JP6675992B2 - 通信装置、通信システム及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の通信装置が縦続接続された通信システムに関する。

複数の通信装置をネットワークに接続して構成した通信システムにおいて、ネットワーク上で送受信されるデータの衝突を防止する通信方式として、ポーリング方式、トークンパッシング方式、競合方式が良く知られている。ポーリング方式は、親装置となる通信装置が、子装置となる他の通信装置それぞれに対して、予め定めた順序で送信するデータの有無を問い合わせ、子装置は、親装置の問い合わせに応答してデータを送信する方式である。また、トークンパッシング方式は、予め定めた順序に従ってネットワーク上にトークンを巡回させ、トークンを受け取った通信装置が、データを送信する方式である（例えば、特許文献１参照）。また、競合方式は、各通信装置が、送信を開始するときに、ネットワーク上に他の通信装置の送信データが存在しないことを確認してから、データを送信する方式である。

特開２０１０−１５４５５５号公報

鉄道で用いられる設備監視システムは、沿線の各所に設置された現場機器のデータを収集し、拠点で集中監視するシステムであり、現場機器それぞれに対応付けた子装置である複数の通信装置と、拠点に設置した親装置となる通信装置とをネットワークで接続した通信システムとして構築される。設備監視システムでは、迅速な故障検出や動作状態の記録を行う必要があるため、全ての現場機器のデータを速やかに収集することが求められる。

しかし、上述した従来の通信方式では、この鉄道設備監視システムの要求を満たすことができなかった。すなわち、何れの通信方式でも、ネットワーク上に送信されるデータは１台の通信装置のデータのみとなる。つまり、子装置からのデータを、１台ずつ順に通信を行って親装置が受信することになり、全ての子装置からのデータを収集するまでに要する時間が、子装置の台数に比例して長くなる。更に、ポーリング方式では、親装置が全ての子装置それぞれに対して一々送信の問い合わせを行う必要があるため、問い合わせ分の時間を必要とし、全ての通信装置のデータの収集に要する時間が更に長くなり、伝送効率が悪い。また、競合方式は、通信装置の台数が多くなるほど、データ衝突が発生する機会が多くなるため、各通信装置がデータの送信を試みる回数が増加し、スループットが低下するとともに、子装置から親装置へのデータの到達時間が一定しない。

なお、一例として鉄道設備監視システムの場合について説明したが、同様の要求があるシステム（例えばプラント監視システムなど）に、上述した従来の通信方式を適用する場合も、同様の課題が生じ得る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の通信装置を接続して構成した通信システムにおいて、伝送効率の向上を図るとともに、通信装置間のデータの到達時間を一定化し、更に、親装置における各装置のデータ収集に要する時間を短くすること、である。

上記課題を解決するための第１の発明は、
通信装置を縦続接続した二つの回線（例えば、図１，図２のＬ回線及びＲ回線）を逆方向に周回するようにフレームが伝送される通信システムにおける前記通信装置であって、
自装置からデータを送信する前記回線を設定する設定手段（例えば、図１１のグループ設定スイッチ１２０）と、
上流側の通信装置からフレームを受信する受信手段（例えば、図１１の入出力ポート１０２）と、
前記受信したフレーム内に、送信先に自装置が含まれるデータがある場合に、当該データを取り出す取得手段（例えば、図１１の伝送処理部１１０）と、
前記受信に応じて、前記受信したフレームを、当該受信に係る回線（以下、「受信回線」という）の下流側の通信装置に送信する中継手段であって、前記受信回線が前記設定された回線であり、且つ、自装置から所与の送信先に送信するデータが有る場合に、当該データを前記受信したフレームのデータに追加して前記受信回線の下流側の通信装置に送信する中継手段（例えば、図１１の伝送処理部１１０）と、
を備えた通信装置である。

また、他の発明として、
通信装置を縦続接続した二つの回線を逆方向に周回するようにフレームが伝送される通信システムの前記通信装置が実行する通信制御方法であって、
前記通信装置は、自装置からデータを送信する前記回線を設定する設定手段を備えており、
上流側の通信装置からフレームを受信する受信ステップ（例えば、図１６の子装置用受信処理、図１８の親装置用受信処理）と、
前記受信したフレーム内に、送信先に自装置が含まれるデータがある場合に、当該データを取り出す取得ステップ（例えば、図１６のステップＡ１１〜Ａ１７）と、
前記受信に応じて、前記受信したフレームを、当該受信に係る回線（以下、「受信回線」という）の下流側の通信装置に送信する中継ステップであって、前記受信回線が前記設定された回線であり、且つ、自装置から所与の送信先に送信するデータが有る場合に、当該データを前記受信したフレームのデータに追加して前記受信回線の下流側の通信装置に送信する中継ステップ（例えば、図１７の中継送信処理）と、
を含む通信制御方法を構成しても良い。

この第１の発明等によれば、通信装置が縦続接続された通信システムにおいて、通信装置を周回するように伝送されるフレームに、通信装置それぞれが他の通信装置に送信するデータを追加することができる。つまり、複数の通信装置それぞれのデータが追加されたフレームが伝送されるため、衝突を発生させることなくこれらのデータを同じフレームで送信させることができることになり、伝送効率を向上させることが可能となる。

また、通信装置毎に、自装置のデータを送信する回線を設定することができるため、一方の回線に伝送されるフレームには、一部の通信装置のデータのみを追加し、それ以外の通信装置のデータについては、他方の回線に伝送されるフレームに追加するといった利用形態を構成できる。この場合、各通信装置のデータを、二つの回線それぞれに振り分けてフレームに追加して伝送させることができる。全ての通信装置のデータを１つの回線のフレームに追加する必要がないため、各回線を周回させるフレームの伝送周期を短くすることができる。

第２の発明は、第１の発明の通信装置であって、
前記設定手段は、前記二つの回線の何れか、又は、両方を設定可能である、
通信装置である。

この第２の発明によれば、伝送効率の向上（伝送周期の短小化）を図る場合には、データを送信する回線を一つのみに設定することができる。また、冗長性を有したデータ送信を図る場合については、両方の回線に設定することも可能である。これらの設定は、通信システムを構成する各通信装置毎に行うことができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明の通信装置であって、
前記所与の送信先に送信するデータを任意のタイミングで書き込み可能に格納する前記二つの回線それぞれに対応する送信バッファ（例えば、図１４の送信バッファ１０８ａ，１０８ｂ）と、
前記所与の送信先に送信するデータを、前記設定された回線に対応する前記送信バッファに書き込む書き込み手段（例えば、図１４の伝送処理部１１０）と、
を更に備え、
前記中継手段は、自装置から所与の送信先に送信するデータが有る場合に、前記受信したフレームのデータの末尾に、前記受信回線に対応する前記送信バッファに格納されたデータを追加して送信する、
通信装置である。

この第３の発明によれば、所与の送信先に送信するデータが、設定された回線に対応する送信バッファに任意のタイミングで書き込まれる。そして、受信回線に対応する送信バッファに書き込まれているデータがフレームの末尾に追加されて送信されることとなる。これにより、設定された回線にのみ、自装置のデータがフレームの末尾に追加されて送信される。なお、フレームには、周回順に通信装置のデータが追加されてゆくことになる。

第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明の通信装置であって、
前記通信システムは、所定周期で新たなフレームを伝送する親装置となる末端ノードと、中継ノードとを有して構成されており、
前記中継手段は、前記所与の送信先を前記親装置とし、
前記中継ノードとして機能する通信装置である。

この第４の発明によれば、末端ノードとなる親装置は、所定周期で新たなフレームを伝送する。中継ノードとして機能する通信装置は、親装置を送信先とするデータをフレームに追加して送信する。これにより、親装置において、中継ノードとして機能する通信装置のデータを、所定周期で収集することができる。また、親装置が所定周期で新たなフレームを伝送することで、通信装置間のデータの到達時間間隔を一定とすることができる。

第５の発明は、第４の発明の通信装置であって、
前記二つの回線毎に、前記中継手段による直前のフレームの送信開始時点からの経過時間が前記所定周期に達したかを判定し、達した場合に、自装置が生成元であることを示す情報を含んだ新たなフレームを生成して当該回線の下流側の通信装置に送信する特発制御手段（例えば、図１１の伝送処理部１１０、図１９の特発処理）、
を更に備えた通信装置である。

この第５の発明によれば、中継ノードとして機能する通信装置は、二つの回線毎に、直前のフレーム送信開始時点からの経過時間が所定周期に達した場合に、自装置が生成元であることを示す情報を含んだ新たなフレームを生成して下流側の通信装置へ送信することができる。これにより、通信装置間に生じた通信断によって周回の途中でフレームの不達が生じた場合であっても、親装置からのフレームが伝送されない通信装置から新たなフレームが生成されて送信されるため、親装置は、少なくとも当該通信装置以降の通信装置のデータを収集することが可能となる。

第６の発明は、第４又は第５の発明の通信装置であって、
前記所定周期は、前記二つの回線毎に、前記設定手段により当該回線が設定された前記通信装置の数に応じて定められている、
通信装置である。

この第６の発明によれば、二つの回線毎に、フレームが周回される周期が、当該回線に自装置のデータを送信するとして設定された通信装置の数に応じて定められる。これにより、設定した通信装置の数を少なくすることで、伝送周期を短くすることが可能となる。また、二つの回線毎に、異なる伝送周期を定めることもできる。勿論、周期を、全ての通信装置のデータが追加されると仮定した周期とすることもできる。

第７の発明は、第４〜第６の何れかの発明の通信装置が縦続接続された前記通信システムの末端ノードとなる親装置であって、
前記所定周期で、前記親装置が生成元であることを示す情報を含んだ新たなフレームを生成して送信する親送信手段（例えば、図１１の伝送処理部１１０、図１９のステップＤ７）、
を備えた親装置である。

この第７の発明によれば、親装置は、生成元であることを示す情報を含むフレームを生成して通信装置を周回させることができる。
また、第５の発明との組み合わせによれば、第７の発明は、例えば親装置或いは親装置の上位装置が、周回の途中にフレームの不達が生じたか否かを判定するとともに、フレームの不達が生じた伝送箇所を判定することが可能となる。つまり、中継ノードである通信装置がフレームを受信できない場合には、特発制御手段が当該通信装置が生成元であることを示す情報を含んだ新たなフレームを生成して送信するため、各回線それぞれについて、不達が生じた伝送箇所を判定できるのである。

通信システムの構成例。 通信システムの構成例。 通信システムにおけるフレームの伝送例。 通信システムにおけるフレームの伝送例。 フレームの伝送タイミングの説明図。 フレームの伝送タイミングの説明図。 特発の説明図。 フレームの構成図。 伝送周期の比較例。 状態データの管理の説明図。 通信装置の構成図。 フレーム受信の際にバッファに格納されるデータ例。 中継送信の際にバッファに格納されているデータ例。 送信バッファへのデータの書き込みの説明図。 選択表の一例。 子装置用受信処理のフローチャート。 中継送信処理のフローチャート。 親装置用受信処理のフローチャート。 特発処理のフローチャート。 状態データ管理処理のフローチャート。

［システム構成］
図１，図２は、本実施形態の通信システム１の構成例である。図１，図２に示すように、通信システム１は、複数の通信装置１０が通信回線で縦続接続されて構成される。通信回線は、Ｌ回線及びＲ回線の二つの回線で成る。通信装置１０は、通信システム１の末端ノードとなる親装置２０、或いは、中継ノードとなる子装置３０として機能する。通信システム１では、所定周期で末端ノードとなる親装置２０からフレームが送出され、送出されたフレームが、Ｌ回線及びＲ回線の二つの回線を逆方向に周回するように、中継ノードとなる子装置３０に伝送される。

図１，図２は、鉄道における設備監視システムに適用した場合の通信システム１の構成例であり、各子装置３０に接続されたセンサ部５０で計測された現場機器の状態データが、駅装置４０に接続された親装置２０まで伝送されて収集されるように構成されている。

図１は、駅間を対象とした通信システム１Ａの構成例である。図１によれば、通信システム１Ａは、隣接する２つの駅それぞれに設置されて駅装置４０と接続された２台の親装置２０（２０ａ，２０ｂ）と、駅間の沿線に設置されてセンサ部５０と接続されたｎ台の子装置３０（３０ａ，３０ｂ，・・，３０ｎ）とを有し、２台の親装置２０を末端ノードとして各子装置３０が縦続接続されて構成される。この通信システム１Ａでは、親装置２０ａから子装置３０ａ，３０ｂ，・・，３０ｎの順に周回して親装置２０ｂまでフレームが伝送されるＬ回線と、親装置２０ｂから子装置３０ｎ，・・，３０ｂ，３０ａの順に周回して親装置２０ａまでフレームが伝送されるＲ回線との伝送方向が逆となる二回線でフレームが伝送される。なお、通信システム１Ａを構成する子装置３０の台数をｎ台としたのは一例であり、ｎ台を超える台数或いはｎ台未満の台数であってもよい。また、２台の駅装置４０（４０ａ，４０ｂ）間は、上位回線Ｎを介してデータ通信可能に接続されている。上位回線Ｎは、モデム回線や光搬送路、ＩＰ（Internet Protocol）網などの通信回線である。

図２は、駅構内を対象とした通信システム１Ｂの構成例である。図２によれば、通信システム１Ｂは、ある駅に設置されて駅装置４０と接続された１台の親装置２０と、駅構内に設置されてセンサ部５０と接続されたｎ台の子装置３０（３０ａ，３０ｂ，・・，３０ｎ）とが、リング状に接続されて構成される。この通信システム１Ｂでは、親装置２０から子装置３０ａ，３０ｂ，・・，３０ｎの順に周回して親装置２０までフレームが伝送されるＬ回線と、親装置２０から子装置３０ｎ，・・，３０ｂ，３０ａの順に周回して親装置２０までフレームが伝送されるＲ回線との伝送方向が逆となる二回線でフレームが伝送される。なお、通信システム１Ｂを構成する子装置３０の台数をｎ台としたのは一例であり、ｎ台を超える台数或いはｎ台未満の台数であってもよい。

図３は、通信システム１Ａにおけるフレームの伝送例であり、図４は、通信システム１Ｂにおけるフレームの伝送例である。図３，図４においては、通信システム１Ａ，１Ｂを構成する子装置３０を４台の子装置３０ａ〜３０ｄとして図示しているが、これは一例であり、３台以下であってもよいし、５台以上であってもよい。親装置２０は、周期的に、トークン（図中“Ｔ”と記載）の末尾に子装置３０に対する制御データ（図中“００”と記載）を連結（追加）した新たなフレームを生成し、フレームを周回させる方向（以下「下流側」と称する）の通信装置１０へ送信する。すなわち、図３に示す通信システム１Ａにおいては、親装置２０ａは、Ｌ回線の下流側である子装置３０ａへフレームを送信し、親装置２０ｂは、Ｒ回線の下流側である子装置３０ｄへフレームを送信する。また、図４に示す通信システム１Ｂにおいては、親装置２０は、Ｌ回線の下流側である子装置３０ａ、及び、Ｒ回線の下流側である子装置３０ｄのそれぞれへ、フレームを送信する。

子装置３０は、二つのグループ（第１グループ、及び、第２グループ）にグループ分けされる。各グループは、状態データを送信する回線（以下、「伝送回線」という）によって分類されており、図３，図４に示す通信システム１（１Ａ，１Ｂ）においては、子装置３０ａ，３０ｂがＲ回線を伝送回線とする第１グループとされ、子装置３０ｃ，３０ｄがＬ回線を伝送回線とする第２グループとされている。子装置３０は、フレームの周回方向の上流側（以下、単に「上流側」と称する）の通信装置１０（親装置２０、或いは、子装置３０）から送信されるフレームを受信する。そして、受信したフレームに含まれる自装置宛の制御データを取り出して取得するとともに、受信したフレームが伝送されてきた回線（以下、「受信回線」という）が自装置の属するグループに対応付けられている伝送回線と一致する場合に、親装置２０に対する状態データを、受信したフレームの末尾に連結（追加）して、受信回線の下流側の通信装置１０（親装置２０、或いは、子装置３０）へ中継送信する。

そして、図３に示す通信システム１Ａにおいては、子装置３０ａは、第１グループに属するので、Ｒ回線の上流側である子装置３０ｂから受信したフレームの末尾に、自装置の状態データ（図中“０１”と記載）を連結して、下流側である親装置２０ａへ送信する。Ｌ回線の上流側である親装置２０ａから受信したフレームについては、自装置の状態データを連結せず、そのまま、下流側である子装置３０ｂへ送信する。

子装置３０ｂについても同様に、第１グループに属するので、Ｒ回線の上流側である子装置３０ｃから受信したフレームの末尾に、自装置の状態データ（図中“０２”と記載）を連結して、下流側である子装置３０ａへ送信する。Ｌ回線の上流側である子装置３０ａから受信したフレームについては、自装置の状態データを連結せず、そのまま、下流側である子装置３０ｃへ送信する。

子装置３０ｃは、第２グループに属するので、Ｌ回線の上流側である子装置３０ｂから受信したフレームの末尾に、自装置の状態データ（図中“０３”と記載）を連結して、下流側である子装置３０ｄへ送信する。Ｒ回線の上流側である子装置３０ｄから受信したフレームについては、自装置の状態データを連結せず、そのまま、下流側である子装置３０ｂへ送信する。

子装置３０ｄについても同様に、第２グループに属するので、Ｌ回線の上流側である子装置３０ｃから受信したフレームの末尾に、自装置の状態データ（図中“０４”と記載）を連結して、下流側である親装置２０ｂへ送信する。Ｒ回線の上流側である親装置２０ｂから受信したフレームについては、自装置の状態データを連結せず、そのまま、下流側である子装置３０ｃへ送信する。

従って、親装置２０ａは、Ｒ回線から、子装置３０ａ，３０ｂそれぞれの状態データを受信し、これらの状態データを駅装置４０ａへ送信する。親装置２０ｂは、Ｌ回線から、子装置３０ｃ，３０ｄそれぞれの状態データを受信し、これらの状態データを駅装置４０ｂへ送信する。そして、駅装置４０ａ，４０ｂの間で通信回線Ｎを介した状態データの送受信を行うことで、駅装置４０ａ，４０ｂは、通信システム１の全ての子装置３０ａ〜３０ｄの状態データを取得することができる。

また、図４に示す通信システム１Ｂにおいては、図３に示した通信システム１Ａの場合とほぼ同様であるが、通信システム１Ａと異なり親装置２０が１台のみであるため、親装置２０は、Ｒ回線から、子装置３０ａ，３０ｂそれぞれの状態データを受信し、Ｌ回線から、子装置３０ｃ，３０ｄそれぞれの状態データを受信する。つまり、親装置２０は、通信システム１Ｂの子装置３０ａ〜３０ｄの状態データを受信し、これらの状態データを駅装置４０へ送信する。これにより、駅装置４０は、通信システム１Ｂの全ての子装置３０ａ〜３０ｄの状態データを取得することができる。

［フレームの送受信タイミング］
図５，図６は、通信システム１におけるフレームの伝送タイミングを説明する図である。図５は、Ｌ回線におけるフレームの伝送タイミングを示し、図６は、Ｒ回線におけるフレームの伝送タイミングを示している。図５，図６では、上方を一方の親装置２０ａ、下方を他方の親装置２０ｂとして、その間に子装置３０ａ〜３０ｄをフレームの伝送順に並べて示しているとともに、横方向を時刻として、通信装置１０（親装置２０、及び、子装置３０）それぞれにおけるフレームの受信、及び、送信のタイミングを示している。また、４台の子装置３０ａ〜３０ｄのうち、子装置３０ａ，３０ｂは、伝送回線としてＲ回線が対応付けられた第１グループに属し、子装置３０ｃ，３０ｄは、伝送回線としてＬ回線が対応付けられた第２グループに属する。

なお、図５，図６では、２台の親装置２０ａ，２０ｂを備える通信システム１Ａのように図示しているが、親装置２０ａ，２０ｂを１台の親装置２０として見ることで、通信システム１Ｂとして見ることができる。すなわち、図５，図６は、通信システム１Ａ，１Ｂの何れにも該当する例である。また、子装置３０を４台の子装置３０ａ〜３０ｄとして図示しているが、これは一例であり、４台を超える台数或いは４台未満の台数であっても良い。

先ず、図５に示すＬ回線においては、最も上流の親装置２０ａから、所定の伝送周期で周期的に、トークン（“Ｔ”）の末尾に制御データ（“００”）を連結（追加）したフレームが、下流側の子装置３０ａへ送信される。親装置２０ａによるフレームの送信から所定の伝搬遅延時間が経過した後に、子装置３０ａは、フレームを受信する。そして、子装置３０ａは、伝送回線としてＲ回線が対応付けられている第１グループに属するため、フレームの受信から所定の中継遅延時間が経過した後、受信したフレームを、そのまま、下流側の子装置３０ｂへ送信（中継送信）する。次いで、同じ第１グループに属する子装置３０ｂも同様に、子装置３０ａによるフレームの送信から所定の伝搬遅延時間が経過した後にフレームを受信し、フレームの受信から所定の中継遅延時間が経過した後、受信したフレームを、そのまま、下流側の子装置３０ｃへ送信（中継送信）する。

続いて、子装置３０ｃは、伝送回線としてＬ回線が対応付けられている第２グループに属するため、子装置３０ｂから受信したフレームの末尾に自装置の状態データ（“０３”）を連結して、下流側の子装置３０ｄへ送信する。そして、同じ第２グループに属する子装置３０ｄも同様に、子装置３０ｃから受信したフレームの末尾に自装置の状態データ（“０４”）を連結して、下流側の親装置２０ｂへ送信する。

このように、親装置２０ａから送信されたフレームが、子装置３０ａ〜３０ｄの順に周回して伝送されるとともに、子装置３０ｃ，３０ｄそれぞれの状態データ（“０３”，“０４”）がフレームの末尾に連結されて伝送される。

従って、最も下流の通信装置１０である親装置２０ｂは、トークン（“Ｔ”）に、親装置２０ａの制御データ（“００”）と、子装置３０ｃ，３０ｄそれぞれの状態データ（“０３”，“０４”）とが連結されたフレームを受信する。

また、図６に示すＲ回線についても同様に、最も上流の親装置２０ｂから、所定の伝送周期で周期的に、トークン（“Ｔ”）の末尾に制御データ（“００”）を連結したフレームが送信され、子装置３０ｄ，３０ｃ，３０ｂ，３０ａの順に周回して伝送されるとともに、子装置３０ｂ，３０ａそれぞれの状態データ（“０２”，“０１”）がフレームの末尾に連結されて伝送される。そして、最も下流の通信装置１０である親装置２０ａは、トークン（“Ｔ”）に、親装置２０ｂの制御データ（“００”）と、子装置３０ｂ，３０ａそれぞれの状態データ（“０２”，“０１”）とが連結されたフレームを受信する。

［特発］
また、子装置３０は、通信装置１０間の断線の発生等によって上流側の通信装置１０（この場合は親装置２０であっても子装置３０であってもよい）からフレームを受信できなかった場合、トークンに自装置の状態データを連結した新たなフレームを生成し、下流側の通信装置１０（親装置２０或いは子装置３０）へ送信する“特発”を行う。すなわち、親装置２０からは所定の伝送周期でフレームが周期的に送出されていることから、子装置３０は、直前のフレームの送信開始時点からの経過時間が所定の伝送周期に達すると、新たなフレームを生成して送信する。

図７は、子装置３０が行う“特発”の一例である。図７は、Ｌ回線における一例を示している。図７では、子装置３０ｃ，３０ｄの間で断線が生じており、子装置３０ｃは、子装置３０ｃからのフレームを受信しておらず、直前のフレームの送信開始時点から所定の伝送周期の経過後に、トークン（“Ｔ”）に自装置の状態データ（“０４”）を連結した新たなフレームを生成して、下流側の親装置２０ｂへ送信している。

［フレーム構成］
図８は、通信システム１において伝送されるフレームの構成図である。図８に示すように、フレームは、先頭から順に、トークンと、０又は１つのデータ開始コマンド及び制御データの組データと、０又は１以上のデータ開始コマンド及び状態データの組データと、フレームの終了を示すフレーム終了コマンドと、の順に連結されて構成される。

トークンは、フレームの開始を示すフレーム開始コマンドと、ヘッダ情報とを含む。ヘッダ情報は、装置ＩＤといった当該フレームの送信元（生成元）の通信装置１０を示す情報を含む。

制御データ、及び、状態データそれぞれの直前には、データの区切りを示すデータ開始コマンドが配置される。制御データ及び状態データは、装置ＩＤといった当該データの送信元及び送信先の通信装置１０を示す情報や、当該データの送信順序を表すシーケンス番号、健全性チェックのためのＣＲＣ情報を含む。制御データは、当該フレームの送信元（生成元）の通信装置１０が親装置２０である場合に、当該親装置２０によって連結されたデータである。当該フレームが“特発”で送出された場合、当該フレームは子装置３０によって生成されるため、データ開始コマンド及び制御データの組データは無い状態となる。また、状態データは、当該フレームが周回した子装置３０によって連結されたデータである。各子装置３０が、自装置の状態データをデータ開始コマンドとともに組データとして順次、フレームの末尾に連結する。従って、当該フレームの周回順に、データ開始コマンド及び状態データの組データが連結された構成となる。そして、フレームの最後は、当該フレームの終了を示すフレーム終了コマンドが連結される。

このように、フレームのヘッダ情報に、当該フレームの送信元の通信装置１０を示す情報が含まれることから、フレームの不達箇所を判定することができる。具体的には、例えば、親装置２０が受信したフレームのデータをもとに、親装置２０の上位装置である駅装置４０において、受信したフレームのヘッダ情報から送信元の通信装置１０を判断し、この通信装置１０が、Ｒ回線及びＬ回線毎に予め定められた送信元の末端ノードとなる親装置２０に一致するならば、不達は生じていないと判定する。送信元として定められた親装置２０でないならば、不達が生じており、受信したフレームは、特発処理によって子装置３０から送信されたフレームであると判定する。この場合、Ｒ回線及びＬ回線それぞれのフレームのヘッダ情報に含まれている送信元の通信装置１０の装置ＩＤを比較し、フレームの周回順序と照らし合わせて、不達が生じている通信装置１０間を判定することができる。

［フレームの伝送周期］
フレームの伝送周期は、図５，図６に示したように、各通信装置１０（親装置２０、及び、子装置３０）間のフレームの伝搬遅延時間と、各通信装置１０におけるフレームの中継遅延時間と、最大フレーム長によって決まる当該フレームの伝送時間との合計時間に基づいて定められ、この合計時間を最低時間として、合計時間に余裕時間を加えた時間として定められる。比較のために、図９に、Ｌ回線において、４台の子装置３０ａ〜３０ｄ全ての状態データをフレームに連結して伝送する例を示す。

本実施形態のように、複数の子装置３０をグループ分けし、グループ毎に子装置３０の状態データを送信する回線（伝送回線）を設定することで、フレームに連結する子装置の状態データの数を減らして最大フレーム長を短くし、フレームの伝送周期を短くすることが可能となる。図５，図６，図９では、子装置３０が４台の場合を示したが、子装置３０の台数が多くなるほど、子装置３０をグループ分けする効果が表れ、伝送周期の短縮効果が大きくなる。

［駅装置における状態データ管理］
このように、通信システム１では、親装置２０は、子装置３０を周回して伝送されたフレームを受信することで、子装置３０の状態データを取得することができる。すなわち、図３に一例を示す通信システム１Ａでは、親装置２０ａは、子装置３０ａ，３０ｂの状態データを取得し、親装置２０ｂは、子装置３０ｃ，３０ｄの状態データを取得することができる。また、図４に一例を示す通信システム１Ｂでは、親装置２０は、子装置３０ａ〜３０ｄの状態データを取得することができる。親装置２０で取得された子装置３０の状態データは、当該親装置２０に接続された駅装置４０へ送信されることで、駅装置４０は、通信システム１の全ての子装置の状態データを取得することができる。そして、駅装置４０においては、通信システム１で収集された子装置の状態データの管理を行う。

図１０は、駅装置４０による子装置３０の状態データの管理を説明する図である。図１０に示すように、駅装置４０は、子装置３０の状態データの管理を行う機能部である状態データ管理部４２と、子装置３０別に状態データの格納エリアを確保した状態データメモリ４４と、を有している。状態データ管理部４２は、親装置２０、或いは、他の駅装置４０から、子装置３０の状態データを受信すると、受信した状態データを、状態データメモリ４４の対応する格納エリアに格納する。このとき、状態データに含まれる送信元装置ＩＤから子装置を識別し、シーケンス番号から最新のデータであることを確認するとともに、ＣＲＣ情報に基づく健全性のチェックを行う。

［装置構成］
図１１は、通信装置１０の内部構成図である。図１１によれば、通信装置１０は、Ｌ回線、及び、Ｒ回線それぞれ用に、入出力ポート１０２、受信バッファ１０４、中継バッファ１０６、及び、送信バッファ１０８を備える。また、通信装置１０は、Ｌ回線及びＲ回線を含めて伝送処理を統括制御する伝送処理部１１０と、当該通信装置１０が属するグループを設定するためのグループ設定スイッチ１２０とを備える。

入出力ポート１０２は、対応する通信回線（Ｌ回線、或いは、Ｒ回線）に対するデータの入力及び出力を行うインターフェースである。

受信バッファ１０４は、受信したフレームのうち、自装置宛のデータを格納するバッファである。すなわち、通信装置１０が親装置２０ならば、受信したフレームを全て格納し、子装置３０ならば、制御データの送信先が自装置である或いは自装置が含まれている場合に制御データを格納する。

中継バッファ１０６は、下流側の通信装置１０へ中継送信するデータを格納するバッファである。すなわち、通信装置１０が子装置３０である場合には、上流側の通信装置１０から受信したフレームを格納する。

送信バッファ１０８は、自装置から送信するデータを格納するバッファであり、任意のタイミングで書き込み可能となっている。すなわち、通信装置１０が親装置２０ならば、駅装置４０等の外部装置から与えられる子装置３０に対する制御データを格納し、子装置３０ならば、センサ部５０等の外部装置から与えられる状態データを格納する。

伝送処理部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路、メモリ等を有して構成される。伝送処理部１１０は、メモリに記憶されたプログラムやデータに基づいて、受信バッファ１０４や中継バッファ１０６、送信バッファ１０８の各バッファに対する書き込みや読み出しを制御して、フレームの受信や送信といった処理を行う。伝送処理部１１０が行うフレームの受信及び送信の際の処理を、各バッファに格納されるデータを参照しながら説明する。

図１２は、フレームの受信の際に、中継バッファ１０６及び受信バッファ１０４に格納されるデータを示す図である。図１２（ａ）は、通信装置１０が子装置３０の場合を示し、図１２（ｂ）は、通信装置１０が親装置２０の場合を示す。

図１２（ａ）に示すように、通信装置１０が子装置３０の場合、中継送信を行うために、伝送処理部１１０は、受信したフレームの全てを、そのまま、中継バッファ１０６に書き込む。それとともに、受信したフレームに含まれる制御データの送信先装置ＩＤが自装置ＩＤに一致する場合、或いは自装置ＩＤを含むＩＤ（例えば、ブロードキャストＩＤ）の場合に、制御データを受信バッファ１０４に書き込む。

また、図１２（ｂ）に示すように、通信装置１０が親装置２０の場合、中継送信を行わないので、伝送処理部１１０は、受信したフレームの全てを受信バッファ１０４に書き込み、中継バッファ１０６にはデータの書き込みを行わない。

図１３は、フレームの中継送信の際に、中継バッファ１０６及び送信バッファ１０８に格納されているデータを示す図である。中継送信は、通信装置１０が子装置３０である場合に行う。図１３に示すように、中継バッファ１０６には、受信したフレームのデータが受信順に格納されており、送信バッファ１０８には、状態データが、その前にデータ開始コマンドが付加されて格納されている。伝送処理部１１０は、中継送信の際、中継バッファ１０６への格納順に中継バッファ１０６からデータを読み出して送信を行い、全てのデータを読み出した後に続けて、送信バッファ１０８への格納順に送信バッファ１０８からデータ（状態データ）を読み出して送信する。従って、通信装置１０（自装置）の状態データを、状態データ群の末尾に連結したフレームとして、下流側の通信装置１０へ送信させる。

図１４は、伝送処理部１１０による送信バッファ１０８へのデータの書き込みを説明する図である。送信バッファ１０８は、自装置から送信するデータを格納するバッファであり、Ｌ回線用の送信バッファ１０８ａと、Ｒ回線用の送信バッファ１０８ｂとを含む。また、グループ設定スイッチ１２０は、第１スイッチ１２２、及び、第２スイッチ１２４を有し、それぞれ個別に、設定操作によってオン／オフを任意に設定可能となっている。なお、第１スイッチ１２２及び第２スイッチ１２４を、外部から入力される信号で切替設定可能とする構成としてもよい。その場合、例えば、親装置２０からの制御データ内に、子装置３０を指定した子装置３０の第１スイッチ１２２及び／又は第２スイッチ１２４の切替設定指示を含めて、親装置２０からの指示に従って子装置３０のスイッチ設定を更新可能としてもよい。

伝送処理部１１０は、外部装置（通信装置１０が親装置２０ならば駅装置４０等、子装置３０ならばセンサ部５０等）からデータが与えられた場合に、当該データの送信バッファ１０８への書き込みを行う。具体的には、先ず、第１スイッチ１２２、及び、第２スイッチ１２４それぞれの設定状態を示す状態信号（オン／オフ）の組み合わせに従い、選択表１１２を参照して、データを書き込む送信バッファ１０８を判定する。そして、判定した送信バッファ１０８に、外部装置から与えられたデータを書き込む。

図１５は、選択表１１２の一例である。図１５に示すように、選択表１１２は、第１スイッチ１２２、及び、第２スイッチ１２４の状態（オン／オフ）の組み合わせ毎に、グループと、データの伝送先となる回線（伝送回線）と、送信バッファ１０８に対する書き込み動作と、を対応付けて格納している。この選択表１１２によれば、子装置３０をグループ分けして二回線（Ｌ回線、及び、Ｒ回線）のうちの一方の回線を伝送回線としてデータを伝送するように設定することも可能であるし、両方の回線を伝送回線としてデータを伝送することも可能である。これにより、通信装置１０が属するグループに対応付けられている伝送回線用の送信バッファ１０８にのみ、データが格納されることになる。

なお、伝送処理部１１０は、選択表１１２を用いず、第１スイッチ１２２、及び、第２スイッチ１２４それぞれに送信バッファ１０８（１０８ａ，１０８ｂ）を対応付けて設定しておき、各スイッチの状態信号（オン／オフ）に応じて、対応する送信バッファ１０８に対する書き込み動作を行うようにしても良い。すなわち、第１スイッチ１２２にＬ回線用の送信バッファ１０８ａを対応付け、第１スイッチ１２２がオン状態ならば、Ｌ回線の送信バッファ１０８ａに書き込みを行い、オフ状態ならば書き込みを行わない。また、第２スイッチ１２４のＲ回線用に送信バッファ１０８ｂを対応付け、第２スイッチ１２４がオン状態ならば、Ｒ回線用の送信バッファ１０８ｂに書き込みを行い、オフ状態ならば書き込みを行わない。

また、伝送処理部１１０は、通信装置１０が親装置２０である場合、定期的に、新たなフレームを生成して送信する。すなわち、所定の伝送周期が経過する毎に、自装置の装置ＩＤをヘッダ情報に含めたトークンを生成し、このトークンに続けて、送信バッファ１０８への格納順に送信バッファ１０８から読み出したデータ（制御データ）を連結して新たなフレームを生成し、下流側の通信装置１０へ送信させる。

また、伝送処理部１１０は、通信装置１０が子装置３０である場合、直前のフレームの送信開始時点からの経過時間が所定の伝送周期に達すると、新たなフレームを生成して送信する特発処理を行う。特発処理では、自装置の装置ＩＤをヘッダ情報に含めたトークンを生成し、このトークンに続けて、送信バッファ１０８への格納順に送信バッファ１０８から読み出したデータ（状態データ）を連結して新たなフレームを生成し、下流側の通信装置１０へ送信させる。

［処理の流れ］
（Ａ）通信装置１０
図１６〜図１９は、通信装置１０が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。これらの処理は、何れも、伝送処理部１１０が実行する。

（Ａ−１）子装置用受信処理
図１６は、子装置用受信処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、通信装置１０が子装置３０である場合に実行される。

子装置用受信処理では、フレーム開始コマンドの受信が開始されると（ステップＡ１）、伝送処理部１１０は、受信したデータの中継バッファ１０６への書き込みを開始する（ステップＡ３）。次いで、トークンを受信し（ステップＡ５）、続いて、データ開始コマンドを受信し（ステップＡ７）、制御データの送信先の装置ＩＤを受信すると（ステップＡ９）、受信した送信先装置ＩＤが、自装置ＩＤと一致、又は、自装置を含むＩＤが含まれているかを判定する。

送信先装置ＩＤが自装置ＩＤと一致、又は、自装置を含むＩＤが含まれているならば（ステップＡ１１：ＹＥＳ）、受信したデータのうち、制御データのデータ開始コマンドから、受信バッファ１０４への書き込みを開始する（ステップＡ１３）。その後、次のデータ開始コマンド、或いは、フレーム終了コマンドを受信したならば（ステップＡ１５：ＹＥＳ）、受信バッファ１０４への書き込みを終了する（ステップＡ１７）。

一方、送信先装置ＩＤが自装置ＩＤと一致せず、且つ、自装置を含むＩＤが含まれていないならば（ステップＡ１１：ＮＯ）、ステップＡ１３〜Ａ１７の処理をスキップして、受信バッファ１０４への書き込みは行わない。

そして、フレーム終了コマンドを検出したならば（ステップＡ１９：ＹＥＳ）、中継バッファ１０６への書き込みを終了する（ステップＡ２１）。以上の処理を行うと、子装置用受信処理は終了となる。

（Ａ−２）中継送信処理
図１７は、中継送信処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、通信装置１０が子装置３０である場合に実行される。

子装置用送信処理では、フレーム開始コマンドの受信を完了した後（ステップＢ１）、所定の中継遅延時間が経過すると（ステップＢ３）、伝送処理部１１０は、特発タイマをリセットし（ステップＢ５）、フレームの中継送信を開始する。特発タイマは、フレームの送信間隔を計測するためのタイマであり、タイマ値が所定の伝送周期時間に達すると、新たなフレームの生成及び送信が行われる。すなわち、中継バッファ１０６のデータを格納順に読み出して送信し（ステップＢ７）、中継バッファ１０６が空であることを確認すると（ステップＢ９）、続いて、送信バッファ１０８のデータを格納順に読み出して送信する（ステップＢ１１）。送信バッファ１０８が空であることを確認すると（ステップＢ１３）、フレーム終了コマンドを送信する（ステップＢ１５）。以上の処理を行うと、子装置用送信処理は終了となる。

（Ａ−３）親装置用受信処理
図１８は、親装置用受信処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、通信装置１０が親装置２０である場合に実行される。

親装置用受信処理では、フレーム開始コマンドの受信が開始されると（ステップＣ１）、伝送処理部１１０は、受信したデータのうち、フレーム開始コマンドから、受信バッファ１０４への書き込みを開始する（ステップＣ３）。そして、フレーム終了コマンドの受信を完了したならば（ステップＣ５：ＹＥＳ）、受信バッファ１０４への書き込みを終了する（ステップＣ７）。以上の処理を行うと、親装置用受信処理は終了となる。

（Ａ−４）特発処理
図１９は、特発処理の流れを説明する処理である。この処理は、通信装置１０が子装置３０の場合に実行される。

特発処理では、伝送処理部１１０は、特発タイマのタイマ値を監視しており、タイマ値が所定の伝送周期時間に達したならば（ステップＤ１：ＹＥＳ）、特発タイマをリセットして（ステップＤ３）、新たなフレームの送信を行う。すなわち、先ず、フレーム開始コマンドを送信し（ステップＤ５）、次いで、自装置の装置ＩＤを送信元の装置ＩＤとして含むヘッダ情報を作成して送信する（ステップＤ７）。続いて、送信バッファ１０８のデータを格納順に読み出して送信し（ステップＤ９）、送信バッファ１０８が空になったことを確認した後（ステップＤ１１）、フレーム送信コマンドを送信して（ステップＤ１３）、フレームの送信が終了する。その後、ステップＤ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

（Ｂ）駅装置４０
図２０は、駅装置４０が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、状態データ管理部４２が実行する。

（Ｂ−１）状態データ管理処理
図２０は、状態データ管理処理の流れを説明するフローチャートである。状態データ管理処理では、状態データ管理部４２は、親装置２０或いは他の駅装置４０から子装置３０の状態データを受信すると（ステップＥ１：ＹＥＳ）、受信した状態データに含まれるＣＲＣ情報を用いたデータの健全性のチェックを行う（ステップＥ３）。データの健全性を確認したならば（ステップＥ５：ＹＥＳ）、続いて、状態データに含まれる送信元装置ＩＤから子装置３０を識別し、状態データに含まれるシーケンス番号を、状態データメモリ４４に格納されている当該子装置３０の状態データのシーケンス番号と比較することで、シーケンス番号が更新されたかを判定する（ステップＥ７）。シーケンス番号が更新されたならば（ステップＥ９：ＹＥＳ）、認識した子装置３０に該当する状態データメモリ４４の格納エリアを、受信した状態データで更新する（ステップＥ１１）。

受信した状態データの健全性が確認されない場合や（ステップＥ５：ＮＯ）、子装置３０が認識されない、或いは、シーケンス番号が更新されない場合には（ステップＥ９：ＮＯ）、受信した状態データを無効であるとして破棄する（ステップＥ１３）。その後、ステップＥ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

［作用効果］
このように、本実施形態の通信システム１によれば、親装置２０によって生成され、子装置３０を周回するように伝送されるフレームに、子装置３０それぞれの状態データが追加されて親装置２０まで伝送される。つまり、１つのフレームに子装置３０それぞれの状態データが追加されて伝送されるため、フレームの衝突を発生させることなく、各子装置３０の状態データを同じフレームで送信させることができる。この結果、伝送効率を向上させることが可能となる。また、親装置２０から所定の伝送周期でフレームが生成及び送信されることで、親装置２０において、全ての子装置３０のデータを所定周期で収集することができる。また、複数の子装置３０をグループ分けし、グループ毎に、状態データを送信する回線（伝送回線）を設定することで、フレームの伝送周期を短くすることが可能となる。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上述の実施形態では、４台の子装置３０ａ〜３０ｄを２台ずつにグループ分けする例を説明したが、子装置３０は何台であるとしても良いし、グループ毎に異なる台数となるようにグループ分けしても良い。また、グループ毎に、子装置３０の台数に応じて異なる伝送周期を定めることができる。更に、両方の回線に状態データを送信する子装置３０を含めるように、子装置３０をグループ分けしても良い。

また、上述の実施形態では、特発処理は、子装置３０が実行することとして説明したが、親装置２０も実行することとしてもよい。その場合、親装置２０の送信は通常周期での送信となるため、“特発”ではなく、“通常”の送信と言うことができる。

また、本実施形態では、通信システム１を鉄道における設備監視システムに適用した例として説明したが、例えばプラントなどの鉄道以外の設備監視システムに適用することも可能である。

また、本実施形態では、子装置３０に接続された外部装置をセンサ部５０として説明したが、センサ部５０以外の機器（例えば現場機器そのもの）としてもよいことは勿論である。

１（１Ａ，１Ｂ） 通信システム
１０ 通信装置
１０２ 入出力ポート、１０４ 受信バッファ
１０６ 中継バッファ、１０８（１０８ａ，１０８ｂ） 送信バッファ
１１０ 伝送処理部、１１２ 選択表
１２０ グループ設定スイッチ、１２２ 第１スイッチ、１２４ 第２スイッチ
２０ 親装置
３０ 子装置
４０ 駅装置、５０ センサ部

Claims (6)

1. 中継ノードである通信装置を縦続接続した二つの回線を逆方向に周回するように、当該縦続接続の末端に接続された末端ノードである親装置が所定周期で新たなフレームを送信する通信システムにおける前記通信装置であって、
   自装置からデータを送信する前記回線を設定する設定手段と、
   上流側の通信装置からフレームを受信する受信手段と、
   前記受信したフレーム内に、送信先に自装置が含まれるデータがある場合に、当該データを取り出す取得手段と、
   前記受信に応じて、前記受信したフレームを、当該受信に係る回線（以下、「受信回線」という）の下流側の通信装置に送信する中継手段であって、前記受信回線が前記設定された回線であり、且つ、自装置から前記親装置に送信するデータが有る場合に、当該データを前記受信したフレームのデータに追加して前記受信回線の下流側の通信装置に送信する中継手段と、
   を備え、
   前記所定周期は、前記二つの回線毎に、前記設定手段により当該回線が設定された前記通信装置の数に応じて定められている、
   通信装置。
2. 前記設定手段は、前記二つの回線の何れか、又は、両方を設定可能である、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記親装置に送信するデータを任意のタイミングで書き込み可能に格納する前記二つの回線それぞれに対応する送信バッファと、
   前記親装置に送信するデータを、前記設定された回線に対応する前記送信バッファに書き込む書き込み手段と、
   を更に備え、
   前記中継手段は、自装置から前記親装置に送信するデータが有る場合に、前記受信したフレームのデータの末尾に、前記受信回線に対応する前記送信バッファに格納されたデータを追加して送信する、
   請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記二つの回線毎に、前記中継手段による直前のフレームの送信開始時点からの経過時間が前記所定周期に達するまでの間にフレームを受信しない場合に、自装置が生成元であることを示す情報を含んだ新たなフレームを生成して当該回線の下流側の通信装置に送信する特発制御手段、
   を更に備えた請求項１〜３の何れか一項に記載の通信装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の通信装置が中継ノードとして縦続接続され、縦続接続の末端にフレームを生成して送信する親装置が末端ノードとして接続された通信システム。
6. 中継ノードである通信装置を縦続接続した二つの回線を逆方向に周回するように、当該縦続接続の末端に接続された末端ノードである親装置が所定周期で新たなフレームを送信する通信システムの前記通信装置が実行する通信制御方法であって、
   前記通信装置は、自装置からデータを送信する前記回線を設定する設定手段を備えており、
   上流側の通信装置からフレームを受信する受信ステップと、
   前記受信したフレーム内に、送信先に自装置が含まれるデータがある場合に、当該データを取り出す取得ステップと、
   前記受信に応じて、前記受信したフレームを、当該受信に係る回線（以下、「受信回線」という）の下流側の通信装置に送信する中継ステップであって、前記受信回線が前記設定された回線であり、且つ、自装置から前記親装置に送信するデータが有る場合に、当該データを前記受信したフレームのデータに追加して前記受信回線の下流側の通信装置に送信する中継ステップと、
   を含み、
   前記所定周期が、前記二つの回線毎に、前記設定手段により当該回線が設定された前記通信装置の数に応じて定められ、
   前記受信ステップは、前記所定周期で送信される上流側の通信装置からフレームを受信するステップである、
   通信制御方法。

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