TW201731265A

TW201731265A - 時間同步從裝置及通訊控制方法

Info

Publication number: TW201731265A
Application number: TW105114842A
Authority: TW
Inventors: Taichi Sakaue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-09-01
Also published as: JPWO2017145292A1; DE112016006244T5; US20190013926A1; WO2017145292A1; DE112016006244B4; JP6271113B1

Abstract

權杖管理從裝置(TSS1)包含於通訊系統中。通訊系統中包括：主裝置(M)、與主裝置(M)通訊並且未與主裝置(M)時間同步的非時間同步從裝置(AS1、AS2)、以及與主裝置(M)通訊並且與主裝置(M)時間同步的時間同步從裝置(SS1、SS2、SS3)。權杖管理從裝置(TSS1)於複數的同步通訊期間的空檔中設定非同步通訊期間，其中該等複數的同步通訊期間為主裝置(M)和時間同步從裝置(SS1、SS2、SS3)進行通訊的複數個期間，其中該非同步通訊期間為主裝置(M)和非時間同步從裝置(AS1、AS2)進行通訊的期間。而且，權杖管理從裝置(TSS1)當到達非同步通訊期間時，指示非時間同步從裝置(AS1、AS2)使其與主裝置(M)進行通訊。

Description

時間同步從裝置及通訊控制方法

本發明係關於主-從構成的通訊系統。

FA(Factory Automation)系統中，多以1台主裝置和複數台的從裝置構成控制系統。一般而言，主裝置和各從裝置係利用適用於FA的控制網路進行通訊，主裝置對從裝置下達指令，而從裝置回傳對應於指令的回應結果給主裝置。

上述主裝置和複數從裝置之間進行一回合的指令及回應的傳送所耗費的時間稱之為通訊週期。

在FA系統所使用的控制網路中，事先設定了通訊週期，並且必須在此通訊週期以內完成控制通訊。

在近年的FA系統中，採用了和主裝置時間同步的從裝置(以下稱之為時間同步從裝置)。在採用時間同步從裝置的FA系統中，於指定的時刻使時間同步從裝置啟動傳訊，時間同步從裝置向主裝置傳送通訊訊框。

相對於此，過去的FA系統中則是採用未和主裝置時間同步的從裝置(以下稱之為非時間同步從裝置)。在採用非時間同步從裝置的FA系統中，採用權杖傳遞(token passing)方式等，其係由主裝置管理非時間同步從裝置的傳訊權，在一定的週期使傳訊權在非時間同步從裝置之間輪流傳遞。

下文中，將主裝置和時間同步從裝置之間的通訊稱之為時間同步通訊，將主裝置和非時間同步從裝置之間的通訊稱之為非時間同步通訊。

專利文獻1中揭露，當一個網路中有時間同步從裝置和非時間同步從裝置時，以時間分割來切換主裝置和從裝置之間的通訊時間。亦即，在此通訊方式中，以時間分割來切換進行時間同步通訊的時隙(time slot)以及和主裝置進行非時間同步通訊的時隙。並且，在進行非時間同步通訊的時隙中，於主裝置和複數的非時間同步從裝置之間進行權杖傳遞。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：國際公開WO2013-077148

專利文獻1的方式中，在主裝置和全時間同步從裝置之間的通訊結束之前，無法開始非時間同步通訊。另外，在非時間同步通訊時，權杖(token)交還給主裝置之前，無法開始時間同步通訊。因此，造成在時間同步通訊及非時間同步通訊中無法確保即時性的問題。

本發明主要目的在於解決上述的課題，其主要目的在於確保時間同步通訊及非時間同步通訊的即時性。

本發明的時間同步從裝置，其係包含於一通訊系統中，該通訊系統包含主裝置以及與該主裝置通訊且未與該主裝置時間同步的非時間同步從裝置，該時間同步從裝置與該主裝置通訊並與該主裝置時間同步，該時間同步從裝置包括：設定部，在複數個同步通訊期間之間的空檔，設定非同步通訊期間，其中該等複數同步通訊期間為該主裝置和該時間同步從裝置進行通訊之複數期間，該非同步通訊期間為該主裝置和該非時間同步從裝置進行通訊的期間；通訊指示部，當到達該非同步通訊期間時，指示該非時間同步從裝置使其與該主裝置進行通訊。

本發明中，於同步通訊期間的空檔設定非同步通訊期間，當到達非同步通訊期間時，指示非時間同步從裝置使其與主裝置通訊。因此，藉由本發明，能夠確保時間同步通訊及非時間同步通訊的即時性。

M‧‧‧主裝置

SS1‧‧‧時間同步從裝置

SS2‧‧‧時間同步從裝置

SS3‧‧‧時間同步從裝置

AS1‧‧‧非時間同步從裝置

AS2‧‧‧非時間同步從裝置

AS1-1‧‧‧非時間同步從裝置

AS1-2‧‧‧非時間同步從裝置

AS2-1‧‧‧非時間同步從裝置

AS2-2‧‧‧非時間同步從裝置

TSS1‧‧‧權杖管理從裝置

TSS2‧‧‧權杖管理從裝置

01‧‧‧微電腦

02‧‧‧通訊裝置

03‧‧‧輸入裝置

04‧‧‧輸入介面

05‧‧‧顯示介面

06‧‧‧顯示器

07‧‧‧CPU

08‧‧‧記憶體

10‧‧‧訊息收發部

11‧‧‧管理部

12‧‧‧內部暫存器

101‧‧‧網路介面

102‧‧‧網路通訊埠

103‧‧‧網路通訊埠

104‧‧‧網路介面

105‧‧‧緩衝儲存器

106‧‧‧資料調停部

107‧‧‧階段管理部

108‧‧‧網路構成資訊管理部

109‧‧‧通訊訊框產生部

110‧‧‧時刻管理部

111‧‧‧時間計算部

112‧‧‧訊框轉送部

113‧‧‧訊框轉送部

20‧‧‧訊息收發部

21‧‧‧管理部

22‧‧‧內部暫存器

201‧‧‧網路介面

202‧‧‧網路通訊埠

203‧‧‧網路通訊埠

204‧‧‧網路介面

205‧‧‧緩衝儲存器

206‧‧‧資料調停部

207‧‧‧階段管理部

208‧‧‧網路構成資訊管理部

209‧‧‧通訊訊框產生部

210‧‧‧時刻管理部

211‧‧‧時間計算部

212‧‧‧權杖管理部

213‧‧‧訊框轉送部

214‧‧‧訊框轉送部

第1圖為顯示實施形態1的通訊系統的構成例之圖。

第2圖為顯示實施形態1的主裝置和從裝置的硬體構成例的圖。

第3圖為顯示實施形態1的主裝置的通訊裝置的功能構成例的圖。

第4圖為顯示實施形態1的從裝置的通訊裝置的功能構成例之圖。

第5圖為顯示實施形態1的主裝置和從裝置的動作概要之流程圖。

第6圖為顯示實施形態1的初期設定階段中的動作例之流程圖。

第7圖為顯示實施形態1的初期設定階段中的動作例之流程圖。

第8圖為實施形態1的定週期通訊階段中的權杖管理從裝置之動作例的流程圖。

第9圖為實施形態1的空頻寬之例的圖。

第10圖為顯示實施形態1的時間同步通訊和非時間同步通訊的通訊定序的圖。

第11圖為顯示實施形態2的通訊系統的構成例之圖。

第12圖為顯示實施形態2的空頻寬之例的圖。

第13圖為顯示實施形態2的初期設定階段中的動作例之流程圖。

實施形態1

[構成的說明]

第1圖顯示本實施形態的通訊系統之構成例。

如第1圖所示，本實施形態的通訊系統中，有主裝置、時間同步從裝置、非時間同步從裝置。

具體言之，主裝置M、時間同步從裝置SS1、SS2、SS3、非時間同步從裝置AS1、AS2與網路連結。

在毋須區別時間同步從裝置SS1、SS2、SS3時，將時間同步從裝置SS1、SS2、SS3通稱之為時間同步從裝置SS。

在毋須區別非時間同步從裝置AS1、AS2時，將非時間同步從裝置AS1、AS2通稱之為非時間同步從裝置AS。

時間同步從裝置SS為與主裝置M進行通訊，並與主裝置M時間同步的從裝置。時間同步從裝置SS不進行權杖傳遞，而與主裝置M進行通訊。

非時間同步從裝置AS為與主裝置M進行通訊，並且未與主裝置M時間同步的從裝置。非時間同步從裝置AS，在藉由權杖傳遞而接收到權杖時，與主裝置M進行通訊。

下文中，將時間同步從裝置SS及非時間同步從裝置AS總稱之為從裝置S。

在本實施形態中，時間同步從裝置SS1被選為權杖管理從裝置。權杖管理從裝置，設定主裝置M與非時間同步從裝置AS進行非同步通訊的期間，並且控制非時間同步從裝置AS之間的權杖傳遞。以下、時間同步從裝置SS1也記載為權杖管理從裝置TSS1。再者，時間同步從裝置SS1所做的動作相當於通訊控制方法的例子。

另外，下文中，有時將主裝置M記載為主機(master)。並且，有時將時間同步從裝置SS記載為時間同步從機(slave)。另外，非時間同步從裝置AS亦記載為非時間同步從機。另外，權杖管理從裝置TSS1亦記載為權杖管理從機。

在第1圖中雖圖示環形網路，但網路拓樸並不以環形為限，例如，亦可以為透過交換器(switching hub)的星型網路。

第2圖為本實施形態的主裝置M及從裝置S的硬體構成例。

本實施形態中，主裝置M及從裝置S都具有第2圖的硬體構成。

主裝置M及從裝置S由微電腦01、通訊裝置02、輸入裝置03、輸入介面04、顯示介面05、顯示器06所構成。微電腦01包含CPU07、記憶體08。

再者，微電腦01、輸入裝置03、輸入介面04、顯示介面05、顯示器06和現有的主裝置及從裝置所包含的硬體相同，故省略其說明，以下僅就通訊裝置02的功能構成進行說明。

第3圖顯示主裝置M的通訊裝置02之功能構成例，第4圖顯示從裝置S的通訊裝置02的功能構成例。

如第3圖所示，主裝置M的通訊裝置02由訊息收發部10、管理部11、內部暫存器12構成。

另外，如第4圖所示，從裝置S的通訊裝置02由訊息收發部20、管理部21、內部暫存器22構成。

另外，第3圖所示功能構成由硬體實現。具體言之，訊息收發部10、管理部11、內部暫存器12由電路實現。

另外，第4圖所示功能構成由硬體實現。具體言之訊息收發部20、管理部21、內部暫存器22由電路實現。

「電路」為包含邏輯IC(Integrated Circuit)、Gate Array、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等種類的處理電路的概念。

在第3圖中，網路介面101、104，在使用從網路通訊埠102、103接收的通訊訊框(以下稱之為收訊訊框)的FCS(Frame Check Sequence)的錯誤偵測及、在傳送通訊訊框時，將FCS附加於通訊訊框。另外，網路介面101、104，判斷收訊訊框的送訊對象，收訊訊框為其本身裝置時，訊框轉送部112或訊框轉送部113將收訊訊框轉送。另一方面，收訊訊框為其他裝置時，網路介面101、104為了將收訊訊框中繼傳送，將收訊訊框轉送至資料調停部106。

網路通訊埠102、103分別為對網路的物理性介面(連接器)。

緩衝儲存器105於暫存網路通訊埠102、103所接收的中繼訊框和通訊訊框產生部109所產生的通訊訊框在資料調停部106進行傳訊競合時，暫存等待傳訊的訊框。

資料調停部106進行網路通訊埠102、103所接收的中繼訊框和通訊訊框產生部109所產生的通訊訊框之間的傳訊調停。

階段管理部107為管理通訊階段的狀態機(state machine)。

本實施形態的通訊階段包含初期設定階段和定週期通訊階段。

網路構成資訊管理部108，從內部暫存器12中讀取與主裝置M連結的從裝置S的台數、各從裝置S所傳送的串流之串流大小、串流數、各從裝置的訊框收訊期限。另外，網路構成資訊管理部108產生在初期設定階段中，從裝置S設定用的通訊訊框。另外，所謂的串流，為1台主裝置M或1台從裝置S在1週期中傳訊的訊框之集合。非同步通訊的權杖訊框也包含在串流中。

通訊訊框產生部109從微電腦01所輸出的定週期通訊的資訊產生通訊訊框。

時刻管理部110對現在時刻計時。另外，時刻管理部110依據已設定的週期對微電腦01發出通訊訊框的啟動傳訊。

時間計算部111依據通訊週期、網路構成資訊、訊框大小、訊框數，計算從各從裝置S傳來的通訊訊框的收訊期限。

訊框轉送部112、113將已接收的對其本身裝置的通訊訊框轉送至微電腦01。

在第4圖中，網路介面201、204和主裝置M的網路介面101、104一樣，在從網路通訊埠202、203接收的通訊訊框(以下稱之為收訊訊框)之使用FCS的錯誤偵測、及通訊訊框的傳訊時，將FCS附加於通訊訊框。另外，網路介面201、204判斷收訊訊框的送訊對象，在收訊訊框是傳給本身裝置時，將收訊訊框轉送至訊框轉送部213或訊框轉送部214。另一方面，收訊訊框是傳給其他裝置時，網路介面201、204為了中繼收訊訊框，將收訊訊框轉送給資料調停部206。

網路通訊埠202、203和主裝置M的網路通訊埠102、103一樣，分別為對網路的物理性介面(連接器)。

緩衝儲存器205和主裝置M的緩衝儲存器105一樣，在網路通訊埠202、203所接收的中繼訊框和通訊訊框產生部209所產生的通訊訊框在資料調停部206要進行傳訊競合的情況下，暫存等待傳訊的訊框。

資料調停部206和主裝置M的資料調停部106一樣，進行在網路通訊埠202、203所接收的中繼訊框和通訊訊框產生部209所產生的通訊訊框之間的傳訊調停。

階段管理部207和主裝置M的階段管理部107一樣，為管理通訊階段(初期設定階段、定週期通訊階段)的狀態機。

網路構成資訊管理部208，當本身裝置(從裝置S)為權杖管理從裝置的情況下，識別出本身裝置所管理的非時間同步從裝置AS的數量。

通訊訊框產生部209和主裝置M的通訊訊框產生部109一樣，從微電腦01所輸出的定週期通訊的資訊產生通訊訊框。另外，通訊訊框產生部209產生權杖訊框。

時刻管理部210和主裝置M的時刻管理部110一樣，對現在時刻計時。另外，時刻管理部210依據已設定的週期對微電腦01發出通訊訊框的啟動傳訊。

另外，時刻管理部210，在本身裝置(從裝置S)為權杖管理從裝置的情況下，將未在網路中進行通訊的時間視為空頻寬並擷取出來，對權杖管理部212輸出啟動傳訊。

另外，時刻管理部210，當本身裝置(從裝置S)為權杖管理從裝置的情況下，界定出可以在擷取出的空頻寬(非時間同步通訊頻寬)中傳遞權杖的非時間同步從裝置AS的數量，並將界定出的非時間同步從裝置AS的數量通知權杖管理部212。

時間計算部211從主裝置M通知的各從裝置S的訊框收訊期限，計算本身裝置的通訊訊框的傳訊時刻。

權杖管理部212，依據時刻管理部210所通知的可以在擷取出的空頻寬(非時間同步通訊頻寬)中傳遞權杖的非時間同步從裝置AS的數量，選擇權杖路徑。

另外，權杖管理部212管理(記憶)已選擇的權杖路徑的資訊。另外，權杖管理部212遵照時刻管理部210傳來的啟動傳訊，將權杖路徑的資訊輸出至通訊訊框產生部209。

訊框轉送部213、214和主裝置M的訊框轉送部112、113一樣，將已接收的要傳到本身裝置的通訊訊框轉送至微電腦01。

若從裝置S為權杖管理從裝置，則管理部21執行設定部的功能。

亦即，權杖管理從裝置TSS1的管理部21，在複數個時間同步通訊頻寬(時間同步通訊頻寬相當於同步通訊期間)的空檔中，設定非時間同步通訊頻寬(非時間同步通訊頻寬相當於非同步通訊期間)，其中該複數個時間同步通訊頻寬為主裝置M和時間同步從裝置SS1、SS2、SS3進行時間同步通訊的複數個期間，其中非時間同步通訊頻寬為主裝置M和非時間同步從裝置AS1、AS2進行通訊的期間。更具體地說，權杖管理從裝置TSS1的管理部21監視主裝置M和時間同步從裝置SS1(權杖管理從裝置TSS1)之間的通訊。而且，權杖管理從裝置TSS1的管理部21，將主裝置M和時間同步從裝置SS1(權杖管理從裝置TSS1)之間有進行通訊的期間擷取以作為時間同步通訊頻寬，於所擷取的時間同步通訊頻寬的空檔中設定非時間同步通訊頻寬。

另外，權杖管理從裝置TSS1的管理部21，設定複數個非時間同步通訊頻寬，針對各個非時間同步通訊頻寬，判斷在非時間同步通訊頻寬內是否能將權杖傳遞給全部的非時間同步從裝置 AS1、AS2，並且全部的非時間同步從裝置AS1、AS2都完成其與主裝置M的通訊。具體言之，權杖管理從裝置TSS1的管理部21，計測全部的非時間同步從裝置AS1、AS2都完成其與主裝置M的通訊所需要的時間，針對各非時間同步通訊頻寬，判斷是否全部的非時間同步從裝置AS1、AS2都完成其與主裝置M的通訊。

在各非時間同步通訊頻寬中無法讓全部的非時間同步從裝置AS1、AS2都完成其與主裝置M的通訊的情況下，權杖管理從裝置TSS1的管理部21，按照該權杖傳遞的順序，從非時間同步從裝置AS1、AS2當中選擇在各非同步通訊期間與主裝置M進行通訊的非時間同步從裝置AS。

若從裝置S為權杖管理從裝置TSS1，則訊息收發部20發揮通訊指示部的功能。

亦即，權杖管理從裝置TSS1的訊息收發部20，在非時間同步通訊頻寬時，藉由權杖訊框的傳訊，指示非時間同步從裝置AS1、AS2使其與主裝置M進行通訊。

動作的說明

第5圖顯示主裝置M和從裝置S所執行之動作的概要。

主裝置M從裝置S先執行初期設定階段的處理(步驟S101)。在初期設定階段中，在主裝置M和時間同步從裝置SS之間，設定時間同步通訊頻寬。另外，權杖管理從裝置TSS1在時間同步通訊頻寬的空檔中設定非時間同步通訊頻寬。

繼之，主裝置M和從裝置S執行定週期通訊階段的處理(步驟S102)。在定週期通訊階段中，在時間同步通訊頻寬中，於主裝置M和時間同步從裝置SS之間執行時間同步通訊。另外，在非時間同步通訊頻寬中，於主裝置M和非時間同步從裝置AS之間執行非時間同步通訊。定週期通訊段落(phrase)中，時間同步通訊頻寬和非時間同步通訊頻寬交替出現。原則上在系統停止之前會反覆執行定週期通訊階段。

繼之，參見第6圖及第7圖，說明初期設定階段中的動作。

首先，在步驟S300中，主裝置M的網路構成資訊管理部108，從各從裝置S取得網路構成資訊，將各從裝置S的設定和使用者事先設定的時間同步通訊的通訊週期T_a通知時間計算部111。

繼之，在步驟S301中，主裝置M和時間同步從裝置SS1、SS2、SS3進行時間同步。時間同步處理係依據以下的參考文獻中記載的方式進行。

參考文獻：IEEE Std 1588-2008

繼之，在步驟S302中，主裝置M的時間計算部111，從網路構成資訊管理部108中儲存的時間同步通訊的訊框大小和訊框數，算出時間同步通訊所需時間。時間同步通訊的訊框大小和訊框數分別為固定值。而且，主裝置M的時間計算部111，依下述的公式(3)算出來自各時間同步從裝置SS的訊框在主裝置M的收訊期限。

另外，如前所述，機器1台在1週期中傳訊的訊框之集合稱之為串流。時間同步從裝置n的串流大小S_n係依據以下的公式(1)算出。另外，時間同步從裝置n表示第n個時間同步從裝置SS。

其中，上述的Fn_i為時間同步從裝置n的第i個訊框的訊框大小。L_IFG為訊框間空隙長。M為機器1台所傳送的訊框數。

另外，時間同步從機n的時間同步通訊頻寬T_n以下述方式算出。

T_n=通訊週期T_a×(時間同步從裝置n的串流大小S_n/全時間同步從機的傳訊串流大小的總和)

亦即，T_n可以下述公式(2)表示。

對於時間同步從裝置n的訊框而言，在主機的收訊期限可以下述公式(3)表示。另外，T_k為第k個時間同步從裝置SS的頻寬。

時間同步通訊的通訊週期T_a、時間同步通訊頻寬T_n、收訊期限t_lim_n如第9圖所示。在第9圖中，縱軸表示時間。

如前所述，T_a為時間同步通訊的通訊週期。T_0、T_1、 T_2為通訊週期當中，分配給權杖管理從裝置TSS1、時間同步從裝置SS2、SS3的訊框傳訊的時間(時隙長)。t_lim_0、t_lim_1、t_lim_2為權杖管理從裝置TSS1、時間同步從裝置SS2、SS3的分別傳送之串流在主裝置M的收訊期限。

另外，記載為「空」的時間為空頻寬，在任何一個時間同步從裝置中都沒有進行通訊。如後述，權杖管理從裝置TSS1在空頻寬中進行權杖傳遞，使非時間同步從裝置AS1、AS2執行非時間同步通訊。

在步驟S303中，主裝置M的通訊訊框產生部109，產生用以通知時間同步從裝置n所傳訊之訊框的收訊期限t_lim_n的訊框，網路通訊埠102、103將該訊框傳送給各時間同步從裝置。

在步驟S304中，各時間同步從裝置SS的時間計算部211，依據主裝置M所通知的收訊期限，算出其本身裝置的傳訊開始時刻t_txlim_n。

時間計算部211依據以下的公式(4)，算出傳訊開始時刻t_txlim_n。另外，t_{delay_}n為從主裝置M到已修正傳送延遲分的時間同步從裝置n的傳送延遲。T_s為傳送速度。

【公式4】t_tx lim_n=t_lim_n-S_n/T_s-t _delay_n (4)

繼之，在步驟S305中，各時間同步從裝置SS的時間計算部211，將已算出的傳訊開始時刻通知權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，時刻管理部210記憶其被告知的傳訊開始時刻。另外，各時間同步從裝置SS將其本身裝置的傳訊開始時刻通知主裝置M。

繼之，在步驟S306中，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210設定時間同步通訊頻寬。亦即，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，依據時間同步從裝置SS1、SS2、SS3的各串流大小、串流數、通訊訊框的傳訊開始時刻，設定時間同步通訊頻寬。

主裝置M將時間同步從裝置SS1、SS2、SS3的串流大小、串流數、通訊訊框的傳訊開始時刻通知權杖管理從裝置TSS1。

權杖管理從裝置TSS1，使用主裝置M所告知的資訊，依據公式(1)和公式(4)，將(t_txlim_n)到(t_txlim_n+S_n/Ts)的時間設定成一通訊週期當中的時間同步通訊的頻寬。

繼之，在步驟S307中，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，擷取在一通訊週期當中，權杖管理從裝置TSS1的空頻寬。首先，在與網路連結的主裝置M及全時間同步從裝置SS中，執行一週期的時間同步通訊。主裝置M傳送通訊開始通知的訊框，以開始時間同步通訊。從主裝置M接收該訊框的各時間同步從裝置SS，得知時間同步通訊已開始的事實，在S304中所算出的傳訊開始時刻傳送其本身裝置的訊框。

此時、權杖管理從裝置TSS1的時間計算部211記錄在一通訊週期當中其本身裝置的頻寬空置的時間。

權杖管理從裝置TSS1的資料調停部206，在其本身裝置傳送通訊訊框時、或者中繼通訊訊框時，使回線使用旗標為有效狀態(assert)。另外，權杖管理從裝置TSS1的時間計算部 211，記錄回線使用旗標為無效狀態的時間。

另外，權杖管理從裝置TSS1的時間計算部211，將通訊週期開始時刻後，頻寬空置的時間(亦即回線使用旗標為無效的時間)通知時刻管理部210。時刻管理部210記憶此結果。

繼之，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，將時間計算部211所通知的頻寬空置時間設定為非時間同步通訊頻寬。亦即，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，將時間同步通訊頻寬的空檔的時間設定為非時間同步通訊頻寬。另外，在本實施形態中，時間同步通訊頻寬之間的間隔為等間隔，因此非時間同步通訊頻寬為固定值。

繼之，在步驟S308中，權杖管理從裝置TSS1的時間計算部211計測非同步通訊(權杖傳遞)的通訊時間。權杖管理從裝置TSS1的時間計算部211，測量從權杖管理從裝置TSS1傳送出權杖訊框，到從各非時間同步從裝置AS接收權杖訊框為止的時間。另外，權杖訊框係以多點傳送(Multicast)來傳送，所以權杖管理從裝置TSS1的時間計算部211可以針對各非時間同步從裝置AS測量從非時間同步從裝置AS接收權杖訊框的時間。

繼之，在步驟S309中，權杖管理從裝置TSS1的權杖管理部212決定非時間同步通訊頻寬中的權杖路徑。所謂的權杖路徑為，能夠在非時間同步通訊頻寬內使權杖巡迴傳遞的非時間同步從裝置AS的組合及順序。權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，基於步驟S308中所計測的時間，決定能夠在非時間同步通訊頻寬內中傳遞權杖的非時間同步從裝置AS的數量。另外，時刻管理部210，將所決定出的非時間同步從裝置AS的數量通知權杖管理部212。權杖管理部212，使網路構成資訊管理部208記憶時刻管理部210所通知的非時間同步從裝置AS的數量。

權杖管理部212，判斷在非時間同步通訊頻寬中是否能夠將權杖傳遞給全部的非時間同步從裝置AS。而且，在能夠於非時間同步通訊頻寬中將權杖傳遞給全部的非時間同步從裝置AS的情況下，權杖管理部212，在各非時間同步通訊頻寬中，採用包含全部的非時間同步從裝置AS的路徑以作為權杖路徑。另一方面，在無法於非時間同步通訊頻寬中將權杖傳遞給全部的非時間同步從裝置AS的情況下，權杖管理部212針對各非時間同步通訊頻寬選擇巡迴傳遞權杖的非時間同步從裝置AS(使其與主裝置M通訊的非時間同步從裝置AS)。

具體言之，權杖管理部212，在能夠於非時間同步通訊頻寬中傳遞權杖的非時間同步從裝置AS的數量的範圍內，按照權杖傳遞的順序，針對各非時間同步通訊頻寬選擇巡迴傳遞權杖的非時間同步從裝置AS。針對各非時間同步通訊頻寬選擇的非時間同步從裝置AS所構成的路徑，被採用作為各非時間同步通訊頻寬的權杖路徑。被採用的權杖路徑的資訊被記憶在權杖管理從裝置TSS1的權杖管理部212中。

權杖管理部212所記憶的權杖路徑之資訊中，標示了巡迴傳遞權杖的非時間同步從裝置AS之組合及順序。

例如，在1個非時間同步通訊頻寬當中，非時間同步從裝置AS1、AS2兩者都能夠巡迴傳遞權杖的情況下，權杖管理部212將包含非時間同步從裝置AS1、AS2兩者的權杖路徑作為各非時間同步通訊頻寬的權杖路徑。

另一方面，在1個非時間同步通訊頻寬當中，並非非時間同步從裝置AS1、AS2兩者都能巡迴傳遞權杖的情況下，權杖管理部212，決定僅有非時間同步從裝置AS1的權杖路徑作為最初的非時間同步通訊頻寬的權杖路徑，並決定僅有非時間同步從裝置AS2的權杖路徑作為下一個非時間同步通訊頻寬的權杖路徑。

另外，權杖管理從裝置TSS1的權杖管理部212，能夠變更特定的非時間同步通訊頻寬的權杖路徑。

如上述，完成初期設定階段，並開始定週期通訊階段(步驟S310)。

更具體言之，權杖管理從裝置TSS1，當決定了權杖路徑時，將權杖路徑已決定的事實通知主裝置M，主裝置M將定週期通訊開始的通知傳送給各從裝置S。

然後，主裝置M的階段管理部107將狀態遷移到定週期通訊階段。各從裝置S中，當接收到定週期通訊開始的通知時，階段管理部207使狀態遷移到定週期通訊階段。

時間同步從裝置SS1、SS2、SS3中，時刻管理部210，當其得知定週期通訊開始時刻時，啟動計數通訊週期1週期的計時器，計時器開始計時。

時間同步從裝置SS1、SS2、SS3中，在上述計時器中，當到達步驟S304中所算出的傳訊開始時刻時，時刻管理部210指示通訊訊框產生部209使其產生通訊訊框。通訊訊框產生部209產生用於時間同步通訊的通訊訊框。所產生的通訊訊框經過資料調停部206、網路介面201、204、網路通訊埠202、203 而傳送至網路。

另外，在權杖管理從裝置TSS1中，於上述計時器終，當到達非時間同步通訊頻寬的開始時刻時，時刻管理部210指示權杖管理部212使其將權杖路徑的資訊輸出至通訊訊框產生部209。權杖管理部212將權杖路徑的資訊輸出至通訊訊框產生部209。通訊訊框產生部209，基於權杖路徑的資訊而產生權杖訊框。所產生的權杖訊框經由資料調停部206、網路介面201、204、網路通訊埠202、203而傳送至網路。權杖訊框的傳送步驟之例如第8圖所示。

首先，在權杖管理從裝置TSS1的計時器中，當到達非時間同步通訊頻寬的開始時刻時(步驟S311中[是])，則在步驟S312中，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210指示權杖管理部212使其傳送權杖訊框。權杖管理部212將已記憶著的權杖路徑的資訊輸出至通訊訊框產生部209，並指示通訊訊框產生部209使其產生權杖訊框。

繼之，在步驟S313中，通訊訊框產生部209參照從權杖管理部212輸出的權杖路徑之資訊，確認權杖訊框傳訊目的之非時間同步從裝置AS。位於權杖路徑前面開頭處的非時間同步從裝置AS為權杖訊框的傳訊目的。

繼之，在步驟S314中，通訊訊框產生部209，經由資料調停部206、網路介面201或者網路介面204、網路通訊埠202或者網路通訊埠203，將權杖訊框傳送給傳訊目的之非時間同步從裝置AS。

繼之，在步驟S315中，時刻管理部210透過網路通訊埠202或者網路通訊埠203、網路介面201或者網路介面204、資料調停部206，從位於權杖路徑最後的非時間同步從裝置AS接收權杖訊框。

在權杖管理從裝置TSS1中反覆執行上述的程序，在各非時間同步通訊頻寬中，藉由權杖訊框的傳送，指示非時間同步從裝置AS1、AS2使其向主裝置M傳送資料。

第10圖顯示定週期通訊階段中的主裝置M、權杖管理從裝置TSS1、時間同步從裝置SS2、SS3、非時間同步從裝置AS1、AS2的動作例。

在第10圖中，縱軸表示時間。S_Stream表示時間同步通訊的串流，A_Stream表示非時間同步通訊的串流。在第10圖的構成中，權杖管理從裝置TSS1執行非時間同步從裝置AS1、非時間同步從裝置AS2的權杖管理。

權杖管理從裝置TSS1，將其本身裝置的串流傳送到主裝置M之後，到中繼下一個時間同步串流(來自時間同步從裝置SS2的時間同步串流)之前的空頻寬，設定為非時間同步通訊頻寬，在此非時間同步通訊頻寬當中，將權杖訊框傳送給非時間同步從裝置AS1。在權杖訊框中包含了權杖。非時間同步從裝置AS1，當接收到權杖訊框時，即將其本身裝置的串流傳送給主裝置M。非時間同步從裝置AS1，當本身裝置的串流傳送完成後，將權杖訊框傳送給權杖管理從裝置TSS1。

繼之，權杖管理從裝置TSS1，中繼來自時間同步從裝置SS2的串流。權杖管理從裝置TSS1在中繼完成之後，將權杖訊框傳送給非時間同步從裝置AS2。非時間同步從裝置AS2 接收到權杖訊框之後，將本身裝置的串流傳送至主裝置M。非時間同步從裝置AS2，當本身裝置的串流傳送完成後，將權杖訊框傳送給權杖管理從裝置TSS1。

因為是由主裝置M演算並更新從裝置S的控制資訊，所以非時間同步從裝置AS1、AS2將權杖訊框以外的訊框傳送至主裝置M。主裝置M依一定的週期將已更新的資料傳送給非時間同步從裝置AS1、AS2。

在定週期通訊階段中反覆執行以上的動作。

實施形態之效果的說明

如上述，依據本實施形態，在時間同步從裝置和非時間同步從裝置混和存在的網路中，在時間同步通訊之間的空頻寬中進行權杖傳遞，藉此，毋須設定像過去那樣在整個網路中僅進行權杖傳遞的時隙，故能夠確保時間同步通訊、非時間同步通訊的即時性。另外，依據本實施形態，能夠有效利用通訊頻寬，並能縮短通訊週期。

實施形態2

在本實施形態中，針對有複數個權杖管理從裝置的通訊系統進行說明。

構成的說明

第11圖顯示本實施形態之通訊系統的構成例。

如第11圖所示，在本實施形態的通訊系統中有複數個權杖管理從裝置。

另外，在本實施形態的通訊系統中，時間同步從裝置SS及非時刻時同期從裝置AS屬於複數個權杖管理群組當中的任一者。各權杖管理群組中包含了1個權杖管理從裝置。

在第11圖的例中，權杖管理從裝置TSS1、非時間同步從裝置AS1-1、非時間同步從裝置AS1-2屬於權杖管理群組1；而權杖管理從裝置TSS2、非時間同步從裝置AS2-1、非時間同步從裝置AS2-2、時間同步從裝置SS3屬於權杖管理群組2。

另外，以下將權杖管理從裝置TSS1、權杖管理從裝置TSS2總稱之為權杖管理從裝置TSS。

另外，對權杖管理群組設定有優先順位。

在本實施形態中，權杖管理群組1的優先順位高於權杖管理群組2。

在本實施形態中，主裝置M、從裝置S的硬體構成例與第2圖所示者相同。

另外，主裝置M的通訊裝置02之功能構成例與第3圖所示者相同，從裝置S的通訊裝置02的功能構成例與第4圖所示者相同。

以下主要就本實施形態與實施形態1的差異進行說明。以下未說明的事項則與實施形態1相同。

動作的說明

在本實施形態中，進行權杖管理從裝置TSS之間的權杖傳遞之開始時間點的排程。亦即，在本實施形態中，調整在權杖管理從裝置TSS間的權杖傳遞開始時刻。藉由此處理，使得各非時間同步從裝置AS不會同時開始權杖傳遞。執行此處理的理由如後述。

若各非時間同步從裝置AS同時進行權杖傳遞，各非時間同步從裝置AS在傳送本身裝置的訊框的時候，會接收到來自其他非時間同步從裝置AS的訊框。在此情況下，各非時間同步從裝置AS，在完成本身裝置的訊框之傳送之前，無法中繼來自其他非時間同步從裝置AS的訊框，在訊框中繼時產生延遲。因為發生了此中繼的延遲，非時間同步從裝置AS的訊框傳訊時間點相對於主裝置M對非時間同步從裝置AS所要求的傳訊時間點發生延遲。為了防止此種延遲，調整在權杖管理從裝置TSS間的權杖傳遞開始時刻，以使得各非時間同步從裝置AS不會同時進行權杖傳遞。

繼之，參照第13圖的流程圖說明本實施形態的動作例。

第13圖顯示第6圖所示之S300~S305完成後的處理。

步驟S306與實施形態1中所說明的步驟S306相同，故省略其說明。

在通訊系統中有複數個權杖管理從裝置TSS的情況下，主裝置M通知各權杖管理從裝置TSS在通訊系統中存在著複數個權杖管理從裝置TSS。各權杖管理從裝置TSS在S306的處理後，執行S401的判斷。在存在著複數個權杖管理從裝置TSS的情況下(步驟S401[是])，執行步驟S403；在通訊系統中只有1個權杖管理從裝置TSS的情況下(步驟S401中[否])，在步驟S402中，執行實施形態1中所說明的步驟S307~S310。

在步驟S403中，各權杖管理從裝置TSS的時刻管理部210擷取空頻寬。空頻寬的擷取程序和實施形態1中所說明的步驟S307相同。

繼之，在步驟S404中，各權杖管理從裝置TSS的時間計算部211計測非時間同步通訊(權杖傳遞)的通訊時間。

亦即，各權杖管理從裝置的時間計算部211，執行實施形態1中所說明的步驟S308的處理，測定從權杖管理從裝置TSS傳送權杖訊框到從屬於同一個權杖管理群組的非時間同步從裝置AS接收權杖訊框為止的時間。

在第11圖的構成例中，權杖管理從裝置TSS1的時間計算部211測定從權杖管理從裝置TSS1傳送權杖訊框到接收來自非時間同步從裝置AS1-1、AS1-2的權杖訊框為止的時間。另外，權杖管理從裝置TSS2的時間計算部211測定從權杖管理從裝置TSS2傳送權杖訊框到從非時間同步從裝置AS2-1、AS2-2接收權杖訊框為止的時間。另外，各權杖管理從裝置TSS並行S404的計測。

繼之，在步驟S405中，優先度n的權杖管理從裝置TSS的時刻管理部210，決定非時間同步通訊頻寬中的權杖路徑。亦即，依序從屬於優先順位高的權杖管理群組的權杖管理從裝置TSS開始決定在非時間同步通訊頻寬中的權杖路徑。權杖路徑的決定程序和實施形態1中所說明的S309相同。

本實施形態中，權杖管理群組1的優先順位高於權杖管理群組2，所以先由權杖管理從裝置TSS1決定權杖路徑。

例如在第12圖中，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，將空頻寬1設定為所屬群組之權杖管理群組1的非時間同步通訊頻寬。

而且，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210，判斷是否能在空頻寬1中，於非時間同步從裝置AS-1、AS-2巡迴傳遞權杖，以決定權杖管理群組1中的權杖路徑。在空頻寬1中能夠於非時間同步從裝置AS-1、AS-2中巡迴傳遞權杖的情況下，時刻管理部210決定包含了非時間同步從裝置AS-1、AS-2的權杖路徑。另一方面，在空頻寬1中只能將權杖傳遞給非時間同步從裝置AS-1的情況下，時刻管理部210在空頻寬1中決定只包含非時間同步從裝置AS-1的權杖路徑。而且，時刻管理部210，在空頻寬2中決定只包含非時間同步從裝置AS-2的權杖路徑。再者，權杖路徑的決定程序和實施形態1中所說明的步驟S309相同。

若有次高優先度的權杖管理從裝置TSS(步驟S406中[是])，則次高優先度的權杖管理從裝置TSS的時刻管理部210，在步驟S405中決定該權杖管理群組的權杖路徑。

在第11圖的例中，權杖管理從裝置TSS2決定權杖路徑。另外，在第12圖的例中，若權杖管理從裝置TSS1執行步驟S405後仍有一部分空頻寬1殘留的話，權杖管理從裝置TSS1的時刻管理部210將空頻寬1殘留的頻寬通知權杖管理從裝置TSS2的時刻管理部210。權杖管理從裝置TSS2的時刻管理部210，將空頻寬1的殘留頻寬設定為所屬群組之權杖管理群組2的非時間同步通訊頻寬。繼之，權杖管理從裝置TSS2的時刻管理部210，判斷是否能在空頻寬1的殘留頻寬中，於非時間同步從裝置AS2-1、AS2-2中巡迴傳遞權杖，以決定權杖管理群組2中的權杖路徑。

當在所有的權杖管理群組的權杖管理從裝置TSS 中都已經決定好權杖路徑時(步驟S406中[否])，在步驟S407中，結束初期設定階段，並開始定週期通訊階段。

步驟S407和實施形態1中所說明的步驟S301相同。

實施形態的效果的說明

如上述，依據本實施形態，分散配置權杖管理從裝置，各權杖管理從裝置在適當的時間點執行權杖傳遞(非時間同步通訊)，藉此能夠縮短非時間同步通訊所佔用的頻寬。因此，在有大量時間同步從機和非時間同步從機混和存在的大規模的網路中，也能夠避免因為非時間同步通訊而拉長通訊週期，而能夠實現短週期通訊。