WO2010073346A1

WO2010073346A1 - 通信管理装置、通信装置および通信方法

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Publication number: WO2010073346A1
Application number: PCT/JP2008/073632
Authority: WO
Inventors: 中村　真人; 竜三藪崎; 富嗣杉本
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-01
Also published as: US8908566B2; KR101253931B1; KR20110097896A; TWI405436B; CN102265561A; US20110261725A1; JPWO2010073346A1; DE112008004245B4; CN102265561B; DE112008004245T5; TW201025931A; JP5084916B2

Abstract

　１台の通信管理装置と１台以上のスレーブ局からなる複数のネットワークが動作中にスイッチングハブなどを介して誤って接続された場合に、他のネットワークから受信したデータを自ネットワークのデータと区別して排除する通信管理装置を得る。ネットワーク内でのトークンフレームの送信順序を決定し、論理リングを構成する論理リング構成部２１と、自装置のＭＡＣアドレスからマルチキャストアドレスを生成するマルチキャストアドレス生成部２３と、論理リングを構成するスレーブ局にマルチキャストアドレスを通知するマルチキャストアドレス通知部２５と、宛先アドレスにマルチキャストアドレスを設定したフレームを送信し、受信したフレームの宛先アドレスが前記マルチキャストアドレスに一致しない場合には、フレームの受信処理を行わないトークンフレーム処理部２６とデータフレーム通信処理部２７と、を備える。

Description

通信管理装置、通信装置および通信方法

　この発明は、イーサネット（登録商標）で接続された通信ノード間でトークンフレームを用いて通信を行う通信管理装置、通信装置および通信方法に関するものである。

　ＦＡ（Factory　Automation）システムは、制御対象機器と、制御対象機器の状態を入力データとして所定の演算処理を行い、制御対象機器の動作条件を出力データとして出力するプログラマブルコントローラと、を備えるが、プログラマブルコントローラと制御対象機器に通信手段を設け、ネットワークで接続することによって、リアルタイムな制御を可能としている。つまり、制御対象機器に設けられる通信手段はスレーブ局として、プログラマブルコントローラに設けられる通信手段はスレーブ局のデータ送信を制御する通信管理局として機能させ、通信管理局は、スレーブ局からデータを受信し、受信したデータを用いて制御対象機器を制御するためのデータを演算してスレーブ局に送信する処理を周期的に行っている。このとき、通信管理局は、データ通信のリアルタイム性を保証するように、各スレーブ局によるデータ送信のタイミングを制御している。

　このようなＦＡシステムは、１台のマスタ局と複数台のスレーブ局が接続され、マスタ局が１台の場合には、ネットワーク管理もマスタ局で実施することが一般的である。しかし、複数台のマスタ局と、各マスタ局によって管理される複数台のスレーブ局と、が、同一セグメントのネットワークに存在する場合には、複数あるいずれかのマスタ局が、通信管理局（ネットワーク管理局）としての顔を持つことになる。この場合、１台のマスタ局と、このマスタ局によって管理される複数台のスレーブ局とが、１つのグループを構成しており、同一セグメントのネットワークに複数のグループが存在することになる。このような構成において、各グループ内でやり取りされるデータをマルチキャスト通信によって送信することで、自グループのデータを他のグループのデータと区別することができる（たとえば、特許文献１参照）。

特開平４－３４３５４３号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のＦＡシステムでは、ネットワーク管理者がＦＡシステム内の通信ノードについて、工場内で設置される異なるネットワーク（＝異なるセグメント）ごとにユニークとなるようにグループ分けを行っていた。そのため、ＦＡシステムに設けられる通信ノードの数が多くなればなるほど、設定の間違いが発生してしまう可能性が高くなる。また、通信ノードの数が多くなると、ネットワーク管理者の数も多くなり、異なるネットワーク管理者によって設定されることによる設定の間違いも発生してしまう可能性がある。そして、この設定の間違いによって、他のグループに属する通信ノードからのデータをプログラマブルコントローラで誤処理してしまう虞があった。

　この発明は上記に鑑みてなされたもので、１台の通信管理装置（＝マスタ局）と複数台のスレーブ局がイーサネット（登録商標）で接続されてなる複数のネットワークが、動作中にスイッチングハブなどを介して誤接続された場合でも、他のネットワークから受信したデータを自ネットワークのデータと区別して排除することができる通信管理装置、通信装置および通信方法を得ることを目的とする。

　上記目的を達成するため、この発明にかかる通信管理装置は、同一セグメントのネットワーク内に、１台の通信管理装置と１台以上のスレーブ局とがイーサネット（登録商標）ケーブルで接続されてなるグループが形成され、前記グループ内で送信権を示すトークンフレームを巡回順序にしたがって通信ノード間を巡回させてデータの送信を管理する通信管理装置であって、ブロードキャストで送信される範囲に存在する前記スレーブ局と自装置とで、送信権を示すトークンフレームの送信順序を決定し、論理リングを構成する論理リング構成手段と、自装置のＭＡＣアドレスからマルチキャストアドレスを生成するマルチキャストアドレス生成手段と、前記マルチキャストアドレスを記憶するマルチキャストアドレス記憶手段と、前記論理リングを構成する前記スレーブ局に前記マルチキャストアドレスを通知するマルチキャストアドレス通知手段と、宛先アドレスに前記マルチキャストアドレスを設定したフレームを送信し、受信したフレームの前記宛先アドレスが前記マルチキャストアドレス記憶手段に記憶されているマルチキャストアドレスに一致するかを判定し、一致しない場合には、前記フレームの受信処理を行わずに前記フレームをスイッチするフレーム通信処理手段と、を備えることを特徴とする。

　この発明によれば、通信管理装置が論理リングを構成するスレーブ局に、自装置のＭＡＣアドレスから生成したマルチキャストアドレスを通知し、論理リング内ではこのマルチキャストアドレスを用いてブロードキャストフレームとして送信を行い、受信時には宛先アドレスが上記マルチキャストアドレスであるか否かで受信処理を行うか否かを判定するようにした。その結果、１台の通信管理装置（＝マスタ局）と１台以上のスレーブ局がイーサネット（登録商標）で工場内など異なるセグメントが複雑に配線され、動作中にスイッチングハブなどを介して誤って接続された場合でも、誤接続のリカバリのための設定が不要、または、使用者の誤設定による誤接続のリカバリ機能の異常動作を防止することが可能となるという効果を有する。

図１は、この発明の実施の形態１による通信管理装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。図２－１は、イーサネット（登録商標）フレームのフォーマットの一例を示す図である。図２－２は、宛先アドレスのフォーマットを示す図である。図３は、ＭＡＣアドレスのマルチキャストアドレスの生成方法の一例を示す図である。図４は、スレーブ局の機能構成を模式的に示すブロック図である。図５は、この実施の形態１による通信ノードのフレーム受信時の処理の一例を示すフローチャートである。図６－１は、複数のグループがスイッチングハブによって接続されてしまった場合の動作を模式的に示す図である（その１）。図６－２は、複数のグループがスイッチングハブによって接続されてしまった場合の動作を模式的に示す図である（その２）。図７は、この実施の形態２による通信ノードのフレーム処理の一例を示すフローチャートである。図８は、異なるマルチキャストアドレスを有する２つのグループが接続されてしまった場合のデータの流れを模式的に示す図である。

符号の説明

　１０　通信管理装置
　１１－１，１１－２，５１－１，５１－２　ポート
　２０，６０　通信処理部
　２１　論理リング構成部
　２２　トークン巡回順序情報記憶部
　２３　マルチキャストアドレス生成部
　２４，６２　マルチキャストアドレス記憶部
　２５　マルチキャストアドレス通知部
　２６，６３　トークンフレーム処理部
　２７，６４　データフレーム通信処理部
　５０　スレーブ局
　６１　トークン巡回先情報記憶部

　以下に添付図面を参照して、この発明にかかる通信管理装置、通信装置および通信方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による通信管理装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。通信管理装置（マスタ局）１０は、隣接する通信ノード（スレーブ局）またはスイッチングハブとの間でイーサネット（登録商標、以下同じ）ケーブルを接続するための２つのポート１１－１，１１－２と、ポート１１－１，１１－２を介したフレームの送受信処理やトークンフレームの送信順序を確立する処理などを行う通信処理部２０と、を備える。

　ポート１１－１，１１－２は、第１のポート１１－１と第２のポート１１－２の２つのポートから構成される。これらの２つのポート１１－１，１１－２のうち少なくとも１つのポートが隣接するスレーブ局のポート（またはスイッチングハブを介したスレーブ局のポート）と接続されればよい。

　通信処理部２０は、論理リング構成部２１と、トークン巡回順序情報記憶部２２と、マルチキャストアドレス生成部２３と、マルチキャストアドレス記憶部２４と、マルチキャストアドレス通知部２５と、トークンフレーム処理部２６と、データフレーム通信処理部２７と、を備える。なお、トークンフレーム処理部２６とデータフレーム通信処理部２７とは、フレーム通信処理手段に対応している。

　論理リング構成部２１は、通信管理装置１０の電源オン時にまたは所定の時間ごとに、通信管理装置１０と同一セグメントのネットワーク内に存在する通信ノード（スレーブ局）を検出し、その接続関係からデータの送信権であるトークンフレームを流す（渡す）順序であるトークン巡回順序情報を決定する論理リング構成処理を行う。ここで、論理リングとは、１台の通信管理装置（＝マスタ局）１０と１台以上のスレーブ局とが同一セグメントのネットワーク内にスター状またはライン状にイーサネットケーブルで接続されてなる物理的なネットワーク構成において、データの送信権（トークンフレーム）をネットワーク内の通信ノード間で順番に回すようにして形成された論理的なリング構成のことをいう。また、論理リング構成部２１は、同一セグメントのネットワーク内に存在する他の通信ノード（スレーブ局）に対して、その通信ノードのつぎに送信権を得る通信ノードを含むトークン巡回先情報を通知する。なお、このトークン巡回先情報は、トークン巡回順序情報であってもよい。

　トークン巡回順序情報記憶部２２は、論理リング構成部２１によって決定されたトークン巡回順序情報を記憶する。

　マルチキャストアドレス生成部２３は、通信管理装置１０に一意的に付されたＭＡＣ（Media　Access　Control）アドレスから、通信管理装置１０が管理するスレーブ局を含むネットワーク（グループ）内での通信で用いられるマルチキャストアドレスを生成する。このマルチキャストアドレスは、グループを識別するグループ識別情報の役割を有する。

　ここで、マルチキャストアドレスの生成方法について説明する。図２－１は、イーサネットフレームのフォーマットの一例を示す図であり、図２－２は、宛先アドレスのフォーマットを示す図である。イーサネットフレーム１００は、イーサネットフレーム１００の送信と宛先アドレスの始まりを示す８オクテットのプリアンブル／ＳＦＤ（Start　Frame　Delimiter）１０１と、イーサネットフレーム１００の送信先である６オクテットの宛先アドレス１０２と、このイーサネットフレーム１００の送信元を示す６オクテットの送信元アドレス１０３と、イーサネットフレーム１００の種類を示す２オクテットのタイプ１０４と、送信するデータを格納する４６～１，５００オクテットのデータ１０５と、イーサネットフレーム１００のエラーを検出するための４オクテットのＦＣＳ（Frame　Check　Sequence）１０６と、を有している。なお、後述するトークンフレームやデータフレームは、このイーサネットフレーム１００の構造を有している。

　また、図２－２に示されるように、イーサネットフレームの宛先アドレス１０２は、４８ｂｉｔ（６オクテット）からなり、第１オクテット１１１のＩ／Ｇビット（先頭ビット）１１２が、「０」であればユニキャストアドレスであり、「１」であればマルチキャストアドレスであることを示すように取り決められている。

　そこで、この実施の形態１では、通信管理装置１０に一意的に付されたＭＡＣアドレスのＩ／Ｇビット１１２を「１」にしたものを、通信管理装置１０が管理するネットワーク（グループ）内で使用するマルチキャストアドレスとする。ＭＡＣアドレス自体がユニークなアドレスであるので、このＭＡＣアドレスのＩ／Ｇビット１１２を「１」に変更したマルチキャストアドレスもユニークなアドレスとなる。

　図３は、ＭＡＣアドレスのマルチキャストアドレスの生成方法の一例を示す図である。通信管理装置１０のＭＡＣアドレス（１６進数表記）が「１１－２２－３３－４４－５５－６６」である場合、第１オクテット１１１の「１１」を２進数表記すると、「０００１０００１」となる。この第１オクテット１１１に対して上記の規則を当てはめ、８ビットからなる第１オクテット１１１の先頭ビット（Ｉ／Ｇビット）１１２を「１」にすると、「１００１０００１」となる。これを１６進数表記にすると「９１」になる。その結果、この通信管理装置１０が形成するネットワーク（グループ）のマルチキャストアドレスは「９１－２２－３３－４４－５５－６６」となる。これは一例であり、他のＭＡＣアドレスに対しても同様にしてマルチキャストアドレスを生成することができる。

　マルチキャストアドレス記憶部２４は、マルチキャストアドレス生成部２３によって生成されたマルチキャストアドレスを記憶する。このマルチキャストアドレス記憶部２４に記憶されたマルチキャストアドレスは、トークンフレーム処理部２６やデータフレーム通信処理部２７でのグループ内でのフレーム送信時に、ネットワークグループを識別する情報として使用される。

　マルチキャストアドレス通知部２５は、通信管理装置１０に接続されたスレーブ局に対して、より具体的にはブロードキャストでフレームを送信することができる範囲に存在するスレーブ局に対して、マルチキャストアドレスを通知する。

　トークンフレーム処理部２６は、論理リング構成部２１による論理リング構成処理が終了し、マルチキャストアドレス通知部２５によるスレーブ局へのマルチキャストアドレスの通知が完了すると、イーサネットフレーム１００に基づいたトークンフレームを生成し、トークン巡回順序情報に基づいてトークンフレームを送信する。たとえば、図２－１のイーサネットフレーム１００において、タイプ１０４にトークンフレームを示す値を設定し、つぎに送信権を獲得する通信ノードのＭＡＣアドレスを示す送信権獲得装置情報をデータ１０５内に設定し、宛先アドレス１０２に、マルチキャストアドレス記憶部２４に記憶されたマルチキャストアドレスを設定したトークンフレームを生成し、ブロードキャストで送信する。つまり、この実施の形態１では、トークンフレーム処理部２６は、従来ではブロードキャストでトークンフレームを送信するべきところを、マルチキャストアドレス記憶部２４にマルチキャストアドレスが記憶されている場合には、ブロードキャストアドレスとせず、マルチキャストアドレスを宛先アドレス１０２に設定してトークンフレームをブロードキャストするようにしている。

　また、トークンフレーム処理部２６は、他の通信ノード（スレーブ局）から送信されたトークンフレームを受信すると、その宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部２４に記憶されているマルチキャストアドレスと一致するか否かを判定し、一致しない場合には、そのトークンフレームの受信処理を行わない。また、一致する場合には、そのトークンフレームのデータ１０５内の送信権獲得装置情報と自局のＭＡＣアドレスとを比較する。両者が一致した場合には、送信権を獲得したものと判定し、データフレーム通信処理部２７にデータフレームの送信処理を行うように指示を与えるが、送信権獲得装置情報と自局のＭＡＣアドレスが一致しない場合にはまだ送信権を得ないものと判定する。なお、いずれの場合にも受信したトークンフレームは、受信したポートでない他のポートにスイッチする。

　データフレーム通信処理部２７は、データフレームの送受信処理を行う。具体的には、受信したデータフレームの宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部２４に記憶されているマルチキャストアドレスと一致するか否かを判定し、一致しない場合には、そのデータフレームの受信処理を行わず、一致する場合には、受信処理を行う。また、送信権を獲得した場合には、イーサネットフレーム１００に基づいたデータフレームを生成し、送信する。たとえば、図２－１のイーサネットフレーム１００において、タイプ１０４にデータフレームを示す値を設定し、送信すべきデータをデータ１０５に設定し、宛先アドレス１０２にマルチキャストアドレス記憶部２４に記憶されているマルチキャストアドレスを設定したデータフレームを作成し、ブロードキャストでスレーブ局に送信する。つまり、この実施の形態１では、データフレーム通信処理部２７は、従来ではブロードキャストでデータフレームを送信するべきところを、マルチキャストアドレス記憶部２４にマルチキャストアドレスが記憶されている場合には、ブロードキャストアドレスとせずにマルチキャストアドレスを宛先アドレス１０２に設定してデータフレームをブロードキャストで送信するようにしている。なお、この場合には、データフレームがどのスレーブ局へのものであるかを示すためのＭＡＣアドレスを宛先装置情報として、データ１０５内に設けるようにしたり、データ１０５内に格納されるデータにどのスレーブ局に対するデータであるかを示す情報を付したりする。また、他のスレーブ局宛てのデータフレームを転送（スイッチ）したりする機能も有する。

　図４は、スレーブ局の機能構成を模式的に示すブロック図である。スレーブ局５０は、隣接する通信ノード（通信管理装置１０、スレーブ局５０）またはスイッチングハブとの間でイーサネットケーブルを接続するための２つのポート５１－１，５１－２と、ポート５１－１，５１－２を介したフレームの送受信処理を行う通信処理部６０と、を備える。

　ポート５１－１，５１－２は、通信管理装置１０と同様に、第１のポート５１－１と第２のポート５１－２の２つのポートから構成される。これらの２つのポート５１－１，５１－２のうち少なくとも１つのポートが通信ノード（または、スイッチングハブを介した通信ノードのポート）と接続されればよい。

　通信処理部６０は、トークン巡回先情報記憶部６１と、マルチキャストアドレス記憶部６２と、トークンフレーム処理部６３と、データフレーム通信処理部６４と、を備える。なお、トークンフレーム処理部６３とデータフレーム通信処理部６４とは、フレーム通信処理手段に対応している。

　トークン巡回先情報記憶部６１は、通信管理装置１０から通知されたトークン巡回先情報を記憶する。ここでは、自スレーブ局５０のつぎに送信権を得る通信ノードのＭＡＣアドレスのみがトークン巡回先情報として格納されているものとする。

　マルチキャストアドレス記憶部６２は、通信管理装置１０から受信した自局が属するグループのマルチキャストアドレスを記憶する。このマルチキャストアドレスは、通信管理装置１０が、図３で説明した規則にしたがって、通信管理装置１０のＭＡＣアドレスから生成したものであり、自局が存在するグループを識別する情報でもある。

　トークンフレーム処理部６３は、他の通信ノード（通信管理装置１０、スレーブ局５０）から送信されたトークンフレームを受信すると、その宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部６２に記憶されているマルチキャストアドレスと一致するか否かを判定し、一致しない場合には、そのトークンフレームの受信処理を行わない。また、一致する場合には、そのトークンフレームのデータ１０５内の送信権獲得装置情報と自局のＭＡＣアドレスとを比較する。両者が一致した場合には、送信権を獲得したものと判定し、データフレーム通信処理部６４にデータフレームの送信処理を行うように指示を与えるが、送信権獲得装置情報と自局のＭＡＣアドレスが一致しない場合にはまだ送信権を得ないものと判定する。なお、いずれの場合にも受信したトークンフレームは、受信したポートでない他のポートにスイッチする。

　また、トークンフレーム処理部６３は、送信権を獲得後、データフレーム通信処理部６４によるデータフレームの送信が終了した後、受信したトークンフレームの送信権獲得装置情報にトークン巡回先情報記憶部６１に記憶されているトークン巡回先情報を設定し、宛先アドレス１０２に、マルチキャストアドレス記憶部６２に記憶されたマルチキャストアドレスを設定して、ブロードキャストで送信する。つまり、この実施の形態１では、トークンフレーム処理部６３は、従来ではブロードキャストでトークンフレームを送信するべきところを、マルチキャストアドレス記憶部６２にマルチキャストアドレスが記憶されている場合には、ブロードキャストアドレスとせずにマルチキャストアドレスを宛先アドレス１０２に設定して、トークンフレームをブロードキャストで送信するようにしている。

　データフレーム通信処理部６４は、データフレームの送受信処理を行う。具体的には、受信したデータフレームの宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部６２に記憶されているマルチキャストアドレスと一致するか否かを判定し、一致しない場合には、そのデータフレームの受信処理を行わず、一致する場合には、受信処理を行う。また、送信権を獲得した場合には、タイプ１０４にデータフレームを示す値を設定し、送信すべきデータをデータ１０５に設定し、宛先アドレス１０２に、マルチキャストアドレス記憶部６２に記憶されているマルチキャストアドレスを設定したデータフレームを生成し、通信管理装置１０やスレーブ局５０にブロードキャストで送信する。つまり、この実施の形態１では、データフレーム通信処理部６４は、従来ではブロードキャストでデータフレームを送信するべきところを、マルチキャストアドレス記憶部６２にマルチキャストアドレスが記憶されている場合には、ブロードキャストアドレスとせずにマルチキャストアドレスを宛先アドレス１０２に設定して、データフレームをブロードキャストで送信するようにしている。さらに、他の通信ノード宛てのデータフレームを転送（スイッチ）したりする機能も有する。

　つぎに、通信管理装置１０とスレーブ局５０の受信したデータの処理方法について説明する。図５は、この実施の形態１による通信ノードのフレーム受信時の処理の一例を示すフローチャートである。ここに示す処理は、たとえばトークンフレームを受信した場合にはトークンフレーム処理部２６，６３が行い、データフレームを受信した場合には、データフレーム通信処理部２７，６４が行う。

　まず、トークンフレームやデータフレームを受信すると（ステップＳ１１）、イーサネットフレーム内の宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部２４，６２に記憶されているマルチキャストアドレスと一致するか判定する（ステップＳ１２）。宛先アドレス１０２が自グループのマルチキャストアドレスと一致しない場合（ステップＳ１２でＮｏの場合）には、そのフレームの受信処理を行わず、他のポートから送出して（ステップＳ１３）、処理が終了する。

　一方、宛先アドレス１０２が自グループのマルチキャストアドレスと一致する場合（ステップＳ１２でＹｅｓの場合）には、自グループのフレームであるとして、受信処理を行うとともに受信したフレームをリピートする処理を行う（ステップＳ１４）。受信処理としては、たとえば、トークンフレームの場合には、受信した通信ノードに送信権があるか否かを判定する処理を行い、データフレームの場合には自通信ノード宛てのデータの受信処理を行う。そして、処理が終了する。

　以上のような構成の１台の通信管理装置（＝マスタ局）１０と１台以上のスレーブ局５０とを用いて１つのグループを構成した後、通信管理装置１０がグループ内のスレーブ局５０にマルチキャストアドレスを通知するようにしたので、マルチキャストアドレスの通知以降は、ブロードキャストによって送信されるべきフレームが、その宛先アドレスにマルチキャストアドレスが設定されてブロードキャストによって送信され、フレームを受信する範囲がグループ化されることになる。その結果、同一セグメントのネットワークに通信管理装置１０とこの通信管理装置１０が管理するスレーブ局５０とからなるグループが新たに接続されても、そのグループの影響を受けずにグループ内の通信を行うことができる。特に、データの受信処理において、各通信ノードは、他のグループから送信されるフレームの宛先アドレスが自グループのマルチキャストアドレスでない場合には、受信しないようにしたので、他のグループからのデータフレームを誤って使用したりすることがない。

　つぎに、異なるセグメントネットワークを誤接続してしまった場合の処理について説明する。図６－１～図６－２は、複数のグループがスイッチングハブによって接続されてしまった場合の動作を模式的に示す図である。ここでは、図６－１に示されるように、１台の通信管理装置（図中、管理局と表記）１０－１と３台のスレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃがスイッチングハブ８１を介してイーサネットケーブルで接続されて第１のグループ９１が構成されている。この第１のグループ９１の通信管理装置１０－１のＭＡＣアドレスは、「１１－２２－３３－４４－５５－６６」であるものとする。そこで、通信管理装置１０－１のマルチキャストアドレス生成部２３は、自局のＭＡＣアドレスから第１のグループ９１で使用されるマルチキャストアドレス「９１－２２－３３－４４－５５－６６」を生成する（Ｓ２１）。生成したマルチキャストアドレスは、マルチキャストアドレス記憶部２４に記憶される。

　その後、通信管理装置１０－１の論理リング構成部２１は、ブロードキャストでフレームが届く範囲に存在するスレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃに対して、論理リングの構成処理やトークン巡回先情報の通知処理などを行い、その後、トークンフレーム処理部２６は、トークンフレームをトークン巡回順序情報にしたがって発行する。なお、ここでは、通信管理装置１０－１の他に、ネットワーク上には他の通信管理装置が存在しないものとする。この論理リング構成処理からトークンフレームの発行処理までの間に、マルチキャストアドレス通知部２５は、論理リングを構成するスレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃに対してマルチキャストアドレスを通知する（Ｓ２２）。また、スレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃでは、通知されたマルチキャストアドレスをマルチキャストアドレス記憶部６２に記憶する。これによって、各スレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃは、自局が属するネットワークグループ９１（通信管理装置１０－１の論理リングの仲間）を認識する（Ｓ２３）。

　また、１台の通信管理装置（＝マスタ局）１０－２と３台のスレーブ局５０－Ｄ，５０－Ｅ，５０－Ｆがスイッチングハブ８２を介してイーサネットケーブルで接続された第２のグループ９２に関しても、同様に通信管理装置１０－２がマルチキャストアドレスを生成し（Ｓ２４）、スレーブ局５０－Ｄ，５０－Ｅ，５０－Ｆに対して通知し（Ｓ２５）、各スレーブ局５０－Ｄ，５０－Ｅ，５０－Ｆは、自局が属するネットワークグループ９２を認識する（Ｓ２６）。なお、この第２のグループの通信管理装置１０－２のＭＡＣアドレスは、「１１－ＢＢ－ＣＣ－ＤＤ－ＥＥ－ＦＦ」であり、このＭＡＣアドレスから生成されるマルチキャストアドレスは、「９１－ＢＢ－ＣＣ－ＤＤ－ＥＥ－ＦＦ」となる。

　その後、第１のグループ９１内と第２のグループ９２内では、それぞれのグループ９１，９２で設定されたマルチキャストアドレスを宛先アドレスに設定したトークンフレームがブロードキャストで発行され、トークンフレーム内の送信権獲得装置情報で設定された通信ノードが送信権を得て、データフレームの宛先アドレスにマルチキャストアドレスを設定し、ブロードキャストで送信する（Ｓ２７）。具体的には、第１のグループ９１では、マルチキャストアドレスとして「９１－２２－３３－４４－５５－６６」が使用され、第２のグループ９２では、マルチキャストアドレスとして「９１－ＢＢ－ＣＣ－ＤＤ－ＥＥ－ＦＦ」が使用され、フレームがブロードキャストで送信される。これによって、たとえば第１と第２のグループ９１，９２がＦＡシステムである場合には、サイクリックな通信が行われる。また、ここでは、送信されるデータを「Cycle_data_A」、「Cycle_data_B」と表記している。

　このとき、各グループ内の通信ノードは、受信したトークンフレームまたはデータフレームの宛先アドレスが自グループのマルチキャストアドレスであれば、そのフレームを受信し、そうでなければそのフレームの受信処理を行わない。なお、この図６－１の状態では、第１と第２のグループ９１，９２の間は独立しているので、それぞれのグループ９１，９２では、他のグループのマルチキャストアドレスが設定されたフレームを受信することはない。

　その後、図６－２に示されるように、作業者が間違って、第１のグループ９１と第２のグループ９２とをスイッチングハブ８３を介して接続してしまったものとする。このとき、第１と第２のグループ９１，９２は、スイッチングハブ８３を介して接続されるため、同一セグメントのネットワークを構成する。つまり、一方のグループ内の通信ノードが送出したフレーム（イーサネットフレーム）は、スイッチングハブ８３を介して他方のグループの通信ノードにまで到達してしまう。

　このように第１と第２のグループ９１，９２間を誤接続した後に、たとえば第２のグループ９２の通信ノードが送出したデータフレーム１２１は、スイッチングハブ８３を経由して第１のグループ９１に入り込んでしまう（Ｓ２８）。しかし、このような場合でも、第１のグループ９１の通信ノード（通信管理装置１０－１とスレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃ）は、受信したデータフレーム１２１の宛先アドレスが自通信ノードが属する第１のグループ９１のマルチキャストアドレスと一致しないので、フレーム１２１の受信処理を行わない（Ｓ２９）。第２のグループ９２に入り込んだ第１のグループ９１からのフレームに関しても同様である。

　以上のようにして、同一セグメントのネットワーク内に複数のグループ９１，９２が存在し、第１のグループ９１のフレームが第２のグループ９２に入り込んでも、第１のグループ９１の通信ノードの処理が第２のグループ９２からのフレームによって乱されることがない。

　この実施の形態１によれば、通信管理装置１０が、同じ論理リング上に存在し、１つのグループを形成するスレーブ局５０に対して、自装置のＭＡＣアドレスから生成したマルチキャストアドレスを通知し、このグループ内での通信に通知したマルチキャストアドレスを用いてフレームの宛先アドレスに設定しブロードキャストで送信するようにしたので、各通信ノード１０，５０は、自グループ内のフレームと他のグループのフレームとを区別して処理を行うことができる。

　また、通信管理装置１０が、自装置のＭＡＣアドレスからマルチキャストアドレスを生成するので、マルチキャストアドレスもユニークとなり、複数のグループ間でマルチキャストアドレスが重複することがない。さらに、通信管理装置１０が、マルチキャストアドレスを論理リング上に存在するスレーブ局５０に対して通知し、各スレーブ局５０がそのマルチキャストアドレスを記憶するようにしたので、作業者による設定のようなマルチキャストアドレスの誤設定が生じないという効果を有する。

　また、各通信ノード１０，５０は、受信するフレームについて、その宛先アドレスと自グループのマルチキャストアドレスとを比較して、フレームの受信処理を行うか否かを判定するようにしたので、グループを形成後の運転中に複数のグループ間が直接にまたはスイッチングハブなどを介して誤接続されてしまい、他のグループからのフレームを受信した場合でも、他のグループのフレームを受信処理することがない。つまり、作業者が、異なるグループ間をイーサネットで接続してしまった場合でも、通信管理装置１０に接続されるプログラマブルコントローラなどが、誤ったデータを用いて演算処理を行うことを防ぎ、システムの誤作動を防止することができるという効果も有する。

実施の形態２．
　実施の形態１では、各通信ノードが、受信したフレームの宛先アドレスと自グループのマルチキャストアドレスとを比較して、データの受信処理を行うか否かを判定していた。このような場合、たとえば図６－２に示されるように、第２のグループ９２から第１のグループ９１にフレーム１２１が流れ込むと、第１のグループ９１内のすべての通信ノード１０－１，５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃで第２のグループ９２からのフレームが受信されてしまい、無駄な通信が第１のグループ９１内で発生してしまう。そこで、この実施の形態２では、他のグループからのフレームの自グループ内での無駄な通信を抑制することができる通信方法について説明する。

　この実施の形態２の通信管理装置１０（＝マスタ局）とスレーブ局５０は、実施の形態１の図１と図４のトークンフレーム処理部２６，６３に、受信したトークンフレームの宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部２４，６２に記憶されているマルチキャストアドレスと異なるものである場合には、そのトークンフレームを他のポートに流さない機能を持たせている。また、データフレーム通信処理部２７，６４にも同様に、受信したデータフレームの宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部２４，６２に記憶されているマルチキャストアドレスと異なるものである場合には、そのデータフレームを他のポートに流さない機能を持たせている。なお、その他の構成要素は実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。

　図７は、この実施の形態２による通信ノードのフレーム処理の一例を示すフローチャートである。ここに示す処理は、たとえばトークンフレームを受信した場合にはトークンフレーム処理部２６，６３が行い、データフレームを受信した場合には、データフレーム通信処理部２７，６４が行う。

　まず、トークンフレームやデータフレームを受信すると（ステップＳ５１）、フレーム内の宛先アドレス１０２がマルチキャストアドレス記憶部２４，６２に記憶されているマルチキャストアドレスに一致するか判定する（ステップＳ５２）。宛先アドレス１０２が自グループのマルチキャストアドレスと一致しない場合（ステップＳ５２でＮｏの場合）には、そのフレームの受信処理を行わずに廃棄する（ステップＳ５３）。すなわち、受信したフレームを受信ポートでない他のポートへとスイッチしない。そして、処理が終了する。

　一方、宛先アドレス１０２が自グループのマルチキャストアドレスと一致する場合（ステップＳ５２でＹｅｓの場合）には、自グループのフレームであるとして、受信処理を行うとともに受信したフレームをリピートする処理を行う（ステップＳ５４）。受信処理として、たとえば、トークンフレームの場合には、受信した通信ノードに送信権があるか否かを判定する処理を行い、データフレームの場合には自通信ノード宛てのデータの受信処理を行う。そして、処理が終了する。

　図８は、異なるマルチキャストアドレスを有する２つのグループが接続されてしまった場合のデータの流れを模式的に示す図である。ここでは、通信管理装置１０－１とスレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂ，５０－Ｃ，５０－Ｇとからなる第１のグループ９３と、通信管理装置１０－２とスレーブ局５０－Ｄ，５０－Ｅ，５０－Ｆとからなる第２のグループ９４と、がスイッチングハブ８４を介して接続される通信システムが示されている。

　第１のグループ９３では、通信管理装置１０－１の１つのポートにライン状にスレーブ局５０－Ａが接続され、他の１つのポートにスレーブ局５０－Ｂ，５０－Ｃ，５０－Ｇがライン状に接続されており、スレーブ局５０－Ｇは、スイッチングハブ８４を介してスレーブ局５０－Ｃに接続されている。また、第２のグループ９４では、通信管理装置１０－２の１つのポートにスレーブ局５０－Ｄがライン状に接続され、他の１つのポートにスレーブ局５０－Ｅ，５０－Ｆがライン状に接続されている。なお、第１と第２のグループ９３，９４の間は接続されておらず、それぞれのグループ９３，９４では、実施の形態１で説明したように通信管理装置１０－１，１０－２のＭＡＣアドレスから生成したマルチキャストアドレスを用いた通信が行われている。

　そして、作業者が、スレーブ局５０－Ｄと、第１のグループ９３のスイッチングハブ８４とを誤接続してしまうと（Ｓ６１）、第２のグループ９４から第１のグループ９３に第２のグループ９４のフレーム１２２Ｂ（図中、Cycle_data_Bと表記）が入り込み、第１のグループ９３から第２のグループ９４に第１のグループ９３のフレーム１２２Ａ（図中、Cycle_data_Aと表記）が入り込んでしまう（Ｓ６２）。

　このとき、第１のグループ９３の第２のグループ９４との境界に位置するスレーブ局５０－Ｃでは、上記した図７の処理を行い、スイッチングハブ８４に接続される第２のポートＣ２で、第２のグループ９４からのフレームを受信するが（Ｓ６３）、フレームの宛先アドレス１０２が自グループのマルチキャストアドレスと異なるので、そのフレームを第１のポートＣ１から送出することなく廃棄する（Ｓ６４）。これによって、第２のグループ９４からのフレーム１２２Ｂは、スレーブ局５０－Ｃの第１のポートＣ１から送出されないので、通信管理装置１０－１や他のスレーブ局５０－Ａ，５０－Ｂに到達することがない。

　また、第２のグループ９４の第１のグループ９３との境界に位置するスレーブ局５０－Ｄも、同様に、スイッチングハブ８４に接続される第１のポートＤ１で受信するが（Ｓ６５）、第１のグループ９３のフレーム１２２Ａを第２のポートＤ２から送出することなく廃棄する（Ｓ６６）。これによって、第１のグループ９３からのフレーム１２２Ａは、スレーブ局５０－Ｄの第２のポートＤ２から送出されないので、通信管理装置１０－２や他のスレーブ局５０－Ｅ，５０－Ｆに到達することがない。

　なお、第１のグループ９３のスレーブ局５０－Ｇでは、第２のグループ９４のフレーム１２２Ｂを第２のポートＧ２から受信するが、第１のポートＧ１の先にはネットワークが存在しないので、受信した第２のグループ９４のフレームを送出することができない。

　この実施の形態２によれば、同一セグメントのネットワーク内で複数のグループが存在する場合に、隣接するグループとの境界に位置する通信ノードに、他のグループからのフレームをあるポートから受信した際に、他のポートから送出することなく廃棄する機能を持たせたので、自グループに関係のないフレームによって、ネットワーク帯域が消費されることを防止することができるという効果を有する。

実施の形態３．
　実施の形態２では、同一セグメントのネットワーク上にマスタ局（＝通信管理装置）が１台しかない場合を説明した。しかし、実施の形態２の場合で同一セグメントのネットワーク上にマスタ局が複数台存在し、実施の形態１で説明したように同一セグメントのネットワーク上に存在するマスタ局とスレーブ局のグループごとにマルチキャストグループを設定してしまうと、リピートの有無を判定するマルチキャストアドレスを、マスタ局の接続台数分だけ格納する必要が生じてしまう。そこで、この実施の形態３では、同一セグメントのネットワーク上に複数のマスタ局が存在する場合について説明する。

　たとえば、同一セグメント内に、マスタ局（Ａ）と複数のスレーブ局（Ａ）とからなる第１のグループと、マスタ局（Ｂ）と複数のスレーブ局（Ｂ）とからなる第２のグループと、が存在する場合に、通信管理装置１０は第１のグループのマスタ局（Ａ）か第２のグループのマスタ局（Ｂ）のいずれかがなることになる。したがって、第１のグループと第２のグループはすべて同じマルチキャストアドレスが設定されることになる。また、この同一セグメント内には、第１のグループと第２のグループが存在するので、各グループで通信されるフレームを識別するために、マルチキャストアドレスとは別情報として、システム構成時に、各グループのマスタ局が、自局が制御するスレーブ局に対して、同一セグメント内のグループを識別するための情報であるマスタ識別情報を各スレーブ局に配布し、グループ内で通信されるフレームには、このマスタ識別情報を格納するようにすればよい。たとえば、実施の形態２の構成において、データフレーム通信処理部２７，６４が、そのグループ内でのやり取りされる情報を送信する場合には、フレーム内にこのマスタ識別情報を格納して送信し、それ以外の場合には、マスタ識別情報を格納せずに送信すればよい。また、データフレーム通信処理部２７，６４は、フレームを受信した場合には、マスタ識別情報を読み込み、自局が保持するマスタ識別情報と一致するか確認し、一致する場合にはその情報を受信処理とリピートする処理を行い、一致しない場合には、その情報の受信処理を行わずにリピートする処理を行えばよい。なお、ここでは同一セグメント内に２つのグループが存在する場合を例に挙げたが、３つ以上のグループが存在する場合にも同様である。

　この実施の形態３によれば、同一セグメント内に複数のグループ（複数のマスタ局）が存在する場合に、同一セグメント内に存在する通信ノード（マスタ局とスレーブ局）はグループにかかわらず同じマルチキャストアドレスを用いてフレームの送信を行い、フレームの内部にグループを識別するためのマスタ識別情報を格納するようにしたので、他のネットワークとの境界に位置する通信ノードは、実施の形態２と同様に、自身が属するネットワークに付されたマルチキャストアドレスのみを用いて受信したフレームが同一セグメント内に流していいものか否かを判定することができるという効果を有する。また、同一セグメント内の通信ノードは、受信したフレームのマスタ識別情報を参照して、自身が属するグループでのフレームか否かを判定するので、同一セグメント内に複数のグループが存在しても、あるグループのデータを別のグループに属する通信ノードが誤って受信処理することを防ぐことができるという効果も有する。

　なお、上述した通信管理装置とマスタ局とスレーブ局におけるデータ通信方法は、それぞれの処理手順を書込んだプログラムを、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を有するプログラマブルコントローラやパーソナルコンピュータなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（制御手段）が、プログラムにしたがって、上述したデータ通信方法の各処理工程を実行することになる。これらのプログラムは、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ（Compact　Disk）－ＲＯＭ（Read　Only　Memory），ＭＯ（Magneto-Optical　disk），ＤＶＤ（Digital　Versatile　DiskまたはDigital　Video　Disk）などのコンピュータで読取可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、これらのプログラムは、インタネットなどのネットワーク（通信回線）を介して配布することもできる。

　また、通信管理装置は、上述した実施の形態に記載される各処理部を上記の処理手順で処理を実行する回路によって実現した通信管理回路とすることもできる。同様に、マスタ局やスレーブ局も、上述した実施の形態に記載される各処理部を上記の処理手順で処理を実行する回路によって実現した通信回路とすることもできる。

　さらにまた、通信管理装置は、上述した実施の形態に記載される各処理部を上記の処理手順で処理を実行するように作製したＬＳＩ（Large-Scale　Integration）とすることもできる。同様に、マスタ局やスレーブ局も、上述した実施の形態に記載される各処理部を上記の処理手順で処理を実行するように作製したＬＳＩとすることもできる。なお、通信管理装置は、同一セグメントのネットワーク内における通信を管理する装置であり、同一セグメントのネットワーク内に１台のマスタ局がある場合には通常そのマスタ局が通信管理装置となり、複数台のマスタ局がある場合には、複数台のうちのいずれか１台のマスタ局が通信管理装置となる。このとき他のマスタ局は、通信管理装置から通信管理の機能を除いた構成を有する。

　以上のように、この発明にかかる通信管理装置は、データ通信のリアルタイム性が要求されるイーサネットで接続されたネットワークシステムに有用である。

Claims

　同一セグメントのネットワーク内に、１台の通信管理装置と１台以上のスレーブ局とがイーサネット（登録商標）ケーブルで接続されてなるグループが形成され、前記グループ内で送信権を示すトークンフレームを巡回順序にしたがって通信ノード間を巡回させてデータの送信を管理する通信管理装置であって、
　ブロードキャストで送信される範囲に存在する前記スレーブ局と自装置とで、送信権を示すトークンフレームの送信順序を決定し、論理リングを構成する論理リング構成手段と、
　自装置のＭＡＣアドレスからマルチキャストアドレスを生成するマルチキャストアドレス生成手段と、
　前記マルチキャストアドレスを記憶するマルチキャストアドレス記憶手段と、
　前記論理リングを構成する前記スレーブ局に前記マルチキャストアドレスを通知するマルチキャストアドレス通知手段と、
　宛先アドレスに前記マルチキャストアドレスを設定したフレームを送信し、受信したフレームの前記宛先アドレスが前記マルチキャストアドレス記憶手段に記憶されているマルチキャストアドレスに一致するかを判定し、一致しない場合には、前記フレームの受信処理を行わずに前記フレームをスイッチするフレーム通信処理手段と、
　を備えることを特徴とする通信管理装置。
　前記フレーム通信処理手段は、受信した前記フレームの前記宛先アドレスが前記マルチキャストアドレスに一致しない場合には、受信処理を行わず、前記フレームを廃棄することを特徴とする請求項１に記載の通信管理装置。
　前記マルチキャストアドレス生成手段は、自装置に設定された４８ビットのＭＡＣアドレスのうち第１オクテットの先頭ビットを「１」にしてマルチキャストアドレスを生成することを特徴とする請求項１に記載の通信管理装置。
　同一セグメントのネットワーク内に、１台の通信管理装置と１台以上のスレーブ局とがイーサネット（登録商標）ケーブルで接続されてなるグループが形成され、前記グループ内で巡回される自局宛のトークンフレームを獲得することによってデータの送信を行う通信装置であって、
　前記通信管理装置から通知され、前記グループでの通信に使用されるマルチキャストアドレスを記憶するマルチキャストアドレス記憶手段と、
　宛先アドレスに前記マルチキャストアドレスを設定したフレームを送信し、受信したフレームの前記宛先アドレスが前記マルチキャストアドレス記憶手段に記憶されているマルチキャストアドレスに一致するかを判定し、一致しない場合には、前記フレームの受信処理を行わずに前記フレームをスイッチするフレーム通信処理手段と、
　を備えることを特徴とする通信装置。
　前記フレーム通信処理手段は、受信した前記フレームの前記宛先アドレスが前記マルチキャストアドレスに一致しない場合には、受信処理を行わず、前記フレームを廃棄することを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
　イーサネット（登録商標）ケーブルで接続された１台の通信管理装置と１台以上のスレーブ局が存在する同一セグメントのネットワーク内で、送信権を示すトークンフレームを巡回順序にしたがって通信ノード間で巡回させて前記通信ノードによるデータの送信を管理しながら通信を行う通信方法であって、
　前記通信管理装置は、ブロードキャストでフレームを送信可能な範囲に接続される前記スレーブ局と自装置とで、前記トークンフレームを順に巡回させて通信を行うグループを形成するグループ形成工程と、
　前記通信管理装置は、前記グループ内での通信に使用されるマルチキャストアドレスを、自装置のＭＡＣアドレスから生成するマルチキャストアドレス生成工程と、
　前記通信管理装置は、前記マルチキャストアドレスを前記グループ内の前記スレーブ局に通知するマルチキャストアドレス通知工程と、
　前記通信管理装置と前記スレーブ局は、前記マルチキャストアドレスを宛先アドレスに設定してフレームを送信する送信工程と、
　前記通信管理装置と前記スレーブ局は、受信したフレームの宛先アドレスと前記グループ内で使用される前記マルチキャストアドレスとが一致するか判定し、一致する場合には受信処理を行い、一致しない場合には受信処理を行わない受信工程と、
　を含むことを特徴とする通信方法。
　前記受信工程で、前記フレームの宛先アドレスと前記グループ内で使用されるマルチキャストアドレスとが一致しない場合には、前記フレームを廃棄することを特徴とする請求項６に記載の通信方法。
　前記マルチキャストアドレス生成工程で、前記通信管理装置の４８ビットのＭＡＣアドレスのうち第１オクテットの先頭ビットを「１」にしてマルチキャストアドレスを生成することを特徴とする請求項６に記載の通信方法。