TWI569607B - Relay device - Google Patents
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Description
本發明係關於構成環狀網路(ring network)的中繼裝置。
在產業領域中,乙太網路(Ethernet)(登録商標)化持續進行中,連結FA(Factory Automation)機器的網路(network)(以下稱之為FA網路)由乙太網路所構築。在FA網路中,在實現高速且高精度的動作(motion)控制的情況下,在各個節點(node)或中繼裝置中,尤其是對於時刻同步用的訊框(frame),有時會要求要以固定延遲轉送以使其沒有延遲波動。
在上述系統(system)中,並不適用執行先將訊框暫時存放在記憶體(memory)中然後再將其轉送的儲存(store)及轉送(forward)方式的轉送控制之裝置。此係因為訊框長為可變長的乙太網路訊框(Ethernet frame),其轉送延遲隨著訊框長度而異。
在為環(ring)狀的網路之環狀網路中也有同樣的問題。亦即,即使在構成環狀網路的各裝置用固定延遲進行轉送的情況下,依據發生障礙的裝置或通信線路的位置,延遲時間有時會因為順時針或逆時針的轉送方向而不同。
專利文獻1記載的發明,係作為解決環狀網路中的上述問題的已知技術。在專利文獻1記載的發明中,主(master)局和複數的從(slave)局被連接為環狀,主局對於從局,經由順時針和逆時針的二個路徑分別週期性地傳送既定的同步訊框,從局包括後述元素以進行同步:從時鐘(slave clock)、針對二個路徑個別設定同步有效區間的同步有效區間設定部、僅於同步訊框接收終了時刻包含於前記同步有效區間時依據該同步訊框修正從時鐘的同步修正部。
專利文獻1:日本特開2011-199420公報
但是,專利文獻1記載的發明中,主節點(master node)或從節點(slave node)本身進行時刻同步,無法適用於透過乙太網路交換器(Ethernet switch)等的通信裝置之構成的網路。
本發明有鑑於此,其目的在於獲致在環狀網路中實現時刻同步的中繼裝置。
為了解決上述課題並達成目的,本發明為構成環狀網路的中繼裝置,其包括:第1儲列,其在接收到由其他中繼裝置從環狀網路外轉送至環狀網路內的右旋路徑的既定訊框的情況下,保存該訊框;第2儲列,其在接收到由前記其他
中繼裝置從環狀網路外轉送到環狀網路內的左旋路徑的既定訊框的情況下,保存該訊框;及延遲調整部,其基於從前記其他中繼裝置到本身的前記右旋路徑中的訊框轉送時間和從前記其他中繼裝置到本身的前記左旋路徑中的訊框轉送時間,對於前記第1儲列或前記第2儲列發出指示,使其將延遲附加於所保存著的訊框後將該訊框輸出。
依據本發明的中繼裝置,在環狀網路中即使發生路徑切換,訊框的轉送延遲時間也不會改變,因此能夠有可實現能時刻同步的環狀網路之效果。
11,12,13,14,15,16‧‧‧交換器裝置
21‧‧‧主節點
22,23,24‧‧‧從節點
30,31,32‧‧‧環閉塞埠
40‧‧‧故障
41,42‧‧‧通信路徑
201,205,303,304‧‧‧延遲調整儲列
202,206‧‧‧固定延遲儲列
203,207,305‧‧‧通常儲列
204,208,306‧‧‧讀出控制部
209,307‧‧‧延遲調整部
301,302‧‧‧訊框轉送部
401,502‧‧‧同步用訊框
402,503‧‧‧同步用訊框監聽部
403,504‧‧‧延遲計測部
404,501‧‧‧交換器部
1‧‧‧環網路
第1圖為顯示構成為包含本發明的中繼裝置之通信系統的一例的圖。
第2圖為顯示第1圖所示環狀網路的邏輯構成的圖。
第3圖為顯示發生故障的環狀網路之一例的圖。
第4圖為顯示第3圖所示環狀網路的邏輯構成的圖。
第5圖為顯示交換器裝置之傳送處理部之一例的圖。
第6圖為顯示交換器裝置之接收處理部之一例的圖。
第7圖為顯示主節點所連接的交換器裝置之主要部之一例的圖。
第8圖為顯示從節點所連接的交換器裝置的主要部之一例的圖。
第9圖為顯示延遲時間的計測動作之順序(sequence)圖。
以下,基於圖式詳細說明本發明之中繼裝置的實施形態。再者,本發明並不限定於此實施形態。
第1圖為顯示構成為包含本發明的中繼裝置之通信系統的一例的圖。
在第1圖所示的通信系統中,交換器(switch)裝置11~交換器裝置16構成環狀網路1。這些交換器裝置相當於本發明的中繼裝置,透過乙太網路纜線(Ethernet cable)和其他的交換器裝置連接。主節點21透過乙太網路纜線連接於交換器裝置11。同樣地,節點22、節點23、及節點24分別透過乙太網路纜線而連接於交換器裝置12、交換器裝置13、及交換器裝置14。主節點21係為持有系統全體的主時刻,並定期傳送時刻同步用的訊框之節點。從節點22~從節點24,當其透過環狀網路1接收從主節點21以固定延遲轉送傳送來的時刻同步用的訊框時,即使用所接收的訊框中所包含的主時刻的情報進行與主節點21的時刻同步。
在交換器裝置12設有環閉塞埠(port)30。此環閉塞埠30,為ITU-T G.8032中所規定的乙太網路環保護(Ethernet ring protection)(ERP)之閉塞埠。使用者訊框(user frame)不從此閉塞埠轉送。亦即,第1圖所示環狀網路1的邏輯構成,係為如第2圖所示。在此情況下,例如主節點21和從節點23,處於透過虛線所示通信路徑41進行通信的狀態。
在此,例如在發生了如第3圖所示的故障40(亦即
在交換器裝置13和交換器裝置14之間發生線路故障)的情況下,新設定環閉塞埠31及環閉塞埠32並將環閉塞埠30解除。其結果為,故障發生後的環狀網路1的邏輯構成成為如第4圖所示的情況。另外,主節點21和從節點23無法透過第2圖所示的通信路徑41繼續通信,所以切換為透過第4圖中以虛線表示的通信路徑42進行通信。
繼之,說明交換器裝置13的構成。在此,在此說明交換器裝置13作為一例,但其他交換器裝置也是一樣。
第5圖為顯示交換器裝置13之構成要素當中,處理向主節點21傳送的訊框的各構成要素(傳送處理部)之一例的圖。如第5圖所示,傳送處理部包括延遲調整儲列201及205、固定延遲儲列202及206、通常儲列203及207、讀出控制部204及208、和延遲調整部209。
延遲調整儲列201,將從節點23輸入的朝向主節點21的固定延遲訊框(亦即在連接於本身的從節點23和主節點21之間送接收的固定延遲訊框)存放於儲列(queuing)。固定延遲儲列202,將從構成環狀網路的其他交換器裝置輸入的固定延遲訊框存放於儲列。通常儲列203,將從節點23輸入的訊框當中,不必以固定延遲轉送的訊框(以下稱之為通常訊框)存放於儲列。讀出控制部204,依既定的順序從延遲調整儲列201、固定延遲儲列202及通常儲列203讀取訊框,並向順時針側(交換器裝置12)輸出。以上係為處理於順時針轉送的訊框的構成要素。
延遲調整儲列205,將從節點23輸入的朝向主節點
21的固定延遲訊框存放於儲列。固定延遲儲列206,將從構成環狀網路的其他交換器裝置輸入的固定延遲訊框存放於儲列。通常儲列207,將通常訊框存放於儲列。讀出控制部208,依既定的順序從延遲調整儲列205、固定延遲儲列206及通常儲列207讀取訊框,並向逆時針側(交換器裝置14)輸出。以上為處理以逆時針轉送之訊框的構成要素。
延遲調整部209,對延遲調整儲列201及延遲調整儲列205進行延遲時間的設定,調整以使得即使是在順時針路徑和逆時針路徑中的任一個路徑轉送訊框時,也能夠使延遲時間固定(使得到達主節點21之前的延遲時間為相同)。
第6圖為顯示交換器裝置13的構成要素當中,處理從主節點21傳送的訊框之各構成要素(接收處理部)之一例的圖。如第6圖所示,接收處理部包括訊框轉送部301及302、延遲調整儲列303及304、通常儲列305、讀出控制部306、和延遲調整部307。
訊框轉送部301,從順時針的路徑接收訊框(從交換器裝置14接收訊框)。當所接收的訊框以隸屬其下的從節點23為傳送目的時,判斷其為固定延遲訊框或通常訊框,若為固定延遲訊框則轉送到延遲調整儲列303,若為通常訊框則轉送至通常儲列305。另外,所接收之訊框並非以從節點23為傳送目的時,向順時針路徑轉送(向交換器裝置12轉送)。另一方面,訊框轉送部302,從逆時針路徑接收訊框(從交換器裝置12接收訊框)。當所接收的訊框以隸屬其下的從節點23為傳送目的時,判斷其為固定延遲訊框或通常訊框,若為固定延遲訊框則
轉送至延遲調整儲列304,若為通常訊框則轉送至通常儲列305。另外,所接收之訊框並非以從節點23為傳送目的時,向逆時針的路徑轉送(向交換器裝置14轉送)。
延遲調整儲列303將於順時針路徑傳送來的固定延遲訊框存在於儲列,延遲調整儲列304將於逆時針路徑傳送來的固定延遲訊框存放於儲列。通常儲列305將通常訊框存放於儲列。
讀出控制部306,依既定的順序從延遲調整儲列303、延遲調整儲列304及通常儲列305讀取訊框並向從節點23輸出。延遲調整部307,對延遲調整儲列303及304進行延遲時間的設定,調整以使得即使是來自主節點21的訊框於順時針路徑或逆時針路徑中轉送時,也能夠使延遲時間固定。
另外,為了方便說明,傳送處理部和接收處理部都分別具有延遲調整部,但也可以於傳送處理部和接收處理部的外部設置1個延遲調整部,由單一個延遲調整部對於傳送處理部的延遲調整儲列201和205、以及接收處理部的延遲調整儲列303和304指示其附加於訊框的延遲時間。
繼之,說明本實施形態的交換器裝置之動作。說明交換器裝置13的動作以作為一例。在此,係以交換器裝置13事先已知主節點21所連接的交換器裝置11以順時針傳送訊框時到其本身之前的延遲時間(從交換器裝置11傳送訊框到其到達本身為止的延遲時間)及交換器裝置11以逆時針傳送訊框時的延遲時間,進行說明。另外,交換器裝置11以順時針傳送訊框的情況下到交換器裝置13之前的延遲時間,與交換器裝置13
以逆時針傳送訊框的情況下到交換器裝置11之前的延遲時間相同。交換器裝置13,於預測延遲時間會改變的情況(例如建構環狀網路的情況或構成環狀網路的交換器裝置的數量改變的情況、替換已故障之交換器裝置的情況等),在各路徑中傳送及接收延遲時間測定用的控制訊框,並測定在各路徑中的延遲時間。在本實施形態中,從交換器裝置13到交換器裝置11為止之順時針路徑中的延遲時間為2μs,在逆時針路徑中的延遲時間為4μs。
在此情況下,順時針路徑中的延遲時間較逆時針路徑中的延遲時間短2μs。因此,在第5圖所示之傳送處理部中,延遲調整部209,對於從節點23輸入的訊框當中收取並保存於順時針路徑中向主節點21傳送的固定延遲訊框之延遲調整儲列201,指示2μs的固定延遲轉送。亦即,指示其附加2μs的延遲後再輸出。對於延遲調整儲列205則未指示延遲之附加。另一方面,在第6圖所示之接收處理部中,延遲調整部307,對於收取並保存於逆時針路徑中轉送的訊框之延遲調整儲列304,指示2μs的固定延遲轉送。
藉此,交換器裝置13,使得從節點23傳送之訊框到達主節點21為止的延遲時間,能夠固定化而不隨著轉送路徑而改變。另外,能夠使從主節點21傳送之訊框到達從節點23為止的延遲時間固定化而不隨著轉送路徑而改變。
在第2圖所示之構成的網路中,自從節點23送出的固定延遲訊框,以4μs對主節點21轉送。另一方面,在發生如第4圖所示故障時的狀態下,自從節點23送出的固定延遲訊
框,於交換器裝置13的延遲調整儲列201中追加了2μs的延遲,所以也是和逆時針一樣以4μs對主節點21轉送。另外,自主節點21向從節點23的固定延遲訊框,在一般狀態(故障發生前的第2圖所示之狀態)中,以順時針到達交換器裝置13,在此情況下的延遲時間為4μs。另一方面,故障發生時(第4圖所示狀態),訊框以2μs的延遲時間到達交換器裝置13,在延遲調整儲列304中追加了2μs的延遲,藉此其轉送時間同樣為4μs。
另外,本實施形態中已說明的交換器裝置13的動作,係為主節點21所連接的交換器裝置11中未進行延遲調整之情況的動作。因此,交換器裝置13構成為,向交換器裝置11傳送訊框的情況以及從交換器裝置11接收訊框的情況下,都進行延遲時間調整。在交換器裝置11具有調整延遲時間的功能的情況下,交換器裝置13只要在固定延遲訊框的傳送處理或接收處理中調整延遲時間即可。例如,交換器裝置11在固定延遲訊框的接收處理中執行上述的附加2μs延遲的情況下,交換器裝置13,在訊框的傳送處理中就不調整延遲時間。不過,主節點21所連接的交換器裝置11進行延遲調整的情況下,必須要管理到從節點所連接的各交換器裝置的延遲時間,對於訊框傳送目的的各交換器裝置賦予不同值的延遲,而使得處理變得複雜而且使負荷變大。因此,從節點所連接的各交換器裝置在傳送時及接收時都進行延遲調整為佳。
上述說明了交換器裝置13,而從節點所連接的其他交換器裝置(交換器裝置12、14等)也是一樣。
如上述,本實施形態的交換器裝置,事先存有將
固定延遲訊框以順時針傳送的情況及以逆時針傳送的情況的環狀網路中的延遲時間之差異的資訊,因應固定延遲訊框的轉送路徑而進行延遲調整。具體言之,在延遲小的路徑中傳送固定延遲訊框的情況及在延遲小的路徑接收固定延遲訊框的情況下,要附加延遲。藉此,即使在環狀網路中發生故障而實施路徑切換的情況下,也能夠繼續固定延遲訊框的固定延遲轉送。另外,在過去的技術中,於主節點或從節點本身進行用以進行時刻同步的動作,但在透過乙太網路交換器等的通信裝置的情況下也能夠進行固定延遲轉送而實現時刻同步。
另外,在實現各從節點個別管理的本機(local)時刻和主節點管理的主時刻的同步的情況下,各交換器裝置,只要將主節點向各從節點目的傳送的時刻同步用訊框予以固定延遲轉送即可。亦即,各交換器裝置至少在接收向本身所連接的從節點轉送的時刻同步用訊框的情況下,進行延遲調整即可。
本實施形態中,係假設將時刻同步用的訊框予以固定延遲轉送的情況進行說明,但本實施形態亦可適用於將時刻同步用的訊框以外的訊框予以固定延遲轉送的情況。
在實施形態1中,係以主節點21所連接的交換器裝置11事先已知各路徑(順時針路徑、逆時針路徑)中的轉送延遲時間為前提進行說明,繼之,說明動態取得轉送延遲時間以實現固定延遲轉送的實施形態。另外,通信系統的整體構成與實施形態1相同(參照第1圖)。
第7圖為顯示主節點21所連接的交換器裝置11之主要部份之一例之圖。另外,交換器裝置11當然也具備相同於實施形態1中已說明的交換器裝置13所具備的傳送處理部或接收處理部(參照第5圖及第6圖)之構成要素,不過在第7圖中,為了簡化說明而省略其記載。在第7圖中,僅顯示與動態取得轉送延遲時間的動作有關的構成要素。
如第7圖所示,交換器裝置11具有同步用訊框監聽(frame snoop)部402、延遲計測部403及交換器部404,以作為用以取得轉送延遲時間的構成。同步用訊框監聽部402,每當接收訊框時,即監聽已接收的訊框以確認其是否為以從節點為目的的同步用訊框。延遲計測部403,基於同步用訊框監聽部402的監聽結果計測在各路徑中的延遲時間。交換器部404,在與其他交換器裝置之間傳送接收訊框。例如,傳送接收後述延遲計測要求(request)或延遲計測回應(answer)等。
在第7圖所示的交換器裝置11中,主節點21所連接的埠(未圖示)為接收主節點21定期傳送的同步用訊框401的元件。在此情況下,同步用訊框監聽部402檢測得知主節點21與其本身(交換器裝置11)連接並且定期傳送同步用訊框401的事實。同步用訊框監聽部402,當其檢測得知同步用訊框401定期自主節點21傳送來的事實時,即將此事實通知延遲計測部403。接收到此通知的延遲計測部403,對於交換器部404,指示其接收到計測延遲時間的訊框時即將其轉送給其本身。
第8圖為顯示從節點23所連接的交換器裝置13的主要部之一例的圖。和第7圖一樣,為了簡化說明,省略關於
相同於實施形態1中已說明的傳送處理部或接收處理部(參照第5圖及第6圖)的構成要素之記載。
如第8圖所示,交換器裝置13包括:交換器部501、同步用訊框監聽部503及延遲計測部504。將此第8圖及第7圖比較即可知,交換器裝置13和交換器裝置11的基本構成是一樣的。不過,各構成要素的動作相異。亦即,各交換器裝置,在連接著主節點的情況和連接著從節點的情況下,執行不同的動作。
在連接著從節點23的交換器裝置13中,交換器部501,由順時針路徑或逆時針路徑接收自主節點21傳送來的同步用訊框時,將其轉送至同步用訊框監聽部503。同步用訊框監聽部503,由交換器部501接收同步用訊框時,對延遲計測部504指示延遲時間之計測。延遲計測部504,當接收延遲時間的計測指示時,按照第9圖所示的順序,計測和主節點21連接的交換器裝置11之間的延遲時間。亦即,延遲計測部504,與交換器裝置11之間,按照第9圖的順序,傳送接收用於延遲時間計測的訊框。具體言之,傳送延遲計測要求,並接收延遲計測回應作為相對應的應答。按照第9圖的順序之訊框傳送接收,在順時針路徑及逆時針路徑雙方進行。此時,同步用訊框監聽部503,控制以使得在延遲計測部504中的延遲時間計測完成之前,不將同步用訊框502向從節點側轉送。延遲計測部504,當延遲時間的計測完成時即將此訊息通知同步用訊框監聽部503,接收了此通知的同步用訊框監聽部503,再開使向從節點側的同步用訊框502轉送動作。
使用第9圖,詳細說明延遲計測部504之延遲時間的計測動作。
如第9圖所示,首先,交換器裝置13的延遲計測部504,保持本機(local)時刻(T0),並將附有本機時刻(T0)之情報的訊框向交換器裝置11傳送以作為延遲計測要求。繼之,在已接收延遲計測要求的交換器裝置11中,延遲計測部403,將附有內部處理時間(Tm)的訊框送回以作為延遲計測回應。另外,交換器裝置11,將延遲計測回應向著已接收延遲計測要求的方向傳送。亦即,於順時針路徑接收延遲計測要求的情況下,交換器裝置11以逆時針路徑傳送延遲計測回應。例如,交換器裝置11,經由交換器裝置12接收來自交換器裝置13的延遲計測要求的情況下,經由交換器裝置12將延遲計測回應送回。交換器裝置13的延遲計測部504,當接收延遲計測回應時,確認接收時刻(T1),並依據後式(1)算出延遲時間Td。延遲計測部504,將所算出的延遲時間Td通知延遲調整部209及延遲調整部307(參照第5圖及第6圖)並使其保持之,或者使其保持於記憶部(圖示省略)中。延遲計測部504亦可事先保持延遲時間Td,再因應延遲調整部209或延遲調整部307傳來的要求進行通知。
Td=(Ts-Tm)/2=(T1-T0-Tm)/2...(1)
延遲計測部504,針對順時針路徑及逆時針路徑雙方,算出延遲時間Td。
如上述,依據本實施形態,交換器裝置,自動檢出主節點,並測定在順時針路徑及逆時針路徑雙方的延遲時間,所以,即使在環構成的網路中發生故障的情況下,也能夠
實現固定延遲轉送。
另外,依一定週期執行本實施形態中所說明的延遲時間Td的計測動作,藉此,可進行實施形態1無法做到的延遲時間Td的更新,即使延遲時間改變也能繼續進行固定延遲轉送。
另外,為了實現本實施形態,環閉塞埠30採用和乙太網路環(Ethernet ring)的控制用訊框相同方式轉送同步用訊框,主節點連接的交換器裝置,當其接收已經繞行環一周的同步用訊框時,即將其丟棄。
如上述,本發明的中繼裝置,適用於在環狀網路實現訊框的固定延遲轉送的情況。
13‧‧‧交換器裝置
301‧‧‧訊框轉送部
302‧‧‧訊框轉送部
303‧‧‧延遲調整儲列
304‧‧‧延遲調整儲列
305‧‧‧通常儲列
306‧‧‧讀出控制部
307‧‧‧延遲調整部
Claims (7)
- 一種中繼裝置,其係為構成環狀網路的中繼裝置,其包括:第1儲列,其在接收到由其他中繼裝置從環狀網路外轉送至環狀網路內的右旋路徑的既定訊框的情況下,保存該訊框;第2儲列,其在接收到由前記其他中繼裝置從環狀網路外轉送到環狀網路內的左旋路徑的既定訊框的情況下,保存該訊框;及延遲調整部,其基於從前記其他中繼裝置到本身的前記右旋路徑中的訊框轉送時間和從前記其他中繼裝置到本身的前記左旋路徑中的訊框轉送時間,對於前記第1儲列或前記第2儲列發出指示,使其將延遲附加於所保存著的訊框後將該訊框輸出。
- 如申請專利範圍第1項所述之中繼裝置,其中:從前記其他中繼裝置將前記既定訊框傳送到前記右旋路徑後,直到儲存於前記第1儲列中,再從前記第1儲列輸出所需要的時間為第1所要時間,從前記其他中繼裝置將前記既定訊框傳送到前記左旋路徑後,直到儲存於前記第2儲列,再從前記第2儲列輸出所需要的時間為第2所要時間的時候,前記延遲調整部對前記第1儲列或前記第2儲列發出指示,以使得前記第1所要時間和前記第2所要時間相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之中繼裝置,其中:前記第1儲列及前記第2儲列保存傳送端為管理主時刻的主節點,且必須以固定延遲轉送的訊框。
- 如申請專利範圍第1項所述之中繼裝置,其包括:第3儲列,從環狀網路外接收本身向環狀網路內的右旋路徑轉送,且前記其他中繼裝置向環狀網路外轉送的既定訊框的情況下,保存該訊框;第4儲列,從環狀網路外接收本身向環狀網路內的左旋路徑轉送,且前記其他中繼裝置向環狀網路外轉送的既定訊框的情況下,保存該訊框;其中,前記延遲調整部,基於從前記其他中繼裝置到本身的前記右旋路徑中的訊框轉送時間以及從前記其他中繼裝置到本身的前記左旋路徑中的訊框轉送時間,對於前記第3儲列或前記第4儲列發出指示,使其將延遲附加於所保存著的訊框後將該訊框輸出。
- 如申請專利範圍第4項所述之中繼裝置,以前記既定訊框儲存於前記第3儲列後向前記右旋路徑傳送、再到達前記其他中繼裝置為止所耗費的時間為第3所要時間,前記既定訊框儲存於前記第4儲列後向前記左旋路徑傳送、再到達前記其他中繼裝置為止所耗費的時間為第4所要時間時,前記延遲調整部給予前記第3儲列或前記第4儲列指示,以使得前記第3所要時間和前記第4所要時間相同。
- 如申請專利範圍第4項所述之中繼裝置,前記第3儲列及前記第4儲列,保存以管理主時刻的主節點為傳送目的,且必須以固定延遲轉送的訊框。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之中繼裝置,更包括延遲時間計測部,其將其他中繼裝置設定為訊框轉送 時間測定用之訊框的傳送目的,並向前記右旋路徑及前記左旋路徑傳送,基於將該訊框轉送時間測定用的訊框向前記右旋路徑傳送的時刻以及向前記左旋路徑傳送的時刻、及於前記右旋路徑及前記左旋路徑接收對該訊框轉送時間測定用之訊框的應答訊框的時刻,算出從前記其他中繼裝置到本身的前記右旋路徑中的訊框轉送時間以及從前記其他中繼裝置到本身的前記左旋路徑之訊框轉送時間。
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