WO2017145292A1 - 時刻同期スレーブ装置及び通信制御方法 - Google Patents

時刻同期スレーブ装置及び通信制御方法 Download PDF

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WO2017145292A1
WO2017145292A1 PCT/JP2016/055462 JP2016055462W WO2017145292A1 WO 2017145292 A1 WO2017145292 A1 WO 2017145292A1 JP 2016055462 W JP2016055462 W JP 2016055462W WO 2017145292 A1 WO2017145292 A1 WO 2017145292A1
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time
communication
slave device
time synchronization
token
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PCT/JP2016/055462
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English (en)
French (fr)
Inventor
太一 坂上
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/403—Bus networks with centralised control, e.g. polling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]

Definitions

  • the present invention relates to a communication system having a master-slave configuration.
  • a control system is composed of one master device and a plurality of slave devices.
  • the master device and each slave device communicate with each other via a control network for FA, the master device gives a command to the slave device, and the slave device transmits a response result to the command to the master device.
  • the time until the command and response performed between the master device and the plurality of slave devices is called a communication cycle.
  • a slave device that is time-synchronized with a master device (hereinafter referred to as a time-synchronized slave device) is used.
  • the time synchronization slave device is activated for transmission at a designated time, and the time synchronization slave device transmits a communication frame to the master device.
  • a slave device that is not time-synchronized with the master device (hereinafter referred to as a non-time-synchronized slave device) is used.
  • the master device manages the transmission rights of the non-time-synchronized slave devices and uses a token passing system that circulates the transmission rights between non-time-synchronized slave devices at regular intervals. ing.
  • communication between the master device and the time synchronization slave device is referred to as time synchronization communication
  • communication between the master device and the non-time synchronization slave device is referred to as non-time synchronization communication.
  • Patent Document 1 discloses a method of switching the communication time between a master device and a slave device in a time division manner when time synchronization slave devices and non-time synchronization slave devices coexist in one network. That is, in this communication method, the time slot for performing time synchronous communication and the time slot for performing non-time synchronous communication with the master device are switched in a time division manner. In a time slot for performing non-time synchronous communication, token passing is performed between the master device and a plurality of non-time synchronous slave devices.
  • non-time synchronous communication cannot be started until communication between the master device and the all time synchronous slave device is completed.
  • time synchronization communication cannot be started until the token is returned to the master device during non-time synchronization communication. For this reason, there exists a subject that real-time property cannot be ensured by time synchronous communication and non-time synchronous communication.
  • the main purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to ensure the real-time property of time synchronous communication and non-time synchronous communication.
  • Time synchronization slave device Time in time synchronization with the master device communicating with the master device, included in a communication system including a master device and a non-time synchronized slave device that is not time synchronized with the master device communicating with the master device
  • a synchronous slave device An asynchronous communication period is a period in which the master device and the non-time synchronized slave device communicate with each other between a plurality of synchronous communication periods in which the master device and the time synchronized slave device communicate with each other.
  • a setting section to be set;
  • a communication instruction unit that instructs the non-time-synchronized slave device to communicate with the master device when the asynchronous communication period arrives;
  • an asynchronous communication period is set between the synchronous communication periods, and when the asynchronous communication period arrives, the non-time synchronous slave device is instructed to communicate with the master device. For this reason, according to this invention, the real-time property of time synchronous communication and non-time synchronous communication is securable.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware configuration example of a master device and a slave device according to the first embodiment.
  • 3 is a diagram illustrating a functional configuration example of a communication device of a master device according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration example of a communication device of a slave device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a flowchart showing an outline of operations of a master device and a slave device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an operation example in an initial setting phase according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an operation example in an initial setting phase according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of the token management slave device in the fixed-cycle communication phase according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a free bandwidth according to the first embodiment. The figure which shows the communication sequence of the time synchronous communication which concerns on Embodiment 1, and non-time synchronous communication.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a vacant bandwidth according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an operation example in an initial setting phase according to the second embodiment.
  • FIG. *** Explanation of configuration *** FIG. 1 shows a configuration example of a communication system according to the present embodiment.
  • the communication system according to the present embodiment includes a master device, a time synchronization slave device, and a non-time synchronization slave device.
  • the master device M, the time synchronization slave devices SS1, SS2, and SS3, and the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 are connected to the network.
  • the time synchronization slave devices SS1, SS2, and SS3 are collectively referred to as the time synchronization slave device SS.
  • the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 are collectively referred to as a non-time synchronization slave device AS.
  • the time synchronization slave device SS is a slave device that communicates with the master device M and is time synchronized with the master device M.
  • the time synchronization slave device SS communicates with the master device M without performing token passing.
  • the non-time-synchronized slave device AS is a slave device that communicates with the master device M and is not time-synchronized with the master device M.
  • the non-time-synchronized slave device AS communicates with the master device M when receiving a token by token passing.
  • the time synchronization slave device SS and the non-time synchronization slave device AS are collectively referred to as a slave device S.
  • the time synchronization slave device SS1 is selected as the token management slave device.
  • the token management slave device sets a period during which asynchronous communication is performed between the master device M and the non-time synchronization slave device AS, and also controls token passing between the non-time synchronization slave devices AS.
  • the time synchronization slave device SS1 is also referred to as a token management slave device TSS1.
  • the operation by the time synchronization slave device SS1 corresponds to an example of a communication control method.
  • the master device M may be simply referred to as a master.
  • time synchronization slave device SS may be simply referred to as a time synchronization slave.
  • non-time synchronization slave device AS may be simply referred to as a non-time synchronization slave.
  • token management slave device TSS1 may be simply referred to as a token management slave.
  • FIG. 1 shows a ring network, the network topology is not limited to the ring type, and may be a star network via a switching hub, for example.
  • FIG. 2 is a hardware configuration example of the master device M and the slave device S according to the present embodiment.
  • the master device M and the slave device S are assumed to have the hardware configuration of FIG. 2 in common.
  • the master device M and the slave device S include a microcomputer 01, a communication device 02, an input device 03, an input interface 04, a display interface 05, and a display 06.
  • the microcomputer 01 includes a CPU 07 and a memory 08. Since the microcomputer 01, the input device 03, the input interface 04, the display interface 05, and the display 06 are the same as those included in the existing master device and slave device, the description thereof is omitted, and the communication device 02 is described below. Only the functional configuration will be described.
  • FIG. 3 shows a functional configuration example of the communication device 02 of the master device M
  • FIG. 4 shows a functional configuration example of the communication device 02 of the slave device S.
  • the communication device 02 of the master device M includes a transmission / reception unit 10, a management unit 11, and an internal register 12.
  • the communication device 02 of the slave device S includes a transmission / reception unit 20, a management unit 21, and an internal register 22.
  • the functional configuration shown in FIG. 3 is implemented in hardware. Specifically, the transmission / reception unit 10, the management unit 11, and the internal register 12 are realized by circuits.
  • the functional configuration shown in FIG. 4 is implemented by hardware. Specifically, the transmission / reception unit 20, the management unit 21, and the internal register 22 are realized by circuits.
  • the “circuit” is a concept including processing circuits of a type such as a logic IC (Integrated Circuit), a Gate Array, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the network interfaces 101 and 104 use the error check using FCS (Frame Check Sequence) of the communication frame (hereinafter referred to as a reception frame) received from the network ports 102 and 103, and the communication frame when transmitting the communication frame. Add FCS. Further, the network interfaces 101 and 104 determine the destination of the received frame, and when the received frame is destined for the own station, transfer the received frame to the frame transfer unit 112 or the frame transfer unit 113. On the other hand, when the received frame is addressed to another station, the network interfaces 101 and 104 transfer the received frame to the data arbitration unit 106 for relaying the received frame.
  • FCS Frae Check Sequence
  • the network ports 102 and 103 are physical interfaces (connectors) to the network.
  • the buffer 105 holds a frame for waiting for transmission when the relay frame received by the network ports 102 and 103 and the communication frame generated by the communication frame generation unit 109 compete for transmission by the data arbitration unit 106.
  • the data arbitration unit 106 performs transmission arbitration between the relay frame received by the network ports 102 and 103 and the communication frame generated by the communication frame generation unit 109.
  • the phase management unit 107 is a state machine that manages communication phases.
  • the communication phase according to the present embodiment includes an initial setting phase and a fixed cycle communication phase.
  • the network configuration information management unit 108 reads from the internal register 12 the number of slave devices S connected to the master device M, the stream size of the stream transmitted by each slave device S, the number of streams, and the frame reception deadline of each slave device. In addition, the network configuration information management unit 108 generates a communication frame for setting the slave device S in the initial setting phase.
  • a stream is a set of frames transmitted by one master device M or one slave device S in one cycle.
  • a token frame for asynchronous communication is also included in the stream.
  • the communication frame generation unit 109 generates a communication frame from the information on the periodic communication output from the microcomputer 01.
  • the time management unit 110 counts the current time. Further, the time management unit 110 activates transmission of a communication frame to the microcomputer 01 at a set cycle.
  • the time calculation unit 111 calculates the reception deadline of the communication frame transmitted from each slave device S based on the communication cycle, network configuration information, frame size, and number of frames.
  • the frame transfer units 112 and 113 transfer the received communication frame addressed to the own station to the microcomputer 01.
  • network interfaces 201 and 204 like the network interfaces 101 and 104 of the master device M, perform error checking using FCS of communication frames (hereinafter referred to as reception frames) received from the network ports 202 and 203, and An FCS is added to the communication frame when the communication frame is transmitted. Further, the network interfaces 201 and 204 determine the destination of the received frame, and when the received frame is destined for the own station, transfer the received frame to the frame transfer unit 213 or the frame transfer unit 214. On the other hand, when the received frame is addressed to another station, the network interfaces 201 and 204 transfer the received frame to the data arbitration unit 206 for relaying the received frame.
  • reception frames FCS of communication frames
  • the network ports 202 and 203 are physical interfaces (connectors) to the network, respectively.
  • the buffer 205 is configured such that when the relay frame received by the network ports 202 and 203 and the communication frame generated by the communication frame generation unit 209 compete for transmission by the data arbitration unit 206, Holds the frame that is waiting for transmission.
  • the data arbitration unit 206 performs transmission arbitration between the relay frame received by the network ports 202 and 203 and the communication frame generated by the communication frame generation unit 209, similarly to the data arbitration unit 106 of the master device M.
  • the phase management unit 207 is a state machine that manages communication phases (initial setting phase, fixed-cycle communication phase), like the phase management unit 107 of the master device M.
  • the network configuration information management unit 208 recognizes the number of non-time synchronization slave devices AS managed by the local station when the local station (slave device S) is a token management slave device.
  • the communication frame generation unit 209 generates a communication frame from the information on the periodic communication output from the microcomputer 01, as with the communication frame generation unit 109 of the master device M. Further, the communication frame generation unit 209 generates a token frame.
  • the time management unit 210 Similar to the time management unit 110 of the master device M, the time management unit 210 counts the current time. Further, the time management unit 210 activates transmission of a communication frame to the microcomputer 01 at a set cycle. Further, when the local station (slave device S) is a token management slave device, the time management unit 210 extracts a time during which communication is not performed on the network as a free band, and outputs a transmission start to the token management unit 212 To do. In addition, the time management unit 210, when the own station (slave device S) is a token management slave device, can transfer tokens in the extracted free bandwidth (non-time synchronization communication bandwidth). And the token management unit 212 is notified of the number of identified non-time synchronization slave devices AS.
  • the time calculation unit 211 calculates the transmission time of its own communication frame from the frame reception deadline of each slave device S notified from the master device M.
  • the token management unit 212 selects a token route based on the number of non-time synchronization slave devices AS that are notified from the time management unit 210 and can pass tokens in the extracted free bandwidth (non-time synchronization communication bandwidth). Further, the token management unit 212 manages (stores) information on the selected token route. Further, the token management unit 212 outputs token route information to the communication frame generation unit 209 in accordance with the transmission activation from the time management unit 210.
  • the frame transfer units 213 and 214 transfer the received communication frames addressed to the own station to the microcomputer 01 in the same manner as the frame transfer units 112 and 113 of the master device M.
  • the management unit 21 functions as a setting unit. That is, the management unit 21 of the token management slave device TSS1 includes a plurality of time synchronization communication bands (time synchronization communication bandwidths) that are a plurality of periods in which the master device M and the time synchronization slave devices SS1, SS2, and SS3 perform time synchronization communication.
  • Non-time synchronous communication band in which the master device M and the non-time synchronous slave devices AS1, AS2 communicate with each other (corresponding to the synchronous communication period) (the non-time synchronous communication band corresponds to the asynchronous communication period) Set.
  • the management unit 21 of the token management slave device TSS1 monitors communication between the master device M and the time synchronization slave device SS1 (token management slave device TSS1). Then, the management unit 21 of the token management slave device TSS1 extracts and extracts a period during which communication is performed between the master device M and the time synchronization slave device SS1 (token management slave device TSS1) as a time synchronization communication band.
  • a non-time synchronous communication band is set between the time synchronous communication bands.
  • the management unit 21 of the token management slave device TSS1 sets a plurality of non-time synchronization communication bands, and for each non-time synchronization communication band, tokens are added to all of the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 within the non-time synchronization communication band. Determines whether or not all of the non-time-synchronized slave devices AS1 and AS2 can complete communication with the master device M. Specifically, the management unit 21 of the token management slave device TSS1 measures the time required for all of the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 to complete communication with the master device M, and performs non-time synchronization communication.
  • the management unit 21 of the token management slave device TSS1 sets the master for each asynchronous communication period.
  • the non-time synchronization slave device AS that communicates with the device M is selected from the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 based on the order of token passing.
  • the transmission / reception unit 20 functions as a communication instruction unit. That is, when the non-time synchronization communication band arrives, the transmission / reception unit 20 of the token management slave device TSS1 instructs the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 to communicate with the master device M by transmitting a token frame.
  • FIG. 5 shows an outline of operations performed by the master device M and the slave device S.
  • the master device M and the slave device S perform an initial setting phase process (step S101).
  • a time synchronization communication band is set between the master device M and the time synchronization slave device SS.
  • the token management slave device TSS1 sets a non-time synchronous communication band between the time synchronous communication bands.
  • the master device M and the slave device S perform processing in the fixed cycle communication phase (step S102).
  • time synchronization communication is performed between the master device M and the time synchronization slave device SS in the time synchronization communication band.
  • non-time synchronization communication is performed between the master device M and the non-time synchronization slave device AS in the non-time synchronization communication band.
  • the periodic communication phase is repeated until the system is shut down.
  • step S300 the network configuration information management unit 108 of the master device M acquires the network configuration information from each slave device S, and the communication cycle T_a of the time synchronization communication set in advance by the setting of each slave device S and the user. Is notified to the time calculation unit 111.
  • step S301 the master device M and the time synchronization slave devices SS1, SS2, and SS3 perform time synchronization.
  • the time synchronization process is performed by the method described in the following reference. Reference: IEEE Std 1588-2008
  • step S ⁇ b> 302 the time calculation unit 111 of the master apparatus M calculates the time required for time synchronization communication from the frame size and the number of frames of time synchronization communication stored in the network configuration information management unit 108.
  • the frame size and the number of frames of time synchronous communication are fixed values.
  • the time calculation unit 111 of the master device M calculates the reception deadline at the master device M of the frame from each time synchronization slave device SS by the following equation (3).
  • a set of frames that one device transmits in one cycle is called a stream.
  • the stream size S_n of the time synchronization slave device n is calculated by the following equation (1).
  • the time synchronization slave device n represents the nth time synchronization slave device SS.
  • T_n communication cycle T_a ⁇ (stream size S_n of time synchronization slave device n / total of transmission stream sizes of all time synchronization slaves) That is, T_n can be expressed by the following formula (2).
  • T_k indicates a band of the kth time synchronization slave device SS.
  • T_a is a communication cycle of time synchronous communication.
  • T_0, T_1, and T_2 are times (time slot lengths) allocated to frame transmission of the token management slave device TSS1 and the time synchronization slave devices SS2 and SS3 in the communication cycle.
  • t_lim_0, t_lim_1, and t_lim_2 are reception deadlines at the master device M of the streams transmitted by the token management slave device TSS1 and the time synchronization slave devices SS2 and SS3, respectively.
  • the time written as “free” is a free bandwidth, and no time synchronization slave device is communicating.
  • the token management slave device TSS1 performs token passing in the free bandwidth, and causes the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 to perform non-time synchronization communication.
  • step S303 the communication frame generation unit 109 of the master device M generates a frame that notifies the reception deadline t_lim_n of the frame transmitted by the time synchronization slave device n, and the network ports 102 and 103 send the frame to each time synchronization slave device. Send.
  • step S304 the time calculation unit 211 of each time synchronization slave device SS calculates the transmission start time t_txlim_n of the local station from the reception deadline notified from the master device M.
  • the time calculation unit 211 calculates the transmission start time t_txlim_n according to the following equation (4). Note that t delay — n is a propagation delay from the master device M to the time synchronization slave device n with the propagation delay corrected. T_s is a transmission rate.
  • step S305 the time calculation unit 211 of each time synchronization slave device SS notifies the calculated transmission start time to the time management unit 210 of the token management slave device TSS1, and the time management unit 210 notifies the notified transmission.
  • the time management unit 210 notifies the notified transmission.
  • each time synchronization slave device SS notifies the master device M of the transmission start time of its own station.
  • step S306 the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 sets a time synchronous communication band. That is, the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 sets the time synchronization communication band from the stream size, the number of streams, and the transmission start time of the communication frame of each of the time synchronization slave devices SS1, SS2, and SS3.
  • the master device M notifies the token management slave device TSS1 of the stream size, the number of streams, and the transmission start time of the communication frame of the time synchronization slave devices SS1, SS2, and SS3.
  • the token management slave device TSS1 uses the information notified from the master device M to calculate the time from (t_txlim_n) to (t_txlim_n + S_n / Ts) from the equations (1) and (4) in one communication cycle. Set as the bandwidth for synchronous communication.
  • step S307 the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 extracts a free bandwidth of the token management slave device TSS1 in one communication cycle.
  • time synchronization communication is performed for one cycle to the master device M and the all time synchronization slave device SS connected to the network.
  • the master device M transmits a frame notifying the start of communication, whereby time synchronous communication is started.
  • Each time synchronization slave device SS that has received the frame from the master device M recognizes that the time synchronization communication has started, and transmits its own frame at the transmission start time calculated in S304.
  • the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS1 records the time during which the bandwidth of the local station is vacant in one communication cycle.
  • the data arbitration unit 206 of the token management slave device TSS1 asserts the line use flag during transmission of a communication frame from the own station or relaying of the communication frame.
  • the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS1 records the time when the line use flag is negated.
  • the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS1 notifies the time management unit 210 of the time when the bandwidth is free after the communication cycle start time, that is, the time when the line use flag is negated.
  • the time management unit 210 stores this result. Then, the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 sets a time when the bandwidth notified from the time calculation unit 211 is vacant as a non-time synchronous communication band.
  • the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 sets the time between the time synchronization communication bands as the non-time synchronization communication band.
  • the non-time synchronization communication band is a fixed value.
  • step S308 the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS1 measures the communication time of asynchronous communication (token passing).
  • the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS1 measures the time from when the token frame is transmitted from the token management slave device TSS1 to when the token frame is received from each non-time synchronization slave device AS. Since the token frame is transmitted by multicast, the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS1 measures the time until the token frame is received from the non-time synchronization slave device AS for each non-time synchronization slave device AS. Is possible.
  • the token management unit 212 of the token management slave device TSS1 determines a token route in the non-time synchronous communication band.
  • the token route is a combination and order of non-time synchronization slave devices AS that can circulate a token within the non-time synchronization communication band.
  • the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 specifies the number of non-time synchronization slave devices AS that can transfer tokens within the non-time synchronization communication band.
  • the time management unit 210 notifies the token management unit 212 of the number of identified non-time synchronization slave devices AS.
  • the token management unit 212 causes the network configuration information management unit 208 to store the number of non-time synchronization slave devices AS notified from the time management unit 210.
  • the token management unit 212 determines whether or not the token can be passed to all of the non-time synchronization slave devices AS in the non-time synchronization communication band. If the token can be passed to all of the non-time synchronization slave devices AS in the non-time synchronization communication band, the token management unit 212 determines that all non-time synchronization slave devices AS are in each non-time synchronization communication band. The included route is adopted as the token route.
  • the token management unit 212 circulates the token for each non-time synchronization communication bandwidth ( The non-time synchronization slave device AS) that communicates with the master device M is selected. Specifically, the token management unit 212 performs the non-time synchronization communication band for each non-time synchronization communication band in the range of the number of non-time synchronization slave devices AS capable of transferring tokens in the non-time synchronization communication band in accordance with the token puncturing order. Selects a non-time-synchronized slave device AS that circulates tokens.
  • a route constituted by the non-time synchronization slave device AS selected for each non-time synchronization communication band is adopted as a token route of each non-time synchronization communication band.
  • the information of the adopted token route is stored in the token management unit 212 of the token management slave device TSS1.
  • the token route information stored in the token management unit 212 indicates the combination and order of the non-time-synchronized slave devices AS that circulate tokens. For example, when the tokens can be circulated to both the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 in one non-time synchronization communication band, the token management unit 212 uses the non-time synchronization communication band as the token route of each non-time synchronization communication band.
  • a token route including both the synchronous slave devices AS1 and AS2 is determined.
  • the token management unit 212 uses the non-time synchronization communication band as a token route of the first non-time synchronization communication band.
  • the token route of only the time synchronization slave device AS1 is determined, and the token route of only the non-time synchronization slave device AS2 is determined as the token route of the next non-time synchronization communication band.
  • the token management unit 212 of the token management slave device TSS1 can change the token route of a specific non-time synchronous communication band.
  • the initial setting phase is completed, and the fixed-cycle communication phase starts (step S310). More specifically, when the token management slave device TSS1 determines the token route, it notifies the master device M that the token route has been determined, and the master device M notifies each slave device S of the start of periodic communication. Send. Then, the phase management unit 107 of the master device M makes a state transition to the fixed cycle communication phase. In each slave device S, when the notification of the start of fixed cycle communication is received, the phase management unit 207 transitions to the fixed cycle communication phase.
  • the time management unit 210 when the time management unit 210 recognizes the fixed cycle communication start time, it starts a timer that counts one cycle of the communication cycle, and the timer starts counting up.
  • the time management unit 210 instructs the communication frame generation unit 209 to generate a communication frame.
  • the communication frame generation unit 209 generates a communication frame for time synchronization communication.
  • the generated communication frame is transmitted to the network via the data arbitration unit 206, the network interfaces 201 and 204, and the network ports 202 and 203.
  • the time management unit 210 instructs the token management unit 212 to output token route information to the communication frame generation unit 209. To do.
  • the token management unit 212 outputs the token route information to the communication frame generation unit 209.
  • the communication frame generation unit 209 generates a token frame based on the token route information.
  • the generated token frame is transmitted to the network via the data arbitration unit 206, the network interfaces 201 and 204, and the network ports 202 and 203.
  • An example of a token frame transmission procedure is shown in FIG.
  • step S312 when the start time of the non-time synchronous communication band comes in the timer of the token management slave device TSS1 (YES in step S311), in step S312, the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 transmits a token frame as a token.
  • the management unit 212 is instructed.
  • the token management unit 212 outputs the stored token route information to the communication frame generation unit 209 and instructs the communication frame generation unit 209 to generate a token frame.
  • the communication frame generation unit 209 refers to the token route information output from the token management unit 212 and confirms the non-time synchronization slave device AS that is the transmission destination of the token frame.
  • the non-time synchronization slave device AS located at the head of the token route is a token frame transmission destination.
  • step S314 the communication frame generation unit 209 sends a token to the destination non-time synchronization slave device AS via the data arbitration unit 206, the network interface 201 or the network interface 204, the network port 202 or the network port 203. Send a frame.
  • step S315 the time management unit 210 passes through the network port 202 or network port 203, the network interface 201 or network interface 204, and the data arbitration unit 206, and the non-time synchronization slave device AS located at the end of the token route. Receive a token frame from.
  • the token management slave device TSS1 repeats the above procedure to instruct the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 to transmit data to the master device M by transmitting a token frame for each non-time synchronization communication band.
  • FIG. 10 shows an operation example of the master device M, the token management slave device TSS1, the time synchronization slave devices SS2 and SS3, and the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 in the fixed cycle communication phase.
  • the vertical axis represents time.
  • S_Stream represents a stream for time synchronization communication
  • A_Stream represents a stream for non-time synchronization communication.
  • the token management slave device TSS1 performs token management of the non-time synchronization slave device AS1 and the non-time synchronization slave device AS2.
  • the token management slave device TSS1 uses the non-time-synchronized communication bandwidth after transmitting the stream of its own station to the master device M and then relaying the next time-synchronized stream (time-synchronized stream from the time-synchronized slave device SS2).
  • a token frame is transmitted to the non-time synchronization slave device AS1 in this non-time synchronization communication band.
  • the token frame includes a token.
  • the non-time-synchronized slave device AS1 When receiving the token frame, the non-time-synchronized slave device AS1 transmits its own stream to the master device M. The non-time-synchronized slave device AS1 transmits a token frame to the token management slave device TSS1 after completing transmission of its own stream. Next, the token management slave device TSS1 relays the stream from the time synchronization slave device SS2. The token management slave device TSS1 transmits a token frame to the non-time synchronization slave device AS2 after completion of the relay. When the non-time-synchronized slave device AS2 receives the token frame, the non-time synchronization slave device AS2 transmits its own stream to the master device M.
  • the non-time synchronization slave device AS2 transmits the token frame to the token management slave device TSS1 after the transmission of the stream of the local station is completed. Since it is the master device M that calculates and updates the control information of the slave device S, the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2 transmit frames other than the token frame to the master device M. The master device M transmits the updated data at a constant cycle to the non-time synchronization slave devices AS1 and AS2. The above operation is repeated in the periodic communication phase.
  • Embodiment 2 a communication system having a plurality of token management slave devices will be described.
  • FIG. 11 shows a configuration example of a communication system according to the present embodiment.
  • the communication system according to the present embodiment there are a plurality of token management slave devices.
  • the time synchronization slave device SS and the non-time synchronization slave device AS belong to any one of a plurality of token management groups.
  • Each token management group includes one token management slave device.
  • FIG. 11 shows a configuration example of a communication system according to the present embodiment.
  • the token management slave device TSS1, the non-time synchronization slave device AS1-1, and the non-time synchronization slave device AS1-2 belong to the token management group 1
  • the token management slave device TSS2 and the non-time synchronization slave device AS2 ⁇ 1, non-time synchronization slave device AS2-2, and time synchronization slave device SS3 belong to token management group 2.
  • the token management slave device TSS1 and the token management slave device TSS2 are collectively referred to as a token management slave device TSS.
  • a priority order is set for the token management group. In the present embodiment, it is assumed that the token management group 1 has a higher priority than the token management group 2.
  • the hardware configuration example of the master device M and the slave device S is the same as that shown in FIG.
  • the functional configuration example of the communication device 02 of the master device M is the same as that shown in FIG. 3, and the functional configuration example of the communication device 02 of the slave device S is the same as that shown in FIG.
  • differences from the first embodiment will be mainly described. Matters not described below are the same as those in the first embodiment.
  • scheduling of the token passing start timing is performed between the token management slave devices TSS. That is, in this embodiment, the token passing start time is adjusted between the token management slave devices TSS.
  • This process prevents the non-time synchronization slave devices AS from starting token passing at the same time.
  • the reason for performing this processing is as follows.
  • each non-time synchronization slave device AS may receive a frame from another non-time synchronization slave device AS while transmitting its own frame.
  • each non-time synchronization slave device AS cannot relay a frame from another non-time synchronization slave device AS until transmission of the frame of its own station is completed, and a delay occurs in the frame relay. Due to the occurrence of this relay delay, the frame transmission timing of the non-time synchronization slave device AS is delayed with respect to the transmission timing requested by the master device M to the non-time synchronization slave device AS. In order to prevent such a delay, the token passing start time is adjusted between the token management slave devices TSS so that the non-time synchronization slave devices AS do not perform token passing at the same time.
  • FIG. 13 shows processing after S300 to S305 shown in FIG.
  • Step S306 is the same as step S306 described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the master device M notifies each token management slave device TSS that a plurality of token management slave devices TSS exist in the communication system.
  • Each token management slave device TSS makes the determination in S401 after the processing in S306. If there are a plurality of token management slave devices TSS (YES in step S401), step S403 is performed. If only one token management slave device TSS exists in the communication system (NO in step S401), step S402 is performed. Steps S307 to S310 described in the first embodiment are performed.
  • step S403 the time management unit 210 of each token management slave device TSS extracts a free bandwidth.
  • the procedure for extracting a free band is the same as that in step S307 described in the first embodiment.
  • step S404 the time calculation unit 211 of each token management slave device TSS measures the communication time of non-time synchronous communication (token passing). That is, the time calculation unit 211 of each token management slave device performs the process of step S308 described in the first embodiment, and belongs to the same token management group after the token frame is transmitted from the token management slave device TSS. The time until the token frame is received from the non-time synchronization slave device AS is measured.
  • the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS1 receives the token frames from the non-time synchronization slave devices AS1-1 and AS1-2 after the token frame is transmitted from the token management slave device TSS1. Measure the time to complete.
  • the time calculation unit 211 of the token management slave device TSS2 calculates the time from when the token frame is transmitted from the token management slave device TSS2 to when the token frame is received from the non-time synchronization slave devices AS2-1 and AS2-2. taking measurement. Each token management slave device TSS performs the measurement of S404 in parallel.
  • step S405 the time management unit 210 of the token management slave device TSS with the priority n determines a token route in the non-time synchronous communication band. That is, the token route in the non-time synchronous communication band is determined in order from the token management slave device TSS belonging to the token management group with the higher priority.
  • the procedure for determining the token route is the same as S309 described in the first embodiment.
  • the token management slave device TSS1 since the token management group 1 has a higher priority than the token management group 2, the token management slave device TSS1 first determines the token route. For example, in FIG. 12, the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 sets the free band 1 as the non-time synchronous communication band of the token management group 1 that is the group to which it belongs.
  • the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 determines whether or not the tokens can be circulated by the non-time synchronization slave devices AS-1 and AS-2 in the free bandwidth 1, and the token management group 1 Determine the token root.
  • the time management unit 210 uses the token route including the non-time synchronization slave devices AS-1 and AS-2. To decide.
  • the time management unit 210 includes a token including only the non-time synchronization slave device AS-1 in the free bandwidth 1.
  • the time management unit 210 determines a token route that includes only the non-time synchronization slave device AS-2 in the free bandwidth 2.
  • the token route determination procedure is the same as that in step S309 described in the first embodiment.
  • the time management unit 210 of the token management slave device TSS with the next priority sets the token root of the token management group in step S405. decide.
  • the token management slave device TSS2 determines a token route.
  • the time management unit 210 of the token management slave device TSS1 sets the time of the token management slave device TSS2. The remaining bandwidth of the free bandwidth 1 is notified to the management unit 210.
  • the time management unit 210 of the token management slave device TSS2 sets the remaining bandwidth of the free bandwidth 1 as the non-time synchronous communication bandwidth of the token management group 2 that is the belonging group. Then, the time management unit 210 of the token management slave device TSS2 determines whether or not the non-time synchronization slave devices AS2-1 and AS2-2 can circulate tokens in the remaining bandwidth of the free bandwidth 1. A token route in the token management group 2 is determined.
  • Step S407 is the same as step S301 described in the first embodiment.
  • token management slave devices are distributed and each token management slave device performs token passing (non-time synchronization communication) at an appropriate timing, so that non-time synchronization communication is occupied.
  • Bandwidth can be shortened. For this reason, even in a large-scale network in which a large number of time-synchronized slaves and non-time-synchronized slaves are mixed, it is possible to avoid an increase in the communication period due to non-time-synchronized communication and to enable communication with a short period.
  • M master device SS1 time synchronization slave device, SS2 time synchronization slave device, SS3 time synchronization slave device, AS1 non-time synchronization slave device, AS2 non-time synchronization slave device, AS1-1 non-time synchronization slave device, AS1-2 non-time Synchronous slave device, AS2-1 non-time synchronized slave device, AS2-2 non-time synchronized slave device, TSS1 token management slave device, TSS2 token management slave device, 01 microcomputer, 02 communication device, 03 input device, 04 input interface, 05 display interface, 06 display, 07 CPU, 08 memory, 10 transmission / reception unit, 11 management unit, 12 internal registers, 101 network interface, 102 network Port, 103 network port, 104 network interface, 105 buffer, 106 data arbitration unit, 107 phase management unit, 108 network configuration information management unit, 109 communication frame generation unit, 110 time management unit, 111 time calculation unit, 112 frame transfer unit , 113 frame transfer unit, 20 transmission / reception unit, 21 management unit, 22 internal register, 201 network

Landscapes

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Abstract

トークン管理スレーブ装置（ＴＳＳ１）は、通信システムに含まれる。通信システムには、マスタ装置（Ｍ）と、マスタ装置（Ｍ）と通信する、マスタ装置（Ｍ）と時刻同期していない非時刻同期スレーブ装置（ＡＳ１、ＡＳ２）と、マスタ装置（Ｍ）と通信する、マスタ装置（Ｍ）と時刻同期している時刻同期スレーブ装置（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３）が含まれる。トークン管理スレーブ装置（ＴＳＳ１）は、マスタ装置（Ｍ）と時刻同期スレーブ装置（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３）とが通信を行う複数の期間である複数の同期通信期間の合間に、マスタ装置（Ｍ）と非時刻同期スレーブ装置（ＡＳ１、ＡＳ２）とが通信を行う期間である非同期通信期間を設定する。そして、トークン管理スレーブ装置（ＴＳＳ１）は、非同期通信期間が到来した際に、非時刻同期スレーブ装置（ＡＳ１、ＡＳ２）にマスタ装置（Ｍ）と通信するよう指示する。

Description

時刻同期スレーブ装置及び通信制御方法
　本発明は、マスタ－スレーブ構成の通信システムに関する。
　ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）システムでは、１台のマスタ装置と複数台のスレーブ装置で制御システムを構成するケースが多い。一般的に、マスタ装置と各スレーブ装置はＦＡ向けの制御ネットワークで通信が行われ、マスタ装置がスレーブ装置に指令を与え、スレーブ装置は指令に対する応答結果をマスタ装置に送信する。
　このマスタ装置と複数のスレーブ装置との間で行う指令及び応答が一巡するまでの時間を通信周期と呼ぶ。
　ＦＡシステムで用いられる制御ネットワークでは、予め通信周期を設定しておき、この通信周期以内に制御通信を完了させる必要がある。
　近年のＦＡシステムでは、マスタ装置と時刻同期しているスレーブ装置（以下、時刻同期スレーブ装置という）が用いられている。時刻同期スレーブ装置が用いられているＦＡシステムでは、指定された時刻に時刻同期スレーブ装置に送信起動がかかり、時刻同期スレーブ装置がマスタ装置に通信フレームを送信する。
　これに対し、従来のＦＡシステムでは、マスタ装置と時刻同期していないスレーブ装置（以下、非時刻同期スレーブ装置という）が用いられる。非時刻同期スレーブ装置が用いられるＦＡシステムでは、マスタ装置が非時刻同期スレーブ装置の送信権を管理し、一定の周期で送信権を非時刻同期スレーブ装置間で巡回させるトークンパッシング方式などが用いられている。
　以下、マスタ装置と時刻同期スレーブ装置との間の通信を時刻同期通信といい、マスタ装置と非時刻同期スレーブ装置との間の通信を非時刻同期通信という。
　特許文献１では、時刻同期スレーブ装置と非時刻同期スレーブ装置が１つのネットワークに混在する場合に、時分割でマスタ装置とスレーブ装置間の通信時間を切り替える方式が開示されている。つまり、この通信方式では、時刻同期通信を行うタイムスロットとマスタ装置と非時刻同期通信を行うタイムスロットを時分割で切り替える。そして、非時刻同期通信を行うタイムスロットでは、マスタ装置と複数の非時刻同期スレーブ装置との間でトークンパッシングが行われる。
国際公開ＷＯ２０１３－０７７１４８
　特許文献１の方式では、マスタ装置と全時刻同期スレーブ装置と間の通信が完了するまで、非時刻同期通信を開始することができない。また、非時刻同期通信時にトークンがマスタ装置に返還されるまで、時刻同期通信を開始することができない。このため、時刻同期通信及び非時刻同期通信でリアルタイム性を確保することができないという課題がある。
　本発明は、上記の課題を解決することを主な目的としており、時刻同期通信及び非時刻同期通信のリアルタイム性を確保することを主な目的とする。
　本発明に係る時刻同期スレーブ装置は、
　マスタ装置と、前記マスタ装置と通信する前記マスタ装置と時刻同期していない非時刻同期スレーブ装置とが含まれる通信システムに含まれる、前記マスタ装置と通信する前記マスタ装置と時刻同期している時刻同期スレーブ装置であって、
　前記マスタ装置と前記時刻同期スレーブ装置とが通信を行う複数の期間である複数の同期通信期間の合間に、前記マスタ装置と前記非時刻同期スレーブ装置とが通信を行う期間である非同期通信期間を設定する設定部と、
　前記非同期通信期間が到来した際に、前記非時刻同期スレーブ装置に前記マスタ装置と通信するよう指示する通信指示部とを有する。
　本発明では、同期通信期間の合間に非同期通信期間を設定し、非同期通信期間が到来した際に非時刻同期スレーブ装置にマスタ装置と通信するよう指示する。このため、本発明によれば、時刻同期通信及び非時刻同期通信のリアルタイム性を確保することができる。
実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す図。 実施の形態１に係るマスタ装置とスレーブ装置のハードウェア構成例を示す図。 実施の形態１に係るマスタ装置の通信装置の機能構成例を示す図。 実施の形態１に係るスレーブ装置の通信装置の機能構成例を示す図。 実施の形態１に係るマスタ装置とスレーブ装置の動作の概要を示すフローチャート図。 実施の形態１に係る初期設定フェーズでの動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係る初期設定フェーズでの動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係る定周期通信フェーズでのトークン管理スレーブ装置の動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係る空き帯域の例を示す図。 実施の形態１に係る時刻同期通信と非時刻同期通信の通信シーケンスを示す図。 実施の形態２に係る通信システムの構成例を示す図。 実施の形態２に係る空き帯域の例を示す図。 実施の形態２に係る初期設定フェーズでの動作例を示すフローチャート図。
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
　図１は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す。
　図１に示すように、本実施の形態に係る通信システムでは、マスタ装置と時刻同期スレーブ装置と非時刻同期スレーブ装置が存在する。
　具体的には、マスタ装置Ｍ、時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２がネットワークに接続している。
　時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３を区別する必要がない場合は、時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３を総称して時刻同期スレーブ装置ＳＳという。
　非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２を区別する必要がない場合は、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２を総称して非時刻同期スレーブ装置ＡＳという。
　時刻同期スレーブ装置ＳＳは、マスタ装置Ｍと通信する、マスタ装置Ｍと時刻同期しているスレーブ装置である。時刻同期スレーブ装置ＳＳは、トークンパッシングを行うことなく、マスタ装置Ｍと通信を行う。
　非時刻同期スレーブ装置ＡＳは、マスタ装置Ｍと通信する、マスタ装置Ｍと時刻同期していないスレーブ装置である。非時刻同期スレーブ装置ＡＳは、トークンパッシングによりトークンを受信した際に、マスタ装置Ｍと通信を行う。
　以下では、時刻同期スレーブ装置ＳＳ及び非時刻同期スレーブ装置ＡＳを総称してスレーブ装置Ｓという。
　本実施の形態では、時刻同期スレーブ装置ＳＳ１がトークン管理スレーブ装置として選択されている。トークン管理スレーブ装置は、マスタ装置Ｍと非時刻同期スレーブ装置ＡＳとが非同期通信を行う期間を設定し、また、非時刻同期スレーブ装置ＡＳの間でのトークンパッシングを制御する。以下、時刻同期スレーブ装置ＳＳ１はトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１とも表記する。なお、時刻同期スレーブ装置ＳＳ１による動作は、通信制御方法の例に相当する。
　また、以下では、マスタ装置Ｍを単にマスタと表記する場合がある。更に、時刻同期スレーブ装置ＳＳを単に時刻同期スレーブと表記する場合がある。更に、非時刻同期スレーブ装置ＡＳを単に非時刻同期スレーブと表記する場合がある。更に、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１を単にトークン管理スレーブと表記する場合がある。
　図１では、リング型ネットワークを示しているが、ネットワークトポロジーはリング型に限らず、例えば、スイッチングハブを介したスター型ネットワークでもよい。
　図２は、本実施の形態に係るマスタ装置Ｍ及びスレーブ装置Ｓのハードウェア構成例である。
　本実施の形態では、マスタ装置Ｍ及びスレーブ装置Ｓは、共通して図２のハードウェア構成を備えるものとする。
　マスタ装置Ｍ及びスレーブ装置Ｓは、マイクロコンピュータ０１、通信装置０２、入力装置０３、入力インターフェース０４、ディスプレイインターフェース０５、ディスプレイ０６から構成される。マイクロコンピュータ０１には、ＣＰＵ０７、メモリ０８が含まれる。
　なお、マイクロコンピュータ０１、入力装置０３、入力インターフェース０４、ディスプレイインターフェース０５、ディスプレイ０６は、既存のマスタ装置及びスレーブ装置に含まれるものと同様であるため、説明を省略し、以下では、通信装置０２の機能構成についてのみ説明を行う。
　図３は、マスタ装置Ｍの通信装置０２の機能構成例を示し、図４は、スレーブ装置Ｓの通信装置０２の機能構成例を示す。
　図３に示すように、マスタ装置Ｍの通信装置０２は、送受信部１０、管理部１１、内部レジスタ１２で構成される。
　また、図４に示すように、スレーブ装置Ｓの通信装置０２は、送受信部２０、管理部２１、内部レジスタ２２で構成される。
　なお、図３に示す機能構成は、ハードウェア実装される。具体的には、送受信部１０、管理部１１、内部レジスタ１２は回路で実現される。
　また、図４に示す機能構成は、ハードウェア実装される。具体的には、送受信部２０、管理部２１、内部レジスタ２２は回路で実現される。
　「回路」は、ロジックＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）といった種類の処理回路を包含する概念である。
　図３において、ネットワークインターフェース１０１、１０４は、ネットワークポート１０２、１０３から受信した通信フレーム（以下、受信フレームという）のＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ　Ｃｈｅｃｋ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を用いたエラーチェック及び、通信フレームの送信時に通信フレームにＦＣＳを付加する。また、ネットワークインターフェース１０１、１０４は、受信フレームの宛先を判定し、受信フレームが自局宛の場合はフレーム転送部１１２またはフレーム転送部１１３に受信フレームを転送する。一方、受信フレームが他局宛の場合は、ネットワークインターフェース１０１、１０４は、受信フレームの中継のために、受信フレームをデータ調停部１０６に転送する。
　ネットワークポート１０２、１０３は、それぞれ、ネットワークに対する物理的なインターフェース（コネクタ）である。
　バッファ１０５は、ネットワークポート１０２、１０３で受信された中継フレームと通信フレーム生成部１０９で生成された通信フレームが、データ調停部１０６で送信競合した場合に、送信待機させるフレームを保持する。
　データ調停部１０６は、ネットワークポート１０２、１０３で受信された中継フレームと通信フレーム生成部１０９で生成された通信フレームとの間の送信調停を行う。
　フェーズ管理部１０７は、通信フェーズを管理するステートマシンである。
　本実施の形態に係る通信フェーズには、初期設定フェーズと定周期通信フェーズとがある。
　ネットワーク構成情報管理部１０８は、マスタ装置Ｍに接続するスレーブ装置Ｓの台数、各スレーブ装置Ｓが送信するストリームのストリームサイズ、ストリーム数、各スレーブ装置のフレーム受信期限を内部レジスタ１２から読み出す。また、ネットワーク構成情報管理部１０８は、初期設定フェーズにおける、スレーブ装置Ｓの設定用の通信フレームを生成する。なお、ストリームとは、１台のマスタ装置Ｍ又は１台のスレーブ装置Ｓが１周期に送信するフレームの集合である。非同期通信のトークンフレームもストリームに含まれる。
　通信フレーム生成部１０９は、マイクロコンピュータ０１より出力された定周期通信の情報から、通信フレームを生成する。
　時刻管理部１１０は、現在時刻をカウントする。また、時刻管理部１１０は、設定された周期で、マイクロコンピュータ０１に通信フレームの送信起動をかける。
　時間計算部１１１は、通信周期、ネットワーク構成情報、フレームサイズ、フレーム数をもとに、各スレーブ装置Ｓから送信される通信フレームの受信期限を計算する。
　フレーム転送部１１２、１１３は、受信した自局宛の通信フレームをマイクロコンピュータ０１に転送する。
　図４において、ネットワークインターフェース２０１、２０４は、マスタ装置Ｍのネットワークインターフェース１０１、１０４と同様に、ネットワークポート２０２、２０３から受信した通信フレーム（以下、受信フレームという）のＦＣＳを用いたエラーチェック及び、通信フレームの送信時に通信フレームにＦＣＳを付加する。また、ネットワークインターフェース２０１、２０４は、受信フレームの宛先を判定し、受信フレームが自局宛の場合はフレーム転送部２１３またはフレーム転送部２１４に受信フレームを転送する。一方、受信フレームが他局宛の場合は、ネットワークインターフェース２０１、２０４は、受信フレームの中継のために、受信フレームをデータ調停部２０６に転送する。
　ネットワークポート２０２、２０３は、マスタ装置Ｍのネットワークポート１０２、１０３と同様に、それぞれ、ネットワークに対する物理的なインターフェース（コネクタ）である。
　バッファ２０５は、マスタ装置Ｍのバッファ１０５と同様に、ネットワークポート２０２、２０３で受信された中継フレームと通信フレーム生成部２０９で生成された通信フレームが、データ調停部２０６で送信競合した場合に、送信待機させるフレームを保持する。
　データ調停部２０６は、マスタ装置Ｍのデータ調停部１０６と同様に、ネットワークポート２０２、２０３で受信された中継フレームと通信フレーム生成部２０９で生成された通信フレームとの間の送信調停を行う。
　フェーズ管理部２０７は、マスタ装置Ｍのフェーズ管理部１０７と同様に、通信フェーズ（初期設定フェーズ、定周期通信フェーズ）を管理するステートマシンである。
　ネットワーク構成情報管理部２０８は、自局（スレーブ装置Ｓ）がトークン管理スレーブ装置である場合に、自局が管理する非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数を認識している。
　通信フレーム生成部２０９は、マスタ装置Ｍの通信フレーム生成部１０９と同様に、マイクロコンピュータ０１より出力された定周期通信の情報から、通信フレームを生成する。また、通信フレーム生成部２０９は、トークンフレームを生成する。
　時刻管理部２１０は、マスタ装置Ｍの時刻管理部１１０と同様に、現在時刻をカウントする。また、時刻管理部２１０は、設定された周期で、マイクロコンピュータ０１に通信フレームの送信起動をかける。
　また、時刻管理部２１０は、自局（スレーブ装置Ｓ）がトークン管理スレーブ装置である場合に、ネットワークで通信が行われていない時間を空き帯域として抽出し、トークン管理部２１２に送信起動を出力する。
　また、時刻管理部２１０は、自局（スレーブ装置Ｓ）がトークン管理スレーブ装置である場合に、抽出した空き帯域（非時刻同期通信帯域）でトークンを渡らせることができる非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数を特定し、特定した非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数をトークン管理部２１２に通知する。
　時間計算部２１１は、マスタ装置Ｍから通知された、各スレーブ装置Ｓのフレーム受信期限から、自局の通信フレームの送信時刻を計算する。
　トークン管理部２１２は、時刻管理部２１０から通知された、抽出した空き帯域（非時刻同期通信帯域）でトークンを渡らせることができる非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数に基づきトークンルートを選択する。
　また、トークン管理部２１２は、選択したトークンルートの情報を管理（記憶）している。更に、トークン管理部２１２は、時刻管理部２１０からの送信起動に従い、トークンルートの情報を通信フレーム生成部２０９に出力する。
　フレーム転送部２１３、２１４は、マスタ装置Ｍのフレーム転送部１１２、１１３と同様に、受信した自局宛の通信フレームをマイクロコンピュータ０１に転送する。
　スレーブ装置Ｓがトークン管理スレーブ装置であれば、管理部２１は、設定部として機能する。
　つまり、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の管理部２１は、マスタ装置Ｍと時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３とが時刻同期通信を行う複数の期間である複数の時刻同期通信帯域（時刻同期通信帯域は同期通信期間に相当する）の合間に、マスタ装置Ｍと非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２とが通信を行う期間である非時刻同期通信帯域（非時刻同期通信帯域は非同期通信期間に相当する）を設定する。より具体的には、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の管理部２１は、マスタ装置Ｍと時刻同期スレーブ装置ＳＳ１（トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１）との間の通信を監視する。そして、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の管理部２１は、マスタ装置Ｍと時刻同期スレーブ装置ＳＳ１（トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１）との間で通信が行われている期間を時刻同期通信帯域として抽出し、抽出した時刻同期通信帯域の合間に非時刻同期通信帯域を設定する。
　また、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の管理部２１は、非時刻同期通信帯域を複数設定し、非時刻同期通信帯域ごとに、非時刻同期通信帯域内に非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の全てにトークンが渡り非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の全てがマスタ装置Ｍとの通信を完了することができるか否かを判定する。具体的には、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の管理部２１は、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の全てがマスタ装置Ｍとの通信を完了するのに必要な時間を計測して、非時刻同期通信帯域ごとに、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の全てがマスタ装置Ｍとの通信を完了することができるか否かを判定する。
　各非時刻同期通信帯域で非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の全てがマスタ装置Ｍとの通信を完了することができない場合に、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の管理部２１は、非同期通信期間ごとにマスタ装置Ｍと通信を行う非時刻同期スレーブ装置ＡＳを、トークンパッシングの順序に基づいて、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の中から選択する。
　スレーブ装置Ｓがトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１であれば、送受信部２０は、通信指示部として機能する。
　つまり、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の送受信部２０は、非時刻同期通信帯域が到来した際に、トークンフレームの送信により、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２にマスタ装置Ｍと通信するよう指示する。
＊＊＊動作の説明＊＊＊
　図５は、マスタ装置Ｍとスレーブ装置Ｓにより行われる動作の概要を示す。
　マスタ装置Ｍとスレーブ装置Ｓは、まず、初期設定フェーズの処理を行う（ステップＳ１０１）。初期設定フェーズでは、マスタ装置Ｍと時刻同期スレーブ装置ＳＳとの間で、時刻同期通信帯域を設定する。また、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１が時刻同期通信帯域の合間に非時刻同期通信帯域を設定する。
　次に、マスタ装置Ｍとスレーブ装置Ｓは、定周期通信フェーズの処理を行う（ステップＳ１０２）。定周期通信フェーズでは、時刻同期通信帯域においてマスタ装置Ｍと時刻同期スレーブ装置ＳＳとの間で時刻同期通信が行われる。また、非時刻同期通信帯域においてマスタ装置Ｍと非時刻同期スレーブ装置ＡＳとの間で非時刻同期通信が行われる。定周期通信フレーズでは、時刻同期通信帯域と非時刻同期通信帯域とが交互に到来する。システム停止まで原則として定周期通信フェーズが繰り返される。
　次に、図６及び図７を参照して、初期設定フェーズでの動作を説明する。
　先ず、ステップＳ３００にて、マスタ装置Ｍのネットワーク構成情報管理部１０８が、各スレーブ装置Ｓからネットワーク構成情報を取得し、各スレーブ装置Ｓの設定と予めユーザが設定した時刻同期通信の通信周期Ｔ＿ａを時間計算部１１１に通知する。
　次に、ステップＳ３０１にて、マスタ装置Ｍと時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３は時刻同期を行う。時刻同期処理は、以下の参考文献に記載の方式で行う。
　参考文献：ＩＥＥＥ　Ｓｔｄ　１５８８－２００８
　次に、ステップＳ３０２にて、マスタ装置Ｍの時間計算部１１１が、ネットワーク構成情報管理部１０８に格納している時刻同期通信のフレームサイズとフレーム数から、時刻同期通信にかかる時間を算出する。時刻同期通信のフレームサイズとフレーム数は、それぞれ固定値である。そして、マスタ装置Ｍの時間計算部１１１は、各時刻同期スレーブ装置ＳＳからのフレームのマスタ装置Ｍでの受信期限を以下の式（３）により算出する。
　なお、前述したように、機器１台が１周期に送信するフレームの集合をストリームと呼ぶ。時刻同期スレーブ装置ｎのストリームサイズＳ＿ｎは以下の式（１）で算出する。なお、時刻同期スレーブ装置ｎは、ｎ番目の時刻同期スレーブ装置ＳＳを表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記において、Ｆｎ＿ｉは時刻同期スレーブ装置ｎのｉ番目のフレームのフレームサイズを表す。ＬＩＦＧはフレーム間ギャップ長を表す。Ｍは機器１台が送信するフレーム数を表す。
　また、時刻同期スレーブｎの時刻同期通信帯域Ｔ＿ｎは、以下にて算出される。
　Ｔ＿ｎ＝通信周期Ｔ＿ａ×（時刻同期スレーブ装置ｎのストリームサイズＳ＿ｎ／全時刻同期スレーブの送信ストリームサイズの合計）
　つまり、Ｔ＿ｎは、以下の式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　時刻同期スレーブ装置ｎのフレームに対するマスタでの受信期限は、以下の式（３）で表すことができる。なお、Ｔ＿ｋはｋ番目の時刻同期スレーブ装置ＳＳの帯域を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　時刻同期通信の通信周期Ｔ＿ａ、時刻同期通信帯域Ｔ＿ｎ、受信期限ｔ＿ｌｉｍ＿ｎを図９に示す。図９において縦軸は時間を示す。
　前述のように、Ｔ＿ａは、時刻同期通信の通信周期である。Ｔ＿０、Ｔ＿１、Ｔ＿２は通信周期の中で、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１、時刻同期スレーブ装置ＳＳ２、ＳＳ３のフレーム送信に割り当てられる時間（タイムスロット長）である。ｔ＿ｌｉｍ＿０、ｔ＿ｌｉｍ＿１、ｔ＿ｌｉｍ＿２はトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１、時刻同期スレーブ装置ＳＳ２、ＳＳ３のそれぞれが送信するストリームのマスタ装置Ｍでの受信期限である。
　なお、「空き」と書かれている時間は、空き帯域であり、いずれの時刻同期スレーブ装置においても通信が行われていない。後述するように、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１は、空き帯域にトークンパッシングを行い、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２に非時刻同期通信を行わせる。
　ステップＳ３０３では、マスタ装置Ｍの通信フレーム生成部１０９が、時刻同期スレーブ装置ｎが送信するフレームの受信期限ｔ＿ｌｉｍ＿ｎを通知するフレームを生成し、ネットワークポート１０２、１０３が各時刻同期スレーブ装置に当該フレームを送信する。
　ステップＳ３０４では、各時刻同期スレーブ装置ＳＳの時間計算部２１１が、マスタ装置Ｍから通知された受信期限から、自局の送信開始時刻ｔ＿ｔｘｌｉｍ＿ｎを算出する。
　時間計算部２１１は、以下の式（４）に従って、送信開始時刻ｔ＿ｔｘｌｉｍ＿ｎを算出する。なお、ｔｄｅｌａｙ＿ｎはマスタ装置Ｍから伝搬遅延分を補正した時刻同期スレーブ装置ｎまでの伝搬遅延である。Ｔ＿ｓは伝送速度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　次に、ステップＳ３０５で、各時刻同期スレーブ装置ＳＳの時間計算部２１１は、算出した送信開始時刻をトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０に通知し、時刻管理部２１０は、通知された送信開始時刻を記憶する。また、各時刻同期スレーブ装置ＳＳは、マスタ装置Ｍに自局の送信開始時刻を通知する。
　次に、ステップＳ３０６で、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０が、時刻同期通信帯域を設定する。つまり、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０は、時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３の各々のストリームサイズ、ストリーム数、通信フレームの送信開始時刻から、時刻同期通信帯域を設定する。
　マスタ装置Ｍはトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１に時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３のストリームサイズ、ストリーム数、通信フレームの送信開始時刻を通知する。
　トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１は、マスタ装置Ｍから通知された情報を用いて、式（１）と式（４）より、（ｔ＿ｔｘｌｉｍ＿ｎ）から（ｔ＿ｔｘｌｉｍ＿ｎ＋Ｓ＿ｎ／Ｔｓ）までの時間を一通信周期の中の時刻同期通信の帯域として設定する。
　次に、ステップＳ３０７で、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０が、一通信周期の中でのトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の空き帯域を抽出する。まず、ネットワークに接続されたマスタ装置Ｍ及び全時刻同期スレーブ装置ＳＳに、時刻同期通信を一周期行う。マスタ装置Ｍが通信開始を通知するフレームを送信することで時刻同期通信が開始する。マスタ装置Ｍから当該フレームを受信した各時刻同期スレーブ装置ＳＳは、時刻同期通信が開始したと認識し、Ｓ３０４で算出された送信開始時刻に自局のフレームを送信する。
　この時、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時間計算部２１１は、一通信周期の中で自局の帯域が空いている時間を記録する。
　トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１のデータ調停部２０６は、自局からの通信フレームの送信中、または通信フレームの中継中に、回線使用フラグをアサートする。また、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時間計算部２１１は、回線使用フラグがネゲートしている時間を記録する。
　また、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時間計算部２１１は、通信周期開始時刻後、帯域が空く時間、つまり回線使用フラグがネゲートしている時間を時刻管理部２１０に通知する。時刻管理部２１０はこの結果を記憶する。
　そして、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０は、時間計算部２１１から通知された帯域が空く時間を非時刻同期通信帯域として設定する。つまり、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０は、時刻同期通信帯域の合間の時間を非時刻同期通信帯域として設定する。なお、本実施の形態では、時刻同期通信帯域の間の間隔は等間隔であるため、非時刻同期通信帯域は固定値である。
　次に、ステップＳ３０８において、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時間計算部２１１は、非同期通信（トークンパッシング）の通信時間を計測する。トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時間計算部２１１は、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１からトークンフレームが送信されてから、各非時刻同期スレーブ装置ＡＳからトークンフレームを受信するまでの時間を測定する。なお、トークンフレームはマルチキャストで送信されるため、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時間計算部２１１は、非時刻同期スレーブ装置ＡＳからトークンフレームを受信するまでの時間を、非時刻同期スレーブ装置ＡＳごとに測定することが可能である。
　次に、ステップＳ３０９において、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１のトークン管理部２１２が、非時刻同期通信帯域でのトークンルートを決定する。トークンルートとは、非時刻同期通信帯域内でトークンを巡回させることができる非時刻同期スレーブ装置ＡＳの組合せ及び順序である。トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０は、ステップＳ３０８で計測した時間に基づき、非時刻同期通信帯域内でトークンを渡らせることができる非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数を特定する。また、時刻管理部２１０は、特定した非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数をトークン管理部２１２に通知する。トークン管理部２１２は、時刻管理部２１０から通知された、非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数を、ネットワーク構成情報管理部２０８に記憶させる。
　トークン管理部２１２は、非時刻同期通信帯域で非時刻同期スレーブ装置ＡＳの全てにトークンを渡らせることができるか否かを判定する。そして、非時刻同期通信帯域で非時刻同期スレーブ装置ＡＳの全てにトークンを渡らせることができる場合は、トークン管理部２１２は、各非時刻同期通信帯域で、全ての非時刻同期スレーブ装置ＡＳが含まれるルートをトークンルートとして採用する。一方、非時刻同期通信帯域で非時刻同期スレーブ装置ＡＳの全てにトークンを渡らせることができない場合は、トークン管理部２１２は非時刻同期通信帯域ごとにトークンを巡回させる非時刻同期スレーブ装置ＡＳ（マスタ装置Ｍと通信させる非時刻同期スレーブ装置ＡＳ）を選択する。
　具体的には、トークン管理部２１２は、非時刻同期通信帯域でトークンを渡らせることができる非時刻同期スレーブ装置ＡＳの数の範囲内で、トークンパンシングの順序に従って、非時刻同期通信帯域ごとにトークンを巡回させる非時刻同期スレーブ装置ＡＳを選択する。非時刻同期通信帯域ごとに選択した非時刻同期スレーブ装置ＡＳで構成されるルートが、各非時刻同期通信帯域のトークンルートとして採用される。採用されたトークンルートの情報は、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１のトークン管理部２１２で記憶される。
トークン管理部２１２が記憶するトークンルートの情報には、トークンを巡回させる非時刻同期スレーブ装置ＡＳの組合せ及び順序が示される。
　例えば、１つの非時刻同期通信帯域で非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の双方にトークンを巡回させることができる場合は、トークン管理部２１２は、各非時刻同期通信帯域のトークンルートとして、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の双方が含まれるトークンルートを決定する。
　一方、１つの非時刻同期通信帯域では非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の双方にトークンを巡回させることができない場合は、トークン管理部２１２は、最初の非時刻同期通信帯域のトークンルートとして、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１のみのトークンルートを決定し、次の非時刻同期通信帯域のトークンルートとして、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２のみのトークンルートを決定する。
　なお、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１のトークン管理部２１２は、特定の非時刻同期通信帯域のトークンルートを変更することができる。
　以上より、初期設定フェーズが完了し、定周期通信フェーズが開始する（ステップＳ３１０）。
　より具体的には、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１は、トークンルートを決定すると、マスタ装置Ｍにトークンルートを決定したことを通知し、マスタ装置Ｍは、各スレーブ装置Ｓに定周期通信開始の通知を送信する。
　そして、マスタ装置Ｍのフェーズ管理部１０７は定周期通信フェーズに状態遷移する。各スレーブ装置Ｓでは、定周期通信開始の通知を受信するとフェーズ管理部２０７が定周期通信フェーズに状態遷移する。
　時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３では、時刻管理部２１０は、定周期通信開始時刻と認識すると、通信周期１周期をカウントするタイマを起動し、タイマがカウントアップを開始する。
　時刻同期スレーブ装置ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３では、前記タイマにおいて、ステップＳ３０４で算出された送信開始時刻が到来すると、時刻管理部２１０は、通信フレーム生成部２０９に通信フレームの生成を指示する。通信フレーム生成部２０９は、時刻同期通信のための通信フレームを生成する。生成された通信フレームは、データ調停部２０６、ネットワークインターフェース２０１、２０４、ネットワークポート２０２、２０３を経由して、ネットワークに送信される。
　また、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１では、前記タイマにおいて、非時刻同期通信帯域の開始時刻が到来すると、時刻管理部２１０がトークン管理部２１２にトークンルートの情報を通信フレーム生成部２０９に出力するよう指示する。トークン管理部２１２は、トークンルートの情報を通信フレーム生成部２０９に出力する。通信フレーム生成部２０９は、トークンルートの情報に基づいて、トークンフレームを生成する。生成されたトークンフレームは、データ調停部２０６、ネットワークインターフェース２０１、２０４、ネットワークポート２０２、２０３を経由して、ネットワークに送信される。トークンフレームの送信手順の例を図８に示す。
　先ず、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１のタイマにおいて非時刻同期通信帯域の開始時刻が到来すると（ステップＳ３１１でＹＥＳ）、ステップＳ３１２において、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０が、トークンフレームの送信をトークン管理部２１２に指示する。トークン管理部２１２は記憶しているトークンルートの情報を通信フレーム生成部２０９に出力して通信フレーム生成部２０９にトークンフレームの生成を指示する。
　次に、ステップＳ３１３において、通信フレーム生成部２０９は、トークン管理部２１２から出力されたトークンルートの情報を参照して、トークンフレームの送信先の非時刻同期スレーブ装置ＡＳを確認する。トークンルートの先頭に位置する非時刻同期スレーブ装置ＡＳがトークンフレームの送信先である。
　次に、ステップＳ３１４において、通信フレーム生成部２０９は、データ調停部２０６、ネットワークインターフェース２０１又はネットワークインターフェース２０４、ネットワークポート２０２又はネットワークポート２０３を経由して、送信先の非時刻同期スレーブ装置ＡＳにトークンフレームを送信する。
　次に、ステップＳ３１５において、時刻管理部２１０が、ネットワークポート２０２又はネットワークポート２０３、ネットワークインターフェース２０１又はネットワークインターフェース２０４、データ調停部２０６を介して、トークンルートの最後に位置する非時刻同期スレーブ装置ＡＳからトークンフレームを受信する。
　トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１では、以上の手順を繰り返して、非時刻同期通信帯域ごとに、トークンフレームの送信により非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２に、マスタ装置Ｍへのデータ送信を指示している。
　図１０は、定周期通信フェーズでのマスタ装置Ｍ、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１、時刻同期スレーブ装置ＳＳ２、ＳＳ３、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２の動作例を示す。
　図１０において、縦軸は時間を表す。Ｓ＿Ｓｔｒｅａｍは時刻同期通信のストリームを表し、Ａ＿Ｓｔｒｅａｍは非時刻同期通信のストリームを表す。図１０の構成では、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１が、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２のトークン管理を行う。
　トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１は、自局のストリームをマスタ装置Ｍに送信した後に、次の時刻同期ストリーム（時刻同期スレーブ装置ＳＳ２からの時刻同期ストリーム）を中継するまでの空き帯域を非時刻同期通信帯域に設定し、この非時刻同期通信帯域において、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１にトークンフレームを送信する。トークンフレームにはトークンが含まれている。非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１は、トークンフレームを受信するとマスタ装置Ｍに自局のストリームを送信する。非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１は、自局のストリームの送信完了後、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１にトークンフレームを送信する。
　次に、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１は、時刻同期スレーブ装置ＳＳ２からのストリームを中継する。トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１は中継完了後に、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２にトークンフレームを送信する。非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２はトークンフレームを受信すると、マスタ装置Ｍに、自局のストリームを送信する。非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２は、自局のストリームの送信完了後、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１にトークンフレームを送信する。
　スレーブ装置Ｓの制御情報を演算して更新するのはマスタ装置Ｍであるため、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２はトークンフレーム以外のフレームをマスタ装置Ｍに送信する。マスタ装置Ｍは非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１、ＡＳ２に対して、一定の周期で更新したデータを送信する。
　以上の動作を定周期通信フェーズで繰り返す。
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
　以上、本実施の形態によれば、時刻同期スレーブ装置と、非時刻同期スレーブ装置とが混在するネットワークにおいて、時刻同期通信の間の空き帯域でトークンパッシングを行うことで、従来のようなネットワーク全体でトークンパッシングだけを行うタイムスロットを設定する必要がないため、時刻同期通信、非時刻同期通信のリアルタイム性を確保することができる。また、本実施の形態によれば、通信帯域を有効に利用することができ、通信周期を短縮することができる。
実施の形態２．
　本実施の形態では、複数のトークン管理スレーブ装置が存在する通信システムについて説明する。
＊＊＊構成の説明＊＊＊
　図１１は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す。
　図１１に示すように、本実施の形態に係る通信システムでは、複数のトークン管理スレーブ装置が存在する。
　また、本実施の形態に係る通信システムでは、時刻同期スレーブ装置ＳＳ及び非時刻時同期スレーブ装置ＡＳは複数のトークン管理グループのうちのいずれかに所属する。各トークン管理グループには、１つのトークン管理スレーブ装置が含まれる。
　図１１の例では、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１－１、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１－２がトークン管理グループ１に所属し、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２－１、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２－２、時刻同期スレーブ装置ＳＳ３がトークン管理グループ２に所属している。
　なお、以下では、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２を総称して、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳという。
　また、トークン管理グループには優先順位が設定されている。
　本実施の形態では、トークン管理グループ１はトークン管理グループ２よりも優先順位が高いものとする。
　本実施の形態では、マスタ装置Ｍ、スレーブ装置Ｓのハードウェア構成例は図２に示したものと同じである。
　また、マスタ装置Ｍの通信装置０２の機能構成例は図３に示したものと同じであり、スレーブ装置Ｓの通信装置０２の機能構成例は図４に示したものと同じである。
　以下では、主に実施の形態１との差異を説明する。以下で説明していない事項は実施の形態１と同じである。
＊＊＊動作の説明＊＊＊
　本実施の形態では、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ間で、トークンパッシングの開始タイミングのスケジューリングを行う。つまり、本実施の形態では、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ間でトークンパッシング開始時刻を調整する。この処理により、各非時刻同期スレーブ装置ＡＳが同時にトークンパッシングを開始しないようにする。この処理を行う理由は次の通りである。
　各非時刻同期スレーブ装置ＡＳが同時にトークンパッシングを行うと、各非時刻同期スレーブ装置ＡＳが自局のフレームを送信中に他の非時刻同期スレーブ装置ＡＳからのフレームを受信する場合がある。この場合に、各非時刻同期スレーブ装置ＡＳは、自局のフレームの送信が完了するまで、他の非時刻同期スレーブ装置ＡＳからのフレームを中継できず、フレームの中継において遅延が発生する。この中継の遅延の発生により、マスタ装置Ｍが非時刻同期スレーブ装置ＡＳに要求する送信タイミングに対し、非時刻同期スレーブ装置ＡＳのフレーム送信タイミングが遅延する。このような遅延を防ぐために、各非時刻同期スレーブ装置ＡＳが同時にトークンパッシングを行わないようにトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ間でトークンパッシング開始時刻を調整する。
　次に、本実施の形態に係る動作例を、図１３のフローチャートを参照して説明する。
　図１３は、図６に示すＳ３００～Ｓ３０５が終了した後の処理を示す。
　ステップＳ３０６は、実施の形態１で説明したステップＳ３０６と同じであるため、説明を省略する。
　通信システムに複数のトークン管理スレーブ装置ＴＳＳが存在している場合、マスタ装置Ｍが各トークン管理スレーブ装置ＴＳＳに複数のトークン管理スレーブ装置ＴＳＳが通信システムに存在することを通知する。各トークン管理スレーブ装置ＴＳＳはＳ３０６の処理後にＳ４０１の判断を行う。複数のトークン管理スレーブ装置ＴＳＳが存在する場合（ステップＳ４０１でＹＥＳ）はステップＳ４０３が行われ、通信システムに１つのトークン管理スレーブ装置ＴＳＳのみ存在している場合（ステップＳ４０１でＮＯ）は、ステップＳ４０２において、実施の形態１で説明したステップＳ３０７～Ｓ３１０が行われる。
　ステップＳ４０３では、各トークン管理スレーブ装置ＴＳＳの時刻管理部２１０は、空き帯域を抽出する。空き帯域の抽出手順は、実施の形態１で説明したステップＳ３０７と同じである。
　次に、ステップＳ４０４において、各トークン管理スレーブ装置ＴＳＳの時間計算部２１１は、非時刻同期通信（トークンパッシング）の通信時間を計測する。
　つまり、各トークン管理スレーブ装置の時間計算部２１１は、実施の形態１で説明したステップＳ３０８の処理を行って、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳからトークンフレームが送信されてから、同じトークン管理グループに所属する非時刻同期スレーブ装置ＡＳからトークンフレームを受信するまでの時間を測定する。
　図１１の構成例では、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時間計算部２１１は、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１からトークンフレームが送信されてから、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ１－１、ＡＳ１－２からトークンフレームを受信するまでの時間を測定する。また、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２の時間計算部２１１は、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２からトークンフレームが送信されてから、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２－１、ＡＳ２－２からトークンフレームを受信するまでの時間を測定する。なお、各トークン管理スレーブ装置ＴＳＳは、Ｓ４０４の計測を並行して行う。
　次に、ステップＳ４０５において、優先度ｎのトークン管理スレーブ装置ＴＳＳの時刻管理部２１０が、非時刻同期通信帯域でのトークンルートを決定する。つまり、優先順位が高いトークン管理グループに所属するトークン管理スレーブ装置ＴＳＳから順に非時刻同期通信帯域でのトークンルートを決定する。トークンルートの決定手順は、実施の形態１で説明したＳ３０９と同じである。
　本実施の形態では、トークン管理グループ１の方がトークン管理グループ２よりも優先順位が高いため、先ず、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１がトークンルートを決定する。
　例えば図１２において、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０は、空き帯域１を所属グループであるトークン管理グループ１の非時刻同期通信帯域として設定する。
　そして、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０は、空き帯域１において非時刻同期スレーブ装置ＡＳ－１、ＡＳ－２でトークンを巡回させることができるか否かを判定してトークン管理グループ１でのトークンルートを決定する。空き帯域１において非時刻同期スレーブ装置ＡＳ－１、ＡＳ－２でトークンを巡回させることができる場合は、時刻管理部２１０は、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ－１、ＡＳ－２が含まれるトークンルートを決定する。一方、空き帯域１では非時刻同期スレーブ装置ＡＳ－１にのみトークンを渡すことが可能な場合は、時刻管理部２１０は、空き帯域１では、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ－１のみが含まれるトークンルートを決定する。そして、時刻管理部２１０は、空き帯域２において、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ－２のみが含まれるトークンルートを決定する。なお、トークンルートの決定手順は、実施の形態１で説明したステップＳ３０９と同じである。
　次の優先度のトークン管理スレーブ装置ＴＳＳが存在すれば（ステップＳ４０６でＹＥＳ）、次の優先度のトークン管理スレーブ装置ＴＳＳの時刻管理部２１０が、ステップＳ４０５において、当該トークン管理グループのトークンルートを決定する。
　図１１の例では、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２がトークンルートを決定する。なお、図１２の例において、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１がステップＳ４０５を実施した後に空き帯域１の一部が残っていれば、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ１の時刻管理部２１０がトークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２の時刻管理部２１０に空き帯域１の残りの帯域を通知する。トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２の時刻管理部２１０は、空き帯域１の残り帯域を所属グループであるトークン管理グループ２の非時刻同期通信帯域として設定する。そして、トークン管理スレーブ装置ＴＳＳ２の時刻管理部２１０は、空き帯域１の残りの帯域において、非時刻同期スレーブ装置ＡＳ２－１、ＡＳ２－２でトークンを巡回させることができるか否かを判定してトークン管理グループ２でのトークンルートを決定する。
　全てのトークン管理グループのトークン管理スレーブ装置ＴＳＳにおいてトークンルートが決定した場合（ステップＳ４０６でＮＯ）は、ステップＳ４０７において、初期設定フェーズが完了し、定周期通信フェーズが開始する。
　ステップＳ４０７は、実施の形態１で説明したステップＳ３０１と同じである。
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
　以上、本実施の形態によれば、トークン管理スレーブ装置を分散して配置し、各トークン管理スレーブ装置が適切なタイミングでトークンパッシング（非時刻同期通信）を行うことで、非時刻同期通信が占有する帯域を短縮できる。このため、時刻同期スレーブと非時刻同期スレーブが多数混在する大規模なネットワークにおいても非時刻同期通信による通信周期の長大化を回避することができ、短い周期での通信を可能にする。
　Ｍ　マスタ装置、ＳＳ１　時刻同期スレーブ装置、ＳＳ２　時刻同期スレーブ装置、ＳＳ３　時刻同期スレーブ装置、ＡＳ１　非時刻同期スレーブ装置、ＡＳ２　非時刻同期スレーブ装置、ＡＳ１－１　非時刻同期スレーブ装置、ＡＳ１－２　非時刻同期スレーブ装置、ＡＳ２－１　非時刻同期スレーブ装置、ＡＳ２－２　非時刻同期スレーブ装置、ＴＳＳ１　トークン管理スレーブ装置、ＴＳＳ２　トークン管理スレーブ装置、０１　マイクロコンピュータ、０２　通信装置、０３　入力装置、０４　入力インターフェース、０５　ディスプレイインターフェース、０６　ディスプレイ、０７　ＣＰＵ、０８　メモリ、１０　送受信部、１１　管理部、１２　内部レジスタ、１０１　ネットワークインターフェース、１０２　ネットワークポート、１０３　ネットワークポート、１０４　ネットワークインターフェース、１０５　バッファ、１０６　データ調停部、１０７　フェーズ管理部、１０８　ネットワーク構成情報管理部、１０９　通信フレーム生成部、１１０　時刻管理部、１１１　時間計算部、１１２　フレーム転送部、１１３　フレーム転送部、２０　送受信部、２１　管理部、２２　内部レジスタ、２０１　ネットワークインターフェース、２０２　ネットワークポート、２０３　ネットワークポート、２０４　ネットワークインターフェース、２０５　バッファ、２０６　データ調停部、２０７　フェーズ管理部、２０８　ネットワーク構成情報管理部、２０９　通信フレーム生成部、２１０　時刻管理部、２１１　時間計算部、２１２　トークン管理部、２１３　フレーム転送部、２１４　フレーム転送部。

Claims (8)

  1. 　マスタ装置と、前記マスタ装置と通信する前記マスタ装置と時刻同期していない非時刻同期スレーブ装置とが含まれる通信システムに含まれる、前記マスタ装置と通信する前記マスタ装置と時刻同期している時刻同期スレーブ装置であって、
    　前記マスタ装置と前記時刻同期スレーブ装置とが通信を行う複数の期間である複数の同期通信期間の合間に、前記マスタ装置と前記非時刻同期スレーブ装置とが通信を行う期間である非同期通信期間を設定する設定部と、
    　前記非同期通信期間が到来した際に、前記非時刻同期スレーブ装置に前記マスタ装置と通信するよう指示する通信指示部とを有する時刻同期スレーブ装置。
  2. 　前記通信システムには、複数の時刻同期スレーブ装置が含まれ、
    　前記時刻同期スレーブ装置は、前記複数の時刻同期スレーブ装置の中から選択されており、
    　前記設定部は、
    　前記マスタ装置と前記複数の時刻同期スレーブ装置とが通信を行う前記複数の同期通信期間の合間に、前記非同期通信期間を設定する請求項１に記載の時刻同期スレーブ装置。
  3. 　前記設定部は、
    　前記マスタ装置と前記時刻同期スレーブ装置との間の通信を監視し、前記マスタ装置と前記時刻同期スレーブ装置との間で通信が行われている期間を前記複数の同期通信期間として抽出し、抽出した前記複数の同期通信期間の合間に前記非同期通信期間を設定する請求項１に記載の時刻同期スレーブ装置。
  4. 　前記通信システムには、トークンパッシングを行う複数の非時刻同期スレーブ装置が含まれており、
    　前記設定部は、
    　前記非同期通信期間を複数設定し、
    　各非同期通信期間で前記複数の非時刻同期スレーブ装置の全てにトークンが渡り前記複数の非時刻同期スレーブ装置の全てが前記マスタ装置との通信を完了することができるか否かを判定し、各非同期通信期間で前記複数の非時刻同期スレーブ装置の全てが前記マスタ装置との通信を完了することができない場合に、非同期通信期間ごとに前記マスタ装置と通信を行う非時刻同期スレーブ装置を、前記トークンパッシングの順序に基づいて、前記複数の非時刻同期スレーブ装置の中から選択し、
    　前記通信指示部は、
    　非同期通信期間ごとに、トークンの送信により、前記設定部により選択された非時刻同期スレーブ装置に前記マスタ装置と通信するよう指示する請求項１に記載の時刻同期スレーブ装置。
  5. 　前記設定部は、
    　前記複数の非時刻同期スレーブ装置の全てが前記マスタ装置との通信を完了するのに必要な時間を計測して、各非同期通信期間で前記複数の非時刻同期スレーブ装置の全てが前記マスタ装置との通信を完了することができるか否かを判定する請求項４に記載の時刻同期スレーブ装置。
  6. 　前記通信システムには、複数の非時刻同期スレーブ装置が含まれ、
    　各非時刻同期スレーブ装置は、複数のグループのうちのいずれかのグループに所属し、
    　前記時刻同期スレーブ装置は、前記複数のグループのうちのいずれかのグループに所属し、
    　前記複数のグループには優先順位が設定されており、
    　前記設定部は、
    　前記時刻同期スレーブ装置が所属するグループである所属グループの優先順位に従って、前記所属グループに所属する非時刻同期スレーブ装置に前記非同期通信期間を設定する請求項１に記載の時刻同期スレーブ装置。
  7. 　前記設定部は、
    　前記所属グループよりも優先度が高いグループに所属する非時刻同期スレーブ装置に前記非同期通信期間が設定された後に、前記所属グループに所属する非時刻同期スレーブ装置に前記非同期通信期間を設定する請求項６に記載の時刻同期スレーブ装置。
  8. 　マスタ装置と、前記マスタ装置と通信する前記マスタ装置と時刻同期していない非時刻同期スレーブ装置とが含まれる通信システムに含まれる、前記マスタ装置と通信する前記マスタ装置と時刻同期しているコンピュータである時刻同期スレーブ装置が、
    　前記マスタ装置と前記時刻同期スレーブ装置とが通信を行う複数の期間である複数の同期通信期間の合間に、前記マスタ装置と前記非時刻同期スレーブ装置とが通信を行う期間である非同期通信期間を設定し、
    　前記非同期通信期間が到来した際に、前記非時刻同期スレーブ装置に前記マスタ装置と通信するよう指示する通信制御方法。
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