JP6275320B2 - 通信装置、通信方法及びプログラム - Google Patents
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Description
マスタ装置と各スレーブ装置の間で送受信される指令及び応答が一巡するまでの時間は、サイクルタイムと呼ばれる。
モーション制御などを活用して精度の高い制御を行う際は、予め通信を行う周期を設定しておく。このように予め設定される通信を行う周期は通信周期と呼ばれる。マスタ装置と各スレーブ装置は、この通信周期より短い時間でサイクルタイムが完了するように通信を行う。
具体的には、通信周期が200usであるときは、マスタ装置から各スレーブへの指令、各スレーブからマスタへの応答、が200usに1回行われる。このため、サイクルタイムは200us未満とならなければならない。
フィールド通信とモーション通信は、ネットワークを区別することもあるが、省配線を目的として1つのネットワークでフィールド通信とモーション通信とを行うケースがある。
通信周期は、フィールド通信よりもモーション通信の方が短いケースが多い。
フィールド通信を低優先度、モーション通信を高優先度に設定することにより、フィールド通信とモーション通信とが混在するネットワークにおいて、通信周期が短いモーション通信のサイクルタイムを短くすることができる。
特許文献1に開示された方法では、障害通知用の通信フレームを高優先度の通信、他の通信フレームを低優先度の通信と置き換えることが可能である。特許文献1の方法では、障害通知の通信フレームの送信が発生した場合、他の通信フレームを送信している途中であっても、その送信を中断し、障害通知の通信フレームを先に送信する。そして、特許文献1の方法では、障害通知の通信フレームの送信が完了した後で他の通信フレームを最初から送信し直す。
モーション通信においては、通信周期内で、各スレーブ装置がマスタ装置にモーション通信フレームを届けなければならない。しかし、スレーブ装置において、フィールド通信の通信フレームの送信中にモーション通信の通信フレームの送信要求が発生した場合、常にフィールド通信の通信フレームの送信を中断すると、フィールド通信の効率が落ちてしまう。このように、特許文献1の方法では、モーション通信とフィールド通信が混在するネットワークにおいて、モーション通信を優先させつつフィールド通信もなるべく早く実施したいという要求は満たせないという課題がある。
前記第2の通信フレームの送信中に前記第1の通信フレームの送信要求が発生した場合、送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでにかかる時間の許容時間と、前記第2の通信フレームの送信が完了するまでの残り時間と、前記送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでの所要時間とを取得し、取得した前記許容時間と前記残り時間と前記所要時間とに基づいて、前記第2の通信フレームの送信を継続するか否かを判定する通信調停部を備える。
***構成の説明***
図1は、本実施の形態に係るネットワークシステム500の構成の一例を示す図である。
図1に示すように、ネットワークシステム500は、ライン型ネットワークであり、マスタ装置200と、複数のスレーブ装置SR01,SR02,SR03,SR04とを備える。各スレーブ装置は、本実施の形態に係る通信装置100である。
すなわち、通信装置100は、ネットワークシステム500に接続され、マスタ装置200と通信を行うスレーブ装置である。なお、ネットワークは、ライン型ネットワークでなくてもよく、リング型、スター型、バス型等、他の形状のネットワークであっても本実施の形態を適用することができる。
フィールド通信では、フィールド通信フレームが送受信される。フィールド通信フレームは、第2の通信フレーム1012の例である。
モーション通信では、フィールド通信フレームを送信する優先度より高い優先度のモーション通信フレームが送受信される。モーション通信フレームは、第1の通信フレーム1011の例である。
以下の説明では、モーション通信フレームを第1の通信フレーム1011とし、フィールド通信フレームを第2の通信フレーム1012として説明する。
通信装置100は、第1の通信フレーム1011を送信すると共に、第1の通信フレーム1011を送信する優先度より低い優先度の第2の通信フレーム1012を送信する。
通信装置100は、通信部102、通信フレーム生成部106、通信調停部107、バッファ108、通信情報記憶部109、タイマ部110、ネットワークポート1022、ネットワークポート1042を備える。通信部102は、ネットワークインタフェース部1021、ネットワークインタフェース部1041を備える。
ネットワークインタフェース部1041は、ネットワークポート1042及び非マスタ装置側ネットワークケーブルを介して非マスタ装置側ネットワークと通信フレームを送受する。
通信装置100は、一方のネットワークポートから受信した通信フレームを他方のネットワークポートに中継する。
また、通信装置100は、通信フレーム生成部106で生成した通信フレームをネットワークポート1022もしくはネットワークポート1042から送信する。
通信装置100がモーション通信を行うためのスレーブ装置であれば、自局の通信フレーム生成部106で生成するのはモーション通信フレーム、すなわち第1の通信フレーム1011となる。また、通信装置100がフィールド通信を行うためのスレーブ装置であれば、自局の通信フレーム生成部106で生成するのはフィールド通信フレーム、すなわち第2の通信フレーム1012となる。
通信調停部107は、自局生成通信フレームと、中継通信フレームとの調停を行う。
自局生成通信フレームと中継通信フレームとは、それぞれ、第1の通信フレーム1011の場合もあれば、第2の通信フレーム1012の場合もある。
通信情報1091には、通信装置100から送信が開始された通信フレームが、ネットワークシステム500に接続される他の装置の各々において受信が開始されるまでの所要時間が予め設定されている。通信情報1091の詳細については後述する。
上述したように、モーション通信フレーム、すなわち第1の通信フレーム1011は、通信周期を表すkT1以内に送信元装置から送信先装置に送信される必要がある。
よって、通信調停部107は、送信元装置により第2の通信フレーム1012の送信が開始された時点から現時点までの経過時間T2を、通信時間T1から減じた時間を許容時間RTとして算出する。
所要時間NTは、送信先装置において第1の通信フレーム1011の受信が開始されるまでの所要時間である。
通信調停部107は、取得した許容時間RTと残り時間STと所要時間NTとに基づいて、第2の通信フレーム1012の送信を継続するか否かを判定する。
バッファ108は、上記のケースのように、送信要求があったときに直ちに送信できない通信フレームを格納する。
通信調停部107は、残り時間STと所要時間NTとを加算した時間を加算時間ATとして算出し、算出した加算時間ATと許容時間RTとを比較する。通信調停部107は、許容時間RTが加算時間AT以上の場合、第2の通信フレーム1012の送信を継続する。そして、通信調停部107は、第2の通信フレーム1012の送信完了後に第1の通信フレーム1011の送信を開始する。
また、通信調停部107は、許容時間RTが加算時間ATより短い場合、第2の通信フレーム1012の送信を中断する。そして、通信調停部107は、第1の通信フレーム1011の送信を開始し、第1の通信フレーム1011の送信完了後に第2の通信フレーム1012の送信を再び開始する。
通信装置100は、プロセッサ901、補助記憶装置902、メモリ903、通信装置904、入力インタフェース905、ディスプレイインタフェース906といったハードウェアを備える。
プロセッサ901は、信号線910を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
入力インタフェース905は、入力装置907に接続されている。
ディスプレイインタフェース906は、ディスプレイ908に接続されている。
プロセッサ901は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)である。
補助記憶装置902は、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)である。
メモリ903は、例えば、RAM(Random Access Memory)である。
通信装置904は、データを受信するレシーバー9041及びデータを送信するトランスミッター9042を含む。
通信装置904は、例えば、通信チップ又はNIC(Network Interface Card)である。
入力インタフェース905は、入力装置907のケーブル911が接続されるポートである。
入力インタフェース905は、例えば、USB(Universal Serial Bus)端子である。
ディスプレイインタフェース906は、ディスプレイ908のケーブル912が接続されるポートである。
ディスプレイインタフェース906は、例えば、USB端子又はHDMI(登録商標)(High Definition Multimedia Interface)端子である。
入力装置907は、例えば、マウス、キーボード又はタッチパネルである。
ディスプレイ908は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)である。
このプログラムは、メモリ903にロードされ、プロセッサ901に読み込まれ、プロセッサ901によって実行される。
更に、補助記憶装置902には、OS(Operating System)も記憶されている。
そして、OSの少なくとも一部がメモリ903にロードされ、プロセッサ901はOSを実行しながら、「部」の機能を実現するプログラムを実行する。
図3では、1つのプロセッサ901が図示されているが、通信装置100が複数のプロセッサ901を備えていてもよい。
そして、複数のプロセッサ901が「部」の機能を実現するプログラムを連携して実行してもよい。
また、「部」の処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値が、メモリ903、補助記憶装置902、又は、プロセッサ901内のレジスタ又はキャッシュメモリにファイルとして記憶される。
また、「部」を「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」に読み替えてもよい。また、「処理」を「回路」又は「工程」又は「手順」又は「部」に読み替えてもよい。
「回路」及び「サーキットリー」は、プロセッサ901だけでなく、ロジックIC又はGA(Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field−Programmable Gate Array)といった他の種類の処理回路をも包含する概念である。
図4を用いて、本実施の形態に係る通信装置100の通信方法、通信処理S100について説明する。
通信装置100は、第1の通信フレーム1011を送信すると共に、第1の通信フレーム1011を送信する優先度より低い優先度の第2の通信フレーム1012を送信する。
通信調停部107は、第2の通信フレーム1012の送信中に第1の通信フレーム1011の送信要求が発生したか否かを判定する送信判定処理S110を実行する。
S201において、通信調停部107は、通信調停部107に対して送信要求があるか否かを判定する。
S201において送信要求があると判定した場合は、S202に進む。
S201において送信要求がないと判定した場合は、送信要求があると判定されるまで、S201の処理を繰り返す。
S202において送信中の通信フレームがあると判定した場合は、S203に進む。
S202において送信中の通信フレームがないと判定した場合は、S204に進む。
S203において第2の通信フレーム1012の送信中に第1の通信フレーム1011の送信要求が発生したと判定した場合は、S205に進む。
S203において第2の通信フレーム1012の送信中に第1の通信フレーム1011の送信要求が発生したものではないと判定した場合は、S207に進む。
通信調停部107は、送信判定処理S110により第2の通信フレーム1012の送信中に第1の通信フレーム1011の送信要求が発生したと判定された場合、優先度判定処理S120を実行する。通信調停部107は、送信先装置において第1の通信フレーム1011の受信が開始されるまでにかかる時間の許容時間RTと、第2の通信フレーム1012の送信が完了するまでの残り時間STと、送信先装置において第1の通信フレーム1011の受信が開始されるまでの所要時間NTとを取得する。通信調停部107は、取得した許容時間RTと残り時間STと所要時間NTとに基づいて、第2の通信フレーム1012の送信を継続するか否かを判定する優先度判定処理S120を実行する。
優先度判定処理S120の詳細については後述する。
S205において、モーション通信を待機させることができる時間が現在送信中のフィールド通信の完了まで待つ時間よりも短くないと判定した場合、S207に進む。
S204において、通信調停部107は、送信要求された通信フレームの送信を実行する。すなわち、S204では、通信調停部107は、送信要求があり、かつ送信中の通信フレームが無い場合は、送信要求された通信フレームの送信を実行する。
通信調停部107は、第1の通信フレーム1011の送信要求が、第2の通信フレーム1012の送信中に発生した場合、第2の通信フレーム1012の送信完了まで第1の通信フレーム1011を待機させることができるか否かを判定する。
そして、第1の通信フレーム1011を待機させることができないと判定した場合は、S206で通信調停部107は送信中の第2の通信フレーム1012の送信を中断し、第1の通信フレーム1011の送信を実行する。
通信調停部107は、通信情報記憶部109から通信調停部107に入力される通信情報1091と、タイマ部110から通信調停部107に入力されるタイマ情報1101とを用いて、優先度判定処理S120を実行する。
通信情報1091は、ネットワークを介してマスタ装置200と接続されているスレーブ装置である通信装置100が、マスタ装置200との間に何局のスレーブ装置を介しているかを示す情報である。
図6は、図1に示すスレーブ装置SR02が通信装置100である場合の通信情報1091の一例を示している。
装置IDには、マスタ装置200を示すMSR01、各スレーブ装置を示すSR01,SR02,SR03,SR04が設定される。
接続順には、各装置がマスタ装置から何番目に接続されているかが設定される。
種別には、各装置がマスタであるか、スレーブであるか、自装置であるかが設定される。
装置起動後などの装置初期化のフェーズにおいて、マスタ装置200が各スレーブ装置までのネットワーク中継時間を測定し、測定結果を各スレーブ装置に送信する。各スレーブ装置は、マスタ装置200から送信された測定結果をもとに通信情報1091に所要時間を設定する。このような方法により所要時間が通信情報1091に設定される。また、このような方法に限らず、他の方法によって通信情報1091を設定しても構わない。
図6を用いて具体的に説明する。通信調停部107は、通信情報1091を用いて、自装置から送信先装置であるマスタ装置200までの所要時間20μsを取得する。
なお、通信調停部107は通信開始時刻をタイマ部110に出力するものとし、タイマ部110が許容時間RTを算出するものとしてもよい。
通信調停部107は、RT<NT+STであるときは、モーション通信を待機させることができる時間が現在送信中のフィールド通信の完了まで待つ時間よりも短いと判定し、S206に進む。これは、モーション通信を待たせると、現在のモーション通信の通信周期の完了までに、モーション通信フレームである第1の通信フレーム1011をマスタ装置200に届けることができないことになるためである。
本実施の形態に係る通信装置によれば、優先度が異なる通信フレームが混在するネットワークにおいて、優先度の低い通信フレームを送信している最中に、優先度が高い通信の送信要求が発生したとき、適切な優先度制御処理を実行することができる。通信装置は、送信先への到着完了までの許容時間を考慮し、優先度の低い通信フレームの送信を完了してから高優先度の通信フレームの送信を行うか、優先度の低い通信フレームの送信をキャンセルし、高優先度の通信フレームの送信を行い、その後で優先度の低い通信フレームの送信を再実行するかの判定機能を有する。
したがって、本実施の形態に係る通信装置によれば、優先度の高い通信フレームの送信を適切に優先させつつ、優先度の低い通信フレームについても必要以上に遅延させることがないように優先度を制御することができる。すなわち、モーション通信のリアルタイム性を確保しつつ、フィールド通信の完了時間の遅延を抑制することができる。
本実施の形態では、主に、実施の形態1との差異点について説明する。
本実施の形態において、実施の形態1で説明した構成部と同様の機能を有する構成部については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図1に示すように、例えば、通信装置100がマスタ装置200から2番目のスレーブ装置SR02である場合、通信フレームをマスタ装置200に届けるためには、通信フレームはスレーブ装置SR01を経由する必要がある。このスレーブ装置SR01のように、通信フレームを中継する装置を中継装置300とも称する。
本実施の形態では、第1の通信フレーム1011は、中継装置300を経由して送信先装置であるマスタ装置200に送信されるものとする。
通信装置100は、中継装置300が第1の通信フレーム1011の経由に要する経由時間T3を含む通信情報1091aを記憶する通信情報記憶部109aを備える。
通信調停部107aは、残り時間STと所要時間NTと経由時間T3とを加算した時間を加算時間ATとして算出し、優先度判定処理S120aを実行する。
図6と異なる点は、各装置に対応して経由時間が設定されている点である。
経由時間は、各装置が通信フレームを中継するのに要する遅延時間とも称される。
図8を用いて、本実施の形態に係る通信装置100aの優先度判定処理S120aについて説明する。
S1203aにおいて、通信調停部107aは、第1の通信フレーム1011がマスタ装置200に到達するまでに経由する中継装置300の経由時間T3を取得する。
図7を用いて具体的に説明する。通信調停部107aは、通信情報1091aを用いて、自装置からマスタ装置200までに通信フレームが経由する中継装置300であるスレーブ装置SR01の経由時間5μsを取得する。
通信調停部107aは、RT<NT+ST+T3であるときは、モーション通信を待機させることができる時間が現在送信中のフィールド通信の完了まで待つ時間よりも短いと判定し、S206に進む。
通信調停部107は、RT<NT+ST+T3でないとき、すなわちRT≧NT+ST+T3であるときは、モーション通信を待機させることができる時間が現在送信中のフィールド通信の完了まで待つ時間以上であると判定し、S207に進む。
例えば、通信周期が始まって、早いタイミングでマスタに届けるべきモーション通信フレームがある場合について説明する。このモーション通信フレームを送信したスレーブ装置と、マスタ装置の間に位置する別のスレーブ装置とが、通信周期の完了時刻まで余裕があると判定し、フィールド通信完了後にこのモーション通信フレームを送信することがある。このような場合には、このモーション通信フレームよりも、遅い時間に送信されたマスタ装置宛てのモーション通信フレームが、通信周期終了時刻までに間に合わなくなってしまうことが考えられる。
このため、モーション通信を待機できる時間は、送信要求があったモーション通信フレームの送信元によって、都度異なることとなる。
このようなケースを考慮して、優先度の判定を行うために、通信情報1091aには、スレーブ装置の順番を考慮した経由時間を設定しておくことが好適である。
本実施の形態に係る通信装置によれば、優先度の低い通信フレームの送信をキャンセル要否の判定において、予め設定されていたネットワークの構成情報における、自装置と送信先装置との間の通信に伴う遅延時間を計算して判定に使用することができる。
さらに、優先度の低い通信フレームの送信をキャンセル要否の判定において、送信要求があった通信フレームの送信元情報を元に、通信フレームごとに異なる予め設定されていたネットワークの構成情報における自局装置と送信先装置の間の通信に伴う遅延時間を計算して判定に使用することができる。
したがって、本実施の形態に係る通信装置によれば、より精度の高い優先度制御を行うことができる。
また、通信装置は、1つの装置でなく、複数の装置から構成された通信システムでもよい。
なお、上記の実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
Claims (7)
- 第1の通信フレームを通信周期内に送信するとともに、前記第1の通信フレームを送信する優先度より低い優先度の第2の通信フレームを送信する通信装置において、
前記第2の通信フレームの送信中に前記第1の通信フレームの送信要求が発生した場合、現時点から現在の通信周期の終了時点までの時間を、現時点から送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでにかけることができる許容時間として取得し、現時点から前記第2の通信フレームの送信が現在の通信周期において完了するまでの時間を残り時間として取得し、前記第1の通信フレームを送信する際の送信開始時点から前記送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでの時間を所要時間として取得し、前記許容時間と前記残り時間と前記所要時間とに基づいて、前記第2の通信フレームの送信を継続するか否かを判定する通信調停部を備える通信装置。 - 前記通信調停部は、
前記第2の通信フレームの送信が開始された前記通信周期の開始時点から現時点までの経過時間を、前記通信周期を表す通信時間から減じた時間を前記許容時間として取得する請求項1に記載の通信装置。 - 前記通信調停部は、
前記残り時間と前記所要時間とを加算した時間を加算時間として算出し、算出した前記加算時間と前記許容時間とを比較し、前記許容時間が前記加算時間以上の場合、前記第2の通信フレームの送信を継続し、前記第2の通信フレームの送信完了後に前記第1の通信フレームの送信を開始し、
前記許容時間が前記加算時間より短い場合、前記第2の通信フレームの送信を中断して前記第1の通信フレームの送信を開始し、前記第1の通信フレームの送信完了後に前記第2の通信フレームの送信を再び開始する請求項2に記載の通信装置。 - 前記第1の通信フレームは、中継装置を経由して前記送信先装置に送信され、
前記通信装置は、
前記中継装置が前記第1の通信フレームの経由に要する経由時間を含む通信情報を記憶する通信情報記憶部を備え、
前記通信調停部は、
前記残り時間と前記所要時間と前記経由時間とを加算した時間を前記加算時間として算出する請求項3に記載の通信装置。 - 前記通信情報は、さらに、前記所要時間を含む請求項4に記載の通信装置。
- 第1の通信フレームを通信周期内に送信するとともに、前記第1の通信フレームを送信する優先度より低い優先度の第2の通信フレームを送信する通信装置の通信方法において、
通信調停部が、前記第2の通信フレームの送信中に前記第1の通信フレームの送信要求が発生したか否かを判定し、
通信調停部が、前記第2の通信フレームの送信中に前記第1の通信フレームの送信要求が発生したと判定された場合、現時点から現在の通信周期の終了時点までの時間を、現時点から送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでにかけることができる許容時間として取得し、現時点から前記第2の通信フレームの送信が現在の通信周期において完了するまでの時間を残り時間として取得し、前記第1の通信フレームを送信する際の送信開始時点から前記送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでの時間を所要時間として取得し、取得した前記許容時間と前記残り時間と前記所要時間とに基づいて、前記第2の通信フレームの送信を継続するか否かを判定する通信方法。 - 第1の通信フレームを通信周期内に送信するとともに、前記第1の通信フレームを送信する優先度より低い優先度の第2の通信フレームを送信する通信装置のプログラムにおいて、
前記第2の通信フレームの送信中に前記第1の通信フレームの送信要求が発生したか否かを判定する送信判定処理と、
前記送信判定処理により前記第2の通信フレームの送信中に前記第1の通信フレームの送信要求が発生したと判定された場合、現時点から現在の通信周期の終了時点までの時間を、現時点から送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでにかけることができる許容時間として取得し、現時点から前記第2の通信フレームの送信が現在の通信周期において完了するまでの時間を残り時間として取得し、前記第1の通信フレームを送信する際の送信開始時点から前記送信先装置において前記第1の通信フレームの受信が開始されるまでの時間を所要時間として取得し、取得した前記許容時間と前記残り時間と前記所要時間とに基づいて、前記第2の通信フレームの送信を継続するか否かを判定する優先度判定処理と
をコンピュータに実行させるプログラム。
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