WO2013180167A1 - 通信装置 - Google Patents

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WO2013180167A1
WO2013180167A1 PCT/JP2013/064882 JP2013064882W WO2013180167A1 WO 2013180167 A1 WO2013180167 A1 WO 2013180167A1 JP 2013064882 W JP2013064882 W JP 2013064882W WO 2013180167 A1 WO2013180167 A1 WO 2013180167A1
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virtual
communication device
stack
virtual stack
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PCT/JP2013/064882
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宣夫 岡部
征世 秋定
和紀 宮澤
康樹 櫻井
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横河電機株式会社
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Publication date
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a communication device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-123139 filed in Japan on May 30, 2012, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • field devices called field devices and operation devices such as field devices and control devices for controlling these devices are connected via communication means in order to realize advanced automatic operation.
  • a distributed control system has been established. Most of the communication systems that form the basis of such a distributed control system perform communication by wire, but in recent years, wireless communication that conforms to industrial wireless communication standards such as ISA100.11a and WirelessHART (registered trademark). Something that communicates has also been realized.
  • ISA100 is a wireless communication standard used for measurement and control in a plant or the like formulated by the International Society for Measurement and Control (ISA).
  • ISA International Society for Measurement and Control
  • WirelessHART mentioned above was proposed by the HART (Highway Addressable Remote Transducer) Communication Association in the United States, and sensor networks (multiple sensor-equipped wireless terminals are scattered in space, and they collect the environment and physical state in cooperation with each other) A wireless communication standard based on a wireless network).
  • Patent Document 1 discloses a computer interconnected with a wireless sensor network compliant with ZigBee (registered trademark), which is a wireless communication standard with short distance and low power consumption, and an Internet protocol (IP) technology.
  • ZigBee registered trademark
  • IP Internet protocol
  • a technique for interconnecting an IP network, which is a network is disclosed.
  • a gateway including a protocol stack for realizing communication via a wireless sensor network compliant with Zigbee and a protocol stack for realizing communication via an IP network, These networks are interconnected.
  • Many of the computers connected to the IP network described above include a CPU (central processing unit) with a high processing capacity, a large-capacity memory, and the like.
  • a CPU central processing unit
  • a plurality of application programs and a program for realizing a plurality of communication protocols are incorporated in advance, and a plurality of applications can be operated in parallel, and a communication protocol used for each application can be used. It is possible to switch.
  • the field devices described above and the devices used in the sensor network described above often have a minimum hardware configuration because they need to perform a power saving operation.
  • a CPU having a processing capability capable of operating a specific application and enabling communication using a specific communication protocol
  • a memory having a capacity capable of executing a program that realizes the application and the communication protocol.
  • a configuration is provided.
  • a device that needs to perform power saving operation adopts a minimum hardware configuration, it is not easy to simultaneously realize a plurality of functions with one device. If multiple functions are to be realized using a device that needs to perform power saving operation, the function that is intended to realize a device that incorporates an application that realizes each function and a program that realizes a communication protocol. It is necessary to prepare as many as the number, and the cost increases.
  • One embodiment of the present invention provides a communication device capable of realizing a plurality of functions for performing communication complying with different communication standards while performing power saving operation.
  • a communication apparatus is a communication apparatus capable of communication conforming to a plurality of communication standards, and is a storage unit configured to store a plurality of virtual stacks, the plurality of virtual stacks Each of which is a stack in which an application program that realizes the function of the communication device and a communication program that realizes a protocol stack for communication by the application program are associated with each other, the storage unit, and the virtual stack
  • An execution unit configured to execute, and a first process of reading at least a part of at least one of the virtual stacks from the storage unit, storing the execution unit in a memory of the execution unit, and executing the first process.
  • At least a part of at least one of the virtual stacks executed in one process is stored in the memory according to the free space of the memory. And executing the second process of reading at least a part of the virtual stack from the storage unit, storing it in the memory of the execution unit, and executing the second process.
  • a switching control unit configured to switch the virtual stack.
  • each of the virtual stacks includes a parameter used in at least one of the application program and the communication program.
  • the communication device according to one aspect of the present invention further includes a switching table in which information indicating a virtual stack to be switched is defined in advance, and the switching control unit receives an event that occurs outside or inside the communication device.
  • the communication device further includes a timer, and the switching control unit is configured to switch the virtual stack based on a time measured by the timer.
  • the communication device further includes a switching rule in which a rule that requires switching is defined in advance, and the switching control unit recognizes the status of the communication device and refers to the switching rule.
  • the switching rule includes a state in which the communication device is in a situation where a communication failure occurs, and a situation where a remaining amount of a battery provided in the communication device is equal to or less than a certain level.
  • the communication device is activated or restarted, and the switching control unit determines that the communication device is in a status specified in the switching rule. If the virtual stack is detected, the virtual stack is switched.
  • the execution unit holds information that is passed between the virtual stack executed in the first process and the virtual stack executed in the second process. A holding area is provided.
  • the virtual stack executed in the first process includes a first part including a program that transmits and receives data via the protocol stack, and at least preprocessing or postprocessing of data.
  • the switching control unit switches between the first and second parts, and sequentially executes the first and second parts to the execution unit. Configured to be executed.
  • the communication device further includes a plurality of communication interface units, and each of the plurality of virtual stacks specifies identification information that identifies a communication interface unit used for communication among the plurality of communication interface units. including.
  • the switching control unit is configured to store at least a virtual stack that is not stored in the memory of the execution unit and is executed in the second process after performing the first process. When it is confirmed that there is no free space for storing a part in the memory, the deletion process is performed.
  • the switching control unit is configured to store at least a virtual stack that is not stored in the memory of the execution unit and is executed in the second process after performing the first process.
  • the stack execution control method is a stack execution control method in a communication device capable of communication conforming to a plurality of communication standards, and the method includes at least one of a plurality of virtual stacks. Storing at least a part in the memory of the execution unit of the communication device and performing a first process to be executed in the execution unit; and a virtual stack to be executed in the execution unit after performing the first process A step of determining a switching condition; and when determining that the switching condition is satisfied, at least a part of at least one of the virtual stacks executed in the first process is read from the memory according to a free capacity of the memory.
  • a step of performing a process of deleting, and at least a part of at least one of the virtual stacks executed in the first process After performing the process of deleting from the memory according to the free space of the virtual memory, at least a part of at least one of the virtual stacks is stored in the memory of the execution unit, and the second process is executed in the execution unit
  • Each of the plurality of virtual stacks includes an application program for realizing the function of the communication device and a communication program for realizing a protocol stack for the application program to communicate.
  • the step of determining a virtual stack switching condition to be executed by the execution unit is defined in advance based on an event that occurs outside or inside the communication device.
  • the switching condition is determined by referring to the switching information.
  • the step of determining the switching condition of the virtual stack to be executed in the execution unit determines the switching condition based on time or the execution time of the virtual stack. .
  • the step of determining the switching condition of the virtual stack to be executed by the execution unit refers to a switching rule defined in advance based on the state of the communication device.
  • the switching rule includes that the communication device is in a situation where a communication failure occurs, and that the remaining amount of a battery provided in the communication device is constant.
  • the step of determining a virtual stack switching condition to be executed in the execution unit is defined that the following situation has occurred or that the communication apparatus has been activated or restarted. However, when it is detected that the situation defined in the switching rule is reached, it is determined that the virtual stack switching condition is satisfied.
  • the stack execution control method according to one aspect of the present invention performs a process of deleting at least a part of at least one of the virtual stacks executed in the first process from the memory according to a free space of the memory.
  • the step is a process of deleting if the memory does not have a free capacity for storing at least a part of at least one of the virtual stacks to be executed in the second process and not stored in the memory of the execution unit. I do.
  • the stack execution control method performs a process of deleting at least a part of at least one of the virtual stacks executed in the first process from the memory according to a free space of the memory.
  • the step is a process of deleting when the memory has no free space for storing at least a part of at least one of the virtual stacks executed in the second process and not stored in the memory of the execution unit. Do not do.
  • a first virtual stack in which a first application program and a first communication program that implements a first protocol stack are associated, and a second application program and a second protocol stack that implement a second protocol stack. Since one of the second virtual stacks associated with the communication program is executed by the execution unit under the control of the switching control unit, a plurality of communication that comply with different communication standards while performing power saving operation A function can be realized.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a communication device according to the first embodiment of the present invention.
  • the communication device 1 according to the first embodiment includes a virtual stack storage unit 11 (storage unit), a virtual stack execution unit 12 (execution unit), a switching control unit 13, and a wireless communication interface unit 14. Therefore, communication conforming to a plurality of wireless communication standards is possible.
  • the communication device 1 is a field device capable of performing power saving operation and performing wireless communication conforming to the industrial wireless communication standard ISA100.11a and wireless communication conforming to WirelessHART (registered trademark).
  • the virtual stack storage unit 11 is realized by a non-volatile memory such as a flash ROM (Read OnlyEMemory) or an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), and the virtual stack VS1 (first virtual stack) and the virtual used in the communication device 1 are used. Save the stack VS2 (second virtual stack).
  • the virtual stacks VS1 and VS2 include an application program that implements the function of the communication device 1 and a communication program that implements a protocol stack necessary for the application program to communicate according to the hardware configuration of the communication device 1. It is related.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a virtual stack according to the first embodiment of the present invention.
  • the virtual stack VS1 includes an application program AP1 (first application program) associated with communication programs P11 to P13 (first communication program), and a parameter PM1.
  • the application program AP1 is a program that realizes functions of the communication device 1 (for example, a flow rate measurement function, a temperature measurement function, and other functions).
  • the communication programs P11 to P13 are programs for realizing the protocol stack ST1 (first protocol stack) conforming to the above-described wireless communication standard ISA100.11a. Specifically, the communication program P11 implements the data link layer of the protocol stack ST1, the communication program P12 implements the network layer of the protocol stack ST1, and the communication program P13 implements the transport layer of the protocol stack ST1.
  • the communication program P11 realizes a data link layer defined by the wireless communication standard IEEE802.15.4.
  • the communication program P12 realizes a network layer defined by IPv6, which is a kind of Internet protocol.
  • the communication program P13 implements UDP (User Datagram Protocol) defined by the Internet protocol as a transport layer.
  • UDP User Datagram Protocol
  • the parameter PM1 is a parameter used in at least one of the application program AP1 and the communication programs P11 to P13.
  • This parameter PM1 includes, for example, key information used for encryption processing, information indicating an encryption algorithm, information indicating units such as a measured flow rate and temperature, and the like as parameters used in the application program AP1.
  • the parameters used in the communication programs P11 to P13 include information indicating the data transmission destination and transmission source, information for identifying the communication network (subnet ID), and the like.
  • the virtual stack VS2 includes an application program AP2 (second application program) and communication programs P21 to P23 (second communication program) associated with each other, and a parameter PM2.
  • the application program AP2 is a program that implements the function of the communication device 1 in the same manner as the application program AP1. Note that the function realized by the application program AP2 may be the same as or different from the function realized by the application program AP1.
  • the communication programs P21 to P23 are programs that realize the protocol stack ST2 (second protocol stack) that complies with the wireless communication standard WirelessHART (registered trademark) described above. Specifically, the communication program P21 implements the data link layer of the protocol stack ST2, the communication program P22 implements the network layer of the protocol stack ST2, and the communication program P23 implements the transport layer of the protocol stack ST2.
  • the protocol stack ST2 second protocol stack
  • WirelessHART registered trademark
  • the parameter PM2 is a parameter used at least one of the application program AP2 and the communication programs P21 to P23.
  • the parameter PM2 includes parameters used in the application program AP2, such as key information used for cryptographic processing, information indicating a cryptographic algorithm, information indicating units such as measured flow rate and temperature, and the like.
  • the parameters used in the communication programs P21 to P23 include information indicating a data transmission destination and transmission source, information for identifying a communication network (subnet ID), and the like.
  • the virtual stack execution unit 12 sequentially executes the virtual stacks VS1 and VS2 stored in the virtual stack storage unit 11.
  • the virtual stack execution unit 12 is realized by a volatile memory such as a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random Access Memory), and is read from the virtual stack storage unit 11 under the control of the switching control unit 13. Is stored in the volatile memory.
  • the capacity of the volatile memory that constitutes a part of the virtual stack execution unit 12 is set to a capacity that allows the virtual stacks VS1 and VS2 to be executed.
  • the virtual stack read by the virtual stack execution unit 12 is expressed as a broken virtual stack VS0 for easy understanding.
  • the switching control unit 13 switches the virtual stacks VS1 and VS2 that are executed by the virtual stack execution unit 12. For example, the switching control unit 13 performs switching between the virtual stacks VS1 and VS2 to be executed in the virtual stack execution unit 12 based on an event or time that occurs outside or inside the communication device 1, or a situation (context) of the communication device 1.
  • . 3A to 3C are diagrams for explaining the switching conditions of the virtual stack according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A shows a case where an event occurring outside or inside the communication apparatus 1 is the switching condition.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram when time is a switching condition
  • FIG. 3C is an explanatory diagram when the status of the communication apparatus 1 is a switching condition.
  • the switching control unit 13 switches the switching table TB (the switching target for each type of the events E1 and E2).
  • the virtual stacks VS1 and VS2 are switched with reference to a table in which information indicating the virtual stacks is defined in advance).
  • the event E1 is an event for notifying a measurement result such as a flow rate or a temperature
  • the event E2 is a communication result performed by a virtual stack executed in the virtual stack execution unit 12, for example. It is an event indicating
  • the switching control unit 13 may switch the virtual stacks VS1 and VS2 without referring to the switching table TB.
  • a virtual stack for example, a virtual stack
  • the switching table TB may switch the virtual stacks VS1 and VS2 without referring to the switching table TB.
  • the switching control unit 13 switches the virtual stacks VS1 and VS2 with reference to the time measured by the timer TM. For example, when the preset time is reached, or when the execution time of the virtual stack being executed in the virtual stack execution unit 12 has passed a preset time, the switching control unit 13 sets the virtual stack VS1 and VS2 is switched.
  • the timer TM is provided outside the switching control unit 13, but the timer TM may be provided inside the switching control unit 13.
  • the switching control unit 13 recognizes the status of the communication device 1 and refers to the virtual stack VS1 and the switching rules CR defined in advance. VS2 is switched.
  • the switching rule CR defines a rule (rule) that requires switching between the virtual stacks VS1 and VS2.
  • the communication device 1 is in a situation where a communication failure occurs only when a specific virtual stack is used, and the remaining battery level of the communication device 1 is below a certain level. It is defined that the situation has been reached, or that the communication apparatus 1 has been activated or restarted.
  • the wireless communication interface unit 14 receives data transmitted as a wireless signal from the outside of the communication device 1 and transmits data to be transmitted to the outside of the communication device 1 as a wireless signal.
  • the wireless communication interface unit 14 corresponds to, for example, a physical layer defined by the wireless communication standard IEEE802.15.4.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. Note that the flowchart shown in FIG. 4 is started when the communication device 1 is turned on and the communication device 1 is activated.
  • a predefined (default) virtual stack is read from the virtual stack storage unit 11 by the switching control unit 13 (step S11).
  • the virtual stack VS1 is read.
  • the virtual stack VS1 read from the virtual stack storage unit 11 is stored in the memory of the virtual stack execution unit 12 and executed by the switching control unit 13 (step S12).
  • the protocol stack ST1 shown in FIG. 2 and the functions (for example, the flow rate measurement function, the temperature measurement function, and other functions) of the communication device 1 by the application program AP1 are realized.
  • Wireless communication based on the communication standard ISA100.11a is possible.
  • the switching control unit 13 determines whether or not the virtual stack switching condition is satisfied (step S13). For example, as shown in FIG. 3A, when the event E1 that occurs outside the communication device 1 or the event E2 that occurs inside is the switching condition, it is determined whether the event E1 or the event E2 is input to the switching control unit 13. Is done. Also, as shown in FIG. 3B, when the time is a switching condition, the switching control unit 13 refers to the timer TM and determines whether or not the preset time has come, or is executed in the virtual stack execution unit 12. It is determined whether the execution time of the existing virtual stack VS1 has passed a preset time. Alternatively, as shown in FIG. 3C, when the status of the communication device 1 is a switching condition, the switching rule CR is referred to by the switching control unit 13, and the status of the communication device 1 becomes a status defined by the switching rule CR. It is determined whether or not.
  • step S13 When it is determined that the virtual stack switching condition is not satisfied (when the determination result of step S13 is “NO”), the determination of step S13 is performed again by the switching control unit 13. On the other hand, when it is determined that the virtual stack switching condition is satisfied (when the determination result of step S13 is “YES”), the virtual stack to be executed (switched) in the memory of the virtual stack execution unit 12 is then selected. It is confirmed whether there is free space to be stored (step S14). In the first embodiment, the virtual stack to be executed (switched) next in the memory of the virtual stack execution unit 12 is the virtual stack VS2.
  • step S16 When there is a free capacity for storing the virtual stack VS2 in the memory of the virtual stack execution unit 12 (when the confirmation result in step S14 is “YES”), the virtual stack storage unit 11 does not delete the virtual stack VS1 from the memory.
  • the virtual stack VS2 is read (step S16).
  • step S15 when there is no free space for storing the virtual stack VS2 in the memory of the virtual stack execution unit 12 (when the confirmation result in Step S14 is “NO”), the virtual stack VS1 is deleted from the memory of the virtual stack execution unit 12 ( In step S15), the virtual stack VS2 is read from the virtual stack storage unit 11 (step S16).
  • step S17 the virtual stack VS2 read from the virtual stack storage unit 11 is stored and executed in the memory of the virtual stack execution unit 12 by the switching control unit 13 (step S17).
  • the protocol stack ST2 shown in FIG. 2 and the function of the communication device 1 by the application program AP2 are realized, and the communication device 1 is capable of wireless communication conforming to the above-described wireless communication standard WirelessHART (registered trademark). It becomes a state. Thereafter, the processes of steps S13 to S17 are repeated.
  • WirelessHART registered trademark
  • the communication device 1 stores the virtual stacks VS1 and VS2 in which the application program and the communication program that realizes the protocol stack necessary for the application program to communicate with each other are associated with each other.
  • the switching control unit 13 switches the virtual stacks VS1 and VS2 stored in the unit 11 and executed by the virtual stack execution unit 12. For this reason, even if the hardware configuration of the communication device 1 is required to perform the power saving operation, a plurality of functions for performing communication based on different wireless communication standards while performing the power saving operation are realized. Is possible.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a main configuration of a communication device according to the second embodiment of the present invention.
  • the communication device 2 according to the second embodiment has a configuration in which a virtual stack execution unit 21 is provided instead of the virtual stack execution unit 12 included in the communication device 1 illustrated in FIG. 1.
  • the virtual stack execution unit 21 executes the virtual stacks VS1 and VS2 sequentially as in the virtual stack execution unit 12 shown in FIG. Is further provided with an information holding area R1 which is an area for holding the information passed on. By providing this information holding area R1, it becomes possible to smoothly exchange information between the virtual stacks VS1 and VS2 switched by the switching control unit 13.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a main configuration of a communication device according to an application example of the second embodiment of the present invention.
  • the communication device 2 ′ of this application example includes a virtual stack storage unit 11, a virtual stack execution unit 21, a switching control unit 13, and a wireless interface 14, similar to the communication device 2 illustrated in FIG. 5. It is a configuration.
  • the communication device 2 ′ of this application example is different from the communication device 2 shown in FIG. 5 in the virtual stack VS 1 stored in the virtual stack storage unit 11.
  • the virtual stack VS1 stored in the virtual stack storage unit 11 of the communication device 2 illustrated in FIG. 5 includes an application program AP1 and communication programs P11 to P13 associated with each other as illustrated in FIG. Contains parameter PM1.
  • the virtual stack VS1 stored in the virtual stack storage unit 11 included in the communication device 2 ′ illustrated in FIG. 6 is divided into a virtual stack VS11 (first portion) and a virtual stack VS12 (second portion). Yes.
  • the virtual stack VS1 is divided into the virtual stacks VS11 and VS12 even if the program size of the application program AP1 included in the virtual stack VS1 cannot be executed by the communication device 2 ′. This is because the application program AP1 can be executed.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the virtual stack VS1 in the application example of the second embodiment of the present invention.
  • the virtual stack VS11 constituting a part of the virtual stack VS1 includes communication programs P11 to P13, an application program AP11, and a parameter PM11.
  • the communication programs P11 to P13 are the same as those shown in FIG. 2, and are programs that realize the protocol stack ST1 that complies with the wireless communication standard ISA100.11a.
  • the application program AP11 is a program that transmits and receives data via the protocol stack ST1 in the application program AP1.
  • the parameter PM11 is a parameter used in at least one of the communication programs P11 to P13 and the application program AP11, and includes, for example, information indicating a data transmission destination and a transmission source, and information (subnet ID) for identifying a communication network. It is.
  • the virtual stack VS12 constituting the remaining part of the virtual stack VS1 includes an application program AP12 and a parameter PM12.
  • the application program AP12 is the remaining program excluding the application program AP11 in the application program AP1.
  • pre-processing of data to be transmitted through the protocol stack ST1, post-processing of data received through the protocol stack ST1, and functions of the communication device 2 ′ for example, a flow measurement function, a temperature measurement function, and other functions
  • the pre-processing includes encryption processing, but may include other processing.
  • the post-processing includes decryption processing, but may include other processing.
  • the parameter PM12 is a parameter used when the application program AP12 is executed, and includes, for example, key information used for cryptographic processing, information indicating a cryptographic algorithm, and information indicating a measured flow rate and temperature unit.
  • the application program AP1 is divided into an application program AP11 that is a program for transmitting and receiving data via the protocol stack ST1 and the remaining application program AP12
  • the division method is arbitrary. However, a situation in which the virtual stacks VS11 and VS12 cannot be executed does not occur, and processing (for example, data transmission / reception processing) of the communication device 2 ′ does not occur.
  • the application program AP1 may be divided into three or more programs.
  • the virtual stack execution unit 21 of the communication device 2 illustrated in FIG. 5 sequentially stores the virtual stacks VS1 and VS2 stored in the virtual stack storage unit 11 in the same manner as the virtual stack execution unit 12 of the communication device 1 illustrated in FIG. Is to be executed.
  • the virtual stack execution unit 21 included in the communication device 2 ′ illustrated in FIG. 6 can sequentially execute the virtual stacks VS11, VS12, and VS2.
  • the switching control unit 13 included in the communication device 2 ′ can switch the virtual stacks VS11, VS12, and VS2 that are executed by the virtual stack execution unit 21. Specifically, as in the case described with reference to FIG. 3A, the switching control unit 13 performs an event E2 (specifically, the virtual stack executed by the virtual stack execution unit 21) that occurs inside the communication device 2 ′. When an event output from the stack VS0 is input, the virtual stack execution unit 21 switches between the virtual stacks VS11 and VS12.
  • the switching control unit 13 reads the virtual stack VS 11 from the virtual stack storage unit 11 and performs virtual stacking.
  • the execution unit 21 executes this.
  • the event E2 indicating that the reception process is completed is output from the virtual stack VS11 (virtual stack VS0)
  • the virtual stack to be executed in the virtual stack execution unit 21 is switched from the virtual stack VS11 to the virtual stack VS12.
  • Decryption processing (post-processing) is performed on the data that has undergone reception processing.
  • the switching control unit 13 when transmitting data to the outside of the communication device 2 ′ by wireless communication conforming to the wireless communication standard ISA100.11a, the switching control unit 13 reads the virtual stack VS 12 from the virtual stack storage unit 11 and performs virtual processing.
  • the stack execution unit 21 executes the encryption process (preprocessing).
  • the event E2 indicating that the encryption processing is completed is output from the virtual stack VS12 (virtual stack VS0)
  • the virtual stack to be executed in the virtual stack execution unit 21 is switched from the virtual stack VS12 to the virtual stack VS11.
  • the transmission processing of the encrypted data is performed.
  • the switching control unit 13 determines that the state of the virtual stack VS12 (virtual stack VS0) executed in the virtual stack execution unit 21 is indefinite (for example, when a failure is detected by the watchdog timer).
  • the virtual stack execution unit 21 always executes the virtual stack VS11 including the communication programs P11 to P13 for realizing the protocol stack ST1. This is because, for example, the communication device 2 ′ is set in a communicable state in order to recover a malfunction that occurred during the execution of the virtual stack VS 12 by remote operation.
  • the operation of the communication device 2 ′ having the above configuration will be briefly described.
  • an operation (reception operation) for receiving data transmitted from the outside of the communication device 2 ′ by wireless communication conforming to the wireless communication standard ISA100.11a and data to be transmitted to the outside of the communication device 2 ′ will be described.
  • An operation (transmission operation) at the time of transmission by wireless communication conforming to the wireless communication standard ISA100.11a will be described as an example. It is assumed that the communication device 2 ′ performs an intermittent operation according to a predetermined schedule in order to reduce power consumption. For this reason, the communication device 2 ′ performs a transmission operation at a predetermined timing and performs a reception operation at a predetermined timing different from the timing at which the transmission operation is performed.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a reception operation of the communication device according to the application example of the second embodiment of the present invention.
  • the virtual stack VS11 stored in the virtual stack storage unit 11 is read by the switching control unit 13, stored in the memory of the virtual stack execution unit 12, and executed (step). S21).
  • the protocol stack ST1 shown in FIG. 7 and the data transmission / reception function (function by the application program AP11) via the protocol stack ST1 are realized by the communication device 2 ′.
  • step S22 When data addressed to the communication device 2 'is transmitted from outside the communication device 2' while the virtual stack VS11 is being executed, this data is received by the wireless communication interface unit 14 (step S22). Data received by the wireless communication interface unit 14 is output to the virtual stack execution unit 12, and reception processing (packet processing, etc.) is performed by the virtual stack VS11 (step S23). The reception process by the virtual stack VS11 is performed using the protocol stack ST1 and the parameter PM11 realized by the communication programs P11 to P13. The data subjected to the reception process is held in the information holding area R1 of the virtual stack execution unit 12 (step S24).
  • an event E2 indicating that the reception process has ended is output from the virtual stack VS11 (virtual stack VS0) to the switching control unit 13 (step S25).
  • the switching control unit 13 checks whether or not there is a free capacity for storing the virtual stack VS12 in the memory of the virtual stack execution unit 12 (step S26).
  • the virtual stack storage unit 11 does not delete the virtual stack VS11 from the memory.
  • the virtual stack VS12 is read and stored in the memory of the virtual stack execution unit 12 (step S28).
  • step S27 when there is no free capacity for storing the virtual stack VS12 in the memory of the virtual stack execution unit 12 (when the confirmation result in step S26 is “NO”), the virtual stack VS11 is deleted from the memory of the virtual stack execution unit 12 ( In step S27), the virtual stack VS12 is read from the virtual stack storage unit 11 and stored in the memory of the virtual stack execution unit 12 (step S28). As a result, the virtual stack to be executed in the virtual stack execution unit 12 is switched from the virtual stack VS11 to the virtual stack VS12. Thereby, the function of the application program AP12 shown in FIG. 7 is realized, and the decoding process (post-processing) of the data received via the protocol stack ST1 is performed (step S29). Note that the decryption process is performed by using the parameter PM12 included in the virtual stack VS12 when the data retained in the information retaining area R1 is read by the application program AP12. In this way, data transmitted to the communication device 2 ′ is received.
  • the data obtained by the above reception processing is used in, for example, functions implemented by the application program AP12 (for example, flow rate measurement function, temperature measurement function, and other functions).
  • functions implemented by the application program AP12 for example, flow rate measurement function, temperature measurement function, and other functions.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a transmission operation of the communication apparatus according to the application example of the second embodiment of the present invention.
  • a transmission operation is performed, first, the virtual stack VS12 stored in the virtual stack storage unit 11 is read by the switching control unit 13, stored in the memory of the virtual stack execution unit 12, and the virtual stack execution unit 12 (Step S31). Thereby, the function of the application program AP12 shown in FIG. 7 is realized.
  • the virtual stack VS12 is executed, processing for acquiring data to be transmitted to the outside is performed (step S32).
  • the communication device 2 ' has a flow measurement function realized by executing the application program AP12, a process for measuring flow rate and obtaining flow data is performed, and the communication device 2' has a temperature measurement function. If so, a process of measuring temperature and acquiring temperature data is performed.
  • this data is encrypted (pre-processed) in the virtual stack execution unit 12 (step S33).
  • the encryption process is performed using the parameter PM12 included in the virtual stack VS12.
  • the data that has been encrypted is held in the information holding area R1 of the virtual stack execution unit 12 (step S34).
  • step S35 When the encryption process by the virtual stack VS12 is completed, an event E2 indicating that the encryption process is completed is output from the virtual stack VS12 (virtual stack VS0) to the switching control unit 13 (step S35).
  • the switching control unit 13 confirms whether or not there is a free capacity for storing the virtual stack VS11 in the memory of the virtual stack execution unit 12 (step S36).
  • the virtual stack storage unit 11 does not delete the virtual stack VS12 from the memory.
  • the virtual stack VS11 is read out and stored in the memory of the virtual stack execution unit 12 (step S38).
  • the virtual stack VS12 is deleted from the memory of the virtual stack execution unit 12 ( In step S37), the virtual stack VS11 is read from the virtual stack storage unit 11 and stored in the memory of the virtual stack execution unit 12 (step S38). As a result, the virtual stack to be executed in the virtual stack execution unit 12 is switched from the virtual stack VS12 to the virtual stack VS11. Thereby, the protocol stack ST1 shown in FIG. 7 and the data transmission / reception function (function by the application program AP11) via the protocol stack ST1 are realized.
  • the data encrypted by the virtual stack VS12 is subjected to transmission processing (packet processing or the like) by the virtual stack VS11 in the virtual stack execution unit 12 (step S39).
  • the transmission process by the virtual stack VS11 is performed using the protocol stack ST1 and the parameter PM11 realized by the communication programs P11 to P13.
  • the data for which the transmission processing by the virtual stack VS11 is completed is output from the virtual stack execution unit 12 to the wireless communication interface unit 14 and transmitted as a wireless signal. In this way, data is transmitted from the communication device 2 'to the outside.
  • the virtual stack executed in the virtual stack execution unit 12 is switched from the virtual stack VS12 to the virtual stack VS11 by the switching control unit 13. This is because, as in the case of the reception process, for example, it is possible to recover by a remote operation of a defect that occurred during the execution of the virtual stack VS12.
  • the virtual stack VS1 is divided into the virtual stack VS11 and the virtual stack VS12, and the virtual stack VS11 and VS12 to be executed by the virtual stack execution unit 12 are switched by the switching control unit 13. Therefore, even when the program size of the application program AP1 included in the virtual stack VS1 is a size that cannot be executed by the communication device 2 ′, the application program AP1 can be executed.
  • the communication device 2 even if the communication device 2 'performs the power saving operation even if the hardware configuration is minimized, the communication conforming to different wireless communication standards while performing the power saving operation. It is possible to realize a plurality of functions for performing.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a main configuration of a communication apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the communication device 3 according to the third embodiment includes a virtual stack execution unit 31 and a switching control unit 32 instead of the virtual stack execution unit 12 and the switching control unit 13 included in the communication device 1 illustrated in FIG. 1.
  • Each is provided, and in place of the wireless communication interface unit 14, two wireless communication interface units 14a and 14b are provided.
  • the virtual stack storage unit 11 stores three virtual stacks VS1 to VS3. Note that the number of stacks stored in the virtual stack storage unit 11 is arbitrary as long as the capacity of the virtual stack storage unit 11 is allowed. For example, four or more virtual stacks may be stored in the virtual stack storage unit 11.
  • the virtual stack execution unit 31 executes the virtual stack read from the virtual stack storage unit 11 in the same manner as the virtual stack execution unit 12 shown in FIG. However, it differs from the virtual stack execution unit 12 shown in FIG. 1 in that any two virtual stacks of the virtual stacks VS1 to VS3 stored in the virtual stack storage unit 11 can be executed simultaneously.
  • the virtual stack executed by the virtual stack execution unit 31 is expressed as broken virtual stacks VS01 and VS02 for easy understanding.
  • the switching control unit 32 switches the virtual stack to be executed by the virtual stack execution unit 31. However, the switching control unit 32 switches only one virtual stack executed by the virtual stack execution unit 31 or is executed by the virtual stack execution unit 31. It is possible to switch both of the two virtual stacks.
  • the switching control unit 32 switches the virtual stack while referring to a predetermined exclusive control rule ER.
  • the above-described exclusive control rule ER defines a rule for preventing competition of the radio communication interface units used by the virtual stacks VS01 and VS02 executed in the virtual stack execution unit 31.
  • the exclusive control rule ER defines, for example, a rule that causes the virtual stack VS01 executed in the virtual stack execution unit 31 to use the wireless communication interface unit 14a and the virtual stack VS02 to use the wireless communication interface unit 14b. Yes.
  • the wireless communication interface units 14 a and 14 b receive data transmitted as a radio signal from the outside of the communication device 3 and transmit data to the outside of the communication device 3. As a radio signal.
  • the wireless communication interface units 14a and 14b correspond to a physical layer defined by, for example, the wireless communication standard IEEE802.15.4.
  • step S41 two virtual stacks defined in advance are read from the virtual stack storage unit 11 by the switching control unit 32 (step S41). It is stored in the memory of the virtual stack execution unit 31 and executed in the virtual stack execution unit 31 (step S42).
  • step S42 the two virtual stacks read in step S41 are assumed to be virtual stacks VS1 and VS2.
  • the switching control unit 32 determines whether or not the virtual stack switching condition is satisfied (step S43). When it is determined that the virtual stack switching condition is not satisfied (when the determination result in step S43 is “NO”), the determination in step S43 is performed again by the switching control unit 32. On the other hand, when it is determined that the virtual stack switching condition is satisfied (when the determination result in step S43 is “YES”), it is not stored in the memory of the virtual stack execution unit 31 and is executed next. (Switching) It is confirmed whether or not the free space for storing the virtual stack exists in the memory of the virtual stack execution unit 31 (step S44).
  • the virtual stacks to be executed (switched) next in the memory of the virtual stack execution unit 31 are the virtual stacks VS2 and VS3. Therefore, in step S44, the stack that is not stored in the memory of the virtual stack execution unit 31 and corresponds to the virtual stack to be executed (switched) next is the virtual stack VS3.
  • step S44 when there is free space for storing the virtual stack VS3 in the memory of the virtual stack execution unit 31 (when the confirmation result in step S44 is “YES”), the virtual stack VS3 is read from the virtual stack storage unit 11 to be virtual The virtual stack VS3 is stored in the memory of the stack execution unit 31 (step S46), and the virtual stack VS2 previously stored in the memory of the virtual stack execution unit 31 is executed (step S47).
  • step S45 the virtual stack VS3 is read from the virtual stack storage unit 11 and stored in the memory of the virtual stack execution unit 31 (step S46), The read virtual stack VS3 and the virtual stack VS2 previously stored in the memory of the virtual stack execution unit 31 are executed (step S47).
  • each of the virtual stacks VS1 to VS3 includes a plurality of subprograms
  • the program is read from the virtual stack storage unit 11 and stored in the memory of the virtual stack execution unit 31 in units of the subprograms. May be executed and deleted from memory.
  • the communication device 3 stores the virtual stacks VS1 to VS3 in which the application program and the communication program for realizing the protocol stack necessary for the application program to communicate with each other are associated with each other.
  • the switching control unit 32 switches the virtual stack stored in the unit 11 and executed by the virtual stack execution unit 31. For this reason, even if the hardware configuration of the communication device 3 is required to perform the power saving operation, a plurality of functions for performing communication based on different wireless communication standards while performing the power saving operation are realized. Is possible.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the virtual stack.
  • the virtual stack VS shown in FIG. 11 further includes a physical layer identifier D1 (specific information) that specifies one of the wireless communication interface units 14a and 14b in the virtual stack VS1 shown in FIG.
  • the physical layer identifier D1 included in the virtual stack VS is referred to by the switching control unit (for example, the switching control unit 32). Is done. Under the control of the switching control unit, data is input / output between the protocol stack ST1 realized by executing the virtual stack VS and the wireless communication interface unit specified by the physical layer identifier D1.
  • the communication apparatus by some embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not restrict
  • the communication apparatuses 1 to 3 that perform wireless communication have been described as examples.
  • the present invention can be applied not only to communication apparatuses that perform wireless communication but also to communication apparatuses that perform wired communication.

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Abstract

　複数の通信規格に準拠した通信が可能な通信装置であって、複数の仮想スタックを保存するように構成される保存部であって、前記複数の仮想スタックの各々は、前記通信装置の機能を実現するアプリケーションプログラムと、前記アプリケーションプログラムが通信を行うためのプロトコルスタックを実現する通信プログラムと、が関連付けされたスタックである、前記保存部と、前記仮想スタックを実行するように構成される実行部と、前記保存部から前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を読み出して前記実行部のメモリに記憶させて実行させる第１処理を行った後、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行い、前記保存部から前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を読み出して前記実行部のメモリに記憶させて実行させる第２処理を行うことにより、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替えを行うように構成される切替制御部とを備える、通信装置。

Description

通信装置
　本発明は、通信装置に関する。
　本願は、２０１２年５月３０日に、日本に出願された特願２０１２－１２３１３９に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来から、プラントや工場等においては、高度な自動操業を実現すべく、フィールド機器と呼ばれる測定器、操作器等の現場機器と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されている。このような分散制御システムの基礎をなす通信システムは、有線によって通信を行うものが殆どであったが、近年においてはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行うものも実現されている。
　上記のＩＳＡ１００は、国際計測制御学会（ＩＳＡ：International Societyof Automation）で策定されたプラント等における計測・制御等に用いられる無線通信規格である。これに対し、上記のＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴは、米国のＨＡＲＴ（HighwayAddressable Remote Transducer）通信協会によって提唱され、センサネットワーク（複数のセンサ付無線端末を空間に散在させ、それらが協調して環境や物理的状況を採取することを可能とする無線ネットワーク）を基礎とする無線通信規格である。
　以下の特許文献１には、近距離・低消費電力の無線通信規格であるＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠した無線センサネットワークと、インターネットプロトコル（ＩＰ：Internet Protocol）技術を用いて相互接続されたコンピュータネットワークであるＩＰネットワークとを相互接続する技術が開示されている。具体的には、以下の特許文献１では、Ｚｉｇｂｅｅに準拠した無線センサネットワークを介した通信を実現するプロトコルスタックと、ＩＰネットワークを介した通信を実現するプロトコルスタックとを備えるゲートウェイを設けることで、これらのネットワークを相互接続している。
日本国特許第４８９７８８４号公報
　上述したＩＰネットワークに接続されるコンピュータは、処理能力の高いＣＰＵ（中央処理装置）や大容量のメモリ等を備えるものが多い。このようなコンピュータは、複数のアプリケーションプログラム及び複数の通信プロトコルを実現するプログラムが予め組み込まれており、複数のアプリケーションを並列して動作させることが可能であるとともに、アプリケーション毎に使用する通信プロトコルを切り替えることが可能である。
　これに対し、上述したフィールド機器や上述したセンサネットワークで用いられる機器は、省電力動作を行う必要があることから、必要最小限のハードウェア構成とされることが多い。具体的には、特定のアプリケーションを動作させ得るとともに特定の通信プロトコルによる通信を可能とし得る処理能力を有するＣＰＵと、これらアプリケーション及び通信プロトコルを実現するプログラムを実行させ得る容量を有するメモリと、を備える構成が採用されることが多い。
　このように、省電力動作を行う必要のある機器はハードウェア構成が必要最小限を採用することから、１つの機器で複数の機能を同時に実現することは容易ではない。仮に、省電力動作を行う必要のある機器を用いて複数の機能を実現しようとすると、各々の機能を実現するアプリケーション及び通信プロトコルを実現するプログラムが組み込まれた機器を、実現しようとする機能の数だけ用意する必要があり、コストが上昇する。
　本発明の一態様は省電力動作を行いつつも異なる通信規格に準拠した通信を行う複数の機能を実現することが可能な通信装置を提供する。
　本発明の一態様の通信装置は、複数の通信規格に準拠した通信が可能な通信装置であって、複数の仮想スタックを保存するように構成される保存部であって、前記複数の仮想スタックの各々は、前記通信装置の機能を実現するアプリケーションプログラムと、前記アプリケーションプログラムが通信を行うためのプロトコルスタックを実現する通信プログラムと、が関連付けされたスタックである、前記保存部と、前記仮想スタックを実行するように構成される実行部と、前記保存部から前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を読み出して前記実行部のメモリに記憶させて実行させる第１処理を行った後、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行い、前記保存部から前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を読み出して前記実行部のメモリに記憶させて実行させる第２処理を行うことにより、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替えを行うように構成される切替制御部とを備える。
　また、本発明の一態様の通信装置は、前記仮想スタックの各々は、前記アプリケーションプログラム及び前記通信プログラムの少なくとも一方で用いられるパラメータを含む。
　また、本発明の一態様の通信装置は、切り替え対象の仮想スタックを示す情報が予め規定された切替テーブルをさらに備え、前記切替制御部は、前記通信装置の外部若しくは内部で生じるイベントが入力されると、前記イベントに基づいて前記切替テーブルを参照することにより、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される。
　また、本発明の一態様の通信装置は、タイマをさらに備え、前記切替制御部は、前記タイマにより計測された時間に基づいて、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される。
　また、本発明の一態様の通信装置は、切り替えが必要となる規則が予め規定された切替規則をさらに備え、前記切替制御部は、前記通信装置の状況を認識し前記切替規則を参照することにより、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される。
　また、本発明の一態様の通信装置は、前記切替規則には、通信障害が発生する状況に前記通信装置がなったこと、前記通信装置に設けられている電池の残量が一定以下の状況になったこと、又は前記通信装置が起動若しくは再起動される状況になったことが規定されており、前記切替制御部は、前記通信装置が、前記切替規則に規定された状況になったことを検出した場合に、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される。
　また、本発明の一態様の通信装置は、前記実行部は、前記第１処理で実行される仮想スタックと前記第２処理で実行される仮想スタックとの間で受け渡される情報を保持する情報保持領域を備える。
　また、本発明の一態様の通信装置は、前記第１処理で実行される仮想スタックは、前記プロトコルスタックを介したデータの送受信を行うプログラムを含む第１部分と、少なくともデータの前処理又は後処理を実現するプログラムを含む第２部分とに分割されており、前記切替制御部は、前記第１及び第２部分の切り替えを行って、前記第１及び第２部分を逐次的に前記実行部において実行させるように構成される。
　また、本発明の一態様の通信装置は、複数の通信インターフェイス部をさらに備え、前記複数の仮想スタックの各々は、前記複数の通信インターフェイス部のうちの通信に用いる通信インターフェイス部を特定する特定情報を含む。
　また、本発明の一態様の通信装置は、前記切替制御部は、前記第１処理を行った後に、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行する仮想スタックの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにないことを確認した場合には、前記削除する処理を行うように構成される。
　また、本発明の一態様の通信装置は、前記切替制御部は、前記第１処理を行った後に、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行する仮想スタックの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにあることを確認した場合には、前記削除する処理を行わないように構成される。
　また、本発明の一態様のスタックの実行制御方法は、複数の通信規格に準拠した通信が可能な通信装置におけるスタックの実行制御方法であって、前記方法が、複数の仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記通信装置の実行部のメモリに記憶させて、前記実行部において実行させる第１処理を行うステップと、前記第１処理を行った後で、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップと、前記切り替え条件が成立したと判断した場合に、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行うステップと、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行った後で、前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記実行部のメモリに記憶させて、前記実行部において実行させる第２処理を行うステップと、を含み、前記複数の仮想スタックの各々は、前記通信装置の機能を実現するアプリケーションプログラムと、前記アプリケーションプログラムが通信を行うためのプロトコルスタックを実現する通信プログラムと、を含む。
　また、本発明の一態様のスタックの実行制御方法は、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、前記通信装置の外部若しくは内部で生じるイベントに基づいて、予め規定された切替情報を参照することにより、前記切り替え条件を判断する。
　また、本発明の一態様のスタックの実行制御方法は、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、時刻又は前記仮想スタックの実行時間に基づいて、前記切り替え条件を判断する。
　また、本発明の一態様のスタックの実行制御方法は、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、前記通信装置の状況に基づいて、予め規定された切替規則を参照することにより、前記切り替え条件を判断する。
　また、本発明の一態様のスタックの実行制御方法は、前記切替規則には、通信障害が発生する状況に前記通信装置がなったこと、前記通信装置に設けられている電池の残量が一定以下の状況になったこと、又は前記通信装置が起動若しくは再起動される状況になったことが規定されており、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、前記通信装置が、前記切替規則に規定された状況になったことが検出された場合に、前記仮想スタックの切り替え条件が成立したと判断される。
　また、本発明の一態様のスタックの実行制御方法は、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行うステップは、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行させる前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにない場合には、前記削除する処理を行う。
　また、本発明の一態様のスタックの実行制御方法は、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行うステップは、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行する前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにある場合には、前記削除する処理を行わない。
　本発明の一態様によれば、第１アプリケーションプログラムと第１プロトコルスタックを実現する第１通信プログラムとが関連付けされた第１仮想スタックと、第２アプリケーションプログラムと第２プロトコルスタックを実現する第２通信プログラムとが関連付けされた第２仮想スタックとの何れか一方を切替制御部の制御の下で実行部において実行するため、省電力動作を行いつつも異なる通信規格に準拠した通信を行う複数の機能を実現することが可能である。
本発明の第１実施形態による通信装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における仮想スタックの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態における仮想スタックの切り替え条件を説明するための図である。 本発明の第１実施形態における仮想スタックの切り替え条件を説明するための図である。 本発明の第１実施形態における仮想スタックの切り替え条件を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による通信装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による通信装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態の応用例による通信装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態の応用例における仮想スタックの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態の応用例による通信装置の受信動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の応用例による通信装置の送信動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態による通信装置の要部構成を示すブロック図である。 仮想スタックの他の例を示す図である。 本発明の第３実施形態による通信装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態による通信装置について詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
　図１は、本発明の第１実施形態による通信装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本第１実施形態の通信装置１は、仮想スタック保存部１１（保存部）、仮想スタック実行部１２（実行部）、切替制御部１３、及び無線通信インターフェイス部１４を備えており、複数の無線通信規格に準拠した通信が可能である。例えば、通信装置１は、省電力動作を行いつつ、産業用無線通信規格であるＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信及びＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠した無線通信が可能なフィールド機器である。
　仮想スタック保存部１１は、例えばフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の不揮発性メモリで実現され、通信装置１で用いられる仮想スタックＶＳ１（第１仮想スタック）及び仮想スタックＶＳ２（第２仮想スタック）を保存する。仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２は、通信装置１のハードウェア構成に応じて、通信装置１の機能を実現するアプリケーションプログラムと、アプリケーションプログラムが通信を行うために必要となるプロトコルスタックを実現する通信プログラムとが関連付けされたものである。
　図２は、本発明の第１実施形態における仮想スタックの一例を示す図である。図２に示す通り、仮想スタックＶＳ１は、アプリケーションプログラムＡＰ１（第１アプリケーションプログラム）と通信プログラムＰ１１～Ｐ１３（第１通信プログラム）とが関連付けされたもの、及びパラメータＰＭ１を含む。アプリケーションプログラムＡＰ１は、通信装置１の機能（例えば、流量測定機能、温度測定機能、その他の機能）を実現するプログラムである。
　通信プログラムＰ１１～Ｐ１３は、上述した無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠したプロトコルスタックＳＴ１（第１プロトコルスタック）を実現するプログラムである。具体的には、通信プログラムＰ１１はプロトコルスタックＳＴ１のデータリンク層を実現し、通信プログラムＰ１２はプロトコルスタックＳＴ１のネットワーク層を実現し、通信プログラムＰ１３はプロトコルスタックＳＴ１のトランスポート層を実現する。
　より具体的には、通信プログラムＰ１１は、無線通信規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定されるデータリンク層を実現する。通信プログラムＰ１２は、インターネットプロトコルの一種であるＩＰｖ６で規定されるネットワーク層を実現する。通信プログラムＰ１３は、インターネットプロトコルで規定されるＵＤＰ（User Datagram Protocol：ユーザデータグラムプロトコル）をトランスポート層として実現する。
　パラメータＰＭ１は、アプリケーションプログラムＡＰ１及び通信プログラムＰ１１～Ｐ１３の少なくとも一方で用いられるパラメータである。このパラメータＰＭ１には、アプリケーションプログラムＡＰ１で用いられるパラメータとして、例えば、暗号処理に用いられるキー情報や暗号アルゴリズムを示す情報、測定した流量や温度等の単位を示す情報等が含まれる。また、通信プログラムＰ１１～Ｐ１３で用いられるパラメータとして、データの送信先や送信元を示す情報、通信ネットワークを識別するための情報（サブネットＩＤ）等が含まれる。
　これに対し、仮想スタックＶＳ２は、アプリケーションプログラムＡＰ２（第２アプリケーションプログラム）と通信プログラムＰ２１～Ｐ２３（第２通信プログラム）とが関連付けされたもの、及びパラメータＰＭ２を含む。アプリケーションプログラムＡＰ２は、アプリケーションプログラムＡＰ１と同様に、通信装置１の機能を実現するプログラムである。尚、アプリケーションプログラムＡＰ２で実現される機能は、アプリケーションプログラムＡＰ１で実現される機能と同じであっても良く、異なっていても良い。
　通信プログラムＰ２１～Ｐ２３は、上述した無線通信規格ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠したプロトコルスタックＳＴ２（第２プロトコルスタック）を実現するプログラムである。具体的には、通信プログラムＰ２１はプロトコルスタックＳＴ２のデータリンク層を実現し、通信プログラムＰ２２はプロトコルスタックＳＴ２のネットワーク層を実現し、通信プログラムＰ２３はプロトコルスタックＳＴ２のトランスポート層を実現する。
　パラメータＰＭ２は、アプリケーションプログラムＡＰ２及び通信プログラムＰ２１～Ｐ２３の少なくとも一方で用いられるパラメータである。このパラメータＰＭ２には、パラメータＰＭ１と同様に、アプリケーションプログラムＡＰ２で用いられるパラメータとして、例えば、暗号処理に用いられるキー情報や暗号アルゴリズムを示す情報、測定した流量や温度等の単位を示す情報等が含まれ、通信プログラムＰ２１～Ｐ２３で用いられるパラメータとして、データの送信先や送信元を示す情報、通信ネットワークを識別するための情報（サブネットＩＤ）等が含まれる。
　尚、本第１実施形態では、説明を簡単にするために、２つの仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２が仮想スタック保存部１１に保存されている場合を例に挙げて説明する。但し、仮想スタック保存部１１には、仮想スタック保存部１１の容量が許容される限り、任意の数の仮想スタックを保存することが可能である。
　仮想スタック実行部１２は、仮想スタック保存部１１に保存された仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２を逐次的に実行する。この仮想スタック実行部１２は、ＣＰＵ（中央処理装置）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性のメモリにより実現され、切替制御部１３の制御によって仮想スタック保存部１１から読み出された仮想スタックを揮発性メモリに記憶しつつ実行する。尚、仮想スタック実行部１２の一部を構成する揮発性メモリの容量は、仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２を実行させ得る容量に設定されている。また、図１では、理解を容易にするために、仮想スタック実行部１２に読み出された仮想スタックを、破線の仮想スタックＶＳ０として表現している。
　切替制御部１３は、仮想スタック実行部１２において実行させる仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えを行う。例えば、切替制御部１３は、通信装置１の外部若しくは内部で生じるイベント、時間、又は通信装置１の状況（コンテキスト）に基づいて仮想スタック実行部１２において実行させる仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えを行う。図３Ａ～図３Ｃは、本発明の第１実施形態における仮想スタックの切り替え条件を説明するための図であって、図３Ａは通信装置１の外部又は内部で生ずるイベントが切り替え条件である場合の説明図であり、図３Ｂは時間が切り替え条件である場合の説明図であり、図３Ｃは通信装置１の状況が切り替え条件である場合の説明図である。
　図３Ａに示す通り、通信装置１の外部で生ずるイベントＥ１又は内部で生ずるイベントＥ２が切り替え条件である場合には、切替制御部１３は、切替テーブルＴＢ（イベントＥ１及びＥ２の種類毎に切り替え対象の仮想スタックを示す情報が予め規定されたテーブル）を参照して仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えを行う。上記のイベントＥ１は、例えば、流量や温度等の測定結果を通知するためのイベントであり、上記のイベントＥ２は、例えば、仮想スタック実行部１２において実行されている仮想スタックにより行われた通信結果を示すイベントである。
　尚、切替制御部１３は、上記の切替テーブルＴＢを参照することなく仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えを行う場合がある。例えば、仮想スタック保存部１１に２つの仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２のみが保存されており、イベントＥ１及びＥ２が生じたときに、必ず仮想スタック実行部１２において実行されている仮想スタック（例えば、仮想スタックＶＳ１）を、実行されていない仮想スタック（例えば、仮想スタックＶＳ２）に切り替える必要がある場合には、切替テーブルＴＢの参照を省略することができる。
　図３Ｂに示す通り、時間が切り替え条件である場合には、切替制御部１３は、タイマＴＭで計測される時間を参照して仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えを行う。例えば、予め設定された時刻になった場合、或いは仮想スタック実行部１２において実行されている仮想スタックの実行時間が予め設定された時間を経過した場合に、切替制御部１３は、仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えを行う。尚、図３Ｂに示す例では、切替制御部１３の外部にタイマＴＭが設けられているが、タイマＴＭは切替制御部１３の内部に設けられていても良い。
　図３Ｃに示す通り、通信装置１の状況が切り替え条件である場合には、切替制御部１３は、通信装置１の状況を認識し、予め規定された切替規則ＣＲを参照しつつ仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えを行う。上記の切替規則ＣＲは、仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２の切り替えが必要になる規則（ルール）を規定したものである。この切替規則ＣＲには、例えば、特定の仮想スタックが用いられる場合にだけ通信障害が発生する状況に通信装置１がなったこと、通信装置１に設けられている電池の残量が一定以下の状況になったこと、或いは通信装置１が起動又は再起動される状況になったこと等が規定されている。
　無線通信インターフェイス部１４は、通信装置１の外部から無線信号として送信されてきたデータを受信するとともに、通信装置１の外部に送信すべきデータを無線信号として送信する。この無線通信インターフェイス部１４は、例えば、無線通信規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される物理層に相当する。
　次に、上記構成における通信装置１の動作について簡単に説明する。図４は、本発明の第１実施形態による通信装置の動作を示すフローチャートである。尚、図４に示すフローチャートは、通信装置１の電源が入れられて通信装置１が起動されることによって開始される。通信装置１が起動すると、まず仮想スタック保存部１１から予め規定された（デフォルトの）仮想スタックが、切替制御部１３によって読み出される（ステップＳ１１）。尚、本第１実施形態では、仮想スタックＶＳ１が読み出される。
　仮想スタック保存部１１から読み出された仮想スタックＶＳ１は、切替制御部１３によって仮想スタック実行部１２のメモリに記憶されて実行される（ステップＳ１２）。これにより、図２に示すプロトコルスタックＳＴ１と、アプリケーションプログラムＡＰ１による通信装置１の機能（例えば、流量測定機能、温度測定機能、その他の機能）と、が実現され、通信装置１は、上述した無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信が可能な状態になる。
　以上の処理が終了すると、仮想スタックの切り替え条件が成立したか否かが切替制御部１３で判断される（ステップＳ１３）。例えば、図３Ａに示す通り、通信装置１の外部で生じるイベントＥ１又は内部で生じるイベントＥ２が切り替え条件である場合には、切替制御部１３にイベントＥ１又はイベントＥ２が入力されたか否かが判断される。また、図３Ｂに示す通り、時間が切り替え条件である場合には、切替制御部１３によってタイマＴＭが参照され、予め設定された時刻になったか否か、或いは仮想スタック実行部１２において実行されている仮想スタックＶＳ１の実行時間が予め設定された時間を経過したか否かが判断される。或いは、図３Ｃに示す通り、通信装置１の状況が切り替え条件である場合には、切替制御部１３によって切替規則ＣＲが参照され、通信装置１の状況が切替規則ＣＲで規定された状況になったか否かが判断される。
　仮想スタックの切り替え条件が成立していないと判断した場合（ステップＳ１３の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１３の判断が再び切替制御部１３で行われる。これに対し、仮想スタックの切り替え条件が成立したと判断した場合（ステップＳ１３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、次に仮想スタック実行部１２のメモリにおいて実行させる（切り替える）仮想スタックを記憶させる空き容量があるかを確認する（ステップＳ１４）。尚、本第１実施形態では、次に仮想スタック実行部１２のメモリにおいて実行させる（切り替える）仮想スタックは、仮想スタックＶＳ２とする。仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ２を記憶させる空き容量がある場合（ステップＳ１４の確認結果が「ＹＥＳ」の場合）、仮想スタックＶＳ１をメモリから削除することなく、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ２を読み出す（ステップＳ１６）。一方、仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ２を記憶させる空き容量がない場合（ステップＳ１４の確認結果が「ＮＯ」の場合）、仮想スタック実行部１２のメモリから仮想スタックＶＳ１を削除し（ステップＳ１５）、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ２を読み出す（ステップＳ１６）。
　次に、仮想スタック保存部１１から読み出された仮想スタックＶＳ２は、切替制御部１３によって仮想スタック実行部１２のメモリに記憶実行される（ステップＳ１７）。これにより、図２に示すプロトコルスタックＳＴ２と、アプリケーションプログラムＡＰ２による通信装置１の機能と、が実現され、通信装置１は、上述した無線通信規格ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠した無線通信が可能な状態になる。以降、ステップＳ１３～Ｓ１７の処理が繰り返される。
　以上の通り、本第１実施形態の通信装置１は、アプリケーションプログラムとアプリケーションプログラムが通信を行うために必要となるプロトコルスタックを実現する通信プログラムとが関連付けされた仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２を仮想スタック保存部１１に保存し、仮想スタック実行部１２において実行させる仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２を切替制御部１３によって切り替えるように構成されている。このため、省電力動作を行うために通信装置１のハードウェア構成が必要最小限とされていても、省電力動作を行いつつ異なる無線通信規格に準拠した通信を行う複数の機能を実現することが可能である。
〔第２実施形態〕
　図５は、本発明の第２実施形態による通信装置の要部構成を示すブロック図である。図５に示す通り、本第２実施形態の通信装置２は、図１に示す通信装置１が備える仮想スタック実行部１２に代えて仮想スタック実行部２１を設けた構成である。この仮想スタック実行部２１は、図１に示す仮想スタック実行部１２と同様に、仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２を逐次的に実行するものであるが、仮想スタック実行部２１において実行される仮想スタックの間で受け渡される情報を保持する領域である情報保持領域Ｒ１をさらに備える。この情報保持領域Ｒ１を設けることにより、切替制御部１３によって切り替えられる仮想スタックＶＳ１，及びＶＳ２間で情報の受け渡しを円滑に行うことが可能になる。
　図６は、本発明の第２実施形態の応用例による通信装置の要部構成を示すブロック図である。図６に示す通り、本応用例の通信装置２′は、図５に示す通信装置２と同様に、仮想スタック保存部１１、仮想スタック実行部２１、切替制御部１３、及び無線インターフェイス１４を備える構成である。しかしながら、本応用例の通信装置２′は、仮想スタック保存部１１に保存される仮想スタックＶＳ１が図５に示す通信装置２とは相違する。
　具体的には、図５に示す通信装置２の仮想スタック保存部１１に保存される仮想スタックＶＳ１は、図２に示す通り、アプリケーションプログラムＡＰ１と通信プログラムＰ１１～Ｐ１３とが関連付けされたもの、及びパラメータＰＭ１を含む。これに対し、図６に示す通信装置２′が備える仮想スタック保存部１１に保存される仮想スタックＶＳ１は、仮想スタックＶＳ１１（第１部分）と仮想スタックＶＳ１２（第２部分）とに分割されている。このように、仮想スタックＶＳ１を仮想スタックＶＳ１１及びＶＳ１２に分割するのは、仮想スタックＶＳ１に含まれるアプリケーションプログラムＡＰ１のプログラムサイズが、通信装置２′で実行することができない大きさであっても、アプリケーションプログラムＡＰ１の実行を可能にするためである。
　図７は、本発明の第２実施形態の応用例における仮想スタックＶＳ１の一例を示す図である。図７に示す通り、仮想スタックＶＳ１の一部を構成する仮想スタックＶＳ１１は、通信プログラムＰ１１～Ｐ１３、アプリケーションプログラムＡＰ１１、及びパラメータＰＭ１１を含む。通信プログラムＰ１１～Ｐ１３は、図２に示すものと同じものであり、上述した無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠したプロトコルスタックＳＴ１を実現するプログラムである。
　アプリケーションプログラムＡＰ１１は、アプリケーションプログラムＡＰ１のうちの、プロトコルスタックＳＴ１を介したデータの送受信を行うプログラムである。パラメータＰＭ１１は、通信プログラムＰ１１～Ｐ１３及びアプリケーションプログラムＡＰ１１の少なくとも一方で用いられるパラメータであり、例えば、データの送信先や送信元を示す情報、通信ネットワークを識別するための情報（サブネットＩＤ）が含まれる。
　これに対し、仮想スタックＶＳ１の残りの部分を構成する仮想スタックＶＳ１２はアプリケーションプログラムＡＰ１２及びパラメータＰＭ１２を含む。アプリケーションプログラムＡＰ１２は、アプリケーションプログラムＡＰ１のうちのアプリケーションプログラムＡＰ１１を除く残りのプログラムである。例えば、プロトコルスタックＳＴ１を介して送信すべきデータの前処理、プロトコルスタックＳＴ１を介して受信したデータの後処理、及び通信装置２′の機能（例えば、流量測定機能、温度測定機能、その他の機能）を実現するプログラムである。前記前処理には、暗号化処理が含まれるが、それ以外の処理が含まれていてもよい。前記後処理には、復号処理が含まれるが、それ以外の処理が含まれていてもよい。パラメータＰＭ１２は、アプリケーションプログラムＡＰ１２の実行時に用いられるパラメータであり、例えば、暗号処理に用いられるキー情報や暗号アルゴリズムを示す情報、測定した流量や温度の単位を示す情報が含まれる。
　本応用例では、アプリケーションプログラムＡＰ１が、プロトコルスタックＳＴ１を介したデータの送受信を行うプログラムであるアプリケーションプログラムＡＰ１１と、残りのアプリケーションプログラムＡＰ１２とに分割されている例について説明するが、アプリケーションプログラムＡＰ１の分割の仕方は任意である。但し、仮想スタックＶＳ１１及びＶＳ１２の実行が不可能になる事態が生じず、且つ、通信装置２′の処理（例えば、データの送受信処理）に支障が生じない。例えば、アプリケーションプログラムＡＰ１が３つ以上のプログラムに分割されてもよい。
　尚、図５に示す通信装置２の仮想スタック実行部２１は、図１に示す通信装置１の仮想スタック実行部１２と同様に、仮想スタック保存部１１に保存された仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２を逐次的に実行するものである。これに対し、図６に示す通信装置２′が備える仮想スタック実行部２１は、仮想スタックＶＳ１１，ＶＳ１２、及びＶＳ２を逐次的に実行することが可能である。
　また、通信装置２′が備える切替制御部１３は、仮想スタック実行部２１において実行させる仮想スタックＶＳ１１，ＶＳ１２，及びＶＳ２の切り替えが可能である。具体的には、切替制御部１３は、図３Ａを用いて説明した場合と同様に、通信装置２′の内部で生ずるイベントＥ２（具体的には、仮想スタック実行部２１において実行されている仮想スタックＶＳ０から出力されるイベント）が入力された場合に、仮想スタック実行部２１において実行させる仮想スタックＶＳ１１及びＶＳ１２の切り替えを行う。
　例えば、切替制御部１３は、無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信によって通信装置２′の外部からデータが送信される場合には、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ１１を読み出して仮想スタック実行部２１において実行させる。次に、受信処理が終了した旨を示すイベントＥ２が仮想スタックＶＳ１１（仮想スタックＶＳ０）から出力されたときに、仮想スタック実行部２１において実行させる仮想スタックを仮想スタックＶＳ１１から仮想スタックＶＳ１２に切り替えて受信処理が行われたデータに対する復号処理（後処理）を行わせる。
　また、例えば、切替制御部１３は、無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信によって通信装置２′の外部にデータを送信する場合には、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ１２を読み出して仮想スタック実行部２１において実行させて暗号化処理（前処理）を行わせる。次に、暗号化処理が終了した旨を示すイベントＥ２が仮想スタックＶＳ１２（仮想スタックＶＳ０）から出力されたときに、仮想スタック実行部２１において実行させる仮想スタックを仮想スタックＶＳ１２から仮想スタックＶＳ１１に切り替えて暗号化処理が行われたデータの送信処理を行わせる。
　更に、切替制御部１３は、仮想スタック実行部２１において実行される仮想スタックＶＳ１２（仮想スタックＶＳ０）の状態が不定となった場合（例えば、ウォッチドッグタイマにより不具合が検出された場合等）に、必ずプロトコルスタックＳＴ１を実現する通信プログラムＰ１１～Ｐ１３が含まれる仮想スタックＶＳ１１を仮想スタック実行部２１において実行させる。これは、例えば、仮想スタックＶＳ１２の実行中に生じた不具合を遠隔操作により復旧するために、通信装置２′を通信可能な状態にするためである。このように、通信装置２′で生じた不具合を遠隔操作により復旧することができれば、作業員が通信装置２′の設置場所に行って復旧作業を行う必要が無くなり、早期に通信装置２′を復旧させることが可能になる。
　次に、上記構成における通信装置２′の動作について簡単に説明する。尚、以下では通信装置２′の外部から無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信によって送信されたデータを受信する際の動作（受信動作）と、通信装置２′の外部に送信するデータを無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信によって送信する際の動作（送信動作）とを例に挙げて説明する。通信装置２′は、消費電力を低減するために、予め規定されたスケジュールで間欠動作を行うものとする。このため、通信装置２′は、予め規定されたタイミングで送信動作を行うとともに、送信動作が行われるタイミングとは異なる予め規定されたタイミングで受信動作を行う。
　〈受信動作〉
　図８は、本発明の第２実施形態の応用例による通信装置の受信動作を示すフローチャートである。受信動作が行われる場合には、まず、仮想スタック保存部１１に保存された仮想スタックＶＳ１１が切替制御部１３によって読み出されて、仮想スタック実行部１２のメモリに記憶されて実行される（ステップＳ２１）。これにより、図７に示すプロトコルスタックＳＴ１と、プロトコルスタックＳＴ１を介したデータの送受信機能（アプリケーションプログラムＡＰ１１による機能）とが通信装置２′で実現される。
　仮想スタックＶＳ１１が実行されている状態で、通信装置２′の外部から通信装置２′宛のデータが送信されると、このデータは無線通信インターフェイス部１４で受信される（ステップＳ２２）。無線通信インターフェイス部１４で受信されたデータは、仮想スタック実行部１２に出力され、仮想スタックＶＳ１１による受信処理（パケット処理等）が行われる（ステップＳ２３）。尚、仮想スタックＶＳ１１による受信処理は、通信プログラムＰ１１～Ｐ１３によって実現されるプロトコルスタックＳＴ１とパラメータＰＭ１１とを用いて行われる。受信処理が行われたデータは、仮想スタック実行部１２の情報保持領域Ｒ１に保持される（ステップＳ２４）。
　仮想スタックＶＳ１１による受信処理が終了すると、受信処理が終了した旨を示すイベントＥ２が仮想スタックＶＳ１１（仮想スタックＶＳ０）から切替制御部１３に出力される（ステップＳ２５）。次に切替制御部１３は、仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ１２を記憶させる空き容量があるかを確認する（ステップＳ２６）。仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ１２を記憶させる空き容量がある場合（ステップＳ２６の確認結果が「ＹＥＳ」の場合）、仮想スタックＶＳ１１をメモリから削除することなく、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ１２を読み出して、仮想スタック実行部１２のメモリに記憶させる（ステップＳ２８）。一方、仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ１２を記憶させる空き容量がない場合（ステップＳ２６の確認結果が「ＮＯ」の場合）、仮想スタック実行部１２のメモリから仮想スタックＶＳ１１を削除し（ステップＳ２７）、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ１２を読み出して、仮想スタック実行部１２のメモリに記憶させる（ステップＳ２８）。これにより、仮想スタック実行部１２において実行させる仮想スタックを仮想スタックＶＳ１１から仮想スタックＶＳ１２に切り替える。これにより、図７に示すアプリケーションプログラムＡＰ１２の機能が実現され、プロトコルスタックＳＴ１を介して受信したデータの復号処理（後処理）等が行われる（ステップＳ２９）。尚、復号処理は、情報保持領域Ｒ１に保持されたデータがアプリケーションプログラムＡＰ１２により読み出され、仮想スタックＶＳ１２に含まれるパラメータＰＭ１２を用いて行われる。このようにして、通信装置２′に送信されたデータが受信される。
　以上の受信処理で得られたデータは、例えば、アプリケーションプログラムＡＰ１２で実現される機能（例えば、流量測定機能、温度測定機能、その他の機能）で用いられる。尚、ステップＳ２７～Ｓ２９の処理で不具合が生じた場合には、例えば、仮想スタックＶＳ１２の実行中に生じた不具合の遠隔操作による復旧を可能にするために、仮想スタック実行部１２において実行される仮想スタックが、切替制御部１３によって仮想スタックＶＳ１２から仮想スタックＶＳ１１に切り替えられる。
　〈送信動作〉
　図９は、本発明の第２実施形態の応用例による通信装置の送信動作を示すフローチャートである。送信動作が行われる場合には、まず、仮想スタック保存部１１に保存された仮想スタックＶＳ１２が切替制御部１３によって読み出されて、仮想スタック実行部１２のメモリに記憶され、仮想スタック実行部１２において実行される（ステップＳ３１）。これにより、図７に示すアプリケーションプログラムＡＰ１２の機能が実現される。仮想スタックＶＳ１２が実行されると、外部に送信するデータを取得する処理が行われる（ステップＳ３２）。例えば、アプリケーションプログラムＡＰ１２の実行によって通信装置２′に流量測定機能が実現されている場合には、流量を測定して流量データを取得する処理が行われ、通信装置２′に温度測定機能が実現されている場合には、温度を測定して温度データを取得する処理が行われる。
　通信装置２′から外部に送信するデータが取得されると、このデータは仮想スタック実行部１２において暗号化処理（前処理）される（ステップＳ３３）。尚、暗号化処理は、仮想スタックＶＳ１２に含まれるパラメータＰＭ１２を用いて行われる。暗号化処理が行われたデータは、仮想スタック実行部１２の情報保持領域Ｒ１に保持される（ステップＳ３４）。
　仮想スタックＶＳ１２による暗号化処理が終了すると、暗号化処理が終了した旨を示すイベントＥ２が仮想スタックＶＳ１２（仮想スタックＶＳ０）から切替制御部１３に出力される（ステップＳ３５）。次に、切替制御部１３は、仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ１１を記憶させる空き容量があるかを確認する（ステップＳ３６）。仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ１１を記憶させる空き容量がある場合（ステップＳ３６の確認結果が「ＹＥＳ」の場合）、仮想スタックＶＳ１２をメモリから削除することなく、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ１１を読み出して、仮想スタック実行部１２のメモリに記憶させる（ステップＳ３８）。一方、仮想スタック実行部１２のメモリに仮想スタックＶＳ１１を記憶させる空き容量がない場合（ステップＳ３６の確認結果が「ＮＯ」の場合）、仮想スタック実行部１２のメモリから仮想スタックＶＳ１２を削除し（ステップＳ３７）、仮想スタック保存部１１から仮想スタックＶＳ１１を読み出して、仮想スタック実行部１２のメモリに記憶させる（ステップＳ３８）。これにより、仮想スタック実行部１２において実行させる仮想スタックを仮想スタックＶＳ１２から仮想スタックＶＳ１１に切り替える。これにより、図７に示すプロトコルスタックＳＴ１と、プロトコルスタックＳＴ１を介したデータの送受信機能（アプリケーションプログラムＡＰ１１による機能）とが実現される。
　仮想スタックＶＳ１２によって暗号化されたデータは、仮想スタック実行部１２において仮想スタックＶＳ１１による送信処理（パケット処理等）が行われる（ステップＳ３９）。尚、仮想スタックＶＳ１１による送信処理は、通信プログラムＰ１１～Ｐ１３によって実現されるプロトコルスタックＳＴ１とパラメータＰＭ１１とを用いて行われる。仮想スタックＶＳ１１による送信処理が終了したデータは、仮想スタック実行部１２から無線通信インターフェイス部１４に出力されて無線信号として送信される。このようにして、通信装置２′から外部にデータが送信される。
　尚、ステップＳ３１～Ｓ３７の処理で不具合が生じた場合には、仮想スタック実行部１２において実行される仮想スタックが、切替制御部１３によって仮想スタックＶＳ１２から仮想スタックＶＳ１１に切り替えられる。これは、受信処理の場合と同様に、例えば、仮想スタックＶＳ１２の実行中に生じた不具合の遠隔操作により復旧を可能にするためである。
　以上の通り、本応用例では、仮想スタックＶＳ１を仮想スタックＶＳ１１と仮想スタックＶＳ１２とに分割し、仮想スタック実行部１２において実行させる仮想スタックＶＳ１１及びＶＳ１２を切替制御部１３によって切り替えるようにしている。このため、仮想スタックＶＳ１に含まれるアプリケーションプログラムＡＰ１のプログラムサイズが、通信装置２′で実行することができない大きさであっても、アプリケーションプログラムＡＰ１の実行が可能になる。また、第１実施形態と同様に、通信装置２′が、省電力動作を行うためにハードウェア構成が必要最小限とされていても、省電力動作を行いつつ異なる無線通信規格に準拠した通信を行う複数の機能を実現することが可能である。
〔第３実施形態〕
　図１０は、本発明の第３実施形態による通信装置の要部構成を示すブロック図である。図１０に示す通り、本第３実施形態の通信装置３は、図１示す通信装置１が備える仮想スタック実行部１２及び切替制御部１３に代えて、仮想スタック実行部３１及び切替制御部３２をそれぞれ設けるとともに、無線通信インターフェイス部１４に代えて、２つの無線通信インターフェイス部１４ａ，１４ｂを設けた構成である。また、仮想スタック保存部１１には、３つの仮想スタックＶＳ１～ＶＳ３が保存されている。尚、仮想スタック保存部１１に保存されるスタックの数は、仮想スタック保存部１１の容量が許容される限り任意である。例えば、仮想スタック保存部１１に４つ以上の仮想スタックが保存されてもよい。
　仮想スタック実行部３１は、図１に示す仮想スタック実行部１２と同様に、仮想スタック保存部１１から読み出された仮想スタックを実行する。但し、仮想スタック保存部１１に保存された仮想スタックＶＳ１～ＶＳ３のうちの何れか２つの仮想スタックを同時に実行することが可能な点において、図１に示す仮想スタック実行部１２とは相違する。尚、図１０では、理解を容易にするために、仮想スタック実行部３１において実行される仮想スタックを、破線の仮想スタックＶＳ０１及びＶＳ０２として表現している。
　切替制御部３２は、仮想スタック実行部３１において実行させる仮想スタックの切り替えを行うものであるが、仮想スタック実行部３１において実行される１つの仮想スタックのみの切り替え、或いは仮想スタック実行部３１において実行される２つの仮想スタックの双方の切り替えを行うことが可能である。この切替制御部３２は、予め規定された排他制御規則ＥＲを参照しつつ仮想スタックの切り替えを行う。
　上記の排他制御規則ＥＲは、仮想スタック実行部３１において実行される仮想スタックＶＳ０１及びＶＳ０２により使用される無線通信インターフェイス部の競合を防止するための規則を規定したものである。この排他制御規則ＥＲには、例えば、仮想スタック実行部３１において実行される仮想スタックＶＳ０１に無線通信インターフェイス部１４ａを使用させ、仮想スタックＶＳ０２に無線通信インターフェイス部１４ｂを使用させる規則等が規定されている。
　無線通信インターフェイス部１４ａ及び１４ｂは、図１に示す無線通信インターフェイス部１４と同様に、通信装置３の外部から無線信号として送信されてきたデータを受信するとともに、通信装置３の外部に送信するデータを無線信号として送信する。これら無線通信インターフェイス部１４ａ及び１４ｂは、例えば無線通信規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される物理層に相当する。
　上記構成における通信装置３においては、図１２に示すフローチャートに従った動作が行われる。つまり、電源が入れられて通信装置３が起動すると、まず、仮想スタック保存部１１から予め規定された２つの仮想スタックが切替制御部３２によって読み出され（ステップＳ４１）、この２つの仮想スタックが仮想スタック実行部３１のメモリに記憶され、仮想スタック実行部３１において実行される（ステップＳ４２）。尚、本第３実施形態において、ステップＳ４１において読み出される２つの仮想スタックは、仮想スタックＶＳ１及びＶＳ２とする。
　以上の処理が終了すると、仮想スタックの切り替え条件が成立したか否かが切替制御部３２で判断される（ステップＳ４３）。そして、仮想スタックの切り替え条件が成立していないと判断した場合（ステップＳ４３における判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ４３の判断が再び切替制御部３２で行われる。これに対し、仮想スタックの切り替え条件が成立したと判断した場合（ステップＳ４３における判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、仮想スタック実行部３１のメモリに記憶されておらず且つ次に実行させる（切り替える）仮想スタックを記憶させる空き容量が仮想スタック実行部３１のメモリにあるかを確認する（ステップＳ４４）。尚、本第３実施形態において、次に仮想スタック実行部３１のメモリにおいて実行させる（切り替える）仮想スタックは、仮想スタックＶＳ２及びＶＳ３とする。従って、ステップＳ４４において、仮想スタック実行部３１のメモリに記憶されておらず且つ次に実行させる（切り替える）仮想スタックに該当するスタックは、仮想スタックＶＳ３である。次に、仮想スタックＶＳ３を記憶させる空き容量が仮想スタック実行部３１のメモリにある場合（ステップＳ４４の確認結果が「ＹＥＳ」の場合）、仮想スタック保存部１１から、仮想スタックＶＳ３を読み出して仮想スタック実行部３１のメモリに記憶させ（ステップＳ４６）、読み出された仮想スタックＶＳ３及び予め仮想スタック実行部３１のメモリに記憶されていた仮想スタックＶＳ２を実行させる（ステップＳ４７）。一方、仮想スタックＶＳ３を記憶させる空き容量が仮想スタック実行部３１のメモリにない場合（ステップＳ４４の確認結果が「ＮＯ」の場合）、仮想スタック実行部３１のメモリから実行済みの仮想スタックの少なくとも１つ（本第３実施形態においては仮想スタックＶＳ１）を削除し（ステップＳ４５）、仮想スタック保存部１１から、仮想スタックＶＳ３を読み出して仮想スタック実行部３１のメモリに記憶させ（ステップＳ４６）、読み出された仮想スタックＶＳ３及び予め仮想スタック実行部３１のメモリに記憶されていた仮想スタックＶＳ２実行させる（ステップＳ４７）。また、仮想スタックＶＳ１～ＶＳ３の各々が複数のサブプログラムを含む場合には、このサブプログラム単位で、プログラムが、仮想スタック保存部１１から読み出され、仮想スタック実行部３１のメモリに記憶されて実行され、メモリから削除されてもよい。
　以上の通り、本第３実施形態の通信装置３は、アプリケーションプログラムとアプリケーションプログラムが通信を行うために必要となるプロトコルスタックを実現する通信プログラムとが関連付けされた仮想スタックＶＳ１～ＶＳ３を仮想スタック保存部１１に保存し、仮想スタック実行部３１において実行させる仮想スタックを切替制御部３２によって切り替えるように構成されている。このため、省電力動作を行うために通信装置３のハードウェア構成が必要最小限とされていても、省電力動作を行いつつ異なる無線通信規格に準拠した通信を行う複数の機能を実現することが可能である。
　尚、以上説明した第３実施形態による通信装置３のように、複数の無線通信インターフェイス部１４ａ及び１４ｂが設けられている場合には、図１１に示す通り、無線通信インターフェイス部を特定する情報を仮想スタックに含めても良い。図１１は、仮想スタックの他の例を示す図である。図１１に示す仮想スタックＶＳは、図２に示す仮想スタックＶＳ１において、無線通信インターフェイス部１４ａ及び１４ｂのうちの何れか一方を特定する物理層識別子Ｄ１（特定情報）をさらに含めたものである。
　このような仮想スタックＶＳが仮想スタック実行部（例えば、仮想スタック実行部３１）において実行されると、仮想スタックＶＳに含まれる物理層識別子Ｄ１が切替制御部（例えば、切替制御部３２）により参照される。切替制御部の制御によって、仮想スタックＶＳが実行されることによって実現されるプロトコルスタックＳＴ１と、物理層識別子Ｄ１で特定される無線通信インターフェイス部との間でデータの入出力が行われる。
　以上、本発明のいくつかの実施形態による通信装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、無線通信を行う通信装置１～３を例に挙げて説明したが、無線通信を行う通信装置のみならず、有線通信を行う通信装置にも適用可能である。
　１～３　　通信装置
　１１　　仮想スタック保存部
　１２　　仮想スタック実行部
　１３　　切替制御部
　１４，１４ａ，１４ｂ　　無線通信インターフェイス部
　２１　　仮想スタック実行部
　３１　　仮想スタック実行部
　３２　　切替制御部
　ＡＰ１，ＡＰ２　　アプリケーションプログラム
　ＡＰ１１，ＡＰ１２　　アプリケーションプログラム
　Ｄ１　　物理層識別子
　Ｅ１，Ｅ２　　イベント
　Ｐ１１～Ｐ１３　　通信プログラム
　Ｐ２１～Ｐ２３　　通信プログラム
　ＰＭ１，ＰＭ２　　パラメータ
　Ｒ１　　情報保持領域
　ＳＴ１，ＳＴ２　　プロトコルスタック
　ＶＳ１，ＶＳ２　　仮想スタック
　ＶＳ１１　　仮想スタック
　ＶＳ１２　　仮想スタック

Claims (18)

  1. 　複数の通信規格に準拠した通信が可能な通信装置であって、
    　複数の仮想スタックを保存するように構成される保存部であって、前記複数の仮想スタックの各々は、前記通信装置の機能を実現するアプリケーションプログラムと、前記アプリケーションプログラムが通信を行うためのプロトコルスタックを実現する通信プログラムと、が関連付けされたスタックである、前記保存部と、
    　前記仮想スタックを実行するように構成される実行部と、
    　前記保存部から前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を読み出して前記実行部のメモリに記憶させて実行させる第１処理を行った後、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行い、前記保存部から前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を読み出して前記実行部のメモリに記憶させて実行させる第２処理を行うことにより、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替えを行うように構成される切替制御部と
    　を備える、通信装置。
  2. 　前記仮想スタックの各々は、前記アプリケーションプログラム及び前記通信プログラムの少なくとも一方で用いられるパラメータを含む、
    　請求項１記載の通信装置。
  3. 　切り替え対象の仮想スタックを示す情報が予め規定された切替テーブルをさらに備え、
    　前記切替制御部は、前記通信装置の外部若しくは内部で生じるイベントが入力されると、前記イベントに基づいて前記切替テーブルを参照することにより、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される、請求項１記載の通信装置。
  4. 　タイマをさらに備え、
    　前記切替制御部は、前記タイマにより計測された時間に基づいて、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される、請求項１記載の通信装置。
  5. 　切り替えが必要となる規則が予め規定された切替規則をさらに備え、
    　前記切替制御部は、前記通信装置の状況を認識し前記切替規則を参照することにより、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される、請求項１記載の通信装置。
  6. 　前記切替規則には、通信障害が発生する状況に前記通信装置がなったこと、前記通信装置に設けられている電池の残量が一定以下の状況になったこと、又は前記通信装置が起動若しくは再起動される状況になったことが規定されており、
    　前記切替制御部は、前記通信装置が、前記切替規則に規定された状況になったことを検出した場合に、前記仮想スタックの切り替えを行うように構成される、請求項５記載の通信装置。
  7. 　前記実行部は、前記第１処理で実行される仮想スタックと前記第２処理で実行される仮想スタックとの間で受け渡される情報を保持する情報保持領域を備える、請求項１記載の通信装置。
  8. 　前記第１処理で実行される仮想スタックは、前記プロトコルスタックを介したデータの送受信を行うプログラムを含む第１部分と、少なくともデータの前処理又は後処理を実現するプログラムを含む第２部分とに分割されており、
    　前記切替制御部は、前記第１及び第２部分の切り替えを行って、前記第１及び第２部分を逐次的に前記実行部において実行させるように構成される、請求項１記載の通信装置。
  9. 　複数の通信インターフェイス部をさらに備え、
    　前記複数の仮想スタックの各々は、前記複数の通信インターフェイス部のうちの通信に用いる通信インターフェイス部を特定する特定情報を含む、請求項１記載の通信装置。
  10. 　前記切替制御部は、前記第１処理を行った後に、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行する仮想スタックの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにないことを確認した場合には、前記削除する処理を行うように構成される、請求項１記載の通信装置。
  11. 　前記切替制御部は、前記第１処理を行った後に、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行する仮想スタックの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにあることを確認した場合には、前記削除する処理を行わないように構成される、請求項１記載の通信装置。
  12. 　複数の通信規格に準拠した通信が可能な通信装置におけるスタックの実行制御方法であって、前記方法が、
    　複数の仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記通信装置の実行部のメモリに記憶させて、前記実行部において実行させる第１処理を行うステップと、
    　前記第１処理を行った後で、前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップと、
    　前記切り替え条件が成立したと判断した場合に、前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行うステップと、
    　前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行った後で、前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記実行部のメモリに記憶させて、前記実行部において実行させる第２処理を行うステップと、
    を含み、
    　前記複数の仮想スタックの各々は、前記通信装置の機能を実現するアプリケーションプログラムと、前記アプリケーションプログラムが通信を行うためのプロトコルスタックを実現する通信プログラムと、を含む、方法。
  13. 　前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、前記通信装置の外部若しくは内部で生じるイベントに基づいて、予め規定された切替情報を参照することにより、前記切り替え条件を判断する、請求項１２記載の方法。
  14. 　前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、時刻又は前記仮想スタックの実行時間に基づいて、前記切り替え条件を判断する、請求項１２記載の方法。
  15. 　前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、前記通信装置の状況に基づいて、予め規定された切替規則を参照することにより、前記切り替え条件を判断する、請求項１２記載の方法。
  16. 　前記切替規則には、通信障害が発生する状況に前記通信装置がなったこと、前記通信装置に設けられている電池の残量が一定以下の状況になったこと、又は前記通信装置が起動若しくは再起動される状況になったことが規定されており、
    　前記実行部において実行させる仮想スタックの切り替え条件を判断するステップは、前記通信装置が、前記切替規則に規定された状況になったことが検出された場合に、前記仮想スタックの切り替え条件が成立したと判断される、請求項１５記載の方法。
  17. 　前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行うステップは、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行させる前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにない場合には、前記削除する処理を行う、請求項１２記載の方法。
  18. 　前記第１処理で実行させた前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を前記メモリの空き容量に応じて前記メモリから削除する処理を行うステップは、前記実行部のメモリに記憶されておらず且つ前記第２処理で実行する前記仮想スタックの少なくとも一つの少なくとも一部を記憶させる空き容量が前記メモリにある場合には、前記削除する処理を行わない、請求項１２記載の方法。
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