JP7299106B2 - 中継器および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、中継器および通信システムに関する。

従来から、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）規格においてＴＳＮ（Ｔｉｍｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）が検討されてきている。ＴＳＮはフィールド規格ではなく、ＩＥＥＥ８０２．１を拡張する複数種類のさまざまな技術規格のセットであり、イーサネット（登録商標）ベースのネットワーク技術と組み合わせが可能である。ＴＳＮを構成する技術規格のなかにはＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ（Ｔｉｍｉｎｇ ａｎｄ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ（Ｔｉｍｅ Ａｗａｒｅ Ｓｈａｐｅｒ）が含まれる。

ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ（Ｔｉｍｉｎｇ ａｎｄ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）はネットワーク内の時刻同期を改善する技術であり、時間リレー機能を実装する。ネットワーク内で時刻のグランドマスターのポートがクロックマスター（ＣＭ）となり、それを接続したスイッチのポートがクロックスレーブ（ＣＳ）になる。スイッチ内でＣＳから他のポートのＣＭに時間をリレーし、ＣＭの先にはノードやカスケードでスイッチがＣＳとして接続され、時間リレーが行われる技術である。

ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ（Ｔｉｍｅ Ａｗａｒｅ Ｓｈａｐｅｒ）は、通信フレームをトラフィッククラスで区別するとともに、１周期に対しトラフィッククラスごとの通信時間帯を割り当てる。ただし、優先度の低い通信フレームが割当時間帯の終わる直前に送信が始まると後続の時間帯に入り込むので、時間帯終了前にガードバンドという最大フレーム長の送信時間に相当する通信できない時間帯を作成する場合がある。

このように、ＴＳＮはＩＥＥＥでの規格化が進められている高速・低遅延のネットワーク規格であり、高いリアルタイム性が求められるオーディオ／ビデオ配信用ネットワークや車載ネットワーク、産業用ネットワークでの利用が期待されている。また、上述したように、ＴＳＮでは、ネットワークに参加する全端末で時刻同期を行い、優先度によってパケットを送信できる時間を分割することで、高優先度に設定した通信の帯域を確保している。

ＴＳＮの時間分割方法の説明として、ＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）プライオリティ番号（ＰＣＰ： Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ）で優先度を定めた例を説明する。一例として、優先度がもっとも高い通信を、ＶＬＡＮプライオリティ番号を７とし、６、５、４と番号の降順に優先度が下がり、ＶＬＡＮプライオリティ番号０がもっとも優先度が低い通信としている。

ＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットは各サイクルの先頭の時間帯に割り当てられ、この時間帯を高優先度通信専用時間帯とも称する。すなわち、高優先度通信専用時間帯は、ＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットのみが送受信できる時間帯であって、他のＶＬＡＮプライオリティ番号６～０の通信パケットは送受信できない時間帯である。ＶＬＡＮプライオリティ番号６～０の通信パケットは、各サイクルの高優先度通信専用時間帯に後続する時間帯に割り当てられ、送受信が許可される。なお、各サイクルで送信できなかった通信パケットは次のサイクルで送信する。例えば、高優先度通信専用時間帯に通信パケットの送信が完了しない場合には、当該通信パケットは、次のサイクルの高優先度通信専用時間帯に送信される。

IEEE802.1Qbv（http://www.ieee802.org/1/pages/802.1bv.html）

しかし、上記従来技術の開示によれば、伝搬遅延などにより、高優先度通信専用時間内で送れなかった通信パケットは、次サイクルの高優先度通信専用時間になるまで中継器のバッファから出力できず、リアルタイム性を大きく損なってしまうという課題があった。そこで、本発明はこのような課題を解決する手段を提供することを目的とする。

本発明の態様に係わる中継器は、通信パケットを優先度順に伝送するための優先度情報を有する前記通信パケットに対して、前記優先度情報に対応する専用の通信時間帯を通信サイクルに含む通信方式を用いて、前記通信パケットを中継する中継器であって、入力された前記通信パケットから前記通信パケットの前記優先度情報を抽出し、前記優先度情報に対応する、出力バッファ部のバッファ部に前記通信パケットを出力するスイッチ処理部を含み、前記スイッチ処理部は、最高の優先度情報を有する前記通信パケットを前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯の終了時刻から遡った制限時間内に受信した場合には、前記通信パケットの前記最高の優先度情報に対応する、出力バッファ部の優先用バッファ部に出力し、前記通信パケットの前記優先度情報を次の優先度の優先度情報に下げ、前記通信パケットを前記下げられた優先度情報に対応する、前記出力バッファ部のバッファ部にも出力することが好ましい。

前記制限時間は、最高の優先度情報を有する通信パケットが自中継器から送信宛の通信端末に転送されるまでの時間であることが好ましい。

前記下げられた優先度情報に対応する、前記出力バッファ部のバッファ部は通常用バッファ部であり、前記通常用バッファ部には、優先度情報が書き換えられていない前記通常用バッファ部の優先度情報に対応する通信パケットも格納されることが好ましい。

前記スイッチ処理部は、前記優先用バッファ部に格納された前記最高の優先度情報を有する通信パケットを送信し、前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に当該通信パケットが送信完了した場合には、前記通常用バッファ部に格納された前記優先度情報が書き換えられた通信パケットを削除することが好ましい。

前記スイッチ処理部は、前記優先用バッファ部に格納された前記最高の優先度情報を有する通信パケットの送信が前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に完了しない場合には、前記通常用バッファ部に格納された前記優先度情報が書き換えられた通信パケットを送信し、前記優先用バッファ部に格納された前記最高の優先度情報を有する通信パケットを削除することが好ましい。

前記スイッチ処理部は、１通信サイクルの終了時に、優先度情報が書き換えられた通信パケットが、書き換えられた優先度情報に対応する、前記出力バッファ部のバッファ部に存在する場合には、当該通信パケットの優先度情報を書き換えられる前の優先度情報に戻し、当該通信パケットを書き換えられる前の優先度情報に対応する、前記出力バッファ部のバッファ部に移動させることが好ましい。

前記スイッチ処理部は、１通信サイクルの開始時に、前記優先用バッファ部に格納された最高の優先度情報を有する通信パケットが存在する場合には、当該最高の優先度情報を有する通信パケットを、前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に送信することが好ましい。

前記通信方式は、最も優先度が高い通信パケットを伝送するための高優先度通信時間帯およびその他の優先度を有する通信パケットを伝送するための通信時間帯を前記通信サイクルに有し、前記高優先度通信時間帯は各通信サイクルの先頭に位置することが好ましい。

本発明の他の態様に係わる通信システムは、少なくとも一つ以上の前記中継器と、前記中継器に直接的または間接的に接続される、前記通信パケットを送受信する少なくとも一つ以上の通信端末を含むことが好ましい。

本発明によれば、高優先度に設定した通信パケットが、伝搬遅延により高優先度通信専用時間内に送れなくなった場合には、中継器で優先度を一段下げることで、遅延を最小限にし、高優先度通信専用時間帯の通信資源を効率的に使用することが可能となる。

本実施形態に係わる通信システムのネットワークの構成の一例を示す図である。 本実施形態に係わる通信システムの通信サイクルの一例を示す図である。 本実施形態に係わる通信システムに含まれる中継器の一例を示すブロック図である。 （ａ）本実施形態に係わる優先度の切り替え処理時間を説明するための模式図である。（ｂ）本実施形態に係わる制限時間を説明するための模式図である。（ｃ）本実施形態に係わる制限時間の演算方法を説明するための模式図である。 実施形態に係わる中継器の一部の動作例を示すフローチャートである。 実施形態に係わる中継器の一部の動作例を示すフローチャートである。 （ａ）実施形態に係わる中継器の一部の動作例を説明する模式図である。（ｂ）実施形態に係わる中継器の一部の動作例を説明する模式図である。（ｃ）実施形態に係わる中継器の一部の動作例を説明する模式図である。 本実施形態に係わる優先番号の変更履歴の検出を説明する模式図である。 本実施形態に係わる通信システムの動作の一例を説明する図である。 本実施形態の中継器の機能を有する電子機器を含む車載ネットワークの一例を示す図である。

（通信システムおよび通信サイクルの概要）
図１に本実施形態に係る通信システム１０００の一例を図示する。通信システム１０００には、通信端末１～Ｎ＋１（Ｎは１以上の自然数）と、通信端末１～Ｎ＋１間で送受信される通信パケットを中継する中継器Ｃ１００、中継器Ｃ２００および中継器Ｃ３００が含まれる。図１では、中継器が３台開示されているが１台以上であれば任意の数の中継器が配置されてよい。なお、通信パケットは有線または無線で伝送されることが可能である。

図２に通信システム１０００において送受信される通信パケットの送受信サイクルの一例を図示する。各通信サイクルは、通信パケットが送受信されるべき優先度に基づいて通信期間が区分されている。すなわち、通信システム１０００において送受信される通信パケットには、通信パケットが送受信されるべき優先度を示す優先度情報がヘッダー等の情報として含まれ、優先度情報に基づいて送受信サイクルが構成される。図２の通信システム１０００では、ＶＬＡＮプライオリティ番号（ＰＣＰ（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ））で優先度情報を定めた例を示している。

優先度情報の一例として、ＶＬＡＮプライオリティ番号としてプライオリティ０～７が設定され、プライオリティ７が最も優先度が高く、番号の降順に優先度が低くなり、プライオリティ０が最も優先度が低い構成を示す。各通信サイクルの先頭には、優先度情報としてプライオリティ７を有する通信パケットだけが送受信される専用の通信時間帯ｔ１およびｔ３が設けられる。すなわち、通信サイクルＮの先頭には専用の通信時間帯ｔ１が設けられ、通信サイクルＮ＋１の先頭には専用の通信時間帯ｔ３が設けられる。なお、通信時間帯ｔ１およびｔ３を高優先度通信専用時間帯と称する場合がある。

また、各通信サイクルには、優先度情報としてプライオリティ６～０を有する通信パケットだけが送受信される専用の通信時間帯ｔ２およびｔ４が設けられる。通信サイクルＮには専用の通信時間帯ｔ２が設けられ、通信サイクルＮ＋１には専用の通信時間帯ｔ４が設けられる。図２においては、通信時間帯ｔ２およびｔ４は１区分として示されているが、プライオリティ６～０のそれぞれに対応する時間帯がさらに細かく区分されて設けられていてもよい。さらに、複数のプライオリティをまとめて専用の時間帯が設けられていてもよい。例えば、プライオリティ６～４の通常の優先度に対応する専用の時間帯と、プライオリティ３～０の低優先度に対応する専用の時間帯とを設ける構成とすることも可能である。

本実施形態に係る通信システム１０００によれば、高優先度に設定した通信パケットが、伝搬遅延により高優先度通信専用時間内に送れなくなった場合には、中継器で優先度を一段下げることで、遅延を最小限にすることが可能になる。以下に詳細を説明する。

（実施形態に係る中継器の構成例）
図３は、実施形態に係るスイッチングＨＵＢやルータ、ゲートウェイ等の中継器Ｃ１００の構成イメージをブロック図で示したものである。なお、中継器Ｃ２００および中継器Ｃ３００も中継器Ｃ１００と同一の構成を有する。

中継器Ｃ１００は入力ポート部Ｃ１１１、入力バッファ部Ｃ１２０、スイッチ処理部Ｃ１３０、出力バッファ部Ｃ１４０、タイマー部Ｃ１５０および出力ポート部Ｃ１１２を含んで構成される。なお、ネットワークの使用状況や中継器の処理の状況により、中継器Ｃ１００では即座にスイッチ処理やネットワークへの通信パケットの出力ができないこともあるため、中継器Ｃ１００内に入出力用にバッファを持つ構成としている。さらに、出力バッファ部Ｃ１４０については、1つの出力ポート部Ｃ１１２に対して複数のバッファを持ち、バッファからの出力順を調整することで、通信パケットの優先制御を行う構成としている。なお、本実施形態に係るスイッチ処理部Ｃ１３０および出力バッファ部Ｃ１４０は、高優先度通信専用時間内に送信できなくなった通信パケットがある場合には、通信パケットの優先度を一段下げることで、通信遅延を最小限にする機能を有する。詳細については後述する。

入力ポート部Ｃ１１１には前段の通信端末や中継器等の電子機器から送信される通信パケットが随時入力される。

入力バッファ部Ｃ１２０には、入力ポート部Ｃ１１１に入力された通信パケットが中継器Ｃ１００の後段の処理が実行されるまでバッファリングされる。

スイッチ処理部Ｃ１３０は、入力バッファ部Ｃ１２０にバッファリングされた通信パケットの宛先アドレスを抽出し、当該宛先アドレスを有する端末に対する接続先である出力ポート部Ｃ１１２に対応する出力バッファ部Ｃ１４０に通信パケットを出力する。

この場合に、スイッチ処理部Ｃ１３０は通信パケットのＶＬＡＮプライオリティ番号も抽出し、ＶＬＡＮプライオリティ番号に対応した出力バッファ部Ｃ１４０のバッファに当該通信パケットを出力する。

従来技術の方法では、スイッチ処理部Ｃ１３０は、ＶＬＡＮプライオリティ番号７で示される高優先度通信専用時間の終了後に、ＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットの優先番号の切り替え処理を実行していた。しかし、優先番号の切り替え処理時間ＣＴの終了後に通信パケットの送信処理が開始されるために、通信パケットの送信処理が遅れてしまうという課題があった。図４（ａ）に通信パケットの送信処理が遅れてしまうことを説明する模式図を示す。図４（ａ）において、優先番号の切り替え処理時間ＣＴがなければ、タイミングのｔ１から通信パケットの送信処理を開始できるが、優先番号の切り替え処理時間ＣＴがあるために、タイミングのｔ２から通信パケットの送信処理が開始される。すなわち、高優先度通信専用時間の終了後の優先番号の切り替え処理時間ＣＴの経過後に、優先番号が切り替えられた通信パケットの送信が開始される。そこで、本実施形態では、以下に説明する制限時間ＬＴを用いる構成を採用する。

上述したように、本実施形態では、スイッチ処理部Ｃ１３０は、高優先度通信専用時間において制限時間ＬＴを演算する。制限時間ＬＴは、高優先度通信専用時間内の時間であるが、高優先度通信専用時間の終了時刻から一定の範囲の時間帯である。例えば、制限時間ＬＴは、高優先度通信専用時間内で通信パケットの通信が完了しない可能性がある時間帯をあらわす。一例として、図４（ｂ）に、Ｎ番目の通信サイクルＮ、制限時間ＬＴ、高優先度通信専用時間等の関係を示す。高優先度通信専用時間は、ＶＬＡＮプライオリティ番号７で示される時間帯であり、制限時間ＬＴは高優先度通信専用時間の終了時刻から一定の範囲の時間帯となっている。なお、制限時間ＬＴが終了するとＶＬＡＮプライオリティ番号６から０で示される通信パケットを送信できる時間帯となる。

図４（ｃ）に、制限時間ＬＴの演算方法の一例を示す。ＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットが通信端末Ｎから中継器Ｃ１００、中継器Ｃ２００および中継器Ｃ３００を介して通信端末Ｎ＋１に送信され場合の制限時間ＬＴの演算方法の一例である。通信端末Ｎと中継器Ｃ１００の間、中継器Ｃ１００と中継器Ｃ２００の間、中継器Ｃ２００と中継器Ｃ３００の間、および、中継器Ｃ３００と通信端末Ｎ＋１との間の回線速度は同一であるとする。また、中継器Ｃ１００、中継器Ｃ２００および中継器Ｃ３００における通信パケットの転送時間は同一または異なる時間であるものとする。ＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットのサイズを回線速度で除算した時間が装置間の転送時間となるので、制限時間ＬＴは以下の式（１）であらわされる。
制限時間ＬＴ＝（通信パケットサイズ／回線速度）×（経由する中継器の台数＋１）＋（経由する各中継器の転送時間の合計）－－－（１）

例えば、転送する通信パケットのサイズが１００［ｂｙｔｅ］、回線速度が１００［Ｍｂｐｓ］、経由する中継器が３台あり、各中継器の転送時間が１．０［マイクロ秒］の場合に式（１）から制限時間ＬＴを演算する。この場合には、制限時間ＬＴ＝（１００［ｂｙｔｅ］／１００×１０^６×８［ｂｙｔｅ／ｓｅｃ］）×（３＋１）＋１．０×１０^－６×３＝３．５［マイクロ秒］となる。なお、上記数値は通信端末Ｎにおける制限時間ＬＴであって、中継器１００、中継器２００および中継器３００における制限時間ＬＴは異なる。例えば、中継器２００の制限時間ＬＴは、（１００［ｂｙｔｅ］／１００×１０^６×８［ｂｙｔｅ／ｓｅｃ］）×（１＋１）＋１．０×１０^－６×２＝２．２５［マイクロ秒］となる。このように、各中継器は、自中継器における制限時間ＬＴを演算することが可能になる。

スイッチ処理部Ｃ１３０は、ＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットを転送する場合に、制限時間ＬＴ以内の時間帯である場合には、当該通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１に格納するとともに、ＶＬＡＮプライオリティ番号を１つ下げる。そして、ＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に１つ下げた通信パケットを通常用バッファ部Ｃ１４２に格納する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、優先用バッファ部Ｃ１４１からＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットを通信し、通信が失敗した場合は通常用バッファ部Ｃ１４２からＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に１つ下げた通信パケットを通信する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、いずれかの通信が成功したら、通信に成功していない優先用バッファ部Ｃ１４１または通常用バッファ部Ｃ１４２に格納されている通信パケットを削除する。

出力バッファ部Ｃ１４０には、一例として、優先用バッファ部Ｃ１４１、通常用バッファ部Ｃ１４２、低速用バッファ部Ｃ１４３が含まれる。優先用バッファ部Ｃ１４１は、ＶＬＡＮプライオリティ番号の優先度が最も高い通信パケットが格納されるバッファ部である。

例えば、ＶＬＡＮプライオリティ番号が７である通信パケットが、最も高い通信優先度を有する場合にはＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットは優先用バッファ部Ｃ１４１に記憶される。通常用バッファ部Ｃ１４２および低速用バッファ部Ｃ１４３に格納される通信パケットは、その他のＶＬＡＮプライオリティ番号に対応する。例えば、ＶＬＡＮプライオリティ番号７から降順に通信優先度が下がる場合には、通常用バッファ部Ｃ１４２はＶＬＡＮプライオリティ番号６～４の通信パケットを格納するバッファとして機能する。また、低速用バッファ部Ｃ１４３はＶＬＡＮプライオリティ番号３～０の通信パケットを格納するバッファとして機能するが、これに限定されるわけではない。

このように、スイッチ処理部Ｃ１３０は、ＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットを検出した場合には、当該通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１に出力する。

出力バッファ部Ｃ１４０は、通信フレームの各サイクルの先頭にある高優先度通信専用時間帯に優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されている通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。また、出力バッファ部Ｃ１４０は、各サイクルの高優先度通信専用時間帯以外の時間帯に、通常用バッファ部Ｃ１４２および低速用バッファ部Ｃ１４３に格納されている通信パケットを優先度順に出力ポート部Ｃ１１２に出力する。

例えば、通常用バッファ部Ｃ１４２にＶＬＡＮプライオリティ番号６～４の通信パケットがある場合には、最初に、通常用バッファ部Ｃ１４２はＶＬＡＮプライオリティ番号６の通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。次に、通常用バッファ部Ｃ１４２は、ＶＬＡＮプライオリティ番号５の通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力し、その次にＶＬＡＮプライオリティ番号４の通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。

また、例えば、低速用バッファ部Ｃ１４３にＶＬＡＮプライオリティ番号３～０の通信パケットがある場合には、最初に、低速用バッファ部Ｃ１４３はＶＬＡＮプライオリティ番号３の通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。次に、低速用バッファ部Ｃ１４３は、ＶＬＡＮプライオリティ番号２の通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力し、その次にＶＬＡＮプライオリティ番号１の通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。最後に、低速用バッファ部Ｃ１４３はＶＬＡＮプライオリティ番号０の通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。

さらに、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されている通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力した場合に、高優先度通信専用時間帯に当該通信パケットを中継器Ｃ１００から出力できない場合がある。このような場合に、従来では、当該通信パケットは次のサイクルの高優先度通信専用時間帯まで通信を待つ必要があった。しかし、本実施形態では、一例として、スイッチ処理部Ｃ１３０が、当該通信パケットのＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に引き下げて、同じサイクルの高優先度通信専用時間帯以外の時間帯に当該通信パケットを出力するように機能する。スイッチ処理部Ｃ１３０の当該機能によって、当初、ＶＬＡＮプライオリティ番号７の高優先度を有していた通信パケットの通信遅延を低減することが可能になる。なお、ＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に引き下げられた通信パケットが伝送される高優先度通信専用時間帯以外の時間帯は、ＶＬＡＮプライオリティ番号６に対応する時間帯である。また、スイッチ処理部Ｃ１３０は、ＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に引き下げられた通信パケットを、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納された状態から通常用バッファ部Ｃ１４２に移動させる。

さらに、ＶＬＡＮプライオリティ番号は７から６に引き下げる場合に限定されるわけではない。例えば、スイッチ処理部Ｃ１３０は、高優先度通信専用時間帯に送信できないＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットを通常用バッファ部Ｃ１４２または低速用バッファ部Ｃ１４３に設定されているＶＬＡＮプライオリティ番号を抽出する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、抽出されたＶＬＡＮプライオリティ番号の中で最も高い優先度のＶＬＡＮプライオリティ番号に書き換えて、優先用バッファ部Ｃ１４１から通常用バッファ部Ｃ１４２に移動させる。

さらに、本実施形態では、ＶＬＡＮプライオリティ番号が７から６に引き下げられた通信パケットが、複数の中継器を経由する間に、他の通信などの影響によって、同一の通信サイクル内で通常用バッファ部Ｃ１４２に残ってしまう場合が想定される。通常用バッファ部Ｃ１４２に当該通信パケットが残ってしまうと、次の通信サイクルの高優先度通信専用時間帯の次の時間帯で送信されることが想定されるために、リアルタイム性が損なわれる場合が発生する。そこで、本実施形態では、通信サイクルの終了時に通常用バッファ部Ｃ１４２にＶＬＡＮプライオリティ番号が７から６に引き下げられた通信パケットが残ってしまう場合に、ＶＬＡＮプライオリティ番号を６から７に戻す構成とした。さらに、本実施形態では、ＶＬＡＮプライオリティ番号を６から７に戻した通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１に格納する構成とし、次の通信サイクルの高優先度通信専用時間帯に送信される構成にした。

タイマー部Ｃ１５０は、他の中継器および通信端末と同期を取る機能を有する。したがって、通信サイクルの開始時刻および終了時刻、ならびに、高優先度通信専用時間帯の開始時刻および終了時刻等の時刻は各中継器および通信端末において同期している。

（実施形態に係る中継器の動作のフローチャート）
次に、図５および図６を参照して、実施形態に係る中継器Ｃ１００の動作のフローチャートの一例を示す。中継器Ｃ１００における図５および図６の処理手順は、中継器Ｃ１００が有するコンピュータのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納されたプログラムにしたがいＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が実行する。

なお、以下の処理手順の一部または全部は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実行させられる。但し本実施例では、ＲＯＭのプログラムにしたがってＣＰＵが実行する形態とした場合について説明する。

図５は入力バッファ部Ｃ１２０の動作のフローチャートの一例であり、図６はスイッチ処理部Ｃ１３０および出力バッファ部Ｃ１４０の動作のフローチャートの一例である。図５および図６の動作は非同期で動作することができるが、同期して動作することも可能である。

最初に、図５の入力バッファ部Ｃ１２０の動作のフローチャートの一例について説明する。

ステップＳ５１０において、入力バッファ部Ｃ１２０は入力ポート部Ｃ１１１に通信パケットが入力されたか否かを判定する。入力ポート部Ｃ１１１に通信パケットが入力された場合（ステップＳ５１０：ＹＥＳ）には、入力バッファ部Ｃ１２０はステップＳ５２０に進む。入力ポート部Ｃ１１１に通信パケットが入力されていない場合（ステップＳ５１０：ＮＯ）には、入力バッファ部Ｃ１２０はステップＳ５１０を繰り返す。

ステップＳ５２０において、入力バッファ部Ｃ１２０は入力ポート部Ｃ１１１に入力された通信パケットを入力バッファ部Ｃ１２０に記憶する。入力バッファ部Ｃ１２０はＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ、 Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）タイプのバッファであるが、これに限定されるわけではない。次に、入力バッファ部Ｃ１２０はステップＳ５１０に戻り、処理を継続する。

次に、図６のスイッチ処理部Ｃ１３０および出力バッファ部Ｃ１４０の動作のフローチャートの一例について説明する。図６のフローチャートは、１通信サイクルの間の処理を示し、１通信サイクルの開始時点からの動作を示している。

中継器Ｃ１００における図６の処理手順は、中継器Ｃ１００が有するコンピュータのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納されたプログラムにしたがいＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が実行する。

なお、以下の処理手順の一部または全部は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実行できる。但し本実施例では、ＲＯＭのプログラムにしたがってＣＰＵが実行する形態とした場合について説明する。

ステップＳ６０１において、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先用バッファ部Ｃ１４１に前のサイクルにおいて記憶された通信パケットが存在するか否かを判定する。優先用バッファ部Ｃ１４１に前のサイクルの通信パケットが存在する場合（ステップＳ６０１：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０４に進む。優先用バッファ部Ｃ１４１に前のサイクルの通信パケットが存在しない場合（ステップＳ６０１：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０２に進む。なお、中継器Ｃ１００が通信システム１０００の初段に位置する場合には、サイクルの開始時に優先用バッファ部Ｃ１４１に通信パケットが残っていることは想定していない。詳細については後述する。

ステップＳ６０２において、スイッチ処理部Ｃ１３０は入力バッファ部Ｃ１２０に通信パケットが記憶されたか否かを判定する。入力バッファ部Ｃ１２０に通信パケットが記憶された場合（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０４に進む。入力バッファ部Ｃ１２０に通信パケットが記憶されていない場合（ステップＳ６０２：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０３において、スイッチ処理部Ｃ１３０はタイマー部Ｃ１５０を参照して、通信パケットを送信するための１サイクルが終了したか否かを判定する。ＴＳＮでは通信システム１０００のすべての中継器で同期が取れているので、各中継器で通信パケットを送信するための１サイクルの開始時刻と終了時刻を認識することが可能になっている。通信パケットを送信するための１サイクルが終了した場合（ステップＳ６０３：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０は処理を終了する。通信パケットを送信するための１サイクルが終了していない場合（ステップＳ６０３：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０２に戻り、通信パケットの入力を待機する。

ステップＳ６０４において、スイッチ処理部Ｃ１３０は高優先度通信専用時間か否かを判定する。高優先度通信専用時間に送信できる通信パケットは最高優先番号を有する通信パケットであるため、ステップＳ６０４からステップＳ６０５の処理に進む通信パケットは最高優先番号を有する通信パケットである。通信パケットが高優先度通信専用時間の中にある場合（ステップＳ６０４：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０５に進む。高優先度通信専用時間ではない通信パケットである場合（ステップＳ６０４：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１８に進む。

ステップＳ６０５において、スイッチ処理部Ｃ１３０はタイマー部Ｃ１５０を参照して、高優先度通信専用時間の中の制限時間内であるか否かを判定する。制限時間内である場合（ステップＳ６０５：ＹＥＳ）には、通信パケットの通信処理に余裕がないためにスイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０６に進む。制限時間内ではない場合（ステップＳ６０５：ＮＯ）には、通信パケットの通信処理に余裕があるためにスイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１５に進む。

ステップＳ６０６において、スイッチ処理部Ｃ１３０は通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１に格納する。制限時間内であっても、優先用バッファ部Ｃ１４１から出力された通信パケットが高優先度通信専用時間の間に通信が完了する場合があるので、スイッチ処理部Ｃ１３０は通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１に格納する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０７に進む。

ステップＳ６０７において、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先用バッファ部Ｃ１４１に格納した通信パケットのコピーを作成する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０８に進む。

ステップＳ６０８において、スイッチ処理部Ｃ１３０はコピーされた通信パケットの優先番号の書き換えを実施する。例えば、スイッチ処理部Ｃ１３０はＶＬＡＮプライオリティ番号を最高優先度から次の優先度に書き換える。優先番号の書き換え処理の一例の詳細については、図８等を参照して後述する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０９に進む。

ステップＳ６０９において、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先番号が書き換えられた通信パケットを通常用バッファ部Ｃ１４２に格納する。優先用バッファ部Ｃ１４１から出力された通信パケットが高優先度通信専用時間の間に通信が完了しない場合に、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先番号が書き換えられた通信パケットを通常用バッファ部Ｃ１４２から出力する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１０に進む。

ステップＳ６１０において、制限時間内であっても通信が完了する場合があるので、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先用バッファ部Ｃ１４１に格納した通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１１に進む。

ステップＳ６１１において、ステップＳ６１０で出力された通信パケットが高優先度通信専用時間の間に通信が完了したか否かを判定する。高優先度通信専用時間の間に通信パケットの通信が完了した場合（ステップＳ６１１：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１２に進む。高優先度通信専用時間の間に通信パケットの通信が完了しない場合（ステップＳ６１１：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１３に進む。

ステップＳ６１２において、高優先度通信専用時間の間に最高優先度の通信パケットの通信が完了しているので、スイッチ処理部Ｃ１３０は当該通信パケットの優先度を書き換えた通常用バッファ部Ｃ１４２に格納されている通信パケットを削除する。これによって、スイッチ処理部Ｃ１３０は同一のデータを有する通信パケットが二重に送信されることを防止する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０１に戻る。

ステップＳ６１３において、高優先度通信専用時間の間に最高優先度の通信パケットの通信が完了しなかったので、スイッチ処理部Ｃ１３０は当該通信パケットの優先度を書き換えた通常用バッファ部Ｃ１４２に格納されている通信パケットを出力する。この場合には、出力された通信パケットが通常用バッファ部Ｃ１４２に対応する時間帯の間に通信が完了する場合と、通信が完了しない場合があるが、いずれの場合にも、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１４に進む。

ステップＳ６１４において、ステップＳ６１３にて出力された通信パケットの通信完了の成否に関わらず、スイッチ処理部Ｃ１３０は当該通信パケットの優先度を書き換える前の最高優先度の優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されている通信パケットを削除する。これによって、スイッチ処理部Ｃ１３０は同一のデータを有する通信パケットが二重に送信されることを防止する。ステップＳ６１３にて出力された通信パケットの通信が完了していない場合には、後述するステップＳ６２２からステップＳ６２４において、当該通信パケットは通常用バッファ部Ｃ１４２から優先用バッファ部Ｃ１４１に格納される。したがって、ステップＳ６１４において、ステップＳ６１３にて出力された通信パケットの通信が完了していない場合にも、優先度を書き換える前の最高優先度の優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されている通信パケットを削除する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０１に戻る。

ステップＳ６１５において、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先用バッファ部Ｃ１４１に前のサイクルにおいて記憶された通信パケットが存在するか否かを判定する。優先用バッファ部Ｃ１４１に前のサイクルの通信パケットが存在する場合（ステップＳ６１５：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１７に進む。優先用バッファ部Ｃ１４１に前のサイクルの通信パケットが存在しない場合（ステップＳ６１５：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１６に進む。

ステップＳ６１６において、スイッチ処理部Ｃ１３０は最高優先度のＶＬＡＮプライオリティ番号を有する通信パケットを入力バッファ部Ｃ１２０から優先用バッファ部Ｃ１４１に格納する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１７に進む。

ステップＳ６１７において、スイッチ処理部Ｃ１３０は最高優先度のＶＬＡＮプライオリティ番号を有する通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１から出力ポート部Ｃ１１２に出力する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０１に戻る。

ステップＳ６１８において、スイッチ処理部Ｃ１３０は入力バッファ部Ｃ１２０から抽出した通信パケットのＶＬＡＮプライオリティ番号を抽出する。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６１９に進む。

ステップＳ６１９において、スイッチ処理部Ｃ１３０は最高優先度ではないＶＬＡＮプライオリティ番号を有する通信パケットを通常用バッファ部Ｃ１４２または低速用バッファ部Ｃ１４３に格納する。例えば、ＶＬＡＮプライオリティ番号７から降順に通信優先度が下がる場合には、通常用バッファ部Ｃ１４２はＶＬＡＮプライオリティ番号６～４に対応し、低速用バッファ部Ｃ１４３はＶＬＡＮプライオリティ番号３～０に対応する。しかし、通常用バッファ部Ｃ１４２または低速用バッファ部Ｃ１４３とＶＬＡＮプライオリティ番号との関係はこれに限定されるわけではない。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６２０に進み、処理を継続する。

ステップＳ６２０において、スイッチ処理部Ｃ１３０は、通常用バッファ部Ｃ１４２または低速用バッファ部Ｃ１４３から通信パケットを出力ポート部Ｃ１１２に出力する。一例として、通常用バッファ部Ｃ１４２から通信パケットを出力できる時間帯と、低速用バッファ部Ｃ１４３から通信パケットを出力できる時間帯とが異なる場合がある。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６２１に進む。

ステップＳ６２１において、スイッチ処理部Ｃ１３０は、現在の通信サイクルが終了したか否かを判定する。現在の通信サイクルが終了した場合（ステップＳ６２１：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６２２に進み、通信パケットの優先番号の書き換えをチェックする。現在の通信サイクルが終了していない場合（ステップＳ６２１：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６０２に進み、処理を継続する。

ステップＳ６２２において、スイッチ処理部Ｃ１３０は、通常用バッファ部Ｃ１４２または低速用バッファ部Ｃ１４３に通信パケットが送信されずに残っている場合に、当該通信パケットの優先番号の書き換えの変更履歴が有るか否かを判定する。通信パケットの優先番号の書き換えの変更履歴が有る場合（ステップＳ６２２：ＹＥＳ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６２３に進む。通信パケットの優先番号の書き換えの変更履歴が無い場合（ステップＳ６２２：ＮＯ）には、スイッチ処理部Ｃ１３０は現在の通信サイクルの処理を終了し、次の通信サイクルの処理を開始する。

ステップＳ６２３において、スイッチ処理部Ｃ１３０は、優先番号の書き換えの変更履歴が有る通信パケットの優先番号を元の優先番号に書き換える。一例として、優先番号が７から６に書き換えられた通信パケットが通常用バッファ部Ｃ１４２または低速用バッファ部Ｃ１４３に有る場合には、スイッチ処理部Ｃ１３０は、当該通信パケットの優先番号を６から７に書き換える。次に、スイッチ処理部Ｃ１３０はステップＳ６２４に進む。

ステップＳ６２４において、スイッチ処理部Ｃ１３０は、ステップＳ６２３において優先番号が書き換えられた通信パケットを、書き換えられた優先番号に対応する出力バッファ部Ｃ１４０に移動させて、格納する。一例として、ステップＳ６２３において優先番号が６から７に書き換えられた通常用バッファ部Ｃ１４２に格納されていた通信パケットを、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先用バッファ部Ｃ１４１に移動させて、格納する。このように、スイッチ処理部Ｃ１３０は、高優先度通信専用時間で伝送されていた通信パケットが高優先度通信専用時間の時間内で送信できずに優先番号が下がった場合に、次のサイクルにおいて優先的に高優先度通信専用時間で送信されるようにする。

図７（ａ）は、図６のステップＳ６０６からステップＳ６０９の動作を説明するための模式図の一例である。ステップＳ６０６において、スイッチ処理部Ｃ１３０は通信パケットＰ８１を優先用バッファ部Ｃ１４１に格納する。ステップＳ６０７において、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先用バッファ部Ｃ１４１に格納した通信パケットＰ８１のコピーをスイッチ処理部Ｃ１３０に作成する。ステップＳ６０８において、スイッチ処理部Ｃ１３０はコピーされた通信パケットの優先番号の書き換えを実施する。例えば、図７（ａ）においては、スイッチ処理部Ｃ１３０はＶＬＡＮプライオリティ番号を最高優先度の７から次の優先度の６に書き換える。ステップＳ６０９において、スイッチ処理部Ｃ１３０は優先番号が書き換えられた通信パケットを通常用バッファ部Ｃ１４２に格納する。

図７（ｂ）は、図６のステップＳ６１２の動作を説明するための模式図の一例である。ステップＳ６１２において、高優先度通信専用時間の間に最高優先度の通信パケットの通信が完了しているので、スイッチ処理部Ｃ１３０は当該通信パケットの優先度を書き換えた通常用バッファ部Ｃ１４２に格納されている通信パケットを削除する。図７（ｂ）では、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納した優先度が７の通信パケットＰ８１の通信が成功すると、送信完了の割り込み通知が、出力バッファ部Ｃ１４０からスイッチ処理部Ｃ１３０に伝送される。送信完了の割り込み通知を受信したスイッチ処理部Ｃ１３０は、当該通信パケットの優先度が７から６に書き換えられた通常用バッファ部Ｃ１４２に格納されている通信パケットを削除する命令を通常用バッファ部Ｃ１４２に伝送する。通常用バッファ部Ｃ１４２は、優先度が７から６に書き換えられた通信パケットを削除する。これによって、スイッチ処理部Ｃ１３０は同一のデータを有する通信パケットが二重に送信されることを防止する。

図７（ｃ）は、図６のステップＳ６１４の動作の一部を説明するための模式図の一例である。ステップＳ６１４では以下の処理を実行する。すなわち、高優先度通信専用時間の次の時間帯に通信パケットの通信が完了しているか否かに関わらず、スイッチ処理部Ｃ１３０は当該通信パケットの優先度を書き換える前の最高優先度の優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されている通信パケットを削除する。図７（ｃ）では、高優先度通信専用時間の次の時間帯に通信パケットの通信が完了した場合について説明する。通常用バッファ部Ｃ１４２に格納した優先度が６の通信パケットＰ８１の通信が成功すると、送信完了の割り込み通知が、出力バッファ部Ｃ１４０からスイッチ処理部Ｃ１３０に伝送される。送信完了の割り込み通知を受信したスイッチ処理部Ｃ１３０は、当該通信パケットの優先度が書き換えられる前の優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されている通信パケットを削除する命令を優先用バッファ部Ｃ１４１に伝送する。優先用バッファ部Ｃ１４１は、優先度が６に書き換えられ前の優先度が７の通信パケットを削除する。これによって、スイッチ処理部Ｃ１３０は同一のデータを有する通信パケットが二重に送信されることを防止する。なお、高優先度通信専用時間の次の時間帯に通信パケットの通信が完了しない場合には、送信未完了の割り込み通知が発生する。送信未完了の割り込み通知を受信したスイッチ処理部Ｃ１３０は、当該通信パケットの優先度が書き換えられる前の優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されている通信パケットを削除する命令を優先用バッファ部Ｃ１４１に伝送する。ステップＳ６１３にて出力された通信パケットの通信が完了していない場合には、前述したステップＳ６２２からステップＳ６２４において、当該通信パケットは通常用バッファ部Ｃ１４２から優先用バッファ部Ｃ１４１に格納される。したがって、次の通信サイクルにおいて、高優先度通信専用時間に優先的に当該通信パケットが送信される。

図８は、通信パケット内に元の優先度情報を格納する方法の一例を示し、ＭＡＣ-in-ＭＡＣ（IEEE802.1ah）で通信フレームのカプセル化を行う手法を利用する例である。図８の通信フレームのカプセル化によって、通信パケットの優先度情報の書き換えの有無および元の優先度情報の判定をスイッチ処理部Ｃ１３０が行うことが可能になる。しかし、優先度情報の書き換えの有無および元の優先度情報の判定処理は、通信フレームのカプセル化に限定されるわけではない。

図８において、通信パケットの優先度情報を７から６に引き下げた場合の通信フレームの構成例を示す。優先度情報の書き換えは、元の優先度情報が格納されているヘッダーでは行わず、新たに優先度情報が格納されるヘッダーを追加する。新たな優先度情報が格納されるヘッダーの前には、元の通信フレームの宛先アドレスと送信先アドレスが書き込まれ、カプセル化が実行される。通信パケットの優先度は新たな優先度情報が格納されているヘッダーで判定される。また、優先度の変更履歴の有無は、新たな優先度情報が格納されているヘッダーの次の宛先アドレスの有無によって判定される。新たな優先度情報が格納されているヘッダーの次に宛先アドレスが存在する場合には、宛先アドレスの隣の送信先アドレスの隣の優先度情報が格納されているヘッダーの優先度情報によって、通信パケットの元の優先度が判定される。

以上のように、本実施形態の構成によれば、高優先度通信専用時間内の制限時間になった場合には、スイッチ処理部Ｃ１３０は、当該通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１に格納するとともに、ＶＬＡＮプライオリティ番号を１つ下げる。そして、スイッチ処理部Ｃ１３０は、ＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に１つ下げた通信パケットを通常用バッファ部Ｃ１４２に格納する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、優先用バッファ部Ｃ１４１からＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットを通信し、通信が失敗した場合は通常用バッファ部Ｃ１４２からＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に１つ下げた通信パケットを通信する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、いずれかの通信が成功したら、通信に成功していない優先用バッファ部Ｃ１４１または通常用バッファ部Ｃ１４２に格納されている通信パケットを削除する。また、通常用バッファ部Ｃ１４２からの通信が失敗した場合にも、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納されているＶＬＡＮプライオリティ番号が書き換えられる前の通信パケットを削除する。これによって、スイッチ処理部Ｃ１３０は同一のデータを有する通信パケットが二重に送信されることを防止する。また、スイッチ処理部Ｃ１３０は高優先度通信専用時間が終了する前に、上記処理を実行するために、ＶＬＡＮプライオリティ番号の書き換え処理等による遅延が発生しないので、リアルタイム性を改善することが可能になる。

また、優先順位が書き換えられた通信パケットが現在のサイクル内で送信できない場合は、次の通信サイクルの高優先度通信専用時間の後の時間帯に送信されることになるので、リアルタイム性が損なわれてしまう。そこで、上記実施形態によれば、優先順位が書き換えられた通信パケットの優先順位を元の優先順位に書き換え、元の優先順位が例えば最高順位であれば、通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１に移動させて、格納する。したがって、次の通信サイクルで、当該通信パケットは高優先度通信専用時間において優先的に送信されることが可能になる。

図９は、通信端末Ｎから通信端末Ｎ＋１にＶＬＡＮプライオリティ番号７の通信パケットを送信する場合の本実施形態の動作を上位概念化した図である。

通信端末ＮからＶＬＡＮプライオリティ番号７を有する通信パケットＰ１ｓが中継器Ｃ１００に送信される。通信パケットＰ１ｓを受信した中継器Ｃ１００は通信パケットＰ１ｓを高優先度通信専用時間帯に送信可能であるので、通信パケットＰ１ｓを通信パケットＰ１ｓ’として中継器Ｃ２００に送信する。通信パケットＰ１ｓ’を受信した中継器Ｃ２００は通信パケットＰ１ｓ’を高優先度通信専用時間帯に送信可能であるので、通信パケットＰ１ｓ’を通信パケットＰ１ｓ’’として中継器Ｃ３００に送信する。

通信パケットＰ１ｓ’’を受信した中継器Ｃ３００は通信パケットＰ１ｓ’’を高優先度通信専用時間帯に送信することが不可能であるので、通信パケットＰ１ｓ’’のＶＬＡＮプライオリティ番号を７から６に下げる。中継器Ｃ３００はＶＬＡＮプライオリティ番号が６となった通信パケットＰ１ｓ’’を通信パケットＰ１ｓ’’’として、ＶＬＡＮプライオリティ番号６に対応する通信時間帯で通信端末Ｎ＋１に送信する。

以上説明したように、高優先度に設定した通信パケットが、伝搬遅延により高優先度通信専用時間内に送れなくなった場合には、中継器で優先度を一段下げることで、遅延を最小限にすることが可能になる。また、ＴＳＮの高優先度通信専用時間帯において通信パケットの数および通信間隔を調節する必要がなくなるので、通信資源を効率的に使用することが可能となる。

（変形例）
以上の説明では、本実施形態に係るＴＳＮの改良された機能を中継器に実装した場合を説明してきたが、当該ＴＳＮの改良された機能は車載ネットワークにおいても利用することが可能である。

図１０は車載ネットワークの一例を図示するものである。図１０の構成には、カメラＳ１００、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：Ｅ１００、Ｅ２００、Ｅ３００、Ｅ４００）、センサＳ２００、ＳＷ（車載スイッチングハブ：Ａ１００、Ａ２００）が含まれる。さらに、図１０の構成には、ＧＷ（車載ゲートウェイ：Ａ３００）、ＲＴ（車載ルータ：Ａ４００）、通信モジュールＴ１００、ＧＷに接続されるＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：Ｎ１００）が含まれる。

図１０の車載ネットワークでは、当該ＴＳＮの改良された機能は、車載スイッチングハブＡ１００、Ａ２００、車載ゲートウェイＡ３００および車載ルータＡ４００に実装することが可能である。

したがって、ＥＣＵ（Ｅ１００、Ｅ２００、Ｅ３００、Ｅ４００）、通信モジュールＴ１００およびＣＡＮ（Ｎ１００）間で高優先度に設定された通信パケットが、伝搬遅延により高優先度通信専用時間内に送れなくなった場合には、以下の処理を実行する。すなわち、高優先度に設定された通信パケットの優先度を一段下げる処理を実行することで、遅延を最小限にすることが可能になる。また、ＴＳＮの高優先度通信専用時間帯において通信パケットの数および通信間隔を調節する必要がなくなるので、通信資源を効率的に使用することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、ＶＬＡＮプライオリティ番号が７である通信パケットの優先度を１つ下げる例について説明したが、ＶＬＡＮプライオリティ番号が６～１の通信パケットの優先度を１つ下げる構成とすることも可能である。この場合には、ＶＬＡＮプライオリティ番号ごとに専用の通信時間帯が設定されていてもよい。また、複数のＶＬＡＮプライオリティ番号ごとに専用の通信時間帯が設定されていてもよい。

なお、各通信パケットには、ＶＬＡＮプライオリティ番号の他にサイクル番号を特定するためのサイクル番号識別子が含まれる構成とすることも可能である。

以下に、本実施形態の中継器Ｃ１００および通信システム１０００の特徴について記載する。

本開示の第１の態様に係る中継器Ｃ１００は、通信パケットを優先度順に伝送するための優先度情報を有する通信パケットに対して、優先度情報に対応する専用の通信時間帯を通信サイクルに含む通信方式を用いる。通信パケットを中継する中継器Ｃ１００は、入力された通信パケットから通信パケットの優先度情報を抽出し、優先度情報に対応する、出力バッファ部Ｃ１４０のバッファ部に通信パケットを出力するスイッチ処理部Ｃ１３０を含む。スイッチ処理部Ｃ１３０は、最高の優先度情報を有する通信パケットを最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯の終了時刻から遡った制限時間内に受信した場合には、以下の処理を実行する。最高の優先度情報を有する通信パケットを、最高の優先度情報に対応する、出力バッファ部Ｃ１４０の優先用バッファ部Ｃ１４１に出力する。また、通信パケットの優先度情報を次の優先度の優先度情報に下げ、通信パケットを下げられた優先度情報に対応する、出力バッファ部Ｃ１４０のバッファ部にも出力する。

上記構成によれば、高優先度に設定した通信パケットが、伝搬遅延により高優先度通信専用時間内に送れなくなった場合には、中継器で優先度を一段下げることで、遅延を最小限にし、高優先度通信専用時間帯の通信資源を効率的に使用することが可能となる。

本開示の第２の態様に係る中継器Ｃ１００は、第１の態様に係る中継器Ｃ１００に関し、制限時間は、最高の優先度情報を有する通信パケットが自中継器から送信宛の通信端末に転送されるまでの時間である。

上記構成によれば、最高の優先度情報を有する通信パケットを送信する場合に制限時間ＬＴ内である場合には、通信パケットの通信が未完了になる可能性がある。この場合に、通信パケットを優先用バッファ部Ｃ１４１と、下げられた優先度情報に対応するバッファ部に格納することで、通信パケットの通信が完了する確率を高めることが可能になる。

本開示の第３の態様に係る中継器Ｃ１００は、第１の態様または第２の態様に係る中継器Ｃ１００に関し、下げられた優先度情報に対応する、出力バッファ部Ｃ１４０のバッファ部は通常用バッファ部Ｃ１４２である。通常用バッファ部Ｃ１４２には、優先度情報が書き換えられていない通常用バッファ部Ｃ１４２の優先度情報に対応する通信パケットも格納される。

上記構成によれば、制限時間ＬＴ内に最高の優先度情報を有する通信パケットを送信する場合には、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納し、最高の優先度情報の次の優先度に優先度情報に書き換えて、通常用バッファ部Ｃ１４２にも格納する。したがって、最高の優先度情報を有する通信パケットを高優先度通信専用時間または高優先度通信専用時間の次の時間帯に送信できる場合があるので、最高の優先度に設定した通信パケットの伝搬遅延を最小限にすることが可能になる。

本開示の第４の態様に係る中継器Ｃ１００は、第３の態様に係る中継器Ｃ１００に関し、スイッチ処理部Ｃ１３０は、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納された最高の優先度情報を有する通信パケットを送信する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に通信パケットが送信完了した場合には、通常用バッファ部Ｃ１４２に格納された優先度情報が書き換えられた通信パケットを削除する。

上記構成によれば、制限時間ＬＴ内に最高の優先度情報を有する通信パケットの送信が完了する場合には、通信パケットの二重送信を防ぐために、通常用バッファ部Ｃ１４２に格納された優先度情報が書き換えられた通信パケットを削除する。

上記の制限時間ＬＴは、高優先度通信専用時間内で通信を終了することができない理論的な値となる。つまり、理論的には上記制限時間ＬＴを過ぎた場合は、通信パケットの優先度を下げ、一段下のバッファに格納する処理を行うべきである。しかし、通常、中継器Ｃ１００の転送時間は常に一定ではなく、処理負荷などによって変化するため、上記制限時間ＬＴを過ぎていても、高優先度通信専用時間内での通信が完了する可能性も考えられる。このため高優先度通信専用時間内での通信は試みるべきであり、通信が成功すれば、遅延時間を最小にして通信を完了させることが可能となる。

本開示の第５の態様に係る中継器Ｃ１００は、第４の態様に係る中継器Ｃ１００に関し、スイッチ処理部Ｃ１３０は、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納された最高の優先度情報を有する通信パケットの送信を送信する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、当該通信パケットが最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に完了しない場合には、通常用バッファ部Ｃ１４２に格納された優先度情報が書き換えられた通信パケットを送信する。そして、スイッチ処理部Ｃ１３０は、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納された最高の優先度情報を有する通信パケットを削除する。

上記構成によれば、制限時間ＬＴ内に最高の優先度情報を有する通信パケットの送信が完了しない場合には通常用バッファ部Ｃ１４２に格納された優先度情報が書き換えられた通信パケットを送信し、優先用バッファ部Ｃ１４１に格納された通信パケットを削除する。この構成によって、通信パケットの二重送信を防ぐことが可能になる。また、高優先度通信専用時間内での通信を試みつつ、通信が完了できなかった場合は、無駄な遅延時間を必要とせず優先度を下げる処理を行えるため、遅延時間を最小にして通信を完了させることが可能となる。

本開示の第６の態様に係る中継器Ｃ１００は、第１の態様から第５の態様に係る中継器Ｃ１００のいずれかに関する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、１通信サイクルの終了時に、優先度情報が書き換えられた通信パケットが、書き換えられた優先度情報に対応する、出力バッファ部Ｃ１４０のバッファ部に存在するか否かを判定する。優先度情報が書き換えられた通信パケットが、存在する場合には、当該通信パケットの優先度情報を書き換えられる前の優先度情報に戻し、当該通信パケットを書き換えられる前の優先度情報に対応する、出力バッファ部Ｃ１４０のバッファ部に移動させる。

１通信サイクルの終了時に、優先度情報が書き換えられた通信パケットが、出力バッファ部Ｃ１４０の低優先度のバッファ部に存在する場合には、次の通信サイクルにおいて、当該通信パケットの送信タイミングが遅れてしまう。しかし、上記構成によれば、優先度情報を書き換えられる前の優先度情報に戻し、書き換えられる前の優先度情報に対応する高優先度のバッファ部に移動するので、送信タイミングが遅れずにリアルタイム性を損なわないようにすることが可能である。

本開示の第７の態様に係る中継器Ｃ１００は、第６の態様に係る中継器Ｃ１００に関する。スイッチ処理部Ｃ１３０は、１通信サイクルの開始時に優先用バッファ部Ｃ１４１に格納された最高の優先度情報を有する通信パケットが存在する場合には、当該最高の優先度情報を有する通信パケットを、最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に送信する。

上記構成によれば、優先度情報が書き換えられる前の最高の優先度情報に戻った通信パケットは、最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に送信されるので、送信タイミングが遅れずにリアルタイム性を損なわないようにすることが可能である。

本開示の第８の態様に係る中継器Ｃ１００は、第１の態様から第７の態様に係る中継器Ｃ１００のいずれかに関する。通信方式は、最も優先度が高い通信パケットを伝送するための高優先度通信時間帯およびその他の優先度を有する通信パケットを伝送するための通信時間帯を通信サイクルに有し、高優先度通信時間帯は各通信サイクルの先頭に位置する。

上記構成によれば、通信サイクルには、最も優先度が高い通信パケットを伝送するための高優先度通信時間帯が設けられているので、緊急な通信を必要とする通信パケット等の重要な通信パケットの伝送の遅延を低減することが可能になる。また、上記構成によれば、通信サイクルの先頭に緊急な通信を必要とする通信パケット等の重要な通信パケットの通信時間帯が設けられるので、優先的に当該通信パケットが送信されることが可能になる。さらに、当該優先度から優先度を下げられた通信パケットも迅速に送信されることが期待されるので通信性能の向上が可能となる。

本開示の第９の態様に係る通信システム１０００は、第１の態様から第８の態様のいずれかに記載の中継器Ｃ１００と、中継器Ｃ１００に直接的または間接的に接続される、通信パケットを送受信する少なくとも一つ以上の通信端末Ｎを含む。

上記構成によれば、高優先度に設定した通信パケットが、伝搬遅延により高優先度通信専用時間内に送れなくなった場合には、中継器で優先度を一段下げることで、遅延を最小限にし、高優先度通信専用時間帯の通信資源を効率的に使用することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によって、ＴＳＮの高優先度通信専用時間内で送信できなかった通信パケットの遅延を最小限に抑えることが可能になる。遅延の発生頻度、影響、および、許容時間はネットワークの設計およびアプリケーションによって異なってくるが、本実施形態を導入することによって得られる効果がある。車両関連であれば、ＡＤＡＳや自動運転など、遅延が致命的となるアプリケーションの普及が進むことが想定されるので、本実施形態を導入することによって得られる効果は大きい。

また、以上説明したように、本実施形態によって、ＴＳＮの高優先度通信専用時間の帯域を効率的に利用することが可能になる。最適な帯域は、端末数、通信量、それぞれのアプリケーションが必要とする帯域によって異なってくるが、本実施形態を導入することによって効果が得られる。ＩＴ系ネットワークおよび車載ネットワーク共に今後も通信量の増加が懸念されるので、本実施形態を導入することによって得られる効果は大きい。特に、車両関連であれば、ＡＤＡＳ、自動運転、および、Ｖ２Ｘによる情報の取得／送信など、これまで搭載されていなかったアプリケーションの普及が進み、通信量の増加が想定されるので、本実施形態を導入することによって得られる効果は大きい。

以上、さまざまな実施例を説明したが、それらの実施例の一部または全部を組み合わせて新たな実施例とすることもできる。

Ｃ１００、Ｃ２００、Ｃ３００ 中継器
Ｃ１１１ 入力ポート部
Ｃ１１２ 出力ポート部
Ｃ１２０ 入力バッファ部
Ｃ１３０ スイッチ処理部
Ｃ１４０ 出力バッファ部
Ｃ１４１ 優先用バッファ部
Ｃ１４２ 通常用バッファ部
Ｃ１４３ 低速用バッファ部
１０００ 通信システム

Claims (9)

1. 通信パケットを優先度順に伝送するための優先度情報を有する前記通信パケットに対して、前記優先度情報に対応する専用の通信時間帯を通信サイクルに含む通信方式を用いて、前記通信パケットを中継する中継器であって、
   入力された前記通信パケットから前記通信パケットの前記優先度情報を抽出し、前記優先度情報に対応する、出力バッファ部のバッファ部に前記通信パケットを出力するスイッチ処理部を含み、
   前記スイッチ処理部は、最高の優先度情報を有する前記通信パケットを前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯の終了時刻から遡った制限時間内に受信した場合には、前記通信パケットの前記最高の優先度情報に対応する出力バッファ部の優先用バッファ部に、前記最高の優先度情報を有する前記通信パケットを出力し、前記通信パケットの前記優先度情報を次の優先度の優先度情報に下げ、前記下げられた優先度情報に対応する前記出力バッファ部のバッファ部にも、前記下げられた優先度情報を有する前記通信パケットを出力する中継器。
2. 前記制限時間は、最高の優先度情報を有する通信パケットが自中継器から送信宛の通信端末に転送されるまでの時間である請求項１に記載の中継器。
3. 前記下げられた優先度情報に対応する、前記出力バッファ部のバッファ部は通常用バッファ部であり、前記通常用バッファ部には、優先度情報が書き換えられていない前記通常用バッファ部の優先度情報に対応する通信パケットも格納される請求項１または２に記載の中継器。
4. 前記スイッチ処理部は、前記優先用バッファ部に格納された前記最高の優先度情報を有する通信パケットを送信し、前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に当該通信パケットが送信完了した場合には、前記通常用バッファ部に格納された前記優先度情報が書き換えられた通信パケットを削除する請求項３に記載の中継器。
5. 前記スイッチ処理部は、前記優先用バッファ部に格納された前記最高の優先度情報を有する通信パケットの送信が前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に完了しない場合には、前記通常用バッファ部に格納された前記優先度情報が書き換えられた通信パケットを送信し、前記優先用バッファ部に格納された前記最高の優先度情報を有する通信パケットを削除する請求項４に記載の中継器。
6. 前記スイッチ処理部は、１通信サイクルの終了時に、優先度情報が書き換えられた通信パケットが、書き換えられた優先度情報に対応する、前記出力バッファ部のバッファ部に存在する場合には、当該通信パケットの優先度情報を書き換えられる前の優先度情報に戻し、当該通信パケットを書き換えられる前の優先度情報に対応する、前記出力バッファ部のバッファ部に移動させる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の中継器。
7. 前記スイッチ処理部は、１通信サイクルの開始時に、前記優先用バッファ部に格納された最高の優先度情報を有する通信パケットが存在する場合には、当該最高の優先度情報を有する通信パケットを、前記最高の優先度情報に対応する専用の通信時間帯に送信する請求項６に記載の中継器。
8. 前記通信方式は、最も優先度が高い通信パケットを伝送するための高優先度通信時間帯およびその他の優先度を有する通信パケットを伝送するための通信時間帯を前記通信サイクルに有し、前記高優先度通信時間帯は各通信サイクルの先頭に位置する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の中継器。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の中継器と、
   前記中継器に直接的または間接的に接続される、前記通信パケットを送受信する少なくとも一つ以上の通信端末を含むことを特徴とする通信システム。

Images