WO2018061116A1 - 通信装置、通信制御方法および通信システム - Google Patents

通信装置、通信制御方法および通信システム Download PDF

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WO2018061116A1
WO2018061116A1 PCT/JP2016/078674 JP2016078674W WO2018061116A1 WO 2018061116 A1 WO2018061116 A1 WO 2018061116A1 JP 2016078674 W JP2016078674 W JP 2016078674W WO 2018061116 A1 WO2018061116 A1 WO 2018061116A1
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WO
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communication
time slot
line
slave device
information
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/078674
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
善文 堀田
竜真 松下
礼子 井上
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2016/078674 priority Critical patent/WO2018061116A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/22—Time-division multiplex systems in which the sources have different rates or codes

Definitions

  • the present invention relates to a communication device, a communication control method, and a communication system that transmit and receive data that requires low-delay transmission.
  • FIG. 1 An example of a conventional real-time transmission system that transmits real-time data, which is data that requires low-delay transmission, is shown.
  • devices connected to a network perform time synchronization, each device transmits real-time data in a first range defined by time, and a second range that does not overlap with the first range.
  • the transmission of real-time data which is data that requires low-delay transmission, collides with the transmission of non-real-time data that does not require low-delay transmission, resulting in a delay in real-time data transmission.
  • Patent Document 1 For example, Patent Document 1,
  • the method to be applied is applied to a network configuration in which there is a device connected to a low-speed line having a speed n [b / s] branched from a high-speed line having a communication speed m [b / s] via a repeater. think about.
  • the allocation amount of time slots for the devices connected to the low speed line, that is, the first range and the second range assigned to the devices connected to the low speed line are the numbers of the devices connected to the high speed line. m / n times.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a communication device capable of preventing an increase in transmission delay time in a real-time transmission system in which sections having different line speeds exist.
  • the present invention is a communication device constituting a communication network, information on connection relations between other communication devices constituting the communication network, and other communication devices. And a configuration information collecting unit that collects information on the communication line to which is connected from each of the other communication devices. Further, the communication device assigns a time slot to each of the other communication devices based on the connection relation information and the communication line information, transmits the assignment result to each of the other communication devices, and uses the time slot indicated by the assignment result. Direct communication.
  • the communication device has an effect that it is possible to prevent an increase in transmission delay time in a real-time transmission system in which sections having different line speeds exist.
  • the figure which shows the structural example of the main apparatus concerning embodiment of this invention The figure which shows the structural example of the subordinate apparatus concerning embodiment of this invention Flow chart showing time slot allocation operation executed by main unit Diagram showing an example of time slot allocation method Diagram for explaining time slot allocation method Flowchart showing an example of time slot allocation operation by the time slot allocation unit Diagram showing the relationship between time slots on high-speed lines and time slots on low-speed lines
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the communication system 1 shown in FIG. 1 includes a master device 10 that is a communication device according to the present invention and slave devices 11 to 13, 31, and 32 that are communication devices that transmit and receive frames in a time slot assigned by the master device 10. And the relay device 20 that transfers the received frame to the route according to the destination.
  • the slave device 11 is called slave device # 1
  • the slave device 31 is called slave device # 2
  • the slave device 32 is called slave device # 3
  • the slave device 12 is called slave device # 4.
  • the slave device 13 may be referred to as slave device # 5.
  • the slave devices 11 to 13, 31 and 32 transmit a frame storing real-time data and a frame storing non-real-time data in a time slot allocated in advance from the main device 10.
  • communication for transmitting and receiving a frame storing real-time data that is data that requires low-delay transmission is called real-time communication, and non-real-time data that is data that does not require low-delay transmission is stored.
  • Communication that transmits and receives frames may be referred to as non-real-time communication.
  • the relay device 20 has a function of converting the line speed as necessary and a function of transferring information to a port associated with a destination address of input information (frame). Since the relay device 20 is a general layer 2 switch or the like, description thereof will be omitted for details.
  • a slave device 11 is connected to the master device 10 via a line 110.
  • the master device 10 transmits / receives a frame to / from the slave device 11, and transmits / receives a frame to / from the slave devices 12, 13, 31 and 32 via the slave device 11.
  • the master device 10 assigns a time slot to each of the slave devices 11 to 13, 31 and 32, and controls each slave device to transmit a frame in the assigned time slot.
  • the master device 10 is connected to the slave device 11 via a line 110 and the relay device 20 is connected via a line 111.
  • the slave device 11 receives a frame addressed to itself from the master device 10 or the relay device 20, the slave device 11 processes the frame.
  • the slave device 11 receives a frame addressed to another slave device from the master device 10
  • the slave device 11 transfers the frame to the relay device 20.
  • the slave device 11 receives a frame addressed to the master device 10 from the relay device 20
  • the slave device 11 transfers the frame to the master device 10.
  • the slave device 11 also executes a process of generating a frame addressed to the master device 10 and transmitting it to the master device 10 and a process of generating a frame addressed to another slave device and transmitting it to the relay device 20.
  • the processing executed by the slave device 11 when a frame addressed to the device itself is received for example, when a frame storing data instructing the change of the internal setting of the slave device 11 is received, according to the content of the received data.
  • the slave device 11 corresponds to a process of changing the internal setting.
  • another device (not shown) is connected to the slave device 11 and the slave device 11 receives a frame storing control data for controlling the other device
  • the received control data is This corresponds to the process of transferring to another device.
  • Examples of other devices include industrial robots, sensors, and display devices that are devices that realize factory automation.
  • the slave device 11 generates a frame addressed to the master device 10 and transmits the frame to the master device 10.
  • information indicating the setting state and the operation state of the own device is stored in the frame addressed to the master device 10 and transmitted.
  • the slave device 11 is connected to the relay device 20 via the line 111, the slave device 12 is connected via the line 112, the slave device 31 is connected via the line 211, and the slave device 32 via the line 212. Is connected.
  • the relay device 20 receives a frame from the slave device 11, 12, 31, or 32, the relay device 20 transfers the frame to some or all of the slave devices other than the slave device that receives the frame, depending on the destination. .
  • the relay device 20 transfers the frame to some or all of the slave devices 12, 31, and 32.
  • the slave device 12 is connected to the relay device 20 via the line 112 and to the slave device 13 via the line 113.
  • the slave device 12 processes the frame.
  • the slave device 12 receives a frame addressed to another slave device, that is, the slave device 13, the slave device 12 transfers the frame.
  • the slave device 12 receives a frame not addressed to the slave device 13 from the slave device 13, the slave device 12 transfers the frame to the relay device 20.
  • the slave device 12 also executes a process of generating a frame addressed to the master device 10 or a frame addressed to another slave device and transmitting it to the relay device 20.
  • the process executed by the slave apparatus 12 when receiving a frame addressed to the own apparatus corresponds to the same process as the process executed when the slave apparatus 11 receives a frame addressed to the own apparatus.
  • the slave device 12 As a process in which the slave device 12 generates a frame addressed to the master device 10 or a frame addressed to another slave device and transmits it to the relay device 20, the slave device 11 described above generates and transmits a frame addressed to the master device 10. The same processing as the processing is applicable.
  • the slave device 12 is connected to the slave device 13 via the line 113.
  • the slave device 13 receives a frame addressed to the slave device 12 from the slave device 12, the slave device 13 processes the frame.
  • the slave device 13 generates a frame addressed to the master device 10 or a frame addressed to another slave device and transmits it to the slave device 12.
  • the process executed by the slave apparatus 13 when a frame addressed to the own apparatus is received corresponds to the same process as the process executed when the slave apparatus 11 receives a frame addressed to the own apparatus.
  • the slave device 11 described above generates and transmits a frame addressed to the master device 10. The same processing as the processing is applicable.
  • the relay device 20 is connected to the slave device 31 via the line 211.
  • the slave device 31 receives a frame addressed to itself from the relay device 20, the slave device 31 processes the frame. Further, the slave device 31 generates a frame addressed to the master device 10 or a frame addressed to another slave device and transmits the frame to the relay device 20.
  • the process executed by the slave apparatus 31 when a frame addressed to the own apparatus is received corresponds to the same process as the process executed when the slave apparatus 11 receives a frame addressed to the own apparatus.
  • the slave device 11 described above generates and transmits a frame addressed to the master device 10. The same processing as the processing is applicable.
  • the relay device 20 is connected to the slave device 32 via the line 212.
  • the slave device 32 processes this. Further, the slave device 32 generates a frame addressed to the master device 10 or a frame addressed to another slave device and transmits it to the relay device 20.
  • the process executed by the slave apparatus 32 when a frame addressed to the own apparatus is received corresponds to the same process as that executed when the slave apparatus 11 receives a frame addressed to the own apparatus.
  • the slave device 11 described above generates and transmits a frame addressed to the master device 10. The same processing as the processing is applicable.
  • the lines 110 to 113 have a line speed of 1 Gb / s capable of full duplex communication, and the lines 211 and 212 have a line speed of 100 Mb / s capable of full duplex communication.
  • Use a communication line That is, the lines 110 to 113 are first communication lines having a first line speed, and the lines 211 and 212 are second communication lines having a second line speed.
  • the lines 110 to 113 are sometimes referred to as high-speed lines, and the lines 211 and 212 are sometimes referred to as low-speed lines.
  • the configuration of the communication system 1 is not limited to that shown in FIG.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a main apparatus which is a communication apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the main device 10 includes a network setting unit 40 that assigns time slots to the slave devices 11 to 13, 31, and 32, a communication interface 41, and a transmission unit 42 that generates a frame and transmits it to the network via the communication interface 41.
  • a receiving unit 43 that receives a frame from the network via the communication interface 41.
  • the network setting unit 40 includes a configuration information collection unit 44, a time slot allocation unit 45, a configuration management unit 46, a parameter management unit 47, and a setting interface 48.
  • the configuration information collection unit 44 is connected from each of the slave devices constituting the communication system 1 with information on connection relations with other slave devices, the master device 10 and other devices that are the relay devices 20.
  • Information on the communication line that is, information on the line speed of the communication line between adjacent devices is collected.
  • the adjacent device is a device that is adjacent on the communication network including the main device 10, the slave devices 11 to 13, 31, 32, and the relay device 20.
  • the adjacent devices of the slave device 11 are the master device 10 and the relay device 20, and the adjacent device of the slave device 13 is the slave device 12.
  • the time slot allocation unit 45 allocates a time slot to each slave device based on information collected by the configuration information collection unit 44 and managed by the configuration management unit 46 and information managed by the parameter management unit 47. .
  • the configuration management unit 46 receives the information collected by the configuration information collection unit 44 and manages the received information as network configuration information.
  • the network configuration information includes a correspondence relationship between the topology of the communication network formed by the master device 10, the slave devices 11 to 13, 31, 32, and the relay device 20, and the line speed of the communication line used by each slave device. It is information which shows.
  • the configuration management unit 46 determines the topology of the communication network formed by the master device 10, the slave devices 11 to 13, 31, 32, and the relay device 20, and each slave device. It is also possible to newly generate information indicating the correspondence relationship with the line speed of the communication line used by the network and manage the generated information as network configuration information.
  • the parameter management unit 47 manages communication parameters of a communication network formed by the main device 10, the slave devices 11 to 13, 31, 32, and the relay device 20.
  • the communication parameter corresponds to, for example, a cycle time that is a period for assigning a time slot to each slave device.
  • the cycle time is information used when the time slot allocation unit 45 determines a time slot to be allocated to each slave device.
  • the setting interface 48 is a command line interface for setting communication parameters of the communication network to the parameter management unit 47 from the outside.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the slave device according to the embodiment of the present invention.
  • the configurations of the slave devices 11 to 13, 31 and 32 are the same.
  • the same reference numerals as those in FIG. 2 are assigned to components common to the main apparatus 10 shown in FIG. 2.
  • a description of components common to the main apparatus 10 shown in FIG. 2 is omitted.
  • the slave devices 11 to 13, 31 and 32 are configured to include a time slot information acquisition unit 49 and an information management unit 50 instead of the network setting unit 40 included in the main device 10 shown in FIG. is there.
  • the time slot information acquisition unit 49 acquires information on time slots assigned to each slave device by the master device 10.
  • the information management unit 50 includes information on the time slot acquired by the time slot information acquisition unit 49 and information on other devices adjacent to the own device on the network, that is, other devices capable of direct communication via the communication line. Information of the slave device, the relay device 20 and the master device 10 and information on the line speed of the line used for communication with other devices adjacent to the own device on the network. Of the information managed by the information management unit 50, information on other devices adjacent to the own device on the network can be acquired from the outside via a setting interface (not shown). Alternatively, the information management unit 50 may acquire the information from another device on the network via the communication interface 41.
  • the transmission unit 42 generates a frame addressed to the master device 10 or another slave device in accordance with an instruction from an application unit (not shown) and the like, and transmits the frame at a timing based on the information on the time slot managed by the information management unit 50. Send.
  • the transmission unit 42 transfers the received frame, that is, transmits the frame via the communication interface 41.
  • the receiving unit 43 receives the frame and analyzes the received frame.
  • the receiving unit 43 performs processing according to the analysis result. For example, when receiving a frame addressed to another device, the reception unit 43 outputs the received frame to the transmission unit 42. In addition, when receiving a frame in which time slot information is stored, the receiving unit 43 outputs the frame to the time slot information acquiring unit 49.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a time slot allocation operation performed by the main apparatus 10.
  • the main device 10 collects network configuration information. That is, the main device 10 collects information on the neighboring device and information on the line speed of the communication line between the neighboring devices from each of the slave devices 11 to 13, 31 and 32, and uses the collected information as a network configuration. Information is held in the configuration management unit 44 (step S1).
  • the master device 10 communicates with each of the slave devices 11 to 13, 31 and 32 using an arbitrary protocol, and collects information on adjacent devices and information on the line speed.
  • the information that the master device 10 collects from each slave device is the above-mentioned “information on other devices adjacent to the device on the network” managed by the information management unit 50 of each slave device.
  • the master device 10 determines the correspondence between the topology of the communication network and the line speed of the communication line used by each slave device based on the information on the adjacent devices and the line speed information collected from each slave device.
  • the information shown may be newly generated and held in the configuration management unit 44 as network configuration information.
  • the master device 10 assigns time slots to the slave devices 11 to 13, 31 and 32 based on the network configuration information managed by the configuration management unit 46 (step S2). That is, the time slot allocating unit 45 allocates a time slot to each slave device, notifies each slave device of the time slot assignment result, and communicates with each slave device using the assigned time slot. Instruct.
  • the time slot allocation operation by the time slot allocation unit 45 includes a calculation operation of a time slot length which is the length of the time slot allocated to each slave device and an operation of determining the order of the time slots allocated to each slave device.
  • the operation for determining the order of the time slots is an operation for determining in what order the time slots are arranged in the period indicated by the cycle time, that is, the period.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a time slot allocation method.
  • FIG. 5 shows the relationship between the time slots on the high speed line and the time slots on the low speed line. Note that the time slots on the low speed line shown in FIG. 5 are time slots used for frame transmission from the low speed line side to the high speed line side.
  • the time slot allocation unit 45 allocates time slots on the low speed line to the slave apparatuses 31 and 32 which are slave apparatuses on the low speed line, and permits transmission of real time data within the allocated time slot.
  • TS # 0 to TS # 5 indicate time slots on the high-speed line per cycle indicated by the cycle time.
  • ts # 2 and ts # 3 indicate time slots on the low-speed line per cycle indicated by the cycle time.
  • the communication speed of the high-speed line is m [b / s]
  • the communication speed of the low-speed line is n [b / s].
  • TS # 0 is a time slot for non-real-time communication.
  • the master device 10 and each slave device perform non-real-time communication.
  • slave device #x it is assumed that slave device #x performs real-time communication with other devices. Specifically, in TS # 1, the slave device 11 which is the slave device # 1 generates and transmits a frame in which the real-time data is stored, and the frame in which the real-time data is stored other than the slave device # 1. It is possible for the device to generate and transmit to the slave device 11.
  • TS # 1 real-time data is stored and the frame of the slave device # 1 (slave device 11) as the transmission source and the frame of real-time data stored and the destination as the slave device # 1 are transmitted.
  • TS # 2 real-time data is stored and the frame of the slave device # 2 (slave device 31) as the transmission source and the frame of real-time data stored and the destination is the slave device # 2 are transmitted.
  • TS # 3 real-time data is stored and a frame whose transmission source is slave device # 3 (slave device 32) and a frame whose real-time data is stored and whose destination is slave device # 3 are transmitted.
  • TS # 4 real-time data is stored, and a frame whose transmission source is slave device # 4 (slave device 12) and a frame whose real-time data is stored and whose destination is slave device # 4 are transmitted.
  • TS # 5 real-time data is stored, and a frame whose transmission source is slave device # 5 (slave device 13) and a frame whose real-time data is stored and whose destination is slave device # 5 are transmitted.
  • TS # 1 to TS5 may be further divided into time slots in which each slave device transmits information.
  • ts # 2 real-time data is stored and the frame of the slave device # 2 (slave device 31) is transmitted.
  • ts # 3 real-time data is stored, and a frame whose transmission source is the slave device # 3 (slave device 32) is transmitted.
  • the time slot allocation unit 45 When calculating the time slot length of the time slot allocated to each slave device, the time slot allocation unit 45 first calculates the time slot length of the time slot on the high-speed line allocated to each slave device. That is, the time slot allocation unit 45 calculates the time slot length of TS # 0 to TS # 5 shown in FIG. When the time slot allocation unit 45 calculates the time slot length of TS # 1 to TS # 5 for real time data transmission, the time slot allocation unit 45 may calculate the length according to the data amount of the real time data transmitted by each slave device. Alternatively, the time slot length according to the line speed of the communication line to which each slave device is connected may be used. Further, the time slot allocation unit 45 calculates the time slot length of TS # 0 for non-real time data transmission based on the time slot lengths of TS # 1 to # 5.
  • the time slot allocation unit 45 calculates the time slot lengths of the time slots ts # 2 and # 3 on the low-speed line.
  • the time slot allocation unit 45 calculates sl 2 and sl 3 according to the following equation (1).
  • i indicates the identification number of the slave device on the low-speed line
  • i 2 for slave device # 2
  • i 3 for slave device # 3.
  • the time slot allocation unit 45 determines the start times st 2 and st 3 of the time slots ts # 2 and # 3 on the low speed line according to the following equation (2).
  • ST i is the start time of the time slot ST # i on the high-speed line.
  • the time slot allocation unit 45 matches the end time of the time slot on the low speed line allocated to the slave device on the low speed line with the start time of the time slot on the high speed line.
  • the start time of the time slot on the low-speed line is determined. That is, the time slot allocation unit 45 determines the time slot end time and the high speed on the low speed line based on the start time and length of the time slot on the high speed line, the communication speed of the high speed line, and the communication speed of the low speed line.
  • the start time of the time slot on the low speed line is determined so that the start times of the time slots on the line match.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a time slot allocation method.
  • FIG. 6 shows the relationship between the time slots on the high speed line and the time slots on the low speed line as in FIG.
  • the time slot on the low speed line shown in FIG. 6 is a time slot used for frame transmission from the high speed line side to the low speed line side.
  • TS # 0 to TS # 5 indicate time slots on the high-speed line per cycle indicated by the cycle time.
  • ts # 2 'and ts # 3' indicate time slots on the low-speed line per cycle indicated by the cycle time.
  • the communication speed of the high-speed line is m [b / s]
  • the communication speed of the low-speed line is n [b / s].
  • ts # 2 ' a frame in which real-time data is stored and the destination is slave device # 2 (slave device 31) is transmitted.
  • ts # 3 ' real-time data is stored and a frame whose destination is the slave device # 3 (slave device 32) is transmitted.
  • the time slot allocation unit 45 next determines the order of the time slots allocated to each slave device.
  • the transmission time on the low-speed line is longer than the transmission time on the high-speed line. That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the time slot on the low speed line is longer than the time slot on the high speed line. Therefore, when a plurality of slave devices on the high-speed line transmit a frame to a slave device on the low-speed line, there is a possibility that a delay occurs due to a frame collision in the relay device 20, that is, a frame relay processing collision.
  • slave device # 1 transmits a frame addressed to slave device # 2 in time slot A
  • slave device # 4 is slaved in time slot B.
  • the relay device 20 relays the frame addressed to the slave device # 2 from the slave device # 4 before the transfer of the frame addressed to the slave device # 2 transmitted by the slave device # 1 is completed. There may be a delay in the transmission of frames that arrive at the device 20 and arrive later.
  • the time slot allocating unit 45 determines the order of the time slots on the high-speed line to be assigned to each slave device in consideration that the frames addressed to the same slave device on the low-speed line do not collide in the relay device 20. Specifically, the time slot allocation unit 45 newly adds a frame addressed to the same slave device on the low speed line to the relay device 20 while the frame addressed to the slave device on the low speed line stays in the relay device 20. The time slot order on the high-speed line is determined so as not to arrive. This operation will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing an example of a time slot allocation operation by the time slot allocation unit 45.
  • the time slot allocation unit 45 first calculates the time slot length of the time slot allocated to each slave device (step S11). In step S11, the time slot length is calculated according to the above-described “operation for calculating the time slot length of the time slot assigned to each slave device”.
  • the time slot allocating unit 45 checks whether or not there is a slave device connected to the low speed line (step S12).
  • the time slot allocating unit 45 has a slave device connected to the low-speed line based on the network configuration information managed by the configuration managing unit 46 and the communication parameters managed by the parameter managing unit 47. Check whether or not.
  • the time slot allocating unit 45 determines an arrangement of each time slot to be assigned to each slave device by an arbitrary method (step S20), and performs processing. finish.
  • step S20 the time slot allocating unit 45 determines the order in which the time slots are arranged in accordance with the arrangement order of the slave devices on the network, for example. The time slot order may be determined according to the order of identification numbers of the slave devices.
  • the time slot allocation unit 45 selects one of the slave devices connected to the low speed line and does not communicate with the selected slave device. It is confirmed whether there is a slave device on the high-speed line (step S13). When there is a slave device #j that does not communicate with the selected slave device (j is an index assigned to each slave device in the set of slave devices on the high-speed line that does not communicate with the selected slave device) (step S13: Yes), time The slot allocation unit 45 determines the arrangement of TS # j (step S14).
  • step S14 the time slot allocating unit 45 determines to arrange TS # j behind the time slot TS # i on the high-speed line used by the slave device selected above, as shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the time slots on the high speed line and the time slots on the low speed line.
  • the time slot allocation unit 45 determines whether or not the frame transfer time to the low speed line has been secured, that is, the time slot length sl i on the low speed line and SL i + SL derived using the above equation (1). Compared with j , it is confirmed whether or not the following expression (3) is satisfied (step S15).
  • step S15 the time slot allocating unit 45 returns to step S13, and the slave device on the high speed line that does not communicate with the selected slave device (slave device on the low speed line).
  • the slave device on the high speed line that does not communicate with the selected slave device (slave device on the low speed line).
  • a new slave device is set as a target so that the condition shown in the equation (3) is satisfied or the high-speed communication with the selected slave device is not performed. Steps S13 and S14 are repeated until there is no slave device on the line.
  • step S15 the time slot allocating unit 45 checks whether or not there is a slave device on the low-speed line that has not executed the processes of steps S13 to S15. (Step S17). If there is a slave device on the low-speed line that has not been processed (step S17: Yes), the time slot allocating unit 45 returns to step S13, and on the low-speed line that has not executed the processing of steps S13 to S15. The slave device is selected and the processes in steps S13 to S15 are repeated.
  • step S17 the time slot allocation unit 45 checks whether there are any remaining time slots that have not been determined. (Step S18). If there are remaining time slots whose arrangement has not been determined (step S18: Yes), the time slot allocating unit 45 determines the arrangement of the remaining time slots (step S19) and ends the process. In step S19, for example, the time slot allocating unit 45 arranges time slots whose arrangement is not determined in an arbitrary order after the time slots whose arrangement has been determined. The order may be determined in the order of the identification numbers of the slave devices, but may be determined by other methods.
  • step S18 No
  • the time slot allocation unit 45 ends the process.
  • step S13 when there is no slave device on the high-speed line that does not communicate with the slave device selected in step S13 (step S13: No), the time slot allocation unit 45 selects the following equation (4).
  • the time slot length SL i of the time slot on the high-speed line assigned to the slave device is extended (step S16), and the process proceeds to step S13.
  • the time slot allocating unit 45 executes the processes shown in steps S11 to S20 to determine the time slot length and arrangement of the time slot allocated to each slave device.
  • the master device 10 When the assignment of the time slot to each slave device by the time slot assigning unit 45 is completed, the master device 10 notifies the slave device of the result of the time slot assignment. That is, the transmission unit 42 of the main device 10 acquires time slot allocation result information from the time slot allocation unit 45, generates a frame including the acquired information, and transmits the frame to each slave device. The slot assignment result is notified to each slave device and the communication in the assigned time slot is instructed.
  • the main apparatus 10 sets the time slot on the low-speed line separately from the time slot on the high-speed line, and the communication configured by the main apparatus 10 and the slave apparatus. Based on the network configuration and the line speed of the high-speed line and low-speed line, each slave device prevents information transmitted in the time slot on the low-speed line and information transmitted in the time slot on the high-speed line from competing. Assign a time slot to Thereby, it is possible to prevent an increase in the transmission delay time of real-time data in a real-time transmission system in which devices connected via lines having different speeds via the relay device exist. Moreover, the bandwidth utilization efficiency can be improved. Furthermore, the transmission cycle of real-time data can be shortened.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of hardware for realizing the main device 10.
  • the main apparatus 10 is realized by hardware of a processor 101, a memory 102, a bus 103, a setting interface 104, a time slot allocation processor 105, a communication processing processor 106, a memory 107, and a communication interface 108.
  • the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP), system LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the memories 102 and 107 are nonvolatile or volatile, such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), etc.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • the communication interface 41 of the main apparatus 10 shown in FIG. 2 corresponds to the communication interface 108 of FIG. 9, and the setting interface 48 of the main apparatus 10 corresponds to the setting interface 104 of FIG.
  • the memory 102 is a memory for storing a processing program executed by the processor 101.
  • a memory 107 is a memory for storing data other than the processing program.
  • the parameter management unit 47 of the main apparatus 10 is realized by storing data input from the setting interface 104 in the memory 107 via the processor 101 in the hardware illustrated in FIG. 9.
  • the configuration information collection unit 44 of the main apparatus 10 is realized by the processor 101, the communication processing processor 106, and the communication interface 108 in the hardware shown in FIG.
  • the communication processing processor 106 executing a specified process in accordance with an instruction from the processor 101 to collect necessary information and analyzing the collected processor 101.
  • the processor 101 instructs the communication processing processor 106 to generate a command frame for collecting network configuration information.
  • the communication processing processor 106 Upon receiving this instruction, the communication processing processor 106 generates the designated frame. Then, the data is transmitted to each slave device via the communication interface 108.
  • the communication processor 106 receives a response from each slave device via the communication interface 108, extracts information stored in the received frame as a response, and outputs the information to the processor 101.
  • the configuration management unit 46 of the main apparatus 10 in which the configuration information collection unit 44 is realized is realized by the memory 107.
  • the time slot allocation unit 45 of the main apparatus 10 is realized by the time slot allocation processor 105 executing each process shown in FIG. 7 while reading out necessary information from the memory 107.
  • the transmission unit 42 and the reception unit 43 of the main apparatus 10 are realized by the communication processor 106.
  • the slave device shown in FIG. 3 can also be realized by the same hardware as the master device 10. That is, the slot information acquisition unit 49 can be realized by the processor 101 executing a processing program stored in the memory 102.
  • the information management unit 50 can be realized by acquiring information managed by the processor 101 executing a processing program stored in the memory 102 and holding the acquired information in the memory 107.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

本発明は、通信ネットワークを構成する通信装置としての主装置（１０）であって、通信ネットワークを構成している他の通信装置同士の接続関係の情報と他の通信装置が接続されている通信回線の情報とを他の通信装置の各々から収集する構成情報収集部（４４）と、接続関係の情報および通信回線の情報に基づいて他の通信装置の各々にタイムスロットを割り当てるタイムスロット割当部（４５）と、タイムスロット割当部による割り当て結果を他の通信装置の各々へ送信し、割り当て結果が示すタイムスロットでの通信を指示する送信部（４２）と、を備える。

Description

通信装置、通信制御方法および通信システム
　本発明は、低遅延伝送が要求されるデータを送受信する通信装置、通信制御方法および通信システムに関する。
　低遅延伝送が要求されるデータであるリアルタイムデータを伝送する従来のリアルタイム伝送システムの一例を示す。従来のリアルタイム伝送システムでは、ネットワークに接続された機器が時刻同期を行い、各機器は、時間で定義された第１の範囲でリアルタイムデータを伝送し、第１の範囲と重複しない第２の範囲で非リアルタイムデータを伝送することにより、低遅延伝送が要求されるデータであるリアルタイムデータの伝送と低遅延伝送が要求されない非リアルタイムデータの伝送とが衝突してリアルタイムデータの伝送に遅延が生じるのを防止している（例えば、特許文献１）。
特許第３８５４５７８号公報
　従来のリアルタイム伝送システムでは、機器を接続する回線速度は同じであることが前提であった。そのため、以下のような課題が存在する。
　特許文献１に記載の従来のリアルタイム伝送システムで使用されている方式、具体的には、リアルタイムデータを伝送する第１の範囲と非リアルタイムデータを伝送する第２の範囲とに分けてデータ伝送を行う方式を、通信速度ｍ［ｂ／ｓ］の高速回線から中継器を介して分岐された速度ｎ［ｂ／ｓ］の低速回線に接続される機器が存在するようなネットワーク構成に適用する場合について考える。このようなケースでは、低速回線に接続された機器に対するタイムスロットの割り当て量、すなわち、低速回線に接続された機器に割り当てる第１の範囲および第２の範囲は、高速回線に接続される機器のｍ／ｎ倍となる。低速回線に接続された機器が通信している間、高速回線上の機器は通信ができないため、特許文献１に記載の方式を適用した場合にはリアルタイムデータを送信する際の遅延が大きくなるという問題がある。また、低速回線に接続された機器から低速回線に出力されたデータは、高速回線上では、低速回線上と比較してｍ／ｎ倍の速度で転送される。そのため、低速回線に割り当てられたタイムスロットは、高速回線上ではほとんどがデータを通信しない時間帯となり、高速回線上の帯域利用効率が低下する問題もある。また、低速回線に接続された機器には、高速回線に接続された機器に比べて、ｍ／ｎ倍のタイムスロットを割り当てる必要があるため、これらのタイムスロットの長さが原因となり、各機器の通信が一巡する通信サイクルが長くなるという問題もある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回線速度が異なる区間が存在するリアルタイム伝送システムにおいて、伝送遅延時間が増大するのを防止可能な通信装置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、通信ネットワークを構成する通信装置であり、通信ネットワークを構成している他の通信装置同士の接続関係の情報と他の通信装置が接続されている通信回線の情報とを他の通信装置の各々から収集する構成情報収集部を備える。また、通信装置は、接続関係の情報および通信回線の情報に基づいて他の通信装置の各々にタイムスロットを割り当て、割り当て結果を他の通信装置の各々へ送信し、割り当て結果が示すタイムスロットでの通信を指示する。
　本発明にかかる通信装置は、回線速度が異なる区間が存在するリアルタイム伝送システムにおいて、伝送遅延時間が増大するのを防止することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態にかかる通信システムの構成例を示す図 本発明の実施の形態にかかる主装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態にかかる従装置の構成例を示す図 主装置が実行するタイムスロット割り当て動作を示すフローチャート タイムスロットの割り当て方法の一例を示す図 タイムスロットの割り当て方法を説明するための図 タイムスロット割当部によるタイムスロット割り当て動作の一例を示すフローチャート 高速回線上のタイムスロットと低速回線上のタイムスロットとの関係を示す図 主装置を実現するハードウェアの構成例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる通信装置、通信制御方法および通信システム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．
　図１は、本発明の実施の形態にかかる通信システムの構成例を示す図である。図１に示した通信システム１は、本発明にかかる通信装置である主装置１０と、主装置１０により割り当てられたタイムスロットにおいてフレームを送受信する通信装置である従装置１１～１３、３１および３２と、受信したフレームをその宛先に応じた経路へ転送する中継装置２０と、を含んで構成されている。なお、以下の説明において、従装置１１を従装置＃１と称し、従装置３１を従装置＃２と称し、従装置３２を従装置＃３と称し、従装置１２を従装置＃４と称し、従装置１３を従装置＃５と称する場合がある。
　従装置１１～１３，３１および３２は、主装置１０から事前に割り当てられたタイムスロットにおいて、リアルタイムデータが格納されたフレームおよび非リアルタイムデータが格納されたフレームを送信する。以下の説明において、低遅延伝送が要求されるデータであるリアルタイムデータが格納されたフレームの送信および受信を行う通信をリアルタイム通信と称し、低遅延伝送が要求されないデータである非リアルタイムデータが格納されたフレームの送信および受信を行う通信を非リアルタイム通信と称する場合がある。
　中継装置２０は、回線速度を必要に応じて変換する機能と入力された情報（フレーム）の宛先アドレスに関連づけられたポートに情報を転送する機能とを有する。中継装置２０は一般的なレイヤ２スイッチなどであるため、詳細については説明を省略する。
　図１に示したように、主装置１０には回線１１０を介して従装置１１が接続されている。主装置１０は、従装置１１との間でフレームを送受信するとともに、従装置１１を介して従装置１２、１３、３１および３２との間でフレームを送受信する。また、主装置１０は、従装置１１～１３、３１および３２の各々に対してタイムスロットを割り当て、各従装置が割り当てられたタイムスロットでフレームを送信するよう制御する。
　従装置１１には、回線１１０を介して主装置１０が接続されるとともに、回線１１１を介して中継装置２０が接続されている。従装置１１は、主装置１０または中継装置２０から自装置宛のフレームを受信するとこれを処理し、主装置１０から他の従装置宛のフレームを受信すると中継装置２０へ転送する。また、従装置１１は、中継装置２０から主装置１０宛のフレームを受信すると主装置１０へ転送する。また、従装置１１は、主装置１０宛のフレームを生成して主装置１０へ送信する処理および他の従装置宛のフレームを生成して中継装置２０へ送信する処理も実行する。自装置宛のフレームを受信した場合に従装置１１が実行する処理は、例えば、従装置１１の内部設定の変更を指示するデータが格納されたフレームを受信した場合に、受信したデータの内容に従って従装置１１が内部設定を変更する処理が該当する。また、図示を省略した他の機器が従装置１１に接続されており、この他の機器を制御するための制御データが格納されたフレームを従装置１１が受信した場合に、受信した制御データを他の機器へ転送する処理が該当する。他の機器としては、例えば、ファクトリーオートメーションを実現する機器である産業用ロボット、センサおよび表示装置などが該当する。従装置１１が主装置１０宛のフレームを生成して主装置１０へ送信する処理としては、例えば、自装置の設定状態および動作状態などを示す情報を主装置１０宛のフレームに格納して送信する処理、図示を省略した他の機器から受け取ったデータを主装置１０宛のフレームに格納して送信する処理、などが該当する。
　中継装置２０には、回線１１１を介して従装置１１が接続され、回線１１２を介して従装置１２が接続され、回線２１１を介して従装置３１が接続され、回線２１２を介して従装置３２が接続されている。中継装置２０は、従装置１１、１２、３１または３２からフレームを受信すると、その宛先に応じて、フレームの受信元の従装置を除いた他の従装置の一部または全てにフレームを転送する。例えば、中継装置２０は、従装置１１からフレームを受信すると、従装置１２、３１および３２の一部または全てにフレームを転送する。
　従装置１２には、回線１１２を介して中継装置２０が接続されるとともに、回線１１３を介して従装置１３が接続されている。従装置１２は、中継装置２０から自装置宛のフレームを受信するとこれを処理し、中継装置２０から他の従装置宛すなわち従装置１３宛のフレームを受信すると従装置１３へ転送する。また、従装置１２は、従装置１３から自装置宛ではないフレームを受信すると中継装置２０へ転送する。また、従装置１２は、主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して中継装置２０へ送信する処理も実行する。自装置宛のフレームを受信した場合に従装置１２が実行する処理としては、上述した従装置１１が自装置宛のフレームを受信した場合に実行する処理と同様の処理が該当する。従装置１２が主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して中継装置２０へ送信する処理としては、上述した従装置１１が主装置１０宛のフレームを生成して送信する処理と同様の処理が該当する。
　従装置１３には、回線１１３を介して従装置１２が接続されている。従装置１３は、従装置１２から自装置宛のフレームを受信するとこれを処理する。また、従装置１３は、主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して従装置１２へ送信する。自装置宛のフレームを受信した場合に従装置１３が実行する処理としては、上述した従装置１１が自装置宛のフレームを受信した場合に実行する処理と同様の処理が該当する。従装置１３が主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して従装置１２へ送信する処理としては、上述した従装置１１が主装置１０宛のフレームを生成して送信する処理と同様の処理が該当する。
　従装置３１には、回線２１１を介して中継装置２０が接続されている。従装置３１は、中継装置２０から自装置宛のフレームを受信するとこれを処理する。また、従装置３１は、主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して中継装置２０へ送信する。自装置宛のフレームを受信した場合に従装置３１が実行する処理としては、上述した従装置１１が自装置宛のフレームを受信した場合に実行する処理と同様の処理が該当する。従装置３１が主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して中継装置２０へ送信する処理としては、上述した従装置１１が主装置１０宛のフレームを生成して送信する処理と同様の処理が該当する。
　従装置３２には、回線２１２を介して中継装置２０が接続されている。従装置３２は、中継装置２０から自装置宛のフレームを受信するとこれを処理する。また、従装置３２は、主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して中継装置２０へ送信する。自装置宛のフレームを受信した場合に従装置３２が実行する処理としては、上述した従装置１１が自装置宛のフレームを受信した場合に実行する処理と同様の処理が該当する。従装置３２が主装置１０宛のフレームまたは他の従装置宛のフレームを生成して中継装置２０へ送信する処理としては、上述した従装置１１が主装置１０宛のフレームを生成して送信する処理と同様の処理が該当する。
　また、通信システム１において、回線１１０～１１３は、全２重通信が可能な回線速度が１Ｇｂ／ｓの通信回線、回線２１１および２１２は、全２重通信が可能な回線速度が１００Ｍｂ／ｓの通信回線とする。すなわち、回線１１０～１１３は第１回線速度の第１通信回線であり、回線２１１および２１２は第２回線速度の第２通信回線である。以下の説明では、回線１１０～１１３を高速回線と称し、回線２１１および２１２と低速回線と称して区別する場合がある。なお、通信システム１の構成を図１に示したものに限定するものではない。
　図２は、本発明の実施の形態にかかる通信装置である主装置の構成例を示す図である。
　主装置１０は、従装置１１～１３、３１および３２に対してタイムスロットを割り当てるネットワーク設定部４０と、通信インタフェース４１と、フレームを生成して通信インタフェース４１経由でネットワークへ送信する送信部４２と、通信インタフェース４１経由でネットワークからフレームを受信する受信部４３と、を備える。
　また、ネットワーク設定部４０は、構成情報収集部４４、タイムスロット割当部４５、構成管理部４６、パラメタ管理部４７および設定インタフェース４８を備える。
　構成情報収集部４４は、通信システム１を構成している従装置の各々から、他の従装置、主装置１０および中継装置２０である他の装置との接続関係の情報と、接続されている通信回線の情報、すなわち隣接装置との間の通信回線の回線速度の情報とを収集する。隣接装置とは、主装置１０、従装置１１～１３，３１，３２および中継装置２０で構成されている通信ネットワーク上で隣接している装置である。例えば、従装置１１の隣接装置は主装置１０および中継装置２０であり、従装置１３の隣接装置は従装置１２である。
　タイムスロット割当部４５は、構成情報収集部４４が収集し、構成管理部４６で管理されている情報およびパラメタ管理部４７で管理されている情報に基づいて、従装置の各々にタイムスロットを割り当てる。
　構成管理部４６は、構成情報収集部４４が収集した情報を受け取り、受け取った情報をネットワーク構成情報として管理する。ネットワーク構成情報は、主装置１０、従装置１１～１３，３１，３２および中継装置２０が構成している通信ネットワークのトポロジーと、各従装置が使用している通信回線の回線速度との対応関係を示す情報である。構成管理部４６は、構成情報収集部４４から受け取った情報に基づいて、主装置１０、従装置１１～１３，３１，３２および中継装置２０が構成している通信ネットワークのトポロジーと、各従装置が使用している通信回線の回線速度との対応関係を示す情報を新たに生成し、生成した情報をネットワーク構成情報として管理するようにしてもよい。
　パラメタ管理部４７は、主装置１０、従装置１１～１３，３１，３２および中継装置２０が構成している通信ネットワークの通信パラメタを管理する。通信パラメタは、例えば、各従装置にタイムスロットを割り当てる周期であるサイクル時間が該当する。サイクル時間は、タイムスロット割当部４５が各従装置に割り当てるタイムスロットを決定する際に使用される情報である。
　設定インタフェース４８は、パラメタ管理部４７に対して通信ネットワークの通信パラメタを外部から設定するためのコマンドラインインタフェースなどである。
　図３は、本発明の実施の形態にかかる従装置の構成例を示す図である。なお、従装置１１～１３、３１および３２の構成は同一である。また、図３では、図２に示した主装置１０と共通の構成要素に図２と同じ符号を付している。図２に示した主装置１０と共通の構成要素については説明を省略する。
　従装置１１～１３、３１および３２は、図２に示した主装置１０が備えているネットワーク設定部４０に代えて、タイムスロット情報取得部４９および情報管理部５０を備えた構成としたものである。
　タイムスロット情報取得部４９は、主装置１０が各従装置に割り当てたタイムスロットの情報を取得する。
　情報管理部５０は、タイムスロット情報取得部４９が取得したタイムスロットの情報と、ネットワーク上で自装置と隣接している他の装置の情報、すなわち、通信回線を介して直接通信が可能な他の従装置、中継装置２０および主装置１０の情報と、ネットワーク上で自装置と隣接している他の装置との通信で使用する回線の回線速度の情報とを管理する。情報管理部５０が管理する情報のうち、ネットワーク上で自装置と隣接している他の装置の情報は、図示を省略している設定インタフェースを介して外部から情報管理部５０が取得してもよいし、通信インタフェース４１を介して情報管理部５０がネットワーク上の他の装置から取得してもよい。
　送信部４２は、図示を省略したアプリケーション部などからの指示に従い主装置１０または他の従装置宛のフレームを生成し、情報管理部５０で管理されているタイムスロットの情報に基づくタイミングでフレームを送信する。また、送信部４２は、他の装置宛のフレームが受信部４３から受け取った場合、受け取ったフレームを転送、すなわち通信インタフェース４１を介して送信する。
　受信部４３は、フレームを受信するとともに受信したフレームを解析する。受信部４３は、解析結果に応じた処理を行う。受信部４３は、例えば、他の装置宛のフレームを受信した場合には、受信したフレームを送信部４２へ出力する。また、受信部４３は、タイムスロット情報が格納されたフレームを受信した場合、タイムスロット情報取得部４９へ出力する。
　次に、主装置１０が各従装置へタイムスロットを割り当てる動作について説明する。図４は、主装置１０が実行するタイムスロット割り当て動作を示すフローチャートである。
　まず、主装置１０は、ネットワーク構成情報を収集する。すなわち、主装置１０は、従装置１１～１３、３１および３２の各々から、隣接装置の情報と、隣接装置との間の通信回線の回線速度の情報とを収集し、収集した情報をネットワーク構成情報として構成管理部４４で保持する（ステップＳ１）。主装置１０は、任意のプロトコルを使用して従装置１１～１３、３１および３２の各々と通信を行い、隣接装置の情報および回線速度の情報を収集する。主装置１０が各従装置から収集する情報は、各従装置の情報管理部５０で管理されている、上記の「ネットワーク上で自装置と隣接している他の装置の情報」である。なお、主装置１０は、各従装置から収集した隣接装置の情報および回線速度の情報に基づいて、通信ネットワークのトポロジーと、各従装置が使用している通信回線の回線速度との対応関係を示す情報を新たに生成し、ネットワーク構成情報として構成管理部４４で保持するようにしてもよい。
　次に、主装置１０は、構成管理部４６で管理しているネットワーク構成情報に基づいて、従装置１１～１３、３１および３２へタイムスロットを割り当てる（ステップＳ２）。すなわち、タイムスロット割当部４５が、各従装置にタイムスロットを割り当て、タイムスロットの割り当て結果を各従装置へ通知して、割り当てられたタイムスロットを使用して通信を行うよう、各従装置に指示する。
　次に、図１に示した構成の通信システム１において、主装置１０のタイムスロット割当部４５が従装置１１～１３、３１および３２にタイムスロットを割り当てる動作について説明する。タイムスロット割当部４５によるタイムスロットの割り当て動作は、従装置の各々に割り当てるタイムスロットの長さであるタイムスロット長の計算動作および従装置の各々に割り当てるタイムスロットの順番を決定する動作からなる。タイムスロットの順番を決定する動作とは、サイクル時間が示す周期すなわち期間にどのような順番でタイムスロットを配置するかを決定する動作である。
　まず、タイムスロット割当部４５が従装置の各々に割り当てるタイムスロットのタイムスロット長を計算する動作について、図５を参照しながら説明する。図５は、タイムスロットの割り当て方法の一例を示す図である。図５では、高速回線上のタイムスロットと低速回線上のタイムスロットとの関係を示している。なお、図５に示した低速回線上のタイムスロットは低速回線側から高速回線側へのフレーム送信で使用されるタイムスロットである。タイムスロット割当部４５は、低速回線上の従装置である従装置３１および３２に対しては、低速回線上のタイムスロットを割り当て、割り当てたタイムスロット内でのリアルタイムデータの送信を許可する。
　図５において、ＴＳ＃０～ＴＳ＃５は、サイクル時間が示す１周期あたりの高速回線上のタイムスロットを示す。ｔｓ＃２およびｔｓ＃３は、サイクル時間が示す１周期あたりの低速回線上のタイムスロットを示す。図５では、高速回線の通信速度をｍ［ｂ／ｓ］、低速回線の通信速度をｎ［ｂ／ｓ］としている。
　ＴＳ＃０は非リアルタイム通信用のタイムスロットとする。ＴＳ＃０では主装置１０および各従装置が非リアルタイム通信を行うものとする。ＴＳ＃ｘ（ｘ＝１～５）はリアルタイム通信用のタイムスロットとする。ＴＳ＃ｘでは従装置＃ｘが他の装置とリアルタイム通信を行うものとする。具体的には、ＴＳ＃１では、リアルタイムデータが格納されたフレームを従装置＃１である従装置１１が生成して送信すること、およびリアルタイムデータが格納されたフレームを従装置＃１以外の装置が生成して従装置１１宛に送信することが可能である。すなわち、ＴＳ＃１では、リアルタイムデータが格納され、かつ送信元が従装置＃１（従装置１１）のフレームと、リアルタイムデータが格納され、かつ宛先が従装置＃１のフレームとが伝送される。同様に、ＴＳ＃２では、リアルタイムデータが格納され、かつ送信元が従装置＃２（従装置３１）のフレームと、リアルタイムデータが格納され、かつ宛先が従装置＃２のフレームとが伝送される。ＴＳ＃３では、リアルタイムデータが格納され、かつ送信元が従装置＃３（従装置３２）のフレームと、リアルタイムデータが格納され、かつ宛先が従装置＃３のフレームとが伝送される。ＴＳ＃４では、リアルタイムデータが格納され、かつ送信元が従装置＃４（従装置１２）のフレームと、リアルタイムデータが格納され、かつ宛先が従装置＃４のフレームとが伝送される。ＴＳ＃５では、リアルタイムデータが格納され、かつ送信元が従装置＃５（従装置１３）のフレームと、リアルタイムデータが格納され、かつ宛先が従装置＃５のフレームとが伝送される。なお、ＴＳ＃１～＃５は、各従装置が情報を伝送するタイムスロットにさらに分割されていてもよい。
　また、ｔｓ＃２では、リアルタイムデータが格納され、かつ送信元が従装置＃２（従装置３１）のフレームが伝送される。ｔｓ＃３では、リアルタイムデータが格納され、かつ送信元が従装置＃３（従装置３２）のフレームが伝送される。
　タイムスロット割当部４５は、各従装置へ割り当てるタイムスロットのタイムスロット長を計算する場合、まず、各従装置に割り当てる高速回線上のタイムスロットのタイムスロット長を計算する。すなわち、タイムスロット割当部４５は、図５に示したＴＳ＃０～＃５のタイムスロット長を計算する。タイムスロット割当部４５は、リアルタイムデータ送信用のＴＳ＃１～＃５のタイムスロット長を計算する場合、各従装置が送信するリアルタイムデータのデータ量に応じた長さとなるように計算してもよいし、各従装置が接続されている通信回線の回線速度に応じたタイムスロット長としてもよい。また、タイムスロット割当部４５は、非リアルタイムデータ送信用のＴＳ＃０のタイムスロット長を、ＴＳ＃１～＃５のタイムスロット長に基づいて計算する。
　タイムスロット割当部４５は、次に、低速回線上のタイムスロットｔｓ＃２および＃３のタイムスロット長を計算する。タイムスロットｔｓ＃２のタイムスロット長をｓｌ2、タイムスロットｔｓ＃３のタイムスロット長をｓｌ3、タイムスロットＴＳ＃２のタイムスロット長をＳＬ2、タイムスロットＴＳ＃３のタイムスロット長をＳＬ3とした場合、タイムスロット割当部４５は、下記の式（１）に従ってｓｌ2およびｓｌ3を計算する。式（１）において、ｉは低速回線上の従装置の識別番号を示し、従装置＃２の場合はｉ＝２、従装置＃３の場合はｉ＝３である。
　　ｓｌi＝ＳＬi×ｍ／ｎ　　　…（１）
　また、タイムスロット割当部４５は、低速回線上のタイムスロットｔｓ＃２および＃３の開始時刻ｓｔ2およびｓｔ3を下記の式（２）に従って決定する。式（２）において、ＳＴiは、高速回線上のタイムスロットＳＴ＃ｉの開始時刻である。
　　ｓｔi＝ＳＴi－ＳＬi×ｍ／ｎ　　　…（２）
　図５および式（２）で示したように、タイムスロット割当部４５は、低速回線上の従装置に割り当てる低速回線上のタイムスロットの終了時刻と高速回線上のタイムスロットの開始時刻が一致するよう、低速回線上のタイムスロットの開始時刻を決定する。すなわち、タイムスロット割当部４５は、高速回線上のタイムスロットの開始時刻および長さと、高速回線の通信速度と、低速回線の通信速度とに基づいて、低速回線上のタイムスロットの終了時刻と高速回線上のタイムスロットの開始時刻が一致するよう、低速回線上のタイムスロットの開始時刻を決定する。
　つづいて、タイムスロット割当部４５が従装置の各々に割り当てるタイムスロットの順番を決定する動作について、図５および図６を参照しながら説明する。図６は、タイムスロットの割り当て方法を説明するための図である。図６では、図５と同様に、高速回線上のタイムスロットと低速回線上のタイムスロットとの関係を示している。ただし、図６に示した低速回線上のタイムスロットは高速回線側から低速回線側へのフレーム送信で使用されるタイムスロットである。
　図６において、ＴＳ＃０～ＴＳ＃５は、サイクル時間が示す１周期あたりの高速回線上のタイムスロットを示す。ｔｓ＃２’およびｔｓ＃３’は、サイクル時間が示す１周期あたりの低速回線上のタイムスロットを示す。図５と同様に、図６においても、高速回線の通信速度をｍ［ｂ／ｓ］、低速回線の通信速度をｎ［ｂ／ｓ］としている。
　ｔｓ＃２’では、リアルタイムデータが格納され、かつ宛先が従装置＃２（従装置３１）のフレームが伝送される。ｔｓ＃３’では、リアルタイムデータが格納され、かつ宛先が従装置＃３（従装置３２）のフレームが伝送される。
　タイムスロット割当部４５は、従装置の各々に割り当てるタイムスロットのタイムスロット長の計算が終了すると、次に、各従装置へ割り当てるタイムスロットの順番を決定する。
　一般的に、高速回線上の装置と低速回線上の装置との間でフレームが伝送される場合、低速回線上での伝送時間は高速回線上での伝送時間に比べて長くなる。すなわち、図５および図６に示したように、低速回線上のタイムスロットは高速回線上のタイムスロットに比べて長くなる。そのため、高速回線上の複数の従装置が低速回線上の従装置宛にフレームを送信した場合、中継装置２０においてフレームの衝突すなわちフレーム中継処理の衝突による遅延が発生する可能性がある。例えば、タイムスロットＡとタイムスロットＢが時間軸上で隣接しているとき、従装置＃１がタイムスロットＡにおいて従装置＃２宛のフレームを送信し、従装置＃４がタイムスロットＢにおいて従装置＃２宛のフレームを送信した場合、中継装置２０において従装置＃１が送信した従装置＃２宛のフレームの転送が完了する前に従装置＃２宛のフレームが従装置＃４から中継装置２０に到着し、後から到着したフレームの伝送に遅延が生じる可能性がある。
　そのため、タイムスロット割当部４５は、中継装置２０において低速回線上の同じ従装置宛のフレーム同士が衝突しないように考慮し、各従装置に割り当てる高速回線上のタイムスロットの順番を決定する。具体的には、タイムスロット割当部４５は、低速回線上の従装置宛のフレームが中継装置２０に滞留している間は、低速回線上の同じ従装置宛のフレームが新たに中継装置２０に到着しないよう、高速回線上のタイムスロット順番を決定する。この動作について、図７を参照しながら説明する。図７は、タイムスロット割当部４５によるタイムスロット割り当て動作の一例を示すフローチャートである。
　タイムスロット割当部４５は、まず、各従装置に割り当てるタイムスロットのタイムスロット長を算出する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１では、上述した「従装置の各々に割り当てるタイムスロットのタイムスロット長を計算する動作」に従ってタイムスロット長を算出する。
　タイムスロット割当部４５は、次に、低速回線に接続された従装置が存在するか否かを確認する（ステップＳ１２）。すなわち、タイムスロット割当部４５は、構成管理部４６で管理されているネットワーク構成情報、および、パラメタ管理部４７で管理されている通信パラメタに基づいて、低速回線に接続された従装置が存在するか否かを確認する。低速回線に接続された従装置が存在しない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、タイムスロット割当部４５は、各従装置に割り当てる各タイムスロットの配置を任意の方法で決定し（ステップＳ２０）、処理を終了する。ステップＳ２０において、タイムスロット割当部４５は、例えば、各従装置のネットワーク上での並び順に従い各タイムスロットを配置する順番を決定する。各従装置の識別番号順に従いタイムスロットの順番を決定してもよい。
　低速回線に接続された従装置が存在する場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、タイムスロット割当部４５は、低速回線に接続された従装置の中の１台を選択し、選択した従装置と通信しない高速回線上の従装置が存在するか否かを確認する（ステップＳ１３）。選択した従装置と通信しない従装置＃ｊ（ｊは選択した従装置と通信しない高速回線上の従装置の集合において各従装置に割り当てられるインデックス）が存在する場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、タイムスロット割当部４５は、ＴＳ＃ｊの配置を決定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、タイムスロット割当部４５は、図８に示すように、上記で選択した従装置が使用する高速回線上のタイムスロットＴＳ＃ｉの後ろにＴＳ＃ｊを配置することに決定する。図８は、高速回線上のタイムスロットと低速回線上のタイムスロットとの関係を示す図である。
　次に、タイムスロット割当部４５は、低速回線へのフレーム転送時間を確保できたか否か、すなわち、上記の式（１）を用いて導出した低速回線上のタイムスロット長ｓｌiとＳＬi＋ＳＬjとを比較し、次式（３）を満たすか否かを確認する（ステップＳ１５）。
　　ｓｌi≦ＳＬi＋ＳＬj　　…（３）
　式（３）が満たされない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、タイムスロット割当部４５は、ステップＳ１３に戻り、上記選択した従装置（低速回線上の従装置）と通信しない高速回線上の従装置のうち、従装置＃ｊを除いた従装置の集合から、新たに１台の従装置を対象として、式（３）で示した条件を満たすようになるか、上記選択した従装置と通信しない高速回線上の従装置が無くなるまで、ステップＳ１３およびＳ１４を繰り返す。
　式（３）が満たされた場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、タイムスロット割当部４５は、上記のステップＳ１３～Ｓ１５の処理を実行していない低速回線上の従装置が存在するか否かを確認する（ステップＳ１７）。処理を実行していない低速回線上の従装置が存在する場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、タイムスロット割当部４５は、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３～Ｓ１５の処理を実行していない低速回線上の従装置を選択してステップＳ１３～Ｓ１５の処理を繰り返す。
　ステップＳ１３～Ｓ１５の処理を実行していない低速回線上の従装置が存在しない場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、タイムスロット割当部４５は、配置が決まっていないタイムスロットが残っているか否かを確認する（ステップＳ１８）。配置が決まっていないタイムスロットが残っている場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、タイムスロット割当部４５は、残っているタイムスロットの配置を決定し（ステップＳ１９）、処理を終了する。タイムスロット割当部４５は、ステップＳ１９において、例えば、配置が決まっていないタイムスロットを、配置が決定済のタイムスロットの後に任意の順番で配置する。順番の決め方は従装置の識別番号順とすることが考えられるが他の方法で決定してもよい。
　配置が決まっていないタイムスロットが残っていない場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、タイムスロット割当部４５は処理を終了する。
　また、上記のステップＳ１３で選択した従装置と通信しない高速回線上の従装置が存在しない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、タイムスロット割当部４５は、次式（４）を満たすように、選択した従装置に割り当てる高速回線上のタイムスロットのタイムスロット長ＳＬiを伸長し（ステップＳ１６）、ステップＳ１３に進む。
　　ｓｌi≦ＳＬi　　　…（４）
　タイムスロット割当部４５は、以上のステップＳ１１からＳ２０に示した処理を実行して各従装置に割り当てるタイムスロットのタイムスロット長および配置を決定する。
　タイムスロット割当部４５による各従装置へのタイムスロットの割り当てが完了すると、主装置１０は、タイムスロットの割り当て結果を各従装置へ通知する。すなわち、主装置１０の送信部４２が、タイムスロット割当部４５よりタイムスロットの割り当て結果の情報を取得し、取得した情報を含んだフレームを生成して各従装置宛に送信することにより、タイムスロット割り当て結果の各従装置への通知と割り当てられたタイムスロットでの通信の指示とを行う。
　以上のように、本実施の形態にかかる通信システムにおいて、主装置１０は、低速回線上のタイムスロットを高速回線上のタイムスロットと別に設定し、主装置１０および従装置が構成している通信ネットワークの構成と、高速回線および低速回線の回線速度とに基づいて、低速回線上のタイムスロットで送信される情報と高速回線上のタイムスロットで送信される情報とが競合しないように各従装置へタイムスロットを割り当てる。これにより、中継装置を介して速度の異なる回線を経由して接続された機器が存在するリアルタイム伝送システムにおいて、リアルタイムデータの伝送遅延時間が増大するのを防止することができる。また、帯域利用効率を向上させることができる。さらに、リアルタイムデータの伝送サイクルを短くすることができる。
　つづいて、本実施の形態にかかる通信装置である主装置１０のハードウェア構成について説明する。図９は、主装置１０を実現するハードウェアの構成例を示す図である。
　図９に示したように、主装置１０は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、バス１０３、設定インタフェース１０４、タイムスロット割当プロセッサ１０５、通信処理プロセッサ１０６、メモリ１０７および通信インタフェース１０８の各ハードウェアにより実現される。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）などである。メモリ１０２および１０７としては、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　Erasable　Programmable　Read-Only　Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが一般的に使用される。
　図２に示した主装置１０の通信インタフェース４１は、図９の通信インタフェース１０８に対応し、主装置１０の設定インタフェース４８は、図９の設定インタフェース１０４に対応する。メモリ１０２は、プロセッサ１０１が実行する処理プログラムを格納するためのメモリである。メモリ１０７は処理プログラム以外のデータを格納するためのメモリである。主装置１０のパラメタ管理部４７は、図９に示したハードウェアにおいて、設定インタフェース１０４から入力したデータがプロセッサ１０１を介してメモリ１０７に格納されることによって実現される。また、主装置１０の構成情報収集部４４は、図９に示したハードウェアにおいて、プロセッサ１０１、通信処理プロセッサ１０６および通信インタフェース１０８により実現される。すなわち、プロセッサ１０１からの指示に従い通信処理プロセッサ１０６が規定された処理を実行して必要な情報を収集し、取集したプロセッサ１０１が解析することにより実現される。具体的には、プロセッサ１０１が、通信処理プロセッサ１０６に対してネットワーク構成情報を収集するためのコマンドフレームを生成するように指示し、この指示を受けた通信処理プロセッサ１０６は、指示されたフレーム生成して通信インタフェース１０８を介して各従装置へ送信する。通信処理プロセッサ１０６は、通信インタフェース１０８を介して各従装置からの応答を受信し、応答として受信したフレームに格納されている情報を抽出してプロセッサ１０１へ出力する。この情報をプロセッサ１０１が解析することにより、構成情報収集部４４が実現される主装置１０の構成管理部４６はメモリ１０７により実現される。主装置１０のタイムスロット割当部４５は、タイムスロット割当プロセッサ１０５がメモリ１０７から必要な情報を読み出しながら、図７に示した各処理を実行することにより実現される。また、主装置１０の送信部４２および受信部４３は通信処理プロセッサ１０６により実現される。
　また、図３に示した従装置も主装置１０と同様のハードウェアで実現することができる。すなわち、スロット情報取得部４９は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に格納された処理プログラムを実行することにより実現することができる。情報管理部５０は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に格納された処理プログラムを実行することにより管理する情報を取得し、取得した情報をメモリ１０７で保持することにより実現することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　通信システム、１０　主装置、１１～１３，３１，３２　従装置、２０　中継装置、４０　ネットワーク設定部、４１　通信インタフェース、４２　送信部、４３　受信部、４４　構成情報収集部、４５　タイムスロット割当部、４６　構成管理部、４７　パラメタ管理部、４８　設定インタフェース、４９　タイムスロット情報取得部、５０　情報管理部、１１０～１１３，２１１，２１２　回線。

Claims (9)

  1. 　通信ネットワークを構成する通信装置であって、
    　前記通信ネットワークを構成している他の通信装置同士の接続関係の情報と前記他の通信装置が接続されている通信回線の情報とを前記他の通信装置の各々から収集する構成情報収集部と、
    　前記接続関係の情報および前記通信回線の情報に基づいて前記他の通信装置の各々にタイムスロットを割り当てるタイムスロット割当部と、
    　前記タイムスロット割当部による割り当て結果を前記他の通信装置の各々へ送信し、前記割り当て結果が示すタイムスロットでの通信を指示する送信部と、
    　を備えることを特徴とする通信装置。
  2. 　前記通信回線の情報を回線速度の情報とする、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  3. 　前記他の通信装置の各々は第１回線速度の第１通信回線または前記第１回線速度よりも低速の第２回線速度の第２通信回線に接続され、
    　前記タイムスロット割当部は、前記第１通信回線上のタイムスロットを前記他の通信装置の各々に割り当て、さらに、前記第２通信回線に接続されている他の通信装置に割り当てる前記第２通信回線上のタイムスロットを、前記第２通信回線に接続されている他の通信装置に割り当てた前記第１通信回線上のタイムスロットの開始時刻およびタイムスロット長と、前記第１回線速度と、前記第２回線速度とに基づいて決定する、
    　ことを特徴する請求項２に記載の通信装置。
  4. 　前記タイムスロット割当部は、前記第２通信回線に接続されている他の通信装置に割り当てる前記第１通信回線上のタイムスロットおよび前記第２通信回線上のタイムスロットの関係が、前記第２通信回線上のタイムスロットの終了時刻と前記第１通信回線上のタイムスロットの開始時刻とが一致するようにタイムスロットを割り当てる、
    　ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
  5. 　前記タイムスロット割当部は、前記第１通信回線と前記第２通信回線との間でフレームを中継する中継装置において同じ宛先のフレームの中継処理が衝突しないように前記第１通信回線上のタイムスロットの配置を決定する、
    　ことを特徴とする請求項３または４に記載の通信装置。
  6. 　前記タイムスロット割当部は、前記第２通信回線に接続された他の通信装置宛のフレームが前記第１通信回線から前記第２通信回線へ中継される時間帯には、中継が行われているフレームと同じ宛先のフレームが前記中継装置に到着しないように前記第１通信回線上のタイムスロットの配置を決定する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
  7. 　前記通信ネットワークは、低遅延伝送が要求されるデータが周期的に発生する通信に対応している、
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の通信装置。
  8. 　通信ネットワークを構成する通信装置が実行する通信制御方法であって、
    　前記通信ネットワークを構成している他の通信装置同士の接続関係の情報と前記他の通信装置が接続されている通信回線の情報とを前記他の通信装置の各々から収集する構成情報収集ステップと、
    　前記接続関係の情報および前記通信回線の情報に基づいて前記他の通信装置の各々にタイムスロットを割り当てるタイムスロット割当ステップと、
    　前記タイムスロット割当ステップでの割り当て結果を前記他の通信装置の各々へ送信し、前記割り当て結果が示すタイムスロットでの通信を指示する指示ステップと、
    　を含むことを特徴とする通信制御方法。
  9. 　請求項１から７のいずれか一つに記載の通信装置である主装置と、
    　前記主装置からタイムスロットの割り当てを受け、割り当てられたタイムスロットを使用して通信を行う通信装置である従装置と、
    　を備えることを特徴とする通信システム。
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