JP6808104B2 - 通信装置、通信方法及び通信プログラム - Google Patents
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Description
TSN技術では、通信周期が複数のタイムスロット(以下、TS)に分割される。各TSでは、割り当てられた種別のデータのみが送信される。プロトコル毎にTSが割り当てられることが多い。例えば、TS0はIP通信に割り当てられ、TS1はFAネットワーク用通信に割り当てられるというように各TSが割り当てられる。
TSN(Time−Sensitive Networking)技術が用いられたネットワークで通信する通信装置であり、
前記TSN技術におけるタイムスロットが切り替わったことを通知するタイムスロット管理部と、
他の通信装置から受信した受信データが現在のタイムスロットに送信された送信データでない場合には前記受信データを受信データ保管部に保管しておき、前記タイムスロット管理部によってタイムスロットが切り替わったことが通知された場合に、前記受信データ保管部に保管された、切り替わった後のタイムスロットに送信された送信データである前記受信データを受信タスクに渡すデータ受信部と
を備える。
これにより、他のタイムスロットで送信されたデータの処理の影響により、現在のタイムスロットで送信されたデータの処理が妨げられることがなくなる。その結果、各タスクが送信周期を保持できるようになる。
***構成の説明***
図1を参照して、実施の形態1に係る通信システム100の構成を説明する。
通信システム100は、複数の通信装置10を備える。各通信装置10は、ネットワーク200を介して接続されている。ネットワーク200は、TSN技術を用いたネットワークである。各通信装置10は、他の通信装置10との間で、ネットワーク200を介して通信する。
通信装置10は、タイムスロット管理部21と、データ送信部22と、データ受信部23と、送信データ保管部24と、受信データ保管部25と、複数の送信タスク26と、複数の受信タスク27とを備える。
送信データ保管部24は、TS毎にエントリを有しており、各エントリには送信キュー28が設けられている。図2では、送信データ保管部24は、TS0用エントリと、TS1用エントリと、TS2用エントリと・・・を有しており、各エントリに送信キュー28が設けられている。また、受信データ保管部25は、TS毎にエントリを有しており、各エントリには受信キュー29が設けられている。図2では、受信データ保管部25は、TS0用エントリと、TS1用エントリと、TS2用エントリと・・・を有しており、各エントリに受信キュー29が設けられている。
また、送信キュー28及び受信キュー29の機能は、メモリ12によって実現される。
図3から図5を参照して、実施の形態1に係る通信装置10の動作を説明する。
実施の形態1に係る通信装置10の動作は、実施の形態1に係る通信方法に相当する。また、実施の形態1に係る通信装置10の動作は、実施の形態1に係る通信プログラムの処理に相当する。
ステップS11では、タイムスロット管理部21は、時刻を取得する。ステップS12では、タイムスロット管理部21は、TSの切り替え時刻を過ぎたか否かを判定する。タイムスロット管理部21は、TSの切り替え時刻を過ぎた場合には、処理をステップS13に進める。一方、タイムスロット管理部21は、TSの切り替え時刻を過ぎていない場合には、処理をステップS11に戻して、再び時刻を取得する。
ステップS13では、タイムスロット管理部21は、TSが切り替わったことをデータ送信部22に通知する。これにより、タイムスロット管理部21は、データ送信部22に切り替わった後のTSの送信データを送信させる。ステップS14では、データ送信部21は、TSが切り替わったことをデータ受信部23に通知する。これにより、タイムスロット管理部21は、データ受信部23に切り替わった後のTSの受信データを受信タスク27に渡させる。
ステップS21では、データ送信部22は、タイムスロット管理部21から通知を受け付ける。ステップS22では、データ送信部22は、タイムスロット管理部21からの通知がTSが切り替わったことの通知であるか否かを判定する。データ送信部22は、通知がTSが切り替わったことの通知を受け付けた通知である場合には、処理をステップS23に進める。一方、データ送信部22は、通知がTSが切り替わったことの通知でない場合には、処理を終了する。
ステップS23では、データ送信部22は、切り替わった後のTSを対象として、対象のTS用のエントリに設けられた送信キュー28に保管された送信データを宛先の通信装置10に送信する。なお、データ送信部22は、タイムスロット管理部21からTSが切り替わったことが再び通知されるまで、対象のTS用のエントリに設けられた送信キュー28に新たな送信データが保管されると、保管された送信データを宛先の通信装置10に向けてネットワーク200に送信する。
ステップS31では、データ受信部23は、ネットワークインタフェース13から送信データの到着通知を受け付ける、又は、タイムスロット管理部21からのTSが切り替わったことの通知を受け付ける。送信データの到着通知は、ハードウェア割り込み等である。データ受信部23は、送信データの到着通知を受け付けた場合には、送信データを受信データとして受信する。
ステップS32では、データ受信部23は、ステップS31で送信データの到着通知を受け付けたのか、又は、タイムスロット管理部21からTSが切り替わったことの通知を受け付けたのかを判定する。データ受信部23は、送信データの到着通知を受け付けた場合には、処理をステップS33に進める。一方、データ受信部23は、タイムスロット管理部21からTSが切り替わったことの通知を受け付けた場合には、処理をステップS36に進める。
ステップS34では、データ受信部23は、受信データを対応する受信タスク27に渡す。一方、ステップS35では、データ受信部23は、受信データを受信データ保管部25に保管しておく。具体的には、データ受信部23は、受信データを受信データ保管部25に渡す。すると、受信データ保管部25は、受信データに対応するTS用のエントリに設けられた受信キュー29に受信データを保管しておく。
以上のように、実施の形態1に係る通信装置10では、データ受信部23は、受信データが現在のTSに送信された送信データでない場合には受信データを受信データ保管部25に保管しておく。そして、データ受信部23は、TSが切り替わった場合に、切り替わった後のタイムスロットに送信された送信データである受信データを受信タスク27に渡す。
これにより、他のタイムスロットで送信された送信データの処理の影響により、現在のタイムスロットで送信された送信データの処理が妨げられることがなくなる。その結果、各タスクが送信周期を保持できるようになる。
図6では、30秒の周期通信が行われ、この周期が3つのTSに分割され、各TSに10秒ずつ時間が割り当てられた例が示されている。この例では、送信タスク0が持つデータはTS0での送信となっている。そのため、送信キューにこのデータが挿入されると、挿入時刻(00:00:06)がTS0内の時刻であるため、そのまま送信される。送信タスク1が持つデータはTS1での送信となっている。送信キューにこのデータが挿入された時刻(00:00:31)はまだTS0のタイムスロットである。そのため、このデータは、送信キュー内で一時的に待機となり、TS1に割り当てられた時刻である00:00:40以降になってから送信される。
ここで、図7に示すように、各TSに割り当てられた時間の終わり頃にデータが送信された場合、又は、低速ネットワークでデータが送信された場合、次のTSの時刻にデータが受信側に到着することがある。例えば、図8において、送信タスク0がTS0に割り当てられた時刻の終盤にデータ送信した場合、受信タスクが受信する時刻はTS1に割り当てられた時刻になる。その際、受信タスクがCPUリソースを占有するとTS1でデータを送信したい送信タスク1は動作できず、TS1の送信キューへのデータ挿入が遅れる。送信タスク1がTS1のタイムスロットで毎周期送信すべきものであった場合、システムの要求を満たすことができなくなる。
実施の形態1に係る通信装置10は、受信データが現在のTSに送信された送信データでない場合には受信データを受信データ保管部25に保管しておき、受信タスク27に渡されない。そのため、他のタイムスロットで送信された送信データの処理の影響により、現在のタイムスロットで送信された送信データの処理が妨げられることがなくなる。
<変形例1>
実施の形態1では、タイムスロット管理部21と、データ送信部22と、データ受信部23と、送信データ保管部24と、受信データ保管部25と、複数の送信タスク26と、複数の受信タスク27との機能は、ソフトウェアによって実現されるとした。しかし、これらの機能は、ハードウェアで実現されてもよい。
これらの機能がハードウェアで実現される場合には、通信装置10は、プロセッサ11に代えて電子回路を備える。電子回路は、これらの機能を実現する専用の回路である。
各機能構成要素を1つの電子回路で実現してもよいし、各機能構成要素を複数の電子回路に分散させて実現してもよい。
変形例2として、一部の各機能構成要素がハードウェアで実現され、他の各機能構成要素がソフトウェアで実現されてもよい。
実施の形態2は、受信タスク27が受信データの処理に必要な処理時間が現在のTSの残り時間よりも長い場合には、データ受信部23が受信データを受信タスク27に渡さずに受信データ保管部25に保管しておく点が実施の形態1と異なる。実施の形態2では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
図9を参照して、実施の形態2に係るデータ受信部23の動作を説明する。
ステップS41からステップS43の処理は、図5のステップS31からステップS33の処理と同じである。また、ステップS46からステップS48の処理は、図5のステップS34からステップS36の処理と同じである。
なお、ステップS43では、データ受信部23は、受信データが現在のTSに送信された送信データである場合には、処理をステップS44に進める。一方、データ受信部23は、受信データが現在のTSに送信された送信データでない場合には、処理をステップS47に進める。
ステップS45では、データ受信部23は、受信タスク27が受信データの処理に必要な処理時間が現在のTSの残り時間よりも長いか否かを判定する。受信タスク27が受信データの処理に必要な処理時間は、事前計測により統計的に求めておく、あるいは、ユーザが指定することにより特定される。データ受信部23は、処理時間が残り時間以下の場合には、処理をステップS46に進める。一方、データ受信部23は、処理時間が残り時間よりも長い場合には、処理をステップS47に進める。
以上のように、実施の形態2に係る通信装置10は、処理時間が残り時間より長い場合には、受信データを受信データ保管部25に保管する。これにより、TS内に受信タスク27の処理が終わらず、次のTSの処理の妨げになることを防止できる。
実施の形態3は、現在のTSの残り時間が、送信データを送信してから他の通信装置10に届くまでの送信時間よりも短くなった場合に、現在のTSに送信する送信データの送信処理の優先度を低くする点が実施の形態1,2と異なる。実施の形態3では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
図10を参照して、実施の形態3に係る通信装置10の機能構成を説明する。
通信装置10は、優先度切替部30を備える点が実施の形態1,2に係る通信装置10と異なる。
以下に説明する動作の前提として、送信タスク26には優先度が設定されており、優先度の高い送信タスク26ほど優先して処理を行う。
ステップS54からステップS57の処理は、図3のステップS11からステップS14の処理と同じである。
ステップS61では、優先度切替部30は、タイムスロット管理部21から通知を受け付ける。ステップS62では、優先度切替部30は、タイムスロット管理部21からの通知が現在のTSの残り時間が送信時間Δtよりも短いことの通知であるか否かを判定する。優先度切替部30は、通知が現在のTSの残り時間が送信時間Δtよりも短いことの通知である場合には、処理をステップS63に進める。一方、優先度切替部30は、通知が現在のTSの残り時間が送信時間Δtよりも短いことの通知でない場合には、処理を終了する。
これにより、現在のTSに送信処理を行う送信タスク26よりも、次のTSに送信処理を行う送信タスク26の方が優先して処理が行われることになる。
以上のように、実施の形態3に係る通信装置10は、現在のTSの残り時間が送信時間Δtよりも短い場合には、現在のTSに送信処理を行う送信タスク26の優先度を低くする。これにより、現在のTSに処理が完了しない送信処理が実行されることが少なくなり、次のTSの処理の妨げになることを防止できる。
実施の形態4は、TSが切り替わった場合に、切り替わる前のTSに送信された送信データである受信データの受信処理の優先度を低くする点が実施の形態1〜3と異なる。実施の形態4では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
なお、ここでは、実施の形態3に機能を追加した場合を説明する。しかし、実施の形態1,2に機能を追加することも可能である。
以下に説明する動作の前提として、受信タスク27には優先度が設定されており、優先度の高い受信タスク27ほど優先して処理を行う。
ステップS71からステップS76の処理は、図11のステップS51からステップS56の処理と同じである。また、ステップS78の処理は、図11のステップS57の処理と同じである。
ステップS81の処理は、図12のステップS61の処理と同じである。また、ステップS85からステップS86の処理は、図12のステップS63からステップS64の処理と同じである。
これにより、切り替え前のTSに受信処理を行う受信タスク27よりも、現在のTSに受信処理を行う受信タスク27の方が優先して処理が行われることになる。
以上のように、実施の形態4に係る通信装置10は、TSが切り替わった場合に、切り替わる前のTSに送信された送信データである受信データの受信処理の優先度を低くする。これにより、前のTSに処理が完了しなかった受信処理が実行されることがなくなり、現在のTSの処理の妨げになることを防止できる。
Claims (8)
- TSN(Time−Sensitive Networking)技術が用いられたネットワークで通信する通信装置であり、
前記TSN技術におけるタイムスロットが切り替わったことを通知するタイムスロット管理部と、
他の通信装置から受信した受信データが現在のタイムスロットに送信された送信データでない場合には前記受信データを受信データ保管部に保管しておき、前記タイムスロット管理部によってタイムスロットが切り替わったことが通知された場合に、前記受信データ保管部に保管された、切り替わった後のタイムスロットに送信された送信データである前記受信データを受信タスクに渡すデータ受信部と
を備える通信装置。 - 前記データ受信部は、前記受信データが現在のタイムスロットに送信された送信データである場合には前記受信データを前記受信タスクに渡す
請求項1に記載の通信装置。 - 前記データ受信部は、前記受信データが現在のタイムスロットに送信された送信データであり、かつ、前記受信タスクが前記受信データの処理に必要な処理時間が現在のタイムスロットの残り時間よりも長い場合には、前記受信データを受信データ保管部に保管しておく
請求項1に記載の通信装置。 - 前記データ受信部は、前記受信データが現在のタイムスロットに送信された送信データであり、かつ、前記受信タスクが前記受信データの処理に必要な処理時間が現在のタイムスロットの残り時間以下の場合には、前記受信データを前記受信タスクに渡す
請求項3に記載の通信装置。 - 前記タイムスロット管理部は、現在のタイムスロットの残り時間が、送信データを送信してから他の通信装置に届くまでの送信時間よりも短いことを通知し、
前記通信装置は、さらに、
他の通信装置に送信データを送信するデータ送信部であって、前記タイムスロット管理部によって前記残り時間が送信時間よりも短いことが通知されると、現在のタイムスロットに送信する送信データの送信処理の優先度を低くし、次のタイムスロットに送信する送信データの送信処理の優先度を高くするデータ送信部
を備える請求項1から4までのいずれか1項に記載の通信装置。 - 前記データ受信部は、前記タイムスロット管理部によってタイムスロットが切り替わったことが通知された場合に、切り替わった後のタイムスロットに送信された送信データである受信データの受信処理の優先度を高くし、切り替わる前のタイムスロットに送信された送信データである受信データの受信処理の優先度を低くする
請求項1から5までのいずれか1項に記載の通信装置。 - TSN(Time−Sensitive Networking)技術が用いられたネットワークで通信する通信方法であり、
タイムスロット管理部が、前記TSN技術におけるタイムスロットが切り替わったことを通知し、
データ受信部が、他の通信装置から受信した受信データが現在のタイムスロットに送信された送信データでない場合には前記受信データを受信データ保管部に保管しておき、タイムスロットが切り替わったことが通知された場合に、前記受信データ保管部に保管された、切り替わった後のタイムスロットに送信された送信データである前記受信データを受信タスクに渡す通信方法。 - TSN(Time−Sensitive Networking)技術が用いられたネットワークで通信する通信プログラムであり、
前記TSN技術におけるタイムスロットが切り替わったことを通知するタイムスロット管理処理と、
他の通信装置から受信した受信データが現在のタイムスロットに送信された送信データでない場合には前記受信データを受信データ保管部に保管しておき、前記タイムスロット管理処理でタイムスロットが切り替わったことが通知された場合に、前記受信データ保管部に保管された、切り替わった後のタイムスロットに送信された送信データである前記受信データを受信タスクに渡すデータ受信処理と
をコンピュータに実行させる通信プログラム。
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