WO2016038684A1

WO2016038684A1 - 多重通信装置

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Publication number: WO2016038684A1
Application number: PCT/JP2014/073797
Authority: WO
Inventors: 伸夫長坂; 重元廣田; 英和金井
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2017-03-09
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Abstract

　複数の産業用イーサネット（登録商標）を１本の経路で配線させることができる多重通信装置を提供すること。　多重通信システム１は、Ａエリア２とＢエリア３に分かれる。Ａエリア２には、多重通信装置１００Ａが設置される。Ｂエリア３には、多重通信装置１００Ｂが設置される。多重通信装置１００Ａ，１００Ｂは、ＬＡＮ線カテゴリー５ｅ又は光ファイバ等の多重通信用ケーブル１０１で接続される。

Description

多重通信装置

　本発明は、産業用イーサネット（ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）・ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等）を使用した装置の通信データを論理層と物理層の最小単位で送受信を行う多重通信装置に関するものである。

　以下、従来技術の多重通信装置について説明する。

図６は、従来技術の通信システムのシステム構成図である。図６に表された多重通信システム１００１は、Ａエリア１００２とＢエリア１００３に分かれる。

　Ａエリア１００２には、システム制御装置１０１１、サーボコントローラ１０１２、画像処理装置１０１３、及びシーケンサ１０１４が設置される。

　システム制御装置１０１１とサーボコントローラ１０１２は、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２０で接続される。

　また、システム制御装置１０１１と画像処理装置１０１３は、ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２１で接続される。

　さらに、システム制御装置１０１１とシーケンサ１０１４は、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２２で接続される。

　システム制御装置１０１１は、装置全体を制御する。装置全体は、図６に表されたように、固定部としてのＡエリア１００２と、可動部としてのＢエリア１００３である。尚、装置全体に代えて、Ｃ工場としてのＡエリア１００２と、Ｄ工場としてのＢエリア１００３としてもよい。画像処理装置１０１３は、監視等に使用される。尚、画像処理装置１０１３は、画像表示装置に代えてもよい。

　Ｂエリア１００３には、サーボアンプ／モータ１０１５，１０１６、カメラ１０１７、及びスレーブ１０１８，１０１９が設置される。スレーブ１０１８，１０１９は、ここでは、リレー又はセンサーである。

　サーボアンプ／モータ１０１５，１０１６は、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２０で接続される。さらに、サーボアンプ／モータ１０１５，１０１６は、Ａエリア１００２のサーボコントローラ１０１２に、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２０で接続される。

　カメラ１０１７は、Ａエリア１００２の画像処理装置１０１３に、ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２１で接続される。

　スレーブ１０１８，１０１９は、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２２で接続される。さらに、スレーブ１０１８，１０１９は、Ａエリア１００２のシーケンサ１０１４に、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル１０２２で接続される。

　尚、従来技術の多重通信装置に関連する発明としては、以下の各特許文献に記載された発明がある。

特開２００１－３０８９２１号公報特開２０１０－１９３３２７号公報

　しかしながら、図６に表された多重通信システム１００１では、複数の経路毎にＬＡＮケーブル１０２０，１０２１，１０２２を用意して敷設する。

　つまり、ワイヤーハーネス（ＬＡＮケーブル１０２０，１０２１，１０２２）の本数が多く、装置内の可動部としてのＢエリア１００３に使用した場合には、ワイヤーハーネス（ＬＡＮケーブル１０２０，１０２１，１０２２）の全体が太くなり、曲げの屈曲半径Ｒを十分に確保したケーブルダクトが必要となり、小型化に影響する。

　Ｃ工場としてのＡエリア１００２と、Ｄ工場としてのＢエリア１００３とした場合には、ワイヤーハーネス（ＬＡＮケーブル１０２０，１０２１，１０２２）の本数に加えて、ワイヤーハーネス（ＬＡＮケーブル１０２０，１０２１，１０２２）の距離が長いため、ＬＡＮケーブル１０２０，１０２１，１０２２の重量が重い、コストが高い、敷設する電線が太いこと等が要因となって、工事費がかさむ。

　また、図６に表された多重通信システム１００１では、固定部としてのＡエリア１００２と可動部としてのＢエリア１００３との間を１本のＬＡＮ線で接続する場合には、先ず、使用する特定の規格１と規格２のＧａｔｅｗａｙ装置を購入し、どれか１つの回線に統一した後で、１本のＬＡＮ線で接続する。

　使用する規格のＧａｔｅｗａｙ装置が存在しない場合や、産業用イーサネット（登録商標）が新しい規格である場合には、Ｇａｔｅｗａｙ装置の開発リードタイム分、工事の進捗が遅れたりする。

　使用する規格の組合せが複数で大量生産されない組合せもあり、そのような場合には、工事費がかさむ。

　Ｇａｔｅｗａｙ装置を使用する場合には、変換前のフレームを解析した後に変換後のフレームを作成するため、遅延が大きくなり、リアルタイム性の必要な部分に使用することができず、比較的遅い周期のものになる。

　スレーブ１０１８，１０１９の規格が違う場合には、Ｇａｔｅｗａｙ後は、市販メーカーのサポート外の規格（例えば、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ（登録商標）用で市販されたスレーブをＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）で使用）となるため、スレーブ設定ファイルが準備されていない。そのため、設定ファイル（先程の例では、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）用設定ファイル）を新規に作成するので、（規格を理解し、その後、設定ファイルを記述し、動作確認を行う等の）手間と時間がかかる。

　また、それぞれの規格には一長一短があったり、欲しいコンポーネントのＩ／Ｆ（インターフェイス）に限られた製品しかなく選択枝が無かったり、過去に納入した装置の規格があったりと、同じ装置内・同じ工場内でも、一つの規格に統一されないケースがある。

　特に、産業用イーサネット（登録商標）の規格の中には、ＰＣ等でよく利用されているハブが使用できない規格があり、また、専用の中継器でも他の規格を接続して使用できないケースがある。

　そこで、本発明は、上述した点を鑑みてなされたものであり、複数の産業用イーサネット（登録商標）を１本の経路で配線させることができる多重通信装置を提供することを課題とする。

　この課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、複数のポートの産業用イーサネット（登録商標）の信号を１つの伝送路にのせる多重通信装置であって、データの論理層と物理層の内部インターフェースであるメディアインペンデントインターフェース最小単位データにデータ有無のフラグ情報をつけて、データの最小単位の送受信を行い、データの連続性を確保した状態で多重化すること、を特徴とする。

　尚、「複数のポートの産業用イーサネット（登録商標）の信号」とは、例えば、１００ｂａｓｅ－ｔxがある。

　「データの論理層と物理層の内部インターフェース」とは、例えば、ＭＩＩ：Ｍｅｄｉａ　Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｇａｃｅ，ＧＭＩＩ：Ｇｉｇａｂｉｔ　Ｍｅｄｉａ　Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｇａｃｅ等がある。

　「最小単位」とは、例えば、ＭＩＩでは、１Ｎｉｂｂｌｅの２５ＭＨｚ，４ＢＩＴであり、ＧＭＩＩでは、１２５ＭＨｚ，８ＢＩＴである。

　「データの最小単位の送受信を行い」とは、例えば、イーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥによる１００ｂａｓｅ－ｔxの半２重通信時では一定の固定間隔（１５クロック）で送受信を切り替え、後述するＳＦＰ等を使用する全２重通信では一定の固定間隔（１０クロック）で送受信を行う。

　本発明では、複数のポートが多重化前と多重化後、多重化データ上でもビット位置が固定しており、複数の産業用イーサネット（登録商標）を１本の経路で配線させることができる。よって、省配線化ができる。

本発明の一実施形態に係る多重通信装置が使用された多重通信システムのシステム構成図である。同多重通信装置の内部構成図である。同多重通信装置が半２重通信方式で送受信を行う際のイーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥによる多重通信プロトコルが表された図である。同多重通信装置が半２重通信方式で送受信を行う際のイーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥによる多重通信プロトコルが表わされた図である。同多重通信装置において、１００ｂａｓｅ－ｔxの他に、１０００ｂａｓｅ－ｔの３回線をＳＦＰ（５Ｇｂｐｓ）で多重化したときの多重通信プロトコルが表わされた図である。従来技術の通信システムのシステム構成図である。

［１．多重通信システムのシステム構成］
以下、本発明を具体化した多重通信装置について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る多重通信装置が使用された多重通信システムのシステム構成図である。

　図１に表された多重通信システム１は、Ａエリア２とＢエリア３に分かれる。Ａエリア２には、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａが設置される。Ｂエリア３には、本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂが設置される。

　Ａエリア２には、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａの他に、システム制御装置１１、サーボコントローラ１２、画像処理装置１３、及びシーケンサ１４が設置される。

　システム制御装置１１と本実施形態に係る多重通信装置１００Ａは、サーボコントローラ１２を介して、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２０で接続される。

　また、システム制御装置１１と本実施形態に係る多重通信装置１００Ａは、画像処理装置１３を介して、ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２１で接続される。

　さらに、システム制御装置１１と本実施形態に係る多重通信装置１００Ａは、シーケンサ１４を介して、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２２で接続される。

　システム制御装置１１は、装置全体を制御する。装置全体は、図１に表されたように、固定部としてのＡエリア２と、可動部としてのＢエリア３である。尚、装置全体に代えて、Ｃ工場としてのＡエリア２と、Ｄ工場としてのＢエリア３としてもよい。画像処理装置１３は、監視等に使用される。尚、画像処理装置１３は、画像表示装置に代えてもよい。

　Ｂエリア３には、本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂの他に、サーボアンプ／モータ１５，１６、カメラ１７、及びスレーブ１８，１９が設置される。スレーブ１８，１９は、本実施形態では、リレー又はセンサーである。

　サーボアンプ／モータ１５，１６は、Ａエリア２のサーボコントローラ１２とデータ通信を行う。カメラ１７は、Ａエリア２の画像処理装置１３（又は画像表示装置）とデータ通信を行う。スレーブ１８，１９は、Ａエリア２のシーケンサ１４とデータ通信を行う。

　本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂとサーボアンプ／モータ１５，１６は、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２０で接続される。

　本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂとカメラ１７は、ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２１で接続される。

　本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂとスレーブ１８，１９は、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２２で接続される。

　そして、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂは、ＬＡＮ線カテゴリー５ｅ又は光ファイバ等の多重通信用ケーブル１０１で接続される。

［２．システム制御装置の内部構成］
　図２は、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂの内部構成図である。図２に表されたように、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂは、上述したように、ＬＡＮ線カテゴリー５ｅ又は光ファイバ等の多重通信用ケーブル１０１で接続される。

　本実施形態に係る多重通信装置１００Ａは、多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ａ、多重通信プロトコル処理部１２０Ａ、入出力処理部１３０Ａ，１４０Ａ，１５０Ａ、多重処理部１６０Ａ、及びローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ａ，１８０Ａ，１９０Ａを有する。

　多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ａは、１０００ｂａｓｅ－ｔ用ＰＨＹ－ＩＣであり、多重通信用ケーブル１０１として光ファイバが使用される時はＳＦＰの光トランシーバである。

　多重通信プロトコル処理部１２０Ａは、後述する図３乃至図５等の多重通信プロトコルを合成・分離処理を行う。多重通信プロトコル処理部１２０Ａは、ＧＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ入力部１２１Ａ、多重分離部１２２Ａ、多重混合部１２３Ａ、及びＧＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部１２４Ａを有する。

　入出力処理部１３０Ａ，１４０Ａ，１５０Ａは、多重化対象となるイーサネット（登録商標）用信号の入出力部であり、複数経路分を必要とする。具体的には、図１に表された多重通信システム１では、本実施形態に係る多重通信装置１００ＡはＡエリア２に設置される。従って、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａには、サーボコントローラ１２、画像処理装置１３、及びシーケンサ１４の各経路分として、図２に表されたように、３個の入出力処理部１３０Ａ，１４０Ａ，１５０Ａがある。

　各入出力処理部１３０Ａ，１４０Ａ，１５０Ａは、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ入力部１３１Ａ，１４１Ａ，１５１Ａ、受信バッファ１３２Ａ，１４２Ａ，１５２Ａ、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部１３３Ａ，１４３Ａ，１５３Ａ、及び送信バッファ１３４Ａ，１４４Ａ，１５４Ａを有する。

　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ入力部１３１Ａ，１４１Ａ，１５１Ａは、物理層とリンク層のＩ／Ｆであり、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ（２５ＭＨｚ、４ＢＩＴ）の受信部である。

　受信バッファ１３２Ａ，１４２Ａ，１５２Ａは、多重通信のクロックである１２５ＭＨｚとＭＩＩのクロックである２５ＭＨｚの差を吸収するバッファである。

　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部１３３Ａ，１４３Ａ，１５３Ａは、物理層とリンク層のＩ／Ｆであり、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ（２５ＭＨｚ、４ＢＩＴ）の送信部である。

　送信バッファ１３４Ａ，１４４Ａ，１５４Ａは、ローカル側にデータを出力するためのデータ蓄積部である。具体的には、図１に表された多重通信システム１では、本実施形態に係る多重通信装置１００ＡはＡエリア２に設置される。従って、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａにおいて、当該ローカル側とは、サーボコントローラ１２、画像処理装置１３、及びシーケンサ１４である。

　図２に戻り、送信バッファ１３４Ａ，１４４Ａ，１５４Ａは、多重通信プロトコル上のジッタ（１ブロックの送受信時間分、例えば、後述する図３，４で表されたイーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥでは３０回）を予め考慮し、作成された閾値個数分の４ＢＩＴデータが蓄積されたら、連続送信を開始する。また、送信バッファ１３４Ａ，１４４Ａ，１５４Ａは、ある時間以上データが無いときに、フレームの区切りのＩＰＧ（Inter-Packet Gap、ＭＩＮ１２バイト）と判断し、連続送信の状態を解除する。

　尚、バッファ１個以上で送信を開始すると、多重通信のジッタ分で送信するデータが送信バッファ１３４Ａ，１４４Ａ，１５４Ａになく、出力データの連続性がなくなるので、上記ローカル側でフレームを正しく受信できず、異常となる。

　多重処理部１６０Ａは、多重通信プロトコル処理部１２０Ａ、及び入出力処理部１３０Ａ，１４０Ａ，１５０Ａを有した集積回路（具体的には、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ）での多重化内部処理部である。

　ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ａ，１８０Ａ，１９０Ａは、１００ｂａｓｅ－ｔx用ＰＨＹ－ＩＣであり、複数路のイーサネット（登録商標）用信号の入出力に必要となる。具体的には、図１に表された多重通信システム１では、本実施形態に係る多重通信装置１００ＡはＡエリア２に設置される。従って、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａには、サーボコントローラ１２、画像処理装置１３、及びシーケンサ１４の各路として、図２に表されたように、３個のローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ａ，１８０Ａ，１９０Ａがある。

　ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ａには、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２０が接続される。ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１８０Ａには、ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２１が接続される。ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１９０Ａには、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２２が接続される。

　同様にして、本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂは、多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ｂ、多重通信プロトコル処理部１２０Ｂ、入出力処理部１３０Ｂ，１４０Ｂ，１５０Ｂ、多重処理部１６０Ｂ、及びローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ｂ，１８０Ｂ，１９０Ｂを有する。

　多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ｂは、１０００ｂａｓｅ－ｔ用ＰＨＹ－ＩＣであり、多重通信用ケーブル１０１として光ファイバが使用される時はＳＦＰの光トランシーバである。

　多重通信プロトコル処理部１２０Ｂは、後述する図３乃至図５等の多重通信プロトコルを合成・分離処理を行う。多重通信プロトコル処理部１２０Ｂは、ＧＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ入力部１２１Ｂ、多重分離部１２２Ｂ、多重混合部１２３Ｂ、及びＧＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部１２４Ｂを有する。

　入出力処理部１３０Ｂ，１４０Ｂ，１５０Ｂは、多重化対象となるイーサネット（登録商標）用信号の入出力部であり、複数経路分を必要とする。具体的には、図１に表された多重通信システム１では、本実施形態に係る多重通信装置１００ＢはＢエリア３に設置される。従って、本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂには、サーボアンプ／モータ１５，１６、カメラ１７、及びスレーブ１８，１９の各経路分として、図２に表されたように、３個の入出力処理部１３０Ｂ，１４０Ｂ，１５０Ｂがある。

　各入出力処理部１３０Ｂ，１４０Ｂ，１５０Ｂは、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ入力部１３１Ｂ，１４１Ｂ，１５１Ｂ、受信バッファ１３２Ｂ，１４２Ｂ，１５２Ｂ、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部１３３Ｂ，１４３Ｂ，１５３Ｂ、及び送信バッファ１３４Ｂ，１４４Ｂ，１５４Ｂを有する。

　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ入力部１３１Ｂ，１４１Ｂ，１５１Ｂは、物理層とリンク層のＩ／Ｆであり、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ（２５ＭＨｚ、４ＢＩＴ）の受信部である。

　受信バッファ１３２Ｂ，１４２Ｂ，１５２Ｂは、多重通信のクロックである１２５ＭＨｚとＭＩＩのクロックである２５ＭＨｚの差を吸収するバッファである。

　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部１３３Ｂ，１４３Ｂ，１５３Ｂは、物理層とリンク層のＩ／Ｆであり、ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ（２５ＭＨｚ、４ＢＩＴ）の送信部である。

　送信バッファ１３４Ｂ，１４４Ｂ，１５４Ｂは、ローカル側にデータを出力するためのデータ蓄積部である。具体的には、図１に表された多重通信システム１では、本実施形態に係る多重通信装置１００ＢはＢエリア３に設置される。従って、本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂにおいて、当該ローカル側とは、サーボアンプ／モータ１５，１６、カメラ１７、及びスレーブ１８，１９である。

　図２に戻り、送信バッファ１３４Ｂ，１４４Ｂ，１５４Ｂは、多重通信プロトコル上のジッタ（１ブロックの送受信時間分、例えば、後述する図３，４で表されたイーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥでは３０回）を予め考慮し、作成された閾値個数分の４ＢＩＴデータが蓄積されたら、連続送信を開始する。また、送信バッファ１３４Ｂ，１４４Ｂ，１５４Ｂは、ある時間以上データが無いときに、フレームの区切りのＩＰＧ（Inter-Packet Gap、ＭＩＮ１２バイト）と判断し、連続送信の状態を解除する。

　尚、バッファ１個以上で送信を開始すると、多重通信のジッタ分で送信するデータが送信バッファ１３４Ｂ，１４４Ｂ，１５４Ｂになく、出力データの連続性がなくなるので、上記ローカル側でフレームを正しく受信できず、異常となる。

　多重処理部１６０Ｂは、多重通信プロトコル処理部１２０Ｂ、及び入出力処理部１３０Ｂ，１４０Ｂ，１５０Ｂを有した集積回路（具体的には、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ）での多重化内部処理部である。

　ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ｂ，１８０Ｂ，１９０Ｂは、１００ｂａｓｅ－ｔx用ＰＨＹ－ＩＣであり、複数路のイーサネット（登録商標）用信号の入出力に必要となる。具体的には、図１に表された多重通信システム１では、本実施形態に係る多重通信装置１００ＢはＢエリア３に設置される。従って、本実施形態に係る多重通信装置１００Ｂには、サーボアンプ／モータ１５，１６、カメラ１７、及びスレーブ１８，１９の各路として、図２に表されたように、３個のローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ｂ，１８０Ｂ，１９０Ｂがある。

　ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ｂには、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２０が接続される。ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１８０Ｂには、ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２１が接続される。ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１９０Ｂには、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２２が接続される。

　上記の構成により、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂは、例えば、イーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥによる１００ｂａｓｅ－ｔxの３回線を多重化するものである。

　従来では、１系統にまとめることができない規格違いの３回線（ＭＥＣＨＡＴＲＯＪＳＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２０、ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２１、及びＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等のイーサネット（登録商標）用のＬＡＮケーブル２２）を、１本の多重化通信線である多重通信用ケーブル１０１で、通信プロトコルの解析なく、独立した回線のままで、多重化することが可能である。

　つまり、ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ａ，１７０Ｂに接続されたＬＡＮケーブル２０、ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１８０Ａ，１８０Ｂに接続されたＬＡＮケーブル２１、及びローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１９０Ａ，１９０Ｂに接続されたＬＡＮケーブル２２は、独立して多重化される。

［３．イーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥによる多重通信プロトコル］
　多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂが１０００ｂａｓｅ－ｔ用ＰＨＹ－ＩＣである場合には、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂは半２重通信方式で送受信を行う。図３，図４は、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂ（図２参照）が半２重通信方式で送受信を行う際のイーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥによる多重通信プロトコルが表わされた図である。

　図３，図４では、縦軸に通信方向が表される。図３は、Ａエリア２からＢエリア３にデータを送信する半２重通信方式の多重通信プロトコルが表わされた図であるが、Ｂエリア３からＡエリア２にデータを送信する半２重通信方式の多重通信プロトコルは記載されていない。これに対して、図４は、Ｂエリア３からＡエリア２にデータを送信する半２重通信方式の多重通信プロトコルが表された図であるが、Ａエリア２からＢエリア３にデータを送信する半２重通信方式の多重通信プロトコルは記載されていない。

　多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂ（図２参照）が１０００ｂａｓｅ－ｔ用ＰＨＹ－ＩＣである場合には、１０００ｂａｓｅ－ｔの最小単位であるＧＭＩＩ（１２５ＭＨｚ＊８ＢＩＴ）で送受信が行われる。その８ＢＩＴは、図３，図４では、縦軸に並んだ「Ｂ０」，「Ｂ１」，「Ｂ２」，「Ｂ３」，「Ｂ４」，「Ｂ５」，「Ｂ６」，「Ｂ７」で表される。

　図３では、横軸に並んだ「０」～「１４」の数値は、多重化通信を行うクロック（規格ＧｂＥ用と同じ１２５ＭＨｚ）のカウンタ数である。同様にして、図４では、横軸に並んだ「１５」～「２９」の数値は、多重化通信を行うクロック（規格ＧｂＥ用と同じ１２５ＭＨｚ）のカウンタ数である。

　図３，図４では、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂ（図２参照）は、上記各ローカル側のイーサネット（登録商標）の規格ＧｂＥによる１００ｂａｓｅ－ｔxの１００ｂａｓｅ－ｔxの最小単位であるＭＩＩの１Ｎｉｂｂｌｅ，２５ＭＨｚ，４ＢＩＴを単位として、データ有無フラグを追加して、データの送受信を行う。

　図３，図４では、「Ｘ」を回線番号、「Ｙ」をバッファにたまった順番とすると、データが「ＭＩＩＸ－Ｙ」で表わされる。「Ｘ」の回線番号は「１」，「２」，「３」のいずれかであり、「Ｙ」のバッファにたまった順番は「１」，「２」，「３」，「４」，「５」，「６」のいずれかである。「ＭＩＩＸ－Ｙ有／無」は、データ有無のフラグである。「ＭＩＩＸ－Ｙ有」は、「ＭＩＩＸ－Ｙ」のデータが有ることを表す。「ＭＩＩＸ－Ｙ無」は、「ＭＩＩＸ－Ｙ」のデータが無いことを表す。

　尚、「空き」は、データそのものが存在しないことを表す。

　図３に表されたように、カウンタ数が「０」，「１」の通信開始時は多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂ（図２参照）により決まったプリアンブル２個が送受信される。カウンタ数が「１４」では、送受信を切り替えるため、お互いに送信ＯＦＦの状態とする。

　図４に表されたように、カウンタ数が「１５」～「２９」の後半１５回分は、送受信の方向を切り替えて通信を行う。

　一般的に、上記各ローカル側のイーサネット（登録商標）の通信では、パケット単位で送受信が行われ、必要なデータがない時に無通信状態となる。但し、パケット間は、最低でも、ＩＰＧ（Inter-Packet Gap、ＭＩＮ１２バイト）間分の無通信が有る。

　一方、多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂ（図２参照）は、最小の遅延・ジッタで多重化するために、一定の固定間隔でデータ送受信を行う。そのため、上記ローカル側に送信すべきデータがないときに、存在しないデータを上記ローカル側に送信すると、通信異常となる。従って、図３，図４に表したように、最小単位のデータ毎にデータ有無のフラグの情報を付加し、データが無いときはＭＩＩの４ＢＩＴデータを出力しない。

［４．ＳＦＰ（５Ｇｂｐｓ）による多重通信プロトコル］
　図５は、１００ｂａｓｅ－ｔxの他に、１０００ｂａｓｅ－ｔの３回線（ＣＣ－ＬｉｎｋＩＥ（登録商標）、ＧｉｇＥ＿Ｖｉｓｉｏｎ（登録商標）、ＰＣ用ＬＡＮ回線）をＳＦＰ（５Ｇｂｐｓ）で多重化したときの多重通信プロトコルが表わされた図である。この場合には、上述したように、１０００ｂａｓｅ－ｔ用ＰＨＹ－ＩＣである多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ｂ（図２参照）に代えて、ＳＦＰ（５Ｇｂｐｓ）の光トランシーバが使用される。さらに、多重通信用ケーブル１０１（図２参照）として光ファイバが使用される。

　図５では、縦軸に通信方向が表される。図５は、Ｃ工場からＤ工場にデータを送信する多重通信プロトコルが表わされた図であるとともに、Ｄ工場からＣ工場にデータを送信する多重通信プロトコルが表された図である。

　１００ｂａｓｅ－ｔxのときのＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ（２５ＭＨｚ，４ＢＩＴ）に対して、１０００ｂａｓｅ－ｔでは、ＧＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ（１２５ＭＨｚ，８ＢＩＴ）を１つの単位として多重化する。その８ＢＩＴは、図５では、縦軸に並んだ「Ｂ０」～「Ｂ７」，「Ｂ８」～「Ｂ１５」，「Ｂ１６」～「Ｂ２３」，「Ｂ２４」～「Ｂ３１」で表される。

　さらに、図５では、横軸に並んだ「０」～「９」の数値は、多重化通信を行うクロックのカウンタ数である。

　図５では、「Ｘ」を、３回線（ＣＣ－ＬｉｎｋＩＥ（登録商標）、ＧｉｇＥ＿Ｖｉｓｉｏｎ（登録商標）、ＰＣ用ＬＡＮ回線）の番号とすると、データが「ＧＭＩＩＸ」で表わされる。「Ｘ」の回線番号は、ＣＣ－ＬｉｎｋＩＥ（登録商標）の「１」，ＧｉｇＥ＿Ｖｉｓｉｏｎ（登録商標）の「２」，ＰＣ用ＬＡＮ回線の「３」のいずれかである。「ＧＭＩＩＸ有／無」は、データ有無のフラグである。「ＧＭＩＩＸ有」は、「ＧＭＩＩＸ」のデータが有ることを表す。「ＧＭＩＩＸ無」は、「ＧＭＩＩＸ」のデータが無いことを表す。

　また、図５では、「Ｘ」を回線番号、「Ｙ」をバッファにたまった順番とすると、データが「ＭＩＩＸ－Ｙ」で表わされる。「Ｘ」の回線番号には、上記各ローカル側を意味する「１」，「２」，「３」に加え、「４」がある。また、「Ｙ」のバッファにたまった順番は「１」，「２」のいずれかである。「ＭＩＩＸ－Ｙ有／無」は、データ有無のフラグである。「ＭＩＩＸ－Ｙ有」は、「ＭＩＩＸ－Ｙ」のデータが有ることを表す。「ＭＩＩＸ－Ｙ無」は、「ＭＩＩＸ－Ｙ」のデータが無いことを表す。

　特に、図５では、「ＭＩＩ４－１」と「ＭＩＩ４－２」には、信頼性を高めるために、前方誤り訂正方式の１つであるハミング符号のＦＥＣ（１５，１１）の短縮系を使用する。再送をきらう通信規格・用途には、このＰＯＲＴを使用する。

　図５に表されたＳＦＰ（５Ｇｂｐｓ）の場合には、図３，図４に表されたＧｂＥの場合とは違い、全２重通信方式であり、プリアンブルがなく、転送速度が速い特徴を持つ。また、多重通信用ケーブル１０１（図２参照）として光ファイバが使用されるため、長距離間（数ｋｍ）を多重化できる。

［５．まとめ］
　すなわち、本実施形態では、複数のポートが多重化前と多重化後、多重化データ上でもビット位置が固定しており（図３，図４，図５参照）、複数の産業用イーサネット（登録商標）の経路（図６の符号１０２０，１０２１，１０２２）を１本の経路（図１の符号１０１）で配線させることができる。

　よって、省配線化ができる。本実施形態では、装置全体における固定部としてのＡエリア２と可動部としてのＢエリア３との間で、あるいは、同じ工場における異なる階数との間で、イーサネット（登録商標）の回線の省配線化が可能である。

　Ｃ工場とＤ工場の間のような長距離の場合は、ケーブル代の他に、敷設に必要な部品代や工事代が安価で済む。

　本実施形態では、「背景技術」の欄で説明した図６の構成に対し、図２に表したように、本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００Ｂを挿入し、２つの多重通信装置１００Ａ，１００Ｂ間で、同じ番号のポートに対応する規格のＬＡＮ線を接続する。

　本実施形態に係る多重通信装置１００Ａ，１００ＢがＧｂＥ（１０００ｂａｓｅ－ｔ）による多重通信装置の場合は、図３，図４に表された多重通信プロトコルで、１００ｂａｓｅ－ｔxを最大３回線を多重化することが可能である。

　本実施形態では、図３，図４，図５に表されたように、内部データ上は独立しているので、複数の回線内の１つに異常（例えば、ＬＡＮケーブルのループ、ウイルス感染等）が発生しても、他の回線に全く影響を及ぼさない。

　従って、例えば、外部接続しているＰＣ用ＬＡＮ回線がウイルス感染しても、装置制御を行う別回線には全く影響せず、安定した生産ができる。

　本実施形態では、図３，図４，図５に表されたように、最小単位のデータを基に多重化通信プロトコルにしているので、産業用イーサネット（登録商標）で問題となる遅延時間・ジッタが小さく、ほとんど影響しない。

　具体的には、ＧｂＥによる多重通信装置では、片方向１回の転送で、約１．５μｓ程度の遅延であり、ジッタは約２４０ｎｓ（３０クロックで１回分の送信時）である（図３，図４参照）。これに対して、ＳＦＰによる多重通信装置では、片方向１回の転送で、約１．２μｓ程度の遅延であり、ジッタは約８０ｎｓ（１０クロックで１回分の送信時）である（図５参照）。

　本実施形態のように、パケット解析なしに多重化しているために、通信速度的に間に合うデータの物理層（多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１１０Ａ，１１０Ｂ、ローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ａ，１８０Ａ，１９０Ａ、及びローカル側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ１７０Ｂ，１８０Ｂ，１９０Ｂ）を用意すれば、どんな規格の産業用イーサネット（登録商標）でも多重化でき、多重化のための難しい設定、設定ファイルの作成、リリースタイミングの遅れ等がなく、すぐに使用することができる。

　従来のように、パケット単位でＣＲＣチェック等を行ってからデータ通信すると、フレームのデータ量分の遅延が追加されて、フィードバック制御を行っているような産業用イーサネット（登録商標）では、遅延が大きく、正常に動作しないケースもある。また、データに識別子があると、識別子がデータ化けした場合、少なくとも２つの回線に影響がある。しかしながら、本実施形態では、図３，図４，図５に表されたように、固定ビットに割り付けているので、多重処理部１６０Ａ，１６０Ｂでデータ化けが発生しても、複数のポートの対応を誤認することがない。

［６．その他］
　尚、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　例えば、１００ｂａｓｅをベースとした産業用イーサネット（登録商標）の規格としては、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）－ＩＩＩ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ（登録商標）、Ｍｏｄｂｕｓ（登録商標）、ＴＣＰ／ＩＰ、又はＦＬ－ｎｅｔ等がある。

　１０００ｂａｓｅをベースとした産業用イーサネット（登録商標）の規格としては、ＣＣ－ＬｉｎｋＩＥ（登録商標）等がある。

　また、その他にも、通常の情報系のデータ送受信を行うＰＣが接続されたＴＣＰ／ＩＰ又はＵＤＰの通信も存在する。

　本実施形態では、多重通信用ケーブル１０１として光ファイバが使用される時はＳＦＰの光トランシーバであったが、ＳＦＦの光トランシーバであってもよい。

　　１　　多重通信システム
１００Ａ　多重通信装置
１００Ｂ　多重通信装置
１０１　　多重通信用ケーブル
１１０Ａ　多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ
１１０Ｂ　多重側物理層用ＰＨＹ－ＩＣ
１３３Ａ　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部
１３４Ａ　送信バッファ
１３３Ｂ　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部
１３４Ｂ　送信バッファ
１４３Ａ　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部
１４４Ａ　送信バッファ
１４３Ｂ　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部
１４４Ｂ　送信バッファ
１５３Ａ　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部
１５４Ａ　送信バッファ
１５３Ｂ　ＭＩＩ－Ｉ／Ｆデータ出力部
１５４Ｂ　送信バッファ
１６０Ａ　多重処理部
１６０Ｂ　多重処理部

Claims

　複数のポートの産業用イーサネット（登録商標）の信号を１つの伝送路にのせる多重通信装置であって、
　データの論理層と物理層の内部インターフェースであるメディアインペンデントインターフェース最小単位データにデータ有無のフラグ情報をつけて、データの最小単位の送受信を行い、データの連続性を確保した状態で多重化すること、を特徴とする多重通信装置。
　前記物理層として用いられる光トランシーバと、
　多重通信用ワイヤーハーネスとして用いられる光ファイバと、を備えたこと、を特徴とする請求項１に記載の多重通信装置。
　前記物理層として用いられるイーサネット（登録商標）用の物理層回路と、
　多重通信用ワイヤーハーネスとして用いられるＬＡＮ線と、を備えたこと、を特徴とする請求項１に記載の多重通信装置。
　ローカル出力部と、
　バッファと、を備え、
　前記ローカル出力部は、連続的に出力するためのデータ数分を前記バッファにためた後に、前記バッファにためたデータの出力を開始すること、を特徴とする請求項１に記載の多重通信装置。
　前記複数のポートを、多重化の通信プロトコル上で、固定ビットに割り当てること、を特徴とする請求項１に記載の多重通信装置。
　前記多重化の処理を行うデバイスとしてＦＰＧＡを備えること、を特徴とする請求項１に記載の多重通信装置。