JPWO2021117149A1 - デジタル通信システムの設計装置、およびその設計方法 - Google Patents
デジタル通信システムの設計装置、およびその設計方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2021117149A1 JPWO2021117149A1 JP2020520666A JP2020520666A JPWO2021117149A1 JP WO2021117149 A1 JPWO2021117149 A1 JP WO2021117149A1 JP 2020520666 A JP2020520666 A JP 2020520666A JP 2020520666 A JP2020520666 A JP 2020520666A JP WO2021117149 A1 JPWO2021117149 A1 JP WO2021117149A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- time
- unit
- master
- communication system
- frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000006854 communication Effects 0.000 title claims abstract description 141
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 140
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 53
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 50
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 10
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
- H04L12/40—Bus networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Small-Scale Networks (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
Description
そこで、このデジタル通信システムは、DC同期(Distribution Clock Synchronization)という各スレーブ間の同期を取るための機能を有している。このDC同期では、各スレーブは、マスタの送信部からフレームを送信した時点を開始時点とし、ある一定の時間(グローバルシフトタイム)の経過後にDC同期信号を発生させる。そして、各スレーブは、このDC同期信号に同期してスレーブ内部の動作を開始する。このグローバルシフトタイムは、フレームを受信するタイミングの最も遅いスレーブの動作準備を終えた時点よりも後にDC同期信号を発生させるように設定しなければならない。
図1は、本発明の一実施形態に係るデジタル通信システムの設計装置の設計対象となるデジタル通信システムの概要を示す図である。
デジタル通信システム100は、図1に示すように、送信部TXおよび受信部RXを有するマスタ110と、送信部TXおよび受信部RXを有する複数のスレーブ120(1)〜120(n)とを備えている。このデジタル通信システム100は、マスタ110の送信部TXから送信されたフレーム単位のデータを全てのスレーブ120(1)〜120(n)を経由してマスタ110の受信部RXにて受信するように接続されている。このデジタル通信システム100は、EtherCAT(登録商標)を適用したデジタル通信システムである。
デジタル通信システムの設計装置1は、図2に示すように、使用者の操作入力を受け付けるキーボードや、マウス等の操作入力手段2と、デジタル通信システム100の設計結果を出力するモニタ等の結果出力手段3と、操作入力手段2および結果出力手段3を制御するとともに、デジタル通信システム100の設計を実行する制御手段4とを備えている。
以下、デジタル通信システムの設計装置1にて使用する各種パラメータの内容や、設定サイクルタイムtcycleを算出する方法、およびグローバルシフトタイムtgshiftを算出する方法について、図3を参照して説明する。
ネットワーク通信時間tnetは、EtherCAT(登録商標)のフレームを送信するのに要する時間とする。このネットワーク通信時間tnetは、式(1)に示すように、マスタ110の送信部TXから送信するフレームのデータ数をデジタル通信システム100の通信速度Cにて除算して得ることができる。
fp:各スレーブのペイロードフレームサイズ
n:スレーブ数
fhds:ヘッダーおよび自動的に付加されるフレームサイズ
とする。
最大ネットワーク通信ジッタ時間tjitter_maxは、マスタ110の送信部TXからフレームを送信する際の最大ばらつき時間とする。
全路ネットワーク遅延時間thwは、マスタ110の送信部TXから送信されたフレームが各スレーブ120(1)〜120(n)を経由してマスタ110の受信部RXに到達するまでの遅延時間とする。ここで、各スレーブ120(1)〜120(n)は、フレームが通過する際に遅延を発生させている。本実施形態では、各スレーブ120(1)〜120(n)は、同一の処理を実行するものとし、この処理される通信量も同一とする。したがって、全路ネットワーク遅延時間thwは、式(2)に示すように、スレーブ数nを変数とした線形一次方程式にて表現できる。この線形一次方程式の各係数khw,lhwは、実験等によって求めることができる。各係数khw,lhwを求める方法については、後に詳細に説明する。
スレーブ内部処理時間tsは、スレーブ120(i)内部の処理に要する時間である。このスレーブ内部処理時間tsは、式(4)に示すように、PDI割り込み処理時間(tPDI)とSYNC0割り込み処理時間(tSYNC0)の和算で求めることができる。
設定サイクルタイムtcycleは、マスタ110の送信部TXからフレームを送信した後、次のフレームを送信するまでのサイクルタイムとする。
マスタ内部処理時間tmは、マスタ110内部の処理に要する時間である。ここで、ネットワーク通信のジッタは、マスタ110の通信処理の一部である。しかしながら、ネットワーク通信のジッタは、スレーブ120(i)の通信モデルにも影響するため独立項とした。本実施形態では、スレーブ120(i)の処理内容に基づくサイクルタイムの導出を目的としているので、マスタ110内部の通信以外の処理は、式(7)に示すように、無視できるものとする。
ユーザーシフトタイムtushiftは、グローバルシフトタイムtgshiftを決定するために、デジタル通信システム100の設計者が指定できるシフトタイムである。
グローバルシフトタイムtgshiftは、マスタ110のサイクルタイムの開始時点からDC同期信号を発生させる時間を設定するためのシフト時間であり、式(8)にて表現できる。
ここで、SMイベントは、各スレーブ120(i)にてフレームの受信を完了すると発生する。したがって、SMイベントからDC同期信号までのイベント同期時間tSM2DC(i)は、式(9)にて表現できる。
ここで、マスタ110からの接続順が遠いスレーブ120(i)ほど大きなハードウェア遅延時間が加算される。したがって、DC同期信号から次フレーム到着までの次フレーム到着時間tDC2NF(i)は、式(11)にて表現できる。
したがって、設定サイクルタイムtcycleの境界条件は、式(13)となる。
したがって、設定サイクルタイムtcycleの境界条件は、以下の式(15)となる。
したがって、サイクルタイム算出部42は、入力受付部41にて受け付けられたネットワーク通信時間tnet、最大ネットワーク通信ジッタ時間tjitter_max、全路ネットワーク遅延時間thw、およびスレーブ内部処理時間tsに基づいて、式(16),(21)の連立不等式を満たす解を求めることによって、設定サイクルタイムtcycleを算出する(サイクルタイム算出ステップ)。
したがって、グローバルシフトタイム算出部43は、サイクルタイム算出部42にて算出された設定サイクルタイムtcycle、イベント同期時間tSM2DC(i)、および次フレーム到着時間tDC2NF(i)に基づいて、式(18),(20),(22)の連立不等式を満たす解を求めることによって、グローバルシフトタイムtgshiftを算出する(グローバルシフトタイム算出ステップ)。
前述した式(5),(6)における各係数kPDI,lPDIは、ペイロードフレームサイズfpを変化させて各処理時間を計測し、近似式を求めて推定する。
具体的には、各係数kPDI,lPDIは、各スレーブ120(i)に通信処理の開始および終了を示すデジタル出力を制御する機能を実装し、各スレーブ120(i)からのデジタル出力を計測することによって、スレーブ内部処理時間tsを計測して推定する。なお、設定サイクルタイムtcycleは,1000μsとした。
ペイロードフレームサイズfpおよびPDI割り込み処理時間tPDIの関係は、図4に示すように、線形近似式に良くフィットしている。本実施形態では、kPDI=0.0654と推定し、lPDI=5.85と推定する。
ペイロードフレームサイズfpおよびSYNC0割り込み処理時間tSYNC0の関係は、図5に示すように、線形近似式に良くフィットしている。本実施形態では、kSYNC0=0.132と推定し、lSYNC0=27.0と推定する。
具体的には、各係数khw,lhwは、マスタ110と、最初のスレーブ120(1)との間に、プローブを挿入し、このプローブによって、マスタ110の送信部TXから送信されたフレームをプローブにて受信完了した時間と、このフレームが各スレーブ120(i)を経由して再びプローブにて受信完了した時間とを計測して推定する。なお、スレーブ数nは、1、2、3、5台に変化させる。
スレーブ数nおよび全路ネットワーク遅延時間thwの平均遅延時間の関係は、図6に示すように、線形近似式に良くフィットしている。本実施形態では、khw=2.91と推定し、lhw=−0.855と推定する。
本実施形態では、各条件において計測された最大ばらつき時間は、13.9μs〜20.2μsとなった。このため、最大ネットワーク通信ジッタ時間tjitter_maxは、20.2μsとした。
CS導出モデル式の検証は、全路ネットワーク遅延時間thwを計測した環境と同様の環境にて実施した。
なお、スレーブ120(i)の処理内容は、マスタ110の送信部TXから送信されたフレームの特定値を受信し、同じ値を載せたフレームを返信するものとした。
検証条件Aは、スレーブ数n=5とし、ペイロードフレームサイズfp=224bitとした。この検証条件Aにおいて、設定サイクルタイムtcycleは、式(16),(21)、および前述した計測に基づき推定された各種係数を適用することによって、式(24)となる。
検証条件Bは、スレーブ数n=5とし、ペイロードフレームサイズfp=1006bitとした。この検証条件Bにおいて、設定サイクルタイムtcycleは、式(16),(21)、および前述した計測に基づき推定された各種係数を適用することによって、式(27)となる。
検証条件A,Bでは、CS導出モデル式にて導出されたグローバルシフトタイムtgshiftの範囲内に設定したケースでは、マスタ110は、2回目のサイクル通信にて特定値をスレーブ120(1)から受信した。
しかしながら、CS導出モデル式にて導出されたグローバルシフトタイムtgshiftの範囲外に設定したケースでは、マスタ110は、3回目のサイクル通信にて特定値をスレーブ120(1)から受信した。
したがって、本実施形態におけるCS導出モデル式にて導出された設定サイクルタイムtcycleおよびグローバルシフトタイムtgshiftは、スレーブの処理内容に基づいて、適切に設定されていることを確認できた。
(1)デジタル通信システムの設計装置1は、マスタ110の送信部TXからフレームを送信した後、次のフレームを送信するまでの設定サイクルタイムtcycleを入力受付部41にて受け付けられたネットワーク通信時間tnet、最大ネットワーク通信ジッタ時間tjitter_max、全路ネットワーク遅延時間thw、およびスレーブ内部処理時間tsに基づいて算出するサイクルタイム算出部42と、サイクルタイム算出部42にて算出された設定サイクルタイムtcycleを結果出力手段3に出力させる設計結果出力部44とを備えているので、スレーブ120(1)〜120(n)の処理内容に基づく設定サイクルタイムtcycleを算出することができる。したがって、デジタル通信システム100の設計者は、結果出力手段3に出力された設定サイクルタイムtcycleをデジタル通信システム100に設定することによって、サイクルタイムを適切に設定することができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、デジタル通信システムの設計装置1の設計対象としてEtherCAT(登録商標)を適用したデジタル通信システム100を採用していた。
これに対して、デジタル通信システムの設計装置1の設計対象となるデジタル通信システムは、送信部および受信部を有するマスタと、送信部および受信部を有する複数のスレーブとを備え、マスタの送信部から送信されたフレーム単位のデータを全てのスレーブを経由してマスタの受信部にて受信するように接続されたデジタル通信システムであれば、他のデジタル通信システムを採用してもよい。
これに対して、設計者は、サイクルタイム算出ステップおよびグローバルシフトタイム算出ステップを自ら実行するようにしてもよい。
これに対して、全路ネットワーク遅延時間thwは、各スレーブ120(1)〜120(n)の遅延時間を個別に求め、これらの遅延時間を合計して求めるようにしてもよい。要するに、全路ネットワーク遅延時間thwは、マスタ110の送信部TXから送信されたフレームが各スレーブ120(1)〜120(n)を経由してマスタ110の受信部RXに到達するまでの遅延時間とすればよい。
これに対して、スレーブ内部処理時間tsは、各スレーブ120(1)〜120(n)の内部処理時間を個別に求めるようにしてもよい。要するに、スレーブ内部処理時間tsは、スレーブ120(i)内部の処理に要する時間であればよい。
2 操作入力手段
3 結果出力手段
4 制御手段
41 入力受付部
42 サイクルタイム算出部
43 グローバルシフトタイム算出部
44 設計結果出力部
Claims (4)
- 送信部および受信部を有するマスタと、送信部および受信部を有する複数のスレーブとを備え、前記マスタの送信部から送信されたフレーム単位のデータを全ての前記スレーブを経由して前記マスタの受信部にて受信するように接続されたデジタル通信システムの設計装置であって、
使用者の操作入力を受け付ける操作入力手段と、
前記デジタル通信システムの設計結果を出力する結果出力手段と、
前記操作入力手段および前記結果出力手段を制御するとともに、前記デジタル通信システムの設計を実行する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記操作入力手段を介して使用者の操作入力を受け付けることによって、前記マスタの送信部から送信するフレームのデータ数を前記通信システムの通信速度にて除算して得られたネットワーク通信時間、前記マスタの送信部からフレームを送信する際のバラつき時間の最大値である最大ネットワーク通信ジッタ時間、前記マスタの送信部から送信されたフレームが前記マスタの受信部に到達するまでの遅延時間である全路ネットワーク遅延時間、および前記スレーブの受信部にて受信したフレームを前記スレーブにて処理する時間であるスレーブ内部処理時間の各種パラメータの入力を受け付ける入力受付部と、
前記マスタの送信部からフレームを送信した後、次のフレームを送信するまでの設定サイクルタイムを前記入力受付部にて受け付けられた前記ネットワーク通信時間、前記最大ネットワーク通信ジッタ時間、前記全路ネットワーク遅延時間、および前記スレーブ内部処理時間に基づいて算出するサイクルタイム算出部と、
前記サイクルタイム算出部にて算出された前記設定サイクルタイムを前記結果出力手段に出力させる設計結果出力部とを備えることを特徴とするデジタル通信システムの設計装置。 - 請求項1に記載されたデジタル通信システムの設計装置において、
前記制御手段は、
前記操作入力手段を介して使用者の操作入力を受け付けることによって、前記スレーブにてフレームの受信を完了すると発生するイベントから前記複数のスレーブの同期信号までのイベント同期時間、および前記複数のスレーブの同期信号から当該スレーブに次のフレームが到着するまでの次フレーム到着時間の各種パラメータの入力を更に受け付ける前記入力受付部と、
前記複数のスレーブの同期信号を発生させる時間を設定するためのシフト時間であるグローバルシフトタイムを前記サイクルタイム算出部にて算出された前記設定サイクルタイム、前記イベント同期時間、および前記次フレーム到着時間に基づいて算出するグローバルシフトタイム算出部と、
前記グローバルシフトタイム算出部にて算出された前記グローバルシフトタイムを前記結果出力手段に更に出力させる前記設計結果出力部とを備えることを特徴とするデジタル通信システムの設計装置。 - 送信部および受信部を有するマスタと、送信部および受信部を有する複数のスレーブとを備え、前記マスタの送信部から送信されたフレーム単位のデータを全ての前記スレーブを経由して前記マスタの受信部にて受信するように接続されたデジタル通信システムの設計方法であって、
前記マスタの送信部からフレームを送信した後、次のフレームを送信するまでの設定サイクルタイムを前記マスタの送信部から送信するフレームのデータ数を前記通信システムの通信速度にて除算して得られたネットワーク通信時間、前記マスタの送信部からフレームを送信する際のバラつき時間の最大値である最大ネットワーク通信ジッタ時間、前記マスタの送信部から送信されたフレームが前記マスタの受信部に到達するまでの遅延時間である全路ネットワーク遅延時間、および前記スレーブの受信部にて受信したフレームを前記スレーブにて処理する時間であるスレーブ内部処理時間の各種パラメータに基づいて算出するサイクルタイム算出ステップを備えることを特徴とするデジタル通信システムの設計方法。 - 請求項3に記載されたデジタル通信システムの設計方法において、
前記複数のスレーブの同期信号を発生させる時間を設定するためのシフト時間であるグローバルシフトタイムを前記スレーブにてフレームの受信を完了すると発生するイベントから前記複数のスレーブの同期信号までのイベント同期時間、および前記複数のスレーブの同期信号から当該スレーブに次のフレームが到着するまでの次フレーム到着時間の各種パラメータと、前記サイクルタイム算出ステップにて算出された前記設定サイクルタイムとに基づいて算出するグローバルシフトタイム算出ステップを備えることを特徴とするデジタル通信システムの設計方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/048375 WO2021117149A1 (ja) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | デジタル通信システムの設計装置、およびその設計方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6716822B1 JP6716822B1 (ja) | 2020-07-01 |
JPWO2021117149A1 true JPWO2021117149A1 (ja) | 2021-12-09 |
Family
ID=71131637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020520666A Active JP6716822B1 (ja) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | デジタル通信システムの設計装置、およびその設計方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6716822B1 (ja) |
WO (1) | WO2021117149A1 (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6337469B2 (ja) * | 2013-12-27 | 2018-06-06 | 株式会社Ihi | 通信システム及び通信方法 |
JP6729040B2 (ja) * | 2016-02-02 | 2020-07-22 | 富士電機株式会社 | 通信システム、ノード装置、およびプログラム |
-
2019
- 2019-12-11 JP JP2020520666A patent/JP6716822B1/ja active Active
- 2019-12-11 WO PCT/JP2019/048375 patent/WO2021117149A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6716822B1 (ja) | 2020-07-01 |
WO2021117149A1 (ja) | 2021-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4767178B2 (ja) | ネットワークセグメント上で共通のセンスオブタイムを維持するためのシステムおよび方法 | |
US7330777B2 (en) | Robot coordinated control method and system | |
EP2381622A1 (en) | Update of a cumulative residence time of a packet in a packet-switched communication network | |
WO2010025743A1 (en) | A method for synchronizing clocks in a communication network | |
JP2007174676A (ja) | ネットワークの時間同期化における遅延変動の除去 | |
JP2007060400A (ja) | 通信タイミング制御方法および通信タイミング制御システム | |
JP2007134873A (ja) | 高精度時刻同期処理装置およびそのプログラム,ならびにネットワーク混雑度警告装置およびそのプログラム | |
US8913633B2 (en) | System and method for time synchronization in a communication network | |
US11252687B2 (en) | Remote signal synchronization | |
US11424902B2 (en) | System and method for synchronizing nodes in a network device | |
CN103842918A (zh) | 时间控制设备、时间控制方法和程序 | |
KR20180099140A (ko) | 클럭 동기화 장치 및 방법 | |
US20150318939A1 (en) | Relay device, relay method, and relay program | |
US20130322456A1 (en) | Communication device, a control device, and a non-transitory computer readable medium | |
JP6716822B1 (ja) | デジタル通信システムの設計装置、およびその設計方法 | |
KR101669397B1 (ko) | 거리 계측 장치 및 거리 계측 방법 | |
US9882705B2 (en) | Communication apparatus, communication method, and computer readable medium using propagation delay for time synchronization | |
JP2014146877A (ja) | 通信システム、及び時刻同期方法 | |
JP2007050812A (ja) | 負荷制御システム、通信制御ユニットおよび負荷制御方法 | |
US20170117980A1 (en) | Time synchronization for network device | |
KR102019234B1 (ko) | 차량 네트워크 시간 동기화 평가 방법 | |
US20150106647A1 (en) | Method and a Device for Maintaining a Synchronized Local Timer Using a Periodic Signal | |
US11757614B2 (en) | Accurate timestamp correction | |
JP2012175567A (ja) | 同期システムおよび同期システムの同期方法 | |
CN112019289A (zh) | 一种分时系统时间同步方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200410 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200410 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20200508 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200512 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200512 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6716822 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |