JPH10333930A - 分散された制御ネットワークにおける障害切り離し復旧装置および方法 - Google Patents

分散された制御ネットワークにおける障害切り離し復旧装置および方法

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JPH10333930A
JPH10333930A JP10017524A JP1752498A JPH10333930A JP H10333930 A JPH10333930 A JP H10333930A JP 10017524 A JP10017524 A JP 10017524A JP 1752498 A JP1752498 A JP 1752498A JP H10333930 A JPH10333930 A JP H10333930A
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ジェフリー・イン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分散されたインテリジェント制御ネットワー
クにおけるマスタ制御ノードに対して、自動冗長バック
アップマスタ制御を提供すること。 【解決手段】 マスタノードと、各ノードが2つの隣接
したノードに接続され、ノードが全体としてループを形
成するように、マスタノードに直列接続で接続された複
数のスレーブノードとを具備する複数のノードと、各ノ
ードにおける障害検出回路と、各ノードに配置され、イ
ンピーダンス素子と並列に制御可能なリレーを具備する
シャント回路とを具備する制御ネットワークにおいて、
制御可能なリレーは、通常は、信号がループの方々に伝
搬できるように、閉状態で配置されており、かつ、ノー
ドの障害検出回路が障害を検出すると、各ノードにおい
て開かれ、かつ、マスタノードに関するノードの相対位
置に依存して予め決められた時間の後に、ノードによっ
て再び閉じられることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明の分野は、分散された
制御ネットワークにおける障害の切り離しおよび復旧お
よびバックアップ制御のための方法および装置に関し、
車両または自動化された製造設備における制御機能を実
行するために使用されるものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】自動
化された制御システムは、通常、多数の製造用途、輸送
用途、および、他の用途で使用される。また、自動化さ
れた制御システムは、機械構成部品、センサー構成部
品、電子構成部品、および、他のシステム構成部品を制
御するのに、特に有用である。例えば、製造システムま
たは車両システムは、様々なセンサーおよび自動化され
た電子および/または機械部品を装備されている。これ
らのセンサーおよび部品は、その予め定義された機能を
実行する必要がある場合、許可または活性化を要求す
る。そのようなシステムは、通常、機能または手続き
が、手動制御への唯一の依存を不可能にする程度の所定
の順番または応答のレベルで実行される、ということを
要求する。また、そのようなシステムは、センサーまた
は他の構成部品を使用している。上記センサーまたは他
の構成部品は、連続的なまたは周期的な監視を要求し、
それによって、それ自身を自動化された制御に役立たせ
ている。
【0003】機械によって実行される仕事が多くなり、
かつ、複雑になると、システムの様々な構成部品に対し
て素早く、効率よく、および、確実に制御を及ぼす方法
に対する要求が生じる。監視され、許可され、不許可さ
れ、活性化され、不活性化され、調整され、または、同
様の制御をされるべきシステム構成部品の数そのもの
が、適切な制御システムの設計および実行における困難
性へと通じている。制御されるべきシステム構成部品の
数が増加すると、制御システムの動作がさらに複雑にな
るだけでなく、制御システムの配線および相互連絡もま
た同様にさらに手の込んだものとなる。加えて、もし、
自動化された制御システムが機能停止すると、自動化さ
れた制御への依存が大きければ大きいほど、それだけ、
より大きな潜在的重大結果に帰結する。
【0004】伝統的に、輸送車両および鉄道車両のよう
なある用途における制御システムは、リレーを基本とし
た制御技術に依存している。そのようなシステムにおい
て、リレーおよびスイッチは、信号接続の切り換え処理
を行う論理回路に従属している。このアプローチには、
車両の全体にわたって、多数のリレーと十分な量の配線
とが必要である。いくつかの場合において、分散された
プロセッサまたは論理回路が、ドアのようなサブシステ
ムに対して使用される。しかし、これらのプロセッサま
たは論理回路は、しばしば、かなりのスペースを必要と
し、かつ、維持するために費用がかかる。
【0005】制御システムの分野では、最近、十分な改
良がなされてきた。最近開発された改良ネットワーク制
御システムは、分散されたコントローラを伴った二重バ
スアーキテクチャを使用する。この改良されたネットワ
ーク制御システムでは、主要バスが、メインデータバス
コントローラを(分散された)スレーブモジュールと相
互連絡させる高速・双方向通信リンクを形成する。上記
分散されたスレーブモジュールのうちの1つは、第2低
速データバスに接続された第2データバスコントローラ
として動作する。スレーブモジュールは、一般的に、様
々な入力/出力ポートに接続される。第2データバスコ
ントローラは、第2低速データバスを通して、第2層ス
レーブモジュールに接続される。メインデータバスコン
トローラ、第2データバスコントローラ、第1層スレー
ブモジュール、第2層スレーブモジュール、入力/出力
ポート、および、他のシステム構成部品は、全体として
階層システムを形成している。上記階層システムでは、
メインデータバスコントローラが、第2データバスコン
トローラを具備する第1層スレーブモジュールを監視
し、第2データバスコントローラが、第2層スレーブモ
ジュールを監視し、第1層スレーブモジュールおよび第
2層スレーブモジュールが、それらに設定された入力/
出力機能を監視する。
【0006】上述した二重バス制御ネットワークが多く
の優位性を有する一方、上記二重バス制御ネットワーク
がさらに改良されるべき点もある。上記技術において現
在知られているような二重バス制御ネットワークアーキ
テクチャは、一般的に、単一の最上階層のメインデータ
バスコントローラに依存している。もし、メインデータ
バスコントローラが機能停止すると、システムの性能は
反対に大きな影響を受ける。また、短絡回路が発生する
可能性が、特にバスの領域について、常に存在する。バ
スにアクセスする構成部品中の通信信号を混乱させるこ
とに加えて、管理者が短絡回路の位置を突き止めようと
する際に、短絡回路は、追跡するのが難しく、かつ、シ
ステムサービスの実質的な混乱を引き起こす。さらに、
二重バスネットワーク制御アーキテクチャが、車両また
は他の自動化されたシステムにおいて必要とされる配線
を減少する一方、配線接続の単純化は、実行および管理
をより非常に簡単にする。
【0007】従って、メインデータバスコントローラに
おける機能停止から復旧する手段、または、さもなけれ
ば、機能停止のような影響を軽減する手段を有するネッ
トワーク制御システムを提供することは、好都合であ
る。短絡回路の影響を減少し、かつ、管理者による短絡
回路の位置の早急な識別を可能とするネットワーク制御
システムを提供することは、さらに、好都合である。単
純化された配線および接続を有する分散されたネットワ
ーク制御システムを提供することは、さらに、好都合で
ある。
【0008】図1は、特に、上記技術において知られた
ような特定のタイプの制御ネットワーク101における
ノードの相互連絡を示すブロック図である。制御ネット
ワーク101は、メインデータバス104を通して複数
の第1層スレーブノード109,123に接続されたメ
インデータバスコントローラ103を具備する。メイン
データバス104に接続された1つの第1層スレーブノ
ード123は、また、第2データバスコントローラとし
て機能し、かつ、第2データバス113に接続されてい
る。第2データバスコントローラ123は、第2データ
バス113を通して、複数の第2層スレーブノード13
0に接続されている。メインデータバス104は、メイ
ンデータバスコントローラ103と第1層スレーブノー
ド109,123との間に、高速・双方向通信リンクを
形成する。また、第2データバス113は、第2データ
バスコントローラ123と第2層スレーブノード130
との間に、低速・双方向通信リンクを形成する。
【0009】スレーブノード109,123,130の
特性は、これらのスレーブノードが配置された制御用途
に、部分的に依存している。例えば、輸送車両または鉄
道車両において、マスタデータバスコントローラ103
およびスレーブノード109,123,130は、それ
ぞれ、車両または鉄道車両の特定の部分を制御するため
に割り当てられているか、または、特定の入力機能およ
び出力機能を制御するために割り当てられている。図1
の各スレーブノード109,123,130に対して、
制御機能の1つの代表的な配置を図解するようなノード
に接続された様々な制御信号が示されている。
【0010】動作時において、メインコントローラ10
3は、メインデータバス104を高速・双方向リンクと
して使用して、第1層スレーブノード109,123と
通信する。メインデータバス104を通した通信のため
の代表的なボーレートは256kである。メインデータ
バスコントローラ103は、一般的に、第1層スレーブ
ノード109,123へ制御コマンドを送ることに対し
て責任を有し、かつ、メインデータバス104を通して
メインデータバスコントローラ103に通信されたステ
ータス情報および事象に応答することに対して責任を有
する。各々の第1層スレーブノード109,123は、
メインデータバスコントローラ103からコマンドを受
信し、その個々の制御線を通して適切なコマンドを発行
する。同様の方法で、第2データバスコントローラ12
3は、(例えば9.6kのボーレートを有する)第2デ
ータバス113を低速・双方向リンクとして使用して、
第2層スレーブノード130と通信し、かつ、第2層ス
レーブノード130に対して、ある制御機能を実行する
ように指示するか、または、第2層スレーブノード13
0から第2データバスコントローラ123へ中継された
ステータスメッセージまたは事象に応答するように指示
する。
【0011】図2は、図1の制御ネットワークのレイア
ウトまたはアーキテクチャを示す図である。図2に示さ
れた制御ネットワーク201は、メインデータバス20
4に接続されたメインデータバスコントローラ203を
具備する。メインデータバス204は、複数の第1層ス
レーブノード209,223に、物理的に接続されてい
る。図1に示された制御ネットワーク101に関して説
明すると、第1層スレーブノード223のうちの1つ
は、また、第2データバスコントローラ223として機
能し、かつ、第2データバス213を通して、複数の第
2層スレーブノード230へ接続されている。メインデ
ータバス204は、各々の第1層スレーブノード20
9,230を通過し、かつ、メインデータバスコントロ
ーラ203を再接合するために戻るようなループ内に構
成されている。この方法では、もし、メインバス204
の配線が切断される場合、メインデータバスコントロー
ラ203は、未だ、第1層スレーブノード209,22
3に接続されており、システムに対する制御を必ずしも
失うわけではない。同様に、第2データバス213は、
各々の第2層スレーブノード230を通過し、かつ、第
2データバスコントローラ223を再接合するために戻
るようなループ内に構成されている。それによって、第
2データバス113の配線の潜在的切断に対して回復力
のあるアーキテクチャを提供する。メインデータバスコ
ントローラ203、第1層スレーブノード209および
223、第2層スレーブノード230の各々は、特定の
制御用途に対して必要な制御機能またはセンサー機能、
または、様々な他の入力機能および出力機能を実行する
ために、複数の制御信号に接続されている。
【0012】故に、図2に示された制御ネットワーク2
01は、制御機能を実行するために、二重バスアーキテ
クチャを利用する。制御システム201の階層的なアー
キテクチャによって、第2データバス213上では比較
的低いボーレートが許容され、このことは、伝統的な非
階層的リレーベースのシステムに対して、システムサイ
ズ、コスト、および、複雑さを減少することにつなが
る。第2データバス213上のより低い速度は、また、
システムの電磁波干渉に対する影響の受け易さ、すなわ
ち、(鉄道車両のような)ある制御システム環境におけ
る潜在的な問題を減少する。
【0013】各ノード、即ち、マスタデータバスコント
ローラ203、第1層スレーブノード209,223、
または、第2層スレーブノード230は、その機能に対
して必要な計算を実行する手段を含み、かつ、中央処理
ユニット(CPU)およびメモリのような構成部品で構
成される。図3は、図2の制御ネットワークで使用され
る(マスタデータバスコントローラ203、第1層スレ
ーブノード209または223、または、第2層スレー
ブノード230のような)ノード301のさらに詳細な
ブロック図である。ノード301は、電力制御ブロック
317とトランシーバー305とに接続されたCPU3
15を具備する。ノード301は、また、電力信号線3
16に接続されている。電力信号線316は、電力制御
ブロック317に接続している。ノード301は、通信
信号線304を通して通信する。通信信号線304は、
トランシーバー305に接続されている。電気的消去書
き込み可能な読み出し専用メモリ(EEPROM)30
6は、あるプログラム可能な機能を実行するためにCP
U315によって利用されるプログラミング情報を格納
する。CPU315は、特定の用途に対して必要とされ
る場合、ランダムアクセスメモリ(RAM)(不図示)
とリードオンリメモリ(ROM)(不図示)とにアクセ
スする。
【0014】CPU315は、キーボードおよびディス
プレイインターフェースブロック320に接続されてい
る。キーボードおよびディスプレイインターフェースブ
ロック320は、ステータスLED307、リレー32
1、および、LCDディスプレイ311およびキーパッ
ド331に接続されている。それによって、ノード30
1は、(例えば、キーパッド331からの)手動入力を
受け取り、または、(例えば、リレー321を通した)
センサー入力を受信する。また、ノード301は、ステ
ータスLED301またはLCDディスプレイ311を
使用して、動作ステータスを表示できる。
【0015】ノード301は、さらに、ネットワークコ
ントローラ322を具備する。ネットワークコントロー
ラ322は、好ましくは、第2CPUを具備する。ネッ
トワークコントローラ322は、第2トランシーバー3
23に接続されている。第2トランシーバー323は、
第2の対の通信信号線314に接続されている。ネット
ワークコントローラは、また、電力信号線336を出力
する。
【0016】動作時において、ノード301は、トラン
シーバー305,323を使用して、2つの異なるデー
タバスを通して通信する。故に、ノード301は、ネッ
トワークコントローラ322の制御下において、通信信
号線314を通してトランシーバー323を使用して信
号を受信および送信することによって、(図1に示され
たデータバス204のような)第1データバスを通して
通信する。ノード301は、CPU315の制御下にお
いて、通信信号線304を通してトランシーバー305
を使用して信号を送信および受信することによって、
(図2に示されたデータバス213のような)第2デー
タバスを通して通信する。CPU315およびネットワ
ークコントローラ322は、共用メモリ(不図示)を使
用して、情報を前後に送信する。ノード301は、第1
データバス204に関する「スレーブ」ユニットとし
て、および、第2データバス213に関する「マスタ」
ユニットとして働く。複数のノード301を適切な構成
において相互連絡することによって、(図2に示される
ような)2つのデータバスを有する階層的な制御ネット
ワークが確立される。
【0017】図3に示されるような各ノード301は、
アルミニウムのような適切な軽量材料で作られた堅固な
収納ケース内に収納されている。上記収納ケースは、環
境からの保護を提供し、熱散逸を可能とする。図4は、
図3に示されるようなモジュールまたはノード301の
代表的な物理的ケーシング401を示す図である。ケー
シング401は、かなり小さい。図4の例では、ケーシ
ング401は、寸法が大体2.1インチ×3.75イン
チであり、厚みが0.825インチである。
【0018】図2に示されたような制御ネットワークの
動作時に起こり得る問題は、もし、マスタデータバスコ
ントローラ203が機能停止すると、システム全体の動
作が危険にさらされる、ということである。可能な解決
策は、全ての点において主要マスタデータバスコントロ
ーラ203と同じ機能を有する冗長マスタデータバスコ
ントローラを提供することである。主要マスタデータバ
スコントローラ203の機能停止を検出すると、バック
アップマスタデータバスコントローラが主要マスタデー
タバスコントローラ203を停止し、ネットワークの制
御を引き継ぐ。
【0019】バックアップの目的のために、そのような
分離冗長マスタデータバスコントローラを有すること
は、主要マスタデータバスコントローラ203が機能停
止した場合における解決を提供する一方、そのことは、
完全な解決にはいたらない。完全に分離したコントロー
ラは、主要マスタデータバスコントローラ203につい
て機能とハードウェアとの完全な冗長性を有するので、
バックアップマスタデータバスコントローラの組み込み
は、マスタデータバスコントローラ203の実行のコス
トを事実上2倍にする。また、他の欠点は、もし、マス
タデータバスコントローラ203とバックアップマスタ
データバスコントローラとの両方が機能停止すると、シ
ステム全体の動作は危険にさらされ、動作は完全に停止
してしまう、ということである。
【0020】マスタデータバスコントローラ203が機
能停止する可能性に加えて、第2データバスコントロー
ラ223もまた、機能停止することがある。バックアッ
プの目的のための冗長第2データバスコントローラが供
給される一方、第2データバスコントローラを実行する
コストは本質的に2倍になる。そして、もし、第2デー
タバスコントローラもまた機能停止するならば、システ
ムは、なおも、潜在的に、完全に機能停止することがあ
る。さらに、冗長データバスコントローラを追加するこ
とは、システムの配線を複雑にする。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、ある特徴にお
いて、分散されたインテリジェント制御ネットワークに
おけるマスタ制御ノードに対して、自動冗長バックアッ
プマスタ制御を提供する。
【0022】本発明のある特徴において、マスタノード
および複数のスレーブノードは、ループ形態で共通バス
に接続されている。マスタノードおよびスレーブノード
は、それぞれ、シャント回路を通してバスに接続された
トランシーバーを有する。シャント回路は、好ましく
は、(抵抗のような)インピーダンス素子と並列な形態
で、(リレーのような)スイッチを具備する。スイッチ
は、ノードの制御下において動作され、かつ、通常状態
下では閉じられたままである。それによって、信号がバ
スを通して自由に伝達されることを可能とする。障害が
発生した場合、各々のノードはそのスイッチを開き、バ
スの個々の部分が切り離されるようにする。そして、マ
スタノードは、各スレーブノードに対して、そのスイッ
チを閉じるよう、指示することを、最も近いスレーブノ
ードから始める。スレーブノードが応答に失敗した場
合、障害位置が検出される。マスタノードは、ループの
反対方向に向けて、処理を繰り返す。そして、動作は、
障害に最も近いスレーブノードを分離したまま、継続す
る。
【0023】もし、マスタノードにおいて短絡回路が発
生したならば、スレーブノードのうちの1つが、予め決
められた待機期間の後、マスタノードに対して引き継
ぐ。本発明の好ましい実施形態において、マスタノード
は、多数のスレーブノードに対するコントローラとして
働く。マスタノードは、スレーブノードを、周期的にポ
ーリングする。各々のスレーブノードは、機能停止モー
ド検出器を具備する。それによって、もし、スレーブノ
ードが、ある固定の時間内に、マスタノードからのメッ
セージの受信を失敗した場合、スレーブノードは、マス
タノードに対して、制御を引き継ぐ。
【0024】本発明の他の特徴では、順番を確立するこ
とによって、マスタノードに対して優先された冗長バッ
クアップ制御が提供される。上記順番において、多数の
ノードが機能停止した場合、スレーブノードは、マスタ
ノードまたは代用マスタノードを引き継ぐ。好ましく
は、各スレーブノードは、他のスレーブノードがプログ
ラムされる時間の量とは異なる時間の量の後に機能停止
モード状態を検出するように、プログラムされている。
最も短い機能停止モード検出時間でプログラムされた第
1スレーブノードが機能停止モード状態を検出した場
合、該第1スレーブノードは、マスタノードのために引
き継ぎ、かつ、代用マスタノードになる。もし、代用マ
スタノードもまた機能停止すると、次に短い機能停止モ
ード検出時間でプログラムされたスレーブノードが機能
停止モード状態を検出し、代用マスタノードのために引
き継ぎ、第2代用マスタノードになる。同様に、各スレ
ーブノードのプログラムされた機能停止モード検出時間
が経過すると、順番に、各スレーブノードは、マスタノ
ードになる能力を有する。この方法では、優先順位が定
められた冗長バックアップ制御がマスタノードに対して
達成される。
【0025】本発明の他の特徴では、多重バスの階層的
な制御ネットワークが提供される。第1層マスタノード
は、第1共通バスを通信のために使用して、複数の第1
層スレーブノードを制御する。第1層スレーブノードの
うちの1つは、第2共通制御バスに接続され、かつ、第
2共通バスに接続された複数の第2層スレーブノードに
対する第2層マスタノードとして動作する。もし、第1
層マスタノードの機能停止が発生したならば、第1共通
バスに接続された全ての第1層スレーブノードは、第1
層マスタノードを引き継ぎ、それらのプログラムされた
優先順位に従って引き継ぐ。もし、第2層マスタノード
の機能停止が発生したならば、第2共通バスに接続され
た全ての第2層スレーブノードは、第2層マスタノード
を引き継ぎ、それらのプログラムされた優先順位に従っ
て引き継ぐ。それによって、冗長マスタ制御は、階層的
な制御ネットワークの第1層および第2層の両方に対し
て提供される。
【0026】好ましいノードは、2つの分離されたトラ
ンシーバーを具備する。1つは、制御情報を受信するア
ップリンクトランシーバーであり、もう1つは、制御情
報を送出するダウンリンクトランシーバーである。故
に、各ノードは、マスタノードまたはスレーブノードで
実行する能力か、または、両モードで同時に実行する能
力かのいずれかを有する。さらに、変形および実施形態
もまたここに開示されており、かつ、以下に説明され、
および/または、図に描かれている。
【0027】
【発明の実施の形態】図1は、従来技術において知られ
ているように、階層制御ネットワークの機能図である。
図2は、従来技術において知られているように、デュア
ルバスアーキテクチャを有する分散制御システムの図で
ある。図3は、図2の分散制御システムにおいて使用さ
れるモジュールまたはノードのブロック図である。図4
は、図3に示されるモジュールまたはノードの物理的な
容器を示す図である。図5は、本発明の1または2以上
の特徴に基づく好ましい制御ネットワークアーキテクチ
ャのブロック図である。図6は、図5に示される制御ネ
ットワークアーキテクチャ内の好ましいノードのブロッ
ク図である。[図7および図8は、図6に示されるよう
な好ましいノードの回路概要図である。]図7は、本発
明のある実施形態に基づく制御ネットワークの図であ
り、自動的に障害の位置を突き止め、かつ、該障害を切
り離す。図8は、図7の制御ネットワークの図であり、
各ノードのリレーが、通常動作に対して、閉状態で示さ
れている。図9〜図15は、自動的に障害の位置を突き
止め、かつ、該障害を切り離す好ましい方法を図解する
図である。図16は、マスタノードが潜在的障害を処理
するために好ましい処理流れ図である。図17は、スレ
ーブノードが潜在的障害を処理するために好ましい処理
流れ図である。図18(a)および図18(b)は、マ
イクロプロセッサの機能停止時に、1組のリレーを開状
態にするためのフェイルセーフ回路のブロック図であ
る。
【0028】この出願は、米国特許出願第 / 号「Wi
ring Method and Apparatus for Distributed Control
Network」(発明者Jeffrey Ying)と、米国特許出願第
/号「Multi-Tier Architecture For Control Networ
k」(発明者Jeffrey Ying)と、米国特許出願第 /
号「Backup Control Mechanism In A DistributedContr
ol Network」(発明者Jeffrey Ying)とに関係する。上
述する出願の3つ全ては、ここで同時に提出され、か
つ、それによって、あたかもここで完全に開始されたか
のように参照して組み込まれる。
【0029】本発明の好ましい実施形態は、マスタデー
タバスコントローラ203または他のタイプのマスタノ
ード、第2データバスコントローラ223または同様の
タイプのノードに対する冗長バックアップ制御を提供す
ることによって、1または2以上の上記問題を解決す
る。また、もし、(例えば、後述する実施形態で説明さ
れるように)制御レベルがさらに入れ子となっている場
合には、それらの制御レベルに対する他の副コントロー
ラが提供される。
【0030】図5は、制御ネットワーク501の好まし
い実施形態のブロック図である。制御ネットワーク50
1は、制御ネットワーク501の各バスレベルにおける
マスタノードに対して、冗長バックアップ制御能力を有
する。これ以降、特定バスに対してマスタバスコントロ
ーラとして動作するノードは、その特定バスに対する
「マスタノード」として参照される。また、そのバス上
の他の全てのノードは、その特定バスに対する「スレー
ブノード」として参照される。図5に示された制御ネッ
トワークでは、マスタノード503と複数の第1層スレ
ーブノード523とが、メインデータバス504に接続
されている。本発明の好ましい実施形態では、各々のス
レーブノード523は、第2データバスを制御するため
に、構成されているか、または、構成され得る。例え
ば、制御ネットワーク501内の第2データバス523
に接続された第1層スレーブノード523cが示されて
いる。第1層スレーブノード523cは、第2データバ
ス513に接続された第2スレーブノード533に関す
る第2層マスタノードとして機能する。第1層スレーブ
ノード523の他のノードもまた、第2層マスタノード
として働き、かつ、追加の第2層スレーブノードを有す
る異なる第2バスに接続されている。それによって、複
数レベルの階層的な制御ネットワーク、または、複数層
の階層的な制御ネットワークが確立される。
【0031】マスタノード503、第1層スレーブノー
ド523、第2層スレーブノード533、および、(図
5には示されていない)他の低いレベルのスレーブノー
ドのそれぞれは、以下、総称的に「ノード」として参照
され、かつ、図5のノード530のように示される。図
5に示されるような好ましい実施形態のある特徴におい
て、各々のノード530は、大体、同じハードウェア構
成を有し、故に、制御ネットワーク501がどのように
構成されているのかに依存して、マスタノードかスレー
ブノードのいずれかとして機能できる。各データバス
は、該データバスに付属したノードを伴って、一般的
に、セルとして参照される。また、データバスに接続さ
れたマスタノードは、その特定のセルに対する「セルコ
ントローラ」として参照される。以下に詳細を説明する
ように、マスタノードとして構成された各ノード530
は、該ノードが制御するセルに対するデータバスを通し
て、メッセージを送信および受信する。スレーブノード
として構成された各ノード530は、もし、マスタノー
ドによってデータバスを通して情報を送信するように特
に要求されないならば、受信モードのまま、そのデータ
バスを通してメッセージを受信し、送信は行わない。全
てのスレーブノードは、たとえ上位層に関するスレーブ
ノードとして動作していても、異なるセルの副レベルに
おいて、他の低い層のスレーブノードに関するマスタノ
ードとして同時に動作することができる。
【0032】本発明の好ましい実施形態は、上述したよ
うに、制御ネットワーク501の全てのレベルまたは副
レベルにおいてマスタノードとして機能する全てのノー
ドの冗長バックアップ制御のための仕組みを具備する。
一般的に述べられたように、本発明の好ましい実施形態
の動作時において、特定のデータバスに接続されたスレ
ーブノードは、受信モードの間、データバスを監視し、
そのデータバスに対するマスタノードからの周期的な信
号を待つ。予定された時間内にマスタノードから信号が
受信できなかった場合、そのデータバスに接続されたス
レーブノードは、待機期間にはいる(この待機期間は、
好ましくは、データバスに接続された各スレーブノード
によって異なる待機期間である)。待機期間が経過する
と、スレーブノードは、特定のデータバスに対するマス
タノード内において機能停止が発生したと判断し、マス
タノードの機能を引き継ぐステップを実行する。各々の
スレーブノードは、異なる待機期間でプログラムされて
いるので、マスタノードの機能停止が発生した場合、マ
スタノードを補うための(スレーブノード同士の)衝突
は生じない。ある特徴において、各マスタノードのバッ
クアップ制御は優先順位が決められている。そのため
に、機能停止が起こった場合に、スレーブノードがマス
タノードの機能の制御を潜在的に引き継ぐ特定の順位が
存在する。
【0033】さらに詳細には、再び図5に関して、メイ
ンデータバス504に付属するノード530のうちの1
つは、マスタノード503として構成されている。メイ
ンデータバス504に付属する他のノード530(この
例では、そのようなノード530が4つ存在する)は、
第1層スレーブノード523として構成されている。こ
のことは、これらのノードが、メインデータバス504
を通してマスタ制御信号を受信はするが送信はしないこ
とを意味している。しかしながら、第1層スレーブノー
ド523は、時々、メインデータバス504を通して、
応答信号またはステータス信号を送る。
【0034】好ましい実施形態において、各々の第1層
スレーブノード523は、第2バスを制御する第2層マ
スタノードとして構成されている。そのような一例が図
5に示されている。図5では、第1層スレーブノード5
23cが、第2データバス513に接続されている。複
数の他のノード530もまた、第2データバス513に
付属しており、第2層スレーブノード533として働
く。図5に示された例では、そのような第2層スレーブ
ノード533が3つ存在する。第2データバス513に
関して、第1層スレーブ/第2層マスタノード523c
は、第2層スレーブノード533へ、マスタ制御信号を
送信する。第2層スレーブノード533は、通常、受信
モードで動作しているが、時々、第2層マスタノード5
23cへ、応答メッセージまたはステータスメッセージ
を送る。他の第1層スレーブノード523a,523
b,523dは、同様に、第2層マスタノード(即ち、
セルコントローラ)として接続され、それぞれ、それ自
身の第2バスまたはセルを制御する。
【0035】図5に示された制御ネットワーク501
が、4つの第1層スレーブノード523と3つの第2層
スレーブノード533とを有する一方、第1層スレーブ
ノード523と第2層スレーブノード533の数は、特
定のデータバスを通してスレーブノードと通信するマス
タノードの能力によってのみ制限される。各バス上のス
レーブノードは、制御ネットワーク501に示されるよ
りも多くてもよいし、少なくてもよい。好ましい実施形
態では、そのようなセルコントローラは8以上存在しな
い。但し、もし、処理能力および処理速度が許すなら
ば、8以上使用してもよい。
【0036】加えて、2つのデータバス方法に対する同
様のアプローチを使用して、2つのデータバスを越える
さらなる制御入れ子のレベルもまた提供される。故に、
例えば、1または2以上の第2層スレーブノード533
は、それ自身の第3次のまたは第3層のデータバスを制
御する第3層マスタノードとして構成されてもよい。図
5は2つの入れ子にされた制御レベルを示しているだけ
であるが、同じ制御概念が、追加的な入れ子制御レベル
を有する制御ネットワークアーキテクチャに適用され
る。
【0037】好ましい実施形態において、メインデータ
バス504および第2データバス513(または、もし
適切ならば、複数のバス)を通した通信は、1つのノー
ド530のみが与えられた時間に特定のデータバスを通
して送信するように、時間多重されている。通常、送信
された各メッセージは、特定の行き先ノード530を目
標とする。上記行き先ノード530は、送信されたメッ
セージ内のアドレスビットによって特定される。しかし
ながら、いくつかの実施形態では、放送メッセージもま
た、多数のノード530に目標が設定されて使用され
る。
【0038】タスク(または、タスクのグループ)に対
する信頼性が、特定のノード530に割り当てられてい
る。例えば、各々の第1層スレーブノード223は、信
頼性に関する異なる階層が割り当てられている。同様
に、各々の第2層スレーブノード533は、信頼性に関
する異なる階層が割り当てられている。
【0039】各々のノード530は、好ましくは、アッ
プリンクトランシーバー507、ダウンリンクトランシ
ーバー508およびスイッチ509を具備する。各々の
ノード530は、そのダウンリンクトランシーバー50
8を通して、信号を受信する。メインデータバス504
を通して、第1層マスタノード503は、マスタ制御信
号を、各々の第1層スレーブノード523に送信する。
時々、プログラムされた制御プロトコルに従って、第1
層スレーブノード523は、マスタ制御信号に応答する
か、または、さもなくば、第1層スレーブノード523
に特定の事象が発生した場合、第1層マスタノード50
3にステータスメッセージを送る。他の場合は、第1層
スレーブノード523は、通常、互いに通信を行わな
い。
【0040】同様の方法で、(第2データバス513の
ような)各第2データバスを通して、第2層マスタノー
ド523(例えば、図5の第1層スレーブ/第2層マス
タノード523c)は、マスタ制御信号を、同じ第2デ
ータバスに接続された各々の第2層スレーブノード53
3に送信する。時々、プログラムされた制御プロトコル
に従って、第2層スレーブノード533は、マスタ制御
信号に応答するか、または、さもなくば、第2層スレー
ブノード533に特定の事象が発生した場合、第2層マ
スタノード523cにステータスメッセージを送る。他
の場合は、第2層スレーブノード523は、通常、互い
に通信を行わない。
【0041】ノード間の通信は、好ましくは、半二重時
分割多重を使用して実行される。典型的な動作時におい
て、マスタノードは、各々のスレーブノードを、周期的
にポーリングする。各々のノードは、好ましくは、唯一
のノード識別番号またはアドレスが与えられる。上記ノ
ード識別番号またはアドレスは、上記各々のノードを制
御ネットワークの他の全てのノードから区別する。マス
タノードが、今度は、目的とされた行き先を識別するノ
ード識別番号またはアドレスを使用して、制御メッセー
ジを各スレーブユニットに送る。各々のスレーブノード
は、制御メッセージを受信する。しかし、もし、上記ス
レーブノードが、制御メッセージ内のそれ自身のノード
識別番号またはアドレスを認識する場合のみ、反応す
る。スレーブノードは、マスタノードから受信された制
御メッセージによって要求された動作を行う。制御メッ
セージを受信した後の設定された時間内に、スレーブノ
ードは、認知メッセージを用いて、マスタノードに応答
する。マスタノードがシステム全体を通して発生した事
象の履歴を保持できるように、各々のスレーブノードは
順番にポーリングされる。
【0042】通信プロトコルは、好ましくは、各々のデ
ータバス上の衝突を避けるように定められている。簡単
かつ効果的な通信プロトコルは、特定のデータバスに対
するマスタノードが制御メッセージを特定のスレーブノ
ードに送るプロトコルである。上記特定のスレーブノー
ドは、認知またはステータスメッセージを用いて、マス
タノードが他のスレーブノードと接触する前の予め定め
られた時間内に応答する。スレーブノードは、一般的
に、マスタノードによって最初にポーリングされずに通
信を開始することはない。マスタノードもまた、スレー
ブノードのうちの1つ以上によって受信されることを意
図した放送制御メッセージを送出する。放送制御メッセ
ージは、単一の特定ノードに対して放送制御メッセージ
に応答するように指示するノード識別番号またはアドレ
スを含む。通常、応答のために選択された単一のノード
は、放送制御メッセージの受信を最も必要とするノード
である。
【0043】(いかなる制御レベルにおいても)現在の
マスタノードの機能停止は、マスタノードによる(デー
タバスを通したスレーブノードに対する)送信の失敗、
または他に、不適切な制御情報の送信、のいずれかに帰
結する。好ましい冗長バックアップ制御プロトコルに従
って、スレーブノードは、周期的に、マスタ制御メッセ
ージを、マスタノードから受信し、適切なマスタ制御メ
ッセージが生成されなかった場合、機能停止モード応答
手続きを開始する。
【0044】機能停止モード状態の検出および該機能停
止モード状態に対する応答は、図6を参照して、非常に
詳細に説明される。図6は、(図5に示された全てのノ
ード530のような)ノードの大抵の主要構成部品を示
す好ましい実施形態のブロック図である。機能停止モー
ドの検出および応答は、スレーブノードとして動作する
ノード530によって実行されるので、以下の議論は、
図6に示されたノード603がスレーブノードとして最
初に構成されている、と仮定する。さらに、説明を簡単
にするために、制御レベルにかかわりなく、構成の簡易
化および柔軟性の目的のために、好ましくは、各々のノ
ード530に対して、同じノード回路構成が使用される
が、図6に示されたノード603は(図5のメインデー
タバス504および第2データバス513に接続された
第1層スレーブ/第2層マスタノード523cのよう
な)メインバスおよび第2バスに接続された第1層スレ
ーブ/第2層マスタノードである、と仮定される。
【0045】図6のノードブロック図において、第1バ
ス(例えば、メインバス)604に接続されたノード6
03が示されている。ノード603は、アップリンクト
ランシーバー611、ダウンリンクトランシーバー62
1、アップリンクトランシーバー611に接続されたC
PU612、および、ダウンリンクトランシーバー62
1に接続された他のCPU622を具備する。両方のC
PU612,622は、好ましくは、デュアルポートR
AM618に接続されており、CPU612はプログラ
ムを格納したROM614に、また、CPU622はR
OM624に、それぞれ個別に接続されている。第2C
PU622は、適切なインターフェースを通して、I/
Oポート654に接続されている。I/Oポート654
は、センサー入力、制御信号出力、ステータスLED接
続ポート、LCDディスプレイ接続ポート、キーパッド
接続ポート、または、他のタイプの外部接続ポートを具
備する。図6のノード603は、図3に示されたノード
301の全ての構成部品および機能を有することができ
るが、しかしながら、図6では、本発明の動作を説明す
るために必要とされるある基本的な構成部品だけが描か
れている。
【0046】各ノード603は、好ましくは、メッセー
ジ(例えば、制御指示)を送信することおよび受信する
ことの両方が可能である。典型的には、ダウンリンクト
ランシーバー621は「スレーブ」モードで動作する。
それによって、ノード603は、制御指示をダウンリン
クトランシーバー621を使用して受信し、上記制御指
示に応答する。また、アップリンクトランシーバー61
1は「マスタ」モードで動作する。それによって、ノー
ド603は、制御指示(例えば、スレーブノードのポー
リング)を出力し、そのような制御指示を送信した後、
他のノードからの応答を待つ。
【0047】ノード603のダウンリンクトランシーバ
ー621は、第2データバス652に接続されている。
(ノード603が第1層スレーブ/第2層マスタノード
であると仮定した場合、)複数の第2層スレーブノード
651もまた、第2データバス652に接続されてい
る。それによって、ノード603は、メインデータバス
604に関する第1層スレーブノードとして機能し、そ
のアップリンクトランシーバー611を用いて、第1層
マスタ制御信号を、メインバス604を通して、(図5
に示されたマスタノード503のような)第1層マスタ
ノードから受信する。また、ノード603は、第2デー
タバス652に関する第2層マスタノードとして機能
し、第2層マスタ制御信号を、そのダウンリンクトラン
シーバー634を用いて、第2層スレーブノード651
へ送信する。
【0048】ノード603は、また、ダウンリンクトラ
ンシーバー621とメインデータバス604の信号線6
43a,643bとの間に接続された一対のスイッチ6
35a,635bを具備する。通常動作時において、も
し、ノード503がまた、図5に示されたマスタノード
503のような第1層マスタノードでないならば、スイ
ッチ635a,635bは、開状態のままである(な
お、ノード503が第1層マスタノードである場合に
は、スイッチ635a,635bは閉じられる)。それ
によって、ダウンリンクトランシーバー621は、メイ
ンデータバス604から切り離される。しかしながら、
第1層マスタノード機能停止状態が検出されると、スイ
ッチ635a,635bは閉状態であり、ダウンリンク
トランシーバー621が第1層マスタノードに対して引
き継ぐことを許可する。故に、ダウンリンクトランシー
バー621は、同時に、メインデータバス604と第2
データバス652との両方に関するマスタノードとして
機能する。
【0049】好ましい実施形態において、ハードウェア
タイマ613のようなタイマ手段を使用して、メインデ
ータバス604上のマスタノード機能停止状態の検出が
成し遂げられる。上記ハードウェアタイマ613は、ア
ップリンクトランシーバー611に接続されたCPU6
12によって、(直接的にまたは間接的に)アクセス可
能である。(ノード603が第1層スレーブ/第2層マ
スタノードであると仮定される)好ましい制御プロトコ
ルに従って、ノード603のアップリンクトランシーバ
ー611は、第1層マスタ制御信号を、周期的に、(図
5のマスタノード503のような)第1層マスタノード
から受信する。マスタ制御信号は、例えば、ノード60
3からのステータス情報を要求するか、または、ノード
603に対して、ある制御機能または入力/出力機能を
実行するように指示してもよい。ノード603は、通
常、要求された機能の実行、および/または、(アップ
リンクトランシーバー611を使用した)認知またはス
テータス信号の第1層マスタ制御ノードへの送信、によ
って応答する。
【0050】タイマ613は、第1層マスタ制御ノード
から受信されたマスタ制御信号の間の待機期間を計時す
る。好ましい実施形態において、(マスタ制御信号が特
定のノード603へ送信されようとされまいと、)アッ
プリンクトランシーバー611が、第1層マスタノード
から、特定のプログラムされた制御プロトコル内におい
て適切なマスタ制御信号と認識されたマスタ制御信号を
受信する度に、アップリンクトランシーバー611に接
続されたCPU612は、タイマ613をリセットす
る。もし、タイマ613が計時し終わったときはいつで
も、CPU612は、機能停止モード応答手続きを行使
することによって応答する。タイマ613の計時終了
は、マスタ制御信号の受信に対する機能停止をCPU6
12に知らせるために、CPU612に対して割り込み
を生じるか、または、CPU612は周期的にタイマ6
13を監視し、タイマ613が計時終了したことをCP
U612が知ると、CPU612は機能停止モード応答
手続きを行使する。
【0051】機能停止モード状態が検出されると、CP
U612は、デュアルポートRAM618内の予め決め
られたフラグ位置に、機能停止モードステータスビット
をセットする。他のCPU622は、周期的に、デュア
ルポートRAM618内の機能停止モードステータスビ
ットを監視し、それによって、機能停止が起こった場合
に知らされる。この他にも、デュアルポートRAM61
8を通して通信するCPU612,622の代わりに、
マスタ制御信号を受信する機能の停止が起こった場合
(即ち、タイマ613が計時し終わった場合)、タイマ
613が直接CPU622に知らせてもよい。
【0052】機能停止モード状態が存在すること、およ
び、第1層マスタノードがおそらく機能停止したという
ことを、CPU622が知らされるか、または、さもな
くば、判断した場合、CPU622は、スイッチ635
a,635bを閉じる信号を、制御線633を通して送
る。それによって、ダウンリンクトランシーバー621
をメインバス604に接続する。その時点以降、CPU
622は、メインバス604に関する第1層マスタノー
ドとして動作する。ノード603は、メインデータバス
604を通して、アップリンクトランシーバー611を
使用して、情報を受信し続けることができる。この他に
も、ノード603は、その後、ダウンリンクトランシー
バー621を使用して、メインバス604と第2バス6
52との両方を通した全ての送信および受信を実行して
もよい。機能停止モードに入ると、CPU622は、C
PU622が第1層マスタノードから指示を前もって受
信したI/Oポート機能を直接実行するように、プログ
ラムされる。または、ノード603は、マスタ制御信号
を、それ自身のアップリンクトランシーバー611に送
り、それによって、ノード603が先に行っていたよう
なI/Oポート機能を実行し続ける。言い換えると、ノ
ード603がその前もって割り当てられた機能を実行し
続けることができるように、ノード603は、メインデ
ータバス604を通して、該ノード603自身に制御指
示を与える。もし、第1層マスタノードを引き継いだ
後、そのノードのダウンリンクトランシーバー611が
機能停止したならば、そのアップリンクトランシーバー
611は通常の方法で機能し続けるので、次のスレーブ
ノードが(後述するような)新たな第1層マスタノード
として制御を引き継ぐ場合、ノード603はその制御機
能を依然実行し続けることができる。
【0053】上述した技術に従って、期待される第1層
マスタ制御信号の受信機能の停止によって示される第1
層マスタノードの機能停止が検出されると、ノード60
3は、該ノード603自身を、第1層マスタノードの代
用とする。もし、ノード603が機能停止すると、第1
層マスタノードに対する制御を引き継ぐ前または後のい
ずれかにおいて、次の第1層スレーブノードは、上記方
法と同様の方法で、第1層マスタノードを引き継ぎ、か
つ、第1層マスタノードとなる。
【0054】図5を再び参照すると、第1層スレーブノ
ード523が第1層マスタノード503を引き継ぐ順番
は、特定の第1層スレーブノード523のタイマ613
によって計時された待機期間によって指示されている。
各第1層スレーブノード523に対するタイマ613
(図6参照)は、異なる計時終了値を使用して、プログ
ラムされ、または、リセットされる。内部タイマ613
が、特定のノード523に対してプログラムされた特定
の計時終了値に達すると、第1層スレーブノード523
は、機能停止モード状態となったことを明確にするだけ
である。
【0055】各第1層スレーブノード523内の内部タ
イマ613に対してプログラムされた待機期間が制御用
途に依存して変化する一方、待機期間は、一例として、
10ミリ秒の増分でプログラムされている。故に、例え
ば、第1層スレーブノード523aは、10ミリ秒の待
機期間でプログラムされており、次の第1層スレーブノ
ード523bは、20ミリ秒の待機期間でプログラムさ
れており、次の第1層スレーブノード523cは、30
ミリ秒の待機期間でプログラムされており、そして、最
後の第1層スレーブノード523dは、40ミリ秒の待
機期間でプログラムされており、……等である。もし、
適切な第1層マスタ制御信号をなにも受信することなく
10ミリ秒が経過したならば、第1層スレーブノード5
23aは、第1層マスタノードとして引き継ぐ。もし、
適切な第1層マスタ制御信号をなにも受信することなく
20ミリ秒が経過したならば、次の第1層スレーブノー
ド523bは、第1層マスタノードとして引き継ぐ。も
し、適切な第1層マスタ制御信号をなにも受信すること
なく30ミリ秒が経過したならば、次の第1層スレーブ
ノード523cは、第1層マスタノードとして引き継
ぐ。
【0056】上記例において、待機期間として10ミリ
秒という増分の使用は、単に一例として考えられたもの
である。また、実際の待機期間は、制御メッセージの時
間的なきわどさに依存して選択される。また、マスタノ
ードが機能停止したということの確実性が十分に高い度
合いで得られる前に見逃されてしまうメッセージ数が確
定される。例えば、もし、スレーブノードが、5ミリ秒
毎よりも遅くない時間でデータバス上に制御メッセージ
信号を観測することを予期するならば、スレーブノード
は、予め定義された数のメッセージ(例えば、20個の
メッセージ)が存在しないことに対応する待機期間(即
ち100ミリ秒)後に、機能停止モード状態となったこ
とを明確にするように、プログラムされ得る。もし、マ
スタノード制御を要求するシステムのきわどい局面が、
より短い時間で処理されることを必要とするならば、シ
ステムの時間に敏感な構成部品を適応させるために、待
機期間は減少されなくてはならない。
【0057】スレーブノードがマスタノードのために引
き継ぐ順番は、マスタノードに関するスレーブノードの
制御ループ内の相対的位置によって指示される必要がな
い。しかし、むしろ、上記順番は、各スレーブノードに
おいてプログラムされた待機期間に基づいて指示され
る。それによって、機能停止が起こった場合にスレーブ
ノードがマスタノードのために引き継ぐ優先順位で、柔
軟性が供給される。
【0058】従って、ここに述べた本発明の技術の使用
によって、第1層マスタノード503に対する冗長バッ
クアップが提供される。そのような冗長バックアップ制
御は、制御システム内に追加の物理的ノードが配置され
ることを必要とすることなく、かつ、バス504,51
3に対してそのような追加の物理的ノードのための配線
を行うことなく、提供される。さもなければ、各々の第
1層スレーブノード523が同一計時終了周期でプログ
ラムされる場合に生ずることになる競合問題を解決する
限り、マスタノード504に対する冗長バックアップも
また達成される。
【0059】好ましい実施形態において、冗長バックア
ップ制御は、同様の方法で、第2データバス513、お
よび、システム内に設けられた追加の各データバスに提
供される。故に、各々の第2層スレーブノード533
は、好ましくは、図6のノード603として示された回
路で構成される。また、故に、もし、第1層スレーブ/
第2層マスタノード523cが機能停止すると、各々の
第2層スレーブノード533は、それ自身を、第1層ス
レーブ/第2層マスタノード523cの代用とすること
ができる。
【0060】もし、より上位層のバス上のマスタノード
の機能停止の結果として、特定のノードが2つのバスに
対するマスタノードとして動作しており、かつ、そのノ
ードの動作が同様に機能停止したならば、2つの異なる
ノードが機能を停止したノードに対して引き継ぎ、1つ
のノードが各バス上で引き継ぐことは、可能である。例
えば、マスタノード503の機能停止によって、第1層
スレーブ/第2層マスタノード523cが、既に、第1
層マスタノードとして引き継いでいるならば、さらに、
第1層スレーブ/第2層マスタノード523cもまた機
能停止したならば、次の第1層スレーブノード523d
は、メインデータバス504に関する第1層マスタノー
ドとして引き継ぐが、1番目の第2層スレーブノード5
33aは、第2データバス513に関する第2層マスタ
ノードとして引き継ぐ。
【0061】上記方法では、1または2以上のノードの
機能停止にもかかわらず、全体として制御システムの十
分な機能が維持される。連続された動作可能性を高い度
合いで維持するために、機能停止したノードは、基本的
に、できる限り破棄されるか、または、無視される。さ
らに、マスタノードの機能停止にもかかわらず、システ
ムのある部分が動作し続けているので、機能停止によっ
て切り離された(システムの)動作していない部分を識
別することが可能であることによって、エンジニアまた
は管理者による機能停止ノードの識別が簡単化される。
【0062】ある特徴において、もし、機能停止が(ノ
ード603の)両方のトランシーバーを混乱させないな
らば、各ノード603における(それぞれが異なるトラ
ンシーバーで動作する)2つの異なるCPU間のマスタ
機能およびスレーブ機能の責任の分離は、CPUの一方
が機能停止したとしても、ノード603がマスタノード
またはスレーブノードのいずれかとして潜在的に動作し
続けることを許可する。
【0063】本発明は、他の特徴において、自動的に、
バスのうちの1つで発生した障害(例えば、断線または
短絡回路)の位置を突き止め、かつ、該障害を切り離
し、かつ、障害が切り離された状態を保ちながら動作を
継続するメカニズムおよび方法を提供する。自動的に障
害の位置を突き止め、かつ、該障害を切り離すメカニズ
ムおよび方法は、ネットワークの冗長バックアップマス
タ制御について先に説明された技術から切り離して、ま
たは、該技術と一緒に使用され得る。
【0064】ここで、図7を参照すると、制御ネットワ
ーク701のバス704上で発生した障害の位置を突き
止め、かつ、該障害を切り離すための回路を具備する制
御ネットワーク701の一部が示されている。図7に
は、たった1つのバス704が示されている。しかしな
がら、バスがいかなるレベルまたはサブレベルに配置さ
れているとしても、図7に示される制御ネットワーク7
01の一部に対して説明されるのと同じ原則が、制御ネ
ットワークの他のバスに対しても適用可能である。
【0065】図7の制御ネットワーク701は、マスタ
ノード703と、複数のスレーブノード705(この例
では、6個のスレーブノード705)とを具備する。マ
スタノード703および各々のスレーブノード705
は、好ましくは、図6に示される好ましいノードの実例
に従って、構成されている。図7に示されるマスタノー
ド703およびスレーブノード705は、それぞれ、好
ましくは、シャント回路721を備えて構成されてい
る。シャント回路721は、図6において、シャント回
路642として、さらに詳しく示されている。シャント
回路642は、一対の抵抗643a,643bを具備す
る。各々の抵抗643a,643bは、それぞれ、一対
のスイッチ644a,644bと並列に回路接続された
状態に配列されている。(それぞれが、例えば、リレー
またはFETトランジスタ、または、他の全ての適した
スイッチング手段を含む)スイッチ644a,644b
は、ノード603の制御下において動作する。好ましい
実施形態において、スイッチ644a,644bは、ア
ップリンクトランシーバー611と接続されたCPU6
12の制御下において動作する。
【0066】一対のバス信号線641a,641bが、
シャント回路642の一端に入り、他端から出るよう
に、シャント回路642は、バス604の経路内に配置
される。バス604上における短絡回路の場合にアップ
リンクトランシーバー611を保護するために、信号線
641a,641bは、それぞれ、(図7において抵抗
714として示される)抵抗を通して、アップリンクト
ランシーバー611に接続されている。通常動作時にお
いて、スイッチ644a,644bは、閉状態のままで
ある。故に、信号は信号線641a,641bを通して
自由に伝搬し、かつ、抵抗643a,643bは迂回さ
れる。しかしながら、ある障害状態下において、スイッ
チ644a,644bは、ここでさらに説明されるよう
に、開かれてもよい。
【0067】図8は、通常動作状態における制御ネット
ワーク701を示す。マスタノード703および全ての
スレーブノード705に対して、全てのスイッチ712
は閉状態である。図7および図8では、たった1本の信
号線がバス704に対して引かれているが、バスが多数
のワイヤを具備する(例えば、バス704は、一対の電
力ワイヤはもちろんのこと信号線641a,641bの
ようなツイストペア線を含んでもよい)ことは理解され
る。同様に、図7では、たった1個のスイッチ712
が、各シャント回路721に対して示されている。しか
し、スイッチ712は、図6に示されている両方のスイ
ッチ644a,644bを表している。
【0068】図9〜図15は、障害状態が起こった状況
における制御ネットワーク701の動作を示す。制御ネ
ットワーク701の動作は、図16および図17を参照
して、説明される。図16および図17は、それぞれ、
マスタノード703およびスレーブノード705に対す
る処理流れ図である。
【0069】図9に示される短絡回路722のような障
害が発生すると、その効果は、典型的には、バス704
を通した通信が妨げられ、かつ、必然的に制御ネットワ
ーク701の動作は停止されることである。マスタノー
ド703および各スレーブノード705は、好ましく
は、障害の発生を検出する手段を備えている。いくつか
の実施形態において、大域障害検出回路が、各々のマス
タノード703およびスレーブノード705に接続され
て、設けられている一方、各々のマスタノード703お
よびスレーブノード705が、それ自身の局所障害検出
手段を有することが望ましい。
【0070】好ましい実施形態において、各々のマスタ
ノード703およびスレーブノード705は、マスタノ
ード703およびスレーブノード705が接続されてい
るバスを通した通信を監視する。各スレーブノード70
5は、スレーブノード705を明確には対象としていな
い通信さえも監視する。スレーブノード705は、好ま
しくは、(図6に示されるタイマ613のような)タイ
マを保有する。このタイマは、冗長バックアップ制御に
対して先に説明されたのと同様の方法で、通信が検出さ
れると周期的にリセットされる。タイマが計時し終わる
と(これは、予め決められた時間、バス704上で通信
が検出されないことを示す)、障害検出状態が存在する
と判断され、かつ、それに従って、各々のマスタノード
703およびスレーブノード705は応答する。
【0071】各々のマスタノード703およびスレーブ
ノード705について、応答の第1ステップは、個々の
スイッチ712を開くことである。これは、バス704
が分断され、ノード中の全ての通信を妨げる。このステ
ップは、マスタノード703とスレーブノード705と
の両方に対して同じものである。それによって、各々の
マスタノード703およびスレーブノード705は、シ
ャント抵抗711を除いて、互いに切り離される。シャ
ント抵抗711は、スイッチ712が開かれている場合
でも、各対の隣接するノード間に残っている。
【0072】そして、マスタノード703およびスレー
ブノード705について、処理は異なる。一般的に、ス
レーブノード705は、マスタノード703からの指示
を待つ。各スレーブノード705は、スレーブノード7
05が応答に失敗するまで、順番にアクセスされる。故
に、障害の位置が突き止められる。各スレーブノード7
05は、障害の位置が突き止められるまで、マスタノー
ド703の制御下において、順番に、そのスイッチを開
く。
【0073】マスタノード703によって試みられるス
テップは、図16の処理流れ図に図解されている。図1
6に示される第1ステップ902では、先に説明された
ように、マスタノード705の監視タイマが計時し終わ
ると、障害検出状態が確定される。監視タイマが計時し
終わらない限り、処理はステップ902にとどまり、こ
の状態が、通常動作状態であると考えられる。監視タイ
マが計時し終わると、処理はステップ903へ分岐す
る。ステップ903において、マスタノード703は、
図9に示されるように、そのスイッチ712を開く。
【0074】次のステップ904では、予め決められた
待機期間T_WAIT1の後に、マスタノード703は、FAULT
_TESTコマンドメッセージを、最も近いスレーブノード
705へ送る。待機期間T_WAIT1は、障害を検出し、か
つ、そのスイッチ712を開く機会を、全てのスレーブ
ノード705が有することが確実となるのに十分長いよ
うに選択される。好ましくは、マスタノード703は、
識別子(即ち、ノード識別番号)だけでなく、マスタノ
ード703に関する各スレーブノード705の物理的な
近さでもプログラムされている。故に、マスタノード7
03は、各方向(即ち、ループ中の、「正方向」と「逆
方向」との両方、または、「時計回り」と「反時計回
り」との両方)において、特定のスレーブノード705
の順序に関する情報を有する。図9〜図15の例におい
て、「時計回り」(または「正方向」)における第1ス
レーブノード705はスレーブノード705fであり、
その方向における次のスレーブノード705はスレーブ
ノード705eであり、……ループの終わりに至る、と
いう情報で、マスタノード703はプログラムされてい
る。同様に、「反時計回り」(または「逆方向」)にお
ける第1スレーブノード705はスレーブノード705
aであり、その方向における次のスレーブノード705
はスレーブノード705bであり、……ループの終わり
に至る、という情報で、マスタノード703はプログラ
ムされている。
【0075】故に、図10の例では、マスタノード70
3は、スレーブノード705fに向けられたFAULT_TEST
コマンドメッセージを送る(この他に、マスタノード7
03は、他の方向で開始し、かつ、メッセージを最初に
スレーブノード705aへ送ることができる)。もし、
障害が、マスタノード703と第1スレーブノード70
5fとの間の(バス704の)部分で発生したならば、
第1スレーブノード705fは、メッセージを受信しな
い。故に、マスタノード703は、第1スレーブノード
705fからの応答を受信せず、かつ、他のスレーブノ
ード705へ連絡しようとする。もし、全てのスレーブ
ノード705から応答が受信されないならば、マスタノ
ード703に直接接続された(バス704の)部分で障
害が発生したと仮定される。そして、マスタノード70
3は、必然的に、スレーブノード705との通信から閉
め出される。この状況において、スレーブノードのうち
の1つが、ここより先に説明されたのと同様の技術を用
いて、マスタノード703に対して引き継ぐ。この特定
の状況は、これより後にさらに詳細に説明される。
【0076】しかしながら、もし、第1スレーブノード
705fがFAULT_TESTメッセージを受信したならば、第
1スレーブノード705fは、適した応答をマスタノー
ド703へ送る。スレーブノード705fの応答は、図
17を参照して説明される。図17は、各々のスレーブ
ノード705に対する処理フローを図解する。図17に
示される第1ステップ952では、先に説明されたよう
に、スレーブノード705fの監視タイマが計時し終わ
ると、障害検出状態が確定される。監視タイマが計時し
終わらない限り、処理はステップ952にとどまり、こ
の状態が、通常動作状態であると考えられる。監視タイ
マが計時し終わると、処理はステップ953へ分岐す
る。ステップ953において、スレーブノード705f
は、図9に示されるように、そのスイッチ712fを開
く。そして、スレーブノード705fは、スレーブノー
ド705fがそのスイッチ712fを閉じるための、ま
たは、さもなければ動作するための(マスタノード70
3からの)コマンドを待ちながら、ステップ954で循
環する。
【0077】図16の処理フローのステップ905にお
いて、マスタノード703がFAULT_TESTコマンドメッセ
ージを送ると、図17に示されるスレーブノード処理フ
ローは、ステップ955に分岐する。ステップ955で
は、スレーブノード705fは、承認メッセージをマス
タノード703へ送る。承認メッセージを送った後、ス
レーブノード705fは、そのスイッチ712fをまだ
閉じない。しかし、その代わりに、後の時点でスレーブ
ノード705fに対してスイッチ712fを閉じるよう
に指示する(マスタノード703からの)コマンドを待
つ。
【0078】もし、スレーブノード705fによってFA
ULT_TESTコマンドメッセージが受信されたならば、マス
タノード703は、予め決められた時間T_WAIT2内にお
いて、承認メッセージを受信する。故に、図16の処理
は、次のステップ906へ分岐する。その時点におい
て、それ自身のスイッチ712m(例えば、リレー)を
未だ閉じることなく、CLOSE_RELAYコマンドメッセージ
を第1スレーブノード705fへ送る。CLOSE_RELAYコ
マンドメッセージを送ることの目的は、マスタノード7
03が、バス704の正方向に、次のスレーブノード7
05eと通信することを可能にすることである。マスタ
ノード703は、結局、障害の位置が識別されるまで、
各スレーブノード705と順次通信する。このプロトコ
ルを達成するために、抵抗711の適した値が選択され
なくてはならない。好ましくは、直接隣接するスレーブ
ノード705に連絡するために、バス704上のメッセ
ージが、抵抗711のうちの多くてもたった1つを通し
て伝搬できるように、抵抗711のインピーダンスは選
択される。この方法でインピーダンスを選択することに
よって、バス704上の短絡回路は、バス704の限定
された部分においてのみ通信を妨げる。しかし、バス7
04上の短絡回路は、バス704の全ての部分で通信を
全体的に分断するわけではない。
【0079】この例では、第1スレーブノード705f
が、上首尾に、FAULT_TESTコマンドメッセージを受信し
たので、第1スレーブノード705fはまた、上首尾
に、CLOSE_RELAYコマンドを受信すると仮定される。こ
の時点において、さもなければ、マスタノード703が
第1スレーブノード705fと通信することができない
ので、障害は、マスタノード703と次のスレーブノー
ド705eの開いたスイッチ712eとの間の(バス7
04の)部分には存在しないことが判る。CLOSE_RELAY
コマンドメッセージの受信に応じて、図17に示すよう
に、第1スレーブノード712fは、ステップ958に
おいて、そのリレーを閉じ、かつ、その通常動作モード
へ戻る。もし、第1スレーブノード705fが、CLOSE_
RELAYコマンドメッセージを、すぐには受信しないなら
ば、第1スレーブノード705fは、その通常動作モー
ドへ戻ることもできるが、もし、状況がそのように許す
ならば、将来のある時点において、CLOSE_RELAYコマン
ドメッセージを受信してもよい。
【0080】図16のフロー制御図における次のステッ
プ907では、第1スレーブノード705fに対してそ
のスイッチ712fを閉じることを許可するのに十分な
遅延の後、マスタノード703は、ループ内の次のスレ
ーブノード705eを対象とするFAULT_TESTコマンドメ
ッセージを送る。FAULT_TESTコマンドメッセージは、図
11に示されるように、第1スレーブノード705fの
閉じられたスイッチ712fを越えて進む。しかしなが
ら、障害が、第2スレーブノード705eと第3スレー
ブノード705dとの間に位置した(バス704の)部
分で発生したので、FAULT_TESTコマンドメッセージは、
第2スレーブノード705eに到達しない。故に、マス
タノード703は、第2スレーブノード705eから応
答をなにも受信しない。また、マスタノード703が
(ステップ908に示される)予め定義された時間T_WA
IT2内に応答の受信を失敗した結果として、図16の処
理は、次のステップ912に分岐する。この時点におい
て、第2スレーブノード705eからの応答の受信を失
敗すると、マスタノード703は、第2スレーブノード
705eの抵抗711eを越えたある地点に障害が存在
する、と判断する。そして、障害切り離し処理が、以下
の記載のように継続される。
【0081】一方、もし、第2スレーブノード705e
と第3スレーブノード705dとの間に位置する(バス
704の)部分において障害が発生しなかったならば、
第2スレーブノード705eは、図17の処理流れ図に
従って、FAULT_TESTコマンドメッセージを受信し、か
つ、第1スレーブノード705fと同様の方法で、FAUL
T_TESTコマンドメッセージに応答する。第1スレーブノ
ード705fの場合と同様に、第2スレーブノード70
5eは、承認メッセージをマスタノード703へ送り、
かつ、その後、そのスイッチ705eを開くように、マ
スタノード703によって指示される。この処理は、潜
在的な障害位置が識別され(即ち、スレーブノード70
5が応答に失敗し)、処理がステップ912へ移動され
るまで、ループ内の各スレーブノード705で連続して
繰り返される。
【0082】マスタノード703が図16の処理フロー
のステップ912に達すると、マスタノード703は、
最後のスレーブノード705に連絡する。この最後のス
レーブノード705は、ループの2つの方向のうちの1
つの方向で、応答することができる。そして、マスタノ
ード703は、ループの反対方向に、処理を繰り返す。
従って、ステップ912では、図12に図解されるよう
に、マスタノード703は、ループの他の方向(即ち、
「反時計回り」または「逆方向」)に、FAULT_TESTコマ
ンドメッセージを第1ノード705aへ送る。FAULT_TE
STコマンドメッセージは、スレーブノード705aへ到
達するために、抵抗711mおよび714aを通して伝
搬する。スレーブノード705aは、スレーブノード7
05fと同様の方法で応答し、そして、FAULT_TESTコマ
ンドメッセージを首尾良く受信すると、マスタノード7
03へ承認メッセージを返信する。
【0083】図16のステップ921で判断されている
ように、もし、マスタノード703が、予め定義された
待機期間T_WAIT2以内に、承認メッセージを受信したな
らば、マスタノード703は、次のステップ922にお
いて、マスタスイッチ712m(例えば、リレー)を閉
じることによって応答する。この時点において、マスタ
ノード703は、マスタノード703とスレーブノード
705aの開いたスイッチ712aとの間の(バス70
4の)部分に障害状態が存在しない、と判断する。も
し、マスタノードが、ステップ921において、承認メ
ッセージを受信しないならば、処理は、ステップ930
へ移動し、その後、マスタノード703は、障害状態が
マスタノード704とスレーブノード705aとの間の
(バス704の)部分において発生したという、仮定の
下において、スイッチ712mが開状態のままで動作す
る。
【0084】承認メッセージをスレーブノード705a
から受信し、かつ、スレーブノード705aに対して、
そのスイッチ712aを開くよう指示すると、マスタノ
ード703は、ループの「反時計回り」方向に、次のス
レーブノード705bを対象とするFAULT_TESTコマンド
メッセージを送る。図13に示されるように、FAULT_TE
STコマンドメッセージは、(スイッチ712aが開いた
ままなので、)抵抗711aおよび714bを通して伝
搬し、かつ、次のスレーブノード705bに到達する。
図17の処理フローに従って、スレーブノード705b
は、承認メッセージを用いて、マスタノード703に応
答する。もし、ステップ925で判断されているよう
に、マスタノード703が予め定義された待機期間T_WA
IT2以内に、承認メッセージを受信したならば、マスタ
ノード703は、2つのスレーブノード705aと70
5bとの間の(バス704の)部分には障害が存在しな
い、と判断し、先のスレーブノード705aに対して、
そのスイッチ712aを閉じるように指示する。
【0085】マスタノード703が承認メッセージの受
信に失敗するまで、同じ処理が、各々の続くスレーブノ
ード705に対して繰り返される。図14は、いくつか
のさらなるサイクル後の状況を図解する。この時点にお
いて、スレーブノード705a,705b,705cの
スイッチ712a,712b,712cは、個々に、全
て閉じられている。スレーブノード705dがそのスイ
ッチ712dを閉じる前に、マスタノード703は、バ
ス704を通して、各々のスレーブノード705a,7
05b,705cと通信することができる。短絡回路7
22は、抵抗711dと開かれたスイッチ712dとの
組み合わされた効果によって、切り離される。しかしな
がら、もし、スレーブノード705dがそのスイッチ7
12dを閉じようとすると、短絡回路722は、バス7
04を接地して、マスタノード703がバス全体704
を通して通信することを妨げる。
【0086】マスタノード703がFAULT_TESTメッセー
ジをスレーブノード705dへ送り、かつ、新たにスレ
ーブノード705dから承認メッセージを受信したと仮
定して、マスタノード703は、前のスレーブノード7
05cへ、CLOSE_RELAYメッセージを送る。次のステッ
プ923では、スレーブノード705cに対してそのス
イッチ712cを閉じることを可能とする短い遅延期間
の後、マスタノード703は、未だ承認メッセージを返
信していない(ループ内における)次のスレーブノード
705eを対象としたFAULT_TESTコマンドメッセージを
送る。しかしながら、FAULT_TESTコマンドメッセージ
は、短絡回路722によってスレーブノード705eへ
到達しない。その結果、図16の処理フローに図解され
るように、マスタノード703の動作は、予め決められ
た時間T_WAIT2を計時し終わった後、ステップ925か
らステップ930へ分岐する。
【0087】この時点で、マスタノード703は、障害
状態がスレーブノード705dを越えたバス704にわ
たって存在する、と判断する。この認識と、時計回り方
向におけるスレーブノード705を通したサイクルから
得られた情報とを結び付けることによって、マスタノー
ド703は、障害状態722がスレーブノード705d
と705eとの間に位置する(バス704の)部分に存
在する、と判断できる。マスタノード703は、スレー
ブノード705dに対してそのスイッチを閉じるように
は指示しない。それによって、短絡回路722は、バス
704の残りの部分から切り離されたままになる。この
時点において、障害切り離し処理は完了と考えられ、か
つ、通常動作は再開できる。
【0088】図15は、障害の位置を突き止めて切り離
す処理が完了した後の状況を示している。スレーブノー
ド705d,705eのスイッチ712d,712e
が、個々に、開かれたままであると共に、マスタノード
703のスイッチ712m、および、スレーブノード7
05a,705b,705c,705fのスイッチ71
2a,712b,712c,712fは、それぞれ、個
々に、閉状態である。それによって、短絡回路722
は、スレーブノード705d,705eの開かれたスイ
ッチの間において、切り離される。システムは動作を継
続する。しかし、短絡回路722の影響によって、短絡
回路が修理されるまで、スレーブノード705eはアク
セス不可能のままである。しかしながら、実質的なシス
テムの機能は維持されている。
【0089】処理が適切に働くために、各々のスレーブ
ノード705のシャント抵抗711に対する適した値が
選択されなくてはならない。もし、シャント抵抗711
に対する抵抗が大きすぎるならば、信号はスレーブノー
ド705に到達できない。もし、抵抗が小さすぎるなら
ば、非常に大きな電流が短絡回路722へ発せられ、対
象となるスレーブノード705へ通信信号が到達するこ
とを再び妨げる。短絡回路保護抵抗714の値がシャン
ト抵抗711の値よりも非常に小さい、と仮定すると、
シャント抵抗711に対する値は、好ましくは、もし、
シャント抵抗が直列に配置されているならば、マスタノ
ード703からの信号がシャント抵抗711のうちのた
った1つだけを通して伝搬するように、選択される。
【0090】様々なスレーブノード705とマスタノー
ド703とを接続するバスケーブル線の抵抗に従ってシ
ャント抵抗711の値が調整されるように、システムは
最適化される。そのような調整をより簡単に行うため
に、シャント抵抗711は、ディップスイッチを介して
調整可能に作られているか、または、電位差計として具
体化される。この他にも、シャント抵抗711は、プロ
グラム可能であり、かつ、プログラム可能な梯子型の抵
抗アレイの形態をとってもよい。シャント抵抗711
は、適切なインピーダンス効果を提供するいかなる材料
または構成要素(または、構成要素の組)を含んでもよ
い。
【0091】短絡回路が、マスタノード703で、また
は、マスタノード703をシステムの残りの部分に結合
する(バス704の)部分で発生することは有り得る。
例えば、短絡回路は、マスタノード703と最後のスレ
ーブノード705fとの間の(バス704の)部分で発
生する。もし、短絡回路がそのような場所で発生したな
らば、マスタノード703がそのスイッチ712mを開
くか否かにかかわらず、短絡回路は、マスタノード70
3がスレーブノード705と通信するのを妨げる。も
し、この状況が発生したならば、マスタノード703が
スレーブノード705と接触することを、スレーブノー
ド705は待っているので、障害検出後、メッセージは
バス上で通信されない。システムの停止を防ぐために、
マスタ障害待機期間が定められる。従って、先に説明さ
れた冗長バックアップマスタ制御計画に従って、スレー
ブノード705のうちの1つがバックアップマスタとし
て引き継ぐ。マスタ障害待機期間は、好ましくは、障害
の後、マスタノード703が全てのスレーブノード70
5に接触するのにかかる最も長い時間よりも長い。引き
継ぎの際、バックアップマスタノードは、図16に示さ
れる同じ処理(障害の位置を突き止め、かつ、該障害を
切り離す処理)に従う。
【0092】故に、障害の位置を突き止め、かつ、該障
害を切り離す処理は、ここで先に説明されたように、冗
長バックアップ制御を提供するメカニズムと組み合わせ
て行われる。障害の位置を判断した後、マスタノード7
03は、この情報を格納する。この情報は、バス704
の不良部分を至急診断し、かつ、修理するエンジニアま
たは管理者を補助する目的のために、該エンジニアまた
は管理者によって読み出される。故に、障害の位置を検
出する際に、十分な時間の節減が達成される。障害の位
置を突き止め、かつ、該障害を切り離すための厳密なプ
ロトコルには、多くのバリエーションが存在する。その
ようなバリエーションは、ここにある明細書および図面
を熟読した後の当業者にとっては明白である。
【0093】ある特徴において、本発明は、障害の位置
を突き止め、かつ、復旧する方法を提供する。この方法
のステップは、以下のステップを具備する。(a)障害
状態を検出する。(b)各ノードとその隣接するノード
との間のインピーダンスを除いて、各ノードをその隣接
するノードから切り離す。(c)マスタノードから該マ
スタノードに関して最も近い切り離されたスレーブノー
ドへ、障害判断メッセージを送信する。(d)もし、障
害判断メッセージの受信を障害状態が妨げないならば、
最も近い切り離されたスレーブノードにおいて、障害判
断メッセージを受信する。(e)スレーブノードからマ
スタノードへ、承認メッセージを送る。(f)最も近い
切り離されたスレーブノードからの承認メッセージの受
信に応じて、この最も近い切り離されたスレーブノード
を再接続する。(g)最も近い切り離されたスレーブノ
ードが、障害状態によって、障害判断制御メッセージの
受信を失敗するまで、ステップ(c)から(f)を繰り
返す。この方法は、ループの他の方向においても、繰り
返される。
【0094】本発明の他の特徴において、(受信された
第1承認メッセージに対して、マスタノードがそれ自身
のスイッチを閉じる、ということを除いて、)バスのあ
る方向におけるスレーブノードの再接続は、承認メッセ
ージを受信している各スレーブノードに対して、データ
バスの2つの部分を一緒に接続している制御可能なスイ
ッチを閉じるように指示することによって、成就され、
かつ、ループの他の方向におけるスレーブノードの再接
続は、承認メッセージを受信している先のスレーブノー
ドに対して、データバスの2つの部分を一緒に接続して
いる制御可能なスイッチを閉じるように指示することに
よって、成就される。
【0095】この他の実施形態では、各々のマスタノー
ド703およびスレーブノード705において、全ての
スイッチ712が開かれた後、マスタノード703は、
各々のスレーブノード705に対して、そのスイッチ7
12を開くように指示する同報通信信号を、バス704
を通して発する。短絡回路722に最も近いスレーブノ
ード705は、そのメッセージを受信せず、故に、切り
離されたままである。しかしながら、この実施形態にお
いて、障害の厳密な位置は、判断されない。
【0096】本発明の他の特徴では、フェイルセーフリ
レー制御回路が提供される。それによって、ノードの機
能停止は、大抵の場合、例えば、制御に対して競合する
こと、または、さもなくば、データバスの使用を妨げる
ことによって、システムをさらに害することなく、ノー
ドをデータバスから切り離すことになる。図18(a)
および図18(b)は、本発明の1または2以上の特徴
に従ったフェイルセーフリレー制御回路の2つの他の実
施形態を示す。図18(a)において、マイクロプロセ
ッサ1012は、リレー制御線1013を通して、リレ
ー1021,1022に接続されている。(図6に示さ
れたデータバス604のような)バスの配線Aはリレー
1021と、バスの配線Bはリレー1022と、個別に
接続されている。リレー1021,1022が閉状態で
ある場合、ダウンリンクトランシーバー1019は、デ
ータバスの配線A,Bと接続される。リレー1021,
1022が開状態である場合、ダウンリンクトランシー
バー1019は、データバスの配線A,Bから切り離さ
れている。
【0097】図18(a)において、リレー1021,
1022の開状態または閉状態は、マイクロプロセッサ
1012に接続されたリレー制御線1013によって制
御される。リレー1021,1022が開かれている期
間中、マイクロプロセッサ1012は、リレー制御線1
013を、定常状態(例えば、ロー)に保持する。リレ
ー1021,1022が閉じられている期間中、マイク
ロプロセッサ1012は、リレー制御線1013を通し
て、周期的な信号を生成する。このことは、リレー10
21,1022に直列接続されたリレー制御線1013
の途中に配置されたキャパシタCを充電する。キャパシ
タCの放電は、電流を流し、かつ、リレー1021,1
022が、電圧が加えられ、故に、閉状態のままとなる
ことを可能とする。もし、マイクロプロセッサ1012
が機能停止したならば、リレー制御線1013は、おそ
らく、定常状態(ハイ、ローまたは浮動状態)に固定さ
れる。このことは、キャパシタCを結局定常状態に到達
させ、かつ、リレー制御線1013が予めいかなる状態
に保持されていても、リレー1021,1022を電圧
非印加状態とし、それによって、リレー1021,10
22を開状態とし、ダウンリンクトランシーバー101
9をデータバスの配線A,Bから切り離す。
【0098】リレー制御線1013上の周期的な信号
は、時間設定されたソフトウェアループを実行するよう
にマイクロプロセッサ1012をプログラムすることに
よって、生成される。例えば、リレー1021,102
2が閉じられている場合、マイクロプロセッサ1012
は、割り込み、または、クロックポーリングルーチン、
または、他の適切な計時方法によって示されるような予
め決められた時間間隔が経過する度にリレー信号制御サ
ブルーチンに入るように、プログラムされ得る。リレー
信号制御サブルーチンに入る度に、マイクロプロセッサ
は、リレー制御信号1013の状態を切り換え、それに
よって、予め決められた時間間隔によって決定される周
期を有する50%のデューティサイクルの波形を生成す
る。所定の周波数を有する周期的な信号がリレー制御線
1013を通して生成されるように、予め決められた時
間間隔が選択される。上記所定の周波数は、キャパシタ
Cが(その周期的な放電によって)、リレー1021,
1022に電圧が印加されたままとなるのに十分な電流
を、リレー1021,1022を通して、維持すること
を可能とするように選択される。故に、選択された周波
数は、キャパシタCの容量とリレー1021,1022
のインピーダンスとに、主に依存する。
【0099】この他にも、50%以外のデューティサイ
クルを有する信号が生成されるように、さらに少し複雑
なソフトウェアタイミングループが、マイクロプロセッ
サ1012を使用して、プログラムされてもよい。しか
しながら、50%のデューティサイクルの波形の生成
は、大抵の環境において、実行にあたって、より単純で
ある。
【0100】もし、マイクロプロセッサ1012が機能
停止したならば、大抵の場合、マイクロプロセッサ10
12をデータバスから切り離すことが望ましい。(図6
に示されるように、例えば、図18(a)に示されたマ
イクロプロセッサ1012が、ダウンリンクトランシー
バー621を制御するマイクロプロセッサ622であ
り、その場合、マイクロプロセッサ622は、データバ
ス604に対するマスタノードとして動作する、と仮定
する。)機能停止の特性に依存して、マイクロプロセッ
サ1012は、リレー1021,1022を閉状態に維
持しているソフトウェアループの実行をおそらく停止す
ることになる。この場合、リレー制御信号1013は、
定常状態または浮動状態に固定され、これによって、キ
ャパシタCに対して最終的に放電を停止させ、リレー1
021,1022を電圧非印加状態および開状態にす
る。従って、図18(a)の回路は、フェイルセーフ手
段を提供し、それによって、マイクロプロセッサ101
2に対してそのプログラムされた機能の実行を停止させ
る機能停止時に、マイクロプロセッサ1012は、基本
的に、該マイクロプロセッサ1012自身をデータバス
から切り離す。
【0101】図18(b)は、図18(a)に示された
回路と同じ機能を有するもう一方のフェイルセーフ回路
を示す。図18(b)において、マイクロプロセッサ1
062は、分離されたリレー制御線1063,1064
を有する。このリレー制御線1063は直列接続された
キャパシタC1を通してリレー1071に接続され、リ
レー制御線1064は直列接続されたキャパシタC2を
通してリレー1072に接続されている。マイクロプロ
セッサ1062は、図18(a)のマイクロプロセッサ
1012に対する上記方法と同様の方法で、ソフトウェ
アタイミングループを用いてプログラムされている。そ
れによって、マイクロプロセッサ1062は、リレー1
071,1072を電圧印加状態に維持し、かつ、故
に、閉状態に維持するために、リレー制御線1063,
1064を通して、周期的な信号を生成する。もし、マ
イクロプロセッサ1062が機能停止したならば、リレ
ー1071,1072は、電圧非印加状態および開状態
となり、マイクロプロセッサ1062をデータバスから
切り離す。
【0102】図18(a)および図18(b)に示され
たフェイルセーフ制御回路は、図6に示されたノード6
03の回路で使用される。特に、図18(a)のリレー
制御信号1013、または、図18(b)のリレー制御
線1063,1064は、図6のノード603の信号6
33に対応している。
【0103】好ましい実施形態において、マスタノード
703およびスレーブノード705は、ループ形態で全
てのノードを接続する単一のケーブルを使用して、接続
されている。配線と接続の好ましい技術および方法の詳
細は、継続中の米国特許出願第 / 号「Wiring Metho
d and Apparatus for Distributed Control Network」
に記載されており、先に、参照によって、この明細書に
組み込まれている。
【0104】ここで説明された各々の実施形態につい
て、制御ネットワークのデータバスに対するデータレー
トに関しては、何等特有の限定は存在しない。通信は、
各データバスを通して、特定の制御用途に適した速度で
実行される。さらに、データバスが直列のデータバスで
ある、ということは特に要求されていない。むしろ、例
えば、高いデータ帯域幅が要求される状況では、上記デ
ータバスは、並列のデータバスでよい。
【0105】物理的収納に関して、いくつかの実施形態
では、各々のノードが、アルミニウムのような適切な軽
量材料で作られた堅固な収納ケース内に収納されている
ことが望ましい。図4に関して先に述べられているよう
に、上記収納ケースは、環境からの保護を提供し、熱散
逸を可能とする。他の制御環境では、他のタイプの収納
または物理的容器が使用され得る。
【0106】好ましい実施形態がここに開示されている
けれども、本発明の概念および範囲内にある多くの変形
が可能である。そのような変形は、ここにある明細書お
よび図面を調査した後の当業者にとって明らかである。
故に、本発明は、添付された全ての請求範囲の要旨およ
び範囲内において実施形態に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術による制御ネットワークの一例を示
す説明図である。
【図2】 従来技術による制御ネットワークの他の例を
示す説明図である。
【図3】 図1または図2で使用されるノードの構成例
を示すブロック図である。
【図4】 図3に示されたノードの外観の一例を示す斜
視図である。
【図5】 本発明の一実施形態による制御ネットワーク
の一例を示す説明図である。
【図6】 図5で使用されるノードの構成例を示すブロ
ック図である。
【図7】 本発明の一実施形態による制御ネットワーク
の動作例を示す説明図である。
【図8】 本発明の一実施形態による制御ネットワーク
の動作例を示す説明図である。
【図9】 本発明の一実施形態による制御ネットワーク
の動作例を示す説明図である。
【図10】 本発明の一実施形態による制御ネットワー
クの動作例を示す説明図である。
【図11】 本発明の一実施形態による制御ネットワー
クの動作例を示す説明図である。
【図12】 本発明の一実施形態による制御ネットワー
クの動作例を示す説明図である。
【図13】 本発明の一実施形態による制御ネットワー
クの動作例を示す説明図である。
【図14】 本発明の一実施形態による制御ネットワー
クの動作例を示す説明図である。
【図15】 本発明の一実施形態による制御ネットワー
クの動作例を示す説明図である。
【図16】 障害切り離し時におけるマスタノードの動
作例を示す処理流れ図である。
【図17】 障害切り離し時におけるスレーブノードの
動作例を示す処理流れ図である。
【図18】 本発明の一実施形態によるフェイルセーフ
回路の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
501……制御ネットワーク 503……マスタノード 504……メインバス 507……アップリンクトランシーバー 508……ダウンリンクトランシーバー 509……スイッチ 513……第2バス 523a,523b,523c,523d……第1層ス
レーブノード 533a,533b,533c……第2層スレーブノー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・クアン アメリカ合衆国・91765・カリフォルニ ア・ダイアモンド・バー・メドウ・グレ ン・ロード・1538

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスタノードと、各ノードが2つの隣接
    したノードに接続され、前記ノードが全体としてループ
    を形成するように、前記マスタノードに直列接続で接続
    された複数のスレーブノードとを具備する複数のノード
    と、 各ノードにおける障害検出回路と、 各ノードに配置され、インピーダンス素子と並列に制御
    可能なリレーを具備するシャント回路とを具備する制御
    ネットワークにおいて、 前記制御可能なリレーは、 通常は、信号が前記ループの方々に伝搬できるように、
    閉状態で配置されており、かつ、 ノードの障害検出回路が障害を検出すると、各ノードに
    おいて開かれ、かつ、マスタノードに関するノードの相
    対位置に依存して予め決められた時間の後に、ノードに
    よって再び閉じられることを特徴とする制御ネットワー
    ク。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の制御ネットワークにおい
    て、 前記障害検出回路は、タイマを具備することを特徴とす
    る制御ネットワーク。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の制御ネットワークにおい
    て、 前記タイマは、ノードで受信された通信信号の検出に基
    づいて、周期的にリセットされることを特徴とする制御
    ネットワーク。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の制御ネットワークにおい
    て、 各ノードは、ケーブル配線によって、その2つの隣接す
    るノードの各々に接続されており、かつ、 各ノードにおける前記インピーダンス素子は、ノードを
    その隣接するノードのうちの1つに接続するケーブル配
    線の抵抗に少なくとも部分的に基づいて選択された抵抗
    を具備することを特徴とする制御ネットワーク。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の制御ネットワークにおい
    て、 前記制御可能なリレーは、マスタノードからの指示のノ
    ードによる受信に基づいて、再び閉じられることを特徴
    とする制御ネットワーク。
  6. 【請求項6】 ループ状に接続された複数のノードを具
    備し、かつ、前記ノードうちの少なくとも1つはマスタ
    ノードとして動作し、かつ、前記ノードのうちの1また
    は2以上はスレーブノードとして動作する制御ネットワ
    ークでの方法において、 (a) 障害状態を検出し、 (b) 各ノードとその隣接するノードとの間のインピ
    ーダンスを除いて、各ノードをその隣接するノードから
    切り離し、 (c) マスタノードから該マスタノードに関して最も
    近い切り離されたスレーブノードへ、障害判断メッセー
    ジを送信し、 (d) もし、障害判断メッセージの受信を障害状態が
    妨げないならば、前記最も近い切り離されたスレーブノ
    ードにおいて、障害判断を受信し、 (e) スレーブノードからマスタノードへ、承認メッ
    セージを送り、 (f) マスタノードにおける承認メッセージの受信に
    応じて、前記最も近い切り離されたスレーブノードをバ
    スに再接続し、 (g) 最も近い切り離されたスレーブノードが障害判
    断メッセージの受信を障害状態によって失敗するまで、
    ステップ(c)から(f)を繰り返すステップを具備す
    ることを特徴とする方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の方法において、 ステップ(a)は、各ノードで個別に障害状態を検出す
    るステップを具備することを特徴とする方法。
  8. 【請求項8】 請求項6記載の方法において、 ステップ(a)は、監視タイマの計時終了に基づいて障
    害検出信号を生成するステップを具備することを特徴と
    する方法。
  9. 【請求項9】 請求項6記載の方法において、 ステップ(b)は、各ノードにおいてリレーを開くステ
    ップを具備することを特徴とする方法。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の方法において、 ステップ(f)は、マスタノードからの制御メッセージ
    の受信に応じて、最も近い切り離されたスレーブノード
    でリレーを閉じるステップを具備することを特徴とする
    方法。
  11. 【請求項11】 請求項6記載の方法において、 ステップ(g)は、ループのある方向に、最も近い切り
    離されたスレーブノードが、障害状態によって、障害判
    断メッセージの承認受信の受信に失敗するまで、ループ
    のある方向に、ステップ(c)から(f)を繰り返し、
    かつ、ループの他の方向に、最も近い切り離されたスレ
    ーブノードが、障害状態によって、障害判断メッセージ
    の承認受信に失敗するまで、ループの他の方向に、ステ
    ップ(c)から(f)を繰り返すステップを具備するこ
    とを特徴とする方法。
  12. 【請求項12】 マスタノードと、各ノードが2つの隣
    接したノードに接続され、前記ノードが全体としてルー
    プを形成するように、前記マスタノードに直列接続で接
    続された複数のスレーブノードとを具備する複数のノー
    ドと、 各ノードにおける障害検出回路と、 各ノードに配置され、かつ、通常動作において、信号が
    前記ノードを通して妨げられずに通ることを可能とし、
    かつ、前記障害検出回路による障害の検出に基づいて、
    前記ノードを通る信号を妨げ、かつ、ノードがマスタユ
    ニットから接続指示を受信した後、ノードを通る信号の
    妨げられていない経路を再開する切り離し回路とを具備
    することを特徴とする制御ネットワーク。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の制御ネットワークに
    おいて、 前記切り離し回路は、インピーダンス素子と並列回路接
    続されたリレーを具備することを特徴とする制御ネット
    ワーク。
  14. 【請求項14】 請求項13記載の制御ネットワークに
    おいて、 前記リレーは、通常は、信号が前記ノードを通して妨げ
    られずに通ることができるように、閉状態で配置され、
    かつ、前記障害が検出されると開かれ、それによって、
    インピーダンス素子が前記ノードを通る信号を妨げるよ
    うにし、かつ、マスタユニットから受信された前記接続
    指示に応じて、再び閉じられることを特徴とする制御ネ
    ットワーク。
  15. 【請求項15】 請求項12記載の制御ネットワークに
    おいて、 前記障害検出回路はタイマを具備することを特徴とする
    制御ネットワーク。
  16. 【請求項16】 請求項15記載の制御ネットワークに
    おいて、 前記タイマは、ノードで受信された通信信号の検出に基
    づいて、周期的にリセットされることを特徴とする制御
    ネットワーク。
  17. 【請求項17】 ノードに接続しているバスの部分が各
    ノードを通して通過するようにループ状に接続された複
    数のノードを具備し、かつ、前記ノードのうちの少なく
    とも1つはマスタノードとして動作し、かつ、前記ノー
    ドのうちの1または2以上はスレーブノードとして動作
    する制御ネットワークでの方法において、 (a) 障害を検出し、 (b) 前記障害に応じて、ノードを通して通過するバ
    スの部分の各ノードにおけるインピーダンスを増加し、 (c) マスタノードから該マスタノードに隣接するス
    レーブノードへ、制御メッセージを送信し、 (d) もし、制御メッセージの受信を障害状態が妨げ
    ないならば、前記最も近いスレーブノードにおいて制御
    メッセージを受信し、 (e) 前記最も近いスレーブノードから前記マスタノ
    ードへ、承認メッセージを送り、 (f) 前記最も近いスレーブノードにおける前記承認
    メッセージの受信に応じて、前記最も近いスレーブノー
    ドにおけるインピーダンスを減少し、 (g) スレーブノードが制御メッセージの受信を障害
    状態によって失敗するまで、各ノードに対してステップ
    (c)から(f)を順次繰り返すステップを具備するこ
    とを特徴とする方法。
  18. 【請求項18】 請求項17記載の方法において、 ノードを通して通過するバスの部分の各ノードにおける
    インピーダンスを増加するステップは、各ノードにおい
    てスイッチを開き、かつ、各ノードにおいてスイッチを
    短絡する抵抗によって、バスの各部分を次のバス部分に
    結合させるステップを具備することを特徴とする方法。
  19. 【請求項19】 請求項17記載の方法において、 ステップ(f)で、最も新しいスレーブノードの代わり
    に前のノードにおいてインピーダンスが減少されること
    を除き、隣接するスレーブノードから反対方向へ、各ス
    レーブノードに対して、ステップ(c)から(f)を繰
    り返すステップを具備することを特徴とする方法。
  20. 【請求項20】 請求項17記載の方法において、 障害を検出するステップは、 バスを通して伝達される通信信号を各ノードで監視し、 各ノードにおいて障害検出期間を計時し、 ノードで通信信号が検出されると、そのノードにおける
    障害検出期間をリセットし、 障害検出期間を計時し終わると、障害検出状態を明示す
    るステップを具備することを特徴とする方法。
  21. 【請求項21】 請求項20記載の方法において、 スレーブノードにおいてマスタ機能停止検出期間を計時
    し、 ノードで通信信号が検出されると、スレーブノードにお
    けるマスタ機能停止検出期間をリセットし、 マスタ機能停止検出期間を計時し終わると、マスタノー
    ド機能停止状態を明示し、 マスタノード機能停止状態の明示に応じて、スレーブノ
    ードをマスタノードの代用とするステップをさらに具備
    することを特徴とする方法。
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