JPH08307442A - データ伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】イーサネットにより高速で大量の制御データ等
を効率的に伝送できるデータ伝送方式を提供すること。 【構成】複数のノードＮ１〜Ｎ４と一つ又は複数のレピ
ータＲ１，Ｒ０よりなるネットワーク上で各ノードＮ１
〜Ｎ４で発生した制御データを他のノードへ伝送するデ
ータ伝送方式において、伝送フレームとしてイーサネッ
トフレームを使用し、イーサネットフレーム上に少なく
とも複数のブロック化した制御データを収納し、制御デ
ータを定期的にマルティキャスト送信し、各ノードＮ１
〜Ｎ４で制御データ用メモリ１６を介して制御データを
送受信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラント制御に使用さ
れる複数の制御端末をイーサネット等の既存ＬＡＮを介
して接続し、該ＬＡＮ上に配置したレピータ又は管理ソ
フトウエア等を利用して制御端末間のデータの受け渡し
を制御するデータ伝送方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、プラント制御の分野では、特別に
産業制御用に作られたものでないパソコンやワークステ
ーション等の制御コンポーネントが多く使用されてきて
いる。これら一般のパソコン等を組み込んでプラント制
御システムを構築した場合、主にＯＡ（オフィスオート
メーション）の分野でＬＡＮとして多く使われていた業
界標準の一つであるイーサネット、パソコンの既存アプ
リケーションソフト、プロトコルの業界標準であるＴＣ
Ｐ／ＩＰの使用が望まれる。一方、プラントの制御で
は、データの伝送が確実に行なわれないとプラント停止
など重大な事態を招く可能性があるため高い信頼性が要
求される。

【０００３】イーサネットは、ＣＳＭＡ／ＣＤ（搬送波
感知多重アクセス／衝突検出）方式を採用しているた
め、伝送装置が簡単になりトラヒックが少ない場合は効
率的な転送ができる。ところが、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式で
はデータが衝突した場合にはジャム信号を送出して送信
を中断し、乱数で決まる一定時間待った後、再度データ
を送信する。それでもデータが衝突する場合は、乱数の
幅を２倍にして待ついわゆるバックオフアルゴリズム制
御が行われる。このため、衝突が頻繁に発生すると伝送
時間が長くかかるようになり、ひいては再送を行なって
も衝突のため伝送できない事態が発生する。

【０００４】上記したように、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式では
衝突があると確率的に待ち時間を決めて伝送を行なうこ
とを繰り返すので、トラヒックが高くなると再送時間が
非常に長くなり、定期的にデータを送受信することが不
可能になる。従って、プラント制御のデータ伝送用には
イーサネットはほとんど使われずに、トークンバス方式
であるＭＡＰ（工場用通信プロトコル）など確実に定期
的にデータを送受信できる方式が多く使われてきた。

【０００５】敢えて、プラント制御システムにおけるデ
ータ通信にイーサネット、ＴＣＰ／ＩＰ等を使用しよう
とした場合には次のような手段が採られていた。プラン
ト制御システムでは、夫々のノードに接続したＰＬＣ
（プログラマブルロジックコントローラ）や各種のＭＭ
Ｉ装置（マンマシンインターフェース）において、同一
の制御データを各々目的の異なる制御、表示又は設定計
算等に使用する。従って、プラント制御システムにイー
サネットをデータ通信手段として使用するのであれば、
制御データを確実に伝送するために１対１通信を使用
し、制御データを必要になった時刻にデータ要求して、
制御データを持つノードより個別に送信するようにしな
ければならなかった。この場合、一つの制御データにつ
いて送信先のノード数だけ送信を行なうことになる。

【０００６】一方、最近になってイーサネットのフレー
ムをそのまま保持しつつ衝突が発生しないデマンドプラ
イオリティ方式のイーサネットが提案されている。この
デマンドプライオリティ方式のイーサネットは、データ
伝送速度を１００Ｍビット／秒に高速化したものであ
り、現在ＩＥＥＥで標準化にむけて審議中である（ＩＥ
ＥＥ８０２．１２：ドラフト段階）。デマンドプライオ
リティ方式のイーサネットは１００ＶＧ ＡＮＹ ＬＡ
Ｎと呼ばれる。イーサネットだけではなくトークンリン
グにも対応できることからこのように呼ばれる。以下、
デマンドプライオリティ方式と称する。

【０００７】デマンドプライオリティ方式は、レピータ
に２種の優先度を持ち、ノードから同一優先度の伝送要
求を受けたときにはラウンドロビン方式で各ノードへ公
平に送信権を与える。このように伝送線路の要求の制御
はレピータが行なう。デマンドプライオリティ方式のＬ
ＡＮは基本的にレピータとノードよりなり、レピータが
複数の階層を持つことができるようになっている。トポ
ロジーとしては共通のバス形式になっておりイーサネッ
トと同じく一度には１個のノードのみが送信権を持つ。
レピータは各ノードからの２つの優先度の送信要求をみ
て伝送路の使用が完了したとき次のノードを決めて送信
の許可を出す。そして高い優先度の要求は先に処理し低
い優先度は後に処理する。同一優先度内では公平に伝送
路を使用するようにラウンドロビン方式で送信権を与え
る。イーサネットは業界標準のＬＡＮであり、同じく業
界標準のプロトコルであるＴＣＰ／ＩＰをサポートする
ので、イーサネットの高速版であるデマンドプライオリ
ティ方式を活用して制御データとメッセージデータを伝
送できる制御用のＬＡＮを構成するのは大きなメリット
がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たデマンドプライオリティ方式のイーサネットをプラン
ト制御のデータ通信手段に採用した場合、ＣＳＭＡ／Ｃ
Ｄ方式を使用したときのような衝突時のバックオフで伝
送不能時間が長くなる問題は回避できるが、（１）ＰＬ
Ｃでは定期的に処理を行なうので、その割込み周期に合
わせて制御データの伝送要求を出していたのでは、伝送
要求の頻度が高くなり過ぎて限られたイーサネットの伝
送容量を超えてしまう、（２）ノードで制御データが必
要となった時に制御データの伝送要求を行なったので
は、伝送要求発生時に行われている他の伝送が終わるま
で待つ必要があり、その待ち時間だけＰＬＣの処理が遅
くなる、（３）同じノードから異なるノードに対して同
一の制御データを送るのはイーサネットとして効率的で
ない、といった問題がある。

【０００９】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、イーサネットにより高速で大量の制御デー
タ等を効率的に伝送できるデータ伝送方式を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項１に対
応する本発明は、複数のノードと一つ又は複数のレピー
タよりなるネットワーク上で各ノードで発生した制御デ
ータを他のノードへ伝送するデータ伝送方式において、
伝送フレームとしてイーサネットフレームを使用し、イ
ーサネットフレーム上に少なくとも複数のブロック化し
た制御データを収納し、制御データを定期的にマルティ
キャスト送信し、各ノードで制御データを送受信するた
めの制御データ用メモリを持つようにした。

【００１１】ここで、イーサネットフレームとは、純粋
のイーサネットフレーム形式のものに限定されずに、例
えばＩＳＯのＯＳＩに則った形式のフレームの中にイー
サネットフレームをのせたものまで含むこととする。

【００１２】請求項２に対応する本発明は、上記データ
伝送方式において、前記レピータが、複数の伝送優先度
を持ち、ノードの制御データの伝送要求を高い優先度で
処理し、ノードのメッセージデータの伝送要求を低い優
先度で処理するようにした。

【００１３】請求項３に対応する本発明は、上記データ
伝送方式において、前記ネットワーク上にてＣＳＭＡ／
ＣＤ方式によりデータの伝送を行い、ノード間でトーク
ンを巡回させることにより各ノードに送信権を与え、ノ
ードで前回送信権を得た時刻に基づき今回送信権を保持
できる許容時間を求めるようにした。

【００１４】請求項４に対応する本発明は、上記データ
伝送方式において、複数のレピータが階層化されたネッ
トワーク上にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送を行い、
上位レピータから下位レピータに対して送信不許可信号
を与えることによりレピータ間の送信権を制御し、下位
レピータからノードに対して送信不許可信号を与えるこ
とによりノード間の送信権を制御するようにした。

【００１５】請求項５に対応する本発明は、上記データ
伝送方式において、前記下位レピータがノードの送信権
使用時間を計測し、送信権使用時間が予め決められた最
大送信権使用時間を超えたならば、次フレームの送信を
送信不許可信号により強制的に停止し、次ノードに送信
権を移すようにした。

【００１６】請求項６に対応する本発明は、上記データ
伝送方式において、ネットワーク全体を複数のノードと
一つ又は複数のレピータからなるネットワーク毎に分割
し、各ネットワークにおける最上位のレピータとしてレ
ピータ機能、ノード機能及びブリッジ機能を持たせたブ
リッジレピータを設け、これらブリッジレピータの上位
に一つまたは複数のレピータを設けて階層化し、前記ブ
リッジレピータに前記制御データを送受信するための制
御データ用メモリを持つようにした。

【００１７】請求項７に対応する本発明は、上記データ
伝送方式において、前記ブリッジレピータが、上位又は
下位から受信したメッセージデータをそのフレームヘッ
ダに示された送信先を判断して該当するもののみを上位
又は下位に送信し、且つ制御データ用メモリから該当す
る制御データのみを上位又は下位に送信するようにし
た。

【００１８】請求項８に対応する本発明は、上記データ
伝送方式において、伝送すべき制御データの総ブロック
数および１ブロック当りの大きさを示すブロック種別を
レジスタに記憶し、ブロック開始アドレスをカウンタに
記憶後、前記制御データ用メモリの読み出しアドレスを
前記カウンタで指定し、そのカウント値と前記ブロック
種別とを比較器で比較して読み出しブロックを切り替
え、前記制御データ用メモリから読み出したブロック数
と前記総ブロック数とを他の比較器で比較して全ブロッ
クが伝送されたことを検出するようにした。 請求項９
に対応する本発明は、上記データ伝送方式において、前
記ノードから伝送するデータを、前記レジスタ、前記カ
ウンタ及び前記各比較器を有するハードウエア回路を介
して前記制御データ用メモリから読み出すようにした。

【００１９】請求項１０に対応する本発明は、上記デー
タ伝送方式において、前記ノードで受信したイーサネッ
トフレームから制御データの総ブロック数および１ブロ
ック当りの大きさを示すブロック種別を取り出してレジ
スタに記憶し、前記イーサネットフレームからブロック
開始アドレスを取り出してカウンタに記憶後、当該ノー
ドの制御データ用メモリの書き込みアドレスを前記カウ
ンタで指定し、そのカウント値と前記ブロック種別とを
比較器で比較して書き込みブロックを切り替え、前記制
御データ用メモリに書き込んだブロック数と前記総ブロ
ック数とを他の比較器で比較して全ブロックが書き込ま
れたことを検出するようにした。

【００２０】請求項１１に対応する本発明は、上記デー
タ伝送方式において、前記ノードで受信したデータを、
前記レジスタ、カウンタ及び各比較器を有するハードウ
エア回路を介して前記制御データ用メモリヘ格納するよ
うにした。

【００２１】請求項１２に対応する本発明は、上記デー
タ伝送方式において、前記ノードから伝送すべき制御デ
ータを伝送周期の異なる高速制御データと低速制御デー
タとに分類し、高速制御データについてはブロック化し
た制御データのブロックをイーサネットフレームに収納
して第１の伝送周期の間に送信し、低速制御データにつ
いてはブロック化した制御データのブロックをイーサネ
ットフレームに収納して前記第１の伝送周期の整数倍の
周期となる第２の伝送周期で送信するようにした。

【００２２】請求項１３に対応する本発明は、複数のノ
ードと一つ又は複数のレピータからなるネットワーク上
にて前記レピータから送信許可されたノードが１フレー
ムを送信すると前記レピータに伝送要求している他のノ
ードへ送信権を移動し、高い優先度の伝送要求に対して
優先的に伝送路の使用を許可し、同一優先度の伝送要求
に対して公平に伝送路の使用を許可するデータ伝送方式
において、前記各ノードが伝送すべき制御データ及びメ
ッセージデータの２種類の伝送データについてそれぞれ
イーサネットの伝送フレームを作成し、前記ノードで作
成した制御データのイーサネットフレームを定期的にマ
ルチキャスト送信し、前記ノードで作成したメッセージ
データのイーサネットフレームをユニキャスト送信し、
前記レピータが前記制御データのイーサネットフレーム
を高い優先度で処理し、前記メッセージデータのイーサ
ネットフレームを低い優先度で処理し、前記各ノードで
制御データ用メモリを介して制御データを送受信するよ
うにした。

【００２３】請求項１４に対応する本発明は、複数のノ
ードと一つ又は複数のレピータからなるネットワーク上
にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送を行うデータ伝送方
式において、前記各ノードが、他のノードへ伝送する制
御データ、メッセージデータ及び次ノードへ送信権を渡
すためのトークンのそれぞれについてイーサネットの伝
送フレームを作成し、ノードにトークンが到着して送信
権を得たならば、当該送信権を得た時刻を記憶しておく
と共に、当該ノードに準備した前記制御データのイーサ
ネットフレームをマルチキャスト送信し、前記制御デー
タのイーサネットフレームを送信している間に、前回送
信権を得た時刻に基づき各ノードで制御データの伝送周
期を確保し得る範囲の時間を今回送信権を保持できる許
容時間として定め、この許容時間が経過するまで当該ノ
ードに準備した前記メッセージデータのイーサネットフ
レームをまとめて送信すると共に、最後にトークンのイ
ーサネットフレームを送信し、前記各ノードで制御デー
タ用メモリを介して制御データを送受信するようにし
た。

【００２４】請求項１５に対応する本発明は、複数のノ
ードと一つ又は複数のレピータからなるネットワーク上
にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送を行うデータ伝送方
式において、前記各ノードが他のノードへ伝送する制御
データ及びメッセージデータのそれぞれについてイーサ
ネットの伝送フレームを作成し、レピータが各ノードに
対して定期的に送信許可信号を与えると共に、該送信許
可信号を与えている以外のノードに対して送信不許可信
号を与え、レピータから送信許可信号を受信したノード
が、当該ノードに準備した前記制御データ及びメッセー
ジデータのイーサネットフレームを制御データを優先し
て前記レピータへ送信し、レピータが送信を許可したノ
ードからフレームを受信したら、送信不許可信号を与え
ている他のノードに対して受信フレームを送信不許可信
号に替えて送信すると共に当該送信完了後に再び送信不
許可信号に切り替え、レピータが送信を許可したノード
から一定時間経過してもフレーム受信がなければ当該ノ
ードに対して送信不許可信号に切り替えると共に次のノ
ードに対して送信許可信号を与え、前記各ノードで制御
データ用メモリを介して制御データを送受信するように
した。

【００２５】請求項１６に対応する本発明は、複数のノ
ード及び階層化し複数のレピータからなるネットワーク
上にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送を行うデータ伝送
方式において、前記各ノードが他のノードへ伝送する制
御データ及びメッセージデータのそれぞれについてイー
サネットフレームを作成し、定期的に下位レピータに対
して送信権が与えられるように上位レピータが送信権を
制御し、上位レピータから送信権を得た下位レピータが
当該レピータに送信権を制御される範囲の各ノードに対
して定期的に送信許可信号を与えると共に、該送信許可
信号を与えている以外のノードに対して送信不許可信号
を与え、下位レピータから送信許可信号を受信したノー
ドが、当該ノードに準備した前記制御データ及びメッセ
ージデータのイーサネットフレームを制御データを優先
して前記下位レピータへ送信し、下位レピータが送信権
を与えたノードからフレームを受信したら、上位レピー
タに対して受信フレームを送信すると共に、送信不許可
信号を与えている他のノードに対して受信フレームを送
信不許可信号に替えて送信し、且つ当該送信完了後に再
び送信不許可信号に切り替え、上位レピータが送信権を
与えた下位レピータからフレームを受信したら、送信権
を与えていない他の下位レピータに対して送信不許可信
号に替えて当該フレームを送信し、上位レピータから送
信権を与えられていない下位レピータが上位レピータか
らフレームを受信したら当該レピータに送信権を制御さ
れる範囲の各ノードに対して送信不許可信号に替えて当
該フレームを送信し、下位レピータが送信権を与えたノ
ードから一定時間経過してもフレーム受信がなければ当
該ノードに対して送信不許可信号に切り替えると共に次
のノードに対して送信許可信号を与え、前記各ノードで
制御データ用メモリを介して制御データを送受信するよ
うにした。

【００２６】請求項１７に対応する本発明は、上記デー
タ伝送方式において、前記ノードから伝送すべき制御デ
ータの１ブロック当りの大きさを示すブロック種別、１
つの送信フレームに収納する総ブロック数、各ブロック
の開始アドレスをノード内に設けたデータメモリから取
り出し、ブロック種別で示す１ブロック分のアドレスを
発生させるアドレスカウンタの出力と前記開始アドレス
とを合わせたアドレスを読出しアドレスとして使用して
前記制御データ用メモリから１ブロック分の制御データ
をノード内のバッファメモリに転送し、当該バッファメ
モリに転送したブロック数が総ブロック数と一致したな
らばバッファメモリに転送した制御データにフレームヘ
ッダ、ブロック種別、総ブロック数の情報を含ませたイ
ーサネットフレームを作成して送信するようにした。

【００２７】請求項１８に対応する本発明は、上記デー
タ伝送方式において、送信元のノードにおいて定期的
に、１ブロックの大きさを示すブロック種別、１フレー
ムに収納した総ブロック数、各ブロックの開始アドレス
及びブロック化した制御データを含んでなるイーサネッ
トフレームを作成し、このイーサネットフレームをマル
チキャスト送信し、受信先のノードにおいて受信したイ
ーサネットフレームから各ブロック毎にブロック種別及
びブロック開始アドレスを取り出し、各ブロックについ
て読出しアドレスをブロック開始アドレスからブロック
種別で示すブロック終端まで指定して１ブロック分の制
御データを前記制御データ用メモリへ転送し、前記制御
データ用メモリへ転送した制御データのブロック数が総
ブロック数と一致したならば当該イーサネットフレーム
の保存処理を終了するようにした。

【００２８】

【作用】本発明は、以上のような手段を講じたことによ
り次のような作用を奏する。請求項１に対応する本発明
によれば、各ノードが制御データをイーサネットフレー
ムにのせてマルチキャスト送信するので、同一データを
複数のノードに繰り返し送信する必要がなくなり、イー
サネット上で高速に制御データを伝送できるようにな
る。また、各ノードではイーサネットフレームを制御デ
ータ用メモリを介して送受信するので、ノードに接続す
るホスト等が制御データ用メモリにアクセスするように
すれば最新の制御データを遅滞なくアクセスできる。

【００２９】請求項２，請求項１３に対応する本発明に
よれば、デマンドプライオリティ方式を採用したイーサ
ネット上において制御データがイーサネットフレームを
使用して伝送されると共に各ノードにおいて制御データ
用メモリを介して送受信される。制御データの優先度を
高くし、メッセージデータの優先度を低くしたことか
ら、制御データを確実に一定周期で伝送することがで
き、メッセージデータは空いた空間を利用して間欠的に
伝送できる。

【００３０】請求項３，請求項１４に対応する本発明に
よれば、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送が行われるネッ
トワーク上において、制御データ、メッセージデータ及
びトークンがイーサネットフレームを使用して伝送さ
れ、少なくとも制御データのフレームがマルチキャスト
送信される。ノードがトークンにより送信権を取得及び
委譲するので、各ノードでトークンが一巡する時間を計
測して送信権を保持可能な時間を求める。その許容時間
の範囲内でまとめてメッセージデータを送信することが
できるので、ノードにより送信すべきデータに大きな差
異があるときはデマンドプライオリティ方式のように平
等に送信権を持つように強制されないで、いち早く送信
を行うことができる。また、トークンが何等かの原因で
喪失された場合は、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送でき
るのでトークンの回復が速やかに行われる。

【００３１】請求項４、請求項１５及び請求項１６に対
応する本発明によれば、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送
が行われるネットワーク上において、１つ又は複数（階
層化された）のレピータが送信不許可信号を使って送信
権を与えるように制御するので、連続した衝突が発生し
なくなり、高速でかつ効率の良い伝送が可能になる。

【００３２】請求項５に対応する本発明によれば、レピ
ータがノードの送信権使用時間を計測して最大送信権使
用時間を超えたならば次フレームの送信を強制的に停止
して送信権を移すようにしたので、１つのノードのみが
伝送路を占有して他のノードの伝送が遅れたり、全体の
伝送周期が延びるなどの不具合を防止できる。

【００３３】請求項６及び請求項７に対応する本発明に
よれば、ネットワーク全体が複数に分割され、各ネット
ワークにおいて別個にデータの送受信が可能になると共
に、必要なデータのみを選択的にネットワーク間で送信
及び受信できる。

【００３４】請求項８，請求項９及び請求項１７に対応
する本発明によれば、ノード内に設けられたレジスタ、
カウンタ及び比較器からなるハードウエア回路により当
該ノードの制御データ用メモリのデータが伝送のために
読み出される。従って、ノード内において大量の制御デ
ータが効率良く処理される。

【００３５】請求項１０，請求項１１及び請求項１８に
対応する本発明によれば、ノード内に設けられたレジス
タ、カウンタ及び比較器からなるハードウエア回路によ
り、ノードで受信したイーサネットフレームからブロッ
ク単位でデータを取り出して制御データ用メモリに転送
されるので、ノード内において制御データが効率良く処
理される。

【００３６】請求項１２に対応する本発明によれば、制
御データが要求する伝送遅延時間は制御データの種類に
より異なるが、制御データの種類に応じて伝送周期を選
択することができるので、伝送遅延時間が大きくても良
い制御データの送信回数を削減でき伝送路を有効に活用
できる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 （第１実施例）図１は本実施例の全体構成を示してい
る。本実施例は、プラント制御システムのデータ通信手
段に適用され、デマンドプライオリティ方式のイーサネ
ットを使用したデータ伝送装置の例である。

【００３８】レピータＲ１に複数のノードＮ１〜Ｎ４が
伝送路６〜９を通じてスター状に結合されている。レピ
ータＲ１と各ノードＮ１〜Ｎ４との間はトポロジー的に
はバス結合されており、同時には１個のノードしか送信
できないようになっている。送信元のノードが制御デー
タを全ノードに対し定期的にマルチキャストし、該デー
タを各ノードが所定のマップに従って各々の制御データ
メモリに保持し、ノードにつながるＰＬＣ等のホストが
制御データメモリにアクセスできるように構成されてい
る。

【００３９】ここで、ＬＡＮにおける通信プロトコルの
業界標準はＴＣＰ／ＩＰである。本実施例はＴＣＰ／Ｉ
Ｐに準拠した伝送を可能にするため、メッセージデータ
についてはＴＣＰに規定された伝送フォーマットに基づ
いて伝送フレームを構築し、制御データについては業界
標準が存在しないのでＴＣＰ／ＩＰのＵＤＰ（ユニバー
サルデータグラムプロトコル）上に任意の伝送フォーマ
ットで伝送フレームを構築する。メッセージデータにつ
いては、既存の膨大なＴＣＰ／ＩＰのソフト資産が使え
ることになる。例えば、ＦＴＰ，ＴＥＬＮＥＴ，ＮＦＳ
など多くのものを使用できる。

【００４０】図６（ａ）は制御データの伝送フォーマッ
トを示し、同図（ｂ）はメッセージデータの伝送フォー
マットを示している。制御データのフレームは、周知の
ようにイーサネットヘッダ、ＩＰヘッダ、ＵＤＰヘッ
ダ、ＵＤＰデータ、及びＦＣＳ（フレームチェックシー
ケンス）よりなる。イーサネットヘッダは、送信先ＭＡ
Ｃアドレス、送信元ＭＡＣアドレス及びプロトコルを指
定（ここではＩＰであることを指定する）する。ここで
マルティキャストアドレスを指定することになる。ＩＰ
ヘッダではＩＰ（インターネットプロトコル）を処理す
るので、ＩＰアドレスにより送信先及び送信元の指定、
フラグメント、データの長さ、チェックサム、上位のプ
ロトコルであるＵＤＰの指定などを行う。上位プロトコ
ルの部分をＴＣＰに設定すればＴＣＰを使うＴＥＬＮＥ
Ｔなどが使用できる。ＵＤＰヘッダではデータ長、チェ
ックサム、使用するポート番号を指定する。ポート番号
は上位プロトコルにより既定のものが決まっている。つ
まりポート番号で上位のプロトコルを指定できる。制御
データでは使われていない新規のポート番号を決めて使
用する。以上により制御データの伝送はＴＣＰ／ＩＰの
なかのＵＤＰに準拠してつくられたことになる。ＵＤＰ
データとしては実際の情報が格納される。データは、例
えば６４ワード単位の連続したデータが一つのブロック
となる。従って一つのブロックを伝送するにはブロック
開始アドレス２ワードとそのブロックのデータ６４ワー
ドの合計６６ワードを単位として伝送する。ＵＤＰデー
タの頭には、１ブロック当たりのデータ量を示すブロッ
ク種別と、１フレームで送信する総ブロック数とが書か
れる。ＵＤＰデータとして高速及び低速制御データの両
方が一つのフレームに混在する。尚、ブロック種別は６
４ワード単位をデフォルトとし、システムの用途によっ
ては他のワード単位（例えば３２ワードや１６ワード）
も選択できるように一般化できる。フレームの最後にエ
ラーチェックのためＦＣＳとしてＣＲＣがある。ＭＡＣ
が自動的に送信時に生成する。

【００４１】制御データではフレームの中身としてブロ
ックデータの部分は変化するが各ヘッダや総ブロック数
などは変化しない。これらの最初のフレームの部分を予
め作っておき（これをフレームヘッダと称す）、これと
常に変化しうる制御データの実際の内容つまりブロック
データを組み合わせて送信するのが効率的である。

【００４２】メッセージデータのフレームは、周知の伝
送フォーマットであり、詳細はＲＦＣ規格等に記載され
ている。ＵＤＰがＴＣＰに変わりＴＣＰヘッダの中身が
ＵＤＰヘッダとは異なっている。

【００４３】図２は各ノードの構成を示している。伝送
路６からの信号あるいは伝送路への信号はトランシーバ
（ＴＲ）１１によりインターフェイスされ、送受信する
データ信号や制御信号として信号路２０を通してメディ
アアクセスコントローラ（ＭＡＣ）１２とつながる。Ｍ
ＡＣ１２はＭＡＣ層を制御するＬＳＩ回路であり、伝送
路の直列データを並列データに相互変換し、イーサネッ
トヘッダをチェックして自分宛のフレームなら受信デー
タとしてバッファ（ＢＦ）１３に格納する。受信データ
は常にＦＣＳとしてＣＲＣチェックを行い、受信したフ
レームの最後にある送信ノードが作ったＦＣＳと同一か
否かをチェックする。

【００４４】送信はトランシーバ１１からの信号に従っ
て許容される時間にフレームを直列信号に変えて送信す
る。フレームの最後に送信直列信号から生成したＣＲＣ
を付加する。送信フレームはＦＣＳ以外あらかじめバッ
ファメモリ１３に事前に蓄えておく。このようにＭＡＣ
１２が送受信フレームを伝送する機能を持つ。尚、ＭＡ
Ｃ１２によってはバッファメモリ１３がなく他のメモリ
で代用する場合もある。ノード内には制御データを保存
する制御データメモリ（ＭＤ）１６と、メッセージデー
タ用、各種の処理用、マイコンのプログラム用などのメ
モリ（Ｍ）１７が備えられている。メモリ１７は、ＲＡ
Ｍ又はＰＲＯＭ及びＲＡＭより構成できるが、本実施例
ではＰＲＯＭとＲＡＭを併用する。

【００４５】ホストが制御データを送信する場合は、ホ
ストからインターフェイス（ＩＦ）２３を経由して制御
データメモリ１６の該当するアドレスにデータを書き込
む。ノードが制御データメモリ１６のデータを定期的に
送信するので最新の制御データが送信される。他のノー
ドからの制御データは定期的にノードが受信して制御デ
ータメモリ１６に書き込むので、ホストは最新のデータ
をＩＦ２３を経由していつでもアクセスできる。すなわ
ち、遠方の制御データが制御データメモリにあたかも存
在するようにアクセスできる。

【００４６】バッファメモリ１３と制御用メモリ１６と
の間のデータの転送処理、フレームの作成、送信周期の
管理等をＣＰＵ１４が行っている。計時装置（ＴＩＭ）
２１から必要な時間情報がＣＰＵ１４に入力される。制
御データの伝送処理を制御回路（ＣＯＮＴ）１５で行っ
ている。制御回路１５は伝送量が少ない時は不要であ
る。１８，１９，２０，２２，２４は各ブロックをつな
ぐ信号線である。

【００４７】以下、本実施例における伝送動作について
具体的に説明する。制御データは複数のノードで使うこ
とを考えて、送信するノードが全ノードに対して定期的
にマルティキャストする。マルティキャストすることの
意味は、同一データを複数の１対１の通信で伝送するよ
りも能率的であるからである。また、ＰＬＣなどのノー
ドにつながるホストが必要とするデータの更新周期と同
等または早い周期で繰り返して伝送することでＰＬＣな
どが待たずにデータを得ることを狙っている。

【００４８】各ノードで受信したデータは各ノードが持
つ制御データメモリ１６に図４のようなマップにしたが
って保持する。図４に示すマップによれば前半に高速制
御データ、後半には低速制御データを格納することにな
る。Ｈ１，Ｈ２は高速制御データのうちノードＮ１，Ｎ
２が送信するデータのブロックを示し、上記した６４ワ
ードのブロック単位で格納される。Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ
２Ａ，Ｌ２Ｂは低速制御データであり、数字は送信する
ノード番号を示し、Ａ，Ｂは送信のフレームの別を示
す。

【００４９】図５により動作の流れを説明する。下部に
太い実線が引かれているフレームはマルティキャストす
るフレームであり、他はマルティキャストしない（つま
りユニキャストする）フレームである。各ノードＮは計
時装置２１を使って伝送する周期を管理している。

【００５０】高速制御データの伝送周期をＴH とし、低
速制御データの伝送周期をＴH の整数倍であるＴL とす
る。ＣＰＵ１４は、計時装置２１からの時間情報に基づ
いて高速制御データの伝送周期ＴH ごとに高速制御デー
タのブロックと併せて低速制御データの一部分を一フレ
ーム内に１つのブロックとして入れて送信する。高速制
御データは伝送周期ＴH ごとに全データを送信し、低速
制御データは部分的に分割して高速制御データと共に伝
送周期ＴH で順次送信し、トータルとして伝送周期ＴL
の周期で全体を送信するようにする。

【００５１】図５に示すタイムチャートにおいて、ノー
ドＮ１に着目すると、高速制御データは周期ＴH 毎にデ
ータＨ１を送信しており、低速制御データは最初の周期
ではデータＬ１Ａ、次にデータＬ１Ｂと分割して送り高
速制御データの２倍の周期で全データを送るようにして
いる。他のノードＮ２，Ｎ３も同様に周期的に高速デー
タ、低速データを送信する。

【００５２】なお、図５に示す例では高速制御データを
１つのフレームに収納して伝送しているが、全ての高速
制御データを周期ＴH の間に伝送できれば複数のフレー
ムに載せて伝送するようにしても良い。また、高速制御
データを収納したフレーム内に低速制御データの一部が
含まれた場合を例示しているが、低速制御データを単独
でフレーム内に収納して伝送しても良い。

【００５３】プラント制御システムにおいて制御データ
は確実に送信する必要があるので、制御データをデマン
ドプライオリティ方式のもつ優先的の高い方を使用して
送信する。レピータＲ１は、同一優先度の送信要求はラ
ウンドロビン方式により公平に伝送路の使用を許可す
る。したがって、各ノードＮ１〜Ｎ３は制御データを定
期的に送信できる。また、送信した制御データはマルテ
ィキャストされるので、マルティキャストアドレスとし
て同一のアドレスを登録してあるノードはすべて同時に
受信する。ＬＡＮは制御用に特化されたものではないの
で、制御データを使わないパソコンなども接続される。
これらはマルティキャストアドレスを登録しなければ、
制御データの受信は行わない。各ノードで受信した制御
データは各々の制御データメモリ１６に格納する。

【００５４】一方、メッセージデータは間欠的に送信要
求が出されるので、制御データを送信していない期間
に、レピータＲ１が低い優先度で送信要求を受けて、ラ
ウンドロビン方式で送信を許可する。図５の例では、ノ
ードＮ３からメッセージデータＭ（３−１）をノードＮ
１に送信している。Ｍはメッセージであることを表し、
３−１はノードＮ３からＮ１への送信であることを示
す。ノードＮ１はこのメッセージに対してのレスポンス
としてＭ（１−３）をノードＮ３に対して送る。これら
は制御データの送信していない空き時間に行われる。

【００５５】以上により、各ノードＮ１〜Ｎ３は制御デ
ータを必要な周期で送信し、制御データを必要とする全
ノードはこれを受信して各々の制御データメモリ１６に
格納する。この制御データメモリ１６をホストが必要な
時にアクセスすることで、ＰＬＣなどのホストは伝送時
間を空費することなく制御データの受信、送信が可能と
なる。

【００５６】ここで、各ノードＮ１〜Ｎ３の動作につい
具体的に説明する。尚、各ノードＮ１〜Ｎ３は同様の構
成をしていて同様に動作するので、一つのノードＮを例
に説明する。

【００５７】ＴＣＰ／ＩＰによるメッセージデータの伝
送について説明する。メモリ１７にホストがＴＣＰ（ト
ランスミッションコントロールプロトコル）のデータ部
とＴＣＰ及びＩＰのヘッダを作る元となるＭＡＣアドレ
ス、ＩＰアドレス、ポート番号、データ長などのコント
ロール用データを与える。ＣＰＵ１４は割り込みなどで
データが整ったことを知ると、イーサネットフレームの
作成を開始する。

【００５８】イーサネットでは一度に伝送できるデータ
は１５００バイトであるので、必要によりＩＰフラグメ
ントを行ない複数のフレームに分割する。そして上記コ
ントロール用データに基づき単数または複数のイーサネ
ットフレームをメモリ１７につくりＴＣＰ／ＩＰに従っ
て伝送を行なう準備をする。

【００５９】ＣＰＵ１４がＭＡＣ１２に対して送信する
フレームを書き込むと、そのフレームデータがバッファ
メモリ１３に格納される。ＣＰＵ１４が送信指令をＭＡ
Ｃ１２に対して与えると、当該ノードにレピータＲ１が
送信を許可した時点で、バッファメモリ１３に格納され
ている送信フレームが送出される。送信完了時、又はエ
ラー完了時に割り込みが発生するので、その割り込みに
よって必要な処理を行なう。

【００６０】一方、受信したフレーム形式のメッセージ
データはバッファメモリ１３に書き込まれる。バッファ
メモリ１３にメッセージデータが格納されると、該受信
フレームのステータスをチェックした後、エラーのない
受信であればメモリ１７にバッファメモリ１３より転送
する。フラグメントされていれば合体などの処理を行な
うとともにヘッダにあるチェックサムなどのエラーチェ
ックも行なう。受信すれば、ＣＰＵ１４はホストに対し
て割り込みを発し、受信したことを知らせる。尚、エラ
ー時には再送などの処理を行う。

【００６１】制御データの伝送動作について説明する。
図６（ａ）に示すようにＵＤＰデータは単純な構成では
あるが、ＤＭＡコントローラにより順序よくデータを格
納できるほど単純ではない。ブロック開始アドレスが順
序よく並んでいないからである。このため、所定ワード
（例えば６４ワード）毎にアドレスの変更を行なわなけ
ればならない。ＤＭＡコントローラが３２ビット単位の
転送能力を持っていれば６４ワード相当のデータを全て
転送するには３２回の転送を行なう必要がある。一回の
転送に要する時間が０．１マイクロ秒であるとすれば、
３．２マイクロ秒ごとにアドレスの計算と変更が必要と
なる。これではＣＰＵが常にＤＭＡ割り込みを受け取る
ことになり効率が悪い。またＣＰＵが処理したのではＣ
ＰＵへの負荷が大きい。

【００６２】本実施例では、伝送量が大きい制御データ
について制御回路１５が簡易なＤＭＡコントローラ的な
役目を果している。制御回路１５が、ＵＤＰデータのブ
ロック種別を読み込み、つぎに総ブロック数を読み込
み、ブロック種別及び総ブロック数を内部のカウンタに
保持する。更にブロック開始アドレスを読み出してブロ
ックアドレスカウンタに入れ、このブロック開始アドレ
スをＤＭＡコントローラと同じく外部に出してＭＡＣ１
２より受信データを読んで制御データメモリ１６に書き
込む。そして６４ワード分書き込んだら、総ブロック数
カウンタをインクリメントし，読み込んだ総ブロック数
に一致しないならば次のブロック番号を読みだして同様
に処理する。制御データでは受信するフレームが圧倒的
に多いので高速化に有効である。もちろん、送信機能も
備えることができる。

【００６３】図３に制御回路１５の構成が示されてい
る。制御回路１５、制御データメモリ１６、メモリ１７
の３ブロックは、アドレス信号線１８ａ、データの内容
を示すデータ信号線１８ｄ、及び図示していない制御を
行なう信号である制御信号線にそれぞれ接続されてい
る。

【００６４】受信した制御データを制御回路１５を介し
て制御データメモリ１６に書き込むための処理ステップ
は以下のようになる。ＣＰＵ１４がすでに受信フレーム
のフレームヘッダを読み込んでおり、制御データの伝送
であることが判っているものとする。最初のデータであ
るブロック種別をＣＰＵ１４がバッファメモリ１３より
読み出し、制御回路１５内のレジスタ（ＢＳ）７３に書
き込む。ブロック種別は一ブロックあたりの大きさを示
している。デフォルトでは６４ワードである。（ステッ
プＳ１） 次に、ＣＰＵ１４がバッファメモリ１３から総ブロック
数を読み出し、制御回路１５内のレジスタＢＴ（７６）
に書き込む。（ステップＳ２） 次に、ＣＰＵ１４が制御回路１５に対して受信データの
読み込みを指令する。ＣＰＵ１４からの読み込み指令は
制御回路１５内の内部制御回路（ＩＣＮＴ）７８に対し
て与えられる。（ステップＳ３） 内部制御回路７８は、バッファメモリ１３よりブロック
開始アドレスを読み込み、そしてブロックアドレスカウ
ンタ（ＢＡＤＲ−ＣＮＴ）７２に書き込む。（ステップ
Ｓ４） 以下は内部制御回路７８が制御してバッファメモリ１３
から制御データを読み出し、制御データメモリ１６へ書
き込む。まず、ＢＡＤＲ−ＣＮＴ７２の内容をアドレス
信号線１８ａに与えるとともに、バッファメモリ１３よ
りデータを読み出してデータ信号線１８ｄに与え、これ
らのアドレス及びデータ線１８ａ，１８ｂを使い制御デ
ータメモリ１６に書込む。同時にＢＡＤＲ−ＣＮＴ７２
を書き込むデータのワード長分インクリメントする。こ
の例では、３２ビットつまり２ワードに対応するので２
ワード分インクリメントする。そして、ブロックの大き
さ分の書き込みを行なったかをレジスタ７３とＢＡＤＲ
−ＣＮＴ７２の下位のビットを一致回路（ＢＳ−ＣＯＩ
Ｎ）７４で比較して判定する。この例では、６４ワード
が一ブロックであるので、６４／２＝３２回の転送を行
なったか否かを判定する。これは、ブロックアドレスカ
ウンタ７２の下位５ビットを比較して判定する。（ステ
ップＳ５） 一ブロック分の転送が完了するまで上記処理を繰り返
し、一ブロック分の転送が完了したならばブロック数カ
ウンタ７５をインクリメントし、総ブロック数レジスタ
７６と一致回路７７でそれぞれ比較する。一致している
場合、つまり全データの転送が完了すれば信号６７を内
部制御回路７８に与え、制御回路１５の動作を終了す
る。一致していなければステップＳ４の処理へジャンプ
する。（ステップＳ６） 以上により、制御データメモリ１６に受信データが書込
まれたことになる。次に、制御データメモリ１６から送
信データ読み出し、バッファメモリ１３へ書き込む場合
を説明する。制御データメモリ１６には送信すべきデー
タが書き込まれており、またメモリ１７の固定番地には
ブロック開始アドレスが所用個数分あらかじめ書き込ま
れているとする。

【００６５】最初に、ＣＰＵ１４が各ヘッダ、ブロック
種別、総ブロック数をバッファメモリ１３に書き込む。
同時に、ブロック種別、総ブロック数を制御回路１５の
レジスタ７６、レジスタ７３に書き込む。そして、内部
制御回路７８に対して送信データの読出しを指令する。
この部分によりブロック数カウンタ７５を初期化する。
（ステップＴ１） 次に、内部制御回路７８の指令によりメモリ１７の固定
番地に格納されているブロック開始アドレスを読み、ブ
ロックアドレスカウンタ７２に書き込む。メモリ１７を
読むアドレスはブロック数カウンタ７５と固定番地の最
初を示すアドレスと組み合わせて作成する。すなわち、
ブロック数カウンタ７５は固定番地からのオフセットを
指定するものとなる。従って、最初のメモリ１７へのア
クセスは最初のブロック開始アドレスを読むことにな
る。（ステップＴ２） 次に、読み込んだブロック開始アドレスをブロックアド
レスカウンタ７２からＭＡＣ１２を通して、バッファメ
モリ１３に書き込む。（ステップＴ３） 次に，書き込むべき制御データをブロックアドレスカウ
ンタ７２のアドレス指定により制御データメモリ１６か
ら読み出し、ＭＡＣ１２を通してバッファメモリ１３に
書き込む。書き込むと同時にブロックアドレスカウンタ
７２をインクリメントする。この例では、３２ビットつ
まり２ワードに対応するので２ワード分インクリメント
する。そして、ブロックの大きさ分の書き込みを行なっ
たかをレジスタ７３とブロックアドレスカウンタ７２の
下位のビットを一致回路７４で比較して判定する。この
例では６４ワードが一ブロックであるので、６４／２の
３２回の転送を行なったかを判定する。ブロックアドレ
スカウンタ７２の下位５ビットを比較して判定する。
（ステップＴ４） 一ブロック分の転送が完了しなければ上記処理を繰り返
し、完了したならばブロック数カウンタ７５をインクリ
メントし、総ブロック数レジスタ７６と一致回路７７で
比較する。一致している場合、つまり全データの転送が
完了すれば信号６７を内部制御回路７８に与え、制御回
路１５の動作を終了する。一致していなければステップ
Ｔ２の処理にジャンプする。

【００６６】以上述べた制御回路１５の機能はカウンタ
やレジスタなどとロジックの組み合わせであるので、現
在安価に供給されるＦＰＧＡやＧＡで簡単に構成でき
る。このように本実施例によれば、以下の効果を奏す
る。 （１）各ノードＮ１〜Ｎ３に制御データメモリ１６を備
え、各ノードＮ１〜Ｎ３が制御データをマルティキャス
トすることで制御データを共有するようにしたので、同
一データを複数のノードに送信する必要がなくなり、伝
送に要する時間を短縮できる。 （２）ノードに直結するホストであるＰＬＣなどが、制
御データメモリ１６により最新の制御データに遅滞なく
アクセスできる。このため、遠方にあるデータも、直結
しているのと同様に処理できる。 （３）各ノードが繰り返し制御データをマルティキャス
トするので、万一信号が外来ノイズで誤動作し伝送が正
常にできない場合が発生しても、自然に再送が行なわれ
る。 （４）制御データが要求する伝送遅延時間は制御データ
により異なるが、それに適した制御データ伝送周期を選
択できる。こうすることで、伝送遅延時間が大きくても
よいデータをいたずらに何回も伝送することなく、伝送
路を有効に使用できる。 （５）制御データは優先度を高くし、メッセージデータ
は優先度を低くすることで、制御データを確実に一定周
期で伝送することができる。一方、メッセージデータは
空いた伝送路を有効に利用して伝送できるので結果とし
て早く伝送できる。 （６）レピータＲ１はラウンドロビン方式でノードＮ１
〜Ｎ３に対して送信権を与えるので、ノードは公平に送
信権を持つことができる。 （７）業界標準であるイーサネットのフレームをそのま
ま使い、同じく業界標準であるＴＣＰ／ＩＰ上ですべて
の伝送を行なうので、既存の膨大なソフトが使用でき、
開発費が安くできる。また、オープン性が高いものとな
る。 （８）制御データはＵＤＰ上で伝送するので、既存のＴ
ＣＰ／ＩＰ上に容易に構成できる。特に制御データの伝
送量が少ない時には特別のハードウェアを必要としな
い。 （９）簡単なハードウェアで構成することのできる制御
回路１５を備えて簡易のＤＭＡコントローラのようにし
て使用することとしたので、制御データが多いときには
効率の良い処理ができる。 （１０）イーサネットを１００Ｍビット／秒に機能向上
したものであるので、多くのメーカーがＬＳＩ、レピー
タやノードを供給しているので安く全体のシステムを作
り上げることができる。

【００６７】なお、以上述べた実施例で使用するフレー
ムはイーサネットフレームであったが、ＩＥＥＥ８０
２．３形式のフレームにイーサネットフレームをのせる
ことはＳＮＡＰという形式で可能であり、ＲＦＣ１０４
２により標準化されている。すなわち、ＩＳＯのＯＳＩ
に則った形式のフレームのなかにイーサネットフレーム
をのせることができるのである。そして既存のワークス
テーションなどの装置のなかには、純粋のイーサネット
形式でもＩＥＥＥ８０２．３形式でもどちらでもＴＣＰ
／ＩＰプロトコルを処理できるものもある。従って、イ
ーサネットフレームとして両方の形式を包含することが
できる。

【００６８】また、レピータとしてスイッチ機能を有す
るものが使用されるようになってきている。スイッチは
マルティキャストの時は有効ではないが、ユニキャスト
の時は有効であるのでその様な場合にはスイッチ機能を
有するレピータを使うこともできる。

【００６９】（第２実施例）本実施例は、１００Ｍビッ
ト／秒に高速化したイーサネットにＣＳＭＡ／ＣＤ方式
を採用した例である。本実施例の基本的な構成は、前述
した第１実施例と同じであるが、ノードのＭＡＣとトラ
ンシーバがＣＳＭＡ／ＣＤ方式である点が異なる。

【００７０】１００Ｍビット／秒のイーサネットには、
現在の１０Ｍビット／秒と同じＣＳＭＡ／ＣＤ方式を採
用しＩＥＥＥ８０２．３ｕとして標準化が行なわれてい
る（現在ドラフト段階）方式がある。この方式には２種
類ある。一つは衝突が発生しないようにソフトウエア制
御する方式である。本実施例はこの方式を採用してい
る。

【００７１】なお、ＭＡＣはイーサネットの処理など大
部分の処理が共通であることから複数の方式に対応でき
るようにするのが容易であり、２種の方式に対応できる
ＬＳＩも開発されているのでＭＡＣは共通化し、トラン
シーバのみ伝送路に合わせることで（この部分のみドー
ターボードとして交換可能とする）ハードの共通化を図
るようにする。

【００７２】図７は本実施例のタイムチャートを示して
いる。同図においてフレーム内にＴと記入されているの
がトークンである。他の符号は前述した第１実施例と同
じ意味である。

【００７３】いま、ノードＮ１に伝送路の送信権がある
とすると、ノードＮ１は送信権を得た時刻を記憶すると
共に制御データを伝送する。前回からの経過時間を計算
して、予め決められた伝送周期を確保するにはどのくら
いの時間、送信権を保持できるか計算する。但し、一つ
のノードのみが多くの時間を占有しないように最大の許
容時間も決めておく。また、経過時間を計算するのは、
メッセージ伝送の場合はデータ伝送が間欠的に行なわれ
るのでトークンが一巡する時間が変動するのに対処する
ためである。

【００７４】許容時間が経過するまでは現在送信準備が
できているメッセージデータを送信し、最後に次のノー
ドＮ２にトークンを渡すフレームを送信する。トークン
を取得したノードＮ２でも同様に処理し、ノードＮ３、
ノードＮ１と送信権が移る。

【００７５】デマンドプライオリティ方式の場合は伝送
路の制御をレピータＲ１が行なうが、本例のＣＳＭＡ／
ＣＤ方式ではレピータＲ１は一切の制御は行なわず、単
に受信信号を増幅して送信する機能のみを持つ。

【００７６】ここで、トークンはＵＤＰを使用して構成
される。ＵＤＰのポート番号によりトークンであること
を示す。トークンは次に送信権を渡す相手のノードに現
在送信権をもつノードから送信される。相手にトークン
が渡ったか否かを相手が制御データのマルティキャスト
を行なうかどうかで判定する。

【００７７】なお、トークンの送信自体をマルティキャ
ストとすることもできる。この場合は、ＵＤＰデータと
して次の送信権ノードと現在の送信権ノードを情報とし
てもつ。これにより自ノード宛てのトークンか否か判定
する。

【００７８】以下、トークンをマルティキャストしない
場合を例として、本実施例における伝送動作について具
体的に述べる。送信権を持たないノードは、常にフレー
ムを受信しそのフレームが制御データかメッセージデー
タかにより異なる処理を行なう。これはデマンドプライ
オリティ方式と同じである。

【００７９】送信する場合は、バッファメモリ１３に送
信データを保管するまでは第１実施例と同じであるが、
実際の送信の開始はトークンが到着して送信権を得るま
で待機となる。トークンの受信はＭＡＣ１２が受信した
フレームをＣＰＵ１４が判定してトークンの到着を知
る。デマンドプライオリティ方式では、制御データは定
期的に送信するが、メッセージデータは空き時間に自由
に送信できた。しかし、本ケースではトークンを得たと
きにまとめて送信することになる。従って、前記したよ
うに経過時間を計算し、送信権を得たときにどのくらい
のデータを送信できるか計算して送信するフレームを決
める。つまり、制御データは必ず送るようにするが、間
欠的な要求であるメッセージデータは許容時間以上であ
れば送信を次のトークンが来るまで待たせる。このため
の制御をＣＰＵ１４が計時装置２１を使って行ってい
る。

【００８０】ＣＳＭＡ／ＣＤ方式のメリットは、トーク
ンが何らかの原因で喪失したとき、その回復が容易であ
ることである。つまり、衝突が起きても任意にイーサネ
ットとして送受信できるので、再スタートが容易にでき
る。トークンバスの場合では、特別の再構成の手順を踏
むため再スタートに時間がかかる。

【００８１】このように本実施例によれば、ノードがト
ークンにより送信権を得たり、送信権を移譲するように
し、トークンが一巡する時間を計測して自ノードが送信
権を有している時間を制御するようにしたので、規定の
一巡時間を超えない範囲でメッセージデータをまとめて
送信できる。すなわち、ノードにより送信すべきデータ
に大きな差異があるとき、デマンドプライオリティ方式
のようにノードが常に平等の送信権を持つように強制さ
れないので、早く伝送できる。

【００８２】本実施例によれば、トークンが何らかの原
因で喪失したとき、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式で常に伝送でき
るので、その回復がトークンバス方式でのトークンの回
復に比べ容易で短時間にできる。

【００８３】以上の説明では、フレームはイーサネット
フレームとして述べてきたが、ＩＥＥＥ８０２．３形式
のフレームにイーサネットフレームをのせることはＳＮ
ＡＰという形式で可能であり、ＲＦＣ１０４２により標
準化されている。既存のワークステーションなどの装置
のなかには、純粋のイーサネット形式でもＩＥＥＥ８０
２．３形式でもどちらでもＴＣＰ／ＩＰプロトコルを処
理できるものがある。従って、本実施例に記載した方式
はイーサネットフレームとして両方の形式を包含するこ
とができる。

【００８４】（第３実施例）本実施例は、１００Ｍビッ
ト／秒に高速化したイーサネットにＣＳＭＡ／ＣＤ方式
を採用した例であるが、上記したＩＥＥＥ８０２．３ｕ
として標準化が行なわれているもう一つの方式、すなわ
ちレピータが衝突が発生しないように制御する方式を採
用している点が第２実施例と異なる。また、本実施例は
レピータを図８に示すように階層化している。

【００８５】ノードは特別の変更はせず、通常のノード
が使用できることを前提とする。これは、各種の市販ボ
ードが使用できる利点があるからである。従って、レピ
ータに衝突がおきないような仕組みとなっている。

【００８６】図９は、レピータＲ１（レピータＲ２も同
様な構成）の構造を示している。レピータＲ１は、通常
のレピータと同じであるが、レピータ回路の部分に特別
の機能を有する。レピータＲ１は上位（Ｒ０）とは信号
路３２で接続され、下位とは信号路６，７で接続され
る。トランシーバＴＲ（５１，５２，５３）を介して外
部から入力される信号はレピータＲ１で処理されて電気
信号に変換され、外部にレピータＲ１から送信する信号
は電気信号を外部に送信できるレベルと形態をもつ信号
に変換される。

【００８７】レピータ回路（ＲＥＰ）５０とトランシー
バ５１〜５３とは信号線５４，５５，５６により接続さ
れる。外部との接続は規格上いくつかの種類があるが、
典型的には送信用と受信用の２本の独立した信号を採用
する。１００Ｍビット／秒の場合はＮＲＺＩ形式のデー
タで４Ｂ５Ｂという方式によりデータをエンコードす
る。

【００８８】デマンドプライオリティ方式では、ノード
が送信の要求を行なう信号（二つの優先度がある）と送
信許可信号とにより送信の制御を行なっていた。レピー
タは要求のあるノードに対して優先度とラウンドロビン
方式により送信を許可する。

【００８９】しかし、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式では送信要求
を行なう信号に対応したものがない。キャリアを検出す
ると送信しないので、キャリアを検出して他の信号に影
響のない信号を送信不許可信号として使用する。例え
ば、１１００１１００のように１１と００の繰り返し信
号は発生が簡単であるので送信不許可信号として使用で
きる。その他、プリアンブルと同じ０１０１の繰り返し
でもよい。要するにフレームと認識されずにキャリア検
出が行なえれば良い。

【００９０】送信不許可にするには、対象とするノード
に対してインターフレームスペース時間以内にキャリア
を検出できるようにしなければならない。従って、レピ
ータは送信を許可しないノードに対しては常に、例えば
フレームを送信後、インターフレームスペース時間の半
分の時間経過したら送信不許可信号を送信する。つま
り、送信不許可にするには、送信不許可信号を送出する
ばかりでなく、インターフレームスペース時間以内に送
る必要がある。このため、送信を許可しないノードに対
してはレピータがこの信号を作成し所定時間以内に送信
する。送信許可信号は無信号を使用し、この無信号がイ
ンターフレームスペース時間以上続いた場合、送信許可
信号となる。なお、１００Ｍビット／秒のイーサネット
の場合は高速であるので同期の目的でアイドル信号がフ
レーム間の無送信時間に使用される。これは、キャリア
として検出されない無信号と同じである。

【００９１】送信要求があるか否かはわからないため、
レピータはあるノードに対して定期的に送信許可信号を
与え、他のノードに対しては送信不許可信号を与え、結
果として全てのノードを定期的に選択する。

【００９２】送信権を得たノードは自己が現在送信すべ
く蓄えたフレームを連続して送信する。レピータはフレ
ームを受信したら、送信不許可信号に替え受信したフレ
ームを他のノードに送信する。他のノードが連続受信フ
レームの受信休止の時間にキャリア不検出により送信を
開始することによる衝突が起きないようにするため、他
のノードがキャリア検出をするように、レピータは送信
ノード以外にはフレーム終了後インターフレームギャッ
プより短い時間後に送信不許可信号を送信する。そし
て、次の受信フレームを受け取るとそのフレームに替え
る。

【００９３】送信完了後一定時間送信が行なわれなけれ
ば、レピータはそのノードに対して送信不許可として次
のノードに送信許可を与える。図１０は、レピータが２
階層構成をとる本実施例での伝送状態を示す。

【００９４】レピータＲ１はノードＮ１，Ｎ２を制御
し、レピータＲ２はノードＮ３，Ｎ４を制御する。これ
らレピータはフレームの送受信と上位のレピータの指令
に基づき送信権の制御を行なう。レピータＲ１，Ｒ２の
上位にあるレピータＲ０は下位のレピータＲ１，Ｒ２を
制御しフレームの送受信、送信権の制御を行なう。

【００９５】図１０では、それぞれのノードＮ１〜Ｎ４
あるいはレピータＲ１，Ｒ２が上位に対してどう送信
し、上位からどう受信するかを示している。Ｆ１−Ｆ４
は通常のフレームを示す。説明を容易にするため、伝送
路とレピータあるいはノードでは遅れがないものとして
いる。遅れの影響については、後述する。また、送信許
可信号を記載していないが、フレームまたは送信不許可
信号以外の状態が送信許可信号を送出している状態であ
る。

【００９６】レピータＲ０が、時刻ｔ０でレピータＲ１
に対して送信許可を与えているとすれば、レピータＲ１
はレピータＲ０より送信許可信号を受信しレピータＲ２
は送信不許可信号を受信する。一方、レピータＲ１はノ
ードＮ１に対して送信許可しているとすると、ノードＮ
１にのみ送信許可信号を送信し、他のすべてのノードＮ
２〜Ｎ４は送信不許可信号が与えられる。レピータＲ２
は当然ながら全てのノードに送信不許可信号を送信す
る。

【００９７】インターフレームスペース時間以上経過後
の時刻ｔ１では、ノードＮ１が送信許可と判定してフレ
ームＦ１をレピータＲ１へ送信する。このレピータＲ１
は、受信フレームＦ１を送信不許可信号に替えてノード
Ｎ２に対して送信すると共にレピータＲ０に送信する。
レピータＲ０は、受信フレームＦ１を送信不許可信号に
替えてレピータＲ２に送信し、最終的にレピータＲ２が
受信フレームＦ１を送信不許可信号に替えてノードＮ３
及びノードＮ４に送信する。これによりフレームＦ１が
全てのノードに配信されたことになる。

【００９８】時刻ｔ２にフレームの送信が終わると、イ
ンターフレームスペース時間より短い時間後の時刻ｔ３
に送信権を持つノードＮ１以外のノードまたはレピータ
に時刻ｔ０と同じく、送信不許可信号を与える。

【００９９】時刻ｔ２からインターフレームスペース時
間より長い時間を経過した時刻ｔ４になってもノードＮ
１から送信がないので、レピータＲ１はノードＮ１が送
信権を委譲するものとみなし、次のノードであるノード
Ｎ２に対する送信不許可信号の送信を中止し、いままで
送信権を保持していたノードＮ１に送信不許可信号を送
信する。

【０１００】時刻ｔ４からインターフレームスペース時
間以上経過後の時刻ｔ５にはノードＮ２からのフレーム
Ｆ２の送信が始まり時刻ｔ６で終了する。時刻ｔ７は時
刻ｔ３と同じ送信不許可信号を必要なノードとレピータ
に与える。時刻ｔ８は時刻ｔ４と同じタイミングでほぼ
同じことを行なう。すなわちノードＮ２からの送信がな
いのでレピータＲ１は送信権の委譲とみなし、いままで
送信していたノードＮ２には送信不許可信号を送信す
る。しかし、レピータＲ１で送信権は一巡したので、次
には別のレピータＲ２に制御されるノードに送信権を渡
すので、レピータＲ１は上位のレピータＲ０に送信不許
可信号の送信を停止する。

【０１０１】時刻ｔ８よりインターフレームスペース時
間以上経過後の時刻ｔ９で、レピータＲ０はレピータＲ
２への送信が許可されたと判断できるので、レピータＲ
２からレピータＲ０への送信を許可する。従って、レピ
ータＲ２への送信不許可信号を送出を停止する。同時に
レピータＲ１へは送信不許可信号の送出をはじめる。時
刻ｔ９よりインターフレームスペース時間以上経過後の
時刻ｔ１０で、レピータＲ２は送信許可を認識し、ノー
ドＮ３に対して送信不許可信号の送出を停止してノード
Ｎ３からの送信を待つ。

【０１０２】時刻ｔ１０よりインターフレームスペース
時間経過後の時刻ｔ１１で、ノードＮ３はフレームＦ３
の送出を開始する。以下同様であるので説明を省略す
る。以上のように、同一ノードが連続して送信する場合
のフレーム間隔は、通常のＣＳＭＡ／ＣＤ方式と同じく
インターフレームスペース時間であり、ノードが変る場
合は更に１個のインターフレームスペース時間以上の時
間分が追加される。これは送信権が委譲するため別のノ
ードに移るために必要な中間のレピータの数分だけ追加
されると考えられる。ノードＮ１からノードＮ２に移る
にはレピータＲ１を経由するので１個分追加し、ノード
Ｎ２からノードＮ３に移るにはレピータＲ１，レピータ
Ｒ０，レピータＲ２を経由するので３個分追加する。

【０１０３】次に、伝送路、レピータ又はノードで時間
遅れがある場合の伝送動作について図１１を参照して説
明する。ノードＮ１が送信を完了してノードＮ２に送信
権が移る場合を考える。

【０１０４】送信権がノードＮ１からノードＮ２へ移る
過渡期に、ノードＮ１において、送信不許可信号を受信
して送信権が移るのを認識する前に、新たに送信するフ
レームが生成されたとする。ノードＮ１は送信を一度は
完了したわけであるが、再度送信を開始したとする。

【０１０５】このような状況において送信を開始する
と、レピータＲ１からノードＮ１に出された送信不許可
信号と、ノードＮ１からレピータＲ１に送信した送信フ
レームとが衝突を起こす。この衝突により送信フレーム
はジャミング信号を発生して送信を停止する。図１１は
そのような伝送状況を示している。

【０１０６】ノードＮ１は、時刻ｔ１からｔ３まで上位
のレピータＲ１にフレームを送信しており、レピータＲ
１が時刻ｔ１からｔｐの遅延時間後に時刻ｔ２から時刻
ｔ４の期間にそのフレームを受信する。レピータＲ１
は、インターフレームスペース時間以上待ち、ノードＮ
１から新しいフレームが送られてくるか判定する。ノー
ドＮ１は送信のバッファに送信フレームが複数あれば、
残ったフレームをインターフレームスペース時間後に送
信する。ここでは残ったフレームがなかったのでレピー
タＲ１ではインターフレームスペース時間以上経過した
時刻ｔ６で、ノードＮ１に対して送信不許可信号の送信
を開始した。その送信不許可信号が時刻ｔ８にノードＮ
１に到着する。

【０１０７】一方、ノードＮ１は、時刻ｔ３では送信す
べきフレームが存在しなかったが、その時は送信フレー
ムを作成中であって時刻ｔ７で送信できるようになった
とする。このとき（時刻ｔ７）、ノードＮ１にレピータ
より送信不許可信号が到着していないので、時刻ｔ７で
ノードＮ１が送信を開始するが、時刻ｔ８で衝突を検出
しジャミング信号を発生して時刻ｔ１０で送信を停止す
る。このフレームはレピータＲ１では時刻ｔ９からｔ１
１の間に受信する。但し、このフレームはフレームとし
ての最小の大きさである５１２ビットより小さいフレー
ムであり、フレームの最初で衝突が発生したときにでき
る小さなフレームである。レピータＲ１は次のノードＮ
２に送信を許可しているので、レピータＲ１がノードＮ
２からフレームを受信すると送信不許可信号に替えてそ
のフレームを時刻ｔ１２から時刻ｔ１４まで送信しノー
ドＮ１は時刻ｔ１３からｔ１５の間に受信する。

【０１０８】衝突により送信できなかったフレームは、
次に当該ノードＮ１に送信権が回ってきた時に送信す
る。衝突が発生した後の送信についてはバックオフアル
ゴリズムが採用されている。本実施例は、最初の衝突後
の初回の送信では、スロットタイムの０倍または１倍の
時間のどちらかを選択して（ＭＡＣ内で疑似的にさいこ
ろを振ることで選択する）、その選択スロットタイム時
間の経過後に上記フレームを送信する。その一方でノー
ドが選択された時は、少なくともスロットタイムの時間
はそのノードを選択するようにする。このようにすれ
ば、上記した衝突が発生するケースであっても問題なく
送信できる。

【０１０９】上記した衝突はノードが送信権を放棄した
後にすぐに再度送信を行なおうとした場合に起こるが、
これはノードのソフトがそのような動作を行なえるよう
にプログラムされている場合だけである。すなわち、ノ
ードＮ１が送信を行なっている最中に同ノードＮ１に次
の送信要求が発生した場合、現在の送信が完了してから
一定時間後に再度送信を許可するようにすれば衝突がお
きないですむ。

【０１１０】もう一つの衝突が発生する可能性のあるケ
ースがある。これは、ノードがフレームの送信を連続し
て行なっている時に、レピータがノードに対して強制的
に送信を停止するために送信不許可信号を送信した場合
である。ノードに送信不許可信号が到着する前に、ノー
ドにフレーム送信が許可されており、フレームの送信が
行なわれて衝突がおきるケースである。距離が伸びるに
従って時間の制約からおきることになる。また、１０Ｍ
ビット／秒より１００Ｍビット／秒のイーサネットの方
が時間の制約が大きくなるのでおきやすくなる。

【０１１１】衝突が起きるような条件の場合は、ノード
の選択時に少なくともスロットタイム時間はそのノード
を選択するように制御する。このような伝送制御を行う
ことにより、最初の衝突のみで、バックオフアルゴリズ
ムによる複数回の衝突の発生はないので、伝送が滞るこ
とはない。

【０１１２】次に、レピータ回路５０による衝突回避動
作を含めた伝送動作を、図１２、図１３のフローチャー
トを参照して説明する。まず、レピータ回路５０は、ス
テップＰ１において常に送信許可信号を上位から受信す
るかどうかモニタする。送信許可信号が一定時間Ｔ３以
上続けば送信が許可されることになるので、そのレピー
タに送信権が受け取れたことになる（ステップＰ２）。

【０１１３】レピータ回路５０は送信権を持つか否かで
動作が異なる。ステップＡ１では、レピータ回路５０が
送信権を持っているか否か判定を行なう。送信権を持た
なければ、上位からの受信データをそのまま下位に送信
する（ステップＡ２）。送信権を持っていれば、最初は
下位ノードのノード番号ｉを初期化する（ステップＢ
１）と共に、ノード番号ｉのノードに送信権を持たせて
（ステップＣ２）、ノードｉに送信許可信号を送り、他
のノード及び上位に送信不許可信号を送信する（ステッ
プＣ３）。

【０１１４】ここで、送信不許可信号は前のフレーム終
了からインターフレームスペース時間より短い時間Ｔ１
（例えば、インターフレームスペース時間の半分）以内
に送信する信号であり、キャリア検出が行なわれる信号
である。レピータ回路５０はこの時間Ｔ１を計測する計
時手段を備える。

【０１１５】レピータ回路５０は、送信権を与えたノー
ドｉより一定時間Ｔ２以内にフレームを受信できるか否
か判定する（ステップＣ４）。一定時間Ｔ２以内にフレ
ームが受信できれば、このフレームを他のノードや上位
に送信不許可信号に替えて送信する（ステップＣ５）。
上記一定時間Ｔ２は、ほぼインターフレームスペース時
間に合わせた長さに設定する。

【０１１６】一方、上記ステップＣ４の処理において、
一定時間Ｔ２内にフレームを受信しなければ、ノードｉ
が送信権を必要としていないと判定して、ノード番号ｉ
を１だけインクリメントして次のノードのノード番号を
決める（ステップＤ１）。このとき、全てのノードが完
了していれば（ステップＤ２）、当該レピータが最上位
のレピータであるルートレピータでないならば（ステッ
プＤ３）、当該レピータの送信権を委譲し（ステップＤ
４）、図１２に示すフローチャートにおけるＡに処理を
移行する。ルートレピータであるならば、図１２に示す
フローチャートにおけるＢに移行し、ノード番号を初期
化して上記処理を繰り返す。

【０１１７】このように、レピータ回路５０は、上位か
ら送信権を得たら、下位のノードを順次選択して下位の
ノードから送信フレームを受け、これを他のノード及び
上位に送信する。このため、レピータ回路５０は、フレ
ームの受信及び送信機能、ノード選択機能、送信不許可
信号の送信機能、送信許可信号の送信機能、送信権を移
譲するためのフレームの不受信を検出する機能、レピー
タの送信権を受け取るための送信許可信号を受信する機
能などを有する。

【０１１８】このように本実施例によれば、ノードはＣ
ＳＭＡ／ＣＤ方式のままのノードとし、レピータはＣＳ
ＭＡ／ＣＤ方式と異なり順次送信権を与えるように制御
するラウンドロビン方式のレピータを使用するようにし
たので、以下の効果を奏することができる。 （１）連続した衝突により伝送が遅れて、制御データの
所用伝送周期が延びてしまうことがない。従って、高速
であるとともに伝送の効率が良い。 （２）衝突のバックオフ処理のため、決められたスロッ
トタイム内にフレームが往復できる必要があり、このた
め１００Ｍイーサネットではノード間に２１０ｍの距離
しか許されない。これは、１０Ｍイーサネットの２５０
０ｍに比べれば短く、プラントでは長い距離を必要とさ
れ、できれば１０Ｍと同じ２５００ｍ程度は必要であ
る。本実施例はバックオフ処理が繰り返されないため１
００Ｍイーサネットでも２１０ｍという距離上の制限は
ない。 （３）レピータは本実施例方式を実現する特別のもので
ある必要があるが、ノードは一般のイーサネットがその
まま使用できる。従って、新たに設計開発する必要がな
く、ソフウエアトもそのまま使用でき、ソフト及びハー
ドの資産が活用できる。

【０１１９】以上の説明は、ノードに送信するフレーム
があるかぎり送信を許す方式である。他の方式として、
ノードが送信権を保持している時間を計測して予め決め
られた最大時間が経過したらこのノードの送信を停止
し、次のノードを選択するようにすることができる。ノ
ードが送信フレームを持つかぎり送信権を保持し送信を
行なう方法では、あるノードでたまたま送信すべきメッ
セージデータがたくさんある場合ノードの一周時間が長
くなり制御データの伝送の周期が長くなることが発生す
る。この欠点をなくすことができる。

【０１２０】図１４に示すブロックを図１２のノードＣ
とＣ’の間に入れることにより上記他の方式を実現でき
る。ノードｉが最大占有時間Ｔ４を超えたかどうかをチ
ェックするブロックＣ１を設けて、１周期の時間が大き
くなり過ぎないようにする。レピータ回路５０にはノー
ドの占有時間を計測する手段を追加し、あらかじめ決め
られた設定時間と比較する手段が必要である。

【０１２１】このような方式によれば、ノードの最大占
有時間を規定して制御することで、一つのノードのみが
伝送路を占有して他のノードの送信が遅れたり、全体の
伝送周期がのびることがないようにできる。

【０１２２】以上の説明では、フレームとしてイーサネ
ットフレームを例に述べてきたが、ＩＥＥＥ８０２．３
形式のフレームにイーサネットフレームをのせることは
ＳＮＡＰという形式で可能であり、ＲＦＣ１０４２によ
り標準化されている。また、既存のワークステーション
などの装置のなかには純粋のイーサネット形式でもＩＥ
ＥＥ８０２．３形式でもどちらでもＴＣＰ／ＩＰプロト
コルを処理できるものもある。従って、イーサネットフ
レームとして両方の形式を包含することができる。

【０１２３】また、レピータとしてスイッチ機能を有す
るものを使用することができる。ユニキャストの時は有
効である。 （第４実施例）これまで述べたネットワークは、同時に
は一つのノードしか送信できない方式のものであった。
これではネットワークが大きくなると伝送容量として不
十分である。大きなネットワークでは、複数のノードが
同時に送信できるようにネットワークを分割するととも
に、必要な情報は相互に伝送できるような統合の仕組み
が必要となる。

【０１２４】本実施例は、複数のネットワークを階層的
に統合して必要な情報は相互に伝送できるようにしたネ
ットワークである。図１５は本実施例のネットワーク構
成を示している。ブリッジレピータ（ＢＲ１）４０、ブ
リッジレピータ（ＢＲ２）４１はそれぞれ独立したネッ
トワークのルートレピータとして下位にあるノードある
いはレピータを制御して伝送を行なう。一方、最上位の
レピータ（Ｒ０）３０は、下位とは独立にブリッジレピ
ータ４０，４１をノードとして伝送を行なう。

【０１２５】ブリッジレピータＢＲ１，ＢＲ２は、レピ
ータの機能とノードの機能を持ち、さらにブリッジとし
て上位下位間で制御データとメッセージとを交換する機
能を併せ持つ。

【０１２６】メッセージについては、下位からのフレー
ムであって上位に伝送すべきものはブリッジレピータ４
０，４１がヘッダの送信先をみて判断し伝送する。上位
から下位へのフレーム伝送も同様に処理される。ブリッ
ジレピータ以外の要素であるレピータＲ０、ノードＮ１
〜Ｎ４は前述したものと同じ構成である。

【０１２７】制御データについては、上位、下位がそれ
ぞれ独立に伝送を行なうが、上位と下位のデータのうち
選択したものは上位から下位にあるいは逆の方向に送信
を行なう。

【０１２８】図１７は、その様子を表現したデータマッ
プである。ブリッジレピータ１（４０）の制御データに
は頭にＡがつき、ブリッジレピータ２（４１）の制御デ
ータにはＢがつく。ブリッジレピータ１がレピータ０と
の間で送受信する高速制御データをＡ−Ｈ１，Ａ−Ｈ
３、低速制御データをＡ−Ｌ１、ブリッジレピータ２が
レピータ０との間で送受信する高速制御データをＢ−Ｈ
１，Ｂ−Ｈ３、低速制御データをＢ−Ｌ１としている。
これらはそれぞれのブリッジレピータで扱う制御データ
の一部である。つまり必要なデータのみが上位との間で
送受信される。

【０１２９】レピータ０（３０）は、図１７で示すよう
なメモリマップに従って制御データを管理する。制御デ
ータＡ−Ｈ１，Ｂ−Ｈ１はレピータ０上では一部がオー
バーラップしたデータとなっている。すなわち、Ａ−Ｈ
１の一部がＢ−Ｈ１としてブリッジレピータ２に送信さ
れる。同様にＡ−Ｈ３及びＡ−Ｌ１の一部がＢ−Ｈ３及
びＢ−Ｌ１のデータとしてブリッジレピータ２に送信さ
れる。

【０１３０】なお、下位で高速制御データであっても上
位で高速制御データであるとは限らない。すなわち、他
のネットワークで必要とされる速度が採用されているの
である。ブリッジレピータ１，２では、上位に送信する
ときは上位のアドレスに変換して送信を行なう。また、
受信するときは下位のアドレスに変換して受信する。受
信したデータは、さらに下位のネットワーク全体に送信
する。上位に送信するデータは、下位のネットワークか
らブリッジレピータが受信したデータである。

【０１３１】図１６はブリッジレピータの構成を示して
いる。ブリッジレピータは、レピータとノードとを組み
合わせた構成を有している。従って、ノードはホストか
らデータを受け取るのでなくレピータから受け取り、ノ
ードが受信したデータはホストでなくレピータに送る。
これらの相互に送受するデータは普通のノードと同じく
制御データメモリ１６に蓄えられる。

【０１３２】ＣＰＵ１４は，制御データを伝送する場
合、前記したアドレスの変換を行ない、上位下位のデー
タの送受信を制御する。メッセージデータの場合は、下
位からのメッセージが一時、制御データメモリ１６に蓄
えられる。それが上位に送信すべきものか否かをＣＰＵ
１４が送信先アドレスから判定し、送信すべきものは上
位に送信される。また、下位に送信する場合は、上位か
らフレームは一度受信し、ブリッジとしてそのフレーム
が下位に送信すべきかを送信先アドレスから判定し、送
信すべきものは下位にレピータ回路部５０を通して送信
する。

【０１３３】要するに、メッセージデータはブリッジと
して必要なもののみを上位または下位に送信し、制御デ
ータは制御データメモリの必要なデータのみを選択的に
上位または下位に送信する。もし、これが一つのネット
ワークであるとすれば同時には一つのフレームしか送信
できないので、全体のデータを送信するには時間がかか
ってしまう。このように分割することで、同時に複数の
データを送信でき、しかも必要なデータのみが分割した
ネットワーク間で送受信され、全体として効率のよいシ
ステムを構成できる。分割したネットワークの種類はそ
のネットワークに要求される性能をもてばいいので、例
えば、下位は１０ＭのＣＳＭＡ／ＣＤ方式でラウンドロ
ビン方式のレピータを持ち、上位はデマンドプライオリ
ティ方式とすることもできる。

【０１３４】いままでフレームはイーサネットフレーム
として述べてきたが、ＩＥＥＥ８０２．３形式のフレー
ムにイーサネットフレームをのせることはＳＮＡＰとい
う形式で可能であるのは上述した通りである。また既存
のワークステーションなどの装置のなかには純粋のイー
サネット形式でもＩＥＥＥ８０２．３形式でもどちらで
もＴＣＰ／ＩＰプロトコルを処理できるものもある。従
って、イーサネットフレームとして両方の形式を包含す
ることができる。

【０１３５】このように本実施例によれば、ネットワー
クが分割されることで、同時に複数のデータが送信でき
効率があがる。特に制御データの伝送周期を早くするこ
とができる。

【０１３６】本実施例によれば、一個のネットワークに
するのに比べ、制御データのメモリの量を必要最小限度
にすることができる。本実施例によれば、分割したネッ
トワークに最適な方式を選択できる。

【０１３７】

【発明の効果】請求項１〜請求項１８記載の本発明によ
れば、 （１）各ノードに制御データメモリを備え、各ノードが
制御データをマルティキャストすることで制御データを
共有するようにしたので、同一データを複数のノードに
送信する必要がなくなり、伝送に要する時間を短縮でき
る。 （２）ノードに直結するホストなどが制御データメモリ
により最新の制御データに遅滞なくアクセスできる。 （３）各ノードが繰り返し制御データをマルティキャス
トするので、万一信号が外来ノイズで誤動作し伝送が正
常にできない場合が発生しても、自然に再送が行なわれ
る。 （４）業界標準であるイーサネットのフレームをそのま
ま使い伝送を行なうので既存の膨大なソフトが使用で
き、開発費が安くできる。また、オープン性が高いもの
となる。 （５）制御データをＵＤＰ上で伝送することができ、既
存のＴＣＰ／ＩＰ上に容易に構成できる。特に制御デー
タの伝送量が少ない時には特別のハードウェアを必要と
しないメリットがある。

【０１３８】請求項２記載の本発明によれば、制御デー
タは優先度を高くし、メッセージデータは優先度を低く
することで、制御データが確実に一定周期で伝送を行な
うことができる。一方、メッセージデータは空いた伝送
路を有効に利用して伝送できるので結果として早く伝送
できる。

【０１３９】請求項３記載の本発明によれば、トークン
が何らかの原因で喪失したとき、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式で
常に伝送できるので、その回復がトークンバス方式での
トークンの回復に比べ容易で短時間にできる。

【０１４０】請求項４記載の本発明によれば、ＣＳＭＡ
／ＣＤ方式で伝送を行うと共にレピータ及びノードの送
信権を送信不許可信号を使って制御するようにしたの
で、連続した衝突を防止でき、制御データを所用伝送周
期内に確実に伝送できる。

【０１４１】請求項５記載の本発明によれば、ノードの
最大占有時間を規定して制御することで、一つのノード
のみが伝送路を占有して他のノードの送信が遅れたり、
全体の伝送周期がのびることがないようにできる。

【０１４２】請求項６及び請求項７記載の本発明によれ
ば、ネットワークが分割されることで、同時に複数のデ
ータを送信でき、ネットワーク全体としての伝送効率を
上げることができ、特に制御データの伝送周期を早くす
ることができる。

【０１４３】請求項８〜請求項１１記載の本発明によれ
ば、簡易のＤＭＡコントローラのように機能する制御デ
ータの転送機構をハードウェアで構成することができ、
制御データが多いときには効率の良い処理ができる。

【０１４４】請求項１２記載の本発明によれば、制御デ
ータが要求する伝送遅延時間は制御データにより異なる
が、それに適した制御データ伝送周期を選択でき、伝送
遅延時間が大きくてもよいデータをいたずらに何回も伝
送することなく、伝送路を有効に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デマンドプライオリティ方式のイーサネットを
使用した第１実施例の全体構成図である。

【図２】第１実施例に備えたノードの構成図である。

【図３】ノードに設けられた制御回路及び周辺構成要素
の構成図である。

【図４】制御データメモリのメモリマップを示す図であ
る。

【図５】第１実施例のタイムチャートを示す図である。

【図６】第１実施例における制御データ及びメッセージ
データの伝送フォーマットを示す図である。

【図７】ＣＳＭＡ／ＣＤ方式を採用したイーサネットを
使用した第２実施例のタイムチャート。

【図８】ＣＳＭＡ／ＣＤ方式を採用したイーサネットを
使用した第３実施例の全体構成図である。

【図９】第３実施例に備えたレピータの構成図である。

【図１０】第３実施例ののタイムチャートを示す図であ
る。

【図１１】第３実施例における伝送遅延による衝突発生
の回避を考慮したタイムチャートである。

【図１２】第３実施例における全体動作を説明するため
のフローチャートである。

【図１３】第３実施例における伝送動作の一部を説明す
るためのフローチャートである。

【図１４】第３実施例の変形例の動作を説明するための
フローチャートの一部である。

【図１５】第４実施例の全体構成を示す図である。

【図１６】第４実施例に備えたブリッジレピータの構成
図である。

【図１７】第４実施例における制御データマップを示す
図である。

【符号の説明】

１，３０，３１…レピータ、２〜５…ノード、１１…ト
ランシーバ、１２…メディアアクセスコントローラ、１
３…バッファメモリ、１４…ＣＰＵ、１５…制御回路、
１６…制御データメモリ、１７…メモリ、２１…計時装
置、４０，４１…ブリッジレピータ、５０…レピータ回
路、７２…ブロックアドレスカウンタ、７３…レジス
タ、７４，７７…一致回路、７５…ブロック数カウン
タ、７６…総ブロック数カウンタ、７８…内部制御回
路。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノードと一つ又は複数のレピータ
   よりなるネットワーク上で各ノードで発生した制御デー
   タを他のノードへ伝送するデータ伝送方式において、 伝送フレームとしてイーサネットフレームを使用し、イ
   ーサネットフレーム上に少なくとも複数のブロック化し
   た制御データを収納し、制御データを定期的にマルティ
   キャスト送信し、各ノードで制御データを送受信するた
   めの制御データ用メモリを持つことを特徴とするデータ
   伝送方式。
2. 【請求項２】 前記レピータは、複数の伝送優先度を持
   ち、ノードの制御データの伝送要求を高い優先度で処理
   し、ノードのメッセージデータの伝送要求を低い優先度
   で処理することを特徴とする請求項１記載のデータ伝送
   方式。
3. 【請求項３】 前記ネットワーク上にてＣＳＭＡ／ＣＤ
   方式によりデータの伝送を行い、ノード間でトークンを
   巡回させることにより各ノードに送信権を与え、ノード
   で前回送信権を得た時刻に基づき今回送信権を保持でき
   る許容時間を求めることを特徴とする請求項１記載のデ
   ータ伝送方式。
4. 【請求項４】 複数のレピータが階層化されたネットワ
   ーク上にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式により伝送を行い、上位
   レピータから下位レピータに対して送信不許可信号を与
   えることによりレピータ間の送信権を制御し、下位レピ
   ータからノードに対して送信不許可信号を与えることに
   よりノード間の送信権を制御することを特徴とする請求
   項１記載のデータ伝送方式。
5. 【請求項５】 前記下位レピータがノードの送信権使用
   時間を計測し、送信権使用時間が予め決められた最大送
   信権使用時間を超えたならば、次フレームの送信を送信
   不許可信号により強制的に停止し、次ノードに送信権を
   移すことを特徴とする請求項４記載のデータ伝送方式。
6. 【請求項６】 ネットワーク全体を複数のノードと一つ
   又は複数のレピータからなるネットワーク毎に分割し、
   各ネットワークにおける最上位のレピータとしてレピー
   タ機能、ノード機能及びブリッジ機能を持たせたブリッ
   ジレピータを設け、これらブリッジレピータの上位に一
   つまたは複数のレピータを設けて階層化し、前記ブリッ
   ジレピータに前記制御データを送受信するための制御デ
   ータ用メモリを持つことを特徴とする請求項１記載のデ
   ータ伝送方式。
7. 【請求項７】 前記ブリッジレピータが、上位又は下位
   から受信したメッセージデータをそのフレームヘッダに
   示された送信先を判断して該当するもののみを上位又は
   下位に送信し、且つ制御データ用メモリから該当する制
   御データのみを上位又は下位に送信することを特徴とす
   る請求項６記載のデータ伝送方式。
8. 【請求項８】 伝送すべき制御データの総ブロック数お
   よび１ブロック当りの大きさを示すブロック種別をレジ
   スタに記憶し、ブロック開始アドレスをカウンタに記憶
   後、前記制御データ用メモリの読み出しアドレスを前記
   カウンタで指定し、そのカウント値と前記ブロック種別
   とを比較器で比較して読み出しブロックを切り替え、前
   記制御データ用メモリから読み出したブロック数と前記
   総ブロック数とを他の比較器で比較して全ブロックが伝
   送されたことを検出することを特徴とする請求項２〜７
   のいずれかに記載のデータ伝送方式。
9. 【請求項９】 前記ノードから伝送するデータを、前記
   レジスタ、前記カウンタ及び前記各比較器を有するハー
   ドウエア回路を介して前記制御データ用メモリから読み
   出すことを特徴とする請求項８記載のデータ伝送方式。
10. 【請求項１０】 前記ノードで受信したイーサネットフ
    レームから制御データの総ブロック数および１ブロック
    当りの大きさを示すブロック種別を取り出してレジスタ
    に記憶し、前記イーサネットフレームよりブロック開始
    アドレスを取り出してカウンタに記憶後、当該ノードの
    制御データ用メモリの書き込みアドレスを前記カウンタ
    で指定し、そのカウント値と前記ブロック種別とを比較
    器で比較して書き込みブロックを切り替え、前記制御デ
    ータ用メモリに書き込んだブロック数と前記総ブロック
    数とを他の比較器で比較して全ブロックが書き込まれた
    ことを検出することを特徴とする請求項２〜７のいずれ
    かに記載のデータ伝送方式。
11. 【請求項１１】 前記ノードで受信したデータを、前記
    レジスタ、カウンタ及び各比較器を有するハードウエア
    回路を介して前記制御データ用メモリヘ格納することを
    特徴とする請求項１０記載のデータ伝送方式。
12. 【請求項１２】 前記ノードから伝送すべき制御データ
    を伝送周期の異なる高速制御データと低速制御データと
    に分類し、高速制御データについてはブロック化した制
    御データのブロックをイーサネットフレームに収納して
    第１の伝送周期の間に送信し、低速制御データについて
    はブロック化した制御データのブロックをイーサネット
    フレームに収納して前記第１の伝送周期の整数倍の周期
    となる第２の伝送周期の間に送信することを特徴とする
    請求項２〜７のいずれかに記載のデータ伝送方式。
13. 【請求項１３】 複数のノードと一つ又は複数のレピー
    タからなるネットワーク上にて前記レピータから送信許
    可されたノードが１フレームを送信すると前記レピータ
    に伝送要求している他のノードへ送信権を移動し、高い
    優先度の伝送要求に対して優先的に伝送路の使用を許可
    し、同一優先度の伝送要求に対して公平に伝送路の使用
    を許可するデータ伝送方式において、 前記各ノードが伝送すべき制御データ及びメッセージデ
    ータの２種類の伝送データについてそれぞれイーサネッ
    トの伝送フレームを作成し、 前記ノードで作成した制御データのイーサネットフレー
    ムを定期的にマルチキャスト送信し、前記ノードで作成
    したメッセージデータのイーサネットフレームをユニキ
    ャスト送信し、 前記レピータが前記制御データのイーサネットフレーム
    を高い優先度で処理し、前記メッセージデータのイーサ
    ネットフレームを低い優先度で処理し、 前記各ノードで制御データ用メモリを介して制御データ
    を送受信することを特徴とするデータ伝送方式。
14. 【請求項１４】 複数のノードと一つ又は複数のレピー
    タからなるネットワーク上にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式によ
    り伝送を行うデータ伝送方式において、 前記各ノードが、他のノードへ伝送する制御データ、メ
    ッセージデータ及び次ノードへ送信権を渡すためのトー
    クンのそれぞれについてイーサネットの伝送フレームを
    作成し、 ノードにトークンが到着して送信権を得たならば、当該
    送信権を得た時刻を記憶しておくと共に、当該ノードに
    準備した前記制御データのイーサネットフレームをマル
    チキャスト送信し、 前記制御データのイーサネットフレームを送信している
    間に、前回送信権を得た時刻に基づき各ノードで制御デ
    ータの伝送周期を確保し得る範囲の時間を今回送信権を
    保持できる許容時間として定め、この許容時間が経過す
    るまで当該ノードに準備した前記メッセージデータのイ
    ーサネットフレームをまとめて送信すると共に、最後に
    トークンのイーサネットフレームを送信し、 前記各ノードで制御データ用メモリを介して制御データ
    を送受信することを特徴とするデータ伝送方式。
15. 【請求項１５】 複数のノードと一つ又は複数のレピー
    タからなるネットワーク上にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式によ
    り伝送を行うデータ伝送方式において、 前記各ノードが他のノードへ伝送する制御データ及びメ
    ッセージデータのそれぞれについてイーサネットの伝送
    フレームを作成し、 レピータが各ノードに対して定期的に送信許可信号を与
    えると共に、該送信許可信号を与えている以外のノード
    に対して送信不許可信号を与え、 レピータから送信許可信号を受信したノードが、当該ノ
    ードに準備した前記制御データ及びメッセージデータの
    イーサネットフレームを制御データを優先して前記レピ
    ータへ送信し、 レピータが送信を許可したノードからフレームを受信し
    たら、送信不許可信号を与えている他のノードに対して
    受信フレームを送信不許可信号に替えて送信すると共に
    当該送信完了後に再び送信不許可信号に切り替え、 レピータが送信を許可したノードから一定時間経過して
    もフレーム受信がなければ当該ノードに対して送信不許
    可信号に切り替えると共に次のノードに対して送信許可
    信号を与え、 前記各ノードで制御データ用メモリを介して制御データ
    を送受信することを特徴とするデータ伝送方式。
16. 【請求項１６】 複数のノード及び階層化し複数のレピ
    ータからなるネットワーク上にてＣＳＭＡ／ＣＤ方式に
    より伝送を行うデータ伝送方式において、 前記各ノードが他のノードへ伝送する制御データ及びメ
    ッセージデータのそれぞれについてイーサネットフレー
    ムを作成し、 定期的に下位レピータに対して送信権が与えられるよう
    に上位レピータが送信権を制御し、 上位レピータから送信権を得た下位レピータが当該レピ
    ータに送信権を制御される範囲の各ノードに対して定期
    的に送信許可信号を与えると共に、該送信許可信号を与
    えている以外のノードに対して送信不許可信号を与え、 下位レピータから送信許可信号を受信したノードが、当
    該ノードに準備した前記制御データ及びメッセージデー
    タのイーサネットフレームを制御データを優先して前記
    下位レピータへ送信し、 下位レピータが送信権を与えたノードからフレームを受
    信したら、上位レピータに対して受信フレームを送信す
    ると共に、送信不許可信号を与えている他のノードに対
    して受信フレームを送信不許可信号に替えて送信し、且
    つ当該送信完了後に再び送信不許可信号に切り替え、 上位レピータが送信権を与えた下位レピータからフレー
    ムを受信したら、送信権を与えていない他の下位レピー
    タに対して送信不許可信号に替えて当該フレームを送信
    し、 上位レピータから送信権を与えられていない下位レピー
    タが上位レピータからフレームを受信したら当該レピー
    タに送信権を制御される範囲の各ノードに対して送信不
    許可信号に替えて当該フレームを送信し、 下位レピータが送信権を与えたノードから一定時間経過
    してもフレーム受信がなければ当該ノードに対して送信
    不許可信号に切り替えると共に次のノードに対して送信
    許可信号を与え、 前記各ノードで制御データ用メモリを介して制御データ
    を送受信することを特徴とするデータ伝送方式。
17. 【請求項１７】 前記ノードから伝送すべき制御データ
    の１ブロック当りの大きさを示すブロック種別、１つの
    送信フレームに収納する総ブロック数、各ブロックの開
    始アドレスをノード内に設けたデータメモリから取り出
    し、ブロック種別で示す１ブロック分のアドレスを発生
    させるアドレスカウンタの出力と前記開始アドレスとを
    合わせたアドレスを読出しアドレスとして使用して前記
    制御データ用メモリから１ブロック分の制御データをノ
    ード内のバッファメモリに転送し、当該バッファメモリ
    に転送したブロック数が総ブロック数と一致したならば
    バッファメモリに転送した制御データにフレームヘッ
    ダ、ブロック種別、総ブロック数の情報を含ませたイー
    サネットフレームを作成して送信することを特徴とする
    請求項１３〜１６のいずれかに記載のデータ伝送方式。
18. 【請求項１８】 送信元のノードにおいて定期的に、１
    ブロックの大きさを示すブロック種別、１フレームに収
    納した総ブロック数、各ブロックの開始アドレス及びブ
    ロック化した制御データを含んでなるイーサネットフレ
    ームを作成し、このイーサネットフレームをマルチキャ
    スト送信し、 受信先のノードにおいて受信したイーサネットフレーム
    から各ブロック毎にブロック種別及びブロック開始アド
    レスを取り出し、各ブロックについて読出しアドレスを
    ブロック開始アドレスからブロック種別で示すブロック
    終端まで指定して１ブロック分の制御データを前記制御
    データ用メモリへ転送し、前記制御データ用メモリへ転
    送した制御データのブロック数が総ブロック数と一致し
    たならば当該イーサネットフレームの保存処理を終了す
    ることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載
    のデータ伝送方式。