８４９１５号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、中継装置に様々なＦＡ機器を接続して構成されるＦＡネットワークでは、人為的なミス等で複数のマスタが中継装置を介して混在するおそれがある。この場合、各マスタから送信される固定遅延フレームが、中継装置で衝突し、遅延または廃棄され、同期ポイントがずれることによりシステムが誤動作する可能性がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、誤接続を検出してシステムの誤動作を防止可能な中継装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、マスタからスレーブへ送信されるフレームを中継する中継装置であって、複数のネットワークと接続する場合に、同一ネットワーク内でフレームの送受信を行う送受信手段と、前記マスタから送信されるフレームであるマスタ特有フレームを監視および解析する監視手段と、前記監視手段の監視結果に基づいて、前記マスタ特有フレームをフィルタリングしてフレーム導通を制御するフィルタリング手段と、を備え、前記監視手段が、動作中のマスタが存在するネットワークにおいて、新規接続による他のマスタを検出した場合、前記フィルタリング手段は、前記他のマスタが接続するポートをフィルタリングすることを特徴とする。

本発明によれば、誤接続を検出してシステムの誤動作を防止できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１のＣＣ−ＬｉｎｋＩＥネットワークの構成例を示し、正常な接続状態を示す図である。図２は、実施の形態１のＣＣ−ＬｉｎｋＩＥネットワークの構成例を示し、誤接続状態を示す図である。図３は、実施の形態１のＬ２ＳＷの構成例を示す図である。図４は、動作中のマスタが存在するポートと同一ＶＬＡＮのポートに新規にマスタを接続した状態を示す図である。図５は、動作中のマスタが存在するポートと同一ＶＬＡＮのポートに新規にスレーブを接続した状態を示す図である。図６は、動作中のマスタが存在しないＶＬＡＮのポートに新規にマスタを接続した状態を示す図である。図７は、実施の形態２のＬ２ＳＷの構成例を示す図である。図８は、アドレス記憶部が保持するマスタ管理テーブルの構成例を示す図である。図９は、再起動時に同一ＶＬＡＮのポートに複数のマスタが存在しない状態を示す図である。図１０は、再起動時に同一ＶＬＡＮのポートに複数のマスタが存在する状態を示す図である。図１１は、再起動時に同一ＶＬＡＮのポートに複数のマスタが存在する状態を示す図である。

以下に、本発明にかかる中継装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態のＣＣ−ＬｉｎｋＩＥネットワークの構成例を示し、正常な接続状態を示す図である。ＣＣ−ＬｉｎｋＩＥネットワークは、マスタ２１，２２、スレーブ３１，３２，３３，３４，３５、および、レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）１１，１２の中継装置により構成される。Ｌ２ＳＷ１１では、ポートＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）機能によりネットワークを分割することで、１つのＬ２ＳＷ１１で複数のマスタ２１，２２からなる複数ネットワーク＃１，＃２を接続することが可能となる。

図１のＣＣ−ＬｉｎｋＩＥネットワークでは、マスタ２１とマスタ２２を中継装置であるＬ２ＳＷ１１によってネットワークを分割して運用している。Ｌ２ＳＷ１１では、ポート＃１〜＃５とポート＃６〜＃８をそれぞれ異なるＶＬＡＮ（図１では、それぞれＶＬＡＮ＃１、ＶＬＡＮ＃２とする）設定とする。これにより、ＣＣ−ＬｉｎｋＩＥネットワークでは、マスタ２１が形成するネットワーク＃１とマスタ２２が形成するネットワーク＃２はそれぞれ独立して動作し、互いのネットワークに影響を与えることはない。

しかしながら、図２のようにマスタ２２がマスタ２１と同一ＶＬＡＮポートに誤接続した場合、２つのマスタ２１，２２が混在し、それぞれのマスタ２１，２２から送信される固定遅延フレームの衝突によるシステム誤動作の発生が考えられる。図２は、本実施の形態のＣＣ−ＬｉｎｋＩＥネットワークの構成例を示し、誤接続状態を示す図である。マスタ２２が、スレーブ３４、Ｌ２ＳＷ１２を介してＬ２ＳＷ１１と接続しているが、接続ポートがネットワーク＃１のポート＃５であり、接続ポートがネットワーク＃２のポート＃６であった図１と異なる。

つぎに、Ｌ２ＳＷ１１の構成について説明する。図３は、本実施の形態のＬ２ＳＷ１１の構成例を示す図である。Ｌ２ＳＷ１１は、同一ネットワーク内でフレームの送受信を行うフレーム送受信部１と、マスタから送信されるフレームであるマスタ特有フレームを監視および解析するフレーム監視部２と、フレーム監視部２の監視結果に基づいて、マスタ特有フレームをフィルタリングしてフレーム導通を制御するフィルタリング部３と、を備える。なお、Ｌ２ＳＷ１２については、本実施の形態では２つのネットワークと接続する形で使用していないが、Ｌ２ＳＷ１１と同様の構成としてもよい。

つづいて、Ｌ２ＳＷ１１における、マスタの接続パターン別の動作について説明する。Ｌ２ＳＷ１１では、通常運用時のシステム誤動作を防ぐため、ポート新規接続時は、フィルタリング部３が新規接続ポートをフィルタリングし、フレーム監視部２において誤接続の有無を確認するまで、フレーム送受信部１が他ポートにフレームを転送しないよう設定する。なお、以降の説明で使用する図４〜６においては、接続関係が容易に把握できるよう、説明に必要な装置およびポートのみを示す。

図４は、動作中のマスタが存在するポートと同一ＶＬＡＮのポートに新規にマスタを接続した状態を示す図である。Ｌ２ＳＷ１１には、初期状態として、マスタ２１がポート＃１に接続され、スレーブ３１がポート＃２に接続されており、マスタ２１およびスレーブ３１がＶＬＡＮ＃１で正常に通信中である。

Ｌ２ＳＷ１１では、フレーム監視部２が、新規接続ポートでのマスタ特有フレームの受信を監視し、マスタ特有フレームの受信有無によりマスタの存在有無を確認する。ここでは、フレーム監視部２が、新規接続ポート（ポート＃３）において一定時間内にマスタ２２からのマスタ特有フレームの受信を確認したとする。この場合、新規接続ポート（ポート＃３）にはマスタ２２が接続されており、新規接続ポート（ポート＃３）が動作中のマスタ２１が存在するポート＃１と同一ＶＬＡＮ＃１のポートのため、Ｌ２ＳＷ１１では、同一ＶＬＡＮポートに複数マスタが混在することを防ぐため、フィルタリング部３が、新規接続ポート（ポート＃３）に対してフィルタリングを継続する。

図５は、動作中のマスタが存在するポートと同一ＶＬＡＮのポートに新規にスレーブを接続した状態を示す図である。図４と初期状態が同じ場合に、新規接続ポート（ポート＃３）にスレーブ３２が接続された状態を示す。

Ｌ２ＳＷ１１では、フレーム監視部２が、新規接続ポートでのマスタ特有フレームの受信を監視し、マスタ特有フレームの受信有無によりマスタの存在有無を確認する。ここでは、フレーム監視部２が、新規接続ポート（ポート＃３）において一定時間内にマスタ特有フレーム未受信のため、新規接続ポート（ポート＃３）にはマスタが接続されていない（スレーブ３２が接続された）として、フィルタリング部３が、新規接続ポート（ポート＃３）に対するフィルタリングを解除する。

図６は、動作中のマスタが存在しないＶＬＡＮのポートに新規にマスタを接続した状態を示す図である。Ｌ２ＳＷ１１には、初期状態として、ＶＬＡＮ＃１内で、スレーブ３１がポート＃１に接続され、スレーブ３２がポート＃２に接続され、ＶＬＡＮ＃２内で、マスタ２１がポート＃４に接続され、ＶＬＡＮ＃１側にマスタが接続されていない状態である。

Ｌ２ＳＷ１１では、フレーム監視部２が、新規接続ポートでのマスタ特有フレームの受信を監視し、マスタ特有フレームの受信有無によりマスタの存在有無を確認する。ここでは、フレーム監視部２が、新規接続ポート（ポート＃３）において一定時間内にマスタ２２からのマスタ特有フレームの受信を確認したとする。この場合、新規接続ポート（ポート＃３）にはマスタ２２が接続されており、新規接続ポート（ポート＃３）がマスタの存在しないＶＬＡＮ＃１のポートのため、Ｌ２ＳＷ１１では、フィルタリング部３が、新規接続ポート（ポート＃３）に対するフィルタリングを解除する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置であるＬ２ＳＷ１１では、フレーム監視部２が、新規接続ポートにおいてマスタ特有フレームを監視し、一定時間内にマスタ特有フレームを受信したか否かにより、フィルタリング部３が、新規接続ポートに対するフィルタリングを継続または解除することとした。これにより、正常接続時にはフレーム導通を行うことができ、同一ネットワーク内に複数のマスタが接続される誤接続時にはフィルタリング制御を行うことにより、同一ネットワーク内でマスタの混在を防ぎ、システム誤動作を未然に防ぐことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、Ｌ２ＳＷ１１の動作中に発生する誤接続時の動作について説明した。本実施の形態では、Ｌ２ＳＷ再起動時に既に誤接続している場合の動作について説明する。

図７は、本実施の形態のＬ２ＳＷ１１ａの構成例を示す図である。Ｌ２ＳＷ１１ａは、同一ネットワーク内でフレームの送受信を行うフレーム送受信部１と、マスタから送信されるフレームであるマスタ特有フレームを監視および解析するフレーム監視部２と、フレーム監視部２の監視結果に基づいて、マスタ特有フレームをフィルタリングしてフレーム導通を制御するフィルタリング部３ａと、動作中のマスタのアドレスを保持するアドレス記憶部４と、を備える。

図８は、アドレス記憶部４が保持するマスタ管理テーブルの構成例を示す図である。マスタ管理テーブルでは、各ＶＬＡＮ（ＶＬＡＮ番号）に対して、接続している動作中のマスタのＭＡＣ（Media Access Control）アドレスを示すものである。アドレス記憶部４では、マスタ管理テーブルを不揮発メモリに保持し、Ｌ２ＳＷ１１ａの再起動時のマスタ誤接続の場合の前回起動マスタ検索に使用する。ここでは、ＶＬＡＮ＃１で起動していたマスタのＭＡＣアドレスが「ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ」であり、ＶＬＡＮ＃２で起動していたマスタのＭＡＣアドレスが「ＹＹ−ＹＹ−ＹＹ−ＹＹ−ＹＹ−ＹＹ」であることを示す。なお、ここでは、マスタを特定するためにＭＡＣアドレスを用いているが、一例であり、マスタを識別可能であれば他の情報を用いてもよい。

つづいて、Ｌ２ＳＷ１１ａにおける、マスタの接続パターン別の動作について説明する。実施の形態１と同様、以降の説明で使用する図９〜１１においては、接続関係が容易に把握できるよう、説明に必要な装置およびポートのみを示す。

図９は、再起動時に同一ＶＬＡＮのポートに複数のマスタが存在しない状態を示す図である。Ｌ２ＳＷ１１ａには、初期状態として、ＶＬＡＮ＃１内において、マスタ２１がポート＃１に接続され、スレーブ３１がポート＃２に接続され、スレーブ３２がポート＃３に接続されている。

Ｌ２ＳＷ１１ａでは、フレーム監視部２が、各接続ポートからマスタ特有フレーム受信を監視し、マスタ特有フレームの受信有無によりマスタの存在有無を確認する。フレーム監視部２は、ポート＃１から一定時間内にマスタ特有フレームを受信し、ポート＃２，＃３からは一定時間内にマスタ特有フレームを未受信である。Ｌ２ＳＷ１１ａでは、再起動時に同一ＶＬＡＮの複数ポートからマスタ特有フレームを受信しないため、フィルタリング部３ａはいずれのポートに対してもフィルタリングをせず、通常起動する。

図１０は、再起動時に同一ＶＬＡＮのポートに複数のマスタが存在する状態を示す図である。Ｌ２ＳＷ１１ａには、初期状態として、ＶＬＡＮ＃１内において、マスタ２１がポート＃１に接続され、スレーブ３１がポート＃２に接続され、マスタ２２がポート＃３に接続されている。また、マスタ２１のＭＡＣアドレスを「ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ」とし、マスタ２２のＭＡＣアドレスを「ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＹＹ−ＹＹ−ＹＹ」とする。

Ｌ２ＳＷ１１ａでは、フレーム監視部２が、各接続ポートからマスタ特有フレーム受信を監視し、マスタ特有フレームの受信有無によりマスタの存在有無を確認する。フレーム監視部２は、ポート＃１，＃３から一定時間内にマスタ特有フレームを受信し、ポート＃２からは一定時間内にマスタ特有フレームを未受信である。Ｌ２ＳＷ１１ａでは、再起動時に同一ＶＬＡＮの複数ポートからマスタ特有フレームを受信したため誤接続状態として、フィルタリング部３ａは、アドレス記憶部４を確認し、前回起動状態を維持して運用するため前回起動時のマスタを優先して動作する制御を行う。フィルタリング部３ａは、アドレス記憶部４（図８参照）の内容とマスタ２１，２２のＭＡＣアドレスを比較し、ＶＬＡＮ＃１において、マスタ２１が前回起動時のマスタと判断し、前回起動マスタ２１の接続ポート（ポート＃１）以外のマスタ２２の接続ポート（ポート＃３）のみフィルタリングする。

図１１は、再起動時に同一ＶＬＡＮのポートに複数のマスタが存在する状態を示す図である。Ｌ２ＳＷ１１ａには、初期状態として、ＶＬＡＮ＃１内において、マスタ２１がポート＃１に接続され、スレーブ３１がポート＃２に接続され、マスタ２２がポート＃３に接続されている。また、マスタ２１のＭＡＣアドレスを「ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＹＹ」とし、マスタ２２のＭＡＣアドレスを「ＸＸ−ＸＸ−ＸＸ−ＹＹ−ＹＹ−ＹＹ」とする。

Ｌ２ＳＷ１１ａでは、フレーム監視部２が、各接続ポートからマスタ特有フレーム受信を監視し、マスタ特有フレームの受信有無によりマスタの存在有無を確認する。フレーム監視部２は、ポート＃１，＃３から一定時間内にマスタ特有フレームを受信し、ポート＃２からは一定時間内にマスタ特有フレームを未受信である。Ｌ２ＳＷ１１ａでは、再起動時に同一ＶＬＡＮの複数ポートからマスタ特有フレームを受信したため誤接続状態として、フィルタリング部３ａは、アドレス記憶部４を確認し、前回起動状態を維持して運用するため前回起動時のマスタを優先して動作する制御を行う。フィルタリング部３ａは、アドレス記憶部４（図８参照）の内容とマスタ２１，２２のＭＡＣアドレスを比較し、ＶＬＡＮ＃１において、いずれのマスタも前回起動時のマスタではないと判断する。この場合、マスタ同士が調停して動作するマスタを決定するため、フィルタリング部３ａでは、マスタ接続ポート（ポート＃１，＃３）のフィルタリングは実施しない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置であるＬ２ＳＷ１１ａでは、フレーム監視部２が、再起動時においてマスタ特有フレームを監視し、一定時間内にマスタ特有フレームを複数のポートから受信した場合、前回起動時のマスタを優先して動作し、フィルタリング部３ａが、他のマスタに対してフィルタリングを実施することとした。これにより、再起動時において、同一ネットワーク内に複数のマスタが接続される誤接続時には、前回起動状態を維持して運用することができる。

以上のように、本発明にかかる中継装置は、マスタからスレーブへのフレームの中継に有用であり、特に、複数のマスタからなる複数のネットワークと接続する場合に適している。

１フレーム送受信部、２フレーム監視部、３，３ａフィルタリング部、４アドレス記憶部、１１，１２レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）、２１，２２マスタ、３１，３２，３３，３４，３５スレーブ。

Claims

マスタからスレーブへ送信されるフレームを中継する中継装置であって、
複数のネットワークと接続する場合に、同一ネットワーク内でフレームの送受信を行う送受信手段と、
前記マスタから送信されるフレームであるマスタ特有フレームを監視および解析する監視手段と、
前記監視手段の監視結果に基づいて、前記マスタ特有フレームをフィルタリングしてフレーム導通を制御するフィルタリング手段と、
を備え、
前記監視手段が、動作中のマスタが存在するネットワークにおいて、新規接続による他のマスタを検出した場合、
前記フィルタリング手段は、前記他のマスタが接続するポートをフィルタリングする、
ことを特徴とする中継装置。
マスタからスレーブへ送信されるフレームを中継する中継装置であって、
複数のネットワークと接続する場合に、同一ネットワーク内でフレームの送受信を行う送受信手段と、
前記マスタから送信されるフレームであるマスタ特有フレームを監視および解析する監視手段と、
前記監視手段の監視結果に基づいて、前記マスタ特有フレームをフィルタリングしてフレーム導通を制御するフィルタリング手段と、
を備え、
前記監視手段が、自装置の再起動時、同一ネットワーク内に複数のマスタを検出した場合、
前記フィルタリング手段は、前記複数のマスタのうち前回起動時に接続されていたマスタ以外のマスタが接続するポートをフィルタリングする、
ことを特徴とする中継装置。
さらに、
動作中のマスタのアドレスを保持する記憶手段、
を備え、
前記フィルタリング手段は、前記複数のマスタの中に前記記憶手段にアドレスが保持されたマスタがある場合、前記アドレスが保持されたマスタ以外のマスタが接続するポートをフィルタリングする、
ことを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
前記監視手段は、前記マスタ特有フレームの受信の有無により、前記マスタの接続有無を確認する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の中継装置。