JPH10313330A - トラヒック制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スター型ネットワークのみなら
ず、バス型ネットワークに対してもイーサネットでのリ
アルタイム性の改善を図る。 【解決手段】 トラヒック観測ノード３１が、バス３４
を流れるトラヒック量の時間推移に基づいて、トラヒッ
ク量の周期性と負荷特性とを特定して周期性及び負荷特
性パラメータを生成し、各ノード３２Ａ〜３２Ｄが、通
信を開始するとき、トラヒック観測ノードにより生成さ
れた周期性及び負荷特性パラメータに基づいて、トラヒ
ック量の少ないタイミングで通信を実行するトラヒック
制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のノードが接
続されたネットワークのトラヒック制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在のＬＡＮの主流であるＩＥＥＥ８０
２．３方式（イーサネット）は、図９に示すバス型又は
図１０に示すスター型のネットワーク構成があり、ＣＳ
ＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Col
lision Detection，ＸＥＲＯＸ社）というメディアアク
セス制御を行なっている。

【０００３】なお、図９に示すバス型構成は、各ノード
１Ａ〜１Ｄがトランシーバケーブル２及びトランシーバ
３を介してバス型伝送路４に接続され、バス型伝送路４
の終端部にターミネータ５が接続されたものである。ま
た、図１０に示すスター型構成は、各ノード６Ａ〜６Ｄ
が伝送路７を介して夫々ハブ装置８に集線されたもので
ある。

【０００４】ここで、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式は、各ノード
１Ａ〜１Ｄ，６Ａ〜６Ｄが共通の伝走路４，７の信号を
監視し、一定時間空きがあれば送信し、空きがなければ
空きが生じるまで送信を遅らせる。また、送信中も他ノ
ードとの衝突有無を確認し、衝突が起きれば送信を中断
し、所定の時間遅らせて再度送信を実行している。

【０００５】しかしながら、このようなＣＳＭＡ／ＣＤ
方式では、伝走路４，７の使用率の増加に伴って衝突の
頻度が増大すると、いつまでも送信不可となる場合があ
るため、リアルタイム性を要求される用途には不向きで
ある欠点がある。

【０００６】ところで、この欠点を補い、リアルタイム
性を持たせたスター型データ伝送装置が特願平８−５１
９８４号として出願されている。係るスター型データ伝
送装置は、スター型ハブ装置において、各ノードに対し
てデータ情報を含まないダミーフレームを送信可能な構
成とし、ダミーフレームを各ノードに選択的に送信する
ことにより、当該選択したノードを送信不可とする手段
を設けている。

【０００７】図１１は係るスター型ハブ装置が適用され
たネットワークの構成を示すブロック図である。このス
ター型ハブ装置１０は、トランシーバ部１１が、送信権
を持つ外部のノード６Ａ〜６Ｄから伝送路７を介してフ
レームを受信し、このフレームを受信データ線１２を通
して受信検出部１３及びハブ基本機能部１４に入力可能
となっている。受信検出部１３は、フレームの受信検出
信号を伝送監視部１５に通知するものである。

【０００８】伝送監視部１５は、受信検出信号によりダ
ミー送信制御部１６を制御する機能を有し、且つ、周回
タイマ部１７から得られる周回時間及び外部基準クロッ
ク部１８から得られる基準クロックに基づいて、ノード
１送信あたりの送信時間や異常状態の監視、切り離し指
示、送信権の周回、ノードの優先度などハブ基本機能部
１４を制御する機能をもっている。

【０００９】ハブ基本機能部１４は、トランシーバ部１
１からの受信フレームを中継又は再送信を行なうもので
あり、ＩＥＥＥ８０２．３準拠であるＣＳＭＡ／ＣＤ方
式のハブコントローラが使用される。

【００１０】本ハブ装置１０は、このＣＳＭＡ／ＣＤ方
式のハブコントローラにリアルタイム性を持たせるため
にダミーフレームを用いて、特定の１局のみに送信権を
与えるようにしている。ダミーフレームはダミー発生部
１９より生じ、ダミーフレーム入力信号を通じてハブ基
本機能部１４に入力し、送信データ線２０を介して各ノ
ード６Ａ〜６Ｄに送信される。

【００１１】但し、ハブ基本機能部１４に入力されたダ
ミーフレーム入力信号は全ノード６Ａ〜６Ｄに送信され
てしまうので、これを阻止するため、送信禁止部２１
は、ダミー送信制御部１６から出力されるダミーフレー
ム制御信号により、例えば特定の１ノード６Ａのみダミ
ーフレームの送信を禁止する。

【００１２】ダミーフレームを受信しないノード６Ａは
送信権をもつため、データ送信可能となる。該送信権を
もつノード６Ａは、トランシーバ部１１を通じて、ハブ
装置２０にフレームを送信する。

【００１３】このフレームは受信データ線１２を介して
ハブ基本機能部１４へ入力され、これを受けてハブ基本
機能部１４はフレームを送信したノード６Ａを除く全て
のノード６Ｂ〜６Ｄにこのフレームを出力する。但し、
このとき、ダミーフレームの送信を中止しないとフレー
ムの出力が不可となる。

【００１４】よって、送信権のないノード６Ｂ〜６Ｄへ
のダミーフレームの送信を中止するため、受信検出部１
３にてフレームの受信を検出し、該受信検出信号を通じ
て伝送監視部１５へ通知する。受信検出信号を受けた伝
送監視部１５は、ダミーフレーム終了をダミー送信制御
部１６に指示し、ダミーフレームの送信を中止させる。

【００１５】ダミーフレームの送信中止により、受信デ
ータ線１２を介してハブ基本機能部１４に送られたフレ
ームは送信データ線２０を通して、送信権のない全ノー
ド６Ｂ〜６Ｄに送信される。

【００１６】送信権をもつノード６Ａの送信許可期間
は、周回タイマ部１７によって周回時間から許可される
時間と、伝送監視部１５によって１回の送信権あたりに
許可される送信時間と最大フレーム数によって与えられ
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うなネットワークのトラヒック制御方式では、スター型
ネットワークにおけるリアルタイム性は改善されるもの
の、バス型ネットワークでは依然としてリアルタイム性
が改善されない問題がある。

【００１８】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、スター型ネットワークのみならず、バス型ネットワ
ークに対してもイーサネットでのリアルタイム性を改善
し得るトラヒック制御装置を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、バス型通信ネットワークに用いられ、複数のノード
と、トラヒック観測ノードとが互いにバスを介して接続
されたトラヒック制御装置であって、前記トラヒック観
測ノードとしては、前記バスを流れるトラヒック量の時
間推移に基づいて、前記トラヒック量の周期性と負荷特
性とを特定して周期性及び負荷特性パラメータを生成す
る機能を有し、前記各ノードとしては、通信を開始する
とき、前記トラヒック観測ノードにより生成された周期
性及び負荷特性パラメータに基づいて、前記トラヒック
量の少ないタイミングで前記通信を実行する機能を備え
たトラヒック制御装置である。

【００２０】また、請求項２に対応する発明は、バス型
通信ネットワークに用いられ、複数のノードと、トラヒ
ック観測ノードとが互いにバスを介して接続されたトラ
ヒック制御装置であって、前記トラヒック観測ノードと
しては、前記バスを流れるトラヒック量の時間推移に基
づいて、前記トラヒック量の周期性と負荷特性とを特定
して周期性及び負荷特性パラメータを生成する機能を有
し、前記各ノードとしては、通信を開始するとき、前記
トラヒック観測ノードにより生成された周期性及び負荷
特性パラメータに基づいて、トラヒック量を飽和させな
いことを確認して前記通信を実行する機能を備えたトラ
ヒック制御装置である。

【００２１】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１に対応するトラヒック制御装置において、前記トラ
ヒック観測ノードとしては、前記トラヒック量の時間推
移に基づいて、各特性を特定するための特徴抽出の可否
を判定し、判定結果が抽出可を示すとき、前記各パラメ
ータを生成するトラヒック制御装置である。

【００２２】また、請求項４に対応する発明は、請求項
１に対応するトラヒック制御装置において、通信に加わ
るノードを順次増加させるとき、所定の優先度に基づい
て、各ノードに順次通信を許可するトラヒック管理ノー
ドを備えたトラヒック制御装置である。

【００２３】さらに、請求項５に対応する発明は、請求
項４に対応するトラヒック制御装置であって、前記バス
に接続され、前記トラヒック観測ノードと前記トラヒッ
ク管理ノードとが一体化されてなるトラヒック制御装置
である。

【００２４】また、請求項６に対応する発明は、請求項
４に対応するトラヒック制御装置において、前記各ノー
ドのうち、通信を終了したノードが前記トラヒック管理
ノードに「終了」を通知する機能を有し、前記トラヒッ
ク管理ノードとしては、前記ノードから受けた「終了」
の通知に基づいて、前回通信を拒絶したノードに通信を
許可する機能を備えたトラヒック制御装置である。

【００２５】さらに、請求項７に対応する発明は、請求
項１に対応するトラヒック制御装置において、前記トラ
ヒック観測ノードとしては、前記トラヒック量の時間推
移を直交関数で近似する近似手段と、前記時間推移の変
化に従い、前記近似結果により得られた直交関数の近似
結果の係数を変更する変更手段と、前記変更手段による
変更の結果を前記各ノードに順次通知する通知手段と、
前記通知手段により通知をしたとき、再帰的に直交関数
の係数を更新する更新手段とを備えたトラヒック制御装
置である。

【００２６】また、請求項８に対応する発明は、バス型
通信ネットワークに用いられ、複数のノードが互いにバ
スを介して接続されたトラヒック制御装置であって、前
記各ノードとしては、前記バスを流れるトラヒック量の
時間推移に基づいて、前記トラヒック量の周期性と負荷
特性とを特定して周期性及び負荷特性パラメータを生成
するトラヒック観測機能と、通信を開始するとき、前記
トラヒック観測機能により生成された周期性及び負荷特
性パラメータに基づいて、前記トラヒック量の少ないタ
イミングで前記通信を実行する機能とを備えたトラヒッ
ク制御装置である。

【００２７】さらに、請求項９に対応する発明は、スタ
ー型通信ネットワークに用いられ、複数のノードが互い
に伝送路及びハブ装置を介して接続されたトラヒック制
御装置であって、前記ハブ装置としては、前記伝送路を
流れるトラヒック量の時間推移に基づいて、前記トラヒ
ック量の周期性と負荷特性とを特定して周期性及び負荷
特性パラメータを生成するトラヒック観測機能を有し、
前記各ノードは、通信を開始するとき、前記ハブ装置に
おけるトラヒック観測機能により生成された周期性及び
負荷特性パラメータに基づいて、前記トラヒック量の少
ないタイミングで前記通信を実行する機能とを備えたト
ラヒック制御装置である。

【００２８】また、請求項１０に対応する発明は、請求
項９に対応するトラヒック制御装置において、前記ハブ
装置としては、予め各ノードの優先度が設定され、ネッ
トワークを流れるトラヒック量を観測し、前記観測結果
に基づいて、通信異常輻輳時に高い優先度のノードのデ
ータを送信し、低い優先度のノードにはダミーフレーム
を送って通信を不可とする機能を備えたトラヒック制御
装置である。 （作用）従って、請求項１に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、トラヒック観測ノードが、
バスを流れるトラヒック量の時間推移に基づいて、トラ
ヒック量の周期性と負荷特性とを特定して周期性及び負
荷特性パラメータを生成し、各ノードが、通信を開始す
るとき、トラヒック観測ノードにより生成された周期性
及び負荷特性パラメータに基づいて、トラヒック量の少
ないタイミングで通信を実行するので、スター型ネット
ワークのみならず、バス型ネットワークに対してもイー
サネットでのリアルタイム性を改善することができ、ま
た、各通信の応答時間を短縮させることができる。

【００２９】また、請求項２に対応する発明は、トラヒ
ック観測ノードが、バスを流れるトラヒック量の時間推
移に基づいて、トラヒック量の周期性と負荷特性とを特
定して周期性及び負荷特性パラメータを生成し、各ノー
ドが、通信を開始するとき、トラヒック観測ノードによ
り生成された周期性及び負荷特性パラメータに基づい
て、トラヒック量を飽和させないことを確認して通信を
実行するので、スター型ネットワークのみならず、バス
型ネットワークに対してもイーサネットでのリアルタイ
ム性を改善することができる。

【００３０】さらに、請求項３に対応する発明は、トラ
ヒック観測ノードが、トラヒック量の時間推移に基づい
て、各特性を特定するための特徴抽出の可否を判定し、
判定結果が抽出可を示すとき、各パラメータを生成する
ので、請求項１に対応する作用に加え、無駄な負荷特性
の特定を阻止することができる。

【００３１】また、請求項４に対応する発明は、トラヒ
ック管理ノードが、通信に加わるノードを順次増加させ
るとき、所定の優先度に基づいて、各ノードに順次通信
を許可するので、請求項１に対応する作用に加え、高い
優先度をもつ重要な機器間通信を確保することができ
る。

【００３２】さらに、請求項５に対応する発明は、トラ
ヒック観測ノードとトラヒック管理ノードとが一体化さ
れたトラヒック制御装置を設けたので、請求項４に対応
する作用に加え、高い優先度をもつ通信をリアルタイム
で確保でき、もって、トラヒック制御をより細かく実行
することができる。

【００３３】また、請求項６に対応する発明は、各ノー
ドのうち、通信を終了したノードがトラヒック管理ノー
ドに「終了」を通知し、トラヒック管理ノードが、ノー
ドから受けた「終了」の通知に基づいて、前回通信を拒
絶したノードに通信を許可するので、請求項４に対応す
る作用に加え、ノードの通信参加・切り離しに柔軟に対
応することができる。

【００３４】さらに、請求項７に対応する発明は、トラ
ヒック観測ノードにおいて、近似手段がトラヒック量の
時間推移を直交関数で近似し、変更手段が、時間推移の
変化に従い、近似結果により得られた直交関数の近似結
果の係数を変更し、通知手段が変更手段による変更の結
果を各ノードに順次通知し、更新手段が、通知手段によ
り通知をしたとき、再帰的に直交関数の係数を更新する
ので、請求項１に対応する作用に加え、逐次トラヒック
観測の精度を保つことができる。

【００３５】また、請求項８に対応する発明は、各ノー
ドが、バスを流れるトラヒック量の時間推移に基づい
て、トラヒック量の周期性と負荷特性とを特定して周期
性及び負荷特性パラメータを生成するトラヒック観測機
能を有し、通信を開始するとき、このトラヒック観測機
能により生成された周期性及び負荷特性パラメータに基
づいて、トラヒック量の少ないタイミングで通信を実行
するので、特定のノードの影響を受けずに、スター型ネ
ットワークのみならずバス型ネットワークに対してもイ
ーサネットでのリアルタイム性を改善することができ、
また、各通信の応答時間を短縮させることができる。

【００３６】さらに、請求項９に対応する発明は、ハブ
装置が、伝送路を流れるトラヒック量の時間推移に基づ
いて、トラヒック量の周期性と負荷特性とを特定して周
期性及び負荷特性パラメータを生成し、各ノードは、通
信を開始するとき、ハブ装置により生成された周期性及
び負荷特性パラメータに基づいて、トラヒック量の少な
いタイミングで前記通信を実行するので、スター型ネッ
トワークに対してイーサネットでのリアルタイム性を改
善することができ、また、各通信の応答時間を短縮させ
ることができる。

【００３７】また、請求項１０に対応する発明は、ハブ
装置では、予め各ノードの優先度が設定され、ネットワ
ークを流れるトラヒック量を観測し、観測結果に基づい
て、通信異常輻輳時に高い優先度のノードのデータを送
信し、低い優先度のノードにはダミーフレームを送って
通信を不可とするので、請求項９に対応する作用に加
え、高い優先度の通信のスループットの悪化を阻止する
ことができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係るトラヒック制御装置の適用されたバス型ネットワ
ークの構成図である。このバス型ネットワークは、トラ
ヒック観測ノード３１及び各ノード３２Ａ〜３２Ｄが夫
々トランシーバ３３を介してＣＳＭＡ／ＣＤ方式のバス
３４に接続され、このバスの終端部にはターミネータ３
５が接続されている。

【００３９】ここで、トラヒック観測ノード３１は、バ
ス３４を流れるトラヒック量の時間推移に基づいて、ト
ラヒック量の周期性と負荷特性とを特定して周期性及び
負荷特性パラメータを生成する機能をもっている。ここ
で、周期性パラメータとしては、周期Ｔ及び周期Ｔの開
始時間が使用可能となっている。また、負荷特性パラメ
ータとしては、トラヒック量の近似値を求めるための直
交関数に掛ける係数αｊが使用可能となっている。

【００４０】各ノード３２Ａ〜３２Ｄは、通信を開始す
るとき、トラヒック観測ノード３１により生成された周
期性及び負荷特性パラメータに基づいて、トラヒック量
の少ないタイミングで通信を実行する機能をもってい
る。

【００４１】次に、このようなバス型ネットワークにお
けるトラヒック制御装置の動作を説明する。通常、各ノ
ード３２Ａ〜３２Ｄが出すデータ・フレームがバス３４
上に出力されると、各ノード３２Ａ〜３２Ｄは、宛先Ｍ
ＡＣアドレスを検出して自ノード宛てフレームを識別し
て受信するか否かを決定する。

【００４２】このとき、各ノード３２Ａ〜３２Ｄがプラ
ント制御機器か又はその監視装置であるとき、こうした
監視制御装置間での通信は、制御の周期に従って何らか
の周期性を帯びてくる。また、周期的な通信以外にも単
発的な通信もあるが、周期性が出現する可能性が高い。

【００４３】いま、ノード３２Ａ及びノード３２Ｂが通
信中であり、トラヒックのパターンが図２（ａ）に示す
ようであるとする。トラヒック観測ノード３１では、図
２（ｂ）に示すように、時間をある時間間隔ΔＴで離散
化し、ΔＴ内のトラヒック量Ｘ(i) を逐次求める。但
し、ｉは整数値である。続いて、トラヒック量Ｘ(i) の
自己相関関数Ｒｘｘ（τ）を求める。なお、Ｒｘｘ
（τ）の計算方法は任意であるが、例えば高速フーリエ
変換（ＦＦＴ）が用いられる。

【００４４】また、自己相関関数Ｒｘｘ（τ）の極大値
を求めると共に、この極大値同士の間隔からトラヒック
・パターンの周期Ｔを求める。このとき、周期Ｔに対応
するサンプリング番号Ｎ＝Ｔ／ΔＴとする。

【００４５】次に、周期Ｔを基本周期とする直交関数系
をΦｊとし、トラヒック量Ｘ(i) をΦｊの線形和で近似
する。直交関数系として、例えば、図１２に示す如きウ
ォルシュ関数を用いる。

【００４６】すなわち、時間区間Ｔ内におけるトラヒッ
ク量Ｘ(i) の近似値Ｘ′を次の（１）式に示すように規
定し、この式内の係数αj(j=1,2,3,4)を算出する。 Ｘ′＝α１Φ１＋α２Φ２＋α３Φ３＋α４Φ４ …（１） なお、係数αの次数ｊを多くとれば、近似値Ｘ′の精度
は上がるが、リアルタイムで計算する観点からは次数ｊ
をある程度低く抑えることも重要であり、ここでは次数
ｊを４次までとしている。

【００４７】ここで、αj(j=1,2,3,4)を各次数ｊ毎に、
以下のように算出する。時間区間Ｔ内でのトラヒック量
Ｘ(i) のサンプル値をＸ(0) ，…，Ｘ(N-1) とする。ま
た、各サンプル値Ｘ(0) ，…，Ｘ(N-1) に対応する直交
関数系Φｊ(0)，…，Φｊ(N-1) の各値を二乗してその
総和Ａｊ＝Φj(0)² ＋…＋Φj(N-1)² を予め計算してお
く。

【００４８】これらサンプル値Ｘ(0) ，…，Ｘ(N-1) と
それに対応する直交関数系Φj(0)，…，Φj(N-1)とを用
いて次の（２）式に示すように、係数αｊを求める。 αｊ＝［Ｘ(0) Φj(0)＋…＋Ｘ(N-1) Φj(N-1)］／Ａｊ …（２） このように、トラヒック観測ノード３１は、αj(j=1,2,
3,4)を負荷特性パラメータとして得る。

【００４９】次に、ノード３２Ｃが新たに通信を開始す
る際には、図３に示すように、トラヒック観測ノード３
１にトラヒック特性を通知するよう要求する。トラヒッ
ク観測ノード３１は、この要求に対応し、周期Ｔ、αj
(j=1,2,3,4)、周期の原点時刻をノード３２Ｃに通知す
る。

【００５０】ノード３２Ｃは、この通知内容に基づい
て、トラヒックの空き具合を把握すると共に、空いたタ
イミングでデータ送出を開始する。上述したように第１
の実施の形態によれば、トラヒック観測ノード３１が、
バス３４を流れるトラヒック量の時間推移に基づいて、
トラヒック量の周期性と負荷特性とを特定して周期性及
び負荷特性パラメータを生成し、ノード３２Ｃが、通信
を開始するとき、トラヒック観測ノード３１により生成
された周期性及び負荷特性パラメータに基づいて、トラ
ヒック量の少ないタイミングで通信を実行するので、ス
ター型ネットワークのみならず、バス型ネットワークに
対してもイーサネットでのリアルタイム性を改善するこ
とができ、また、各通信の応答時間を短縮させることが
できる。

【００５１】また、バス３４の使用率の増加に伴って衝
突の頻度が増大し、送信不可の状態が継続され易いとい
うＣＳＭＡ／ＣＤ方式の欠点を補い、衝突の機会を減少
させ、リアルタイム性を改善してリアルタイム通信を実
現することができる。 （第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態
に係るトラヒック制御装置について図１を用いて説明す
る。すなわち、本実施形態は、図１と同一構成におい
て、各ノードの動作を変形したものであり、具体的には
第１の実施形態のトラヒック観測ノード３１に対し、各
ノード３２Ａ〜３２Ｄが、通信を開始するとき、トラヒ
ック観測ノード３１により生成された周期性及び負荷特
性パラメータに基づいて、トラヒック量を飽和させない
ことを確認して通信を実行する機能を備えている。

【００５２】次に、このようなバス型ネットワークにお
けるトラヒック制御装置の動作について図４のフローチ
ャートを用いて説明する。例えば、新たに通信を開始す
るノード３２Ｃは、通信のための初期化準備を行なう
（ＳＴ１）。初期化準備終了後、このノード３２Ｃは、
トラヒック観測ノード３１に対してトラヒック特性を問
合せる（ＳＴ２）。なお、各ノード３２Ａ〜３２Ｄ及び
トラヒック観測ノード３１間では、時刻同期をとるため
のプロトコルの如き、何らかの同期手段により時刻同期
がとられているものとする。

【００５３】トラヒック特性を問合せたノード３２Ｃ
は、トラヒック観測ノード３１から回答を受けるまで待
機し（ＳＴ３）、自ノード３２Ｃが送るデータの送出タ
イミングを決定する（ＳＴ４）。

【００５４】例えばノード３２Ｃにおいては、第１の実
施形態と同様に特定されたトラヒック特性を受けた場
合、周期Ｔと、周期の開始時刻とノード間で共通に認識
する時刻との間のずれ時間Ｓと、係数αj(j=1,2,3,4)と
に基づいて、送出タイミングが決定される。例えば、周
期Ｔ＝２００ｍｓ、ずれ時間Ｓ＝５０ｍｓ、α１＝０．
３、α２＝０．２、α３＝０．１、α４＝０のとき、ト
ラヒック量の推定量ｕ（ｔ）（ｕ（ｔ）＝１でトラヒッ
ク飽和）は、次のように計算される。

【００５５】

【数１】

【００５６】これにより、ノード３２Ｃでは、最も少な
いトラヒック量の推定量ｕ（ｔ）＝０のときの（１５０
＋２００×Ｉ）ｍｓが送出開始時刻と決定される。続い
て、ノード３２Ｃは、このように得た送出タイミングに
基づいて、データを送出する（ＳＴ５）。

【００５７】上述したように第２の実施形態によれば、
トラヒック観測ノード３１が、バス３４を流れるトラヒ
ック量の時間推移に基づいて、トラヒック量の周期性と
負荷特性とを特定して周期性及び負荷特性パラメータを
生成し、ノード３２Ｃが、通信を開始するとき、トラヒ
ック観測ノード３１により生成された周期性及び負荷特
性パラメータに基づいて、トラヒック量を飽和させない
ことを確認して通信を実行するので、スター型ネットワ
ークのみならず、バス型ネットワークに対してもイーサ
ネットでのリアルタイム性を改善することができる。

【００５８】また、前述同様に、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式の
欠点を補い、衝突の機会を減少させてリアルタイム通信
を実現できる。 （第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態
に係るトラヒック制御装置の適用されたバス型ネットワ
ークについて図１を用いて説明する。すなわち、本実施
形態は、図１と同一の結合構成において、トラヒック量
に周期性がない場合を考慮したものであり、具体的には
第１の実施形態のトラヒック観測ノード３１が、トラヒ
ック量の時間推移に基づいて、各特性を特定するための
特徴抽出の可否を判定し、判定結果が抽出可を示すと
き、各パラメータを生成する機能を備えたものである。

【００５９】次に、このような機能を備えたバス型ネッ
トワークにおけるトラヒック制御装置の動作を説明す
る。ＣＳＭＡ／ＣＤ方式のネットワークでは、各ノード
３２Ａ〜３２Ｄのトラヒック量に周期性がなく、「リア
ルタイム性」を実現できない場合がある。従って、本実
施形態においては、「リアルタイムモード」と「非リア
ルタイムモード」とに動作を分けている。

【００６０】いま、前述した第１の実施形態の動作中、
トラヒック観測ノード３１が、Ｘ(i) の自己相関関数Ｒ
ｘｘ（τ）を求めた結果、Ｒｘｘ（τ）に有為な極大値
が無かったとする。

【００６１】例えば、観測時間区間内でのＲｘｘ（τ）
の平均値をｐ、最大値をｑとして、両者にｑ＜１．５ｐ
の関係があるとき、トラヒック観測ノード３１は、極大
値を見出だせず、Ｒｘｘ（τ）に周期性がないものと判
定して観測処理を中止する。

【００６２】この場合、トラヒック観測ノード３１は、
通信を開始しようとするノード３２Ｃからトラヒック特
性の問合せがあると、「特に規則性が無い」と返答メッ
セージを該ノード３２Ｃに送る。

【００６３】このノードは、この返答メッセージによ
り、従来同様の「非リアルタイムモード」にてランダム
に通信を実行する。上述したように第３の実施の形態に
よれば、トラヒック観測ノード３１が、トラヒック量の
時間推移に基づいて、各特性を特定するための特徴抽出
の可否を判定し、判定結果が抽出可を示すとき、各パラ
メータを生成するので、第１の実施形態の効果に加え、
無駄な負荷特性の特定を阻止することができる。 （第４の実施の形態）図５は本発明の第４の実施形態に
係るトラヒック制御装置の適用されたバス型ネットワー
クの構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付し
てその詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分につい
て主に述べる。

【００６４】すなわち、本実施の形態は、優先度制御を
行なうものであり、具体的には図５に示すように、ノー
ド３２Ａ〜３２Ｄとトラヒック観測ノード３１とが接続
されたバス３４に対し、トラヒック管理ノード３６を接
続した構成となっている。

【００６５】ここで、トラヒック管理ノード３６は、通
信に加わるノード３２Ａ〜３２Ｄを順次増加させると
き、所定の優先度に基づいて、各ノード３２Ａ〜３２Ｄ
に順次通信を許可する機能をもっている。

【００６６】次に、このようなバス型ネットワークにお
けるトラヒック制御装置の動作について図６のフローチ
ャートを用いて説明する。トラヒック管理ノード３６は
全ての通信に先立ち、予め設定された優先度に従って、
順次、各ノード３２Ａ〜３２Ｄに送信を許可する。

【００６７】トラヒック管理ノード３６は、まず、１番
目（最高）の優先度のノード３２Ａに対して送信許可を
出す（ＳＴ１１）。送信許可を受けたノード３２Ａは、
第１の実施形態に述べた手順に従い、トラヒック観測ノ
ード３１との交信を行ない、送信を開始する。

【００６８】トラヒック管理ノード３６は、１番目の優
先度のノード３２Ａが送信を開始したか否かを判定し
（ＳＴ１２）、判定結果が送信開始を示すと、一定時間
待機してから（ＳＴ１３）、２番目の優先度のノード３
２Ｂに対して送信許可を出す（ＳＴ１４）。この一定時
間の待機は、１番目のノード３２Ａの通信を含めたトラ
ヒック特性をトラヒック観測ノード３１が観測する余裕
を持たせるためのものである。なお、トラヒック管理ノ
ード３６は、ステップＳＴ１２にて、１番目のノード３
２Ａが通信を開始しないとき、タイムアウトとなると
（ＳＴ１５）、２番目のノード３２Ｂの送信許可へ移行
する。

【００６９】また、２番目のノード３２Ｂ以降、トラヒ
ック管理ノード３６は、同様の手順により、最低の優先
度のノード３２Ｄまで通信を開始させる（ＳＴ１６〜Ｓ
Ｔ２２）。さらに、トラヒック管理ノード３６は、トラ
ヒック観測ノード３１により観測されるトラヒック量
（又は送信許可を与えたノードの数など）に基づいて、
通信に余裕がないと判定すると、送信許可の発行を中止
する。

【００７０】一方、通信を終了したノード３２Ａは、ト
ラヒック管理ノード３６に対して「終了」を通知する。
トラヒック管理ノード３６は、この終了通知に基づき、
以前、トラヒックに余裕がなく、通信を拒絶したノード
に送信許可を与えることができる。

【００７１】上述したように第４の実施の形態によれ
ば、トラヒック管理ノード３６が、通信に加わるノード
３２Ａ〜３２Ｄを順次増加させるとき、所定の優先度に
基づいて、各ノード３２Ａ〜３２Ｄに順次通信を許可す
るので、第１の実施形態の効果に加え、高い優先度をも
つ重要な機器間通信を確保することができる。

【００７２】また、各ノード３２Ａ〜３２Ｄのうち、通
信を終了したノード３２Ａがトラヒック管理ノード３６
に「終了」を通知し、トラヒック管理ノード３６が、ノ
ード３２Ａから受けた「終了」の通知に基づいて、前回
通信を拒絶したノードに通信を許可するので、各ノード
の通信参加・切り離しに柔軟に対応することができる。 （第５の実施の形態）次に、本発明の第５の実施形態に
係るトラヒック制御装置の適用されたバス型通信ネット
ワークについて図１を用いて説明する。すなわち、本実
施形態は、図１と同一の結合構成において、逐次トラヒ
ック観測の精度を保つため、負荷特性パラメータ（係数
αｊ）を逐次更新する機能を設けたものであり、具体的
には第１の実施形態のトラヒック観測ノード３１が、前
述した機能と共に、トラヒック量の時間推移を直交関数
で近似する近似機能と、時間推移の変化に従い、近似結
果により得られた直交関数の近似結果の係数αｊを変更
する変更機能と、変更機能による変更の結果を各ノード
３２Ａ〜３２Ｄに順次通知する通知機能と、通知機能に
より通知をしたとき、再帰的に直交関数の係数αｊを更
新する更新機能とを備えている。

【００７３】次に、このようなバス型通信ネットワーク
におけるトラヒック制御装置の動作を説明する。いまト
ラヒック観測ノード３１は、第１の実施形態に述べた通
り、αj(j=1,2,3,4)を負荷特性パラメータとして得たと
する。

【００７４】ここで、係数αｊをαj,p とし、次の時間
区間Ｔ内でのαj の計算結果をαj,p+1 とし、以下同様
に順次αｊの値を更新する。ここで、トラヒック観測ノ
ード３１は、このようなαｊを最新の値から４つ前の値
までに対し、次の（３）式に示すように、加重平均を算
出し、算出結果を他ノード３２Ａ〜３２Ｄから問合せの
あったときの返答値とする。

【００７５】

【数２】

【００７６】なお、加重平均の幅は５とする必要は無
く、システム設計にあわせて任意の値が適宜使用でき
る。次に、トラヒック観測ノード３１は、問合せのあっ
た例えばノード３２Ｃに周期Ｔ、αj,p ^*(j=1,2,3,4)
、及び周期の原点時刻を通知し、該ノード３２Ｃが送
出トラヒックを変更した後、再帰的に直交関数の係数α
j,p ^*を更新する。

【００７７】上述したように第５の実施の形態によれ
ば、トラヒック観測ノード３１が、トラヒック量の時間
推移を直交関数で近似し、時間推移の変化に従い、近似
結果により得られた直交関数の近似結果の係数を変更
し、変更の結果を各ノード３２Ａ〜３２Ｄに順次通知
し、再帰的に直交関数の係数を更新するので、第１の実
施形態に加え、逐次トラヒック観測の精度を保つことが
できる。 （第６の実施の形態）図７は本発明の第６の実施形態に
係るトラヒック制御装置の適用されたバス型ネットワー
クの構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付
し、ほぼ同一部分にはａ〜ｄ，ｏの添字を付してその詳
しい説明は省略し、ここでは異なる部分について主に述
べる。

【００７８】すなわち、本実施形態は、第１の実施形態
のトラヒック観測ノードを省略し、そのトラヒック観測
機能３１ａ〜３１ｄを各ノード３２Ａｏ〜３２Ｄｏに持
たせたものである。

【００７９】これにより、各ノード３２Ａｏ〜３２Ｄｏ
においては、自己のトラヒック観測機能３１ａ〜３１ｄ
が第１の実施形態に述べたトラヒック観測ノードの動作
を実行する。よって、各ノード３２Ａｏ〜３２Ｄｏは、
新たに通信を開始する際に、自己のトラヒック観測機能
３１ａ〜３１ｄが出力するトラヒック特性結果に基づい
て、トラヒックの空き具合を把握し、空いたタイミング
でデータ送出を開始することができる。

【００８０】上述したように第６の実施の形態によれ
ば、各ノード３２Ａｏ〜３２Ｄｏが、バス３４を流れる
トラヒック量の時間推移に基づいて、トラヒック量の周
期性と負荷特性とを特定して周期性及び負荷特性パラメ
ータを生成するトラヒック観測機能３１ａ〜３１ｄを有
し、通信を開始するとき、このトラヒック観測機能３１
ａ〜３１ｄにより生成された周期性及び負荷特性パラメ
ータに基づいて、トラヒック量の少ないタイミングで通
信を実行するので、スター型ネットワークのみならずバ
ス型ネットワークに対してもイーサネットでのリアルタ
イム性を改善することができ、また、各通信の応答時間
を短縮させることができる。

【００８１】また、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式の欠点を補い、
衝突の機会を減らしてリアルタイム通信を提供できる。
また、第１の実施の形態とは異なり、トラヒック観測ノ
ード３１を省略してトラヒック観測機能３１ａ〜３１ｄ
を各ノード３２Ａｏ〜３２Ｄｏに持たせたので、いずれ
のノード３２Ａｏ〜３２Ｄｏが故障しても、トラヒック
観測を実行できる。

【００８２】また、トラヒック観測ノード３１を設けな
くとも、主にソフトウェアの追加だけでリアルタイム性
の改善を実現できる。 （第７の実施の形態）図８は本発明の第７の実施の形態
に係るトラヒック制御装置に適用されたスター型ネット
ワークの構成図であり、図１及び図１０と同一部分には
同一符号を付し、ほぼ同一部分にはａの添字を付してそ
の詳しい説明は省略し、ここでは異なる部分について主
に述べる。

【００８３】すなわち、本実施形態は、第１の実施形態
に係るトラヒック観測ノードの機能をスター型ネットワ
ークに適用させたものであり、具体的には図８に示すよ
うに、各ノード３２Ａａ〜３２ＤａがＣＳＭＡ／ＣＤ方
式で夫々伝送路７及びハブ装置４０を介して接続され
る。

【００８４】ここで、ハブ装置４０は、受信フレームの
中継や再送信を行なう通常のハブ基本機能に加え、第１
の実施形態と同様のトラヒック観測機能３１ａを備えて
いる。

【００８５】次に、このようなスター型ネットワークに
おけるトラヒック制御装置の動作を説明する。いま、前
述同様に、ハブ装置４０のトラヒック観測機能３１ａ
は、ネットワークのトラヒック観測を実行する。

【００８６】例えばノード３２Ｃａは、新たに通信を開
始したいとき、ハブ装置４０にトラヒック特性を通知す
るよう要求する。ハブ装置４０は、この要求を受けて、
周期Ｔ、αj(j=1,2,3,4)、周期の原点時刻をノード３２
Ｃａに通知する。

【００８７】ノード３２Ｃａは、この通知に基づいて、
トラヒックの空き具合を把握し、空いたタイミングでデ
ータ送出を開始する。上述したように第７の実施の形態
によれば、ハブ装置４０が、伝送路７を流れるトラヒッ
ク量の時間推移に基づいて、トラヒック量の周期性と負
荷特性とを特定して周期性及び負荷特性パラメータを生
成し、ノード３２Ｃａは、通信を開始するとき、ハブ装
置４０により生成された周期性及び負荷特性パラメータ
に基づいて、トラヒック量の少ないタイミングで通信を
実行するので、スター型ネットワークに対してイーサネ
ットでのリアルタイム性を改善することができ、また、
各通信の応答時間を短縮させることができる。

【００８８】また、スター型ネットワークであっても、
ＣＳＭＡ／ＣＤ方式の欠点を補い、衝突の機会を減少さ
せてリアルタイム通信を実現できる。また、リアルタイ
ム性の改善を主にソフトウェアの追加だけで実現でき
る。 （第８の実施の形態）次に、本発明の第８の実施形態に
係るトラヒック制御装置に適用されるスター型ネットワ
ークについて図８を用いて説明する。

【００８９】本実施形態は、第７の実施形態のハブ装置
について、図１１を用いて述べたダミーフレームの発生
機能を設けた構成となっている。すなわち、本実施形態
に係るハブ装置４０は、通常のハブ基本機能、第１の実
施形態と同様のトラヒック観測機能３１ａに加え、異常
輻輳時に低優先度のポートの送信を停止させるためのダ
ミーフレームの発生機能を備えている。このハブ装置は
予め各ノード３２Ａａ〜３２Ｄｄの優先度が設定されて
いる。

【００９０】次に、このようなスター型ネットワークに
おけるトラヒック制御装置の動作を説明する。ハブ装置
４０は、トラヒック観測機能３１ａにて異常輻輳を検出
すると、高い優先度のノード３２Ａａへの送信機会を増
やし、低い優先度のノード３２Ｄａへのダミーフレーム
送出を増やす。これにより、高い優先度のノード３２Ａ
ａのデータ通信を確保することができる。

【００９１】上述したように本実施形態によれば、ハブ
装置４０では、予め各ノード３２Ａａ〜３２ｄａの優先
度が設定され、ネットワークを流れるトラヒック量を観
測し、観測結果に基づいて、通信異常輻輳時に高い優先
度のノード３２Ａａのデータを送信し、低い優先度のノ
ード３２Ｄａにはダミーフレームを送って通信を不可と
するので、第７の実施形態の効果に加え、高い優先度の
通信のスループットの悪化を阻止することができる。

【００９２】また、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式のスター型ネッ
トワークにおいて、優先度制御を備えたネットワークを
形成することができる。 （他の実施の形態）なお、上記第６の実施の形態では、
トラヒック観測ノード３１とトラヒック管理ノード３６
とを個別に設けた場合について説明したが、これに限ら
ず、トラヒック観測ノードとトラヒック管理ノードとを
１つのノードに一体化させてなるトラヒック制御装置を
設け、このトラヒック制御装置をバスに接続した構成と
しても、本発明を同様に実施して第４の実施形態と同様
の効果を得ることができ、また、高い優先度をもつ通信
をリアルタイムで確保できるので、トラヒック制御をよ
り細かく実行することができる。その他、本発明はその
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ター型ネットワークのみならず、バス型ネットワークに
対してもイーサネットでのリアルタイム性を改善し得る
トラヒック制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトラヒック制
御装置の適用されたバス型ネットワークの構成図

【図２】同実施の形態におけるトラヒック観測を説明す
るための波形図

【図３】同実施の形態における動作を説明するためのシ
ーケンス図

【図４】本発明の第２の実施の形態における動作を説明
するためのフローチャート

【図５】本発明の第４の実施形態に係るトラヒック制御
装置の適用されたバス型ネットワークの構成図

【図６】同実施の形態における動作を説明するためのフ
ローチャート

【図７】本発明の第６の実施形態に係るトラヒック制御
装置の適用されたバス型ネットワークの構成図

【図８】本発明の第７の実施の形態に係るトラヒック制
御装置に適用されたスター型ネットワークの構成図

【図９】従来のバス型ネットワークの構成図

【図１０】従来のスター型ネットワークの構成図

【図１１】従来のスター型ハブ装置が適用されたネット
ワークの構成を示すブロック図

【図１２】一般的なウォルシュ関数を示す図

【符号の説明】

３１…トラヒック観測ノード ３１ａ〜３１ｄ…トラヒック観測機能 ３２Ａ〜３２Ｄ，３２Ａｏ〜３２Ｄｏ，３２Ａａ〜３２
Ｄａ…各ノード ３３…トランシーバ ３４…バス ３５…ターミネータ ３６…トラヒック管理ノード ４０…ハブ装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バス型通信ネットワークに用いられ、複
   数のノードと、トラヒック観測ノードとが互いにバスを
   介して接続されたトラヒック制御装置であって、 前記トラヒック観測ノードは、前記バスを流れるトラヒ
   ック量の時間推移に基づいて、前記トラヒック量の周期
   性と負荷特性とを特定して周期性及び負荷特性パラメー
   タを生成する機能を有し、 前記各ノードは、通信を開始するとき、前記トラヒック
   観測ノードにより生成された周期性及び負荷特性パラメ
   ータに基づいて、前記トラヒック量の少ないタイミング
   で前記通信を実行する機能を備えたことを特徴とするト
   ラヒック制御装置。
2. 【請求項２】 バス型通信ネットワークに用いられ、複
   数のノードと、トラヒック観測ノードとが互いにバスを
   介して接続されたトラヒック制御装置であって、 前記トラヒック観測ノードは、前記バスを流れるトラヒ
   ック量の時間推移に基づいて、前記トラヒック量の周期
   性と負荷特性とを特定して周期性及び負荷特性パラメー
   タを生成する機能を有し、 前記各ノードは、通信を開始するとき、前記トラヒック
   観測ノードにより生成された周期性及び負荷特性パラメ
   ータに基づいて、トラヒック量を飽和させないことを確
   認して前記通信を実行する機能を備えたことを特徴とす
   るトラヒック制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のトラヒック制御装置に
   おいて、 前記トラヒック観測ノードは、前記トラヒック量の時間
   推移に基づいて、各特性を特定するための特徴抽出の可
   否を判定し、判定結果が抽出可を示すとき、前記各パラ
   メータを生成することを特徴とするトラヒック制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のトラヒック制御装置に
   おいて、 通信に加わるノードを順次増加させるとき、所定の優先
   度に基づいて、各ノードに順次通信を許可するトラヒッ
   ク管理ノードを備えたことを特徴とするトラヒック制御
   装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のトラヒック制御装置で
   あって、 前記バスに接続され、前記トラヒック観測ノードと前記
   トラヒック管理ノードとが一体化されてなることを特徴
   とするトラヒック制御装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のトラヒック制御装置に
   おいて、 前記各ノードのうち、通信を終了したノードは、前記ト
   ラヒック管理ノードに「終了」を通知する機能を有し、 前記トラヒック管理ノードは、前記ノードから受けた
   「終了」の通知に基づいて、前回通信を拒絶したノード
   に通信を許可する機能を備えたことを特徴とするトラヒ
   ック制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のトラヒック制御装置に
   おいて、 前記トラヒック観測ノードは、 前記トラヒック量の時間推移を直交関数で近似する近似
   手段と、 前記時間推移の変化に従い、前記近似結果により得られ
   た直交関数の近似結果の係数を変更する変更手段と、 前記変更手段による変更の結果を前記各ノードに順次通
   知する通知手段と、 前記通知手段により通知をしたとき、再帰的に直交関数
   の係数を更新する更新手段とを備えたことを特徴とする
   トラヒック制御装置。
8. 【請求項８】 バス型通信ネットワークに用いられ、複
   数のノードが互いにバスを介して接続されたトラヒック
   制御装置であって、 前記各ノードは、 前記バスを流れるトラヒック量の時間推移に基づいて、
   前記トラヒック量の周期性と負荷特性とを特定して周期
   性及び負荷特性パラメータを生成するトラヒック観測機
   能と、 通信を開始するとき、前記トラヒック観測機能により生
   成された周期性及び負荷特性パラメータに基づいて、前
   記トラヒック量の少ないタイミングで前記通信を実行す
   る機能とを備えたことを特徴とするトラヒック制御装
   置。
9. 【請求項９】 スター型通信ネットワークに用いられ、
   複数のノードが互いに伝送路及びハブ装置を介して接続
   されたトラヒック制御装置であって、 前記ハブ装置は、前記伝送路を流れるトラヒック量の時
   間推移に基づいて、前記トラヒック量の周期性と負荷特
   性とを特定して周期性及び負荷特性パラメータを生成す
   るトラヒック観測機能を有し、 前記各ノードは、通信を開始するとき、前記ハブ装置に
   おけるトラヒック観測機能により生成された周期性及び
   負荷特性パラメータに基づいて、前記トラヒック量の少
   ないタイミングで前記通信を実行する機能とを備えたこ
   とを特徴とするトラヒック制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載のトラヒック制御装置
    において、 前記ハブ装置は、予め各ノードの優先度が設定され、ネ
    ットワークを流れるトラヒック量を観測し、前記観測結
    果に基づいて、通信異常輻輳時に高い優先度のノードの
    データを送信し、低い優先度のノードにはダミーフレー
    ムを送って通信を不可とする機能を備えたことを特徴と
    するトラヒック制御装置。