WO2012117523A1

WO2012117523A1 - スレーブ局、管理局および新規通信ノードの追加方法

Info

Publication number: WO2012117523A1
Application number: PCT/JP2011/054637
Authority: WO
Inventors: 五十嵐　俊介
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-07
Also published as: TW201238290A

Abstract

　スレーブ局は、トークン巡回先情報記憶手段と、制御フレーム応答手段と、トークンフレーム処理手段と、データフレーム通信処理手段と、新規ノード接続情報生成手段と、を備える。前記新規ノード接続情報生成手段は、第１のトークン巡回順序に従ってトークンフレームをネットワーク内に巡回させて周期通信を行っている最中に、通信ケーブルを介して新規接続ノードが自局に物理的に接続され、新規接続通知フレームを新規接続ノードから受信すると、自局と前記新規接続ノードとの接続関係を含むように新規接続通知フレームを更新し、自局が送信権を獲得するまでの間保管し、送信権を獲得すると保管した新規接続通知フレームを送信する。

Description

スレーブ局、管理局および新規通信ノードの追加方法

　この発明は、スレーブ局、管理局および新規通信ノードの追加方法に関するものである。

　従来、複数の通信ノードが伝送路によって接続され、トークンパッシング方式で通信を行うネットワークに、新規に接続された通信ノードが存在するか否かを確認する方法が提案されている。たとえば、通信ノードが追加されたことを条件として追加された通信ノードにおいて、ネットワーク上のオンライン状態の通信ノードを保持する情報であるネットワークマップを作成し、通信ノードの追加によってトークン送信先アドレスが変化したことを条件として該当する通信ノードにおいて、新たなネットワークマップを作成するとともに、他の通信ノードに状態変化を通知し、状態変化が通知されたことを条件として該当する通信ノードにおいて新たなネットワークマップを作成するネットワーク監視方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平９－２８４３１１号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ネットワークに新たな通信ノードが追加されると、トークンパッシング方式での通信を一時的に停止して直ちに監視処理に移り、新たな通信ノードを含めたネットワークでトークンパッシング方式の通信を行うことができるように各通信ノードで処理を行っていた。そのため、この監視処理とその後のトークンパッシング方式での通信に必要な情報を追加された通信ノードに関係する通信ノードに設定する処理に時間を要していた。厳しいリアルタイム制御を重要視するネットワークシステムにおいては、このように処理を停止させることは問題視されており、通信ノード追加のための処理の一時的な停止をなくす技術が求められていた。

　この発明は上記に鑑みてなされたもので、トークンパッシング方式で通信を行う通信システムに新たな通信ノードが追加された場合でも、トークンパッシング方式の周期的通信を妨げることなく、新たに追加された通信ノードを含む通信システム全体の通信設定を行うことができるスレーブ局、管理局および新規通信ノードの追加方法を得ることを目的とする。

　上記目的を達成するため、この発明にかかるスレーブ局は、複数の通信ノードが通信ケーブルでライン状および／またはスター状に接続されたネットワーク内でのトークンフレームの巡回順序を決定し、他の通信ノードに前記巡回順序を通知して、前記ネットワーク内でのデータの送信を管理する前記通信ノードの１つである管理局と、前記ネットワーク内におけるその他の通信ノードであるスレーブ局と、を備える通信システムで使用される前記スレーブ局において、自局のつぎに送信権を与える通信ノードを含むトークン巡回先情報を記憶するトークン巡回先情報記憶手段と、前記管理局から通信設定フレームを受信すると、前記通信設定フレームに含まれる前記トークン巡回先情報を前記トークン巡回先情報記憶手段に記憶し、通信設定応答フレームを前記管理局に送信する制御フレーム応答手段と、他の前記通信ノードから受信したトークンフレームに含まれる送信権獲得装置情報と、自局のアドレスと、を比較して送信権を得たかを判定し、送信権を得てデータフレーム通信処理手段によるデータフレームの送信処理が終了すると、前記トークン巡回先情報記憶手段に記憶された前記トークン巡回先情報を用いて、つぎに送信権を与える通信ノードを前記送信権獲得装置情報に設定した前記トークンフレームを送信するトークンフレーム処理手段と、送信権を獲得した場合にデータフレームを送信し、他の前記通信ノードからのデータフレームを受信するデータフレーム通信処理手段と、第１のトークン巡回順序に従って前記トークンフレームを前記ネットワーク内に巡回させて周期通信を行っている最中に、通信ケーブルを介して新規接続ノードが自局に物理的に接続され、前記新規接続ノードのアドレスを含む新規接続通知フレームを前記新規接続ノードから受信すると、自局と前記新規接続ノードとの接続関係を含むように前記新規接続通知フレームを更新し、自局が送信権を獲得するまでの間保管する新規ノード接続情報生成手段と、を備え、前記新規接続通知フレームを受信した後に送信権を獲得すると、前記データフレーム通信処理手段による前記データフレームの送信の際に、前記制御フレーム応答手段は保管した前記新規接続通知フレームを送信することを特徴とする。

　この発明によれば、ネットワークに新規接続ノードが追加された場合に、新規接続ノードが追加された場合の通信に必要な設定をトークンパッシング方式での周期通信中に行い、新しいネットワークでの通信に必要な環境が整った後に新しいネットワークでトークンパッシング方式による周期通信に切替えるようにしたので、通信ノードの追加によって、既存通信に影響を与えない。その結果、生産工程を中断することが許されない製造現場で生産工程を中断することなく新たな設備を導入したり、モーションネットワークで新たに制御機器を導入した場合でも定周期性を保証したりすることができるという効果を有する。

図１は、実施の形態によるトークンを用いて通信が行われる通信システムの一例を模式的に示す図である。図２は、管理局の機能構成を模式的に示すブロック図である。図３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４は、管理局における通信方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図５は、スレーブ局における通信方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図６－１は、通信システムにおける新規接続ノードが接続された際の通信処理手順の一例を示すフローチャートである（その１）。図６－２は、通信システムにおける新規接続ノードが接続された際の通信処理手順の一例を示すフローチャートである（その２）。図７は、通信システムに新規接続ノードが接続された場合の処理の状況を模式的に示す図である。

　以下に添付図面を参照して、この発明にかかるスレーブ局、管理局および新規通信ノードの追加方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、こ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。

　図１は、実施の形態によるトークンを用いて通信が行われる通信システムの一例を模式的に示す図である。この通信システムは、複数の通信ノード１０，５０Ａ，５０Ｂがイーサネット（登録商標）などの伝送路によってライン状に接続された同一セグメントのネットワークによって構成される。また、通信ノード１０，５０Ａ，５０Ｂは、それぞれ複数のポートを有し、各通信ノードのポート間は、ツイストペアケーブルや光ファイバなどの全二重通信が可能な通信ケーブル１０１を介して接続される。この例では、通信ノードとして、同一セグメントのネットワーク内におけるデータ（フレーム）の送受信を管理する管理局としての１台の管理局１０と、管理局１０による設定に基づいてデータ（フレーム）の送信を行う２台のスレーブ局５０Ａ，５０Ｂとが設けられる場合を示している。また、後に説明するように、通信システムで同期通信処理中に新たにネットワークに接続されるスレーブ局５０Ｃも存在しているが、この時点では、ネットワークには接続されておらず、孤立した状態にあるものとする。

　図１に示されるように、管理局１０とスレーブ局５０Ａ，５０Ｂとはライン状に接続される。すなわち、管理局１０の第２のポート１１－２とスレーブ局５０Ａの第１のポート５１Ａ－１が通信ケーブル１０１で接続され、スレーブ局５０Ａの第２のポート５１Ａ－２とスレーブ局５０Ｂの第１のポート５１Ｂ－１が通信ケーブル１０１で接続される。

　この実施の形態では、このような各通信ノード１０，５０Ａ，５０Ｂ間がライン状に通信ケーブル１０１で接続された通信システムにおいて、各通信ノード１０，５０Ａ，５０Ｂが自由にデータの送信を行うのではなく、トークンと呼ばれるデータ送信権を得るためのフレーム（トークンフレーム）を通信システム内の各通信ノード１０，５０Ａ，５０Ｂに順番に送信し、そのトークンフレームを獲得した通信ノード１０，５０Ａ，５０Ｂが他の通信ノードに対してデータの送信を行うことができるようにしている。ここで、トークンフレームの送信順序はたとえば以下の（Ａ）に示されるものとする。
　管理局１０→スレーブ局５０Ａ→スレーブ局５０Ｂ→管理局１０　・・・（Ａ）

　このように、通信システムは、物理的なネットワーク構成ではリング構成を有していないが、データの送信権（トークンフレーム）を通信システム内の通信ノード１０，５０Ａ，５０Ｂ間で順番に回して管理局１０に送信権が戻ってくるようにすることによって、論理的なリング構成を有している。

　図２は、管理局の機能構成を模式的に示すブロック図である。管理局１０は、隣接する通信ノード（スレーブ局５０Ａ）との間で通信ケーブルを接続するための複数のポート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、ここでは第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。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通信ノード（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、タイマ２１と、ネットワーク存在確認処理部２２と、ネットワーク存在情報記憶部２３と、トークン巡回順序決定部２４と、トークン巡回順序情報記憶部２５と、通信設定処理部２６と、トークンフレーム処理部２７と、データフレーム通信処理部２８と、を備える。

　タイマ２１は、通信処理部２０内の処理部によって起動され、所定の時間を計測する機能を有する。この実施の形態では、ネットワーク存在確認処理部２２によってネットワーク存在確認フレームを送信してから、所定の時間が経過するまでの間計時する。

　ネットワーク存在確認処理部２２は、自装置（管理局１０）の電源がオンされた後に、または予め定められた状態が発生した後に、通信システム（同一セグメントのネットワーク）を構成する通信ノードの接続状態を検出するネットワーク存在確認処理を行う。具体的には、ネットワーク存在確認フレームを作成してブロードキャストで送信し、通信システム内に存在する通信ノードからのネットワーク存在確認フレームに対する応答であるネットワーク存在確認応答フレームに含まれる情報から、ネットワーク存在情報を生成する。この処理は、ネットワーク存在確認フレームを送信したときにタイマ２１を起動してから所定の時間経過するまでの間に行われる。

　ネットワーク存在情報記憶部２３は、ネットワーク存在確認処理部２２によって生成されたネットワーク存在情報を記憶する。このネットワーク存在情報は、通信ノード（スレーブ局）のＭＡＣ（Media　Access　Control）アドレスと、その通信ノードに隣接する通信ノードのＭＡＣアドレスと、その通信ノードの隣接通信ノードと接続されるポート番号と、を含む。

　トークン巡回順序決定部２４は、ネットワーク存在確認処理部２２によって起動されたタイマ２１がタイムアウトした後、またはネットワーク内のスレーブ局からネットワークに新たな通信ノード（スレーブ局）が接続されたことを示す新規接続通知フレームを受信し、ネットワーク接続情報が更新された後に、ネットワーク存在情報記憶部２３に記憶されているネットワーク存在情報を用いて、通信システムを構成する通信ノード間の接続状態を把握し、論理リングを構成する処理、すなわちトークンフレームの巡回順序を決定する処理を行う。

　トークン巡回順序決定部２４は、論理リングを構成する処理において、たとえば送信権であるトークンが一巡する間に通過する通信ノードの数が最小となるように（２つの通信ノード間を結ぶケーブル（通信ケーブル１０１間にスイッチングハブが含まれるものを含む）を伝送路と呼ぶものとすると、トークンが一巡する間に通過する伝送路の数が最小となるように）、論理リングを構築する。このような条件を満たすトークンの巡回順序を決定する方法として、同一セグメントに属するネットワーク内において、一筆書きで各通信ノードを結ぶようにする方法がある。

　トークン巡回順序情報記憶部２５は、トークン巡回順序決定部２４によって決定されたトークン巡回順序を記憶する。ここでは、トークン巡回順序情報として、周期通信中に使用中のものと、新規接続ノードが接続された後に新規に決定されたものとが少なくとも保持されるものとする。

　通信設定処理部２６は、トークン巡回順序決定部２４によってトークン巡回順序情報が決定されると、そのトークン巡回順序情報を用いて、通信システム内の各通信ノード（スレーブ局）に対して、その通信ノードのつぎに送信権が与えられる通信ノードであるトークン巡回先情報を含む通信設定フレームを生成し、各通信ノードに送信する。通信設定処理部２６は、自装置の電源がオンにされた後、または予め定められた状態が発生した後にトークン巡回順序情報が決定された場合には、すべての通信ノードに対して通信設定フレームを送信し、新規接続通知フレームを受信後にトークン巡回順序情報が決定された場合には、新たに決定されたトークン巡回順序情報がそれまで使用していたトークン巡回順序情報と異なることとなった通信ノードに対して通信設定フレームを送信する。

　また、通信設定処理部２６は、通信設定フレームに対する応答である通信設定応答フレームを通信設定フレームを送信したすべての通信ノードから受信したかを判定し、すべての通信ノードから通信設定応答フレームを受信した場合には、その旨をトークンフレーム処理部２７に通知する。通信設定処理部２６では、たとえばネットワーク存在情報記憶部２３のネットワーク存在情報に、通信設定応答フレームを受信したこと示すフラグを立てることによって、通信システム内のすべての通信ノードから通信設定応答フレームを受信したか否かを確認することができる。

　トークンフレーム処理部２７は、通信設定処理部２６によって、通信システム内のすべての通信ノードから通信設定応答フレームを受信した旨の通知を受けると、トークンフレームを用いた通信を開始するが、まず自局で送信権を獲得し、通信設定処理で通知したネットワークでの新たな通信を開始する旨の新規通信開始フレームをネットワーク内の各スレーブ局に通知した後、各スレーブ局に必要なデータを送信する。その後、トークン巡回順序情報記憶部２５のトークン巡回順序情報に従ってつぎに送信権を獲得する通信ノードのＭＡＣアドレスなどの情報を含む送信権獲得装置情報を設定したトークンフレームを生成し、自局のすべてのポート１１－１，１１－２からブロードキャストで送信する。

　また、トークンフレーム処理部２７は、他の通信ノードから送信されたトークンフレームを受信すると、そのトークンフレーム内の送信権獲得装置情報と、自局のＭＡＣアドレスとを比較し、一致した場合には送信権を得たものと判定し、データフレーム通信処理部２８によるデータフレームの送信処理が行われ、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から転送（リピート）する。

　データフレーム通信処理部２８は、データフレームの送受信処理を行う。たとえば、ＦＡ（Factory　Automation）機器間を結ぶネットワークにおいては、管理局１０に接続される制御ユニットでは各スレーブ局５０Ａ，５０Ｂに設定するデータを所定の周期で演算しており、そのデータをデータフレーム化して各スレーブ局５０Ａ，５０Ｂに送信する。また、スレーブ局５０Ａ，５０Ｂから送信されたデータフレームを受信したり、スレーブ局５０Ａ，５０Ｂが他のスレーブ局に宛てたデータフレームを転送（リピート）したりする機能も有する。

　図３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（管理局１０、スレーブ局５０）との間で通信ケーブルを接続するための複数のポート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、ここでは管理局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。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と接続されればよい。

　通信処理部６０は、制御フレーム応答部６１と、トークン巡回先情報記憶部６２と、新規接続時通知部６３と、新規ノード接続情報更新部６４と、トークンフレーム処理部６５と、データフレーム通信処理部６６と、を備える。

　制御フレーム応答部６１は、管理局１０からのネットワーク存在確認フレームや通信設定フレームなどの制御フレームに対する応答を行う。たとえば、ネットワーク存在確認フレームを受信すると、管理局１０にネットワーク存在確認応答フレームを返信する。また、通信設定フレームを受信すると、通信設定フレームに含まれるトークン巡回先情報を抽出し、トークン巡回先情報記憶部６２に記憶するとともに、通信設定応答フレームを管理局１０に返信する。なお、この明細書では、ネットワーク存在確認処理や論理リング構成処理のときに管理局１０とスレーブ局５０との間でやり取りされるフレームのことを制御フレームというものとする。

　また、制御フレーム応答部６１は、周期通信中に新規接続ノードがネットワークに接続された場合にも、管理局１０との間で制御フレームのやり取りを行う。ただし、自局からデータを送信する場合には、トークン巡回順序に従って送信権を獲得するまでそのデータを一時保管し、送信権を獲得してから一時保管したデータを送信する。たとえば、周期通信中に新規接続ノードから新規接続通知フレームを受信し、新規ノード接続情報更新部６４によって新規接続通知フレームが保管されている場合には、自局が送信権を獲得した場合に、データフレームの送信時に合わせて保管されている新規接続通知フレームを管理局１０へと送信する。また、周期通信中に管理局１０から通信設定フレームを受信した場合には、通信設定応答フレームをすぐに管理局１０に返信するのではなく、自局が送信権を獲得したときに、データフレーム通信処理部６６によるデータフレームの送信時に通信設定応答フレームを送信する。

　さらに、制御フレーム応答部６１は、管理局１０または他のスレーブ局から受信する制御フレームのフレーム種別に応じて、フレームを再構成して送信したり、単にリピートしたりする機能も有する。たとえば、管理局１０からネットワーク存在確認フレームを受信すると、該フレームを受信したポート以外のポートに伝送路が確立されている場合には、受信したネットワーク存在確認フレームの送信元アドレスと、ネットワーク存在確認フレームを送信する送信ポート情報と、を書き換えてネットワーク存在確認フレームを再構成し、受信ポート以外のポートから出力する。

　また、たとえば、管理局１０からの通信設定フレームや他のスレーブ局からのネットワーク存在確認応答フレームと通信設定応答フレーム、または新規接続ノードからではない新規接続通知フレームを含む制御フレームを受信した場合には、そのフレームに対する処理を何も行わず、単にリピートする。

　トークン巡回先情報記憶部６２は、自局（スレーブ局）のつぎに送信権を得る通信ノードのＭＡＣアドレスを記憶する。これは、上述したように、通信設定フレーム内のトークン巡回先情報の内容が記憶される。この実施の形態では、現在通信中のトークン巡回順序に基づくトークン巡回先情報のほかに、新規接続ノードがネットワークに接続された場合に生成される新規接続ノードを含めた新たなトークン巡回順序に基づくトークン巡回先情報も保持している。現在使用中のトークン巡回先情報から新たなトークン巡回先情報への切替えは、管理局１０からの新規通信開始フレームの受信によって行われる。ここでは、つぎにトークンを送信すべき通信ノードのＭＡＣアドレスのみを記憶するので、管理局１０が保持するトークン巡回順序情報に比してデータ量を少なく抑えることができる。

　新規接続時通知部６３は、周期通信を行っているネットワークに自局が接続された場合に、自局のＭＡＣアドレスと接続ポート番号とを含む新規接続通知フレームを生成し、任意のタイミングで送信する。

　新規ノード接続情報更新部６４は、自局が新たにネットワークに接続された新規接続ノードの隣接ノードであり、新規接続ノードから新規接続通知フレームを受信した場合には、新規接続通知フレームを受信した接続ポート番号を新規接続通知フレームに付加するとともに、新規接続通知フレームの宛て先を管理局１０とし、つぎに送信権を得るまで保管する。

　トークンフレーム処理部６５は、他の通信ノードから送信されたトークンフレームを受信すると、そのトークンフレーム内の送信権獲得装置情報と、自局のＭＡＣアドレスとを比較し、一致した場合には送信権を得たものと判定し、データフレーム通信処理部６６によるデータフレームの送信処理が行われる。その後、トークンフレーム内の送信権獲得装置情報に、トークン巡回先情報記憶部６２中のトークン巡回先情報を格納したトークンフレームを生成し、自局のすべてのポート５１－１，５１－２からブロードキャストで送信する。一方、受信したトークンフレーム内の送信権獲得装置情報と、自局のＭＡＣアドレスと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リピートする。

　データフレーム通信処理部６６は、データフレームの送受信処理を行う。具体的には、管理局１０や他のスレーブ局との間のデータフレームの送受信処理を行う。

　つぎに、この通信システムでの通信方法について説明を行う。以下では、管理局１０とスレーブ局５０における通信の確立から周期通信を行うまでの方法を説明した後に、実施の形態による周期通信時の新規スレーブ局の追加方法について説明する。

　図４は、管理局における通信方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１に示されるように、管理局１０に、スレーブ局５０Ａ，５０Ｂが通信ケーブル１０１を介して接続された後、スレーブ局５０Ａ，５０Ｂの電源がオンされる。この状態で、スレーブ局５０Ａ，５０Ｂは、管理局１０からのネットワーク存在確認フレームの受信待ち状態となる。その後、管理局１０の電源がオンにされると、通信確立処理が行われる。

　まず、管理局１０は、管理局１０を含む同一セグメントのネットワーク上に接続されているスレーブ局５０を認識し、論理リングを確立するために、ネットワーク存在確認処理を行う。ここでは、管理局１０のネットワーク存在確認処理部２２は、タイマ２１を起動した後（ステップＳ１１）、ネットワーク存在確認フレームを生成し、すべてのポートからネットワーク存在確認フレームをブロードキャストで送信する（ステップＳ１２）。ネットワーク存在確認フレームには、該ネットワーク存在確認フレームを送信する送信ポート番号が含まれる。

　ネットワーク存在確認フレームを受信したスレーブ局５０からのネットワーク存在確認応答フレームを受信すると（ステップＳ１３）、ネットワーク存在確認処理部２２は、ネットワーク存在確認応答フレームから、そのフレームの送信元スレーブ局と管理局１０側の隣接通信ノードとの接続関係を示す接続関係情報を取得し、ネットワーク存在情報を生成する（ステップＳ１４）。ここでは、ネットワーク存在確認応答フレーム中の送信元アドレス（以下、応答フレーム送信元アドレスという）と、そのフレームの送信元スレーブ局が受信したネットワーク存在確認フレームに含まれている送信元アドレス（以下、確認フレーム送信元アドレスという）および送信元ポート番号（以下、確認フレーム送信元ポート番号という）と、を抽出する。生成したネットワーク存在情報はネットワーク存在情報記憶部２３に記憶される。

　その後、タイマ２１で計時してから所定の時間が経過したかを判定し（ステップＳ１５）、所定の時間が経過していない場合（ステップＳ１５でＮｏの場合）には待ち状態となる。所定の時間が経過した場合（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）には、トークン巡回順序決定部２４は、タイムアウトするまでにネットワーク存在情報記憶部２３に記憶されたネットワーク存在情報を用いて論理リングを構成する処理、すなわちトークン巡回順序を決定する処理を行う（ステップＳ１６）。管理局１０は、上記したようにたとえば同一セグメントに属するネットワーク内において、一筆書きで（ツリーのまわりを周回する要領で）各通信ノードを結ぶようにトークン巡回順序を決定する。なお、このトークン巡回順序の決定の際に、各通信ノードのアドレスとポート番号とを用いて、各通信ノード間の接続関係が求められる。

　ついで、通信設定処理部２６は、ネットワーク内の各スレーブ局５０に対して、そのスレーブ局５０のつぎにトークンフレームを送信すべき通信ノードのアドレスであるトークン巡回先情報を含む通信設定フレームを送信する（ステップＳ１７）。各スレーブ局５０からの通信設定フレームに対する通信設定応答フレームを受信すると（ステップＳ１８）、通信設定処理部２６は、全てのスレーブ局５０が周期通信を行う準備ができたものと認識する。これ以降、トークンパッシング方式による通常の通信処理が開始される。

　通常の通信処理では、トークンフレーム処理部２７は、自局に送信権があることを認識し（ステップＳ１９）、データフレーム通信処理部２８は各スレーブ局５０に対してデータフレームを送信する（ステップＳ２０）。その後、トークンフレーム処理部２７は、トークン巡回順序情報に従って送信権獲得装置情報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（ステップＳ２１）。その後、トークンフレームがネットワーク内の通信ノードに順に巡回され、通信権を獲得した通信ノードによってデータフレームが送信される。

　データフレーム通信処理部２８は、受信したデータフレームが自局宛てかを判定し（ステップＳ２２）、自局宛てでない場合（ステップＳ２２でＮｏの場合）には、データフレームの受信処理を行わない（ステップＳ２３）。一方、自局宛ての場合（ステップＳ２２でＹｅｓの場合）には、データフレームの受信処理を行う（ステップＳ２４）。

　ステップＳ２３，Ｓ２４の後、トークンフレーム処理部２７は、受信したトークンフレームが自局宛てかを判定し（ステップＳ２５）、自局宛てではない場合（ステップＳ２５でＮｏの場合）にはステップＳ２２へと処理が戻る。一方、自局宛ての場合（ステップＳ２５でＹｅｓの場合）には自局に送信権があるものとして、ステップＳ２０へと処理が戻る。以上のようにして、管理局１０での通信処理が行われる。

　図５は、スレーブ局における通信方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、スレーブ局５０の制御フレーム応答部６１は、管理局１０からのネットワーク存在確認フレームを受信すると（ステップＳ５１）、ネットワーク存在確認応答フレームを生成し、管理局１０に送信する（ステップＳ５２）。ネットワーク存在確認応答フレームには、受信したネットワーク存在確認フレームの確認フレーム送信元アドレスと確認フレーム送信元ポート番号が含まれる。

　また、ネットワーク存在確認フレームを受信したポートとは別のポートに他のスレーブ局５０が接続されている場合には、制御フレーム応答部６１は、確認フレーム送信元アドレスと確認フレーム送信ポート番号とを、自局のものに書き換えたネットワーク存在確認フレームを上記別のポートから送信し（ステップＳ５３）、他のスレーブ局５０から受信した管理局１０宛てのネットワーク存在確認応答フレームをそのままリピートする（ステップＳ５４）。

　その後、スレーブ局５０は、管理局１０からの通信設定フレームを受信すると（ステップＳ５５）、制御フレーム応答部６１は、通信設定フレーム中からトークン巡回先情報を取得し、トークン巡回先情報記憶部６２に記憶する（ステップＳ５６）。また、制御フレーム応答部６１は、通信設定フレームに対する応答である通信設定応答フレームを生成し、管理局１０に送信する（ステップＳ５７）。

　通信設定応答フレームを返信すると、スレーブ局５０での周期通信処理の準備が整ったことを意味し、以後、トークンパッシング方式による通信処理が行われる。その後、スレーブ局５０は、ポート５１－１，５１－２でフレームを受信したかを判定する（ステップＳ５８）。

　フレームを受信しない場合（ステップＳ５８でＮｏの場合）には待ち状態となる。フレームを受信した場合（ステップＳ５８でＹｅｓの場合）には、トークンフレームであるかを判定し（ステップＳ５９）、トークンフレームの場合（ステップＳ５９でＹｅｓの場合）には、さらに自局宛てのトークンフレームであるかを判定する（ステップＳ６０）。自局宛てのトークンフレームの場合（ステップＳ６０でＹｅｓの場合）には、送信権を獲得したことになるので、データフレーム通信処理部６６はデータフレームを送信する（ステップＳ６１）。一方、自局宛てのトークンフレームではない場合（ステップＳ６０でＮｏの場合）には、ステップＳ５８へと戻る。

　ステップＳ５９でトークンフレームではない場合（ステップＳ５９でＮｏの場合）には自局宛てのデータフレームであるかを判定する（ステップＳ６２）。自局宛てのデータフレームである場合（ステップＳ６２でＹｅｓの場合）には受信処理を行い（ステップＳ６３）、ステップＳ５８へと戻る。また、自局宛てのデータフレームでない場合（ステップＳ６２でＮｏの場合）には、データフレームの受信処理を行わず（ステップＳ６３）、ステップＳ５８へと戻る。以上のようにして、スレーブ局５０での通信処理が行われる。

　つぎに、上記のようにしてトークンパッシング方式による周期データ通信が行われている通信システムに新規に通信ノードが接続された場合に、この実施の形態による周期通信を行いながら新規通信ノードを含めた新たな周期通信へ移行する処理について説明する。図６－１～図６－２は、通信システムにおける新規接続ノードが接続された際の通信処理手順の一例を示すフローチャートであり、図７は、通信システムに新規接続ノードが接続された場合の処理の状況を模式的に示す図である。

　トークンパッシング方式による周期通信が行われている最中に、スレーブ局５０が新規に接続される（ステップＳ１０１）。たとえば、図１に示されるように、管理局１０とスレーブ局５０Ａ，５０Ｂとで通信が行われているときに、図７（ａ）に示されるように、スレーブ局（以下、新規接続ノードともいう）５０Ｃがスレーブ局５０Ｂに通信ケーブル１０１を介して接続する。この状態では、管理局１０とスレーブ局５０Ａ，５０Ｂの間でトークンフレームが巡回し、トークンフレームを受信した通信ノードはデータフレームを生成して送信し、最後につぎの通信ノードに向けてトークンフレームを送信しているため、新規接続ノード５０Ｃは、物理的にスレーブ局５０Ｂと接続しているが、トークンフレームを受信し自局のデータフレームを送信する権利がない。

　そこで、新規接続ノード５０Ｃの新規接続時通知部６３は、物理的に接続されたスレーブ局５０Ｂに対して任意のタイミングで、自局のＭＡＣアドレスと、スレーブ局５０Ｂと接続した接続ポート番号を含む新規接続通知フレームを送信する（ステップＳ１０２）。スレーブ局５０Ｂの新規ノード接続情報更新部６４は、新規接続通知フレームを受信すると（ステップＳ１０３）、新規接続通知フレームに該新規接続通知フレームを受信したポート番号を加え、宛先を管理局１０とし、つぎに送信権を獲得するまで一時保管する（ステップＳ１０４）。

　その後、スレーブ局５０Ｂのトークンフレーム処理部６５は送信権を獲得したかを判定し（ステップＳ１０５）、送信権を獲得していない場合（ステップＳ１０５でＮｏの場合）には待ち状態となる。そして、送信権を獲得すると（ステップＳ１０５でＹｅｓの場合）、データフレーム通信処理部６６は自局の送信すべきデータフレームを送信するとともに、制御フレーム応答部６１は一時的に保管された新規接続通知フレームを管理局１０に送信する（ステップＳ１０６）。

　管理局１０のデータフレーム通信処理部２８は、データフレームとともに新規接続通知フレームを受信すると（ステップＳ１０７）、受信した新規接続通知フレームから、新規接続ノード５０ＣのＭＡＣアドレスと隣接するスレーブ局５０Ｂと接続されるポート番号、および隣接するスレーブ局５０Ｂの新規接続ノード５０Ｃと接続されるポート番号を取得し、ネットワーク存在情報記憶部２３のネットワーク存在情報を更新する（ステップＳ１０８）。

　その後、管理局１０のトークン巡回順序決定部２４は、更新されたネットワーク存在情報を用いて新たなトークン巡回順序を決定し（ステップＳ１０９）、トークン巡回順序情報記憶部２５に記憶する。ついで、通信設定処理部２６は、現在使用中のトークン巡回順序と、ステップＳ１０９で決定された新しいトークン巡回順序とを比較し、トークン巡回順序の変更によってつぎに送信権を渡す通信ノード（すなわちトークン巡回先情報）が変更されるスレーブ局５０Ｂと新規接続ノード５０Ｃに対して、トークン巡回先情報を含む通信設定フレームを生成する（ステップＳ１１０）。

　その後、管理局１０のトークンフレーム処理部２７は、送信権を獲得したか判定する（ステップＳ１１１）。送信権を獲得できない場合（ステップＳ１１１でＮｏの場合）には待ち状態となる。そして、送信権を獲得すると（ステップＳ１１１でＹｅｓの場合）、管理局１０のデータフレーム通信処理部２８はスレーブ局に送信すべきデータフレームを送信するとともに、図７（ｂ）に示されるように通信設定処理部２６は生成した通信設定フレームをトークン巡回順序に変更のあったスレーブ局５０Ｂと新規接続ノード５０Ｃに対して送信する（ステップＳ１１２）。

　スレーブ局５０Ｂの制御フレーム応答部６１は、通信設定フレームを受信すると（ステップＳ１１３）、通信設定フレームに含まれるトークン巡回先情報をトークン巡回先情報記憶部６２に記憶する（ステップＳ１１４）。その後、トークンフレーム処理部６５は送信権を獲得したか判定する（ステップＳ１１５）。送信権を獲得できない場合（ステップＳ１１５でＮｏの場合）には待ち状態となる。そして、送信権を獲得すると（ステップＳ１１５でＹｅｓの場合）、データフレーム通信処理部６６は送信すべきデータフレームを送信するとともに、制御フレーム応答部６１は通信設定フレームに対する応答である通信設定応答フレームを管理局１０に送信する（ステップＳ１１６）。

　また、新規接続ノード５０Ｃの制御フレーム応答部６１は、通信設定フレームを受信すると（ステップＳ１１７）、通信設定フレームに含まれるトークン巡回先情報をトークン巡回先情報記憶部６２に記憶した後（ステップＳ１１８）、管理局１０に通信設定応答フレームを送信する（ステップＳ１１９）。新規接続ノード５０Ｃによる通信設定応答フレームの送信タイミングは任意である。

　新規接続ノード５０Ｃからの通信設定応答フレームは、スレーブ局５０Ｂによって受信され、つぎにスレーブ局５０Ｂが送信権を獲得するまで保管される（ステップＳ１２０）。その後、スレーブ局５０Ｂのトークンフレーム処理部６５は送信権を獲得したかを判定し（ステップＳ１２１）、送信権を獲得していない場合（ステップＳ１２１でＮｏの場合）には待ち状態となる。そして、送信権を獲得すると（ステップＳ１２１でＹｅｓの場合）、データフレーム通信処理部６６は自局の送信すべきデータフレームを送信し、制御フレーム応答部６１も保管された通信設定応答フレームを管理局１０に送信する（ステップＳ１２２）。

　管理局１０では、スレーブ局５０Ｂと新規接続ノード５０Ｃからの通信設定応答フレームを受信すると（ステップＳ１２３，Ｓ１２４）、各局が正常に設定を完了したと認識する。その後、管理局１０は送信権を獲得したか判定する（ステップＳ１２５）。送信権を獲得できない場合（ステップＳ１２５でＮｏの場合）には待ち状態となり、送信権を獲得すると（ステップＳ１２５でＹｅｓの場合）、トークンフレーム処理部２７は、新たなネットワーク構成でトークンパッシングを実施することを示す新規通信開始フレームをスレーブ局５０Ａ～５０Ｃに送信する（ステップＳ１２６）。

　スレーブ局５０Ｂと新規接続ノード５０Ｃは、新規通信開始フレームを受信すると（ステップＳ１２７，Ｓ１２９）、それぞれ通信設定フレームの受信時に記憶した新たなトークン巡回先情報を有効化（使用可能な状態と）する（ステップＳ１２８，Ｓ１３０）。そして、図７（ｃ）に示されるように、新しいネットワーク構成でトークンパッシング方式による通信が開始される（ステップＳ１３１）。

　この実施の形態では、周期通信中に新規接続ノードが接続された場合に、周期通信を行いながら、新規接続ノードが接続された場合のトークン巡回順序の決定と、それによってトークンフレームの巡回先がそれまでとは異なるスレーブ局に対するトークン巡回先情報の設定を行うようにした。そして、新規接続ノードを含む新たなネットワーク構成での同期通信が可能な状態になった時点で、新たなトークン巡回順序での同期通信に変更するようにした。これによって、新規接続ノードが接続された時点で周期通信を中断することなく、新たなネットワーク構成での周期通信を実行することができる。そして、シーケンス制御によって装置や機械を同期制御している製造現場での生産工程を中断する必要がなくなり、また、モーションネットワークで定周期性を保証することができるという効果を有する。

　なお、上述した説明では、通信ノードがライン状に接続された場合を例示したが、スター状に接続されたネットワーク、またはライン状とスター状が混在したネットワークに対しても適用することができる。

　また、上述した説明では、管理局１０が、各スレーブ局５０のつぎに送信権を得る通信ノードの情報（ＭＡＣアドレス）のみをトークン巡回先情報として、各スレーブ局５０に送信するようにしているが、トークン巡回順序情報をスレーブ局５０に対して送信するようにしてもよい。この場合には、新規接続ノードがネットワークに接続され、新たなトークン巡回順序が決定された場合に、ネットワーク内の全てのスレーブ局５０にトークン巡回順序情報が送信される。

　以上のように、この発明にかかるスレーブ局は、トークンパッシング方式で周期通信を行っているネットワークに有用である。

　１０　管理局
　１１－１，１１－２，５１－１，５１－２　ポート
　２０，６０　通信処理部
　２１　タイマ
　２２　ネットワーク存在確認処理部
　２３　ネットワーク存在情報記憶部
　２４　トークン巡回順序決定部
　２５　トークン巡回順序情報記憶部
　２６　通信設定処理部
　２７，６５　トークンフレーム処理部
　２８，６６　データフレーム通信処理部
　５０，５０Ａ，５０Ｂ　スレーブ局
　５０Ｃ　新規接続ノード（スレーブ局）
　６１　制御フレーム応答部
　６２　トークン巡回先情報記憶部
　６３　新規接続時通知部
　６４　新規ノード接続情報更新部
１０１　通信ケーブル

Claims

　複数の通信ノードが通信ケーブルでライン状および／またはスター状に接続されたネットワーク内でのトークンフレームの巡回順序を決定し、他の通信ノードに前記巡回順序を通知して、前記ネットワーク内でのデータの送信を管理する前記通信ノードの１つである管理局と、前記ネットワーク内におけるその他の通信ノードであるスレーブ局と、を備える通信システムで使用される前記スレーブ局において、
　自局のつぎに送信権を与える通信ノードを含むトークン巡回先情報を記憶するトークン巡回先情報記憶手段と、
　前記管理局から通信設定フレームを受信すると、前記通信設定フレームに含まれる前記トークン巡回先情報を前記トークン巡回先情報記憶手段に記憶し、通信設定応答フレームを前記管理局に送信する制御フレーム応答手段と、
　他の前記通信ノードから受信したトークンフレームに含まれる送信権獲得装置情報と、自局のアドレスと、を比較して送信権を得たかを判定し、送信権を得てデータフレーム通信処理手段によるデータフレームの送信処理が終了すると、前記トークン巡回先情報記憶手段に記憶された前記トークン巡回先情報を用いて、つぎに送信権を与える通信ノードを前記送信権獲得装置情報に設定した前記トークンフレームを送信するトークンフレーム処理手段と、
　送信権を獲得した場合にデータフレームを送信し、他の前記通信ノードからのデータフレームを受信するデータフレーム通信処理手段と、
　第１のトークン巡回順序に従って前記トークンフレームを前記ネットワーク内に巡回させて周期通信を行っている最中に、通信ケーブルを介して新規接続ノードが自局に物理的に接続され、前記新規接続ノードのアドレスを含む新規接続通知フレームを前記新規接続ノードから受信すると、自局と前記新規接続ノードとの接続関係を含むように前記新規接続通知フレームを更新し、自局が送信権を獲得するまでの間保管する新規ノード接続情報生成手段と、
　を備え、
　前記新規接続通知フレームを受信した後に送信権を獲得すると、前記データフレーム通信処理手段による前記データフレームの送信の際に、前記制御フレーム応答手段は保管した前記新規接続通知フレームを送信することを特徴とするスレーブ局。
　周期通信中の前記ネットワーク内の前記通信ノードに前記通信ケーブルを介して物理的に接続された場合に、前記通信ケーブルを介して接続された前記通信ノードに前記新規接続通知フレームを送信する新規接続時通知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスレーブ局。
　前記制御フレーム応答手段は、前記新規接続ノードが接続された後の第２のトークン巡回順序に基づく新たなトークン巡回先情報を含む通信設定フレームを受信すると、前記新たなトークン巡回先情報を前記トークン巡回先情報記憶手段に記憶し、前記管理局から前記第２のトークン巡回順序で通信を開始することを通知する新規通信開始フレームを受信すると、それまでに使用していたトークン巡回先情報に代えて前記新たなトークン巡回先情報を有効化することを特徴とする請求項１または２に記載のスレーブ局。
　複数の通信ノードが通信ケーブルでライン状および／またはスター状に接続されたネットワーク内で周期通信を管理する管理局において、
　前記ネットワーク内に存在する前記通信ノード間の接続関係を含むネットワーク存在情報を格納するネットワーク存在情報記憶手段と、
　前記ネットワーク存在情報を用いてトークン巡回順序を決定するトークン巡回順序決定手段と、
　前記トークン巡回順序に基づいて、前記ネットワーク内の前記各通信ノードに対して、該通信ノードのつぎに送信権を与える通信ノードを含むトークン巡回先情報を通知する通信設定処理手段と、
　受信したトークンフレーム内の送信権獲得装置情報と、自局のアドレスと、を比較して送信権を得たかを判定し、送信権を得た場合に、データフレーム通信処理手段によるデータフレームの送信後、前記送信権獲得装置情報に前記トークン巡回順序に基づいてつぎの通信ノードを設定した前記トークンフレームを送信するトークンフレーム処理手段と、
　他の前記通信ノードからのデータフレームを受信し、送信権を獲得した場合にデータフレームを送信するデータフレーム通信処理手段と、
　を備え、
　前記データフレーム通信処理手段は、第１のトークン巡回順序に従って前記トークンフレームを前記ネットワーク内に巡回させて周期通信を行っている最中に、前記ネットワークに接続された新規接続ノードと、前記新規接続ノードと接続された前記通信ノードとの接続関係を含む新規接続通知フレームを受信すると、前記接続関係を前記ネットワーク存在情報記憶手段に記憶し、
　前記トークン巡回順序決定手段は、前記ネットワーク存在情報記憶手段の前記ネットワーク存在情報に変化が生じると、新たな前記ネットワーク存在情報に基づいて第２のトークン巡回順序を決定し、
　前記通信設定処理手段は、前記第２のトークン巡回順序の前記第１のトークン巡回順序からの変化によって、前記トークン巡回先情報が異なることになる前記通信ノードに対する新たなトークン巡回先情報を含む通信設定フレームを生成し、送信権を得た場合に前記通信設定フレームを送信し、
　前記トークンフレーム処理手段は、前記通信設定フレームに対する応答フレームを前記通信ノードから受信すると、前記第２のトークン巡回順序で通信を開始することを通知する新規通信開始フレームを、送信権を得た際に送信することを特徴とする管理局。
　複数の通信ノードが通信ケーブルでライン状および／またはスター状に接続されたネットワーク内でトークンフレームを順に巡回させてデータの送信を管理する前記通信ノードの１つである管理局と、前記ネットワーク内におけるその他の通信ノードであるスレーブ局と、を備える通信システムでの新規通信ノード追加方法であって、
　第１のトークン巡回順序に従って周期通信中の前記ネットワーク内の前記スレーブ局に新規接続ノードが接続されると、前記新規接続ノードが、自装置のアドレスを含む新規接続通知フレームを送信する第１の工程と、
　前記新規接続ノードと接続された前記スレーブ局が、前記新規接続通知フレームを受信すると、自局と前記新規接続ノードとの接続関係を含むように前記新規接続通知フレームを更新し、送信権を得てから前記管理局に前記新規接続通知フレームを送信する第２の工程と、
　前記管理局が、前記新規接続通知フレームを受信すると、前記新規接続通知フレーム内の前記接続関係を用いて前記ネットワーク内に存在する前記通信ノード間の接続関係を含むネットワーク存在情報を更新し、更新した前記ネットワーク存在情報を用いて第２のトークン巡回順序を決定する第３の工程と、
　前記管理局が、前記第２のトークン巡回順序を前記第１のトークン巡回順序と比較して、前記トークンフレームの渡し先が異なるスレーブ局に対して、該スレーブ局のつぎに送信権を与える通信ノードである新たなトークン巡回先情報を含む通信設定フレームを生成し、送信権を得てから前記スレーブ局に前記通信設定フレームを送信する第４の工程と、
　前記スレーブ局および前記新規接続ノードは、前記通信設定フレームに含まれる前記新たなトークン巡回先情報を取得するとともに、通信設定応答フレームを前記管理局に対して送信する第５の工程と、
　前記管理局は、前記通信設定応答フレームを受信すると、前記ネットワーク内の全ての前記スレーブ局に対して、前記第２のトークン巡回順序で周期通信を開始する旨の新規通信開始フレームを送信する第６の工程と、
　前記第５の工程で前記通信設定フレームを受信した前記スレーブ局および前記新規接続ノードは、前記新たなトークン巡回先情報を有効化する第７の工程と、
　を含むことを特徴とする新規通信ノードの追加方法。
　前記第５の工程で、
　前記新規接続ノードは、前記通信設定応答フレームを受信すると前記通信設定応答フレームを送信し、
　前記スレーブ局は、前記通信設定応答フレームを受信すると自局の前記通信設定応答フレームを、送信権を得てから前記管理局に送信し、
　前記新規接続ノードに接続される前記スレーブ局は、前記新規接続ノードからの前記通信設定応答フレームを、送信権を得てから前記管理局に送信することを特徴とする請求項５に記載の新規通信ノードの追加方法。