JPWO2020105129A1

JPWO2020105129A1 - 中継装置、通信システム、通信方法、および通信プログラム

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Publication number: JPWO2020105129A1
Application number: JP2019530501A
Authority: JP
Inventors: 大介長川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2021-02-15
Also published as: WO2020105129A1

Abstract

中継装置（２１０）は、通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる。中継装置（２１０）は、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレーム（３０）を前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する。メモリは、前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報（２１８）を記憶する。判定部（２１１）は、通信フレーム（３０）を取得し、取得した通信フレーム（３０）に含まれる通信識別子と通信種別情報（２１８）とに基づいて、取得した通信フレーム（３０）が、第１のフレームであるか第２のフレームであるかを判定する。

Description

本発明は、中継装置、通信システム、通信方法、および通信プログラムに関する。

ＦＡ（ＦａｃｔｏｒｙＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ）ネットワークでは、制御通信といった高優先通信と、低優先通信とが混在する。そして、ＦＡネットワークでは、高優先通信と低優先通信とが混在する場合でも、高優先通信のリアルタイム性を保証することが要求される。近年、イーサネット（登録商標）上での高優先通信のリアルタイム性を保証する手法として、時分割プロトコルＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖが提案されている。以下の説明において、高優先通信で通信されるフレームを高優先フレームとし、低優先通信で通信されるフレームを低優先フレームとする。

ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖでは、例えば、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）といった識別子を追加することにより、高優先フレームと低優先フレームとを識別する。また、例えば、送信元アドレスあるいは宛先アドレスに特定のアドレスを使用することにより、高優先フレームと低優先フレームとを識別する。このように、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖでは、高優先フレームと低優先フレームとを識別することにより、高優先フレームを予め設定されたタイミングで送信する。
特許文献１には、フレームのペイロード内の識別子で高優先フレームを識別する方法が開示されている。ペイロードとは、フレームからヘッダおよびフッタを除いた領域である。

特開２００７−０２８６３１号公報

既設システムでは、すでに、識別子、あるいは、送信元アドレスおよび宛先アドレスに使用するアドレスが決まっている。このため、既設システムにＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖを組み合わせて使用する場合、高優先フレームを識別するために、識別子、あるいは、送信元アドレスおよび宛先アドレスをそのまま使用することはできない。また、特許文献１の技術であっても、既存システムに組み合わせることは難しい。

本発明は、既設システムに変更を加えることなく、高優先通信のリアルタイム性を保証することを目的とする。

本発明に係る中継装置は、通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置において、
前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリと、
通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定部と
を備えた。

本発明に係る通信システムによれば、通信フレームに含まれる通信識別子を用いて、通信フレームが、高優先フレームである第１のフレームか、低優先フレームである第２のフレームかを判定することができる。したがって、本発明に係る通信システムによれば、既設システムに変更を加えることなく、高優先通信のリアルタイム性を保証することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る通信システムのネットワーク構成図の一例。実施の形態１に係る通信種別情報の一例を示す図。実施の形態１において、通信フレームの通信識別子に図２に示す通信種別情報に対応する値が設定されていた場合の通信シーケンスの一例。実施の形態１に係る末端装置の機能構成図。実施の形態１に係る中継装置の機能構成図。実施の形態１の係る通信システムの末端装置および中継装置のハードウェア構成の一例。実施の形態１に係る末端装置の高優先送信部の動作を示すフロー図。実施の形態１に係る末端装置の低優先送信部の動作を示すフロー図。実施の形態１に係る中継装置の判定部の動作を示すフロー図。実施の形態１に係る中継装置の高優先フレームバッファ部の動作を示すフロー図。実施の形態１に係る中継装置の低優先フレームバッファ部の動作を示すフロー図。実施の形態１に係る中継装置の参照バッファ切替部の動作を示すフロー図。実施の形態１に係る末端装置の高優先受信部の動作を示すフロー図。実施の形態１に係る末端装置の低優先受信部の動作を示すフロー図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る通信システム５００のネットワーク構成図の一例である。
通信システム５００は、通信周期において、高優先通信と高優先通信より優先度が低い低優先通信とを行う。ここで、高優先通信は、第１の通信の例である。また、低優先通信は、第１の通信より優先度が低い第２の通信の例である。また、末端装置１００と中継装置２１０とは、通信システム５００に含まれる。
通信システム５００は、少なくとも１つの末端装置１００と、少なくとも１つの中継装置２１０とを備える。また、中継装置２１０には通信装置２２０が接続されている。

末端装置１００と中継装置２１０との各々は、通信フレーム３０の送受信を行う。通信フレーム３０には、高優先フレーム３１と低優先フレーム３２とが含まれる。
高優先フレーム３１は、例えば、制御通信といった高優先通信で送受信される通信フレーム３０である。高優先フレーム３１は、第１の通信で通信する第１のフレームの例である。
また、低優先フレーム３２は、例えば、センサデータあるいは計測データといった各種データの送受信といった低優先通信で送受信される通信フレーム３０である。低優先フレーム３２は、第２の通信で通信する第２のフレームの例である。

図１の通信システム５００では、両端に配置された２つの末端装置１００を備える。そして、２つの末端装置１００の間に複数の中継装置２１０が配置されている。
中継装置２１０は、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレーム３０を、第１の通信である高優先通信と、第２の通信である低優先通信とのいずれかで中継する。中継装置２１０は、通信フレーム３０を中継する際、通信フレーム３０の通信識別子により、通信フレーム３０が高優先フレーム３１か低優先フレーム３２かを判別する。そして、中継装置２１０は、所定のタイミングごとに高優先フレーム３１と低優先フレーム３２を区別して送信する。

図２は、本実施の形態に係る通信種別情報２１８の一例を示す図である。
通信種別情報２１８では、通信識別子３１１と優先情報３２１が対応付けられている。優先情報３２１とは、通信識別子３１１により識別される通信種別の通信が第１の通信５１０である高優先通信５１１で行われるか、第２の通信５２０である低優先通信５２１で行われるかを表す。
通信識別子３１１は、通信種別として、例えば、通信のプロトコルの種別を表す。具体的には、通信システム５００が、イーサネット（登録商標）により通信するネットワークである場合、通信識別子３１１は、イーサネット（登録商標）により通信される通信フレームに含まれるイーサタイプである。イーサタイプは、イーサネット（登録商標）フレームのヘッダ領域に存在し、通信種別を示す。

また、通信種別情報２１８では、通信識別子３１１と開始オフセット３３とが対応付けられている。開始オフセット３３により、通信識別子３１１により識別される通信種別の通信を開始する時点が、通信周期の開始時からのオフセットで表される。

図２では、通信フレーム３０の通信識別子３１１、すなわちイーサタイプに設定される情報の一例を示している。図２では、１０ｍｓの通信周期３５に対して、タイムスロットの番号を表すＴＳ番号３４と、タイムスロットの開始オフセット３３と、通信可能な通信種別を表す通信識別子３１１とが設定されている。優先情報３２１は、通信識別子３１１により表される通信種別に対して、予め定められている。すなわち、通信識別子３１１により、通信フレーム３０が高優先フレーム３１であるか低優先フレーム３２であるかが判定される。

図３は、本実施の形態において、通信フレーム３０の通信識別子３１１、すなわちイーサタイプに、図２に示す通信種別情報２１８に対応する値が設定されていた場合の通信シーケンスの一例を示している。
図３において、マスタＭ１は、図１の末端装置１００の例である。スレーブＳ１とスレーブＳ２の各々は、図１の中継装置２１０および通信装置２２０の例である。スレーブＳ３は、図１の末端装置１００の例である。図３の通信シーケンスでは、通信周期のタイムスロットＴＳ１からＴＳ４まで高優先通信が行われ、第１のフレーム３１０である高優先フレーム３１が通信される。タイムスロットＴＳ０で低優先通信が行われ、第２のフレーム３２０である低優先フレーム３２が通信される。

図４は、本実施の形態に係る末端装置１００の機能構成図である。
末端装置１００は、機能要素として、高優先送信部１０１と高優先受信部１０２と低優先送信部１０３と低優先受信部１０４とポート１０５を備える。
高優先送信部１０１は、任意のタイミングで、高優先通信を示すイーサタイプ（以下、高優先イーサタイプ）を付与した高優先フレーム３１をポート１０５から送信する。高優先送信部１０１は、高優先フレーム送信機能ともいう。
高優先受信部１０２は、ポート１０５から受信した高優先フレーム３１を解釈する。高優先受信部１０２は、高優先フレーム受信機能ともいう。
低優先送信部１０３は、任意のタイミングで高優先イーサタイプ以外のイーサタイプ（以下、低優先イーサタイプ）を付与した低優先フレーム３２をポート１０５から送信する。低優先送信部１０３は、低優先フレーム送信機能ともいう。
低優先受信部１０４は、ポート１０５から受信した低優先フレーム３２を解釈する。低優先受信部１０４は、低優先フレーム受信機能ともいう。
ポート１０５は、中継装置２１０との通信フレーム３０の送受信を行う。

図５は、本実施の形態に係る中継装置２１０の機能構成図である。
中継装置２１０は、機能要素として、判定部２１１と高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３と参照バッファ切替部２１４とポート２１５，２１６，２１７と通信種別情報２１８を備える。
判定部２１１は、通信フレーム３０を取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子３１１と通信種別情報２１８とに基づいて、取得した通信フレーム３０が、高優先フレーム３１であるか、低優先フレーム３２であるかを判定する。判定部２１１は、各ポートで受信した通信フレーム３０のイーサタイプが高優先イーサタイプの場合、高優先フレーム３１として、高優先フレームバッファ部２１２に書き込む。また、判定部２１１は、各ポートで受信した通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプの場合、低優先フレーム３２として、低優先フレームバッファ部２１３に書き込む。判定部２１１は、イーサタイプ判別分岐機能ともいう。

高優先フレームバッファ部２１２は、判定部２１１から高優先フレーム３１を書き込まれたとき、書き込まれた高優先フレーム３１を記録する。また、高優先フレームバッファ部２１２は、参照バッファ切替部２１４により高優先フレーム３１が読み出されたとき、読み出された高優先フレーム３１の記録を消去する。高優先フレームバッファ部２１２は、高優先フレームバッファ機能ともいう。高優先フレームバッファ部２１２は、複数の場合がある。高優先フレームバッファ部２１２は、第１のフレーム３１０を記憶する第１のフレームバッファ部３０１の例である。
低優先フレームバッファ部２１３は、判定部２１１から低優先フレーム３２を書き込まれたとき、書き込まれた低優先フレーム３２を記録する。また、低優先フレームバッファ部２１３は、参照バッファ切替部２１４により低優先フレーム３２が読み出されたとき、読み出された低優先フレーム３２の記録を消去する。低優先フレームバッファ部２１３は、低優先フレームバッファ機能ともいう。低優先フレームバッファ部２１３は、第２のフレーム３２０を記憶する第２のフレームバッファ部３０２の例である。

参照バッファ切替部２１４は、予め設定された高優先フレーム３１の送信タイミングになったとき、低優先フレームバッファ部２１３からの低優先フレーム３２の読み出しを中止し、高優先フレームバッファ部２１２から高優先フレーム３１の読み出しを開始する。そして、参照バッファ切替部２１４は、読みだした高優先フレーム３１を各ポートに送信する。
また、参照バッファ切替部２１４は、予め設定された低優先フレーム３２の送信タイミングになったとき、高優先フレームバッファ部２１２から高優先フレーム３１の読み出しを中止し、低優先フレームバッファ部２１３から低優先フレーム３２の読み出しを開始する。そして、参照バッファ切替部２１４は、読みだした低優先フレーム３２を各ポートに送信する。参照バッファ切替部２１４は、参照バッファ切替機能ともいう。
各ポート２１５，２１６，２１７は、隣接する末端装置１００、中継装置２１０、あるいは、通信装置２２０と接続され、通信フレーム３０の送受信を行う。

図６は、本実施の形態の係る通信システム５００の末端装置１００および中継装置２１０のハードウェア構成の一例を示す図である。
以下において、末端装置１００および中継装置２１０の各々を、通信システム５００の各装置と呼ぶ。
通信システム５００の各装置は、コンピュータである。通信システム５００の各装置は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。

末端装置１００における高優先送信部１０１と高優先受信部１０２と低優先送信部１０３と低優先受信部１０４の機能は、ソフトウェアにより実現される。
中継装置２１０における判定部２１１と高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３と参照バッファ切替部２１４の機能は、ソフトウェアにより実現される。通信種別情報２１８は、メモリ９２１に備えられる。

プロセッサ９１０は、通信プログラムを実行する装置である。通信プログラムは、通信システム５００の各装置の機能を実現するプログラムである。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（ＧｒａｐｈｉｃｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）である。

メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、ＳｅｃｕｒｅＤｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋの略語である。

入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（ＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＩｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）である。

通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、ＬＡＮ、インターネット、あるいは電話回線といった通信網に接続している。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｔｅｒｆａｃｅＣａｒｄ）である。ポート１０５，２１５，２１６，２１７は、通信装置９５０の例である。

通信プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、通信プログラムだけでなく、ＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、通信プログラムを実行する。通信プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置９２２に記憶されていてもよい。補助記憶装置９２２に記憶されている通信プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、通信プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。

通信システム５００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、通信プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、通信プログラムを実行する装置である。

通信プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。

通信システム５００の各装置の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また、通信システム５００の各装置の各部を「処理」に読み替えた場合の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
通信プログラムは、上記の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、通信方法は、通信システム５００が通信プログラムを実行することにより行われる方法である。
通信プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、通信プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図７から図１４を用いて、本実施の形態に係る末端装置１００および中継装置２１０の動作について説明する。

図７は、本実施の形態に係る末端装置１００の高優先送信部１０１の動作を示すフロー図である。図８は、本実施の形態に係る末端装置１００の低優先送信部１０３の動作を示すフロー図である。
図７に示すように、末端装置１００の高優先送信部１０１は、任意のタイミングで、高優先イーサタイプを付与した高優先フレーム３１をポートから送信する（ステップＳ１０１）。また、図８に示すように、末端装置１００の低優先送信部１０３は、任意のタイミングで、低優先イーサタイプを付与した低優先フレーム３２をポートから送信する（ステップＳ１０３）。

図９は、本実施の形態に係る中継装置２１０の判定部２１１の動作を示すフロー図である。
まず、判定部２１１の動作の概要について説明する。
判定部２１１は、通信フレーム３０を取得する。判定部２１１は、取得した通信フレーム３０に含まれる通信識別子３１１と通信種別情報２１８とに基づいて、取得した通信フレーム３０が、高優先フレーム３１であるか低優先フレーム３２であるかを判定する。
判定部２１１は、取得した通信フレーム３０が高優先フレーム３１であると判定すると、取得した通信フレーム３０を高優先フレームバッファ部２１２に書き込む。判定部２１１は、取得した通信フレーム３０が低優先フレーム３２であると判定すると、取得した通信フレーム３０を低優先フレームバッファ部２１３に書き込む。

ステップＳ１１１において、判定部２１１は、通信種別情報２１８を用いて、各ポートで受信した通信フレーム３０のイーサタイプを判定する。
通信フレーム３０のイーサタイプが高優先イーサタイプの場合、ステップＳ１１２に進む。通信フレーム３０のイーサタイプが高優先イーサタイプでない場合、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１２において、判定部２１１は、通信フレーム３０を高優先フレームバッファ部２１２に書き込む。

ステップＳ１１３において、判定部２１１は、通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプかを判定する。
通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプの場合、ステップＳ１１４に進む。通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプでない場合、ステップＳ１１１に戻る。

ステップＳ１１４において、判定部２１１は、通信フレーム３０を低優先フレームバッファ部２１３に書き込む。

なお、判定部２１１では、中継不要なフレームを高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３のいずれにも書き込まず、破棄してもよい。中継不要なフレームを破棄することで、通信量削減の効果がある。中継不要なフレームとは、例えば、宛先が中継装置のフレーム、あるいは、パリティ等でデータの不正が明らかなフレームである。
また、中継装置２１０は、リアルタイム性を保証したい高優先イーサタイプの数だけ高優先フレームバッファ部を備えてもよい。これにより、異なるイーサタイプを持つ高優先フレームのリアルタイム性が独立して保証されるという効果がある。

図１０は、本実施の形態に係る中継装置２１０の高優先フレームバッファ部２１２の動作を示すフロー図である。
ステップＳ１２１において、高優先フレームバッファ部２１２は、判定部２１１により高優先フレームが書き込まれたかを判定する。
高優先フレームが書き込まれた場合、ステップＳ１２２に進む。高優先フレームが書き込まれていない場合、ステップＳ１２３に進む。
ステップＳ１２２において、高優先フレームバッファ部２１２は、書き込まれた高優先フレームを記録する。
ステップＳ１２３において、高優先フレームバッファ部２１２は、参照バッファ切替部２１４により高優先フレームが読み出されたかを判定する。
高優先フレームが読み出された場合、ステップＳ１２４に進む。高優先フレームが読み出されていない場合、ステップＳ１２１に戻る。
ステップＳ１２４において、高優先フレームバッファ部２１２は、読み出された高優先フレームの記録を消去する。

図１１は、本実施の形態に係る中継装置２１０の低優先フレームバッファ部２１３の動作を示すフロー図である。
ステップＳ１３１において、低優先フレームバッファ部２１３は、判定部２１１により低優先フレームが書き込まれたかを判定する。
低優先フレームが書き込まれた場合、ステップＳ１３２に進む。低優先フレームが書き込まれていない場合、ステップＳ１３３に進む。
ステップＳ１３２において、低優先フレームバッファ部２１３は、書き込まれた低優先フレームを記録する。
ステップＳ１３３において、低優先フレームバッファ部２１３は、参照バッファ切替部２１４により低優先フレームが読み出されたかを判定する。
低優先フレームが読み出された場合、ステップＳ１３４に進む。低優先フレームが読み出されていない場合、ステップＳ１３１に戻る。
ステップＳ１３４において、低優先フレームバッファ部２１３は、読み出された低優先フレームの記録を消去する。

図１２は、本実施の形態に係る中継装置２１０の参照バッファ切替部２１４の動作を示すフロー図である。
まず、参照バッファ切替部２１４の動作の概要について説明する。
参照バッファ切替部２１４は、通信種別情報２１８に含まれる開始オフセット３３を用いて、高優先通信５１１を行う時間帯か低優先通信５２１を行う時間帯かを判定する。参照バッファ切替部２１４は、判定した結果に基づいて、通信フレーム３０を読み出すフレームバッファ部を切り替える。

ステップＳ１４１において、参照バッファ切替部２１４は、高優先フレームの送信タイミングになったかを判定する。高優先フレームの送信タイミングは、予め設定されている。
高優先フレームの送信タイミングになった場合、ステップＳ１４２に進む。高優先フレームの送信タイミングになっていない場合、ステップＳ１４３に進む。

ステップＳ１４２において、参照バッファ切替部２１４は、高優先フレーム送信処理を行う。高優先フレーム送信処理は以下の手順で行われる。
（１）参照バッファ切替部２１４は、低優先フレームバッファ部２１３からの低優先フレーム３２の読み出しを中止する。（２）参照バッファ切替部２１４は、高優先フレームバッファ部２１２から高優先フレーム３１の読み出しを開始する。（３）参照バッファ切替部２１４は、読みだした高優先フレーム３１を各ポートに送信する。

ステップＳ１４３において、参照バッファ切替部２１４は、低優先フレームの送信タイミングになったかを判定する。低優先フレームの送信タイミングは、予め設定されている。
低優先フレームの送信タイミングになった場合、ステップＳ１４４に進む。低優先フレームの送信タイミングになっていない場合、ステップＳ１４１に戻る。

ステップＳ１４４において、参照バッファ切替部２１４は、低優先フレーム送信処理を行う。低優先フレーム送信処理は以下の手順で行われる。
（１）参照バッファ切替部２１４は、高優先フレームバッファ部２１２からの高優先フレーム３１の読み出しを中止する。（２）参照バッファ切替部２１４は、低優先フレームバッファ部２１３から低優先フレーム３２の読み出しを開始する。（３）参照バッファ切替部２１４は、読みだした低優先フレーム３２を各ポートに送信する。

なお、参照バッファ切替部２１４は、通信量削減のため、宛先アドレスから送信すべきポートを絞り込んで通信フレームを送信する機能を有してもよい。

図１３は、本実施の形態に係る末端装置１００の高優先受信部１０２の動作を示すフロー図である。図１４は、本実施の形態に係る末端装置１００の低優先受信部１０４の動作を示すフロー図である。
図１３に示すように、末端装置１００の高優先受信部１０２は、中継装置２１０で予め設定されたタイミングで、高優先イーサタイプが付与された高優先フレーム３１をポートから受信する。高優先受信部１０２は、受信した高優先フレーム３１を解釈する（ステップＳ１０２）。また、図１４に示すように、末端装置１００の低優先受信部１０４は、中継装置２１０で予め設定されたタイミングで、低優先イーサタイプが付与された低優先フレーム３２をポートから受信する。低優先受信部１０４は、受信した低優先フレーム３２を解釈する（ステップＳ１０４）。

＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
本実施の形態では、末端装置１００における高優先送信部１０１と高優先受信部１０２と低優先送信部１０３と低優先受信部１０４の機能は、ソフトウェアにより実現される。また、中継装置２１０における判定部２１１と高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３と参照バッファ切替部２１４の機能は、ソフトウェアにより実現される。すなわち通信システム５００の各装置の機能は、ソフトウェアにより実現される。

変形例として、通信システム５００の各装置の機能がハードウェアで実現されてもよい。この場合、通信システム５００は、プロセッサ９１０に替えて、電子回路を備えている。すなわち、通信システム５００の各装置は、電子回路、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０を備える。

電子回路は、通信システム５００の各装置の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、ＧａｔｅＡｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙの略語である。
通信システム５００の各装置の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
別の変形例として、通信システム５００の各装置の機能の一部が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。

プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、通信システム５００において、通信システム５００の各装置の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
通常、多くのＦＡネットワークの高優先フレームでは特定のイーサタイプを使用することに着目し、本実施の形態に係る通信システム５００では、イーサタイプを用いて高優先フレームを識別する。これにより、本実施の形態に係る通信システム５００によれば、既設システムですでに決まっている識別子、あるいは、送信元アドレスおよび宛先アドレスをそのまま使用しても、高優先通信のリアルタイム性を保証することができる。特に、ＦＡネットワークのように、高優先フレームに特定のイーサタイプを使用するネットワークでは効果が顕著となる。

本実施の形態に係る通信システム５００では、ＦＡネットワークでは、イーサタイプごとに必要とされる通信時間が事前に計算済みであることが多い。このため、本実施の形態に係る通信システム５００よれば、異なるイーサタイプを持つ高優先通信が混在する場合でも、送信タイミングの設計が容易になる。

本実施の形態に係る通信システム５００では、通信識別子がペイロード内ではなくヘッダに設定されている。このため、本実施の形態に係る通信システム５００によれば、通信識別子の有無を特定する必要がなく、通信識別子、すなわちイーサタイプのみを参照すればよいので、処理が軽減される。

本実施の形態に係る通信システム５００では、通信識別子、すなわちイーサタイプにより高優先フレームを判定しているので、中継装置に接続される通信装置に複数種類のプロトコルが混在する場合でも、高優先通信のリアルタイム性を保証することができる。

以上の実施の形態１では、通信システム５００の各装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、通信システム５００の各装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。通信システム５００の各装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、通信システム５００の各装置は、１つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
また、実施の形態１のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、この実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、この実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態１では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。

３０通信フレーム、３１高優先フレーム、３２低優先フレーム、３３開始オフセット、３４ＴＳ番号、３５通信周期、１００末端装置、１０１高優先送信部、１０２高優先受信部、１０３低優先送信部、１０４低優先受信部、１０５，２１５，２１６，２１７ポート、２１０中継装置、２１１判定部、２１２高優先フレームバッファ部、２１３低優先フレームバッファ部、２１４参照バッファ切替部、２１８通信種別情報、２２０通信装置、３０１第１のフレームバッファ部、３０２第２のフレームバッファ部、３１０第１のフレーム、３１１通信識別子、３２０第２のフレーム、３２１優先情報、５００通信システム、５１０第１の通信、５１１高優先通信、５２０第２の通信、５２１低優先通信、９１０プロセッサ、９２１メモリ、９２２補助記憶装置、９３０入力インタフェース、９４０出力インタフェース、９５０通信装置。

Claims

通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置において、
前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリと、
通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定部とを備えた中継装置。
前記通信種別情報は、
前記通信種別として通信のプロトコルの種別を表す前記通信識別子を含む請求項１に記載の中継装置。
前記中継装置は、
前記第１のフレームを記憶する第１のフレームバッファ部と、
前記第２のフレームを記憶する第２のフレームバッファ部と
を備え、
前記判定部は、
前記取得した通信フレームが前記第１のフレームであると判定すると、前記取得した通信フレームを前記第１のフレームバッファ部に書き込み、前記取得した通信フレームが前記第２のフレームであると判定すると、前記取得した通信フレームを前記第２のフレームバッファ部に書き込む請求項１または２に記載の中継装置。
前記通信種別情報は、
前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信を開始する時点を前記通信周期の開始時からのオフセットで表した開始オフセットとが対応づけられており、
前記中継装置は、
前記通信種別情報に含まれる前記開始オフセットを用いて、前記第１の通信を行う時間帯か第２の通信を行う時間帯かを判定し、判定した結果に基づいて、通信フレームを読み出すフレームバッファ部を切り替える参照バッファ切替部を備えた請求項３に記載の中継装置。
前記通信識別子は、通信フレームのヘッダに設定される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の中継装置。
前記通信システムは、イーサネット（登録商標）により通信するネットワークであり、
前記通信識別子は、イーサネット（登録商標）により通信される通信フレームに含まれるイーサタイプである請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の中継装置。
通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムにおいて、
通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置を備え、
前記中継装置は、
前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリと、
通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定部と
を備えた通信システム。
通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置の通信方法において、
メモリは、前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶し、
判定部は、通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する通信方法。
通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置の通信プログラムにおいて、
前記中継装置は、
前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリを備え、
通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定処理をコンピュータである前記中継装置に実行させる通信プログラム。