JP6854991B1 - 通信装置、通信システム、通信方法及びプログラム - Google Patents

通信装置、通信システム、通信方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

通信装置(10)は、通信装置(20)と共有する共有時刻により規定される時間区分毎に通信装置(20)と通信する。通信装置(10)は、共有時刻を計時する計時部(11)と、共有時刻の通信装置(20)による計時の第1誤差に関する誤差情報を通信装置(20)から取得する取得部(13)と、時間区分の最初及び最後の少なくとも一方において通信装置(20)がデータの送信を停止する停止時間の長さを通信装置(20)に対して指定する指定部(14)と、を備える。指定部(14)によって指定される停止時間の長さは、第1誤差及び計時部(11)による計時の第2誤差のうちの長い誤差以上である。

Description

本開示は、通信装置、通信システム、通信方法及びプログラムに関する。
工場に代表される施設では、複数の装置を制御するシステムが運用されている。このようなシステムにおいて、複数の装置を正確に協働させるための技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特許文献1には、複数のデバイスとの通信に要する通信送達時間を予め測定するとともに、当該複数のデバイスのクロックカウンタの精度を予め確認しておいて、デバイスそれぞれに対して、通信送達時間及びクロックカウンタの精度を加味して作動すべきクロックを指定した実行指示信号を送信する連携指示装置について記載されている。この装置によれば、複数のデバイスを少ない誤差で連携することができる。
特開2017−142740号公報
特許文献1の技術では、複数のデバイスに共通の絶対時刻を用いることなく、複数のデバイスが連携する。しかしながら、FA(Factory Automation)の現場では、複数の装置がそれぞれ計時する時刻を同期させた上で、あらかじめ定められた周期毎に通信することでリアルタイム性を確保する通信方式が採用されることがある。この通信方式では、複数の装置で共通のデータを扱うために、共通の周期内でデータが送受される必要がある。ただし、各装置による時刻の同期にはある程度の偏差が生じ得る。この偏差に起因して、一の装置によって計時される時刻に従って一の周期内で送信されたデータが、他の装置によって計時される時刻に従って他の周期内で受信されてしまうことを避けるために、各装置によるデータの送信が禁止される時間が周期毎に設けられる。
時刻の同期精度が装置同士で等しければ、データの送信が禁止される時間長を、生じ得る偏差に応じて極力短く設定することにより通信効率を確保することが好ましい。一方、FAネットワークに接続される装置の同期精度は、必ずしも一定ではなく、異なる同期精度の装置が混在する場合がある。この場合には、装置の同期精度を1台ずつ調査して、最適な時間長を各装置に設定しなければならず、煩雑な設定作業の負担が作業者に課されていた。
本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、時刻の同期精度が異なる装置に対する設定作業を軽減することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の通信装置は、他の装置と共有する共有時刻により規定される時間区分毎に他の装置と通信する通信装置であって、共有時刻を計時する計時手段と、共有時刻の他の装置による計時の第1誤差に関する誤差情報を他の装置から取得する取得手段と、時間区分の最初及び最後の少なくとも一方において他の装置がデータの送信を停止する停止時間の長さを他の装置に対して指定する指定手段と、を備え、指定手段によって指定される停止時間の長さは、第1誤差及び計時手段による計時の第2誤差のうちの長い誤差以上である。
本開示によれば、取得手段が、他の装置による計時の第1誤差に関する誤差情報を取得し、指定手段が、他の装置がデータの送信を停止する停止時間の長さを他の装置に指定し、指定手段によって指定される停止時間の長さは、第1誤差及び計時手段による計時の第2誤差のうちの長い誤差以上である。これにより、他の装置について時刻の同期精度を作業者が調査して設定する作業が不要となる。したがって、時刻の同期精度が異なる装置に対する設定作業を軽減することができる。
実施の形態1に係る通信システムの構成を示す図 実施の形態1に係る通信装置のハードウェア構成を示す図 実施の形態1に係る通信システムにおける時間区分毎の通信について説明するための第1の図 実施の形態1に係る通信システムにおける時間区分毎の通信について説明するための第2の図 実施の形態1に係る通信システムにおける時間区分毎の通信について説明するための第3の図 実施の形態1に係る通信装置の機能的な構成を示す図 実施の形態1に係る指定処理を示すフローチャート 実施の形態1に係る設定処理を示すフローチャート 実施の形態1に係る通信システムにおいて実行される通信について説明するための図 実施の形態2に係る通信装置の機能的な構成を示す図 実施の形態2に係る関連情報の一例を示す図 実施の形態3に係る通信装置の機能的な構成を示す図 実施の形態3に係る通信システムにおいて実行される通信について説明するための図 実施の形態4に係る通信装置の機能的な構成を示す図 実施の形態4に係る通信システムにおいて実行される通信について説明するための第1の図 実施の形態4に係る通信システムにおいて実行される通信について説明するための第2の図
以下、本開示の実施の形態に係る通信システム1000について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、複数の装置による時刻の共有及び時刻の同期は、複数の装置それぞれが有する時計を同期することを意味する。複数の装置それぞれが有する時計が同等の時刻を計時することで、この時刻複数の装置において共有されれば、複数の装置が時刻を同期することとなる。
実施の形態1.
本実施の形態に係る通信システム1000は、工場に設置されるFAシステムの一部に相当する。通信システム1000は、FAシステムとしての生産システム、検査システム、加工システム、その他のシステムを構成する機器同士を、通信路を介して接続することで形成される。図1に示されるように、通信システム1000は、通信装置10,20,30を有する。
通信装置10,20,30はそれぞれ、例えば、IPC(Industrial Personal Computer)、産業用の制御装置であるPLC(Programmable Logic Controller)、PLCを構成するユニット、ネットワークスイッチ、PLCによる制御の対象機器としてのアクチュエータ又はロボット、センサを有するセンサ装置、その他の装置である。以下では、通信装置10がIPCであって、通信装置20がネットワークスイッチであって、通信装置30がPLCである例を中心に説明する。
図2には、通信装置10,20,30のハードウェア構成が示されている。図2に示される通信装置40は、通信装置10,20,30の総称である。通信装置40は、そのハードウェア構成として、プロセッサ41と、主記憶部42と、補助記憶部43と、クロック部44と、入力部45と、出力部46と、通信部47と、を有する。主記憶部42、補助記憶部43、クロック部44、入力部45、出力部46及び通信部47はいずれも、内部バス49を介してプロセッサ41に接続される。
プロセッサ41は、CPU(Central Processing Unit)を含む。プロセッサ41は、補助記憶部43に記憶されるプログラムP1を実行することにより、通信装置40の種々の機能を実現して、後述の処理を実行する。
主記憶部42は、RAM(Random Access Memory)を含む。主記憶部42には、補助記憶部43からプログラムP1がロードされる。そして、主記憶部42は、プロセッサ41の作業領域として用いられる。
補助記憶部43は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)及びHDD(Hard Disk Drive)に代表される不揮発性メモリを含む。補助記憶部43は、プログラムP1の他に、プロセッサ41の処理に用いられる種々のデータを記憶する。補助記憶部43は、プロセッサ41の指示に従って、プロセッサ41によって利用されるデータをプロセッサ41に供給し、プロセッサ41から供給されたデータを記憶する。
クロック部44は、例えば、水晶振動子、シリコン振動子、水晶発振器、他の発振回路を有するクロック発生回路を含む。クロック部44は、クロック発生回路により生成されたクロックに基づいてクロック信号を生成して出力する。クロック信号は、クロックパルスを含み、プロセッサ41が、内蔵のハードウェア素子により又は実行するソフトウェア処理によりクロックパルスの立ち上がり回数をカウントすることで時刻を計時するために利用される。クロック部44を利用した計時の精度は、プロセッサ41及びクロック部44の構成に基づいて定まるため、通信装置10,20,30それぞれによる計時の精度は、後述するように異なる場合がある。
入力部45は、入力キー及びポインティングデバイスに代表される入力デバイスを含む。入力部45は、通信装置40のユーザによって入力された情報を取得して、取得した情報をプロセッサ41に通知する。
出力部46は、LCD(Liquid Crystal Display)及びスピーカに代表される出力デバイスを含む。出力部46は、プロセッサ41の指示に従って、種々の情報をユーザに提示する。
通信部47は、外部の装置と通信するためのネットワークインタフェース回路を含む。通信部47は、外部から信号を受信して、この信号により示されるデータをプロセッサ41へ出力する。また、通信部47は、プロセッサ41から出力されたデータを示す信号を外部の装置へ送信する。なお、図2では、1つの通信部47が代表として示されているが、通信装置40は、複数の伝送路に接続するための通信部47を有してもよい。
図1に戻り、通信装置10,20は、産業用ネットワーク401を介して接続されて互いに通信し、通信装置20,30は、産業用ネットワーク402を介して接続されて互いに通信する。産業用ネットワーク401,402はそれぞれ、フィールドネットワークに代表されるFAネットワークであってもよいし、他のネットワークであってもよい。また、通信装置10,20,30による通信の形態は、図1に示される例に限定されない。例えば、通信装置20,30は、専用線を介して接続されてもよい。また、通信装置10,20,30は、単一のネットワークを介して接続されてもよい。
通信装置40は、産業用ネットワーク401,402を介して時刻を同期する。詳細には、通信装置10,20,30はそれぞれ、他の装置と時刻同期プロトコルにより時刻を共有する。時刻同期プロトコルは、通信ネットワーク上の機器の時刻を高精度に同期するためのプロトコルである。例えば、時刻同期プロトコルとしてIEEE802.1ASが適用される場合には、ネットワーク上の一のノードに相当するグランドマスタが通信ネットワーク経由で高精度な基準クロックを定期的に配信する。また、グランドマスタと他のノードに相当するスレーブとの間でデータを往復させることで通信遅延が計測され、スレーブは、この通信遅延を補正した基準クロックを得る。これにより、通信遅延が補正された時刻が共有される。以下では、装置間で共有される時刻を共有時刻と表記する。
また、通信装置40による通信は、共有時刻に従って予め定められたスケジュールに基づいてデータを送受するための通信規格に従う。この通信規格は、例えば、TSN(Time Sensitive Network)技術で用いられるIEEE802.1Qbvである。詳細には、図3に示されるように、通信装置10,20,30は、共有時刻に従って予め定められた長さの時間区分51,52それぞれにおいて時分割多重方式により通信する。
時間区分51,52は、互いに隣接する。すなわち、時間区分52は、時間区分51の直後に設けられ、時間区分51の終了時刻は時間区分52の開始時刻に等しい。図3では、2つの時間区分51,52が示されているが、時間区分51より前、及び時間区分52より後にも、時間区分51,52と同等の時間区分が設けられる。時間区分51,52はそれぞれ、タイムスロットTS1,TS2,TS0を有する。
タイムスロットTS0〜TS2はそれぞれ、予め定められた異なる形式、チャンネル又はプロトコルの双方向通信をするために設けられた期間である。例えば、タイムスロットTS1では、時刻同期プロトコルで時刻を同期させるためのデータが伝送され、タイムスロットTS2では、サイクリック通信のためのデータが伝送される。タイムスロットTS0では、IP(Internet Protocol)通信のような他の通信が実行されてもよいし、通信が割り当てられることなく将来において拡張可能とされてもよい。図3においては、タイムスロットTS1におけるデータの伝送が破線の矢印で示され、タイムスロットTS2におけるデータの伝送が実線の矢印で示されている。時間区分51,52の長さが等しいため、それぞれのタイムスロットにおける通信は、周期的に実行されることとなる。
サイクリック通信では、各装置が有するメモリに共通のデータを格納するための通信が周期的に実行されることで、連続する周期の各々でメモリに記憶されるデータが同期される。ここで、装置間で伝送される情報には、当該情報によりデータが同期される周期を他の周期と区別するための周期番号が付与される。
このようなサイクリック通信と同様にして、通信装置40による通信において、時間区分51,52それぞれに少なくとも隣接する時間区分と区別するための周期番号が付される。詳細には、時間区分51,52それぞれにおいて伝送されるデータには周期番号を示す情報が含まれる。そして、時間区分51,52内の通信を他の時間区分内の通信と区別することで、リアルタイム性が確保される。
換言すると、一の時間区分において送信されたデータが他の時間区分において受信されると、通信異常とされ、このデータは正常な処理の対象から除外される。例えば、図4において破線の矢印で示されるように、通信装置30から時間区分52において送信されたデータが、通信装置10によって時間区分51に受信されると、このデータは処理されることなく破棄される。また、図4において実線の矢印で示されるように、通信装置20から時間区分51において送信されたデータが、通信装置10によって時間区分52に受信されると、このデータは破棄される。なお、図4では、各タイムスロットTS0〜TS2を示すブロックに、当該タイムスロットが属する時間区分の符号が付されている。例えば、「TS1[51]」は、時間区分51に属するタイムスロットTS1を意味する。
図4に例示されるような通信異常は、通信装置40によって計時される共有時刻に偏差が含まれるときに生じ得る。通信装置40それぞれによる計時が、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)に代表される専用ハードウェアにより実現されていれば、時刻同期の精度は高く、共有時刻に含まれる偏差は小さい。一方、通信装置40による計時が、ソフトウェア処理の実行により実現されていれば、時刻同期の精度は低く、共有時刻に含まれる偏差が大きくなる。図4の例では、通信装置20による計時が、通信装置10による計時より偏差20dだけ遅れ、通信装置30による計時が、通信装置10による計時に偏差30dだけ先行している。
このような通信異常の発生を予防するために、図5においてハッチングが付されたブロックで示されるように、時間区分51,52の最初及び最後に、通信装置10,20,30がデータの送信を停止する停止時間が設けられる。停止時間では、各装置によるデータの送信が禁止されるが、データの受信は可能である。図5に示されるように、図4と同様の偏差20d,30dが生じていても、通信装置30から時間区分52において送信されたデータが、通信装置10によって時間区分52において正常に受信されて処理される。また、通信装置20から時間区分51において送信されたデータが、通信装置10によって時間区分51において正常に受信されて処理される。時間区分51,52の最初に設けられる停止時間は、タイムスロットTS1の一部とすることが望ましいが、タイムスロットTS1とは異なる時間としてタイムスロットTS1より前に設けられてもよい。また、時間区分51,52の最後に設けられる停止時間は、タイムスロットTS0の一部とすることが望ましいが、タイムスロットTS0とは異なる時間としてタイムスロットTS0より後に設けられてもよい。
停止時間の長さは、通信装置40それぞれによって計時される共有時刻の誤差のうちの最大値以上である。例えば、通信装置10による共有時刻の同期精度が±2マイクロ秒であって、通信装置20による共有時刻の同期精度が±5マイクロ秒であって、通信装置30による共有時刻の同期精度が±20マイクロ秒であれば、停止時間の長さは、20マイクロ秒以上に設定される。ここで、同期精度は、計時の誤差を示す。詳細には、同期精度は、計時の最大誤差が保証されるものとして規定されてもよいし、正規分布における1σの信頼区間を規定する標準偏差であってもよいし、他の種類の誤差により示されてもよい。
続いて、適当な停止時間の長さを通信装置40に設定するための機能的な構成について、図6を参照して説明する。図6においては、通信装置10が、他の装置である通信装置20,30に対して停止時間の長さを指定する管理装置に相当する。なお、通信装置10は、通信装置10自体にも適当な停止時間の長さを設定する。また、図6では、通信装置20と同等の構成を有する通信装置30が省略されている。通信システム1000において、通信装置20,30は、第1通信装置の一例に相当し、通信装置10は、第1通信装置と共有する共有時刻により規定される時間区分毎に第1通信装置と通信する第2通信装置の一例に相当する。
通信装置10は、その機能として、共有時刻を計時する計時部11と、通信装置20,30と共有時刻を同期して共有するための共有部12と、通信装置20,30による共有時刻の計時の誤差に関する誤差情報を取得する取得部13と、停止時間の長さを通信装置20,30に指定する指定部14と、停止時間の長さを設定する設定部15と、設定された長さの停止時間を含む時間区分で周期的に通信装置20,30と通信する通信部16と、を有する。
計時部11は、主として通信装置10のプロセッサ41及びクロック部44の協働により実現される。計時部11は、時刻を計時しつつ、共有部12によって共有時刻が同期されると、計時している時刻を校正して、同期した共有時刻に等しくする。定期的に同期される共有時刻で校正することで、計時部11によって計時される時刻は概ね、共有時刻に等しいものとなる。ただし、上述したように、計時部11によって計時される時刻は、同期すべき共有時刻と一致するとは限らず、誤差を含み得る。計時部11は、通信装置10において、共有時刻を計時する計時手段の一例に相当する。
共有部12は、主として通信装置10のプロセッサ41及び通信部47の協働により実現される。共有部12は、上述した時刻同期プロトコルに従って通信装置20,30と通信することにより、通信装置20,30と共有時刻を同期して、共有時刻を計時部11に通知する。
取得部13は、主として通信装置10のプロセッサ41及び通信部47の協働により実現される。取得部13は、通信装置20,30による共有時刻の計時の同期精度を示す情報の通知を通信装置20,30に要求することにより、当該情報を通信装置20,30から取得する。以下では、通信装置20,30による計時の誤差を第1誤差と適宜表記し、取得部13が取得する情報を誤差情報と表記する。取得部13は、通信装置10において、共有時刻の通信装置20,30による計時の第1誤差に関する誤差情報を通信装置20,30から取得する取得手段の一例に相当する。取得部13は、取得した誤差情報を指定部14に送出する。
指定部14は、主として通信装置10のプロセッサ41及び通信部47の協働により実現される。指定部14は、誤差情報に基づいて通信装置20,30による計時の第1誤差を示す情報を得る。また、指定部14は、計時部11による計時の誤差を示す情報を得る。以下では、この計時部11による計時の誤差を第2誤差と表記する。指定部14は、例えば、誤差情報により示される通信装置20の同期精度である「2マイクロ秒」という情報及び通信装置30の同期精度である「20マイクロ秒」という情報を得るとともに、通信装置10の補助記憶部43に予め登録されている計時部11の同期精度である「5マイクロ秒」という情報を得る。
また、指定部14は、第1誤差及び第2誤差に基づいて、通信装置40それぞれに設定すべき停止時間の長さを得る。停止時間の長さは、取得部13によって収集された誤差情報により示される第1誤差、及び第2誤差のうちの最長の誤差に等しい。通信装置20,30の第1誤差が2マイクロ秒及び20マイクロ秒であって、第2誤差が5マイクロ秒であれば、停止時間の長さは、これらの誤差のうち最長の20マイクロ秒に等しい。
そして、指定部14は、第1誤差及び第2誤差から得た停止時間の長さを設定することを、設定部15及び通信装置20,30の設定部25に指示する。指定部14は、通信装置10において、時間区分の最初及び最後の少なくとも一方において通信装置20,30がデータの送信を停止する停止時間の長さを通信装置20,30に対して指定する指定手段の一例に相当する。ここで、指定手段によって指定される停止時間の長さは、第1誤差及び計時部11による計時の第2誤差のうちの最長の誤差以上である。
設定部15は、主として通信装置10のプロセッサ41により実現される。設定部15は、指定部14による指示に従って、停止時間の長さを設定する。詳細には、指定部14による指示に含まれる停止時間の長さを示すデータを、主記憶部42又は補助記憶部43の予め定められた領域に格納することにより、停止時間の長さを登録する。
通信部16は、主として通信装置10のプロセッサ41及び通信部47の協働により実現される。通信部16は、計時部11によって計時される共有時刻により規定される時間区分毎に、図3〜5に示されたように通信装置20,30と通信する。
通信装置20は、その機能として、共有時刻を計時する計時部21と、通信装置10,30と共有時刻を同期して共有するための共有部22と、通信装置10からの要求に応じて誤差情報を通信装置10に送信する送信部23と、通信装置10から指示された停止時間の長さを設定する設定部25と、設定された長さの停止時間を含む時間区分で周期的に通信装置10,30と通信する通信部26と、を有する。
計時部21は、主として通信装置20のプロセッサ41及びクロック部44の協働により実現され、通信装置10における計時部11と同様に構成される。共有部22は、主として通信装置20のプロセッサ41及び通信部47の協働により実現され、通信装置10における共有部12と同様に構成される。設定部25は、主として通信装置20のプロセッサ41により実現され、通信装置10における設定部25と同様に構成される。設定部25は、通信装置20において、指定手段によって指定された前記停止時間の長さを設定する設定手段の一例に相当する。通信部26は、主として通信装置20のプロセッサ41及び通信部47の協働により実現され、通信装置10における通信部16と同様に構成される。
送信部23は、主として通信装置20のプロセッサ41及び通信部47の協働により実現される。送信部23は、通信装置10の取得部13から誤差情報を要求されると、通信装置20の補助記憶部43に予め登録されている第1誤差を示す情報を読み出す。そして、送信部23は、この第1誤差を示す誤差情報を生成して取得部13に送信する。送信部23は、通信装置20において、誤差情報を前記第2通信装置に送信する送信手段の一例に相当する。
続いて、通信装置40によって実行される処理について、図7,8を参照して説明する。図7には、通信装置10によって実行される指定処理が示されている。指定処理は、停止時間の長さを指定する処理であって、通信装置40による時間区分毎の通信を開始するためのシーケンスの一部として実行される。指定処理の実行に際しては、通信装置40は、例えばIP通信により情報を互いに伝送する。
指定処理では、取得部13は、誤差情報の通知を通信装置20,30に要求することにより通信装置20,30それぞれから第1誤差を示す誤差情報を取得する(ステップS11)。次に、指定部14は、第2誤差を示す情報を取得する(ステップS12)。具体的には、指定部14は、通信装置10の補助記憶部43に登録されている計時部11の同期精度に関する情報を読み出す。ただし、指定部14は、第2誤差を示す情報を他の情報源から得てもよい。例えば、指定部14は、計時部11に同期精度を問い合わせることで第2誤差を示す情報を得てもよいし、通信装置10自体の型番をインターネット上のサーバに通知することでこのサーバから第2誤差を示す情報を得てもよい。
次に、指定部14は、ステップS11で取得した第1誤差及びステップS12で取得した第2誤差から、設定すべき停止時間の長さを得る(ステップS13)。具体的には、指定部14は、第1誤差及び第2誤差のうちの最長の誤差を特定し、特定した誤差に等しい長さを、停止時間の長さとして採用する。ただし、指定部14は、他の手法により第1誤差及び第2誤差から停止時間の長さを得てもよい。例えば、指定部14は、第1誤差及び第2誤差のうちの最長の誤差に1より大きい安全係数を乗算することで停止時間の長さを算出してもよいし、第1誤差及び第2誤差が正規分布における標準偏差に対応する場合には、停止時間の長さを、最長の誤差の3倍とすることで、正規分布における3σの信頼区間に対応させてもよい。また、指定部14は、複数の第1誤差及び第2誤差のうちの最長の誤差と2番目に大きい誤差との和を停止時間の長さとしてもよい。
次に、指定部14は、ステップS13で得た停止時間の長さを設定することを、設定部15,25に指示する(ステップS14)。具体的には、指定部14は、停止時間の長さを指定する設定コマンドを設定部15,25に送信する。そして、設定部15は、ステップS14における指示に従って停止時間の長さを設定する(ステップS15)。これにより、通信装置40が互いに通信するための時間区分51,52が含むべき停止時間の長さが、複数の通信装置40によって共有される。その後、通信部16は、時間区分51,52毎の通信を繰り返し実行する(ステップS16)。
図8には、通信装置20によって実行される設定処理が示されている。設定処理は、通信装置10による指定処理に対応して実行される。なお、通信装置30は、通信装置20と同様の設定処理を実行する。
設定処理では、送信部23が、通信装置10から誤差情報が要求されたか否かを判定する(ステップS21)。誤差情報が要求されていないと判定した場合(ステップS21;No)、送信部23は、ステップS21の判定を繰り返して、誤差情報が要求されるまで待機する。
一方、誤差情報が要求されたと判定した場合(ステップS21;Yes)、送信部23は、第1誤差を示す誤差情報を生成して通信装置10に送信する(ステップS22)。具体的には、送信部23は、通信装置20の補助記憶部43に予め登録されている計時部21による計時の同期誤差に関する情報を読み出すことで、第1誤差を示す情報を得る。ただし、送信部23は、第1誤差を示す情報を他の情報源から得てもよい。
なお、送信部23による誤差情報の送信は、図8に示されるような通信装置10からの要求に対する応答によってなされなくともよい。例えば、通信装置10,20が接続されて通信を確立するためのシーケンスが開始されたときに、送信部23は、自発的に誤差情報を送信してもよい。
次に、設定部25は、停止時間の長さを設定することが通信装置10から指示されたか否かを判定する(ステップS23)。通信装置10からの指示がないと判定した場合(ステップS23;No)、設定部25は、ステップS23の判定を繰り返して、通信装置10からの指示があるまで待機する。
一方、通信装置10からの指示があると判定した場合(ステップS23;Yes)、設定部25は、当該指示に従って停止時間の長さを設定する(ステップS24)。その後、通信部26は、時間区分51,52毎の通信を繰り返し実行する(ステップS25)。
図9のシーケンス図には、通信装置10,20,30による通信の例が示されている。図9に示されるように、通信装置10は、通信装置20,30それぞれに誤差情報を要求する(ステップS31)。このステップS31は、図7に示される指定処理におけるステップS11に対応する。次に、通信装置20,30はそれぞれ、通信装置10からの要求に応答して、誤差情報を送信する(ステップS32)。このステップS32は、図8に示される設定処理におけるステップS22に対応する。
次に、通信装置10は、通信装置20,30から収集した誤差情報に基づいて、停止時間長を算出する(ステップS33)。停止時間長は、停止時間の長さを意味する。このステップS33は、図7に示される指定処理におけるステップS13に対応する。次に、通信装置10は、ステップS33で算出した停止時間長の設定を通信装置20,30に指示する(ステップS34)。このステップS34は、図7に示される指定処理におけるステップS14に対応する。
ステップS34の指示を受けて、通信装置20,30は、停止時間長を設定する(ステップS35)。このステップS35は、図8に示される設定処理におけるステップS24に対応する。また、通信装置10は、ステップS33で算出した停止時間長を自機に設定する(ステップS36)。このステップS36は、図7に示される指定処理におけるステップS15に対応する。
以上、説明したように、通信装置10の取得部13が、他の通信装置20,30による計時の第1誤差に関する誤差情報を取得し、指定部14が、通信装置20,30がデータの送信を停止する停止時間の長さを通信装置20,30に対して指定し、指定手段によって指定される停止時間の長さは、第1誤差及び計時手段による計時の第2誤差のうちの長い誤差以上である。これにより、通信装置20,30について時刻の同期精度を作業者が調査して設定する作業が不要となる。したがって、時刻の同期精度が異なる装置に対する設定作業を軽減することができる。
通常、時刻の同期精度の高い機器については、その導入コストも高く、同期精度の低い機器については、導入コストも低い。同期精度は、通信処理あるいは時刻同期の実装方法により変化する時刻同期の能力差といえる。産業用ネットワークには、種々のメーカが設計した多様なアーキテクチャの機器が接続されるケースが多い。このようなケースにおいて、異なる同期精度の機器が1つのネットワークに混在するときにも、通信システム1000によれば、適当な停止時間の長さを複数の装置に対して簡便に設定することができる。
また、指定部14によって指定される停止時間の長さは、第1誤差及び第2誤差のうちの最長の誤差に等しい。このため、通信異常の発生を極力予防しつつ、停止時間を長くして通信効率が減少することを回避することができる。
なお、指定部14によって指定される停止時間の長さが、第1誤差及び第2誤差のうちの最長の誤差より長い例についても説明した。停止時間の長さが最長の誤差より長い場合には、例えば、通信装置10,20,30の通信中に、同期精度の低い新たな装置がネットワークに参入したときに、当該新たな装置による計時の誤差が停止時間の長さに収まることが期待される。すなわち、新たな装置による共有時刻の同期精度に対する余裕を予め設けておくことができる。
実施の形態2.
続いて、実施の形態2について、上述の実施の形態1との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態1と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。本実施の形態は、停止時間の長さが、予め定められたテーブルに応じて決定される点で、実施の形態1とは異なる。
本実施の形態に係る通信装置10は、図10に示されるように、記憶部102を有する。記憶部102は、通信装置10の主記憶部42及び補助記憶部43の少なくとも一方によって実現される。記憶部102は、誤差の範囲と、この範囲に対応して設定すべき停止時間の長さを規定する規定値と、を関連付けた関連情報を記憶する。
図11には、記憶部102に記憶される関連情報の一例が示されている。図11に示される例では、関連情報は、第1誤差及び第2誤差のうちの最長の誤差が属する範囲と、停止時間の長さとして規定された値と、を関連付ける情報である。指定部14は、第1誤差及び第2誤差に、この関連情報において関連付けられた規定値を特定して、特定した規定値を設定することを、設定部15,25に指示する。すなわち、指定部14により設定部15,25に対して指定される停止時間の長さは、第1誤差及び第2誤差のうちの長い誤差を含む範囲に関連情報において関連付けられる規定値に等しい。記憶部102は、通信装置10において、誤差の範囲と予め規定された規定値とを関連付ける関連情報を記憶する記憶手段の一例に相当する。
本実施の形態に係る通信装置10によれば、第1誤差及び第2誤差のうちの最長の誤差よりも長い停止時間を、予め関連情報として準備しておくことにより簡便に決定して設定することができる。
実施の形態3.
続いて、実施の形態3について、上述の実施の形態1との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態1と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。本実施の形態は、通信装置10が、停止時間の長さを、通信状態に応じて適応的に変更する点で、実施の形態1とは異なる。
本実施の形態に係る通信装置10においては、図12に示されるように、通信部16が異常検知部161を有する。異常検知部161は、時間区分51,52毎の通信において、受信すべきデータに付される周期番号とは異なる周期番号が付されたデータを受信したことによる通信異常の発生を検知する。例えば、停止時間の長さが不当に短く設定された場合には、図4に例示したような通信異常が発生する。また、停止時間の長さが第1誤差及び第2誤差に基づいて設定された場合であっても、経年劣化に代表される要因により通信装置10,20,30による計時の実際の誤差が大きくなったときには、通信異常が発生し得る。このような通信異常が発生した場合に、通信部16は、受信したデータを破棄して処理対象から除外し、異常検知部161は、通信異常を検知する。そして、異常検知部161は、異常の検知を指定部14に通知する。異常検知部161は、通信装置10において、他の装置との通信の異常を検知する異常検知手段の一例に相当する。
指定部14は、異常検知部161によって通信異常が検知された場合に、現在の停止時間より延長した停止時間の長さを設定部15,25に対して指示する。例えば、指定部14は、停止時間の長さを2倍にすることを設定部15,25に指示してもよいし、前回指定した時間長より長い新たな時間長を決定した上で、決定した時間長の設定を設定部15,25に指示してもよい。
図13には、本実施の形態に係る通信の例が示されている。図13の例において、通信装置10,20によって時間区分毎に正常な通信がなされているところに同期精度の低い通信装置30が追加され、通信装置30は、周期番号が付与されたデータを通信装置10に送信する(ステップS41)。通信装置30からのデータが正常に受信される場合もあるが、通信装置10は、同期精度が低い通信装置30からのデータを1回以上受信すると、通信異常を検知する(ステップS42)。そして、通信装置10は、現在の停止時間長よりも延長された停止時間長を決定する(ステップS43)。その後、通信装置10は、図9に示された例と同様のステップS34,S36を実行し、通信装置20,30は、ステップS35を実行する。
これにより、通信装置10,20の通信中に同期精度の低い新たな通信装置30がネットワークに参加して通信異常が発生する場合においても、停止時間を適応的に延長することにより、通信異常を解消することができる。
実施の形態4.
続いて、実施の形態4について、上述の実施の形態1との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態1と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。本実施の形態は、通信装置10が、ネットワークに参加する通信装置40及びネットワークから離脱した通信装置40を検知して、この検知に応じて停止時間の長さを変更する点で、実施の形態1とは異なる。
本実施の形態に係る通信装置10においては、図14に示されるように、通信部16が、ネットワークから離脱して通信が途絶した通信装置40を検知する途絶検知部162と、ネットワークに参加して通信装置10と時間区分毎の通信を新たに開始した通信装置40を検知する装置検知部163と、を有する。
途絶検知部162は、ネットワーク上の通信装置40が定期的に伝送すべきデータの送信元を監視することにより、通信の途絶を検知する。例えば、途絶検知部162は、毎回の時間区分で伝送される時刻同期プロトコルに従うタイムスロットTS1のデータ、又は、タイムスロットTS2におけるサイクリック通信のデータのうち、送信元の通信装置40を識別するためのMAC(Media Access Control)アドレスを監視する。また、途絶検知部162は、前回以前に受信していたMACアドレスが付されたデータの受信が、一回又は複数回、途絶したか否かを判定する。データの受信が途絶したと判定した場合に、途絶検知部162は、当該MACアドレスに対応する通信装置40との通信が途絶したことを検知する。そして、途絶検知部162は、通信が途絶した途絶装置を特定する情報を含む検知結果を指定部14に通知する。途絶検知部162は、通信装置10において、複数の通信装置40のうちの、通信装置10との通信が途絶した途絶装置を検知する途絶検知手段の一例に相当する。
装置検知部163は、途絶検知部162と同様に、受信したデータのMACアドレスを監視することにより、新たな通信装置40がネットワークに参加したことを検知する。例えば、装置検知部163は、前回までに受信していなかったMACアドレスが付与されたデータを新たに受信したか否かを判定する。新たな通信装置40からのデータを受信したと判定した場合に、装置検知部163は、新たな通信装置40が追加されたことを検知する。そして、装置検知部163は、新たな通信装置40を特定する情報を含む検知結果を取得部13に通知する。装置検知部163は、通信装置10において、通信装置10と時間区分毎に通信する新たな通信装置40を検知する装置検知手段の一例に相当する。
取得部13は、装置検知部163によって新たな通信装置40が検知されると、当該新たな通信装置40による共有時刻の計時の第1誤差を示す誤差情報を当該新たな通信装置40から取得して、取得した誤差情報を指定部14に送出する。指定部14は、新たな通信装置40による計時の第1誤差が、通信装置20,30に指定した現在の停止時間の長さより長い場合に、現在の停止時間より延長した停止時間の長さを設定部15,25に対して指定する。これにより、ネットワークに参加した新たな通信装置40の同期精度に応じた停止時間長が設定される。
また、指定部14は、途絶検知部162によって途絶装置が検知されると、この途絶装置を除く通信装置40の同期精度に基づいて停止時間を短縮可能であるか否かを判断し、短縮可能であると判断した場合には停止時間の短縮を設定部15,25に指示する。詳細には、指定部14は、途絶装置による計時の第1誤差が、通信が途絶する前において通信していた通信装置40による計時の誤差のうちの最長の誤差である場合に、現在の停止時間より短縮した停止時間の長さを、途絶装置を除く複数の通信装置40に対して指定する。
図15には、通信装置10,20,30が正常に通信しているところに、通信装置20,30と同様に構成される新たな通信装置31がネットワークに参加したときの通信が例示されている。図15に示されるように、通信装置31がデータを通信装置10に送信すると(ステップS51)、通信装置10は、新たな通信装置31を検知する(ステップS52)。そして、通信装置10は、検知した通信装置31に対して誤差情報を要求し(ステップS53)、通信装置31は、誤差情報を送信する(ステップS54)。その後、通信装置10は、図9の例と同様のステップS33,S34,S36を実行し、通信装置20は、図9の例と同様のステップS35を実行する。ただし、通信装置10は、ステップS33において、通信装置31についての第1誤差を含む誤差から停止時間長を算出する。また、通信装置31は、通信装置20,30と同様のステップS35を実行する。
図15では、通信装置31による計時の第1誤差の大きさに関わらず停止時間長を再計算して設定する例が示されたが、通信装置10は、ステップS33で停止時間長を得た結果、停止時間長を現在の値から変更する必要がない場合には、通信装置10の設定部15及び通信装置20,30の設定部25への設定指示を省略してもよい。ただし、通信装置31についての第1誤差が、既存の通信装置10,20,30についての誤差のいずれよりも大きい場合には、停止時間を延長してすべての通信装置40に再設定する必要がある。例えば、通信装置10,20,30についての誤差がそれぞれ、5マイクロ秒、2マイクロ秒、20マイクロ秒である場合において、通信装置31についての誤差が25マイクロ秒であれば、停止時間の長さは25マイクロ秒に再設定される。
図16には、通信装置10,20,30,31が正常に通信しているところで、通信装置31がネットワークから離脱したときの通信が例示されている。図16に示されるように、通信装置31が通信装置10にデータを送信していた後に(ステップS61)、通信装置31がネットワークから離脱すると(ステップS62)、通信装置10は、通信装置31から受信すべきデータが途絶したことから通信装置31を途絶装置として検知する(ステップS63)。その後、通信装置10は、図9の例と同様のステップS33,S34,S36を実行し、通信装置20,30は、図9の例と同様のステップS35を実行する。ただし、通信装置10は、ステップS33において、途絶機器についての第1誤差を除く誤差から停止時間長を算出する。
図16では、通信装置31についての第1誤差の大きさに関わらず停止時間長を再計算して設定する例が示されたが、通信装置10は、ステップS33で停止時間長を得た結果、停止時間長を現在の値から変更する必要がない場合には、ステップS34,S36を省略してもよい。ただし、通信装置31についての第1誤差が、通信装置10,20,30,31についての誤差のうちの唯一の最長の誤差である場合には、停止時間を短縮することが可能であるため、停止時間を短縮して通信効率を向上させることが望ましい。例えば、通信装置10,20,30,31についての誤差がそれぞれ、5マイクロ秒、2マイクロ秒、20マイクロ秒、25マイクロ秒である場合において、通信装置31がネットワークから離脱したときには、停止時間の長さを20マイクロ秒に再設定することが望ましい。
以上、説明したように、本実施の形態に係る通信装置10によれば、ネットワークを介した新たな通信装置40との通信、及び、通信の途絶を検知して、ネットワークに参加している通信装置40に応じて停止時間の長さを適宜変更することができる。これにより、通信効率を向上させることができる。
以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態によって限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、誤差情報が、誤差に対応する同期精度を直接的に示す情報として説明されたが、これには限定されない。例えば、誤差情報は、同期精度に対応する「高」、「中」、「低」のいずれかのラベルを示す情報であって、指定部14は、このラベルに応じて停止時間の長さを決定してもよい。また、誤差情報は、誤差を示す情報の取得先を示す情報であってもよい。例えば、通信装置20の送信部23は、通信装置20の製造メーカーによって運営されるサーバを示すアドレスを、通信装置20の型番とともに、誤差情報として通信装置10に送信し、通信装置10の取得部13は、当該サーバに対して型番に対応する同期精度を問い合わせることにより、通信装置20についての誤差を示す情報を取得してもよい。また、指定部14は、通信装置20のプロセッサ41のクロック数を、誤差に関する情報として取得し、このクロック数から通信装置20についての誤差を算出してもよい。
また、通信システム1000を構成する通信装置40の数は、上記実施の形態に限定されず、任意に変更してもよい。
また、上記実施の形態では、時間区分51,52それぞれの最初と最後の双方に停止時間を設ける例について説明したが、これには限定されない。例えば、時間区分51,52を構成する最後のタイムスロットTS0において通信が実行されない場合には、時間区分51,52における最後の停止時間を省略して、最初の停止時間のみを設けてもよい。同様に、最初のタイムスロットTS1において通信が実行されない場合には、最後の停止時間のみを設けてもよい。
また、通信装置40の機能は、専用のハードウェアによっても、また、通常のコンピュータシステムによっても実現することができる。
例えば、プロセッサ41によって実行されるプログラムP1を、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムP1をコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することができる。このような記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read−Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)、MO(Magneto−Optical Disc)が考えられる。
また、プログラムP1をインターネットに代表される通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロードするようにしてもよい。
また、通信ネットワークを介してプログラムP1を転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。
さらに、プログラムP1の全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報をコンピュータが通信ネットワークを介して送受信しながらプログラムを実行することによっても、上述の処理を達成することができる。
なお、上述の機能を、OS(Operating System)が分担して実現する場合又はOSとアプリケーションとの協働により実現する場合には、OS以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロードしてもよい。
また、通信装置40の機能を実現する手段は、ソフトウェアに限られず、その一部又は全部を、回路を含む専用のハードウェアによって実現してもよい。
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。つまり、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。
本開示は、装置間で共有される時刻により規定される時間区分毎に各装置が通信する通信システムに適している。
1000 通信システム、 10,20,30,31,40 通信装置、 11,21 計時部、 12,22 共有部、 13 取得部、 14 指定部、 15,25 設定部、 16,26 通信部、 161 異常検知部、 162 途絶検知部、 163 装置検知部、 102 記憶部、 23 送信部、 41 プロセッサ、 42 主記憶部、 43 補助記憶部、 44 クロック部、 45 入力部、 46 出力部、 47 通信部、 49 内部バス、 51,52 時間区分、 401,402 産業用ネットワーク、 P1 プログラム。

Claims (10)

  1. 他の装置と共有する共有時刻により規定される時間区分毎に前記他の装置と通信する通信装置であって、
    前記共有時刻を計時する計時手段と、
    前記共有時刻の前記他の装置による計時の第1誤差に関する誤差情報を前記他の装置から取得する取得手段と、
    前記時間区分の最初及び最後の少なくとも一方において前記他の装置がデータの送信を停止する停止時間の長さを前記他の装置に対して指定する指定手段と、
    を備え、
    前記指定手段によって指定される前記停止時間の長さは、前記第1誤差及び前記計時手段による計時の第2誤差のうちの長い誤差以上である、通信装置。
  2. 前記取得手段は、前記第1誤差を示す前記誤差情報を前記他の装置から取得し、
    前記指定手段によって指定される前記停止時間の長さは、前記第1誤差及び前記第2誤差のうちの長い誤差に等しい、
    請求項1に記載の通信装置。
  3. 誤差の範囲と予め規定された規定値とを関連付ける関連情報を記憶する記憶手段、をさらに備え、
    前記取得手段は、前記第1誤差を示す前記誤差情報を前記他の装置から取得し、
    前記指定手段によって指定される前記停止時間の長さは、前記第1誤差及び前記第2誤差のうちの長い誤差を含む範囲に前記関連情報において関連付けられる前記規定値に等しい、
    請求項1に記載の通信装置。
  4. 前記他の装置との通信の異常を検知する異常検知手段、をさらに備え、
    前記指定手段は、前記異常検知手段によって前記異常が検知された場合に、現在の前記停止時間より延長した前記停止時間の長さを前記他の装置に対して指定する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の通信装置。
  5. 通信装置と前記時間区分毎に通信する新たな装置を検知する装置検知手段、をさらに備え、
    前記取得手段は、前記装置検知手段によって前記新たな装置が検知された場合に、前記共有時刻の前記新たな装置による計時の前記第1誤差に関する前記誤差情報を前記新たな装置から取得し、
    前記指定手段は、前記新たな装置による計時の前記第1誤差が、前記他の装置に指定した前記停止時間の長さより長い場合に、現在の前記停止時間より延長した前記停止時間の長さを前記他の装置に対して指定する、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の通信装置。
  6. 複数の前記他の装置と通信する通信装置であって、
    前記指定手段は、前記停止時間の長さを複数の前記他の装置に対して指定し、
    前記指定手段によって指定される前記停止時間の長さは、複数の前記他の装置による計時の前記第1誤差及び前記第2誤差のうちの最長の誤差以上である、
    請求項1から5のいずれか一項に記載の通信装置。
  7. 複数の前記他の装置のうちの、通信装置との通信が途絶した途絶装置を検知する途絶検知手段、をさらに備え、
    前記指定手段は、前記途絶装置による計時の前記第1誤差が、複数の前記他の装置による計時の前記第1誤差のうちの最長の誤差である場合に、現在の前記停止時間より短縮した前記停止時間の長さを、前記途絶装置を除く複数の前記他の装置に対して指定する、
    請求項1から6のいずれか一項に記載の通信装置。
  8. 第1通信装置と、前記第1通信装置と共有する共有時刻により規定される時間区分毎に前記第1通信装置と通信する第2通信装置と、を備える通信システムであって、
    前記第2通信装置は、
    前記共有時刻を計時する計時手段と、
    前記共有時刻の前記第1通信装置による計時の第1誤差に関する誤差情報を前記第1通信装置から取得する取得手段と、
    前記時間区分の最初及び最後の少なくとも一方において前記第1通信装置がデータの送信を停止する停止時間の長さを前記第1通信装置に対して指定する指定手段と、を有し、
    前記指定手段によって指定される前記停止時間の長さは、前記第1誤差及び前記計時手段による計時の第2誤差のうちの長い誤差以上であって、
    前記第1通信装置は、
    前記誤差情報を前記第2通信装置に送信する送信手段と、
    前記指定手段によって指定された前記停止時間の長さを設定する設定手段と、を有する、
    通信システム。
  9. 他の装置と共有する共有時刻により規定される時間区分毎に前記他の装置と通信する通信装置によって実行される通信方法であって、
    前記時間区分の最初及び最後の少なくとも一方において前記他の装置がデータの送信を停止する停止時間の長さを前記他の装置に対して指定すること、
    を含み、
    指定される前記停止時間の長さは、前記共有時刻の前記他の装置による計時の第1誤差及び前記共有時刻の前記通信装置による計時の第2誤差のうちの長い誤差以上である、通信方法。
  10. 装置と共有する共有時刻により規定される時間区分毎に前記装置と通信するコンピュータに、
    前記時間区分の最初及び最後の少なくとも一方において前記装置がデータの送信を停止する停止時間の長さを前記装置に対して指定すること、
    を実行させ、
    指定する前記停止時間の長さは、前記共有時刻の前記装置による計時の第1誤差及び前記共有時刻の前記コンピュータによる計時の第2誤差のうちの長い誤差以上である、プログラム。
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