WO2015162734A1 - 中継装置およびデータ転送方法 - Google Patents

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俊行 中安
幸子 谷口
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a relay device and a data transfer method.
  • Ethernet (registered trademark) has been developed in the industrial field, and a communication network (hereinafter referred to as FA network) connecting FA (Factory Automation) devices such as PLC (Programmable Logic Controller), inverters, sensors, etc. has been constructed at the manufacturing site.
  • FA network a communication network
  • FA Field Automation
  • PLC Programmable Logic Controller
  • inverters Inverters
  • sensors etc.
  • the relay device In the FA network, in order to realize high-speed and high-precision motion control, the relay device is required to transfer a frame sensitive to delay fluctuation with a certain delay time (hereinafter referred to as a fixed delay). Examples of frames that need to be transferred with a fixed delay (hereinafter referred to as fixed delay frames) include frames used for time synchronization between FA devices.
  • a store and forward method in which an entire frame is stored and then output is used as a transfer control method.
  • the transfer delay time is determined by classifying the transfer frames into classes and using the priority queuing described in Non-Patent Document 1 below that defines priority for each class and preferentially transferring high priority frames. Can be shortened.
  • delay jitter cannot be completely eliminated even if the above-described Priority Queueing is used.
  • the store and forward method if a high priority frame is input while a low priority frame is being transmitted, it is necessary to wait until the transmission of the low priority frame is completed, resulting in fluctuations in the transfer delay time of the high priority frame. is there.
  • delay jitter determined from the maximum frame length and transmission speed of the low priority frame may be added to the transfer delay time of the high priority frame. is there. Therefore, in order to completely eliminate the delay jitter of the high priority frame, it is required to avoid transfer competition between the high priority frame and the low priority frame at the output port.
  • the high-priority frame is A technique for reducing delay jitter of a high priority frame by interrupting and transmitting between low priority frames.
  • the relay apparatus adds a control code indicating an insertion position before and after the high priority frame to be transmitted by interruption and transmits the frame.
  • Patent Document 2 a technique is disclosed regarding a communication device that interrupts transmission of a low priority frame and preferentially transmits a high priority frame when transfer contention occurs.
  • the communication apparatus stores the low priority frame in the retransmission buffer in parallel with the transmission, and retransmits the low priority frame whose transmission has been interrupted due to transfer contention after the high priority frame is transmitted.
  • the relay device uses a code outside the standard of the general-purpose network as a control code indicating the insertion position of the high priority frame. Therefore, in order to use it in a general-purpose network, it is necessary to provide dedicated devices for inserting and extracting high-priority frames on the transmission side and the reception side, respectively. There was a problem that it was not possible to prevent the outbreak.
  • Patent Document 2 the communication device transfers the high priority frame immediately when no transfer contention with the low priority frame occurs, whereas the communication device transfers the contention with the low priority frame.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a relay device and a data transfer method capable of preventing occurrence of delay jitter in a general-purpose network and transferring a frame having a special priority with high priority and fixed delay. The purpose is to obtain.
  • the present invention assigns the received frame to a higher priority frame and a higher priority frame than the high priority frame for each output port based on an identifier defined in the received frame. And a fixed delay queue that delays the high-priority frame distributed by the determination unit for a time longer than a sum of a frame length and a predetermined transmission interval that can be normally discarded by a subsequent device.
  • a low-priority frame buffer that stores the low-priority frame sorted by the determination unit, a retransmission buffer that stores the low-priority frame output from the low-priority frame buffer, and the high-priority frame
  • Transmission frame selection means for performing control to interrupt transmission of the low-priority frame
  • output control means for selecting a frame to be transmitted to the subsequent apparatus based on the control of the transmission frame selection means.
  • the relay apparatus and the data transfer method according to the present invention have the effects of preventing the occurrence of delay jitter in a general-purpose network and transferring frames having a special priority with high priority and fixed delay.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a relay apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a high-priority frame transfer process in the communication device described in Patent Document 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating transfer processing of a high priority frame in the relay apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a data transfer method of the relay apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a relay device according to the present embodiment.
  • the relay apparatus 1 includes a frame determination unit 2, a fixed delay queue 3, a low priority frame buffer 4, a transmission frame selection unit 5, a retransmission buffer 6, and an output control unit 7.
  • the frame determination unit 2 sorts the received frame into a high-priority frame and a low-priority frame for each output port using the identifier defined in the header or payload of the reception frame as a criterion.
  • the high priority frame is a frame having a special priority
  • the low priority frame is a frame having a lower priority than the high priority frame.
  • the fixed delay queue 3 stores the high priority frame distributed by the frame determination unit 2 and notifies the transmission frame selection unit 5 that the high priority frame has been input. In the fixed delay queue 3, the high priority frame is delayed by a prescribed time and then output to the output control unit 7.
  • the low priority frame buffer 4 stores the low priority frames distributed by the frame determination unit 2 and transmits an output request to the transmission frame selection unit 5.
  • the low priority frame buffer 4 outputs the low priority frame to the output control unit 7 and the retransmission buffer 6 only when the transmission frame selection unit 5 permits the output of the low priority frame.
  • the low priority frame buffer 4 receives an output stop instruction from the transmission frame selection unit 5, the output to the output control unit 7 is stopped while continuing to store the frame in the retransmission buffer 6.
  • the transmission frame selection unit 5 performs control to transmit the high priority frame from the fixed delay queue 3 when receiving the input notification of the high priority frame from the fixed delay queue 3. Further, the transmission frame selection unit 5 permits an output request from the low priority frame buffer 4 when the input notification of the high priority frame is not received from the fixed delay queue 3 and the low priority frame is not stored in the retransmission buffer 6. Then, control is performed to transmit a low priority frame from the low priority frame buffer 4. In addition, the transmission frame selection unit 5 transmits an output request to the retransmission buffer 6 when the high-priority frame input notification is not received from the fixed delay queue 3 and the frame is stored in the retransmission buffer 6, and Control is performed to retransmit the low priority frame whose transfer is interrupted from the buffer 6.
  • the transmission frame selection unit 5 when receiving a high priority frame input notification from the fixed delay queue 3 during transmission of the low priority frame from the low priority frame buffer 4 or the retransmission buffer 6, outputs to interrupt transmission of the low priority frame Take control.
  • the transmission frame selection unit 5 instructs the retransmission buffer 6 to release the stored low priority frame when the transmission of the low priority frame is completed without interruption from the output control unit 7.
  • the transmission frame selection unit 5 receives the high-priority frame input notification from the fixed delay queue 3 while the low-priority frame output is permitted (when transfer contention occurs),
  • the low-priority frame is transmitted to a frame length (for example, 64 bytes) that can be normally discarded by the apparatus, and then the low-priority frame buffer 4 is instructed to stop output.
  • the transmission frame selection unit 5 controls the output control unit 7 so that a minimum IFG (Inter Frame Gap) can be ensured as a specified transmission interval between the low priority frame and the high priority frame for which transfer is interrupted.
  • IFG Inter Frame Gap
  • the retransmission buffer 6 stores the low priority frame output from the low priority frame buffer 4. Further, when receiving a buffer release instruction from the transmission frame selection unit 5, the retransmission buffer 6 discards the stored low priority frame that has been retransmitted.
  • the output control unit 7 selects a transfer frame to be transmitted to the subsequent apparatus based on an instruction (control) from the transmission frame selection unit 5.
  • the capacities of the fixed delay queue 3 and the retransmission buffer 6 can be set by the user according to the system to which the relay device 1 is applied.
  • a time equal to or longer than the sum of the frame length and the minimum IFG that can be normally discarded by the subsequent device of the relay device 1 is set as a fixed delay time.
  • the relay device 1 can transfer a high priority frame having a special priority with high priority by interrupting transmission of the low priority frame when transfer contention occurs.
  • fixed delay transfer can be realized by always delaying the high priority frame by the fixed delay queue 3 for a fixed delay time regardless of the presence or absence of transfer competition.
  • FIG. 2 is a diagram showing a high-priority frame transfer process in the communication apparatus described in Patent Document 2 described above.
  • the communication apparatus when the high priority frame is received after the transfer of the low priority frame is started, the transmission of the low priority frame is immediately interrupted.
  • the subsequent apparatus cannot normally receive the subsequent high-priority frame due to the low-priority frame whose transfer is interrupted. This is a case where the communication apparatus interrupts transmission of the low priority frame without securing a frame length that can be normally discarded by the subsequent apparatus.
  • the low-priority frame whose transfer is interrupted is retransmitted after the high-priority frame is transferred and the minimum IFG is secured.
  • FIG. 3 is a diagram showing a high-priority frame transfer process in the relay apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the relay apparatus 1 receives a high priority frame after the transfer of the low priority frame is started, the relay apparatus 1 interrupts the transfer of the low priority frame at the time when the minimum IFG is secured with respect to the transfer start time of the high priority frame.
  • the frame length that can be normally discarded by the subsequent device of the relay device 1 is secured by the set fixed delay time. Therefore, when a low-priority frame whose transfer has been interrupted is received, the latter apparatus can be discarded as an abnormal frame.
  • the relay apparatus 1 retransmits the low-priority frame whose transfer is interrupted after securing the minimum IFG after transferring the high-priority frame.
  • the transmission frame selection unit 5 secures the minimum IFG from the transfer start time of the high priority frame and continues the transfer of the low priority frame as much as possible. It is not limited to such control.
  • the transmission frame selection unit 5 confirms that the low priority frame has been transmitted to a frame length that can be normally discarded by the subsequent apparatus of the relay apparatus 1 and then determines the minimum IFG for the transfer start time of the high priority frame.
  • the transfer of the low-priority frame may be interrupted before the time when the frame is secured.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a data transfer method of the relay device 1.
  • the frame determination unit 2 determines whether the received frame is a high priority frame or a low priority frame (step S1). In the case of a high priority frame (step S1: high priority frame), the frame determination unit 2 stores the high priority frame in the fixed delay queue 3 (step S2). When the low priority frame is being transmitted (step S3: Yes), the transmission frame selection unit 5 performs control to interrupt transmission of the low priority frame (step S4), and when the low priority frame is not transmitted (step S3: No), the process of step S4 is omitted.
  • the fixed delay queue 3 notifies the input to the transmission frame selector 5 until a fixed delay time in which a time equal to or greater than the sum of the frame length and the minimum IFG that can be normally discarded by the subsequent device of the relay device 1 has elapsed. Storage continues (step S5: No). When the fixed delay time has elapsed (step S5: Yes), control to transmit a high priority frame is performed (step S6).
  • the transmission frame selection unit 5 ends the process when there is no low priority frame in the retransmission buffer 6 (step S7: No) and there is no low priority frame in the low priority frame buffer 4 (step S8: No).
  • step S7: No when there is a low priority frame in the retransmission buffer 6 (step S7: Yes), the transmission frame selection unit 5 performs the process of step S17 described later, and when there is a low priority frame in the low priority frame buffer 4 (step S7). (S8: Yes), the process of step S12 described later is performed.
  • step S1 if the received frame is a low priority frame (step S1: low priority frame), the frame determination unit 2 stores the low priority frame in the low priority frame buffer 4 (step S9).
  • the transmission frame selection unit 5 Upon receiving an output request from the low priority frame buffer 4, the transmission frame selection unit 5 has a high priority frame, that is, if an input notification is received from the fixed delay queue 3 (step S 10: Yes), the low priority frame Do not allow output requests.
  • the transmission frame selection unit 5 does not have a high priority frame, that is, if an input notification has not been received from the fixed delay queue 3 (step S10: No), and if there is no low priority frame in the retransmission buffer 6 (step S11).
  • control is performed to transmit a low priority frame from the low priority frame buffer 4 (step S12).
  • the transmission frame selection unit 5 selects the low priority frame without interruption from the low priority frame buffer 4. Then, the process ends (step S14).
  • the transmission frame selection unit 5 suspends transmission of the low priority frame from the low priority frame buffer 4 when a high priority frame is received during transmission of the low priority frame from the low priority frame buffer 4 (step S13: Yes). Then, control is performed to continue storage from the low priority frame buffer 4 to the retransmission buffer 6 (step S15).
  • the transmission frame selection unit 5 waits until the transmission of the high priority frame is completed (step S16: No), and after the transmission of the high priority frame is completed (step S16: Yes), transmits the low priority frame from the retransmission buffer 6.
  • the low-priority frame for which transmission has been completed is released from the retransmission buffer 6 (step S17). If there is a low priority frame in the retransmission buffer 6 in step S11 (step S11: Yes), the transmission frame selection unit 5 similarly performs control to transmit the low priority frame from the retransmission buffer 6 (step S11). S17).
  • the transmission frame selection unit 5 transmits the low priority frame without interruption from the retransmission buffer 6 when no high priority frame is received during transmission of the low priority frame from the retransmission buffer 6 (step S18: No).
  • the low-priority frame that has been transmitted is released from the retransmission buffer 6 (step S19), and the process proceeds to step S8.
  • the transmission frame selection unit 5 controls to interrupt transmission of the low priority frame from the retransmission buffer 6 when a high priority frame is received during transmission of the low priority frame from the retransmission buffer 6 (step S18: Yes). (Step S20), the process proceeds to Step S16.
  • the relay apparatus 1 when the relay apparatus 1 receives a high priority frame after starting the transfer of a low priority frame, the time when the minimum IFG is secured with respect to the transfer start time of the high priority frame
  • the transmission of the low-priority frame is interrupted, and the high-priority frame is transmitted after being delayed by a fixed delay time that is set to a time longer than the sum of the frame length and the minimum IFG that can be normally discarded by the subsequent device. .
  • a fixed delay time that is set to a time longer than the sum of the frame length and the minimum IFG that can be normally discarded by the subsequent device.
  • Embodiment 2 the operation of the relay device 1 having a two-port configuration has been described.
  • the operation is an example, and the number of ports of the relay device is not limited. Therefore, the same configuration as that of the relay device 1 according to the first embodiment is possible for a relay device having three or more ports.
  • processing is performed in advance so that transfer of frames with the same priority does not compete.
  • the relay device and the data transfer method according to the present invention are useful for wireless communication, and are particularly suitable for FA networks.
  • 1 relay device 2 frame determination unit, 3 fixed delay queue, 4 low priority frame buffer, 5 transmission frame selection unit, 6 retransmission buffer, 7 output control unit.

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Abstract

　汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つフレームを高優先かつ固定遅延で転送可能な中継装置を得ること。識別子に基づいて、受信フレームを出力ポート毎に高優先フレームと低優先フレームとに振り分けるフレーム判定部２と、高優先フレームを後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長および規定の送信間隔の和以上の時間遅延させる固定遅延キュー３と、低優先フレームを格納する低優先フレームバッファ４と、低優先フレームバッファ４から出力された低優先フレームを格納する再送用バッファ６と、高優先フレームを送信する場合、低優先フレームの再送用バッファ６への格納を継続しつつ、低優先フレームの送信を中断させる制御を行う送信フレーム選択部５と、送信フレーム選択部５の制御に基づいて、後段装置へ送信するフレームを選出する出力制御部７と、を備える。

Description

中継装置およびデータ転送方法
　本発明は、中継装置およびデータ転送方法に関する。
　従来、産業分野ではイーサネット（登録商標）化が進み、製造現場ではＰＬＣ（Programmable　Logic　Controller）、インバータ、センサ等のＦＡ（Factory　Automation）機器を結んだ通信ネットワーク（以下、ＦＡネットワーク）が構築されている。ＦＡネットワークでは、高速・高精度のモーション制御を実現するため、中継装置が遅延揺らぎに敏感なフレームを一定の遅延時間（以後、固定遅延と記載）で転送することが要求される。固定遅延で転送する必要があるフレーム（以後、固定遅延フレームと記載）は、ＦＡ機器間の時刻同期に用いられるフレーム等が挙げられる。
　一般的な中継装置では、フレーム全体を蓄積してから出力するストア＆フォワード方式が転送制御方式として用いられている。ストア＆フォワード方式では、転送フレームをクラスに分類し、クラス毎に優先度を定義する下記非特許文献１に記載のＰｒｉｏｒｉｔｙ　Ｑｕｅｕｉｎｇを用い、高優先フレームを優先的に転送することで、転送遅延時間を短くすることが可能となる。しかしながら、ストア＆フォワード方式では、前述のＰｒｉｏｒｉｔｙ　Ｑｕｅｕｉｎｇを用いても、遅延ジッタを完全に排除できない。ストア＆フォワード方式では、低優先フレームを送信中に高優先フレームが入力された場合、低優先フレームの送信が終了するまで待つ必要があり、高優先フレームの転送遅延時間に揺らぎが発生するためである。
　出力ポートにおいて高優先フレームと低優先フレームの転送競合が発生する限り、低優先フレームの最大フレーム長と伝送速度から決定される遅延ジッタが、高優先フレームの転送遅延時間に付加される可能性がある。したがって、高優先フレームの遅延ジッタを完全に排除するため、出力ポートにおける高優先フレームと低優先フレームの転送競合を回避することが要求される。
　前述した転送競合時の高優先フレームの遅延ジッタを低減する技術として、例えば、下記特許文献１では、中継装置が、低優先フレームを送信中に高優先フレームが入力された場合、高優先フレームを低優先フレームの間に割り込ませて送信することで高優先フレームの遅延ジッタを低減させる技術が開示されている。中継装置は、割り込んで送信する高優先フレームの前後に挿入位置を示す制御コードを付加して送信する。
　また、下記特許文献２では、転送競合が発生した場合、低優先フレームの送信を中断し、高優先フレームを優先して送信する通信装置についての技術が開示されている。通信装置は、低優先フレームを、送信と並行して再送バッファに格納しており、転送競合に伴って送信を中断した低優先フレームを高優先フレーム送信後に再送する。
特許第４３０２０１４号公報 特許第５０９４５３２号公報
Constantinos　Dovrolis，et　al.　"A　Case　for　Relative　Differentiated　Services　and　the　Proportional　Differentiation　Model"，IEEE　Network　September/October　1999，pp.26-34.
　しかしながら、上記従来の技術（特許文献１）によれば、中継装置は、高優先フレームの挿入位置を示す制御コードとして汎用ネットワークの規格外の符号を用いている。そのため、汎用ネットワークで利用するためには、高優先フレームの挿入と取り出しを行う専用装置を送信側及び受信側にそれぞれ設ける必要があり、汎用ネットワークで広く普及している機器を利用して遅延ジッタの発生を防止できない、という問題があった。
　また、上記従来の技術（特許文献２）によれば、通信装置は、低優先フレームとの転送競合が発生しない場合は高優先フレームを即時転送するのに対して、低優先フレームとの転送競合が発生した場合は低優先フレームの転送を中断した後に十分なフレーム間隔を空けて高優先フレームを転送する必要がある。そのため、高優先フレームの低遅延転送は可能であるものの、遅延ジッタを完全に排除することができない、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つフレームを高優先かつ固定遅延で転送可能な中継装置およびデータ転送方法を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信フレーム内で定義された識別子に基づいて、前記受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと前記高優先フレームより優先度の低い低優先フレームとに振り分ける判定手段と、前記判定手段で振り分けられた前記高優先フレームを、後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長および規定の送信間隔の和以上の時間遅延させる固定遅延キューと、前記判定手段で振り分けられた前記低優先フレームを格納する低優先フレームバッファと、前記低優先フレームバッファから出力された前記低優先フレームを格納する再送用バッファと、前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの前記再送用バッファへの格納を継続しつつ、前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う送信フレーム選択手段と、前記送信フレーム選択手段の制御に基づいて、前記後段装置へ送信するフレームを選出する出力制御手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明にかかる中継装置およびデータ転送方法は、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つフレームを高優先かつ固定遅延で転送できる、という効果を奏する。
図１は、実施の形態１の中継装置の構成例を示す図である。 図２は、特許文献２に記載の通信装置における高優先フレームの転送処理を示す図である。 図３は、実施の形態１の中継装置における高優先フレームの転送処理を示す図である。 図４は、中継装置のデータ転送方法を示すフローチャートである。
　以下に、本発明にかかる中継装置およびデータ転送方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態の中継装置の構成例を示す図である。中継装置１は、フレーム判定部２と、固定遅延キュー３と、低優先フレームバッファ４と、送信フレーム選択部５と、再送用バッファ６と、出力制御部７と、を備える。
　フレーム判定部２は、受信フレームのヘッダ又はペイロード内に定義された識別子を判断基準として、受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと低優先フレームとに振り分ける。ここでは、高優先フレームを特別の優先度をもつフレームとし、低優先フレームを、高優先フレームより優先度の低いフレームとする。
　固定遅延キュー３は、フレーム判定部２で振り分けられた高優先フレームを格納し、送信フレーム選択部５に高優先フレームが入力されたことを通知する。固定遅延キュー３では、高優先フレームを規定された時間だけ遅延させた後に出力制御部７へ出力する。
　低優先フレームバッファ４は、フレーム判定部２で振り分けられた低優先フレームを格納し、送信フレーム選択部５に出力要求を送信する。低優先フレームバッファ４では、低優先フレームを、送信フレーム選択部５が低優先フレームの出力を許可した場合のみ出力制御部７および再送用バッファ６へ出力する。また、低優先フレームバッファ４では、送信フレーム選択部５から出力停止指示を受信した場合、再送用バッファ６へのフレームの格納は継続しつつ、出力制御部７への出力を停止する。
　送信フレーム選択部５は、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、固定遅延キュー３から高優先フレームを送信させる制御を行う。また、送信フレーム選択部５は、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を未受信かつ再送用バッファ６に低優先フレームを格納していない場合、低優先フレームバッファ４からの出力要求を許可し、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信させる制御を行う。また、送信フレーム選択部５は、固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を未受信かつ再送用バッファ６にフレームが格納されている場合、再送用バッファ６に出力要求を送信し、再送用バッファ６から転送を中断した低優先フレームを再送させる制御を行う。
　送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４または再送用バッファ６から低優先フレームを送信中に固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合、低優先フレームの送信を中断する出力制御を行う。送信フレーム選択部５は、出力制御部７から低優先フレームの送信が中断されずに終了した場合、再送用バッファ６に対して、格納していた低優先フレームの解放を指示する。
　本実施の形態では、送信フレーム選択部５は、低優先フレームの出力許可中に固定遅延キュー３から高優先フレームの入力通知を受信した場合（転送競合が発生した場合）、中継装置１の後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長（例えば、６４ｂｙｔｅ）まで低優先フレームを送信した上で、低優先フレームバッファ４に出力停止を指示する。
　送信フレーム選択部５では、転送を中断した低優先フレームと高優先フレームのフレーム間隔が規定の送信間隔として最小ＩＦＧ（Inter　Frame　Gap）を確保できるように出力制御部７を制御する。
　再送用バッファ６は、低優先フレームバッファ４から出力された低優先フレームを格納する。また、再送用バッファ６は、送信フレーム選択部５からバッファ解放指示を受けた場合、格納していた低優先フレームであって再送が完了した低優先フレームを破棄する。
　出力制御部７は、送信フレーム選択部５からの指示（制御）に基づいて、後段装置へ送信する転送フレームを選出する。
　固定遅延キュー３および再送用バッファ６の容量は、中継装置１を適用するシステムに応じてユーザが設定可能な構成とする。ここで、固定遅延キュー３では、中継装置１の後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定して固定遅延時間とする。
　このように、中継装置１では、転送競合時に低優先フレームの送信を中断することで特別な優先度を持つ高優先フレームを高優先で転送することができる。また、中継装置１では、高優先フレームを転送競合有無に関わらず、固定遅延キュー３で固定遅延時間だけ必ず遅延させることで、固定遅延転送を実現できる。
　具体的に、前述の特許文献２に記載の通信装置と、本実施の形態の中継装置１における、低優先フレーム転送中に高優先フレームを受信した場合の転送処理の違いについて説明する。
　図２は、前述の特許文献２に記載の通信装置における高優先フレームの転送処理を示す図である。通信装置では、低優先フレームの転送開始後に高優先フレームを受信した場合、低優先フレームの送信を即時中断する。この場合、転送を中断した低優先フレームが原因で、後段装置では、後続の高優先フレームを正常に受信できないことが考えられる。通信装置が、後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長を確保せずに低優先フレームの送信を中断した場合である。通信装置では、転送を中断した低優先フレームを、高優先フレームを転送後、最小ＩＦＧを確保した上で再送する。
　図３は、本実施の形態の中継装置１における高優先フレームの転送処理を示す図である。中継装置１では、低優先フレームの転送開始後に高優先フレームを受信した場合、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻で低優先フレームの転送を中断する。固定遅延キュー３では、設定した固定遅延時間によって、中継装置１の後段装置が正常に廃棄可能なフレーム長を確保している。そのため、後段装置では、転送が中断された低優先フレームを受信した場合、異常フレームとして廃棄することができる。中継装置１では、転送を中断した低優先フレームを、高優先フレームを転送後、最小ＩＦＧを確保した上で再送する。
　なお、中継装置１では、送信フレーム選択部５は、低優先フレームの転送を中断する場合、高優先フレームの転送開始時刻から最小ＩＦＧを確保して、できるだけ低優先フレームの転送を継続するが、このような制御に限定するものではない。例えば、送信フレーム選択部５は、中継装置１の後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長まで低優先フレームが送信されたことを確認した上で、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻よりも前に低優先フレームの転送を中断してもよい。
　中継装置１におけるデータ転送方法についてフローチャートを用いて説明する。図４は、中継装置１のデータ転送方法を示すフローチャートである。
　中継装置１では、フレーム判定部２が、受信フレームが高優先フレームか低優先フレームか判定する（ステップＳ１）。高優先フレームの場合（ステップＳ１：高優先フレーム）、フレーム判定部２は、固定遅延キュー３に高優先フレームを格納する（ステップＳ２）。送信フレーム選択部５は、低優先フレーム送信中の場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、低優先フレームの送信を中断する制御を行い（ステップＳ４）、低優先フレームを送信していない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ４の処理を省略する。固定遅延キュー３は、送信フレーム選択部５へ入力を通知し、中継装置１の後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定した固定遅延時間が経過するまでは格納を継続する（ステップＳ５：Ｎｏ）。固定遅延時間が経過すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、高優先フレームを送信する制御を行う（ステップＳ６）。
　送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６に低優先フレームが無く（ステップＳ７：Ｎｏ）、低優先フレームバッファ４に低優先フレームが無い場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、処理を終了する。一方、送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６に低優先フレームがある場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ１７の処理を行い、低優先フレームバッファ４に低優先フレームがある場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ１２の処理を行う。
　ステップＳ１に戻って、フレーム判定部２は、受信フレームが低優先フレームの場合（ステップＳ１：低優先フレーム）、低優先フレームバッファ４に低優先フレームを格納する（ステップＳ９）。送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４から出力要求を受けると、高優先フレームがある、すなわち、固定遅延キュー３から入力通知を受信している場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、低優先フレームの出力要求を許可しない。送信フレーム選択部５は、高優先フレームが無く、すなわち、固定遅延キュー３から入力通知を未受信の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、かつ、再送用バッファ６に低優先フレームが無い場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信する制御を行う（ステップＳ１２）。送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信が無かった場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、低優先フレームバッファ４から中断せずに低優先フレームを送信して処理を終了する（ステップＳ１４）。
　送信フレーム選択部５は、低優先フレームバッファ４から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信があった場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、低優先フレームバッファ４からの低優先フレームの送信を中断し、低優先フレームバッファ４から再送用バッファ６への格納を継続する制御を行う（ステップＳ１５）。送信フレーム選択部５は、高優先フレームの送信が終了するまで待機し（ステップＳ１６：Ｎｏ）、高優先フレームの送信終了後（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、再送用バッファ６から低優先フレームを送信し、送信が完了した低優先フレームについては再送用バッファ６から解放する（ステップＳ１７）。なお、送信フレーム選択部５は、ステップＳ１１において、再送用バッファ６に低優先フレームがある場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、同様に、再送用バッファ６から低優先フレームを送信する制御を行う（ステップＳ１７）。
　送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信が無かった場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、再送用バッファ６から中断せずに低優先フレームを送信し、送信完了した低優先フレームを再送用バッファ６から解放し（ステップＳ１９）、ステップＳ８へ移行する。送信フレーム選択部５は、再送用バッファ６から低優先フレームを送信中に高優先フレームの受信があった場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、再送用バッファ６からの低優先フレームの送信を中断する制御を行い（ステップＳ２０）、ステップＳ１６へ移行する。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、中継装置１は、低優先フレームの転送開始後に高優先フレームを受信した場合、高優先フレームの転送開始時刻に対して最小ＩＦＧを確保した時刻で低優先フレームの転送を中断し、高優先フレームに対して、後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長および最小ＩＦＧの和以上の時間を設定した固定遅延時間だけ遅延させて送信することとした。これにより、汎用ネットワークで遅延ジッタの発生を防止し、特別な優先度を持つフレームを高優先かつ固定遅延で転送することができる。また、後段装置では、転送が中断された低優先フレームを受信した場合、異常フレームとして廃棄することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、２ポート構成の中継装置１の動作について説明したが、一例であり、中継装置のポート数については制限を受けない。そのため、３ポート以上を備えた中継装置についても、実施の形態１の中継装置１と同様の構成が可能である。なお、３ポート以上の構成とする場合、実施の形態１の中継装置１のフレーム判定部２に相当する構成において、同一優先度のフレームの転送が競合しないように予め処理する。
　以上のように、本発明にかかる中継装置およびデータ転送方法は、無線通信に有用であり、特に、ＦＡネットワークに適している。
　１　中継装置、２　フレーム判定部、３　固定遅延キュー、４　低優先フレームバッファ、５　送信フレーム選択部、６　再送用バッファ、７　出力制御部。

Claims (8)

  1. 　受信フレーム内で定義された識別子に基づいて、前記受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと前記高優先フレームより優先度の低い低優先フレームとに振り分ける判定手段と、
    　前記判定手段で振り分けられた前記高優先フレームを、後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長および規定の送信間隔の和以上の時間遅延させる固定遅延キューと、
    　前記判定手段で振り分けられた前記低優先フレームを格納する低優先フレームバッファと、
    　前記低優先フレームバッファから出力された前記低優先フレームを格納する再送用バッファと、
    　前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの前記再送用バッファへの格納を継続しつつ、前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う送信フレーム選択手段と、
    　前記送信フレーム選択手段の制御に基づいて、前記後段装置へ送信するフレームを選出する出力制御手段と、
    　を備えることを特徴とする中継装置。
  2. 　前記送信フレーム選択手段は、前記低優先フレームと前記高優先フレームの転送競合時、前記低優先フレームが前記後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長以上送信されたことを確認して前記低優先フレームの送信を中断する制御を行う、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
  3. 　前記送信フレーム選択手段は、前記高優先フレームの送信完了後、送信を中断されて前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームを、フレームの先頭から再送する制御を行う、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の中継装置。
  4. 　前記送信フレーム選択手段は、前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームの送信完了後、前記再送用バッファに格納されていた前記低優先フレームの解放を指示する、
    　ことを特徴とする請求項３に記載の中継装置。
  5. 　中継装置のデータ転送方法であって、
    　受信フレーム内で定義された識別子に基づいて、前記受信フレームを、出力ポート毎に高優先フレームと前記高優先フレームより優先度の低い低優先フレームとに振り分ける判定ステップと、
    　前記判定ステップで振り分けられた前記高優先フレームを、後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長および規定の送信間隔の和以上の時間遅延させる固定遅延キューに格納する高優先フレーム格納ステップと、
    　前記判定ステップで振り分けられた前記低優先フレームを低優先フレームバッファに格納する低優先フレーム格納ステップと、
    　前記低優先フレームバッファから出力された前記低優先フレームを再送用バッファに格納する再送用バッファ格納ステップと、
    　前記高優先フレームを送信する際に前記低優先フレームを送信中の場合、前記低優先フレームの前記再送用バッファへの格納を継続しつつ、前記低優先フレームの送信を中断させる制御を行う送信フレーム選択ステップと、
    　前記送信フレーム選択ステップでの制御に基づいて、前記後段装置へ送信するフレームを選出する出力制御ステップと、
    　を含むことを特徴とするデータ転送方法。
  6. 　前記送信フレーム選択ステップでは、前記低優先フレームと前記高優先フレームの転送競合時、前記低優先フレームが前記後段装置で正常に廃棄可能なフレーム長以上送信されたことを確認して前記低優先フレームの送信を中断する制御を行う、
    　ことを特徴とする請求項５に記載のデータ転送方法。
  7. 　前記送信フレーム選択ステップでは、前記高優先フレームの送信完了後、送信を中断されて前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームを、フレームの先頭から再送する制御を行う、
    　ことを特徴とする請求項５または６に記載のデータ転送方法。
  8. 　前記送信フレーム選択ステップでは、前記再送用バッファに格納されている前記低優先フレームの送信完了後、前記再送用バッファに格納されていた前記低優先フレームの解放を指示する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載のデータ転送方法。
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