JP7036450B2 - パケット通信システム、これを用いたインフラストラクチャーシステム、ビルディングオートメーションシステム、及び、ファクトリーオートメーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、パケット通信システム、これを用いたインフラストラクチャーシステム、ビルディングオートメーションシステム、及び、ファクトリーオートメーションシステムに関し、特に、マルチドロップ接続されたパケット通信システム、これを用いたインフラストラクチャーシステム、ビルディングオートメーションシステム、及び、ファクトリーオートメーションシステムに関する。

特許文献１には、本出願人による自動通信による電子配線システムが開示されている。この電子配線システムは、コントロールセンタ側に、共有メモリを持つＩＣ化された中央装置を設け、各制御対象（デバイス）側に、入出力ポートと送受信回路とを持つＩＣ化された端末装置を接続し、中央装置と各端末装置との間を、デジタル通信回線（通信ケーブル）を通じてマルチドロップ方式で接続する構成とし、上記共有メモリを介してフルデュープレックス方式でコマンドパケットおよびレスポンスパケットのデータ交換を、プログラムによるプロトコルなしに高速に行う。この電子配線システムによれば、マイクロプロセッサを有するコントロールセンタと、マイクロプロセッサを有しない分散配置された複数の制御対象との間を配線する、構成簡易で、開発及び保守が容易で、低コストで、かつ、高速データ通信が可能となる。

特開平９－３２６８０８号公報

特許文献１に記載されたデジタル電子配線システムは、多くの利点を有しているため、様々な分野から適用の要請がある。一例を挙げると、インフラストラクチャーのシステム、ファクトリーオートメーションのシステム、ビルディングオートメーションのシステムの分野から適用要請がある。

その一方で、特許文献１に記載されたデジタル電子配線システムを、それぞれの分野にそのまま適用しようとすると、若干の不都合があり、また、そのまま適用するよりも新たな機能・手段を追加することによって、各分野により適したものとすることが、検討の結果わかった。

そこで、本発明は、インフラストラクチャー、ファクトリーオートメーション、ビルディングオートメーション等のシステムにおいても好適に利用できるように改善したパケット通信システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
第１制御対象に接続された第１端末装置と、
第２制御対象に接続された第２端末装置と、
前記第１制御対象から出力された情報を入力して当該情報に基づく指示を第２制御対象に出力する中央装置と、がマルチドロップで相互接続されていて、
前記第２端末装置は、前記第１端末装置から所定の情報が送信された場合に、前記中央装置からの指示を待つことなく当該情報に基づく処理を実行する装置である。

なお、前記所定の情報は、火災検知情報、転落情報、緊急停止のいずれかを含むことができる。

さらに、前記第２端末装置は、前記第１端末装置から送信された所定の情報に基づく処理を実行した後に、前記中央装置からの指示を受信した場合に当該中央装置に対して前記情報に基づく処理を実行済みであることを返信してもよい。

また、本発明は、中央装置と複数の端末装置とを含む装置が相互にマルチドロップ接続されたパケット通信システムにおいて、
前記各装置に設定された設定情報の複製が格納された格納部と、
前記各装置のいずれかが交換されたことを検知する検知部と、
前記検知部が前記各装置のいずれかの交換を検知した場合に前記格納部に格納されている交換前の前記各装置の設定情報の複製に基づいて交換後の装置に当該設定情報を設定する設定部と、
を備える。

なお、前記格納部及び／又は前記検知部は、前記中央装置、前記複数の端末装置の少なくとも一方に設けられていてもよい。

また、前記設定情報は、前記各端末装置に接続された制御対象に対する制御プログラム、前記各装置を特定可能な情報、自機の過去の動作のログ情報、前記制御対象の過去の動作のログ情報の少なくとも一つを含むとよい。

さらに、前記交換後の装置は、前記設定部によって設定情報が設定されるまで間、前記制御対象に対して情報の出力を開始しないように制御する制御抑止部を備えることができる。

なお、前記格納部に格納されている設定情報を読み出す読出部を備えることも可能である。

さらに、本発明は、Ｎ台の中央装置とＭ台の端末装置とが相互に通信ケーブル上にマルチドロップ接続されたパケット通信システムにおいて、
前記Ｎ台の中央装置と前記Ｍ台の端末装置との幾つかは、
送信するパケット内のペイロードに含まれる情報を暗号化鍵を用いて暗号化する暗号化部と、
受信したパケット内のペイロードに含まれる暗号化された情報を復号化鍵を用いて復号化する復号化部と、を備え、
さらに、
前記暗号化部及び前記復号化部で用いられる暗号化鍵及び復号化鍵を生成及び更新する鍵管理部と、
前記通信ケーブルに新たに接続された装置は前記鍵管理部で更新された最新の暗号化鍵及び復号化鍵を要求する要求部と、を備える。

なお、前記要求部は、受信したパケットの宛先が自機に割り当てられているアドレスを含む場合に、当該パケットに応答するパケットを送信する際に最新の暗号化鍵及び復号化鍵を要求することができる。

また、前記装置の幾つかが属するグループが複数生成されている場合に、前記グループ毎に異なる暗号化鍵及び復号化鍵で暗号化及び復号化を行うことができる。

さらに、本発明のインフラストラクチャーシステム、ビルディングオートメーションシステム、又は、ファクトリーオートメーションシステムは、既述のパケット通信システムを備える。

本発明のパケット通信システムの概要説明図である。 図１に示す中央装置２００の模式的な構成を示すブロック図である。 図１に示す端末装置３００Ｃと端末装置３００Ｃに接続された火災検知センサ４００Ｃとの模式的な構成を示すブロック図である。 図１に示す端末装置３００Ｄと端末装置３００Ｄに接続された火災報知器４００Ｄとの模式的な構成を示すブロック図である。 図１に示すパケット通信システムの動作について説明するタイミング図である。 本発明の実施形態２に係る中央装置２００の模式的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２に係る端末装置３００の模式的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３のパケット通信システムの模式的な構成を示すブロックである。 図５に示す中央装置２００の模式的な構成を示すブロック図である。 図５に示す端末装置３００の模式的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１のインフラストラクチャーシステムの説明図である。 本発明の実施例２のファクトリーオートメーションシステムの説明図である。 本発明の実施例３のビルディングオートメーションシステムの説明図である。

１００ 通信ケーブル
２００，２００Ａ～２００Ｄ 中央装置
２１０ 通信部
２２０ 生成部
２３０ 処理部
２４０ 暗号化部
２５０ 復号化部
２６０ 鍵管理部
２７０ 要求部
３００，３００Ａ～３００Ｄ 端末装置
３１０ 通信部
３２０ 生成部
３３０ 処理部
３４０ 暗号化部
３５０ 復号化部
３６０ 鍵管理部
３７０ 要求部
４００ デバイス

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜本発明のパケット通信システムの概要の説明＞
本発明のパケット通信システムは、コンピュータが相互にＬＡＮケーブルにて１：１接続されてＴＣＰ／ＩＰプロトコルに従って通信を行う、いわゆるイーサネットとは全く異なる通信システムであるため、始めに本発明のパケット通信システムの概要について説明しておく。

本発明のパケット通信システムは、Ｎ台の中央装置とＭ台の端末装置とが、通信ケーブルに対してマルチドロップ接続されることによって構成される。このように、本発明のパケット通信システムは、Ｎ：Ｍ接続を前提としているので、１：１接続しかできないイーサネットとは大きな構成上の相違がある。ここで、Ｎ及びＭは１以上であって、Ｎ＝Ｍの場合も含まれるが、典型的には、１：Ｍ接続が採用されることが多い。

ここで、マルチドロップでのＮ：Ｍ接続の場合には、イーサネットでの１：１接続の場合とは異なり、通信ケーブルを伝送される複数のパケットが相互に衝突することを回避しなければならない。このための手法としては、
（１）一般的に多く採用されている手法であるが、中央装置の主導により全ての端末装置に対して、逐次、パケットの送信時期を指示するというもの、
（２）以下、本明細書において主として説明する、パケットの送信スケジュールを予め全ての中央装置及び端末装置において設定しておくというもの、
（３）上記の（１）と（２）との手法を組み合わせたもの、
という３つに大別される。

図１は、本発明のパケット通信システムの概要説明図である。図１には、理解容易のため、引用により本願明細書に取り込まれたものとする、特許文献１である特開平９－３２６８０８号公報に典型的に示されているように、Ｎ＝１、Ｍ＝４といった、１台の中央装置２００と４台の端末装置３００Ａ～３００Ｄとが通信ケーブル１００を通じてマルチドロップ接続された「１：４接続」の状態を示している。なお、以下、端末装置３００Ａ～３００Ｄの総称を端末装置３００と称する。

図１に示すパケット通信システムは、全二重通信方式と半二重通信方式とのいずれも採用することができるが、大掴みにすると、これらのいずれの方式でも、中央装置２００と端末装置３００との間のパケットの送受信の順序は同じである。すなわち、パケット通信システム全体としてみれば、中央装置２００は、
（１）端末装置３００Ａとの間で一往復のパケット送受信をし、
（２）端末装置３００Ｂとの間で一往復のパケット送受信をし、
（３）端末装置３００Ｃとの間で一往復のパケット送受信をし、
（４）端末装置３００Ｄとの間で一往復のパケット送受信をする。

もう少し詳細に見ると、半二重通信方式の場合には、中央装置２００は、
(1-1)端末装置３００Ａ向けを意図したパケットを送信し、
(1-2)これによって、端末装置３００Ａからパケットを受信し、
(2-1)端末装置３００Ｂ向けを意図したパケットを送信し、
(2-2)これによって、端末装置３００Ｂからパケットを受信し、
(3-1)端末装置３００Ｃ向けを意図したパケットを送信し、
(3-2)これによって、端末装置３００Ｃからパケットを受信し、
(4-1)端末装置３００Ｄ向けを意図したパケットを送信し、
(4-2)これによって、端末装置３００Ｄからパケットを受信する。

この場合、端末装置３００は、通信ケーブル１００を伝送してくるパケットを、通常時にはすべて受信する。ここでいうパケットは、中央装置２００から送信されたものと、他の端末装置３００から送信されたとの双方を含む。

そして、端末装置３００は、一旦受信した全てのパケットのうち、自装置向けのパケットが送信されるタイミングで送信されたパケットについてのみ取り込み、他のタイミングで送信されたパケットは廃棄するようにしている。

一例をあげると、端末装置３００Ｃは、上記の期間(1-1)で中央装置２００から送信されたパケットをとりあえず受信するが、期間(1-1)というのは端末装置３００Ａ向けのパケットが送信されるタイミングであって、自装置向けのパケットが送信されるタイミングではない（自装置向けのパケットが送信されるタイミングは期間(3-1)である）。このため、端末装置３００Ｃでは処理部３３０（図２）によって、このパケットが廃棄される。

本明細書では、上記(1-1)～(4-2)の一巡するまでに要する期間を「一定期間」と称する。一定期間は、典型的には、システム設計が適宜設定することができるものである。ただし、図３を用いて後述するように、典型的には、中央装置２００から端末装置３００Ａに送信したパケットに対する応答が、即座に同じサイクル内で端末装置３００Ａから中央装置２００に向けて送信されるパケットに含まれて返信されることになる。

これに対して、全二重通信方式の場合には、中央装置２００から端末装置３００に向けたパケットが伝送される下り回線と、端末装置３００から中央装置２００に向けたパケットが伝送される上り回線とが別個に設けられているため、例示するならば、４サイクル目の期間(2-1)及び４サイクル目の期間(1-2)のセット、４サイクル目の期間(3-1)及び４サイクル目の期間(2-2)のセット、４サイクル目の期間(4-1)及び４サイクル目の期間(3-2)のセット、５サイクル目の期間(1-1)及び４サイクル目の期間(4-2)のセットというように、一対の期間を一まとめにすることができる。

すなわち、全二重通信方式の場合には、例えば、中央装置２００から端末装置３００Ｂ向けのパケットを送信する期間と、端末装置３００Ａから中央装置２００にパケットを送信する期間とを一致させることができる。したがって、全二重通信方式の場合の「一定期間」の長さは、同条件のシステム構成がされているものと対比すると、半二重通信方式の場合の「一定期間」の長さの約半分程度となる。

ここで、パケットのヘッダには、当該パケットの送信先に割り当てられている宛先を含めるようにしてもよいが、含めなくても所要の通信を行うことができる。なお、宛先を含める場合には、端末装置３００は、それぞれ、受信したパケットのヘッダに当該パケットの宛先を確認して自装置宛てのパケットであると判定した場合にはそれを取り込んで、そのパケットのペイロードに含まれる情報に従った処理をする一方で、自装置宛てのパケットでないないと判定した場合には、そのパケットを廃棄するということも可能になる。

これに対して、宛先を含めない場合には、上記(1-1)～(4-2)の各期間、すなわち、中央装置２００及び端末装置３００が自装置からパケットを送信可能な期間を予め固定的に定め、かつ、中央装置２００及び端末装置３００が現在(1-1)～(4-2)のうちいずれの期間であるかを判別できるように共通のタイムスケジュールを有していることが必要である。

こうすれば、受信したパケットのヘッダに当該パケットの宛先が含まれていなくても、パケットを受信するタイミングによって当該パケットが自装置宛てのものであるか否かを判定することができるので、当該タイミングに従ってパケットの取り込みと廃棄とのいずれかのみを選択的に行うことが可能となる。

念のため補足すると、期間(1-1)、(2-1)、(3-1)、(4-1)は、中央装置２００のみがパケットを送信可能な期間として設定される。また、期間(1-2)は端末装置３００Ａのみが、期間(2-2)は端末装置３００Ｂのみが、期間(3-2)は端末装置３００Ｃのみが、期間(4-2)は端末装置３００Ｄのみが、それぞれ、パケットを送信可能な期間として設定される。なお、期間(1-1)～(4-2)のそれぞれは、パケットの送信先において確実に当該パケットを受信するまでに必要な期間の長さを最低限確保することは必須である。

こうすれば、例えば、期間(1-1)で中央装置２００から送信されたパケットは、端末装置３００が受信したとしても、端末装置３００Ａのみが当該パケットを取り込み、端末装置３００Ｂ～３００Ｄは当該パケットを廃棄することが可能となる。

なお、本発明のパケット通信システムは、中央装置２００がある条件下では端末装置３００として振る舞うことがあり、反対に、端末装置３００がある条件下では中央装置２００として振る舞うことがある点に留意されたい。

以上の点を踏まえて、本発明の実施形態１～３のパケット通信システムについて以下説明するが、
・実施形態１では、火災などの緊急事態の発生時に、即座に警報発令するなどの対応ができるようにし、
・実施形態２では、端末装置３００の修理、交換又は増設を要する場合に、人手を介さずに端末装置３００、パケット通信システムの諸設定をできるようにし、
・実施形態３では、中央装置２００と端末装置３００との間で秘匿情報を通信可能とし、実施形態２の状況があっても、秘匿情報の通信をできるようにする、
ことについて、それぞれ説明する。

（実施形態１）
＜パケット通信システムの全体構成の説明＞
再び、図１に戻る。中央装置２００は、端末装置３００に接続されるデバイス（制御対象）に関する情報を端末装置３００に対して送信するとともに、これに応じて、端末装置３００から送信されるデバイスに関する情報を受信するものである。

ここでいうデバイスとはしては、各種センサ、ランプ、モータ、ソレノイドなど様々なものが挙げられる。これらの例であれば、中央装置２００は、端末装置３００に対して、各種センサからのセンサ結果を取得して返信するように指示する情報を含むパケットを送信したり、ランプの光量、モータの回転速度、ソレノイドの開閉の切り替えなどを指示する情報を含むパケットを送信したりすることが挙げられる。

なお、本実施形態の場合の各種センサの例としては、ビルディングオートメーション分野に好適な例としては工場・建物内などに設置される火災検知センサ、インフラストラクチャー分野に好適な例としては鉄道駅のプラットホームに設置される線路への転落防止センサ、ファクトリーオートメーション分野に好適な例としては工場内などに設置される機械設備の作動停止センサなどが挙げられる。

ここで、一般的なマルチドロップ接続されたパケット通信システムを、火災検知センサを備える火災警報システムにそのまま適用する場合について検討してみる。当業者であれば、火災検知センサ及びこれに接続された端末装置３００Ｃを工場内に配置し、火災警報器及びこれに接続された端末装置３００Ｄを事務所に配置する。そして、工場内で火災が発生し、それが火災検知センサによって検知された場合には、
（１）火災検知センサから出力される火災検知情報を端末装置３００Ｃに入力させ、
（２）端末装置３００Ｃによって入力された火災検知情報を中央装置２００に送信させ、
（３）中央装置２００によって受信された火災検知情報に基づく警報発令指示を端末装置３００Ｄに送信させ、
（４）端末装置３００Ｄで受信された警報発令指示に従って警報器から火災警報音を出力させる、
といった制御プログラムを、パケット通信システムに格納しておけば、工場から離れた事務所にいる管理者に火災を報知することができる。

しかし、仮に、端末装置３００Ｃから火災検知情報が送信されてきた際に、中央装置２００が例えば端末装置３００Ａからの膨大な情報を処理するなどして高負荷状態にあれば、中央装置２００から端末装置３００Ｄに対して警報発令指示を即座に送信することができない場合がある。

また、中央装置２００が故障中又はメンテナンス中など何らかの理由によって停止している状態で運悪く火災が発生した場合には、結果的に、中央装置２００が端末装置３００Ｃから火災検知情報を受信できないか、端末装置３００Ｃからの火災検知情報を受信できていたとしても、端末装置３００Ｄに警報発令指示を送信することができないという事態に陥ってしまう可能性は否めない。

本実施形態では、このように緊急事態が発生した時に、警報発令が即座になされないというような事態を回避したパケット通信システムを提供するものであり、さらに、中央装置２００の停止中に運悪く火災が発生しても、警報発令が即座になされるように、中央装置の主導により全ての端末装置に対して、逐次、パケットの送信時期を指示するという手法を採用するのではなく、パケットの送信スケジュールを予め中央装置２００及び端末装置３００において設定しておく手法を採用している。

＜中央装置２００及び端末装置３００の構成の説明＞
図２は、図１に示す中央装置２００及び端末装置３００Ｃ～３００Ｄと、端末装置３００Ｃに接続された火災検知センサ４００Ｃと、端末装置３００Ｄに接続された火災報知器４００Ｄとの模式的な構成を示すブロック図である。ここでは、説明の簡略化のため、端末装置３００のうち端末装置３００Ｃ～３００Ｄのみ示している。

図２Ａに示す中央装置２００は、通信ケーブル１００を介して端末装置３００Ａ～３００Ｄとの間でパケット通信を行う通信部２１０と、通信部２１０によって送信されるパケットを生成する生成部２２０と、通信部２１０によって受信されたパケットのペイロードに含まれている情報に従った処理をする処理部２３０と、を備えている。

なお、生成部２２０は、全二重通信方式を採用しようが半二重通信方式を採用しようが、中央装置２００が送信元であることを一意に示す、自装置に割り当てられた固有の情報（例えば、中央装置２００に固有に割り当てられるアドレス）をパケットに含めることが、本実施形態において、所要の通信を実現させるためには必要である。

或いは、当該固有の情報をパケットに含めることに代えて、システム全体におけるタイムスケジュールに合わせて、パケットの送信元と送信先とを指定することによっても、所要の通信を実現させることができる。

また、例えば、通信部２１０、生成部２２０及び処理部２３０のうちいくつかは、いわゆる通信ユニットとして構成することができるし、ＣＰＵ及びメモリなどの汎用的なハードウェアで構成することもできるし、ステートマシーンのように専用ＬＳＩで構成することもできる。

図２Ｂ～図２Ｃに示す端末装置３００Ｃ～３００Ｄの構成は、中央装置２００の構成と同様に、通信ケーブル１００を介して中央装置２００との間でパケット通信を行う通信部３１０と、通信部３１０によって送信されるパケットを生成する生成部３２０と、通信部３１０によって受信されるパケットのペイロードに含まれている情報に従って処理する処理部３３０と、を備えている。

図２Ｂに示す火災検知センサ４００Ｃは、例えば工場内の天井、壁、高温を発する機械設備の周辺などに設置されるものである。火災検知センサ４００Ｃに付帯して、スプリンクラー設備を敷設し、中央装置２００に対して火災検知情報を送信することとは別に、スプリンクラー設備から消火用の散水を行うとよい。

図２Ｃに示す火災報知器４００Ｄは、例えば、工場内又はこれに隣接する事務所に設置されており、火災検知情報に基づいて火災警報音を出力したり、最寄りの消防署などの消防機関に対して火災が発生したことを通報したりするものである。

ここで、本実施形態のパケット通信システムにおいては、端末装置３００Ｄの処理部３３０において、以下の処理をすることが特徴的である。

すなわち、既述のように、端末装置３００Ｄは、通常時には、中央装置２００或いは他の端末装置３００Ａ～３００Ｃから通信ケーブル１００を介して送信されたパケットについては、それらの全てのパケットを一旦受信する。そして、それらのうち自装置向けのパケットが送信されるタイミングで送信されたパケットについてのみ取り込み、他のタイミングで送信されたパケットは廃棄するようにする。

しかし、本実施形態では、火災検知情報を含むパケットが、端末装置３００Ｃから通信ケーブル１００を介して送信された場合には、自装置向けのパケットが送信されるタイミングで送信されたパケットでなくともそれを取り込み、火災報知器４００Ｄに火災警報音を出力させるなどの処理を命令するようにする。

これを実現するために、端末装置３００Ｄの処理部３３０は、
通信部３１０によって受信されたパケットのうち少なくとも端末装置３００Ｃから送信されたパケットを取り込む取込手段と、
取込手段によって取り込まれたパケットのペイロードに火災検知情報が含まれているか否かを判定する判定手段と、
判定手段によってパケットのペイロードに火災検知情報が含まれていると判定された場合に火災報知器４００Ｄに火災警報音を出力させるなどの処理を命令する命令手段と、
判定手段によってパケットのペイロードに火災検知情報が含まれていないと判定された場合に当該パケットを廃棄する廃棄手段と、
を備える。

なお、端末装置３００Ｃは、ペイロードに火災検知情報を含めたパケットを送信することに代えて、その旨を示す特定の情報をヘッダに含めるようにしてもよい。この場合には、判定手段は、ヘッダの情報に基づいて火災検知情報が含まれていると判定できるので、命令手段は、火災報知器４００Ｄに火災警報音を出力させるなどの処理を命令すればよい。

端的に言うと、端末装置３００Ｄは、端末装置３００Ｃから火災検知情報が送信された場合に、中央装置２００からの指示を待つことなく、火災検知情報に基づく処理を実行するのである。この処理はプログラムによって実現してもよいし、ステートマシーンによって実現してもよい。

こうすると、端末装置３００Ｄの処理部３３０は、受信したパケットのペイロードなどに火災検知情報が含まれている場合には、当該パケットの送信元が中央装置２００であっても、端末装置３００Ｃであっても、火災報知器４００Ｄに対して火災警報音を出力するように命令することができる。

ただし、端末装置３００Ｃと中央装置２００との双方のパケットによって重ねて同じ命令をする必要はないので、一度命令を実行したら、システム管理者等によって警報リセットがされるまでは当該指示に従う動作の実行を抑止するとよい。

＜パケット通信システムの動作の説明＞
図３は、図１に示すパケット通信システムの動作について説明するタイミング図である。図３に示すように、既述の各期間(1-1)～(4-2) のうち期間(3-2)において、火災検知センサ４００Ｃが接続された端末装置３００Ｃから送信されたパケットは、端末装置３００Ｄでも受信される。なお、図３には、中央装置２００及び端末装置３００におけるパケットの送信機能の有無を示している。具体的には、パケットの送信機能がアクティブとなる期間をハイレベル、パッシブとなる期間をローレベルで示している。

期間(1-1)、(2-1)、(3-1)、(4-1)は、中央装置２００のみが、パケットの送信機能がアクティブとなる期間となる。同様に、例えば、期間(1-2)は、端末装置３００のうち端末装置３００Ａのみ、パケットの送信機能がアクティブとなる期間となる。

また、図３には、期間(1-1)、(2-1)、(3-1)、(4-1)に対応させて、「〇」又は「×」を付記している。「〇」は対応する端末装置３００において、パケットを取り込んでペイロードに含まれている情報に従った処理をすることを示しており、「×」はパケットを廃棄処理することを示している。さらに、図３には、主として「〇」の場合におけるパケットの送信元／送信先として矢印で示している。

なお、図３を用いた説明においては、明確に区別するために、中央装置２００から端末装置３００に向けたパケットを送信パケットと称し、端末装置３００から中央装置２００に向けたパケットを返信パケットと称する。

期間(1-1)を例にすると、中央装置２００から端末装置３００Ａに向けて送信される送信パケットは、端末装置３００Ａの処理部３３０では取り込み処理を行うので「〇」となり、端末装置３００Ｂ～３００Ｄの処理部３３０では廃棄処理を行うので「×」となる。

また、この結果、中央装置２００から端末装置３００Ａに向けて送信される送信パケットに付帯する「矢印」は、中央装置２００から端末装置３００Ａに矢の先が向いたものになる。

既述のように、期間(1-2)、期間(2-2)、期間(3-2)、期間(4-2)では、端末装置３００から中央装置２００に向けて返信パケットが送信される。具体的には、返信パケットには、対応する送信パケットのペイロードに含まれる情報に従って、端末装置３００で所要の処理がなされた場合には、その処理結果に関する情報が含まれることになり、返信パケットは、生成部３２０によって生成される。

なお、繰り返しになるが、例えば、期間(1-2)で端末装置３００Ａから中央装置２００に向けて送信された返信パケットは、端末装置３００Ｂ～３００Ｄにおいても期間(1-2)に受信されるが、例えば端末装置３００Ｂで取り込まれるべきパケットというのは、期間(2-1)における中央装置２００からの送信パケットであるから、この受信タイミングの相違によって、自装置宛てのパケットでないということを端末装置３００Ｂの処理部３３０は判別できる。したがって、端末装置３００Ｂは、端末装置３００Ａが送信した返信パケットについて、廃棄処理をする。

端末装置３００Ｃについても同様に、例えば期間(1-2)で端末装置３００Ａから中央装置２００に向けて送信された返信パケットは廃棄され、端末装置３００Ｃで取り込まれるべきパケットは、期間(3-1)における中央装置２００からの送信パケットであるから、この送信パケットのみが受信され、取り込まれる。

その上で、端末装置３００のうち少なくとも端末装置３００Ｃは、期間(3-1)において中央装置２００から送信された送信パケットを受信できなくても、期間(3-2)という送信タイミングになれば、自発的にパケットを中央装置２００に向けて返信パケットを送信する。

まとめると、図３に示す例では、期間(1-1)～期間(3-2)では、中央装置２００と端末装置３００Ａ～３００Ｃとの間では、以下のようにパケット通信が行われる。すなわち、端末装置３００Ａ～３００Ｃでは、中央装置２００から自装置宛ての送信パケットが送信されると、処理部３３０がそれぞれ当該送信パケットを取り込み、中央装置２００に対して当該送信パケットに対応する返答パケットをそれぞれ送信するという処理を行うことになる。

これに対して、端末装置３００Ｄの動作は、端末装置３００Ａ～３００Ｃの動作とは異なる点がある。端末装置３００Ｄは、例えば期間(1-2)で端末装置３００Ａから中央装置２００に向けて送信された返信パケットは廃棄する。この点は、端末装置３００Ａ～３００Ｃの場合と同じである。しかし、端末装置３００Ｄは、期間(3-2)で端末装置３００Ｃから中央装置２００に向けて送信された返信パケットについては廃棄しないようにしている。

換言すると、本実施形態では、期間(3-2)で端末装置３００Ｃから送信された返信パケットは、中央装置２００のみならず、端末装置３００Ｄによっても、受信後に取り込まれることになる。これにより、以下説明するように、火災検知センサ４００Ｃによる火災検知情報に基づく情報を、早期に端末装置３００Ｄで受信可能な構成を実現している。

なお、期間(3-2)で端末装置３００Ｃから送信される返信パケットは、自発的によるものなので、たとえ、中央装置２００が停止中であっても、火災検知センサ４００Ｃによる火災検知情報に基づく情報が端末装置３００Ｄで受信可能である。

ここで、例えば、工場内で火災が発生し、それを期間(3-1)に火災検知センサ４００Ｃが検知したとする。この場合、火災検知センサ４００Ｃの検知結果が端末装置３００Ｃに出力される。このため、期間(3-2)において、端末装置３００Ｃから中央装置２００及び端末装置３００Ｄに向けて送信される返信パケットのペイロードなどには「火災検知情報」が含まれることになる。

したがって、中央装置２００及び端末装置３００Ｄは、当該返信パケットを受信し、これを取り込むことで、工場内で火災が発生したことを把握することができる。中央装置２００は、火災報知器４００Ｄに火災警報音を出力させるために、その旨の情報をペイロードに含む送信パケットを生成して、期間(4-1)で端末装置３００Ｄに向けて送信するが、これに先立って端末装置３００Ｄは、既に期間(3-2)において、端末装置３００Ｃから送信された「火災検知情報」が含まれている返信パケットを受信し、取り込んでいるため、中央装置２００からの送信パケットの情報を処理する前に火災報知器４００Ｄに対して火災警報音を出力するなどの所要の処理をするように命令することができる。

なお、端末装置３００Ｄは、期間(4-1)で中央装置２００からの送信パケットを受信すると、当該送信パケットに対応する返信パケットを生成して、期間(4-1’)で中央装置２００に向けて送信するが、この返信パケットには、既に火災警報音の出力指示を示す情報が含まれているパケットを中央装置２００から受信していて、対応する処理をするように命令済みであることを示す情報を含めてもよい。

このように、本実施形態では、中央装置２００が通常時の動作をしていようがしていまいが、端末装置３００Ｃが送信する火災情報に基づき、早期に端末装置３００Ｄから火災警報音を出力できるようにしている点が特徴的である。

このように、本実施形態のパケット通信システムは、端末装置３００のうち火災報知器に接続される端末装置３００Ｄに対して、簡単かつわずかな設定作業をするだけで、中央装置２００が高負荷状態にあろうがなかろうが、停止していようがしていまいが、火災警報発令を即座に行うことが可能となるという絶大な効果が得られる。

以上、本実施形態では、パケット通信システムを火災通報システムに適用した例について説明したが、火災通報以外にも転落防止システム、緊急停止システムなどのように緊急速報をすべき必要があるシステムに好適に適用することが可能である。

（実施形態２）
＜概要及び構成の説明＞
本実施形態のパケット通信システムは、中央装置２０００及び端末装置３００の修理、交換又は増設を要する場合に、人手を介さずに端末装置３００、パケット通信システムの諸設定をできるようにするものである。

図１に示すような、中央装置２００と端末装置３００とが相互にマルチドロップ接続されたパケット通信システムにおいては、例えば、端末装置３００のいずれかが故障等すると、その端末装置を同等の動作が行えるに新たな端末装置に交換することが必要となる。この場合、通常、システム管理者は、交換前の端末装置の各種情報を交換後の端末装置に設定した上で、通信ケーブル１００に接続するということが求められる。

しかし、この場合に、システム管理者が、設定ミスをしたり、設定漏れをしたりするといった不備が発生する可能性が全くないとは言えず、このような不備が発生した場合には、パケット通信システムが誤動作しかねないという問題がある。

また、システム管理者が設定をするために、例えば、パケット通信システムの初期設定をした情報を記録して、これを管理する場合もあると考えられる。この場合であっても、設定情報の記録を紛失又は消去してしまう可能性が全くないとは言えず、仮に設定情報の記録を紛失等してしまった場合には、最悪の場合、パケット通信システム全体に対するシステム設計を一から行わなければならないという事態を招きかねない。

本実施形態では、このような問題が生じないように、新たな端末装置に交換する際には、システム管理者が設定作業をせずとも、また、システム管理者が設定情報の記録管理をせずとも、設定情報が交換後の端末装置に設定できるようにする。

同様に、本実施形態では、修理のために通信ケーブル１００から取り外して修理後に当該端末装置を通信ケーブル１００に再度接続する場合にも、また、新たな端末装置を増設するために通信ケーブル１００に接続する場合にも、システム管理者が設定作業をせずとも、また、システム管理者が設定情報の記録管理をせずとも、設定情報が交換後の端末装置に設定されるようにする。

＜中央装置２００及び端末装置３００の構成の説明＞
図４は、本発明の実施形態２に係る中央装置２００及び端末装置３００の模式的な構成を示すブロック図である。図４Ａには中央装置２００の構成を示し、図４Ｂには端末装置３００の構成を示している。

図４Ａには、既述の通信部２１０、生成部２２０及び処理部２３０に加えて、処理部２３０において、端末装置３００のそれぞれに設定された設定情報が格納された格納部２３２と、通信ケーブル１００に対して新たな端末装置が接続されたことを検知する検知部２３４と、検知部２３４による検知がされた場合に格納部２３２に格納されている設定情報を新たな端末装置に設定する設定部２３６と、を備える。

ここで、新たな端末装置とは、
（１）これまで使用されていた端末装置を修理した修理後の端末装置と、
（２）これまで使用されていた端末装置を交換した交換後の別の端末装置と、
（３）パケット通信システムに初めて増設する端末装置と、
を含むものである。

（１）及び（２）の場合には、設定部２３６は、格納部２３２に格納されている修理前、交換前の端末装置の設定情報を、修理後、交換後の端末装置に設定すればよい。一方、（３）の場合には、システム設計者又はシステム管理者によって増設対象の端末装置の情報を、その増設前に格納部２３２に格納しておき、当該設定情報に基づいて増設対象の端末装置に設定すればよい。

ここで、端末装置３００のそれぞれに設定された設定情報とは、端末装置３００のそれぞれにシステム設計者又はシステム管理者から設定される各種情報が含まれる。この種の情報について例示すると、
（１）端末装置３００のそれぞれに接続された制御対象（火災検知センサ、火災報知器等）に対する制御プログラム、
（２）端末装置３００のそれぞれを特定可能な情報（例えば、端末装置３００のそれぞれに固有に割り当てられるアドレス）、
（３）端末装置３００のそれぞれの過去の動作のログ情報、
（４）制御対象の過去の動作のログ情報、
などが挙げられる。

図４Ｂに示す端末装置３００は、例えば、図４Ａに示す中央装置２００の内部構成と同様の構成とすることができる。したがって、端末装置３００は、例えば、通信部３１０、生成部３２０及び処理部３３０に加えて、処理部３３０において、格納部２３２に対応する格納部３３２と、検知部２３４に対応する検知部３３４と、設定部２３６に対応する設定部３３６と、を備えることができる。

先に説明しておくと、本実施形態の中央装置２００及び端末装置３００の固有の部分である、格納部２３２及び格納部３３２と、検知部２３４及び検知部３３４と、設定部２３６及び設定部３３６とは、必ずしも、中央装置２００及び端末装置３００にそれぞれ全てに備える必要はない。

すなわち、例えば、中央装置２００のみ図４Ａに示す構成のものとし、端末装置３００は実施形態１で説明した図２Ｂに示す構成のものとすることもできるし、反対に、中央装置２００は実施形態１で説明した図２Ａに示す構成のものとし、端末装置３００のみ図４Ｂに示す構成のものとすることもできる。

さらには、端末装置３００の全てを図４Ｂに示す構成のものとする必要もなく、例えば、特定の１台又は２台の端末装置のみ図４Ｂに示す構成のものとし、他の端末装置については実施形態１で説明した図２Ｂに示す構成のものとしてもよい。

また、中央装置２００及び端末装置３００のいずれも、実施形態１で説明した図２Ａ及び図２Ｂに示す構成のものとし、本実施形態の中央装置２００及び端末装置３００の固有の部分に通信部と同様にパケットの送受信を行う部分を追加した構成とされた１又は２台以上の専用装置を別途、通信ケーブル１００に接続してもよい。

さらに、例えば、格納部２３２又は格納部３３２、検知部２３４又は検知部３３４については、いずれも、中央装置２００又は全ての端末装置３００或いは専用装置に設ける必要がない。つまり、例えば、２台の端末装置３００Ａ～３００Ｂについてのみ、図４Ｂに示す構成を採用した場合、そのうちの一方の端末装置３００Ａのみが格納部３３２等を備え、他方の端末装置３００Ｂについては格納部３３２等を備えなくてもよい。

＜パケット通信システムの動作の説明＞
つぎに、本実施形態のパケット通信システムの動作について、これまで使用されていた端末装置を新たな端末装置に交換した場合を例に説明する。ここでは、中央装置２００及び端末装置３００Ａのみが、図４Ａ及び図４Ｂに示す構成を採用し、端末装置３００Ｂ～３００Ｄについては実施形態１で説明した図２Ｂに示す構成を採用しているものとする。

なお、中央装置２００と端末装置３００Ａという２台の装置に格納部２３２，３３２等を設けた理由は、これらのうち一方の装置に何らかの不具合が生じた場合であっても、他方の装置が交換後の端末装置への設定処理を行えるようにするためである。

本実施形態の場合には、典型的には、システム設計者によって、パケット通信システムの稼働開始前に、中央装置２００の格納部２３２及び端末装置３００Ａの格納部３３２に、中央装置２００及び端末装置３００のそれぞれに設定された設定情報が格納される。

この状態で、例えば、端末装置３００Ｃに不具合が見つかり、これを新たな端末装置３００Ｃ’に交換する必要が生じたとする。この場合、本実施形態のパケット通信システムでは、交換対象である端末装置３００Ｃを、活線挿抜によって通信ケーブル１００及び制御対象からそれぞれ取り外すことができるようにしている。

また、新たな端末装置３００Ｃ’についても、活線挿抜ゆえ通信ケーブル１００と上記制御対象とにそれぞれ接続することができるようになる。新たな端末装置３００Ｃ’が通信ケーブル１００に接続されると、以下の手法によって、中央装置２００の検知部２３４及び端末装置３００Ａの検知部３３４によって、新たな端末装置３００Ｃ’が通信ケーブル１００に接続されたことが検知される。

ここで、新たな端末装置３００Ｃ’が通信ケーブル１００に接続されたことを、中央装置２００の検知部２３４において検知する手法について説明する。まず、新たな端末装置３００Ｃ’は、通信ケーブル１００を通じて送信されてくる少なくとも１サイクル分のパケットの受信状況を把握する。

この例の場合であれば、新たな端末装置３００Ｃ’は、既述の図３の期間(3-1)における中央装置２００からのパケットに対する返信パケットが送信されていないことを把握できることになる。

そこで、新たな端末装置３００Ｃ’は、自装置宛てにパケットを送信するように要求するために、この種の情報がペイロードに含まれたパケットを生成部３２０によって生成して、通信部３１０によってパケットの未送信期間(3-2)に中央装置２００に向けて設定情報要求パケットを送信する。

中央装置２００では、通信部２１０によって新たな端末装置３００Ｃ’からの設定情報要求パケットを受信すると、これを処理部２３０に出力する。処理部２３０では、検知部２３４によって、通信部２１０から出力されたパケットのペイロードに含まれている情報を確認する。これによって、処理部２３０は、当該パケットが設定情報要求パケットであると把握できる。

このため、設定部２３６は、格納部２３２に格納されている各種設定情報を、適宜読み出して、新たな端末装置３００Ｃ’宛てのパケットのペイロードに含められる情報を作成して、生成部２２０に出力する。ここで読み出す設定情報が相対的に少なく、それらの全てを１つのパケットのペイロードに含められる場合には、それらの全てを読み出せばよい。一方、そうでない場合には、まずは、少なくとも端末装置３００Ｃに設定されていたものの一部を読み出せばよく、その後に、他の設定情報を適宜読み出すとよい。

生成部２２０は、設定部２３６から出力された設定情報を入力すると、これをペイロードに含めることによって設定情報応答パケットを生成して、通信部２１０に出力する。通信部２１０は、設定情報応答パケットを入力すると、期間(3-1)において新たな端末装置３００Ｃ’に向けて当該設定情報応答パケットを送信する。

新たな端末装置３００Ｃ’では、中央装置２００から送信される設定情報応答パケットを通信部３１０によって受信すると、処理部３３０において当該設定情報応答パケットのペイロードに含まれている情報に基づいて自装置に設定情報の設定を行う。こうして、新たな端末装置３００Ｃ’は、この設定情報に基づいてパケット通信システムの動作を実行可能となる。

つぎに、新たな端末装置３００Ｃ’が通信ケーブル１００に接続されたことを、端末装置３００Ａの検知部３３４において検知する手法について説明する。新たな端末装置３００Ｃ’が期間(3-2)に中央装置２００に向けて設定情報要求パケットを送信するまでの動作は、中央装置２００の検知部２３４での検知の場合と同様である。

設定情報要求パケットは、中央装置２００のみならず端末装置３００Ａにおいても受信される。端末装置３００Ａでは、端末装置３００Ｃを通信ケーブル１００から取り外してから、新たな端末装置３００Ｃ’を通信ケーブル１００に接続するまでの間、期間(3-2)において通信ケーブル１００にパケットが伝送されていないことを把握できる。

このため、端末装置３００Ａは、期間(3-2)に連続して何度も中央装置２００に向けてパケットが送信されていないことを把握した場合には、処理部３３０において、期間(3-2)における設定情報要求パケット待ちのフラグをオンする。なお、端末装置３００Ａは、設定情報応答パケットの送信をトリガーに、このフラグをオフする。

その後に、新たな端末装置３００Ｃ’が通信ケーブル１００に接続され、新たな端末装置３００Ｃ’から設定情報要求パケットが送信されると、端末装置３００Ａは、その設定情報要求パケットを受信する。これにより、端末装置３００Ａは、新たな端末装置３００Ｃ’に対して設定情報応答パケットを送信することが可能となるので、新たな端末装置３００Ｃ’において設定情報が設定されることになる。

なお、新たな端末装置３００Ｃ’を含む端末装置３００は、設定部２３６又は設定部３３６によって設定情報が設定されるまで間、自装置に接続された制御対象に対して情報の出力を開始しないように制御する制御抑止部を備えておくとよい。制御抑止部は、設定情報の設置処理が完了したことをもって抑止を解除すればよい。

これにより、設定作業に不慣れなシステム管理者等が、パケット通信システムの稼働に先立って必要な設定を端末装置３００に行う前に、端末装置３００を通信ケーブル１００及び制御対象４００を接続し、パケット通信システムを稼働開始してしまった場合であっても、パケット通信システムに誤動作が生じることを回避することができる。

また、中央装置２００又は端末装置３００には、格納部２３２，３３２に格納されている設定情報を読み出す読出部を備えておくとよい。具体的には、この読出部は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ又はＳＤカードなどの外部記憶メモリと、外部記憶メモリが装着されかつ格納部に接続されているスロットとによって構成することができる。非常に確率的には低いと思われるが、２台の装置に本実施形態の固有の部分を備えても、２台の装置がともに故障等する可能性が皆無ではない。このため、本実施形態では、読出部によって格納部２３２，３３２に格納されている最新の設定情報を定期若しくは不定期に又は所定の規則に従って読み出して、通信ケーブル１００から分離した機器等に格納可能とすることができる。

なお、読出部を設けることによって、格納部２３２，３３２に格納されている最新の設定情報には、制御対象の過去の動作のログ情報を含めることができるので、これを読み出せるようにすることは、ビッグデータの有効活用といった効果がある。

以上説明したように、本実施形態のパケット通信システムによれば、新たな端末装置を通信ケーブル１００に接続する際には、システム管理者が設定作業をせずとも、また、システム管理者が設定情報の記録管理をせずとも、設定情報が新たな端末装置に設定されるようになる。

（実施形態３）
＜概要及び構成の説明＞
本実施形態のパケット通信システムは、中央装置２００と端末装置３００との間における通信対象の情報を暗号化するために、中央装置２００と端末装置３００とに共通する暗号化鍵及び復号化鍵を付与する。そして、実施形態２で説明したように通信ケーブル１００に新たな端末装置が接続される場合であっても、当該新たな端末装置と既存の中央装置２００及び端末装置３００との間でも暗号化された情報の送受信ができるものである。

本実施形態のパケット通信システムとは異なり、１台の中央装置と１台の端末装置とがピア－ピア接続されたパケット通信システムであれば、通信対象の情報の秘匿するために、パケット全体を暗号化及び復号化することで、送信される情報を秘匿化するという手法は公知である。

この手法を、Ｎ台の中央装置２００とＭ台の端末装置３００とが相互に通信ケーブル１００にマルチドロップ接続されたパケット通信システムに取り入れようとすると、Ｎ×Ｍ個の暗号化鍵及び復号化鍵を準備しなければならない。これでは、中央装置２００及び端末装置３００の台数が多くなればなるほど、準備すべき暗号化鍵及び復号化鍵も多くなる。また、中央装置２００及び端末装置３００の全てに対する暗号化鍵及び復号化鍵の設定は、通常、システム管理者が行うことになろうが、この作業は中央装置２００及び端末装置３００の台数が多ければ多いほど容易ではなくなる。

さらに、近年、情報の秘匿性を向上させるために、ワンタイムパスワードのように暗号鍵及び復号鍵を適宜更新するものも公知である。これをＮ台の中央装置２００とＭ台の端末装置３００とが相互に通信ケーブル１００にマルチドロップ接続されたパケット通信システムに取り入れようとすると、典型的には、Ｎ×Ｍ個の暗号化鍵及び復号化鍵の更新を例えば１分毎にパケット通信システム全体で行わなければならなくなるが、これではパケット通信システムに非常に高い負荷がかかってしまう。

このため、パケット通信システム全体で用いなければならない暗号化鍵及び復号化鍵の数を例えば一組だけにして、それをパケット通信システムの負荷を高めることなく、逐次更新して、秘匿性を向上させることも考えられる。

しかし、これでは、通信ケーブル１００に対して、新たな端末装置を接続する場合には、新たな端末装置には最新の暗号化鍵及び復号化鍵が付与されていないため、新たな端末装置では中央装置２００からの暗号化された情報を復号化できず、当該情報に従った処理を実行することができない。

そうすると、新たな端末装置を通信ケーブル１００に対して接続する場合に生じる問題を解消するためには、システム管理者等がパケット通信システムを再起動するなどして、通信ケーブル１００に接続される新たな端末装置と通信ケーブル１００に接続されていた既存の中央装置２００及び端末装置３００との全てに、新たな共通の暗号化鍵及び復号化鍵を再付与するといった面倒な作業が必要となる。

このように、既存の手法をマルチドロップ接続されたパケット通信システムに転用することを種々検討したが、いずれも何らかの不都合がある。本実施形態では、これまで説明した不都合が生じることなく、暗号化された情報の送受信を行うことができるパケット通信システムについて説明する。

＜パケット通信システムの全体構成の説明＞
図５は、本発明の実施形態３のパケット通信システムの模式的な構成を示すブロックである。図５に示すパケット通信システムは、図１に示したものと対比すると、１台の中央装置２００が２台の中央装置２００Ａ及び中央装置２００Ｂに変更された点が異なる。なお、本実施形態では、中央装置２００Ａ及び２００Ｂの総称を、中央装置２００と称する。

ここでは、理解容易のため、２台の中央装置２００Ａ～２００Ｂと４台の端末装置３００Ａ～３００Ｄとが設置された「２：４接続」のパケット通信システムについて説明する。もっとも、中央装置２００及び端末装置３００の数はこれらに限定されるものではない点に留意されたい。

なお、中央装置２００Ａと中央装置２００Ｂとは相互に接続されることで相互に同期をとることもできるが、実際には、中央装置２００Ａ及び中央装置２００Ｂは、図示しない上位装置にそれぞれ接続されることが多い（実施形態１・２の場合も、実際には、図１に示す中央装置２００は、実際には図示しない上位装置に接続されていてもよい）。

上位装置が設けられる場合には、上位装置は、中央装置２００Ａ及び中央装置２００Ｂに対して、同じ指示を出力する。したがって、２台の中央装置２００によって、パケット通信システムをデュアル制御することが可能な構成が実現できる。

ここで、図１に示すように一台の中央装置２００しか設置されていないパケット通信システムの場合には、当該中央装置２００が故障等して動作できない状況に陥ると、システム全体が動作しなくなってしまう。

これに対し、図５に示すように、中央装置２００Ａ～２００Ｂという２台を設置した場合には、たとえ中央装置２００Ａが故障等しても、中央装置２００Ｂが偶然このタイミングで故障等さえしなければ、中央装置２００Ｂがシステム全体の制御を行うことができるので、システム全体が動作しなくなるという事態は回避できる。

なお、同じタイミングで中央装置２００のいずれもが故障する場合の原因としては、典型的には、強度のあるサージ電流が、中央装置２００Ａ～２００Ｂに同時に流れる場合が考えられる。これによってもパケット通信システムが停止しないように、通信ケーブル１００から電気的に切り離した更に別の中央装置を用意し、これを上位装置に接続しておき、いざ中央装置２００がともに故障等した場合には、当該別の中央装置を通信ケーブル１００に接続して、パケット通信を継続できるようにしてもよい。

ここで、この種のデュアル制御の具体的手法の一つとしては、中央装置２００Ａと中央装置２００Ｂとの間に主従関係を設けて、例えば、通常時には、中央装置２００Ａのみがパケット通信システムの動作の制御をしていて、中央装置２００Ｂは中央装置２００Ａの制御履歴を保持するなどの処理をするだけとし、パケット通信システムの動作の制御には関与しない構成とすることが考えられる。

この場合には、一定期間、中央装置２００Ａからパケットの送信がなされない状態が継続した場合に、通常時ではないといえるので、中央装置２００Ａが故障等したと判定するようにしておけば、以後、中央装置２００Ｂがそれまでに保持していた、中央装置２００Ａの制御履歴と上位装置からの指示とに基づいて、パケット通信システムの動作の制御を引き継ぐことが可能となる。

或いは、中央装置２００に主従関係を設けることなく、例えば、通常時に、これら双方がシステム全体の制御を行うことにしてもよい。なお、この場合には、各中央装置２００から送信される同内容の指示を含む各パケットが端末装置３００に取り込まれることによって不都合が生じることも考えられるので、一定条件下で後に受信したパケットに含まれる情報に従った処理を実行しないということも一法である。

＜中央装置２００及び端末装置３００の構成の説明＞
図６は、図５に示す中央装置２００及び端末装置３００の模式的な構成を示すブロック図である。図６Ａには中央装置２００の構成を示し、図６Ｂには端末装置３００の構成を示している。

図６Ａに示す中央装置２００は、既述の通信部２１０、生成部２２０及び処理部２３０に加えて、自装置の通信部２１０から送信されるパケット内のペイロードに含まれる情報を暗号化鍵を用いて暗号化する暗号化部２４０と、自装置の通信部２１０によって受信されたパケット内のペイロードに含まれる暗号化された情報を復号化鍵を用いて復号化する復号化部２５０と、暗号化部２４０及び復号化部２５０で用いられる一対の暗号化鍵及び復号化鍵を生成するとともにそれらを更新する鍵管理部２６０と、自装置が新たな装置として通信ケーブル１００に接続された場合に他装置の鍵管理部２６０又は以下説明する鍵管理部３６０で更新された最新の鍵を要求する要求部２７０と、を備える。

図６Ｂに示す端末装置３００も、中央装置２００と同様の構成としており、既述の通信部３１０、生成部３２０及び処理部３３０に加えて、暗号化部２４０に対応する暗号化部３４０と、復号化部２５０に対応する復号化部３５０と、鍵管理部２６０に対応する鍵管理部３６０と、要求部２７０に対応する要求部３７０と、を備える。

暗号化部２４０，３４０及び復号化部２５０，３５０では、秘密鍵暗号方式、公開鍵暗号方式、共通鍵暗号方式のいずれも採用することもできる。ただ、本実施形態では、鍵管理部２６０，３６０によって相対的には頻繁に暗号化鍵及び復号化鍵を更新するので、これらは一時鍵となる。したがって、強固な秘匿化によってパケット通信システムの負荷を増大させるよりは、簡易な秘匿化によってパケット通信システムの負荷を減少させるとよい。

鍵管理部２６０，３６０は、生成した暗号化鍵及び復号化鍵をタイミング不問で更新することによって、一時鍵を実現することができる。したがって、一時鍵を更新するタイミングは、定期（例えば１分毎）であっても不定期（任意の１０分間に平均１０回など）であってもよいし、パケットのペイロードに含まれる情報を示すパターンが所定パターンであることを検出したときなど所定の規則に従ったものとしてもよい。

新たな装置の要求部２７０，３７０が最新の一時鍵を要求するタイミングも不問である。したがって、例えば、新たな装置の要求部２７０，３７０は、自装置宛てのパケットを受信した場合に、当該パケットに応答するパケットを送信する際に最新の一時鍵を要求することができる。こうすると、新たな装置が早期にパケット通信を行うことが可能になる。

本実施形態では、中央装置２００及び端末装置３００の幾つかで構成される１又は２以上のグループを形成してもよい。この場合に、システム管理者等がグループ毎に固有の共通鍵を当該グループを構成する装置の全てに設定し、それらの全装置がグループで共通の一時鍵を用いて暗号化及び復号化を行うようにすれば、一のグループで送受信する情報が、他のグループに漏洩することを回避できる。

＜パケット通信システムの動作の説明＞
つづいて、本実施形態のパケット通信システムの動作について説明する。まず、本来のパケット通信システムにおいて行われる通信動作、すなわち、制御対象の制御開始に先だって行われる、一時鍵の配布完了までの動作について説明する。

システム管理者等が、固有の共通鍵を中央装置２００及び端末装置３００に付与する。
これにより、中央装置２００と端末装置３００との間では、実施形態１で説明したような手順によってパケット通信をする際に、パケット送信時には暗号化部２４０，３４０によってパケットのペイロードに含まれる情報を共通鍵を用いて暗号化し、パケット受信時には復号化部２５０，３５０によって暗号化されたペイロードに含まれる情報を共通鍵を用いて復号化する。

その後、中央装置２００では、端末装置３００のいずれかの要求部３７０から送信される、共通鍵を用いて暗号化された一時鍵要求パケットの初回受信をすると、鍵管理部２６０は、中央装置２００及び端末装置３００の暗号化部２４０、３４０又は復号化部２５０、３５０で用いる一時鍵１を生成し、その端末装置３００に対して、共通鍵によって暗号化された一時鍵１をペイロードに含む一時鍵配布パケットを送信する。

同様に、以後、他の全ての端末装置３００と中央装置２００との間で、一時鍵要求パケットと一時鍵配布パケットとのやり取りがされると、中央装置２００と端末装置３００との間で、一時鍵１を用いてパケット通信が可能な状態となる。厳密には、一時鍵配布パケットを端末装置３００Ａ～３００Ｄに送信完了し、かつ、端末装置３００Ａ～３００Ｄからのパケットの返信があれば、一時鍵１の配布が完了する。

したがって、中央装置２００は、最短で、次サイクルのパケットの送信から、当該パケットのペイロードに含まれる情報を、配布が完了した一時鍵１を用いて暗号化することができる。

なお、鍵管理部２６０によって一時鍵１が一時鍵２に更新された場合には、一時鍵１によって暗号化された一時鍵２をペイロードに含む一時鍵配布パケットを、端末装置３００Ａ～３００Ｄに送信し、端末装置３００Ａ～３００Ｄからのパケットの返信があれば、一時鍵２の配布が完了する

以後同様に、鍵管理部２６０によって一時鍵ｎが一時鍵ｎ＋１に更新された場合には、一時鍵ｎによって暗号化された一時鍵ｎ＋１をペイロードに含む一時鍵配布パケットを、端末装置３００Ａ～３００Ｄに送信し、端末装置３００Ａ～３００Ｄからのパケットの返信があれば、一時鍵ｎ＋１の配布が完了する。

つぎに、実施形態２で説明したように、例えば、端末装置３００Ｃを新たな端末装置３００Ｃ’に変更する必要が生じたとする。このため、通信ケーブル１００から端末装置３００Ｃを取り外し、かつ、通信ケーブル１００に新たな端末装置３００Ｃ’を接続する際に、システム管理者等は、この接続に先だって新たな端末装置３００Ｃ’に既述の共通鍵を設定する。

その後、新たな端末装置３００Ｃ’は、実際に通信ケーブル１００に接続されると、設定情報要求パケットの送信前に、共通鍵を用いて暗号化された一時鍵要求パケットを送信し、中央装置２００から送信される、共通鍵によって暗号化された現在使用中の一時鍵をペイロードに含む一時鍵配布パケットを受信する。

これにより、設定情報要求パケットを送信するときには、受信した現在使用中の一時鍵を用いて暗号化した設定情報要求パケットを送信することができ、これによって、設定情報応答パケットを受信することができる。したがって、他の端末装置３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄと同様に、中央装置２００との間で暗号化された情報の送受信が可能となる。

つぎに、図５に示す中央装置２００Ａ及び端末装置３００Ａ～３００Ｂという３台の装置間で第１グループを形成し、かつ、中央装置２００Ｂ及び端末装置３００Ｃ～３００Ｄという３台の装置間で第２グループを形成した場合の動作について説明する。

この場合には、第１，第２グループそれぞれに対して、固有の第１，第２グループ共通鍵を、システム管理者等が予め設定しておけばよい。そして、既述の要領で、中央装置２００Ａ，２００Ｂから第１，第２グループ内にそれぞれ属する全ての端末装置に対して、第１，第２グループ一時鍵の配布を行えばよい。

したがって、この場合には、パケット通信システム全体で一組の一時鍵で暗号化及び復号化をするのではなく、パケット通信システム全体で第１グループ一時鍵と、第２グループ一時鍵という二組の一時鍵で暗号化及び復号化を行うことになる。

ここで、中央装置２００の一方が停止した場合に、中央装置２００の他方が相手方の端末装置を通じて、停止した一方の中央装置２００に代わって引き続き制御対象を制御できるようにすることも一法である。この場合には、中央装置２００Ａと中央装置２００Ｂとの間で、第１，第２グループ共通鍵及び第１，第２グループ一時鍵を交換しておけばよい。

なお、第１，第２グループ共通鍵及び第１，第２グループ一時鍵の交換は、中央装置２００Ａと中央装置２００Ｂとの間で直接的に行ってもよいし、上位装置を介して間接的に行ってもよい。

そして、例えば、中央装置２００Ｂが停止しても、第１グループでは、中央装置２００Ａと端末装置３００Ａ～３００Ｂとの間で継続して、第１グループ一時鍵を用いて暗号化された情報を送受信することが可能であり、加えて、第２グループでは、中央装置２００Ａと端末装置３００Ｃ～３００Ｄとの間で、中央装置２００Ａが停止した中央装置２００Ｂの代わりとなって、第２グループ一時鍵を用いて暗号化された情報を送受信することが可能である。

このため、中央装置２００では、
期間(1-1)と第１グループ、
期間(2-1)と第１グループ、
期間(3-1)と第２グループ、
期間(4-1)と第２グループ、
という対応関係を暗号化部２４０に設定しておく。

なお、先の例でいえば、実施形態２で説明したように、例えば端末装置３００Ｃ～３００Ｄのいずれかに、設定情報が格納される格納部２３２を備えておけば、必要に応じて、中央装置２００Ａが当該格納部２３２から設定情報を取得することが可能となる。

したがって、中央装置２００Ａは、その設定情報に含まれる端末装置３００Ｃ～３００Ｄに接続された制御対象４００Ｃ～４００Ｄに対する制御プログラムを取得すれば、当該制御プログラムに基づいて、制御対象４００Ｃ～４００Ｄを適切な停止制御などをすることができる。

さらに、中央装置２００Ａは、その設定情報に含まれる端末装置３００Ｃ～３００Ｄに接続された制御対象４００Ｃ～４００Ｄのログ情報も併せて取得すれば、制御対象４００Ｃ～４００Ｄに対して停止制御をすることなく、制御の継続をすることができる。

なお、端末装置３００Ｃ～３００Ｄのいずれかに、設定情報が格納される格納部２３２を備えていない場合には、中央装置２００Ａは上位装置からの指示に従って、端末装置３００Ｃ～３００Ｄの制御を継続すればよい。

以上説明したように、本実施形態のパケット通信システムは、中央装置２００と端末装置３００との間における通信対象の情報を暗号化することができ、しかも、通信ケーブル１００に新たな端末装置が接続される場合であっても、当該新たな端末装置と通信ケーブル１００に接続されていた既存の中央装置２００及び端末装置３００との全てにおいて、人手を介すことなく、秘匿化した情報の通信を行えるようになる。

（実施例１）
図７は、本発明の実施例１のインフラストラクチャーシステムの説明図である。本実施例では、実施形態１～３で説明したパケット通信システムを、インフラストラクチャーシステムであるところの道路設備に適用した例について説明する。

図７において、図１等に示した部分と同様の部分には、同一符号を付しており、図７において固有のものとしては、トンネル１０００と、トンネル内を通行している車両２０００とがある。

通信ケーブル１００の長さは、トンネル１０００の長さに応じて決定される。トンネル１０００の長さは、数百ｍ～数ｋｍという長さになるものは珍しくない。したがって、通信ケーブル１００の長さも、数百ｍ以上ということになる。

中央装置２００は、監視者等がトンネル１０００内の状況をモニタリング等する監視制御室に設置されている。既述の上位装置は、監視制御室内に設けられてもよいし、他の場所に設けられてもよい。

端末装置３００Ａ，３００Ｃは、トンネル１０００内の環境データを収集する環境センサ４００Ａ，４００Ｃに接続されている。トンネル１０００内の環境データとしては、これらに限定されるものではないが、例えば、車両２０００の交通量であったり、トンネル１０００内の排気ガス濃度であったり、以下説明するランプ４００Ｂ，４００Ｄの光量だったりと様々である。

端末装置３００Ｂ，３００Ｄは、トンネル１０００の天井付近に設置されているランプ４００Ｂ，４００Ｄに接続されている。端末装置３００Ｂ，３００Ｄは、環境センサ４００Ａ，４００Ｃの検知結果に基づいて、ランプ４００Ｂ，４００Ｄの光量などの照明制御を行う。

本実施例のインフラストラクチャーシステムによれば、トンネル１０００内の環境を向上させることができ、車両の通行の快適さを高めることができる。すなわち、例えば、ランプ４００Ｂ，４００Ｄが寿命を迎えて消灯してしまった場合には、環境センサ４００Ａ，４００Ｃによって、受光強度が低下したことを検知できるので、データ収集端末装置３００Ａ，３００Ｃは通信ケーブル１００を通じて、これらのことを中央装置２００に送信することが可能となる。

この結果、監視制御室にいる監視者は、ランプ４００Ｂ，４００Ｄの交換作業を行うことが可能となるとともに、寿命を迎えたランプ周辺のランプ光量を増やすなどして、トンネル１０００内が暗くなることを防止することができる。

また、環境データとして車両２０００がトンネル１０００内に存在しないことが検知された場合には、ランプ４００Ｂ，４００Ｄの光量を低下させることとして、省エネルギー化を図ることもできる。

なお、図７には明示していないが、車両２０００も、様々な制御対象を備えている。具体的には、アクセルを踏んだ時のエンジン制御、カーエアコンと称されるエアーコンディショナーの温度制御などがある。したがって、車両２０００自体にも既述のパケット通信システムを適用することができる。

また、本実施例では、パケット通信システムの適用例として道路設備を例に説明したが、道路設備に適用することに限定されるものではなく、以下説明するように、様々なインフラストラクチャーシステムに適用することができる。

例えば、ダム、橋を含む河川設備において、水位センサ４００の検知結果に基づいて、ゲート４００の開閉を制御するということが挙げられる。

例えば、鉄道及び鉄道設備において、乗客が駅のプラットホームから線路に落下したことを赤外線センサ４００による検知結果に基づいて電車の緊急停止をさせるといった制御をしたり、駅のプラットホームに設置されているホームドア付近に人感センサ４００を取り付けてホームドアの開閉を制御したりすることが挙げられる。

例えば、飛行機及び飛行場設備において、飛行機の油圧センサ４００の検知結果に基づいて油の流出量を制御したり、飛行場の滑走路に設置された照度センサ４００の検知結果に基づいて滑走路誘導灯４００の光量を制御したりすることが挙げられる。

例えば、船舶及び港湾設備を含む乗物設備において、操舵手の舵切りの検知結果に基づいて舵の角度を制御したり、ガントリークレーンの操作者の積卸操作に従ってレール上の移動量を制御したりすることが挙げられる。

このように、本実施例のインフラストラクチャーシステムは、電気的な制御を行うものであれば、小規模のものから大規模のものまで、多種多様な設備等に適用することができる。

（実施例２）
図８は、本発明の実施例２のファクトリーオートメーションシステムの説明図である。本実施例では、実施形態１～３で説明したパケット通信システムを、ファクトリーオートメーションであるところのロボットアームに適用した例について説明する。

図８には、各実施形態での説明は、端末装置３００に対して制御対象４００が接続されている例を用いたが、本実施例では、制御対象４００のセンサ付き端末装置３００とする例について説明する。なお、中央装置２００自体の図示については割愛している。

加圧センサ付き端末装置３００Ａ及び角度センサ付き端末装置３００Ｂは、いずれも、主としてロボットアームの関節の動きを制御するための検知をして、検知結果を中央装置２００に向けて送信するものである。

加圧センサ付き端末装置３００Ａは、主として、指関節に設けられており、物体を把持する際の掴み強度を制御したり、関節のトルク／荷重などの負荷を検出して駆動トルクを制御したりするために用いられる。角度センサ付き端末装置３００Ｂは、間接の角度を制御するために用いられる。

本実施例のファクトリーオートメーションシステムは、各実施形態で説明したパケット通信システムを用いれば、相対的に多数の端末装置３００と中央装置２００との高速パケット通信が可能となるので、ロボットアームを用いることによって得られる製品の製造スループットを向上させることができる。

また、本実施例では、パケット通信システムの適用例としてロボットアームを例に説明したが、ロボットアームに適用することに限定されるものではなく、例えば、各種産業用ロボットの関節の動作の制御にも適用することができるし、工作機械の移動量・速度・回転量などの制御にも適用することができる。

さらには、工場内には火災検知設備が設けられたり、空調設備が設けられたり、作業者の安全性確保のために工作機械の緊急停止機構が設けられたりすることが少なくない。これらに対する各種制御用にも、パケット通信システムの適用が可能である。

このように、本実施例のファクトリーオートメーションシステムは、電気的な制御を行うものであれば、小規模のものから大規模のものまで、多種多様な設備等に適用することができる。

（実施例３）
図９は、本発明の実施例３のビルディングオートメーションシステムの説明図である。本実施例では、実施形態１～３で説明したパケット通信システムを、ビルディングオートメーションシステムであるところの商業施設に適用した例について説明する。

図９において、図１等に示した部分と同様の部分には、同一符号を付しており、図７において固有のものとしては、デパート或いはショッピングセンターなどの商業施設３０００がある。

なお、上位装置と中央装置２００Ａ～２００Ｂとは、相互に遠隔配置させることも可能であり、その場合には、これらは図示している通信ケーブル１００とは異なる回線で有線又は無線で接続されることになる。中央装置２００Ａ～２００Ｂは、監視者等が商業施設３０００内の状況をモニタリング等する監視制御室にそれぞれ設置されている。

端末装置３００は、商業施設３０００内の各種データを収集する図示しないセンサ等の制御対象に接続されている。商業施設３０００に設置される制御対象としては、昇降機（エレベータ）、室温センサ及び空調設備、火災検知器及び火災報知器、非常通報ボタン及び通常時に開状態であるが非常時に閉状態とされる非常シャッターといった防災・防犯設備、人感センサ及び照明、などが挙げられる。

本実施例のビルディングオートメーションシステムによれば、商業施設３０００内の快適空間並びに安全・安心な空間を提供することができる。

また、本実施例では、パケット通信システムの適用例として商業施設３０００を例に説明したが、ビルディングオートメーションシステムは、商業施設３０００に適用することに限定されるものではなく、例えば、オフィスビルディングであったり、マンションなどの集合住宅であったりといった、他のビルディングにも適用できる。

このように、本実施例のビルディングオートメーションシステムは、電気的な制御を行うものであれば、小規模のものから大規模のものまで、多種多様な設備等に適用することができる。

Claims (9)

1. 中央装置と複数の端末装置とが相互にマルチドロップ接続されたパケット通信システムにおいて、
   前記中央装置及び前記複数の端末装置に設定された設定情報の複製が格納された格納部と、
   前記中央装置及び複数の前記端末装置のいずれかが活線挿抜によって交換されたことを、交換前の前記中央装置又は前記端末装置が送信すべき期間にパケットを送信していないことをもって検知する検知部と、
   前記検知部が前記中央装置及び複数の前記端末装置のいずれかが活線挿抜によって交換されたことを検知した場合に前記格納部に格納されている交換前の前記中央装置及び複数の前記端末装置の設定情報の複製に基づいて交換後の前記中央装置又は前記端末装置にある格納部に当該設定情報を設定する設定部と、
   を備える通信システム。
2. 前記設定情報の複製が格納された格納部は、前記中央装置、複数の前記端末装置の少なくとも一方に設けられている、請求項１記載の通信システム。
3. 前記検知部は、前記中央装置、複数の前記端末装置の少なくとも一方に設けられている、請求項１記載の通信システム。
4. 前記設定情報は、前記各端末装置に接続された制御対象に対する制御プログラム、前記中央装置及び複数の前記端末装置を特定可能な情報、自機の過去の動作のログ情報、前記制御対象の過去の動作のログ情報の少なくとも一つを含む、請求項１記載の通信システム。
5. 前記交換後の中央装置又は複数の前記端末装置は、前記設定部によって設定情報が設定されるまで間、前記各端末装置に接続された制御対象に対して情報の出力を開始しないように制御する制御抑止部を備える、請求項１記載の通信システム。
6. 前記設定情報の複製が格納された格納部に格納されている設定情報を読み出す読出部を備える、請求項１記載の通信システム。
7. 請求項１記載のパケット通信システムを備える、インフラストラクチャーシステム。
8. 請求項１記載のパケット通信システムを備える、ビルディングオートメーションシステム。
9. 請求項１記載のパケット通信システムを備える、ファクトリーオートメーションシステム。

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