WO2020105129A1 - 中継装置、通信システム、通信方法、および通信プログラム - Google Patents

中継装置、通信システム、通信方法、および通信プログラム

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WO2020105129A1
WO2020105129A1 PCT/JP2018/042904 JP2018042904W WO2020105129A1 WO 2020105129 A1 WO2020105129 A1 WO 2020105129A1 JP 2018042904 W JP2018042904 W JP 2018042904W WO 2020105129 A1 WO2020105129 A1 WO 2020105129A1
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WO
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communication
frame
priority
identifier
relay device
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Application number
PCT/JP2018/042904
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English (en)
French (fr)
Inventor
大介 長川
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2018/042904 priority patent/WO2020105129A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • 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 relay device, a communication system, a communication method, and a communication program.
  • FA Vector Automation
  • high-priority communication such as control communication and low-priority communication are mixed.
  • IEEE 802.1Qbv has been proposed as a method for guaranteeing the real-time property of high-priority communication on Ethernet (registered trademark).
  • a frame communicated in high priority communication is a high priority frame
  • a frame communicated in low priority communication is a low priority frame.
  • a high-priority frame and a low-priority frame are identified by adding an identifier such as a VLAN (Virtual Local Area Network). Further, for example, a high-priority frame and a low-priority frame are identified by using a specific address as the source address or the destination address. In this way, in IEEE 802.1Qbv, the high-priority frame is transmitted at a preset timing by identifying the high-priority frame and the low-priority frame.
  • Patent Document 1 discloses a method of identifying a high-priority frame by an identifier in the payload of the frame. The payload is an area excluding the header and footer from the frame.
  • the present invention aims to guarantee the real-time property of high-priority communication without modifying the existing system.
  • a relay device is a relay device included in a communication system that performs a first communication and a second communication having a lower priority than the first communication in a communication cycle, and a communication indicating a communication type.
  • a relay device that relays a communication frame including an identifier by either of the first communication and the second communication
  • a memory for storing communication type information in which the communication identifier and priority information indicating whether communication of the communication type identified by the communication identifier is performed in the first communication or the second communication are associated with each other.
  • a communication frame is acquired, and the acquired communication frame is a first frame that communicates in the first communication, based on a communication identifier included in the acquired communication frame and the communication type information.
  • a determination unit that determines whether the frame is the second frame communicated by the second communication.
  • the communication identifier included in the communication frame is used to determine whether the communication frame is the first frame which is the high priority frame or the second frame which is the low priority frame. You can Therefore, according to the communication system of the present invention, it is possible to ensure the real-time property of high-priority communication without changing the existing system.
  • FIG. 1 is an example of a network configuration diagram of a communication system according to Embodiment 1.
  • 3 is an example of a communication sequence when a value corresponding to the communication type information shown in FIG. 2 is set in the communication identifier of the communication frame in the first embodiment.
  • 3 is a functional configuration diagram of the terminal device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a functional configuration diagram of the relay device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an example of a hardware configuration of a terminal device and a relay device of the communication system according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the high-priority transmission unit of the terminal device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the low-priority transmission unit of the terminal device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the determination unit of the relay device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the high-priority frame buffer unit of the relay device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the low-priority frame buffer unit of the relay device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the reference buffer switching unit of the relay device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the high-priority receiving unit of the terminal device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the low-priority receiving unit of the terminal device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is an example of a network configuration diagram of a communication system 500 according to the present embodiment.
  • the communication system 500 performs high-priority communication and low-priority communication having a lower priority than the high-priority communication in the communication cycle.
  • the high-priority communication is an example of the first communication.
  • the low-priority communication is an example of the second communication having a lower priority than the first communication.
  • the terminal device 100 and the relay device 210 are included in the communication system 500.
  • the communication system 500 includes at least one terminal device 100 and at least one relay device 210.
  • a communication device 220 is connected to the relay device 210.
  • the communication frame 30 includes a high priority frame 31 and a low priority frame 32.
  • the high-priority frame 31 is, for example, the communication frame 30 transmitted / received in high-priority communication such as control communication.
  • the high-priority frame 31 is an example of a first frame that communicates in the first communication.
  • the low-priority frame 32 is the communication frame 30 transmitted / received by low-priority communication such as transmission / reception of various data such as sensor data or measurement data.
  • the low-priority frame 32 is an example of a second frame that communicates in the second communication.
  • the communication system 500 of FIG. 1 includes two end devices 100 arranged at both ends.
  • a plurality of relay devices 210 are arranged between the two end devices 100.
  • the relay device 210 relays the communication frame 30 including the communication identifier indicating the communication type by either the high-priority communication that is the first communication or the low-priority communication that is the second communication.
  • the relay device 210 determines whether the communication frame 30 is the high priority frame 31 or the low priority frame 32 based on the communication identifier of the communication frame 30. Then, the relay device 210 distinguishes and transmits the high-priority frame 31 and the low-priority frame 32 at every predetermined timing.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the communication type information 218 according to the present embodiment.
  • the communication identifier 311 and the priority information 321 are associated with each other.
  • the priority information 321 indicates whether the communication of the communication type identified by the communication identifier 311 is performed by the high priority communication 511 which is the first communication 510 or the low priority communication 521 which is the second communication 520.
  • the communication identifier 311 represents, for example, the type of communication protocol as the communication type. Specifically, when the communication system 500 is a network that communicates via Ethernet (registered trademark), the communication identifier 311 is an Ethernet type included in a communication frame communicated via Ethernet (registered trademark). The Ethernet type exists in the header area of the Ethernet (registered trademark) frame and indicates the communication type.
  • the communication identifier 311 and the start offset 33 are associated with each other.
  • the start offset 33 the time when communication of the communication type identified by the communication identifier 311 is started is represented by an offset from the start of the communication cycle.
  • FIG. 2 shows an example of information set in the communication identifier 311 of the communication frame 30, that is, the Ethernet type.
  • a TS number 34 representing a time slot number
  • a time slot start offset 33 and a communication identifier 311 representing a communicable communication type are set for a communication cycle 35 of 10 ms.
  • the priority information 321 is predetermined for the communication type represented by the communication identifier 311. That is, the communication identifier 311 determines whether the communication frame 30 is the high priority frame 31 or the low priority frame 32.
  • FIG. 3 shows an example of a communication sequence when a value corresponding to the communication type information 218 shown in FIG. 2 is set in the communication identifier 311 of the communication frame 30, that is, the Ethernet type in the present embodiment. ..
  • the master M1 is an example of the terminal device 100 of FIG.
  • Each of the slave S1 and the slave S2 is an example of the relay device 210 and the communication device 220 in FIG. Slave S3 is an example of end device 100 of FIG.
  • high-priority communication is performed from the time slots TS1 to TS4 of the communication cycle, and the high-priority frame 31, which is the first frame 310, is communicated.
  • Low-priority communication is performed in the time slot TS0, and the low-priority frame 32 that is the second frame 320 is communicated.
  • FIG. 4 is a functional configuration diagram of the terminal device 100 according to the present embodiment.
  • the end device 100 includes a high-priority transmission unit 101, a high-priority reception unit 102, a low-priority transmission unit 103, a low-priority reception unit 104, and a port 105 as functional elements.
  • the high-priority transmission unit 101 transmits a high-priority frame 31 to which an Ethernet type (hereinafter, high-priority Ethernet type) indicating high-priority communication is added from the port 105 at an arbitrary timing.
  • the high-priority transmission unit 101 is also called a high-priority frame transmission function.
  • the high-priority receiving unit 102 interprets the high-priority frame 31 received from the port 105.
  • the high-priority receiving unit 102 is also called a high-priority frame receiving function.
  • the low-priority transmission unit 103 transmits a low-priority frame 32 to which an Ethernet type other than the high-priority Ether type (hereinafter, low-priority Ether type) is added from the port 105 at an arbitrary timing.
  • the low-priority transmission unit 103 is also called a low-priority frame transmission function.
  • the low-priority receiving unit 104 interprets the low-priority frame 32 received from the port 105.
  • the low-priority receiving unit 104 is also called a low-priority frame receiving function.
  • the port 105 transmits / receives the communication frame 30 to / from the relay device 210.
  • FIG. 5 is a functional configuration diagram of the relay device 210 according to the present embodiment.
  • the relay device 210 includes, as functional elements, a determination unit 211, a high priority frame buffer unit 212, a low priority frame buffer unit 213, a reference buffer switching unit 214, ports 215, 216, 217, and communication type information 218.
  • the determination unit 211 acquires the communication frame 30, and based on the communication identifier 311 and the communication type information 218 included in the acquired communication frame, the acquired communication frame 30 is the high priority frame 31 or the low priority frame 31. It is determined whether it is 32.
  • the determining unit 211 writes the high priority frame 31 in the high priority frame buffer unit 212.
  • the determination unit 211 writes the low priority frame 32 in the low priority frame buffer unit 213.
  • the determination unit 211 is also referred to as an ether type determination / branching function.
  • the high-priority frame buffer unit 212 When the determination unit 211 writes the high-priority frame 31, the high-priority frame buffer unit 212 records the written high-priority frame 31. Further, when the reference buffer switching unit 214 reads out the high priority frame 31, the high priority frame buffer unit 212 erases the record of the read high priority frame 31.
  • the high-priority frame buffer unit 212 is also called a high-priority frame buffer function. There may be a plurality of high-priority frame buffer units 212.
  • the high-priority frame buffer unit 212 is an example of the first frame buffer unit 301 that stores the first frame 310.
  • the low-priority frame buffer unit 213 When the low-priority frame buffer unit 213 has written the low-priority frame 32 from the determination unit 211, the low-priority frame buffer unit 213 records the written low-priority frame 32. Further, when the reference buffer switching unit 214 reads the low priority frame 32, the low priority frame buffer unit 213 erases the record of the read low priority frame 32.
  • the low-priority frame buffer unit 213 is also called a low-priority frame buffer function.
  • the low-priority frame buffer unit 213 is an example of the second frame buffer unit 302 that stores the second frame 320.
  • the reference buffer switching unit 214 suspends the reading of the low-priority frame 32 from the low-priority frame buffer unit 213, and the high-priority frame buffer unit 212 outputs the high-priority frame.
  • the reading of the frame 31 is started.
  • the reference buffer switching unit 214 transmits the read high priority frame 31 to each port.
  • the reference buffer switching unit 214 stops reading the high-priority frame 31 from the high-priority frame buffer unit 212 at the preset transmission timing of the low-priority frame 32, and sets the low-priority frame buffer unit 213 to the low-priority frame.
  • the reading of the priority frame 32 is started.
  • the reference buffer switching unit 214 transmits the read low priority frame 32 to each port.
  • the reference buffer switching unit 214 is also called a reference buffer switching function.
  • Each of the ports 215, 216, and 217 is connected to the end device 100, the relay device 210, or the communication device 220 adjacent to each other, and transmits / receives the communication frame 30.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the terminal device 100 and the relay device 210 of the communication system 500 according to the present embodiment.
  • each of the terminal device 100 and the relay device 210 is referred to as each device of the communication system 500.
  • Each device of the communication system 500 is a computer.
  • Each device of the communication system 500 includes a processor 910 and other hardware such as a memory 921, an auxiliary storage device 922, an input interface 930, an output interface 940, and a communication device 950.
  • the processor 910 is connected to other hardware via a signal line and controls these other hardware.
  • the functions of the high-priority transmission unit 101, the high-priority reception unit 102, the low-priority transmission unit 103, and the low-priority reception unit 104 in the end device 100 are realized by software.
  • the functions of the determination unit 211, the high-priority frame buffer unit 212, the low-priority frame buffer unit 213, and the reference buffer switching unit 214 in the relay device 210 are realized by software.
  • the communication type information 218 is provided in the memory 921.
  • the processor 910 is a device that executes a communication program.
  • the communication program is a program that realizes the function of each device of the communication system 500.
  • the processor 910 is an IC (Integrated Circuit) that performs arithmetic processing. Specific examples of the processor 910 are a CPU, a DSP (Digital Signal Processor), and a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the memory 921 is a storage device that temporarily stores data.
  • a specific example of the memory 921 is an SRAM (Static Random Access Memory) or a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • the auxiliary storage device 922 is a storage device that stores data.
  • a specific example of the auxiliary storage device 922 is an HDD.
  • the auxiliary storage device 922 may be a portable storage medium such as an SD (registered trademark) memory card, CF, NAND flash, flexible disk, optical disk, compact disk, Blu-ray (registered trademark) disk, or DVD.
  • HDD is an abbreviation for Hard Disk Drive.
  • SD (registered trademark) is an abbreviation for Secure Digital.
  • CF is an abbreviation for CompactFlash (registered trademark).
  • DVD is an abbreviation for Digital Versatile Disk.
  • the input interface 930 is a port connected to an input device such as a mouse, a keyboard, or a touch panel.
  • the input interface 930 is specifically a USB (Universal Serial Bus) terminal.
  • the input interface 930 may be a port connected to a LAN (Local Area Network).
  • the output interface 940 is a port to which a cable of an output device such as a display is connected.
  • the output interface 940 is specifically a USB terminal or an HDMI (registered trademark) (High Definition Multimedia Interface) terminal.
  • the display is, specifically, an LCD (Liquid Crystal Display).
  • the communication device 950 has a receiver and a transmitter.
  • the communication device 950 is connected to a communication network such as a LAN, the Internet, or a telephone line.
  • the communication device 950 is specifically a communication chip or a NIC (Network Interface Card).
  • the ports 105, 215, 216, 217 are examples of the communication device 950.
  • the communication program is read by the processor 910 and executed by the processor 910.
  • the memory 921 stores not only a communication program but also an OS (Operating System).
  • the processor 910 executes the communication program while executing the OS.
  • the communication program and the OS may be stored in the auxiliary storage device 922.
  • the communication program and the OS stored in the auxiliary storage device 922 are loaded into the memory 921 and executed by the processor 910. Note that part or all of the communication program may be incorporated in the OS.
  • the communication system 500 may include a plurality of processors that replace the processor 910. These plural processors share the execution of the communication program.
  • Each processor like the processor 910, is a device that executes a communication program.
  • the data, information, signal values and variable values used, processed or output by the communication program are stored in the memory 921, the auxiliary storage device 922, or the register or cache memory in the processor 910.
  • each section of each device of the communication system 500 may be replaced with “process”, “procedure”, or “process”. Further, “processing” when each unit of each device of the communication system 500 is replaced with “processing” may be replaced with “program”, “program product”, or “computer-readable storage medium storing the program”.
  • the communication program causes the computer to execute each process, each procedure or each process in which the “part” of each of the above parts is replaced with “process”, “procedure” or “process”.
  • the communication method is a method performed by the communication system 500 executing a communication program.
  • the communication program may be provided by being stored in a computer-readable recording medium. Further, the communication program may be provided as a program product.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the high-priority transmission unit 101 of the end device 100 according to this embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the low-priority transmission unit 103 of the end device 100 according to this embodiment.
  • the high-priority transmission unit 101 of the terminal device 100 transmits the high-priority frame 31 to which the high-priority Ethernet type is added from the port at an arbitrary timing (step S101).
  • the low-priority transmission unit 103 of the end device 100 transmits the low-priority frame 32 to which the low-priority ether type is added from the port at an arbitrary timing (step S103).
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of determination section 211 of relay apparatus 210 according to the present embodiment.
  • the determination unit 211 acquires the communication frame 30.
  • the determination unit 211 determines whether the acquired communication frame 30 is the high priority frame 31 or the low priority frame 32 based on the communication identifier 311 and the communication type information 218 included in the acquired communication frame 30. ..
  • the determination unit 211 determines that the acquired communication frame 30 is the high priority frame 31, it writes the acquired communication frame 30 in the high priority frame buffer unit 212.
  • the determination unit 211 determines that the acquired communication frame 30 is the low priority frame 32, it writes the acquired communication frame 30 in the low priority frame buffer unit 213.
  • step S111 the determination unit 211 uses the communication type information 218 to determine the Ethernet type of the communication frame 30 received at each port.
  • the process proceeds to step S112. If the Ethernet type of the communication frame 30 is not the high priority Ethernet type, the process proceeds to step S113.
  • step S112 the determination unit 211 writes the communication frame 30 in the high-priority frame buffer unit 212.
  • step S113 the determination unit 211 determines whether the Ethernet type of the communication frame 30 is the low priority Ethernet type. When the Ethernet type of the communication frame 30 is the low priority Ethernet type, the process proceeds to step S114. If the Ethernet type of the communication frame 30 is not the low priority Ethernet type, the process returns to step S111.
  • step S114 the determination unit 211 writes the communication frame 30 in the low priority frame buffer unit 213.
  • the determination unit 211 may discard frames that do not require relaying, without writing them in either the high-priority frame buffer unit 212 or the low-priority frame buffer unit 213. Discarding frames that do not require relaying has the effect of reducing the amount of communication.
  • the frame that does not require relay is, for example, a frame whose destination is a relay device, or a frame whose data is illicit due to parity or the like.
  • the relay device 210 may include as many high-priority frame buffer units as there are high-priority Ether types whose real-time performance is desired to be guaranteed. This has the effect of independently guaranteeing the real-time property of high-priority frames having different Ethernet types.
  • FIG. 10 is a flow chart showing the operation of the high-priority frame buffer unit 212 of the relay apparatus 210 according to this embodiment.
  • the high-priority frame buffer unit 212 determines whether the determination unit 211 has written the high-priority frame. When the high priority frame is written, the process proceeds to step S122. If the high priority frame is not written, the process proceeds to step S123. In step S122, the high priority frame buffer unit 212 records the written high priority frame. In step S123, the high priority frame buffer unit 212 determines whether the reference buffer switching unit 214 has read the high priority frame. If the high-priority frame is read, the process proceeds to step S124. If the high-priority frame has not been read, the process returns to step S121. In step S124, the high-priority frame buffer unit 212 erases the record of the read high-priority frame.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the low-priority frame buffer unit 213 of the relay device 210 according to this embodiment.
  • step S131 the low priority frame buffer unit 213 determines whether the determination unit 211 has written the low priority frame. When the low priority frame is written, the process proceeds to step S132. When the low priority frame is not written, the process proceeds to step S133. In step S132, the low priority frame buffer unit 213 records the written low priority frame. In step S133, the low priority frame buffer unit 213 determines whether the reference buffer switching unit 214 has read the low priority frame. If the low-priority frame is read, the process proceeds to step S134. If the low-priority frame has not been read, the process returns to step S131. In step S134, the low-priority frame buffer unit 213 erases the read record of the low-priority frame.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of reference buffer switching section 214 of relay apparatus 210 according to the present embodiment. First, the outline of the operation of the reference buffer switching unit 214 will be described.
  • the reference buffer switching unit 214 uses the start offset 33 included in the communication type information 218 to determine whether the high priority communication 511 is performed or the low priority communication 521 is performed.
  • the reference buffer switching unit 214 switches the frame buffer unit that reads the communication frame 30 based on the determination result.
  • step S141 the reference buffer switching unit 214 determines whether it is the transmission timing of the high priority frame.
  • the transmission timing of the high priority frame is set in advance. When the transmission timing of the high-priority frame comes, the process proceeds to step S142. If it is not the transmission timing of the high priority frame, the process proceeds to step S143.
  • step S142 the reference buffer switching unit 214 performs high priority frame transmission processing.
  • the high priority frame transmission process is performed in the following procedure. (1) The reference buffer switching unit 214 stops reading the low-priority frame 32 from the low-priority frame buffer unit 213. (2) The reference buffer switching unit 214 starts reading the high priority frame 31 from the high priority frame buffer unit 212. (3) The reference buffer switching unit 214 transmits the read high priority frame 31 to each port.
  • step S143 the reference buffer switching unit 214 determines whether it is the transmission timing of the low priority frame.
  • the transmission timing of the low priority frame is set in advance. When the transmission timing of the low priority frame comes, the process proceeds to step S144. When it is not the transmission timing of the low priority frame, the process returns to step S141.
  • step S144 the reference buffer switching unit 214 performs low priority frame transmission processing.
  • the low priority frame transmission process is performed in the following procedure. (1) The reference buffer switching unit 214 stops the reading of the high priority frame 31 from the high priority frame buffer unit 212. (2) The reference buffer switching unit 214 starts reading the low priority frame 32 from the low priority frame buffer unit 213. (3) The reference buffer switching unit 214 transmits the read low priority frame 32 to each port.
  • the reference buffer switching unit 214 may have a function of narrowing down the port to be transmitted from the destination address and transmitting the communication frame in order to reduce the communication amount.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the high-priority receiving unit 102 of the end device 100 according to this embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the low-priority receiving unit 104 of the end device 100 according to this embodiment.
  • the high-priority receiving unit 102 of the end device 100 receives the high-priority frame 31 to which the high-priority ether type is added from the port at a timing preset by the relay device 210.
  • the high-priority receiving unit 102 interprets the received high-priority frame 31 (step S102). Further, as shown in FIG.
  • the low-priority receiving unit 104 of the end device 100 receives the low-priority frame 32 to which the low-priority Ethernet type is added from the port at a timing preset by the relay device 210.
  • the low-priority receiving unit 104 interprets the received low-priority frame 32 (step S104).
  • the functions of the high-priority transmission unit 101, the high-priority reception unit 102, the low-priority transmission unit 103, and the low-priority reception unit 104 in the end device 100 are realized by software.
  • the functions of the determination unit 211, the high-priority frame buffer unit 212, the low-priority frame buffer unit 213, and the reference buffer switching unit 214 in the relay device 210 are realized by software. That is, the function of each device of the communication system 500 is realized by software.
  • each device of the communication system 500 may be realized by hardware.
  • the communication system 500 includes an electronic circuit instead of the processor 910. That is, each device of the communication system 500 includes an electronic circuit, a memory 921, an auxiliary storage device 922, an input interface 930, an output interface 940, and a communication device 950.
  • the electronic circuit is a dedicated electronic circuit that realizes the function of each device of the communication system 500.
  • the electronic circuit is specifically a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, a logic IC, a GA, an ASIC, or an FPGA.
  • GA is an abbreviation for Gate Array.
  • ASIC is an abbreviation for Application Specific Integrated Circuit.
  • FPGA is an abbreviation for Field-Programmable Gate Array.
  • the function of each device of the communication system 500 may be realized by one electronic circuit, or may be realized by being distributed to a plurality of electronic circuits. As another modification, a part of the functions of each device of the communication system 500 may be realized by an electronic circuit, and the remaining functions may be realized by software.
  • Each of the processor and electronic circuit is also called a processing circuit. That is, in the communication system 500, the function of each device of the communication system 500 is realized by the processing circuitry.
  • the communication system 500 according to the present embodiment identifies a high priority frame using the ether type.
  • the communication system 500 according to the present embodiment even if the identifier already determined in the existing system or the source address and the destination address are used as they are, the real-time property of the high-priority communication is guaranteed. be able to.
  • the effect is remarkable in a network such as an FA network that uses a specific Ethernet type for high priority frames.
  • the communication time required for each Ethernet type is often calculated in advance in the FA network. Therefore, according to the communication system 500 according to the present embodiment, it is possible to easily design the transmission timing even when high-priority communication having different Ethernet types coexists.
  • the communication identifier is set not in the payload but in the header. Therefore, according to the communication system 500 according to the present embodiment, it is not necessary to specify the presence or absence of the communication identifier, and only the communication identifier, that is, the ether type needs to be referred, so that the processing is reduced.
  • the high priority frame is determined by the communication identifier, that is, the ether type, the high priority communication is performed even when a plurality of types of protocols are mixed in the communication device connected to the relay device.
  • the real-time property of can be guaranteed.
  • each unit of each device of the communication system 500 has been described as an independent functional block.
  • the configuration of each device of the communication system 500 does not have to be the configuration of the above-described embodiment.
  • the functional blocks of the respective devices of the communication system 500 may have any configuration as long as they can realize the functions described in the above embodiments.
  • each device of the communication system 500 may be a system including a plurality of devices instead of one device.
  • a plurality of parts may be combined and implemented.
  • one part of this embodiment may be implemented.
  • this embodiment may be implemented in whole or in part in any combination. That is, in the first embodiment, it is possible to freely combine the respective embodiments, modify any constituent element of each embodiment, or omit any constituent element in each embodiment.

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Abstract

中継装置（２１０）は、通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる。中継装置（２１０）は、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレーム（３０）を前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する。メモリは、前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報（２１８）を記憶する。判定部（２１１）は、通信フレーム（３０）を取得し、取得した通信フレーム（３０）に含まれる通信識別子と通信種別情報（２１８）とに基づいて、取得した通信フレーム（３０）が、第１のフレームであるか第２のフレームであるかを判定する。

Description

中継装置、通信システム、通信方法、および通信プログラム
　本発明は、中継装置、通信システム、通信方法、および通信プログラムに関する。
　ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）ネットワークでは、制御通信といった高優先通信と、低優先通信とが混在する。そして、ＦＡネットワークでは、高優先通信と低優先通信とが混在する場合でも、高優先通信のリアルタイム性を保証することが要求される。近年、イーサネット（登録商標）上での高優先通信のリアルタイム性を保証する手法として、時分割プロトコルＩＥＥＥ　８０２．１Ｑｂｖが提案されている。以下の説明において、高優先通信で通信されるフレームを高優先フレームとし、低優先通信で通信されるフレームを低優先フレームとする。
　ＩＥＥＥ　８０２．１Ｑｂｖでは、例えば、ＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）といった識別子を追加することにより、高優先フレームと低優先フレームとを識別する。また、例えば、送信元アドレスあるいは宛先アドレスに特定のアドレスを使用することにより、高優先フレームと低優先フレームとを識別する。このように、ＩＥＥＥ　８０２．１Ｑｂｖでは、高優先フレームと低優先フレームとを識別することにより、高優先フレームを予め設定されたタイミングで送信する。
　特許文献１には、フレームのペイロード内の識別子で高優先フレームを識別する方法が開示されている。ペイロードとは、フレームからヘッダおよびフッタを除いた領域である。
特開２００７－０２８６３１号公報
　既設システムでは、すでに、識別子、あるいは、送信元アドレスおよび宛先アドレスに使用するアドレスが決まっている。このため、既設システムにＩＥＥＥ　８０２．１Ｑｂｖを組み合わせて使用する場合、高優先フレームを識別するために、識別子、あるいは、送信元アドレスおよび宛先アドレスをそのまま使用することはできない。また、特許文献１の技術であっても、既存システムに組み合わせることは難しい。
　本発明は、既設システムに変更を加えることなく、高優先通信のリアルタイム性を保証することを目的とする。
　本発明に係る中継装置は、通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置において、
　前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリと、
　通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定部と
を備えた。
　本発明に係る通信システムによれば、通信フレームに含まれる通信識別子を用いて、通信フレームが、高優先フレームである第１のフレームか、低優先フレームである第２のフレームかを判定することができる。したがって、本発明に係る通信システムによれば、既設システムに変更を加えることなく、高優先通信のリアルタイム性を保証することができるという効果を奏する。
実施の形態１に係る通信システムのネットワーク構成図の一例。 実施の形態１に係る通信種別情報の一例を示す図。 実施の形態１において、通信フレームの通信識別子に図２に示す通信種別情報に対応する値が設定されていた場合の通信シーケンスの一例。 実施の形態１に係る末端装置の機能構成図。 実施の形態１に係る中継装置の機能構成図。 実施の形態１の係る通信システムの末端装置および中継装置のハードウェア構成の一例。 実施の形態１に係る末端装置の高優先送信部の動作を示すフロー図。 実施の形態１に係る末端装置の低優先送信部の動作を示すフロー図。 実施の形態１に係る中継装置の判定部の動作を示すフロー図。 実施の形態１に係る中継装置の高優先フレームバッファ部の動作を示すフロー図。 実施の形態１に係る中継装置の低優先フレームバッファ部の動作を示すフロー図。 実施の形態１に係る中継装置の参照バッファ切替部の動作を示すフロー図。 実施の形態１に係る末端装置の高優先受信部の動作を示すフロー図。 実施の形態１に係る末端装置の低優先受信部の動作を示すフロー図。
　以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。
　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５００のネットワーク構成図の一例である。
　通信システム５００は、通信周期において、高優先通信と高優先通信より優先度が低い低優先通信とを行う。ここで、高優先通信は、第１の通信の例である。また、低優先通信は、第１の通信より優先度が低い第２の通信の例である。また、末端装置１００と中継装置２１０とは、通信システム５００に含まれる。
　通信システム５００は、少なくとも１つの末端装置１００と、少なくとも１つの中継装置２１０とを備える。また、中継装置２１０には通信装置２２０が接続されている。
　末端装置１００と中継装置２１０との各々は、通信フレーム３０の送受信を行う。通信フレーム３０には、高優先フレーム３１と低優先フレーム３２とが含まれる。
　高優先フレーム３１は、例えば、制御通信といった高優先通信で送受信される通信フレーム３０である。高優先フレーム３１は、第１の通信で通信する第１のフレームの例である。
　また、低優先フレーム３２は、例えば、センサデータあるいは計測データといった各種データの送受信といった低優先通信で送受信される通信フレーム３０である。低優先フレーム３２は、第２の通信で通信する第２のフレームの例である。
　図１の通信システム５００では、両端に配置された２つの末端装置１００を備える。そして、２つの末端装置１００の間に複数の中継装置２１０が配置されている。
　中継装置２１０は、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレーム３０を、第１の通信である高優先通信と、第２の通信である低優先通信とのいずれかで中継する。中継装置２１０は、通信フレーム３０を中継する際、通信フレーム３０の通信識別子により、通信フレーム３０が高優先フレーム３１か低優先フレーム３２かを判別する。そして、中継装置２１０は、所定のタイミングごとに高優先フレーム３１と低優先フレーム３２を区別して送信する。
　図２は、本実施の形態に係る通信種別情報２１８の一例を示す図である。
　通信種別情報２１８では、通信識別子３１１と優先情報３２１が対応付けられている。優先情報３２１とは、通信識別子３１１により識別される通信種別の通信が第１の通信５１０である高優先通信５１１で行われるか、第２の通信５２０である低優先通信５２１で行われるかを表す。
　通信識別子３１１は、通信種別として、例えば、通信のプロトコルの種別を表す。具体的には、通信システム５００が、イーサネット（登録商標）により通信するネットワークである場合、通信識別子３１１は、イーサネット（登録商標）により通信される通信フレームに含まれるイーサタイプである。イーサタイプは、イーサネット（登録商標）フレームのヘッダ領域に存在し、通信種別を示す。
　また、通信種別情報２１８では、通信識別子３１１と開始オフセット３３とが対応付けられている。開始オフセット３３により、通信識別子３１１により識別される通信種別の通信を開始する時点が、通信周期の開始時からのオフセットで表される。
　図２では、通信フレーム３０の通信識別子３１１、すなわちイーサタイプに設定される情報の一例を示している。図２では、１０ｍｓの通信周期３５に対して、タイムスロットの番号を表すＴＳ番号３４と、タイムスロットの開始オフセット３３と、通信可能な通信種別を表す通信識別子３１１とが設定されている。優先情報３２１は、通信識別子３１１により表される通信種別に対して、予め定められている。すなわち、通信識別子３１１により、通信フレーム３０が高優先フレーム３１であるか低優先フレーム３２であるかが判定される。
　図３は、本実施の形態において、通信フレーム３０の通信識別子３１１、すなわちイーサタイプに、図２に示す通信種別情報２１８に対応する値が設定されていた場合の通信シーケンスの一例を示している。
　図３において、マスタＭ１は、図１の末端装置１００の例である。スレーブＳ１とスレーブＳ２の各々は、図１の中継装置２１０および通信装置２２０の例である。スレーブＳ３は、図１の末端装置１００の例である。図３の通信シーケンスでは、通信周期のタイムスロットＴＳ１からＴＳ４まで高優先通信が行われ、第１のフレーム３１０である高優先フレーム３１が通信される。タイムスロットＴＳ０で低優先通信が行われ、第２のフレーム３２０である低優先フレーム３２が通信される。
　図４は、本実施の形態に係る末端装置１００の機能構成図である。
　末端装置１００は、機能要素として、高優先送信部１０１と高優先受信部１０２と低優先送信部１０３と低優先受信部１０４とポート１０５を備える。
　高優先送信部１０１は、任意のタイミングで、高優先通信を示すイーサタイプ（以下、高優先イーサタイプ）を付与した高優先フレーム３１をポート１０５から送信する。高優先送信部１０１は、高優先フレーム送信機能ともいう。
　高優先受信部１０２は、ポート１０５から受信した高優先フレーム３１を解釈する。高優先受信部１０２は、高優先フレーム受信機能ともいう。
　低優先送信部１０３は、任意のタイミングで高優先イーサタイプ以外のイーサタイプ（以下、低優先イーサタイプ）を付与した低優先フレーム３２をポート１０５から送信する。低優先送信部１０３は、低優先フレーム送信機能ともいう。
　低優先受信部１０４は、ポート１０５から受信した低優先フレーム３２を解釈する。低優先受信部１０４は、低優先フレーム受信機能ともいう。
　ポート１０５は、中継装置２１０との通信フレーム３０の送受信を行う。
　図５は、本実施の形態に係る中継装置２１０の機能構成図である。
　中継装置２１０は、機能要素として、判定部２１１と高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３と参照バッファ切替部２１４とポート２１５，２１６，２１７と通信種別情報２１８を備える。
　判定部２１１は、通信フレーム３０を取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子３１１と通信種別情報２１８とに基づいて、取得した通信フレーム３０が、高優先フレーム３１であるか、低優先フレーム３２であるかを判定する。判定部２１１は、各ポートで受信した通信フレーム３０のイーサタイプが高優先イーサタイプの場合、高優先フレーム３１として、高優先フレームバッファ部２１２に書き込む。また、判定部２１１は、各ポートで受信した通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプの場合、低優先フレーム３２として、低優先フレームバッファ部２１３に書き込む。判定部２１１は、イーサタイプ判別分岐機能ともいう。
　高優先フレームバッファ部２１２は、判定部２１１から高優先フレーム３１を書き込まれたとき、書き込まれた高優先フレーム３１を記録する。また、高優先フレームバッファ部２１２は、参照バッファ切替部２１４により高優先フレーム３１が読み出されたとき、読み出された高優先フレーム３１の記録を消去する。高優先フレームバッファ部２１２は、高優先フレームバッファ機能ともいう。高優先フレームバッファ部２１２は、複数の場合がある。高優先フレームバッファ部２１２は、第１のフレーム３１０を記憶する第１のフレームバッファ部３０１の例である。
　低優先フレームバッファ部２１３は、判定部２１１から低優先フレーム３２を書き込まれたとき、書き込まれた低優先フレーム３２を記録する。また、低優先フレームバッファ部２１３は、参照バッファ切替部２１４により低優先フレーム３２が読み出されたとき、読み出された低優先フレーム３２の記録を消去する。低優先フレームバッファ部２１３は、低優先フレームバッファ機能ともいう。低優先フレームバッファ部２１３は、第２のフレーム３２０を記憶する第２のフレームバッファ部３０２の例である。
　参照バッファ切替部２１４は、予め設定された高優先フレーム３１の送信タイミングになったとき、低優先フレームバッファ部２１３からの低優先フレーム３２の読み出しを中止し、高優先フレームバッファ部２１２から高優先フレーム３１の読み出しを開始する。そして、参照バッファ切替部２１４は、読みだした高優先フレーム３１を各ポートに送信する。
　また、参照バッファ切替部２１４は、予め設定された低優先フレーム３２の送信タイミングになったとき、高優先フレームバッファ部２１２から高優先フレーム３１の読み出しを中止し、低優先フレームバッファ部２１３から低優先フレーム３２の読み出しを開始する。そして、参照バッファ切替部２１４は、読みだした低優先フレーム３２を各ポートに送信する。参照バッファ切替部２１４は、参照バッファ切替機能ともいう。
　各ポート２１５，２１６，２１７は、隣接する末端装置１００、中継装置２１０、あるいは、通信装置２２０と接続され、通信フレーム３０の送受信を行う。
　図６は、本実施の形態の係る通信システム５００の末端装置１００および中継装置２１０のハードウェア構成の一例を示す図である。
　以下において、末端装置１００および中継装置２１０の各々を、通信システム５００の各装置と呼ぶ。
　通信システム５００の各装置は、コンピュータである。通信システム５００の各装置は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
　末端装置１００における高優先送信部１０１と高優先受信部１０２と低優先送信部１０３と低優先受信部１０４の機能は、ソフトウェアにより実現される。
　中継装置２１０における判定部２１１と高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３と参照バッファ切替部２１４の機能は、ソフトウェアにより実現される。通信種別情報２１８は、メモリ９２１に備えられる。
　プロセッサ９１０は、通信プログラムを実行する装置である。通信プログラムは、通信システム５００の各装置の機能を実現するプログラムである。
　プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。
　メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）である。
　補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ　Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋの略語である。
　入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
　出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）である。
　通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、ＬＡＮ、インターネット、あるいは電話回線といった通信網に接続している。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃａｒｄ）である。ポート１０５，２１５，２１６，２１７は、通信装置９５０の例である。
　通信プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、通信プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、通信プログラムを実行する。通信プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置９２２に記憶されていてもよい。補助記憶装置９２２に記憶されている通信プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、通信プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。
　通信システム５００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、通信プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、通信プログラムを実行する装置である。
　通信プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
　通信システム５００の各装置の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また、通信システム５００の各装置の各部を「処理」に読み替えた場合の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
　通信プログラムは、上記の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、通信方法は、通信システム５００が通信プログラムを実行することにより行われる方法である。
　通信プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、通信プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
＊＊＊動作の説明＊＊＊
　図７から図１４を用いて、本実施の形態に係る末端装置１００および中継装置２１０の動作について説明する。
　図７は、本実施の形態に係る末端装置１００の高優先送信部１０１の動作を示すフロー図である。図８は、本実施の形態に係る末端装置１００の低優先送信部１０３の動作を示すフロー図である。
　図７に示すように、末端装置１００の高優先送信部１０１は、任意のタイミングで、高優先イーサタイプを付与した高優先フレーム３１をポートから送信する（ステップＳ１０１）。また、図８に示すように、末端装置１００の低優先送信部１０３は、任意のタイミングで、低優先イーサタイプを付与した低優先フレーム３２をポートから送信する（ステップＳ１０３）。
　図９は、本実施の形態に係る中継装置２１０の判定部２１１の動作を示すフロー図である。
　まず、判定部２１１の動作の概要について説明する。
　判定部２１１は、通信フレーム３０を取得する。判定部２１１は、取得した通信フレーム３０に含まれる通信識別子３１１と通信種別情報２１８とに基づいて、取得した通信フレーム３０が、高優先フレーム３１であるか低優先フレーム３２であるかを判定する。
　判定部２１１は、取得した通信フレーム３０が高優先フレーム３１であると判定すると、取得した通信フレーム３０を高優先フレームバッファ部２１２に書き込む。判定部２１１は、取得した通信フレーム３０が低優先フレーム３２であると判定すると、取得した通信フレーム３０を低優先フレームバッファ部２１３に書き込む。
　ステップＳ１１１において、判定部２１１は、通信種別情報２１８を用いて、各ポートで受信した通信フレーム３０のイーサタイプを判定する。
　通信フレーム３０のイーサタイプが高優先イーサタイプの場合、ステップＳ１１２に進む。通信フレーム３０のイーサタイプが高優先イーサタイプでない場合、ステップＳ１１３に進む。
　ステップＳ１１２において、判定部２１１は、通信フレーム３０を高優先フレームバッファ部２１２に書き込む。
　ステップＳ１１３において、判定部２１１は、通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプかを判定する。
　通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプの場合、ステップＳ１１４に進む。通信フレーム３０のイーサタイプが低優先イーサタイプでない場合、ステップＳ１１１に戻る。
　ステップＳ１１４において、判定部２１１は、通信フレーム３０を低優先フレームバッファ部２１３に書き込む。
　なお、判定部２１１では、中継不要なフレームを高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３のいずれにも書き込まず、破棄してもよい。中継不要なフレームを破棄することで、通信量削減の効果がある。中継不要なフレームとは、例えば、宛先が中継装置のフレーム、あるいは、パリティ等でデータの不正が明らかなフレームである。
　また、中継装置２１０は、リアルタイム性を保証したい高優先イーサタイプの数だけ高優先フレームバッファ部を備えてもよい。これにより、異なるイーサタイプを持つ高優先フレームのリアルタイム性が独立して保証されるという効果がある。
　図１０は、本実施の形態に係る中継装置２１０の高優先フレームバッファ部２１２の動作を示すフロー図である。
　ステップＳ１２１において、高優先フレームバッファ部２１２は、判定部２１１により高優先フレームが書き込まれたかを判定する。
　高優先フレームが書き込まれた場合、ステップＳ１２２に進む。高優先フレームが書き込まれていない場合、ステップＳ１２３に進む。
　ステップＳ１２２において、高優先フレームバッファ部２１２は、書き込まれた高優先フレームを記録する。
　ステップＳ１２３において、高優先フレームバッファ部２１２は、参照バッファ切替部２１４により高優先フレームが読み出されたかを判定する。
　高優先フレームが読み出された場合、ステップＳ１２４に進む。高優先フレームが読み出されていない場合、ステップＳ１２１に戻る。
　ステップＳ１２４において、高優先フレームバッファ部２１２は、読み出された高優先フレームの記録を消去する。
　図１１は、本実施の形態に係る中継装置２１０の低優先フレームバッファ部２１３の動作を示すフロー図である。
　ステップＳ１３１において、低優先フレームバッファ部２１３は、判定部２１１により低優先フレームが書き込まれたかを判定する。
　低優先フレームが書き込まれた場合、ステップＳ１３２に進む。低優先フレームが書き込まれていない場合、ステップＳ１３３に進む。
　ステップＳ１３２において、低優先フレームバッファ部２１３は、書き込まれた低優先フレームを記録する。
　ステップＳ１３３において、低優先フレームバッファ部２１３は、参照バッファ切替部２１４により低優先フレームが読み出されたかを判定する。
　低優先フレームが読み出された場合、ステップＳ１３４に進む。低優先フレームが読み出されていない場合、ステップＳ１３１に戻る。
　ステップＳ１３４において、低優先フレームバッファ部２１３は、読み出された低優先フレームの記録を消去する。
　図１２は、本実施の形態に係る中継装置２１０の参照バッファ切替部２１４の動作を示すフロー図である。
　まず、参照バッファ切替部２１４の動作の概要について説明する。
　参照バッファ切替部２１４は、通信種別情報２１８に含まれる開始オフセット３３を用いて、高優先通信５１１を行う時間帯か低優先通信５２１を行う時間帯かを判定する。参照バッファ切替部２１４は、判定した結果に基づいて、通信フレーム３０を読み出すフレームバッファ部を切り替える。
　ステップＳ１４１において、参照バッファ切替部２１４は、高優先フレームの送信タイミングになったかを判定する。高優先フレームの送信タイミングは、予め設定されている。
　高優先フレームの送信タイミングになった場合、ステップＳ１４２に進む。高優先フレームの送信タイミングになっていない場合、ステップＳ１４３に進む。
　ステップＳ１４２において、参照バッファ切替部２１４は、高優先フレーム送信処理を行う。高優先フレーム送信処理は以下の手順で行われる。
（１）参照バッファ切替部２１４は、低優先フレームバッファ部２１３からの低優先フレーム３２の読み出しを中止する。（２）参照バッファ切替部２１４は、高優先フレームバッファ部２１２から高優先フレーム３１の読み出しを開始する。（３）参照バッファ切替部２１４は、読みだした高優先フレーム３１を各ポートに送信する。
　ステップＳ１４３において、参照バッファ切替部２１４は、低優先フレームの送信タイミングになったかを判定する。低優先フレームの送信タイミングは、予め設定されている。
　低優先フレームの送信タイミングになった場合、ステップＳ１４４に進む。低優先フレームの送信タイミングになっていない場合、ステップＳ１４１に戻る。
　ステップＳ１４４において、参照バッファ切替部２１４は、低優先フレーム送信処理を行う。低優先フレーム送信処理は以下の手順で行われる。
（１）参照バッファ切替部２１４は、高優先フレームバッファ部２１２からの高優先フレーム３１の読み出しを中止する。（２）参照バッファ切替部２１４は、低優先フレームバッファ部２１３から低優先フレーム３２の読み出しを開始する。（３）参照バッファ切替部２１４は、読みだした低優先フレーム３２を各ポートに送信する。
　なお、参照バッファ切替部２１４は、通信量削減のため、宛先アドレスから送信すべきポートを絞り込んで通信フレームを送信する機能を有してもよい。
　図１３は、本実施の形態に係る末端装置１００の高優先受信部１０２の動作を示すフロー図である。図１４は、本実施の形態に係る末端装置１００の低優先受信部１０４の動作を示すフロー図である。
　図１３に示すように、末端装置１００の高優先受信部１０２は、中継装置２１０で予め設定されたタイミングで、高優先イーサタイプが付与された高優先フレーム３１をポートから受信する。高優先受信部１０２は、受信した高優先フレーム３１を解釈する（ステップＳ１０２）。また、図１４に示すように、末端装置１００の低優先受信部１０４は、中継装置２１０で予め設定されたタイミングで、低優先イーサタイプが付与された低優先フレーム３２をポートから受信する。低優先受信部１０４は、受信した低優先フレーム３２を解釈する（ステップＳ１０４）。
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
　本実施の形態では、末端装置１００における高優先送信部１０１と高優先受信部１０２と低優先送信部１０３と低優先受信部１０４の機能は、ソフトウェアにより実現される。また、中継装置２１０における判定部２１１と高優先フレームバッファ部２１２と低優先フレームバッファ部２１３と参照バッファ切替部２１４の機能は、ソフトウェアにより実現される。すなわち通信システム５００の各装置の機能は、ソフトウェアにより実現される。
　変形例として、通信システム５００の各装置の機能がハードウェアで実現されてもよい。この場合、通信システム５００は、プロセッサ９１０に替えて、電子回路を備えている。すなわち、通信システム５００の各装置は、電子回路、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０を備える。
　電子回路は、通信システム５００の各装置の機能を実現する専用の電子回路である。
　電子回路は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙの略語である。
　通信システム５００の各装置の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
　別の変形例として、通信システム５００の各装置の機能の一部が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。
　プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、通信システム５００において、通信システム５００の各装置の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
　通常、多くのＦＡネットワークの高優先フレームでは特定のイーサタイプを使用することに着目し、本実施の形態に係る通信システム５００では、イーサタイプを用いて高優先フレームを識別する。これにより、本実施の形態に係る通信システム５００によれば、既設システムですでに決まっている識別子、あるいは、送信元アドレスおよび宛先アドレスをそのまま使用しても、高優先通信のリアルタイム性を保証することができる。特に、ＦＡネットワークのように、高優先フレームに特定のイーサタイプを使用するネットワークでは効果が顕著となる。
　本実施の形態に係る通信システム５００では、ＦＡネットワークでは、イーサタイプごとに必要とされる通信時間が事前に計算済みであることが多い。このため、本実施の形態に係る通信システム５００よれば、異なるイーサタイプを持つ高優先通信が混在する場合でも、送信タイミングの設計が容易になる。
　本実施の形態に係る通信システム５００では、通信識別子がペイロード内ではなくヘッダに設定されている。このため、本実施の形態に係る通信システム５００によれば、通信識別子の有無を特定する必要がなく、通信識別子、すなわちイーサタイプのみを参照すればよいので、処理が軽減される。
　本実施の形態に係る通信システム５００では、通信識別子、すなわちイーサタイプにより高優先フレームを判定しているので、中継装置に接続される通信装置に複数種類のプロトコルが混在する場合でも、高優先通信のリアルタイム性を保証することができる。
　以上の実施の形態１では、通信システム５００の各装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、通信システム５００の各装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。通信システム５００の各装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、通信システム５００の各装置は、１つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
　また、実施の形態１のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、この実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、この実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
　すなわち、実施の形態１では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。
　３０　通信フレーム、３１　高優先フレーム、３２　低優先フレーム、３３　開始オフセット、３４　ＴＳ番号、３５　通信周期、１００　末端装置、１０１　高優先送信部、１０２　高優先受信部、１０３　低優先送信部、１０４　低優先受信部、１０５，２１５，２１６，２１７　ポート、２１０　中継装置、２１１　判定部、２１２　高優先フレームバッファ部、２１３　低優先フレームバッファ部、２１４　参照バッファ切替部、２１８　通信種別情報、２２０　通信装置、３０１　第１のフレームバッファ部、３０２　第２のフレームバッファ部、３１０　第１のフレーム、３１１　通信識別子、３２０　第２のフレーム、３２１　優先情報、５００　通信システム、５１０　第１の通信、５１１　高優先通信、５２０　第２の通信、５２１　低優先通信、９１０　プロセッサ、９２１　メモリ、９２２　補助記憶装置、９３０　入力インタフェース、９４０　出力インタフェース、９５０　通信装置。

Claims (9)

  1. 　通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置において、
    　前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリと、
    　通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定部とを備えた中継装置。
  2. 　前記通信種別情報は、
    　前記通信種別として通信のプロトコルの種別を表す前記通信識別子を含む請求項１に記載の中継装置。
  3. 　前記中継装置は、
    　前記第１のフレームを記憶する第１のフレームバッファ部と、
    　前記第２のフレームを記憶する第２のフレームバッファ部と
    を備え、
    　前記判定部は、
    　前記取得した通信フレームが前記第１のフレームであると判定すると、前記取得した通信フレームを前記第１のフレームバッファ部に書き込み、前記取得した通信フレームが前記第２のフレームであると判定すると、前記取得した通信フレームを前記第２のフレームバッファ部に書き込む請求項１または２に記載の中継装置。
  4. 　前記通信種別情報は、
    　前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信を開始する時点を前記通信周期の開始時からのオフセットで表した開始オフセットとが対応づけられており、
    　前記中継装置は、
    　前記通信種別情報に含まれる前記開始オフセットを用いて、前記第１の通信を行う時間帯か第２の通信を行う時間帯かを判定し、判定した結果に基づいて、通信フレームを読み出すフレームバッファ部を切り替える参照バッファ切替部を備えた請求項３に記載の中継装置。
  5. 　前記通信識別子は、通信フレームのヘッダに設定される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の中継装置。
  6. 　前記通信システムは、イーサネット（登録商標）により通信するネットワークであり、
    　前記通信識別子は、イーサネット（登録商標）により通信される通信フレームに含まれるイーサタイプである請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の中継装置。
  7. 　通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムにおいて、
    　通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置を備え、
    　前記中継装置は、
    　前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリと、
    　通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定部と
    を備えた通信システム。
  8. 　通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置の通信方法において、
    　メモリは、前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶し、
    　判定部は、通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する通信方法。
  9. 　通信周期において、第１の通信と前記第１の通信より優先度が低い第２の通信とを行う通信システムに含まれる中継装置であって、通信種別を表す通信識別子を含む通信フレームを前記第１の通信と前記第２の通信とのいずれかで中継する中継装置の通信プログラムにおいて、
    　前記中継装置は、
    　前記通信識別子と、前記通信識別子により識別される通信種別の通信が第１の通信で行われるか第２の通信で行われるかを表す優先情報とを対応付けた通信種別情報を記憶するメモリを備え、
    　通信フレームを取得し、取得した通信フレームに含まれる通信識別子と前記通信種別情報とに基づいて、前記取得した通信フレームが、前記第１の通信で通信する第１のフレームであるか、前記第２の通信で通信する第２のフレームであるかを判定する判定処理をコンピュータである前記中継装置に実行させる通信プログラム。
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