JP6987323B1 - 通信装置、通信方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

通信装置（１００）は、第１データの送信及び受信の少なくとも一方を、第１装置（１１０）と共有する共有時刻により規定される複数の時間区分のうちの、第１データの種別に対応する時間区分である第１データ区分において実行することで、第１装置（１１０）と通信する通信モジュール（５３４）と、第２装置（１２０）から時間区分に関わらず送信される第２データを受信する受信モジュール（５３１）と、第２データの宛先が第１装置を含む場合に、第２データの種別に対応する時間区分である第２データ対応区分において第２データの伝送を中継する中継モジュール（５３２）と、第２データの送信が停止される時間の長さを指定して第２データの送信の停止を指示する指示データを、指示データを送信するための時間区分である指示区分において第２装置に送信する送信モジュール（５３３）と、を備える。

Description

本開示は、通信装置、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ための産業用ネットワークが運用されている。産業用ネットワークでは、装置間でリアルタイムに情報を伝送することにより、複数の装置を正確に協働させる必要がある。このような産業用ネットワークを、リアルタイム性が必ずしも重視されていなかった一般的な情報ネットワークと統合するための通信方式が近年規格化され、注目されている。この種の通信方式の例としては、IEEE 802.1 TSN（Time Sensitive Networking）規格が挙げられる。以下では、このIEEE 802.1 TSN規格をＴＳＮ規格と表記する。

しかしながら、既存の装置すべてを上述の通信方式に対応させるのは困難である。そこで、上述の通信方式に従う通信機能を有しない装置を、当該通信機能を有する装置と併用す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、ＴＳＮ規格に準拠していない機器を有するネットワークに適用された場合にも、バッファを利用して発揮される機能を維持するスイッチングハブについて記載されている。具体的には、ＴＳＮ規格に従えば、時分割により、低レベル専用の通信時間と高レベル専用の通信時間が確保され、スイッチングハブは、ＴＳＮ規格に準拠していない機器から送信されたデータを内蔵のバッファで適当な通信時間まで保持しなければならず、バッファが占有されるおそれがある。これに対して、特許文献１に記載の技術では、スイッチエンジンにて重要パケットであると判断されたデータは、ＣＰＵ部に転送されバッファメモリに保持される一方、重要パケットより重要度の低い通常パケットであると判断されたデータは、ＣＰＵ部に転送されることなく送信先のポートに転送される。これにより、バッファメモリの負担を軽減することができる。

特開２０２０−０１７８７７号公報

特許文献１の技術では、ＣＰＵ部が、スイッチエンジンから受けたパケットを破棄すべきか否かをさらに検証する。このため、ＴＳＮ規格に準拠していない機器から送信された重要パケットが短時間に集中した場合には、ＣＰＵ部がこの重要パケットの一部を破棄することとなる。また、重要パケットでない通常のパケットを受信した場合において、バッファメモリの容量が不足するときには、通常のパケットも破棄される。そのため、データ損失の問題がある。

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、時分割による通信機能を有する装置と当該通信機能を有しない装置とが混在するネットワークにおいて、データ損失を抑制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、第１装置及び第２装置と通信する通信装置であって、第１データの第１装置への送信及び第１装置からの受信の少なくとも一方を、第１装置と共有する共有時刻により規定される複数の時間区分のうちの、第１データの種別に対応する時間区分である第１データ対応区分において実行することで、第１装置と通信する通信手段と、第２装置から時間区分に関わらず送信される第２データを受信する受信手段と、受信手段によって受信された第２データの宛先が第１装置を含む場合に、第２データの種別に対応する時間区分である第２データ対応区分において第２データの第１装置への伝送を中継する中継手段と、第２データの送信が停止される時間の長さを指定して第２データの送信の停止を指示する指示データを、指示データを送信するための時間区分である指示区分において第２装置に送信する送信手段と、を備え、指示データにより指定される時間の長さは、指示データに従って第２装置による第２データの送信が停止してから、第２データ対応区分より前の時間区分であって、指示区分の直後の時間区分の少なくとも一部が経過するまでの時間の長さ以上である。

本開示によれば、送信手段は、第２データの送信の停止を指示する指示データを、指示区分において第２装置に送信し、指示データにより指定される時間の長さは、指示データに従って第２装置による第２データの送信が停止してから、第２データ対応区分より前の時間区分であって、指示区分の直後の時間区分の少なくとも一部が経過するまでの時間の長さ以上である。このため、第２装置は、第２データ対応区分より前の時間区分の少なくとも一部においては、指示データに従って第２データの送信を停止し、第２データ対応区分においては、第２データの送信が可能になる。これにより、通信装置において、第２データを適当な時間区分において伝送するために一時的に保持することによる過大な負荷の発生を抑制することができる。したがって、時分割による通信機能を有する装置と当該通信機能を有しない装置とが混在するネットワークにおいて、データ損失を抑制することができる。

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に係るネットワーク装置のハードウェア構成を示す図 実施の形態１に係る時分割による通信の概要について説明するための図 実施の形態１に係る通信システムにおいて発生するバッファリングについて説明するための図 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に係る第２データの送信の停止について説明するための図 実施の形態１に係る時間区分と当該時間区分に対応する通信種別との対応関係を示す図 実施の形態１に係る通信装置によって実行される受信処理を示すフローチャート 実施の形態１に係る通信装置において発生するバッファリングについて説明するための図 実施の形態１に係る通信装置によって実行される指示処理を示すフローチャート 実施の形態１に係る通信装置による指示データの送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に係る伝送遅延の計測について説明するための図 実施の形態２に係る第２データの送信の停止について説明するための図 実施の形態２に係るタイムスロットの長さの変形について説明するための図 実施の形態３に係る第２データの送信の停止について説明するための図 実施の形態３に係る指示データが送信されるタイミングの変形について説明するための図 実施の形態４に係る第２データの送信の停止について説明するための図 実施の形態４に係る時間区分と当該時間区分に対応する通信種別との対応関係を示す図 実施の形態５に係る通信システムの構成を示す図 実施の形態５に係る第２データの送信の停止について説明するための図 変形例に係る第２データの送信の停止について説明するための図

以下、本開示の実施の形態に係る通信装置１００について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

実施の形態１．
本実施の形態に係る通信装置１００は、図１に示されるように、ネットワークを介して第１装置１１０及び第２装置１２０に接続されて、互いに通信する。通信装置１００は、第１装置１１０、第２装置１２０及び中継装置１３０とともに通信システム１０００を構成する。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。このＦＡシステムは、例えば、生産システム、検査システム、又は加工システムであってもよいし、その他のシステムであってもよい。通信システム１０００では、時分割による通信機能を有しない装置に対してデータの送信を一時的に停止させることにより、時分割による通信機能の少なくとも一部を擬似的に実現させる。

通信装置１００、第１装置１１０、第２装置１２０及び中継装置１３０は、図２に示されるような共通のハードウェア構成を有する。図２に示されるネットワーク装置３０は、通信装置１００、第１装置１１０、第２装置１２０及び中継装置１３０の総称である。ネットワーク装置３０は、そのハードウェア構成として、プロセッサ３１と、主記憶部３２と、補助記憶部３３と、クロック部３４と、入力部３５と、出力部３６と、通信部３７と、を有する。主記憶部３２、補助記憶部３３、クロック部３４、入力部３５、出力部３６及び通信部３７はいずれも、内部バス３８を介してプロセッサ３１に接続される。

プロセッサ３１は、集積回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。プロセッサ３１は、補助記憶部３３に記憶されるプログラムＰ１を実行することにより、ネットワーク装置３０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３２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。主記憶部３２には、補助記憶部３３からプログラムＰ１がロードされる。そして、主記憶部３２は、プロセッサ３１の作業領域として用いられる。

補助記憶部３３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３３は、プログラムＰ１の他に、プロセッサ３１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３３は、プロセッサ３１の指示に従って、プロセッサ３１によって利用されるデータをプロセッサ３１に供給し、プロセッサ３１から供給されたデータを記憶する。

クロック部３４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３４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３１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。

入力部３５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３５は、ネットワーク装置３０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３１に通知する。

出力部３６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、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３６は、プロセッサ３１の指示に従って、種々の情報をユーザに提示する。

通信部３７は、外部の装置とＥｔｈｅｒｎｅｔフレームを送受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３７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３１へ出力する。また、通信部３７は、プロセッサ３１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３７が代表として示されているが、ネットワーク装置３０は、異なる伝送路に接続するための複数の通信部３７を有してもよい。

図１に戻り、通信装置１００、第１装置１１０及び中継装置１３０はそれぞれ、ＴＳＮ規格に準拠するＴＳＮ対応装置である。例えば、通信装置１００及び第１装置１１０はそれぞれ、産業用の制御装置であるＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を構成するネットワークユニットであり、中継装置１３０は、スイッチングハブである。これらの通信装置１００、第１装置１１０及び中継装置１３０は、通信路２２を介してＴＳＮ規格に従って通信する。

第２装置１２０は、ＴＳＮ規格に対応していない装置である。例えば、第２装置１２０は、スイッチングハブである中継装置１３０に通信路２１を介して接続されたＩＰＣ（Industrial Personal Computer）、ＴＳＮ非対応のＰＬＣ或いは当該ＰＬＣを構成するユニット、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、第２装置１２０が専ら、ＩＰ通信をＴＳＮ規格に準拠することなく実行する例について説明する。

ここで、通信装置１００、第１装置１１０及び中継装置１３０によるＴＳＮ規格に従った通信の概要について説明する。

ＴＳＮ対応装置としての通信装置１００、第１装置１１０及び中継装置１３０は、通信路２２を介して時刻を同期する。詳細には、これらのＴＳＮ対応装置はそれぞれ、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伝送遅延が計測され、スレーブは、この伝送遅延を補正した基準クロックを得る。これにより、伝送遅延が補正された時刻が共有される。

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、この時刻が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。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。

ＴＳＮ対応装置は、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。詳細には、図３に示されるように、通信装置１００、第１装置１１０及び中継装置１３０は、共有時刻に従って予め定められた長さの期間４１，４２それぞれにおいて時分割多重方式により通信する。

期間４１，４２は、互いに隣接する。すなわち、期間４２は、期間４１の直後に設けられ、期間４１の終了時刻は期間４２の開始時刻に等しい。図３では、２つの期間４１，４２が示されているが、期間４１より前、及び期間４２より後にも、期間４１，４２と同等の期間が周期的に設けられる。

期間４１，４２はそれぞれ、互いに隣接するタイムスロットＴＳ１，ＴＳ２を有する。図３に示されるように期間４１においてタイムスロットＴＳ１，ＴＳ２がこの順で配置される場合には、タイムスロットＴＳ１の開始時刻は、期間４１の開始時刻に等しく、タイムスロットＴＳ１の終了時刻は、タイムスロットＴＳ２の開始時刻に等しく、タイムスロットＴＳ２の終了時刻は、期間４１の終了時刻に等しい。期間４１のタイムスロットＴＳ２の直後には、期間４２のタイムスロットＴＳ１が配置されることとなる。

タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２は、予め定められた異なる種別のデータを伝送するための時間区分である。詳細には、タイムスロットＴＳ１，ＴＳ２はそれぞれ、予め定められた形式、チャンネル又はプロトコルの通信をするために設けられる。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、図３において破線の矢印で示されるように、グランドマスタに相当する通信装置１００からスレーブに相当する第１装置１１０及び中継装置１３０に伝送される。タイムスロットＴＳ２では、図３において太線の矢印で示されるように、ＩＰ（Internet Protocol）通信が実行される。期間４１，４２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。なお、タイムスロット各々では、当該タイムスロットに対応する種別のデータが伝送されるため、各装置は、当該データの送信又は受信の少なくとも一方を実行し、伝送すべきデータが無い場合には通信を実行しない。

ここで、通信装置１００が、図１に示されるように第２装置１２０と通信する際には、第２装置１２０は、ＴＳＮ規格に従った通信機能を有しないため、タイムスロットに関わらずデータを送信する。すなわち、ＴＳＮ対応装置が、タイムスロット毎に当該タイムスロットに予め対応して定められた種別のデータを送信するのに対して、第２装置１２０は、タイムスロットに対応する種別とは異なる種別のデータを当該タイムスロットにおいて送信し得る。タイムスロットに対応するデータの種別は、当該タイムスロットにおいて当該データを中継する際に、バッファリングをすることなく、そのタイムスロット内において中継可能であるようなデータの分類を意味する。また、タイムスロットに対応しないデータの種別は、当該タイムスロットにおいてＴＳＮ対応装置へ中継すべき当該データを他のＴＳＮ対応装置が受信した際に、バッファリングの必要が生じるようなデータの分類を意味する。

図４の上部には、第２装置１２０が、ＩＰ通信のデータを、当該ＩＰ通信のために設けられたタイムスロットＴ２において通信装置１００に宛てて送信する例が示されている。中継装置１３０は、第２装置１２０から送信されたデータを受信し、受信したデータをタイムスロットＴ２において通信装置１００に送信することで、このデータの伝送を中継する。

図４の下部には、第２装置１２０が、ＩＰ通信のデータを、タイムスロットＴ１において第１装置１１０に宛てて送信する例が示されている。中継装置１３０は、第２装置１２０から送信されたデータをタイムスロットＴ１において受信するが、タイムスロットＴ１がＩＰ通信のための時間区分ではないため、受信したデータをバッファリングして一時的に保持し、タイムスロットＴ２において通信装置１００へ送信することで、このデータの伝送を中継する。通信装置１００は、タイムスロットＴ２において中継装置１３０から受信したデータを第１装置１１０へ送信することで、このデータの伝送を中継する。なお、図４には例示されていないが、通信装置１００は、中継装置１３０と同様に、タイムスロットに対応しない種別のデータを受信したときには、一時的にバッファリングしてからこのデータを送信することでデータの伝送を中継する。

中継すべきデータの量が増加してバッファ容量を超過すると、データを破棄して消失させることとなり、フレームロス或いはパケットロスに代表されるデータ損失が生じる。これに対して、通信装置１００は、第２装置１２０に対してデータの送信を一定時間だけ停止することをタイムスロットＴ１より前に指示する機能を有する。

図５には、通信装置１００、第１装置１１０、第２装置１２０及び中継装置１３０の機能的な構成が示されている。図５に示されるように、通信装置１００は、その機能として、通信装置１００の構成要素を制御する制御部５１と、種々のデータを記憶する記憶部５２と、他の装置と通信するための通信部５３と、を有している。

制御部５１は、主として通信装置１００のプロセッサ３１によって実現される。制御部５１は、記憶部５２及び通信部５３を制御して、記憶部５２及び通信部５３の動作を連携させる。

記憶部５２は、主として通信装置１００の主記憶部３２及び補助記憶部３３の少なくとも一方により実現される。記憶部５２は、通信装置１００が他の装置へ送信すべきデータ、及び、他の装置から受信したデータを記憶する。記憶部５２によって記憶されるデータは、通信装置１００がデータの伝送を中継する際に一時的に保持するデータを含む。

通信部５３は、主として通信装置１００のプロセッサ３１及び通信部３７の協働により実現される。通信部５３は、第１装置１１０との間でデータを送受し、中継装置１３０との間でデータを送受する。通信部５３は、第２装置１２０からのデータを受信する受信モジュール５３１と、第２装置１２０から送信されたデータの伝送を中継する中継モジュール５３２と、第２装置１２０に対してデータの送信を停止することを指示するための指示データを送信する送信モジュール５３３と、ＴＳＮ規格に従って通信する通信モジュール５３４と、を有する。

以下では、通信装置１００がＴＳＮ対応装置との間で送受するデータを第１データと適宜表記し、第２装置１２０から送信されるデータを第２データと適宜表記する。タイムスロットＴ１は、第１データの種別に対応する時間区分である第１データ対応区分の一例に相当し、タイムスロットＴ２は、第２データの種別に対応する時間区分である第２データ対応区分の一例に相当する。受信モジュール５３１は、第２装置１２０から時間区分に関わらず送信される第２データを受信する受信手段の一例に相当する。中継モジュール５３２は、通信装置１００において、受信手段によって受信された第２データの宛先が第１装置を含む場合に、第２データ対応区分において第２データの第１装置への伝送を中継する中継手段の一例に相当する。通信モジュール５３４は、通信装置１００において、第１データの第１装置への送信及び第１装置からの受信の少なくとも一方を、第１装置と共有する共有時刻により規定される複数の時間区分のうちの第１データ対応区分において実行することで、第１装置と通信する通信手段の一例に相当する。

送信モジュール５３３によって送信される指示データは、データの送信を停止すべき時間の長さの指定値を含む。この指示データを受信した第２装置１２０は、指示データを受信した時点から、指示データにより指定された長さの時間だけデータの送信を停止する。指示データは、例えば、IEEE802.3xにおいて規定されたＰＡＵＳＥフレームである。このＰＡＵＳＥフレームは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームを受信する機器が、データ量がバッファリング容量を超えそうになったときに、送信元の機器に対して一定時間だけ送信の中断を指示するためのデータである。

送信モジュール５３３を有する通信装置１００は、図６に示されるように、タイムスロットＴ３において指示データをブロードキャストする。タイムスロットＴ３は、図７に示されるように、指示データを伝送するための時間区分であって、第２データが送信されるとバッファリング処理が生じてしまうタイムスロットＴ１の直前に設けられる。以下では、この時間区分を指示区分と適宜表記する。指示区分においては、ＴＳＮ対応装置が、指示データと異なるデータを送信することはない。なお、ＴＳＮ対応装置は、指示データを受信しても指示データに従ってデータの送信を停止することなく、ＴＳＮ規格に従った通信を続行する。

図６に戻り、第２装置１２０は、中継装置１３０を介して指示データを受信すると、この指示データに従って第２データの送信を停止する。第２装置１２０が指示データを受信すると即座に第２データの送信を停止するため、第２データの送信の停止が開始する時刻は、指示データの受信時刻に等しいものと見なすことができる。送信が停止される時間長ＴＬ１は、タイムスロットＴ３の時間長と、タイムスロットＴ１の時間長と、の総和に等しい。第２装置１２０は、指示データの受信時点から時間長ＴＬ１が経過してから第２データの送信を開始する。送信を開始するタイミングは、第２データに対応するタイムスロットＴ２内にあるため、中継装置１３０及び通信装置１００は、第２データをバッファリングすることなく、第１装置１１０への第２データの伝送を中継する。

送信モジュール５３３は、通信装置１００において、第２データの送信が停止される時間の長さを指定して第２データの送信の停止を指示する指示データを、指示データを送信するための時間区分である指示区分において第２装置に送信する送信手段の一例に相当する。

図５に戻り、第１装置１１０は、種々のデータを記憶する記憶部１１１と、他の装置と通信するための通信部１１２と、を有する。第２装置１２０は、種々のデータを記憶する記憶部１２１と、他の装置と通信するための通信部１２２と、を有する。中継装置１３０は、データの伝送を中継する際に一時的に保持されるデータ及び他のデータを記憶する記憶部１３１と、他の装置と通信するための通信部１３２と、を有する。なお、ＴＳＮ対応装置である第１装置１１０及び中継装置１３０の通信部１１２，１３２は、通信装置１００の受信モジュール５３１、中継モジュール５３２及び通信モジュール５３４と同様の機能を有する。

続いて、通信装置１００によって実行される処理について、図８〜９を用いて説明する。図８には、通信装置１００が第２装置１２０から送信された第２データを受信して処理するための受信処理の手順が示されている。

図８に示されるように、通信装置１００は、受信処理において、データを受信したか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、通信部５３の受信モジュール５３１が、他の装置から送信されたデータを受信したか否かを判定する。

データを受信していないと判定された場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、ステップＳ１の判定が繰り返される。一方、データを受信したと判定した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、受信モジュール５３１は、受信したデータの伝送を中継すべきか否かを判定する（ステップＳ２）。通信装置１００が第２装置１２０から受信したデータの宛先が第１装置１１０を含む場合には、ステップＳ２の判定が肯定される。

データ伝送を中継すべきでないと判定した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、受信したデータは通信装置１００自体を宛先とするものであるため、受信モジュール５３１は、データ処理を実行する（ステップＳ３）。具体的には、受信モジュール５３１は、受信したデータを記憶部５２に格納して、当該データに対する制御部５１による処理が可能な状態とする。その後、通信装置１００は、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

一方、データ伝送を中継すべきであると判定された場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、中継モジュール５３２は、データ中継がデータに対応する時間区分で可能か否かを判定する（ステップＳ４）。当該データが、第２装置１２０から第１装置１１０に宛ててＩＰ通信により送信された第２データであるときには、中継モジュール５３２は、ＩＰ通信のためのタイムスロットＴ２にて当該第２データを第１装置１１０へ送信することができるか否かを判定する。具体的には、中継モジュール５３２が、通信装置１００の内部での中継処理に要する時間が現在時刻から経過した時点が、共有時刻により予め規定されるＩＰ通信のためのタイムスロットＴ２に属するか否かを判定する。

データ中継がデータに対応する時間区分で可能と判定した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、中継モジュール５３２は、中継処理を実行する（ステップＳ５）。例えば、中継モジュール５３２は、ステップＳ２にて受信したと判定された第２データを第１装置１１０へ送信することにより、当該第２データの伝送を中継する。その後、通信装置１００は、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

データ中継がデータに対応する時間区分で可能でないと判定した場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、中継モジュール５３２は、バッファリング処理を実行する（ステップＳ６）。具体的には、中継モジュール５３２は、ステップＳ２にて受信したと判定されたデータを、記憶部５２に一時的に格納する。

次に、中継モジュール５３２は、送信処理を実行する（ステップＳ７）。具体的には、中継モジュール５３２は、ステップＳ６にてバッファリングしたデータに対応する時間区分において、記憶部５２から当該データを読み出して中継先の装置へ送信する。例えば、中継モジュール５３２は、バッファリングした第２データを、タイムスロットＴ２にて第１装置１１０へ送信する。その後、通信装置１００は、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

なお、図１に示されるような通信システム１０００の構成においては、任意のタイミングで第２装置１２０から送信された第２データを、主に中継装置１３０がバッファリングして中継する。このため、図８に示される受信処理と同様の処理が、中継装置１３０によって実行される。また、通信システム１０００から中継装置１３０が省略された構成においても、通信装置１００は、上述の受信処理を実行することにより、図９に示されるように任意のタイミングで送信された第２データをバッファリングしてから、ＴＳＮ規格に従って中継することができる。主にバッファリングを実行する装置が、通信装置１００及び中継装置１３０のいずれであっても、第２データを転送することができない時間区分において多くの第２データを受信すると、バッファリングデータのサイズが大きくなり、バッファ容量を超えてしまうおそれがある。

続いて、通信装置１００が指示データを送信する指示処理の手順について、図１０を用いて説明する。図１０に示されるように、指示処理において、送信モジュール５３３は、指示区分において指示データを送信する（ステップＳ１１）。具体的には、送信モジュールが、指示区分の時間長と次の時間区分の時間長との総和を、データ送信を停止すべき時間の指定値として含む指示データをブロードキャストする。なお、送信モジュール５３３は、指示データをブロードキャストすることなく、ＴＳＮ規格に非対応である第２装置１２０に宛てて送信してもよい。

次に、送信モジュール５３３は、指示区分とは異なる時間区分において待機する（ステップＳ１２）。その後、送信モジュール５３３は、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。なお、中継装置１３０が省略されて通信システム１０００が構成される場合には、通信装置１００の送信モジュール５３３は、図１１に示されるように、第２装置１２０へ指示データを送信することにより、タイムスロットＴ１における第２データの送信を停止させてもよい。

以上、説明したように、送信モジュール５３３は、指示区分において指示データを第２装置１２０に送信し、この指示データにより指定される時間の長さは、指示区分の長さと指示区分の直後のタイムスロットＴ１の長さの総和に等しく、さらに当該タイムスロットＴ１の直後は、第２データに対応するタイムスロットＴ２である。タイムスロットＴ１は、第２データの種別とは異なる種別に対応する時間区分であるため、第２装置１２０がタイムスロットＴ１において第２データを送信すると、バッファリング処理が発生する。しかしながら、第２装置１２０は、タイムスロットＴ１においては指示データに従って第２データの送信を停止し、タイムスロットＴ２において第２データの送信が可能になる。これにより、第２データを中継する装置が第２データを適当な時間区分において伝送するために一時的に保持することによる過大な負荷の発生を回避することができる。したがって、時分割による通信機能を有する装置と当該通信機能を有しない装置とが混在するネットワークにおいて、データ損失を抑制することができる。

また、時間区分は、ＴＳＮ対応装置同士の通信のために規定されるが、本実施の形態では、ＴＳＮ規格に非対応の装置からの第２データを当該第２データに対応する時間区分において受信するために、指示区分が設けられた。指示区分を設けることなく、通信装置１００がタイムスロットＴ１より前に指示データを送信する場合には、当該指示データは、他のデータとともに時間区分内において伝送されるため、指示データが送信されるタイミングを予め定めることが困難になる。その結果、第２装置１２０が指示データに従ってデータ送信を停止する時間と、第２データが送信されたときにバッファリングが生じてしまう時間区分と、が重複しないか、又は重複部分が小さくなるおそれがある。

これに対して、本実施の形態では、指示データを伝送するための指示区分を設けることにより、他に伝送されるデータの影響を受けることなく、周期的に設けられる指示区分毎に一定のタイミングで、指示データを送信することができる。

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。上記実施の形態１においては、図６に示されるように、第２装置１２０が第２データの送信を停止した後に開始するタイミングは、第２データに対応するタイムスロットＴ２内であったが、このタイムスロットＴ２の初期には第２データの送信が禁止されていた。すなわち、第２データの送信が可能であるにも関わらずデータ送信が停止される時間が生じていた。本実施の形態は、タイムスロットＴ２の開始時から第２装置１２０が第２データを送信する点で、実施の形態１とは異なる。以下では、データ送信を停止すべき時間の長さが伝送遅延に基づいて定められる例について説明する。

本実施の形態に係る通信装置１００の通信部５３は、図１２に示されるように、第２装置１２０との間で伝送されるデータの伝送遅延を計測する計測モジュール５３５を有する。

図１３には、計測モジュール５３５による伝送遅延の計測の概要が示されている。計測モジュール５３５を有する通信装置１００は、図１３に示されるように、伝送遅延を計測するために第２装置１２０に応答を要求する要求データを、時刻Ｔ１１において第２装置１２０へ送信する。この要求データは、時刻Ｔ１２において第２装置１２０によって受信される。

第２装置１２０は、要求データを受信すると、応答データを通信装置１００に送信することにより、通信装置１００に応答する。応答データは、要求データを受信した時刻Ｔ１２と、当該応答データを送信する時刻Ｔ１３と、を示す情報である。

通信装置１００が応答データを受信すると、計測モジュール５３５は、要求データを送信した時刻Ｔ１１、応答データにより示される時刻Ｔ１２，Ｔ１３、及び、応答データを受信した時刻Ｔ１４を用いて、次式（１）により伝送遅延Ｄを算出する。

Ｄ＝（（Ｔ１４−Ｔ１１）−（Ｔ１３−Ｔ１２））／２ ・・・（１）

なお、要求データ及び応答データは、これらのデータに対応する時間区分において伝送されることが好ましい。

送信モジュール５３３は、計測モジュール５３５によって計測された伝送遅延に基づいてデータ送信を停止すべき時間の指定値を算出し、算出した指定値を含む指示データを第２装置１２０へ送信する。この指定値の一例が、図１４において時間長ＴＬ２として示されている。時間長ＴＬ２は、指示区分であるタイムスロットＴ３の時間長と指示区分の次のタイムスロットＴ１の時間長との和から、伝送遅延Ｄを減じて得る差に等しい。

指示区分は、指示データを伝送する専用の時間区分であって、他の種別のデータは指示区分において伝送されないため、通信装置１００は、指示区分の開始直後に指示データを送信する。第２装置１２０は、この指示データを受信してから、時間長ＴＬ２だけデータ送信を停止した後に第２データを送信する。

以上、説明したように、指示データにより指定される時間の長さは、指示区分の長さと、当該指示区分の次の時間区分の長さと、の和から、指示データの伝送遅延を減じて得る差に等しい。このため、第２装置１２０が、第２データの送信を停止する期間の終了時刻は、指示区分の次の、第２データに対応しない時間区分の終了時刻に等しくなる。これにより、第２装置１２０は、第２データに適した時間区分の開始直後から第２データを送信することができる。

なお、通信装置１００は、計測モジュール５３５による伝送遅延の計測と、計測された伝送遅延に基づく指示データの送信と、を交互に繰り返すことにより、データ送信が停止される時間長を適応的に調整してもよい。例えば、伝送遅延が日中と夜間とで異なるような場合には、このような時間長の調整が有効となる。

また、伝送遅延が計測モジュール５３５によって計測される例について説明したが、これには限定されず、ユーザによって入力された伝送遅延の推定値に基づいて、データ送信を停止する時間長が決定されてもよい。

また、指示区分であるタイムスロットＴ３の長さは、指示データの伝送遅延より短くてもよい。例えば、図１５に示されるように、指示データを送信するためのタイムスロットＴ３より後の時間区分において、指示データが中継され受信されてもよい。指示区分においては、指示データ以外の種別のデータの送信が禁止されるため、指示区分の長さは短いことが望ましい。指示区分の長さが指示データの伝送遅延より短ければ、通信装置１００による指示データの送信後に比較的短い時間が経過した時点でＴＳＮ対応装置による第１データの送信が可能になる。

なお、第１データ及び第２データについては、これらのデータの種別に対応する時間区分において伝送が完了すること、すなわち、これらのデータの送信、中継及び受信が対応する時間区分において完了することが望ましい。ただし、これには限定されず、第１データを送信するためのタイムスロットＴ１内に第１データの受信までが完了することが保証されなくともよい。同様に、第２データを送信するためのタイムスロットＴ２内に第２データの受信までが完了することが保証されなくともよい。

図１５の例では、第２装置１２０は、タイムスロットＴ１の開始直後において、指示データを受信するまでの間に、第２データを送信し得る。このため、中継装置１３０及び通信装置１００によるバッファリングが生じ得る。しかしながら、指示データの受信後の期間においては、第２装置１２０が第２データの送信を停止するため、この期間に関しては、バッファリングの発生を防止することができる。これにより、データ損失の発生を抑制することができる。したがって、指示データに従って第２装置１２０による第２データの送信が停止する期間は、指示区分の直後の時間区分の一部を含んでいればよい。すなわち、指示データにより指定される時間の長さは、第２装置１２０が第２データの送信を停止してから、第２データ対応区分より前の時間区分であって、指示区分の直後の時間区分の少なくとも一部が経過するまでの時間の長さ以上であればよい。

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、第２装置１２０による第２データの送信が再開するタイミングが、タイムスロットＴ２の直前の時間区分に属する点で、実施の形態１とは異なる。

図１６には、通信装置１００がタイムスロットＴ３の開始直後に指示データを送信し、この指示データにより指定される時間長ＴＬ３が、タイムスロットＴ１の長さに等しい例が示されている。この例では、第２装置１２０が、まだタイムスロットＴ１内であるにも関わらず第２データを送信することとなる。しかしながら、タイムスロットＴ１の大部分では第２データの送信が停止されているため、バッファリングすべき第２データの量は大幅に減少し、データ損失を抑制することができる。

したがって、第２装置１２０による第２データの送信が再開するタイミングは、実施の形態１，２のようにタイムスロットＴ２に属していてもよいし、本実施の形態のようにタイムスロットＴ２の直前のタイムスロットＴ１に属していてもよい。換言すると、指示データにより指定される時間の長さが、第２装置１２０による第２データの送信が停止してから、図６に示されるようなタイムスロットＴ２に属する時点までの長さに等しいか、又は、図１６に示されるようなタイムスロットＴ２の直前の時間区分に属する時点までの長さに等しければよい。

なお、図１７に示されるように、通信装置１００の送信モジュール５３３が、タイムスロットＴ３の終了時刻よりも伝送遅延Ｄだけ前の時刻Ｔ３１において指示データを送信すれば、第２装置１２０は、タイムスロットＴ１の間だけ第２データの送信を停止することとなる。時刻Ｔ３１は、実施の形態２に係る計測モジュール５３５によって計測された伝送遅延に基づいて決定されてもよいし、ユーザによって入力されたパラメータにより指定されてもよい。

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、第２装置１２０が、連続する複数の時間区分で第２データの送信を停止すべき点で、実施の形態１とは異なる。

図１８には、本実施の形態に係る指示データにより指定される時間長ＴＬ４が例示されている。この時間長ＴＬ４は、指示区分としてのタイムスロットＴ３の直後のタイムスロットＴ１−１から、第２データに対応する時間区分としてのタイムスロットＴ２の直前のタイムスロットＴ１−Ｎまでを含む、連続する複数の時間区分である。タイムスロットＴ１−Ｎでは、図１９に示されるように、サイクリック伝送のためのデータが伝送される。サイクリック伝送は、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を同期するための通信方式である。

以上、説明したように、指示データにより指定される時間の長さは、第２装置１２０が第２データの送信を停止すべき複数の時間区分の長さにより規定されてもよい。具体的には、指示データにより指定される時間の長さは、指示区分の直後のタイムスロットＴ１−１から、第２データの送信が許可されるタイムスロットＴ２の直前のタイムスロットＴ１−Ｎまでの、連続する複数の時間区分の長さの総和に等しくてもよい。このような指示データにより、第２装置１２０は、第２データとは異なる種別に対応する時間区分においては第２データの送信を停止し、第２データに対応する時間区分において第２データを送信する。

なお、上記実施の形態２のような伝送遅延を考慮した時間長の指定を、本実施の形態に適用してもよい。すなわち、指示データにより指定される時間の長さは、連続する複数の時間区分の長さから伝送遅延を減じて得る差に等しくてもよい。また、上記実施の形態３のように、指示データにより指定される時間の長さは、指示区分とタイムスロットＴ２との間の、連続する複数の時間区分の長さに等しくてもよい。第２装置１２０がデータ送信を停止すべき時間長は、第２データに対応しない一又は複数の連続する時間区分である第２データ非対応期間の長さ以上であって、当該長さに指示区分の長さを加算して得る総和以下の範囲内にあればよい。

実施の形態５．
続いて、実施の形態５について、上述の実施の形態４との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態４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、第２装置１２０がデータの送信を停止している期間において、第２データの種別に対応する時間区分が設けられる点で、実施の形態４とは異なる。

図２０には、本実施の形態に係る通信システム１０００の構成が示されている。通信システム１０００は、ＴＳＮ非対応装置である第３装置１３０ａを有する。第３装置１３０ａは、第２装置１２０と同様に、時間区分に関わらず第２データを送信し得る。ただし、第３装置１３０ａから送信される第２データについては、バッファリングの発生が許容される。

指示区分の後には、図２１に示されるように、第１データの種別に対応するタイムスロットＴ１−１、第２データの種別に対応するタイムスロットＴ２−１、第１データの種別に対応するタイムスロットＴ１−Ｎ、及び、第２データの種別に対応するタイムスロットＴ２−Ｎが、この順で設けられる。そして、通信装置１００は、タイムスロットＴ３において、時間長ＴＬ４を指定する指示データを第２装置１２０に宛てて送信する。なお、図２１では、第３装置１３０ａが省略されている。

タイムスロットＴ２−１，Ｔ２−Ｎは、第２データに対応する時間区分であるが、これらの時間区分では、第２装置１２０による第２データの送信が停止され、第３装置１３０ａによる送信は停止されない。

以上、説明したように、第２装置１２０による第２データの送信が停止している期間が、第２データの種別に対応する時間区分を含む場合であっても、第２装置１２０による第２データの送信に起因するバッファリングを抑制して、データ損失の抑制に寄与することができる。このため、指示区分より後であって、かつ、第２装置１２０による第２データの送信が許可される時間区分より前の期間のすべてが、第２データの種別とは異なる種別に対応する時間区分でなくてもよい。すなわち、指示区分より後であって、かつ、第２データの種別に対応する時間区分より前に、第２データの種別とは異なる種別に対応する時間区分が少なくとも１つ設けられていればよい。

さらに、図２１の例から、タイムスロットＴ１−１及びＴ１−Ｎを省略して、指示区分より後の、第２装置１２０による第２データの送信が許可される期間のすべてが、第２データに対応する時間区分であってもよい。

なお、通信システム１０００が第２装置１２０の他にＴＳＮ非対応装置を有する例について説明したが、これには限定されない。例えば、図２２に示される例では、指示区分であるタイムスロットＴ３より後の、タイムスロットＴ４，Ｔ１にて第２データの送信が停止している。

ここで、タイムスロットＴ１は、上記実施の形態と同様の時刻同期プロトコルのための時間区分である。タイムスロットＴ４は、ＩＰ通信に対応するため、時間区分と通信種別との対応関係に基づくバッファリング処理は生じないが、第２装置１２０からのデータ送信が好ましくない時間区分である。このような時間区分の例としては、ＴＳＮ対応装置同士のＩＰ通信が第２装置１２０からの第２データよりも優先されるケースがある。

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、中継モジュール５３２と通信モジュール５３４とを別個の構成として説明したが、これには限定されず、通信モジュール５３４が中継モジュール５３２の機能を有してもよい。

また、通信装置１００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３１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１００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システムに適している。

１０００ 通信システム、 １００ 通信装置、 １１０ 第１装置、 １１１，１２１，１３１ 記憶部、 １１２，１２２，１３２ 通信部、 １２０ 第２装置、 １３０ 中継装置、 １３０ａ 第３装置、 ２１，２２ 通信路、 ３０ ネットワーク装置、 ３１ プロセッサ、 ３２ 主記憶部、 ３３ 補助記憶部、 ３４ クロック部、 ３５ 入力部、 ３６ 出力部、 ３７ 通信部、 ３８ 内部バス、 ４１，４２ 期間、 ５１ 制御部、 ５２ 記憶部、 ５３ 通信部、 ５３１ 受信モジュール、 ５３２ 中継モジュール、 ５３３ 送信モジュール、 ５３４ 通信モジュール、 ５３５ 計測モジュール、 ＴＳ１，ＴＳ２，Ｔ１〜Ｔ４，Ｔ１−１，Ｔ１−Ｎ，Ｔ２−１，Ｔ２−Ｎ タイムスロット、 Ｔ１１〜Ｔ４１，Ｔ３１ 時刻、 ＴＬ１〜ＴＬ４ 時間長、 Ｐ１ プログラム。

Claims (7)

1. 第１装置及び第２装置と通信する通信装置であって、
   第１データの前記第１装置への送信及び前記第１装置からの受信の少なくとも一方を、前記第１装置と共有する共有時刻により規定される複数の時間区分のうちの、前記第１データの種別に対応する前記時間区分である第１データ対応区分において実行することで、前記第１装置と通信する通信手段と、
   前記第２装置から前記時間区分に関わらず送信される第２データを受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された前記第２データの宛先が前記第１装置を含む場合に、前記第２データの種別に対応する前記時間区分である第２データ対応区分において前記第２データの前記第１装置への伝送を中継する中継手段と、
   前記第２データの送信が停止される時間の長さを指定して前記第２データの送信の停止を指示する指示データを、前記指示データを送信するための前記時間区分である指示区分において前記第２装置に送信する送信手段と、を備え、
   前記指示データにより指定される時間の長さは、前記指示データに従って前記第２装置による前記第２データの送信が停止してから、前記第２データ対応区分より前の前記時間区分であって、前記指示区分の直後の前記時間区分の少なくとも一部が経過するまでの時間の長さ以上である、
   通信装置。
2. 前記指示データにより指定される時間の長さは、前記指示データに従って前記第２装置による前記第２データの送信が停止してから、前記第２データ対応区分、又は、該第２データ対応区分の直前の前記時間区分に属する時点までの長さに等しい、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記指示区分より後であって、かつ、前記第２データ対応区分より前には、前記第２データの種別とは異なる種別に対応する前記時間区分が設けられる、
   請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記指示区分の直後の前記時間区分から、前記第２データ対応区分の直前の前記時間区分までは、前記第２データの種別とは異なる種別に対応する一又は複数の連続する前記時間区分である第２データ非対応期間であって、
   前記指示データにより指定される時間の長さは、前記第２データ非対応期間の長さ以上であって、前記指示区分の長さと、前記第２データ非対応期間の長さと、の和以下である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の通信装置。
5. 前記指示データにより指定される時間の長さは、前記指示区分の長さと、前記第２データ非対応期間の長さと、の和から、前記通信装置から前記第２装置へデータを伝送する際の伝送遅延を減じて得る差に等しい、
   請求項４に記載の通信装置。
6. 第１装置及び第２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、
   第１データの前記第１装置への送信及び前記第１装置からの受信の少なくとも一方を、前記第１装置と共有する共有時刻により規定される複数の時間区分のうちの、前記第１データの種別に対応する前記時間区分である第１データ対応区分において実行することで、前記第１装置と通信し、
   前記第２装置から前記時間区分に関わらず送信される第２データを受信し、
   受信した前記第２データの宛先が前記第１装置を含む場合に、前記第２データの種別に対応する前記時間区分である第２データ対応区分において前記第２データの前記第１装置への伝送を中継し、
   前記第２データの送信が停止される時間の長さを指定して前記第２データの送信の停止を指示する指示データを、前記指示データを送信するための前記時間区分である指示区分において前記第２装置に送信する、
   ことを含み、
   前記指示データにより指定される時間の長さは、前記指示データに従って前記第２装置による前記第２データの送信が停止してから、前記第２データ対応区分より前の前記時間区分であって、前記指示区分の直後の前記時間区分の少なくとも一部が経過するまでの時間の長さ以上である、
   通信方法。
7. 第１装置及び第２装置と通信するコンピュータに、
   第１データの前記第１装置への送信及び前記第１装置からの受信の少なくとも一方を、前記第１装置と共有する共有時刻により規定される複数の時間区分のうちの、前記第１データの種別に対応する前記時間区分である第１データ対応区分において実行することで、前記第１装置と通信し、
   前記第２装置から前記時間区分に関わらず送信される第２データを受信し、
   受信した前記第２データの宛先が前記第１装置を含む場合に、前記第２データの種別に対応する前記時間区分である第２データ対応区分において前記第２データの前記第１装置への伝送を中継し、
   前記第２データの送信が停止される時間の長さを指定して前記第２データの送信の停止を指示する指示データを、前記指示データを送信するための前記時間区分である指示区分において前記第２装置に送信する、
   ことを実行させ、
   前記指示データにより指定される時間の長さは、前記指示データに従って前記第２装置による前記第２データの送信が停止してから、前記第２データ対応区分より前の前記時間区分であって、前記指示区分の直後の前記時間区分の少なくとも一部が経過するまでの時間の長さ以上である、
   プログラム。

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